KR101334205B1 - Multi chip semiconductor laser diode and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 멀티 칩 구조로 반도체 레이저 다이오드를 형성하고, 전압공급 컨트롤러 및 복수의 광 파이버를 구비한 광 파이버포커스를 형성함으로써, 광의 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있는 고출력의 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 제조하는 것에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-chip semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, wherein a semiconductor laser diode is formed in a multi-chip structure, and an optical fiber focus having a voltage supply controller and a plurality of optical fibers is formed, thereby providing light intensity and light efficiency. The present invention relates to manufacturing a high-power multi-chip semiconductor laser diode capable of improving.

Description

멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법{Multi chip semiconductor laser diode and method of fabricating the same}Multi chip semiconductor laser diode and method of manufacturing the same

본 발명은 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 멀티 칩 구조로 형성되며, 전압공급 컨트롤러 및 복수의 광 파이버를 구비한 광 파이버포커스를 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-chip semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a multi-chip semiconductor laser diode formed of a multi-chip structure and including an optical fiber focus having a voltage supply controller and a plurality of optical fibers, and a It relates to a manufacturing method.

정보 기록의 고밀도화에 대한 필요성이 증대되면서 발광다이오드(LED)를 대체할 수 있는 반도체 레이저 다이오드에 대한 수요가 증가 되고 있다. 이에 따라, 레이저 발진이 가능한 다양한 형태의 화합물 반도체 레이저 다이오드가 등장하고 있고, 그 중에서, 질화물 반도체 레이저 다이오드는 대용량 정보저장 장치와 칼라 프린터에 적용하기 위하여 개발 및 시판되고 있고, 최근에 이것을 이용한 여러가지 새로운 응용들이 시도되고 있다.As the need for higher density of information recording increases, the demand for semiconductor laser diodes that can replace light emitting diodes (LEDs) is increasing. Accordingly, various types of compound semiconductor laser diodes capable of laser oscillation have emerged, and among them, nitride semiconductor laser diodes have been developed and marketed for application to large-capacity data storage devices and color printers. Applications are being tried.

대용량 정보저장 장치와 칼라 프린터에 응용하기 위해서, 질화물 반도체 레이저 다이오드는 낮은 문턱전류(Threshold Current,Ith)와 높은 외부양자효율(External Quantum Efficiency) 이외에 소자의 특성과 소자의 수명에 관련된 신뢰성 향상에 영향을 주는 열 방출을 용이하게 해주어야 한다.For applications in mass data storage devices and color printers, nitride semiconductor laser diodes are used to improve the reliability of device characteristics and device lifetimes in addition to low threshold current (I th ) and high external quantum efficiency. It should facilitate the release of the heat that affects it.

일반적인 질화물 반도체 다이오드는, 사파이어 기판 위에 도핑되지 않는 GaN층, n-GaN층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층 및 p-캡층이 순차적으로 적층되어 있는 적층 구조물을 갖는다. 여기서, 상기 n-GaN층과 p-캡층에서 주입되는 전자와 전공은 활성층에 재결합되어 레이저 광이 생성되고, 이 레이저 광은 소자 외부로 방출된다. Typical nitride semiconductor diodes have a stacked structure in which an undoped GaN layer, an n-GaN layer, an n-clad layer, an active layer, a p-clad layer, and a p-cap layer are sequentially stacked. Here, electrons and holes injected from the n-GaN layer and the p-cap layer are recombined with the active layer to generate laser light, and the laser light is emitted to the outside of the device.

이러한, 질화물 반도체 레이저 다이오드는 아래와 같은 문제점을 주고 있다. Such a nitride semiconductor laser diode has the following problems.

먼저, 현재 소자 제조용 기판은 질화갈륨(GaN) 기판의 비싼 가격 및 양질의 기판 수급에 어려움이 있어, 대부분 펜디오(pendeo) 또는 LEO 방법을 이용하여 사파이어 기판에서 제조된 질화갈륨 기판을 사용한다. 그러나, 상기 사파이어 기판에서 제조된 질화갈륨 기판은 사파이어와의 격자 불일치(lattice mismatch)로 인하여 웨이퍼가 휘어져 양호한 소자의 미러(mirror)면을 형성하기가 어렵다. 그리고, 상기 사파이어 기판은 열전도성이 좋지 않아서 소자에 열 방출 특성을 개선시키는데 장애가 되고 있다. First, current substrates for device manufacturing have difficulty in supplying high-priced and high-quality substrates of gallium nitride (GaN) substrates, and most of them use gallium nitride substrates manufactured from sapphire substrates using a pendio or LEO method. However, in the gallium nitride substrate manufactured from the sapphire substrate, the wafer is bent due to lattice mismatch with sapphire, making it difficult to form a mirror surface of a good device. In addition, the sapphire substrate has a poor thermal conductivity, which is an obstacle to improving heat dissipation characteristics of the device.

또한, 상기 반도체 레이저 다이오드의 p-캡층을 성장시킬 때 도펀트(dopant)로 Mg을 사용하는데, 상기 Mg는 소자를 제조하기 위한 챔버에 붙어있다가 n-GaN층을 성장시킬 때 악영향을 미치는 메모리 효과(memory effect)가 있어서, 통상 상기 p-캡층을 n-GaN층, 활성층 등을 성장시킨 후에 성장시켜야만 한다. In addition, Mg is used as a dopant when growing the p-cap layer of the semiconductor laser diode, and the Mg is attached to a chamber for fabricating a device and adversely affects the growth of the n-GaN layer. (memory effect), usually, the p-cap layer must be grown after growing the n-GaN layer, the active layer and the like.

한국공개번호 제10-2006-0089477은 반도체 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, N-전극, N-반도체층, N-클래드층, N-웨이브 가이드층, 다중 양자 우물층, 전자 범람 방지층, P-웨이브 가이드층, P-클래드층, P-캡층이 순차적으로 적층되고, P-캡층 부분의 중앙 영역이 리지 구조로 이루어진 반도체 레이저 다이오드에서 사파이어 기판을 제거하고 금속층이 형성된 고정용 기판을 반도체 레이저 다이오드에 열압착시켜 본딩하는 반도체 레이저 다이오드의 구성에 관한 것이다. Korean Patent Publication No. 10-2006-0089477 relates to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, and includes an N-electrode, an N-semiconductor layer, an N-clad layer, an N-wave guide layer, a multi-quantum well layer, an electron flood prevention layer, P-wave guide layer, P-clad layer, and P-cap layer are sequentially stacked, and the sapphire substrate is removed from the semiconductor laser diode in which the central region of the P-cap layer is formed of the ridge structure, and the fixing substrate on which the metal layer is formed is semiconductor laser. The present invention relates to a configuration of a semiconductor laser diode that is bonded by bonding to a diode.

한국공개번호 제10-2006-0089479는 반도체 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, N-전극, N-반도체층, N-클래드층, N-웨이브 가이드층, 다중 양자 우물층, 전자 범람 방지층, P-웨이브 가이드층, P-클래드층, P-캡층이 순차적으로 적층되고, N-반도체층 부분의 중앙 영역이 리지 구조로 이루어진 반도체 레이저 다이오드에서 사파이어 기판을 제거하고 금속층이 형성된 고정용 기판을 반도체 레이저 다이오드에 열압착시켜 본딩하는 반도체 레이저 다이오드의 구성에 관한 것이다. Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0089479 relates to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, and includes an N-electrode, an N-semiconductor layer, an N-clad layer, an N-wave guide layer, a multi-quantum well layer, an electron flood prevention layer, P-wave guide layer, P-clad layer, and P-cap layer are sequentially stacked, and the sapphire substrate is removed from the semiconductor laser diode in which the central region of the N-semiconductor layer portion is formed of a ridge structure. The present invention relates to a configuration of a semiconductor laser diode that is thermally compressed and bonded to a laser diode.

한국공개번호 제10-2006-0089477, 한국공개번호 제10-2006-0089479는 열 전도성이 좋지 않은 사파이어 기판을 제거하고, 열 전도성이 우수한 고정용 기판을 형성한다는 점에서 본 발명과 유사성을 가진다.Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0089477 and Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0089479 have similarities to the present invention in that a sapphire substrate having poor thermal conductivity is removed and a fixed substrate having excellent thermal conductivity is formed.

그러나, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 열 전도성이 좋지 않은 사파이어 기판을 제거하는 기술과, 상기 고정용 기판과 상응되는 열 전도성이 우수한 서브마운트 기판을 형성하여 반도체 레이저 다이오드와 본딩시키는 기술을 포함하고 있으며, 더 나아가, 본 발명은 멀티 칩 구조로 반도체 레이저 다이오드를 제작하고, 더불어 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드와 연결되는 복수의 광 파이버 및 전압공급 컨트롤러를 포함한 구성을 갖는 반면, 한국공개번호 제10-2006-0089477, 한국공개번호 제10-2006-0089479는 단지 사파이어 기판을 제거하고, 열 전도성이 우수한 고정용 기판을 형성한다는 기술만을 포함하고 있다.However, the present invention relates to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, which includes a technology for removing a sapphire substrate having poor thermal conductivity, and a submount substrate having excellent thermal conductivity corresponding to the fixing substrate. Bonding technology, and moreover, the present invention has a configuration including a plurality of optical fibers and a voltage supply controller connected to the multi-chip semiconductor laser diode and manufacturing a semiconductor laser diode in a multi-chip structure, Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0089477 and Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0089479 only include a technique of removing a sapphire substrate and forming a fixing substrate having excellent thermal conductivity.

즉, 본 발명은 사파이어 기판을 제거하는 기술과, 상기 고정용 기판과 상응되는 열 전도성이 우수한 서브마운트 기판을 형성하는 기술을 포함할 뿐만 아니라, 멀티 칩 구조의 반도체 레이저 다이오드를 제작하고, 더불어 광의 효율을 증가시키는 광 파이버 및 전압공급 컨트롤러의 구성을 더 포함하고 있다는 점에서 상기 한국공개번호 제10-2006-0089477, 한국공개번호 제10-2006-0089479 보다 추가적인 구성을 가지고 있고, 나아가 더 진보된 반도체 레이저 다이오드에 관한 기술이라 할 수 있겠다. That is, the present invention not only includes a technique of removing the sapphire substrate, and a technique of forming a submount substrate having excellent thermal conductivity corresponding to the fixing substrate, but also manufacturing a semiconductor chip of a multi-chip structure, It has an additional configuration than the Korean Publication No. 10-2006-0089477 and the Korean Publication No. 10-2006-0089479 in that it further includes the configuration of an optical fiber and a voltage supply controller for increasing efficiency. It can be said that the technology relates to a semiconductor laser diode.

본 발명은 반도체 레이저 다이오드를 멀티 칩 구조로 형성하면서 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드에 개별적으로 전원을 공급시키는 전압공급 컨트롤러를 설치하고, 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드와 각각 커플링되는 복수의 광 파이버를 구비한 광 파이버포커스를 형성하여 반도체 레이저 다이오드의 광 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention provides a voltage supply controller for separately supplying power to the multi-chip semiconductor laser diode while forming a semiconductor laser diode in a multi-chip structure, and has a plurality of optical fibers coupled to the multi-chip semiconductor laser diode, respectively. It is an object of the present invention to provide a multi-chip semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, which can improve the light intensity and light efficiency of a semiconductor laser diode by forming an optical fiber focus.

또한, 본 발명은 열 전도성이 좋지 않은 사파이어 기판을 제거하고, 열 전도성이 좋은 서브마운트 기판을 제공하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다. In addition, the present invention is to provide a multi-chip semiconductor laser diode and a method for manufacturing the same, which can remove the sapphire substrate of poor thermal conductivity, provide a sub-mount substrate of high thermal conductivity and efficiently emit heat emission. There is this.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드및 그 제조방법은, 서로 이격하면서 형성된 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 구비하고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 절연시키기 위해 상기 반도체 레이저 다이오드 영역들 사이와 노출된 면에 형성된 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the multi-chip semiconductor laser diode of the present invention and its manufacturing method include a plurality of semiconductor laser diode regions formed while being spaced apart from each other, and the semiconductor laser diode to insulate the plurality of semiconductor laser diode regions. And an insulating layer formed between the regions and on the exposed surface.

여기서, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역은 P-전극, P-반도체층, 활성층, N-반도체층 및 N-전극이 순차적으로 적층된 수직형 적층 구조물로 구성되고, Here, the semiconductor laser diode region consists of a vertical stacked structure in which a P-electrode, a P-semiconductor layer, an active layer, an N-semiconductor layer, and an N-electrode are sequentially stacked.

상기 반도체 레이저 다이오드 영역은 홀이 구비되며, N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 적층 구조물과, 상기 홀 내에 매립 형태로 형성되어 상기 N-반도체층 부분과 컨택되는 N-전극 및 상기 N-전극과 수평방향으로 형성되어 상기 P-반도체층과 컨택되는 P-전극이 포함된 수평형 적층 구조물로 구성되고, The semiconductor laser diode region is provided with a hole, and has a lamination structure formed by lamination of an N-semiconductor layer, an active layer, and a P-semiconductor layer, and an N-electrode formed in the hole to be in contact with the portion of the N-semiconductor layer. And a horizontal stacked structure including a P-electrode formed in a horizontal direction with the N-electrode and contacting the P-semiconductor layer.

상기 N-전극들 사이에 개재되도록 상기 N-반도체층 상에 형성되어 양측에 형성된 N-전극과 와이어 본딩된 전압공급 컨트롤러를 더 포함하고, And a voltage supply controller wire-bonded with the N-electrodes formed on both sides of the N-semiconductor layer so as to be interposed between the N-electrodes.

상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 각각 커플링되는 복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 포함하고, A plurality of optical fibers coupled to each of the plurality of semiconductor laser diode regions and an optical fiber focus for collecting the plurality of optical fibers into one optical fiber,

상기 복수의 광 파이버는 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결되고, The plurality of optical fibers are respectively connected to an active layer portion of the semiconductor laser diode region,

상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 광 파이버와 커플링이 이루어지고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층이 형성된 것을 더 포함하고, Coupling to an optical fiber at an oscillation surface of the semiconductor laser diode region, and further including a reflective layer formed at portions other than the oscillation surface,

상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극이 형성된 서브마운트 기판을 더 포함하고, And a submount substrate having a plurality of sub-mount substrate P-electrodes formed thereon bonded to the plurality of semiconductor laser diode regions.

상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극과 N-전극이 수평방향으로 형성된 서브마운트 기판을 더 포함한다.The semiconductor device may further include a submount substrate on which a plurality of sub-mount substrate P-electrodes and N-electrodes are bonded in a horizontal direction.

또한, 본 발명의 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법은, 사파이어 기판 상부에 N-반도체층, 활성층, P-반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 사파이어 기판이 노출되도록 상기 P-반도체층, 활성층, N-반도체층을 식각하여 상기 N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물들을 서로 이격하면서 형성하는 단계; 상기 적층 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물 부분에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층을 식각하여 상기 P-반도체층 상부를 노출시키는 단계; 상기 노출된 P-반도체층 상에 P-전극을 형성하는 단계; 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극이 형성된 서브마운트 기판을 준비하고, 상기 서브마운트 기판과 상기 적층 구조물의 P-전극을 본딩하는 단계; 상기 N-반도체층으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시키는 단계; 및 상기 사파이어 기판이 이탈된 N-반도체층 부분에 N-전극을 형성하여, 상기 P-전극, P-반도체층, 활성층, N-반도체층 및 N-전극으로 구성된 수직형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method of manufacturing a multi-chip semiconductor laser diode of the present invention includes the steps of sequentially forming an N-semiconductor layer, an active layer, and a P-semiconductor layer on the sapphire substrate; Etching the P-semiconductor layer, the active layer, and the N-semiconductor layer to expose the sapphire substrate, thereby forming a plurality of stacked structures comprising a stack of the N-semiconductor layer, the active layer, and the P-semiconductor layer while being spaced apart from each other; Forming an insulating layer between the stacked structures and in portions of the etched stacked structures; Etching the insulating layer to expose an upper portion of the P-semiconductor layer; Forming a P-electrode on the exposed P-semiconductor layer; Preparing a submount substrate having a plurality of P-electrodes for the submount substrate formed thereon, and bonding the submount substrate to the P-electrodes of the stacked structure; Leaving the sapphire substrate away from the N-semiconductor layer; And forming an N-electrode on the portion of the N-semiconductor layer from which the sapphire substrate is separated, thereby forming a semiconductor laser diode of a vertical stacked structure including the P-electrode, P-semiconductor layer, active layer, N-semiconductor layer, and N-electrode. Forming a region.

여기서, 상기 서브마운트 기판은 본딩용 금속층을 더 포함하고, Here, the submount substrate further comprises a bonding metal layer,

상기 본딩용 금속층은 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어지고, The bonding metal layer is made of at least two alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag and In,

상기 N-전극 측면 부분에 전압공급 컨트롤러를 형성하는 단계; 및 상기 전압공급 컨트롤러와 N-전극을 본딩하는 단계;를 더 포함하고, Forming a voltage supply controller on the side of the N-electrode; And bonding the voltage supply controller and an N-electrode.

상기 본딩은 와이어 본딩, 인쇄방법 및 패터닝 중 어느 하나의 방법으로 수행하고, The bonding is performed by any one of wire bonding, printing method and patterning,

복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버를 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결시키는 단계;를 더 포함하고, And preparing an optical fiber focus for collecting the plurality of optical fibers and the plurality of optical fibers into one optical fiber, and connecting the plurality of optical fibers with portions of an active layer of the semiconductor laser diode region, respectively.

상기 복수의 광 파이버는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이루고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.The optical fibers further comprise coupling to an oscillation surface of a semiconductor laser diode region, and forming a reflective layer on a portion other than the oscillation surface.

또한, 본 발명의 다른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법은, 사파이어 기판 상부에 N-반도체층, 활성층, P-반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 P-반도체층, 활성층, N-반도체층을 식각하여 상기 N-반도체층 부분을 노출시키는 홀을 형성하고, 상기 N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물을 서로 이격하면서 형성하는 단계; 상기 적층 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물 부분에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층을 식각하여 상기 P-반도체층 상부와 상기 홀의 저면 부분을 노출시키는 단계; 상기 노출된 P-반도체층 상에 P-전극을 형성함과 아울러 상기 노출된 홀의 저면 부분과 콘택되도록 상기 홀 내에 매립 형태의 N-전극을 상기 P-전극과 수평방향으로 형성하여 상기 N-반도체층, 활성층, P-반도체층의 적층 구조물과 P-전극 및 N-전극으로 구성된 수평형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역을 형성하는 단계; 상부에 서브마운트 기판용 P-금속과 N-금속이 수평방향으로 서로 교차하면서 형성된 서브마운트 기판을 준비하고, 상기 서브마운트 기판과 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 P-전극 및 N-전극을 본딩하는 단계; 및 상기 N-반도체층으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another method of manufacturing a multi-chip semiconductor laser diode of the present invention comprises the steps of sequentially forming an N-semiconductor layer, an active layer, a P-semiconductor layer on the sapphire substrate; Forming a hole exposing the portion of the N-semiconductor layer by etching the P-semiconductor layer, the active layer, and the N-semiconductor layer, and forming a plurality of laminated structures comprising a stack of the N-semiconductor layer, the active layer and the P-semiconductor layer. Forming spaced apart from each other; Forming an insulating layer between the stacked structures and in portions of the etched stacked structures; Etching the insulating layer to expose an upper portion of the P-semiconductor layer and a bottom portion of the hole; Forming a P-electrode on the exposed P-semiconductor layer and forming a buried N-electrode in the hole in a horizontal direction with the P-electrode in contact with the bottom portion of the exposed hole to form the N-semiconductor Forming a semiconductor laser diode region of a layered layer, an active layer, a stacked structure of a P-semiconductor layer and a horizontal stacked structure consisting of a P-electrode and an N-electrode; Preparing a submount substrate on which the P-metal and N-metal for the submount substrate cross each other in a horizontal direction, and bonding the P-electrode and the N-electrode of the semiconductor laser diode region to the submount substrate; ; And leaving the sapphire substrate away from the N-semiconductor layer.

여기서, 상기 서브마운트 기판은 본딩용 금속층을 더 포함하고, Here, the submount substrate further comprises a bonding metal layer,

상기 본딩용 금속층은 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어지고, The bonding metal layer is made of at least two alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag and In,

복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버를 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결시키는 단계;를 더 포함하고, And preparing an optical fiber focus for collecting the plurality of optical fibers and the plurality of optical fibers into one optical fiber, and connecting the plurality of optical fibers with portions of an active layer of the semiconductor laser diode region, respectively.

상기 복수의 광 파이버는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이루고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함한다. The optical fibers further comprise coupling to an oscillation surface of a semiconductor laser diode region, and forming a reflective layer on a portion other than the oscillation surface.

본 발명은 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 열 전도성이 좋지 않은 사파이어 기판을 제거하고, 열 전도성이 우수한 서브마운트 기판을 반도체 레이저 다이오드의 반도체층에 본딩하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있어 광 출력을 향상시키고, P-전극 체계의 열화를 감소시킬 수 있다. The present invention relates to a multi-chip semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, and the present invention is to remove the sapphire substrate of poor thermal conductivity, and to bond the submount substrate having excellent thermal conductivity to the semiconductor layer of the semiconductor laser diode to provide heat emission. Efficient emission can improve light output and reduce degradation of P-electrode system.

또한, 본 발명은 멀티 칩 구조의 반도체 레이저 다이오드를 제작하고, 더불어 복수 개의 광 파이버를 설치하여 N-전극에서 전류의 흐름을 조절하여 광 컨트롤을 가능하게 하고, 광의 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 광 파이버를 하나로 모아줄 수 있는 광 파이버포커스를 설치하여 활성층에서 발진된 광을 광 파이버에서 원하는 방향으로 가이드 할 수 있고, 광 파이버에서 모은 레이저 광을 광 파이버포커스에 집적시켜 한 빔으로 발진할 수 있어 광의 세기 및 광 효율을 향상시 킬 수 있다.In addition, the present invention is to manufacture a semiconductor chip of a multi-chip structure, and to install a plurality of optical fibers to control the flow of current in the N-electrode to enable the light control, improve the light intensity and light efficiency In addition, by installing an optical fiber focus that can bring a plurality of optical fibers into one, the light emitted from the active layer can be guided in the desired direction from the optical fiber, and the laser light collected from the optical fiber is integrated into the optical fiber focus. Oscillation with one beam can improve the light intensity and light efficiency.

게다가, 본 발명은 수직형 적층 구조로 형성된 반도체 레이저 다이오드에 전압공급 컨트롤러를 형성하여 개별적으로 반도체 레이저 다이오드에 전원 공급을 가능하게 할 수 있다. 이는, 추후 고출력 반도체 레이저 다이오드 제작함에 있어 가장 중요한 기술이라 할 수 있다. In addition, the present invention can form a voltage supply controller in a semiconductor laser diode formed of a vertical stacked structure to enable power supply to the semiconductor laser diode individually. This can be said to be the most important technology in the manufacture of high power semiconductor laser diodes in the future.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 평면도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 나타낸 공정별 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브마운트 기판을 나타낸 단면도 및 평면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 평면도.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 나타낸 공정별 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 서브마운트 기판을 나타낸 단면도 및 평면도.1A to 1C are cross-sectional views of a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are plan views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.
3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a multichip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view and a plan view of a submount substrate according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are cross-sectional views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention.
6A and 6B are plan views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention.
7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a multichip semiconductor laser diode according to another exemplary embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view and a plan view showing a submount substrate according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 평면도이다. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are plan views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 2a를 참조하면, 서로 이격하면서 형성된 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)들이 구비되고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)들을 절연시키기 위해 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(300)들 사이와 노출된 면에 절연층(160)이 형성된다. 그리고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)과 본딩되는 열 전도성이 우수한 서브마운트 기판(180)이 제공된다. 1A and 2A, a plurality of semiconductor laser diode regions 300 are formed to be spaced apart from each other, and between the semiconductor laser diode regions 300 to insulate the plurality of semiconductor laser diode regions 300. The insulating layer 160 is formed on the exposed surface. In addition, a submount substrate 180 having excellent thermal conductivity bonded to the plurality of semiconductor laser diode regions 300 is provided.

상기 반도체 레이저 다이오드 영역(300)은 P-전극(170), P-반도체층(150), 활성층(130), N-반도체층(110) 및 N-전극(190)이 순차적으로 적층된 수직형 적층 구조물로 형성된다. 바람직하게는, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(300)은 P-전극(170), P-반도체층(150), P-클래드층(140), 활성층(130), N-클래드층(120), N-반도체층(110) 및 N-전극(190)이 순차적으로 적층된 수직형 적층 구조물로 형성된다. 상기 서브마운트 기판(180)은 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극(미도시)이 형성된 것을 포함한다.The semiconductor laser diode region 300 is a vertical type in which a P-electrode 170, a P-semiconductor layer 150, an active layer 130, an N-semiconductor layer 110, and an N-electrode 190 are sequentially stacked. It is formed into a laminated structure. Preferably, the semiconductor laser diode region 300 includes a P-electrode 170, a P-semiconductor layer 150, a P-clad layer 140, an active layer 130, an N-clad layer 120, and N. The semiconductor layer 110 and the N-electrode 190 are formed in a vertical stacked structure in which the semiconductor layers 110 are sequentially stacked. The submount substrate 180 includes a plurality of sub-mount substrate P-electrodes (not shown) formed on top of the plurality of semiconductor laser diode regions 300.

도 1b 및 도 2b를 참조하면, 상기 N-전극(190)들 사이에 개재되도록 상기 N-반도체층(110) 상에 전압공급 컨트롤러(101)가 형성되고, 상기 전압공급 컨트롤러(101)는 양측에 형성된 N-전극(190)과 본딩(bonding,102)된다. 상기 전압공급 컨트롤러(101)와 N-전극(190)간의 본딩(102)은 와이어 본딩, 인쇄방법 및 패터닝 중 어느 하나의 방법으로 이루어지며, 바람직하게는, 와이어 본딩으로 이루어진다. 1B and 2B, a voltage supply controller 101 is formed on the N-semiconductor layer 110 so as to be interposed between the N-electrodes 190, and the voltage supply controller 101 is provided at both sides. It is bonded to the N-electrode 190 formed in (102). The bonding 102 between the voltage supply controller 101 and the N-electrode 190 is made by any one of a wire bonding, a printing method, and a patterning method, preferably, a wire bonding.

도 1c 및 도 2c를 참조하면, 상기 전압공급 컨트롤러(101)가 형성된 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)에 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)과 각각 커플링되는 복수의 광 파이버(103)를 연결시키고, 상기 복수의 광 파이버(103)는 상기 복수의 광 파이버(103)를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스(104)로 연결된다.1C and 2C, a plurality of optical fibers 103 coupled to the plurality of semiconductor laser diode regions 300 on which the voltage supply controller 101 is formed, respectively. ), And the plurality of optical fibers 103 are connected to an optical fiber focus 104 that collects the plurality of optical fibers 103 into one optical fiber.

상기 복수의 광 파이버(103)는 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(300)의 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 레이징이 일어나는 활성층(130) 부분과 각각 연결되고, 바람직하게는, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(300)의 발진면에서 광 파이버(103)와의 커플링이 이루어진다. 한편, 상기 반도체 레이저 다이오드의 발진면 이외의 부분에 반사층(미도시)을 형성시켜 발진면 이외의 부분에서 방출되는 열을 억제시키고, 발진면에서 광 파이어버와의 커플링을 더 집적화시킬 수 있다. The plurality of optical fibers 103 are respectively connected to portions of the active layer 130 where lasing occurs by carrier recombination of electron-holes or the like in the semiconductor laser diode region 300, preferably, the semiconductor laser diode region. Coupling with the optical fiber 103 is made at the oscillation surface of 300. On the other hand, by forming a reflective layer (not shown) on the portion other than the oscillation surface of the semiconductor laser diode, it is possible to suppress the heat emitted from the portion other than the oscillation surface, and to further integrate the coupling with the optical fiber on the oscillation surface. .

상기에 전술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드를 멀티 칩 구조로 형성하면서 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드에 개별적으로 전원을 공급시키는 전압공급 컨트롤러를 설치하고, 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드와 커플링되는 복수의 광 파이버를 구비한 광 파이버포커스를 형성함으로써, 단일 칩 구조의 반도체 레이저 다이오드 보다 광의 세기 및 광 효율이 향상된 반도체 레이저 다이오드를 제작할 수 있고, 이로 인해, 고 출력을 갖는 반도체 레이저 다이오드를 제작할 수 있다.As described above, the present invention provides a voltage supply controller for separately supplying power to the multi-chip semiconductor laser diode while forming a semiconductor laser diode in a multi-chip structure, and is coupled with the multi-chip semiconductor laser diode. By forming an optical fiber focus having a plurality of optical fibers, it is possible to fabricate a semiconductor laser diode with improved light intensity and light efficiency than a semiconductor laser diode having a single chip structure, and thus to produce a semiconductor laser diode having a high output. have.

도 3a 내지 도 3g를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIGS. 3A to 3G, a method of manufacturing a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention is as follows.

도 3a를 참조하면, 사파이어 기판(100) 상부에 N-반도체층(110), 활성층(130), P-반도체층(150)을 순차적으로 형성한다. 바람직하게는, 상기 사파이어 기판(100) 상에 N-반도체층(110), N-클래드층(120), 활성층(130), P-클래드층(140), P-반도체층(150)을 차례로 형성한다. Referring to FIG. 3A, an N-semiconductor layer 110, an active layer 130, and a P-semiconductor layer 150 are sequentially formed on the sapphire substrate 100. Preferably, the N-semiconductor layer 110, the N-clad layer 120, the active layer 130, the P-clad layer 140, and the P-semiconductor layer 150 are sequentially on the sapphire substrate 100. Form.

상기 N-반도체층(110)은 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체로 이루어진 n형 물질층 또는 언 도프트(undoped) 물질층으로서 n-GaN층으로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 N-클래드층(120)은 n-AlGaN/GaN층으로 이루어진다. 상기 활성층(130)은 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 광 방출이 일어나는 반도체층으로서 다중 양자 우물(Multi Quantum Well) 구조를 갖는 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 P-클래드층(140)은 도핑물질인 p형인 것을 제외하고 상기 N-클래드층과 동일한 물질층으로 이루어지며, 상기 P-반도체층(150)은 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체층으로서, p형 도전성 불순물이 도핑된 p-GaN층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 N-클래드층(120)과 활성층(130) 사이에 n-GaN층으로 구성된 N-웨이브가이드층을 더 형성할 수 있고, 상기 활성층(130)과 상기 P-클래드층(140) 사이에 p-GaN층으로 구성된 P-웨이브가이드층을 더 형성할 수 있다. The N-semiconductor layer 110 is preferably formed of an n-GaN layer as an n-type material layer or an undoped material layer made of a GaN-based nitride compound semiconductor, and the N-clad layer 120 is It consists of an n-AlGaN / GaN layer. The active layer 130 is a semiconductor layer in which light emission is generated by carrier recombination such as electron-holes, and is preferably made of a GaN-based nitride compound semiconductor layer having a multi quantum well structure, and the P-clad The layer 140 is made of the same material layer as the N-clad layer except for the p-type doping material. The P-semiconductor layer 150 is a GaN-based nitride compound semiconductor layer, and is doped with a p-type conductive impurity. It is preferable that the p-GaN layer is formed. Meanwhile, an N-wave guide layer including an n-GaN layer may be further formed between the N-clad layer 120 and the active layer 130, and between the active layer 130 and the P-clad layer 140. P-wave guide layer consisting of a p-GaN layer can be further formed on.

도 3b를 참조하면, 상기 사파이어 기판(100)이 노출되도록 상기 P-반도체층(150), P-클래드층(140), 활성층(130), N-클래드층(120) 및 N-반도체층(110)을 차례로 식각하여 상기 N-반도체층(110), N-클래드층(120), 활성층(130), P-클래드층(140) 및 P-반도체층(150)의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물들을 서로 이격하면서 형성한다. 그런다음, 상기 적층 구조물들을 절연시키기 위해서 상기 다수의 적층 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물 부분에 절연층(160)을 증착한 후, 상기 P-반도체층(150) 상부에 형성된 절연층(160) 부분을 식각하여 상기 P-반도체층(150) 상부를 노출시킨다. Referring to FIG. 3B, the P-semiconductor layer 150, the P-clad layer 140, the active layer 130, the N-clad layer 120, and the N-semiconductor layer are exposed so that the sapphire substrate 100 is exposed. 110 is sequentially etched to form a plurality of stacks including a stack of the N-semiconductor layer 110, the N-clad layer 120, the active layer 130, the P-clad layer 140, and the P-semiconductor layer 150. Form structures apart from each other. Then, after the insulating layer 160 is deposited between the plurality of laminated structures and the etched portion of the stacked structure to insulate the stacked structures, the insulating layer 160 formed on the P-semiconductor layer 150. The portion is etched to expose the upper portion of the P-semiconductor layer 150.

도 3c를 참조하면, 상기 노출된 P-반도체층(150) 상부를 포함한 기판 전면 상에 P-전극용 물질을 증착한 후, 상기 P-전극용 물질을 패터닝하여 상기 노출된 P-반도체층(150) 상에 상기 P-반도체층(150)과 접촉되는 P-전극(170)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, after depositing a P-electrode material on the entire surface of the substrate including the exposed P-Semiconductor layer 150, the P-electrode material is patterned to form the exposed P-Semiconductor layer ( The P-electrode 170 is formed on the 150 to contact the P-semiconductor layer 150.

그런 다음, 도 4와 같이, 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극(170a)이 형성된 서브마운트 기판(180)을 준비한다. 상기 서브마운트 기판(180)은 실리콘, 갈륨비소 및 폴리머와 같은 열전도 특성이 우수한 기판을 사용하여 소자가 제조된 후에 소자에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있게 하는 것이다.Then, as shown in FIG. 4, a submount substrate 180 having a plurality of sub-mount substrate P-electrodes 170a formed thereon is prepared. The submount substrate 180 may use a substrate having excellent thermal conductivity such as silicon, gallium arsenide, and polymer to efficiently release heat generated in the device after the device is manufactured.

도 3d를 참조하면, 상기 서브마운트 기판용 P-전극(170a)이 구비된 서브마운트 기판(180) 상에 상기 P-전극(170)이 형성된 사파이어 기판(100)을 뒤집은 상태로 올려놓은 후, 열 압착을 수행하여 상기 서브마운트 기판용 P-전극(170a)과 상기 적층 구조물의 P-전극(170)을 본딩(bonding)한다. 한편, 상기 서브마운트 기판용 P-전극(170a)의 하면 또는 상면에 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어진 본딩용 금속층을 더 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3D, the sapphire substrate 100 on which the P-electrode 170 is formed is placed on the sub-mount substrate 180 having the P-electrode 170a for the submount substrate in an inverted state. Thermal bonding is performed to bond the P-electrode 170a for the submount substrate and the P-electrode 170 of the laminated structure. Meanwhile, a bonding metal layer made of at least two alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag, and In may be further formed on the lower surface or the upper surface of the P-electrode 170a for the submount substrate. .

그런 다음, 상기 서브마운트 기판(180)이 형성된 사파이어 기판(100)에 리프트 오프(laser lift off) 공정을 수행하여 상기 N-반도체층(110)으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시킨다. 이때, 자발적인 어레이(array)가 이루어지게 된다.Then, a sapphire substrate 100 on which the submount substrate 180 is formed is subjected to a lift lift process to separate the sapphire substrate from the N-semiconductor layer 110. At this time, a spontaneous array is made.

상기 P-전극(170)과 본딩되는 서브마운트 기판(180)을 형성하고, 상기 N-반도체층(110) 부분에 부착된 사파이어 기판을 제거함으로써, 반도체 레이저 다이오드에서 방출되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있으므로, 광 출력을 향상시키고, P-전극 체계의 열화를 감소시킬 수 있어 소자의 수명을 증대시킬 수 있다.By forming the submount substrate 180 bonded to the P-electrode 170 and removing the sapphire substrate attached to the N-semiconductor layer 110, the heat emitted from the semiconductor laser diode can be efficiently discharged. As a result, the light output can be improved, and the degradation of the P-electrode system can be reduced, thereby increasing the life of the device.

도 3e를 참조하면, 상기 사파이어 기판이 이탈된 N-반도체층(110) 부분에 N-전극(190)을 형성하여, 상기 P-전극(170), P-반도체층(150), P-클래드층(140), 활성층(130), N-클래드층(120), N-반도체층(110) 및 N-전극(190)으로 구성된 다수의 수직형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역(300)을 형성한다. 상기 P-전극(170)과 N-전극(190)이 수직으로 형성된 반도체 레이저 다이오드 영역(300)을 멀티 칩 구조로 형성함으로써, 고 출력 어레이(array) 반도체 레이저 다이오드를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3E, an N-electrode 190 is formed on a portion of the N-semiconductor layer 110 from which the sapphire substrate is separated, thereby forming the P-electrode 170, the P-semiconductor layer 150, and the P-clad. Form a semiconductor laser diode region 300 of a plurality of vertically stacked structures consisting of a layer 140, an active layer 130, an N-clad layer 120, an N-semiconductor layer 110, and an N-electrode 190. do. By forming the semiconductor laser diode region 300 having the P-electrode 170 and the N-electrode 190 vertically formed in a multi-chip structure, a high output array semiconductor laser diode can be obtained.

도 3f를 참조하면, 상기 수직형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역(300) 상부에 전압공급 컨트롤러(101)를 형성한다. 바람직하게, 상기 N-전극(190) 측면에 한 개씩 개재되도록 전압공급 컨트롤러(101)를 형성한다. 그런다음, 상기 전압공급 컨트롤러(101)와 N-전극(190)을 와이어 본딩, 인쇄방법 및 패터닝 중 어느 하나의 방법으로 본딩한다. 바람직하게, 상기 와이어 본딩(102)으로 상기 전압공급 컨트롤러(101)와 N-전극(190)을 본딩한다. Referring to FIG. 3F, a voltage supply controller 101 is formed on the semiconductor laser diode region 300 of the vertical stacked structure. Preferably, the voltage supply controller 101 is formed to be interposed one by one on the side of the N-electrode 190. Then, the voltage supply controller 101 and the N-electrode 190 are bonded by any one of wire bonding, printing, and patterning. Preferably, the wire bonding 102 bonds the voltage supply controller 101 and the N-electrode 190.

상기 전압공급 컨트롤러(101)는 다수 개로 형성된 수직형 구조의 반도체 레이저 다이오드에 개별적으로 전원 공급을 수행할 수 있는 것으로, 추후 고출력 반도체 레이저 다이오드를 제작함에 있어 가장 중요한 기술이라 할 수 있다.The voltage supply controller 101 is capable of supplying power individually to a semiconductor laser diode having a vertical structure formed of a plurality, and may be referred to as the most important technology in manufacturing a high power semiconductor laser diode.

도 3g를 참조하면, 복수의 광 파이버(103)와 상기 복수의 광 파이버(103)를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스(104)를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버(103)를 상기 전압공급 컨트롤러(101)가 형성된 반도체 레이저 다이오드 영역(300)의 활성층(130) 부분과 각각 연결하여 커플링시킨다. 바람직하게, 상기 복수의 광 파이버(103)는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이룬다. Referring to FIG. 3G, a plurality of optical fibers 103 and an optical fiber focus 104 for collecting the plurality of optical fibers 103 into one optical fiber are prepared, and the plurality of optical fibers 103 The voltage supply controller 101 is connected to and coupled to the portions of the active layer 130 of the semiconductor laser diode region 300 on which the voltage supply controller 101 is formed. Preferably, the plurality of optical fibers 103 are coupled at the oscillation surface of the semiconductor laser diode region.

이와 같은, 상기 광 파이버(103)를 통하여 반도체 레이저 다이오드의 활성층에서 발진된 광을 광 파이버에서 원하는 방향으로 가이드 할 수 있고, 커플링된 광 파이버에서 모은 레이저 광을 광 파이버포커스에서 집적시켜 한 빔으로 발진할 수 있게 된다. 이처럼, 멀티 칩의 반도체 레이저 다이오드와 복수의 광 파이버를 각각 연결하는 것으로 N-전극에서 전류의 흐름을 조절하여 광 컨트롤을 가능하게 하고, 그래서, 반도체 레이저 다이오드의 광 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분, 즉, 발진면 이외의 부분에 반사층(미도시)을 형성시켜, 이를 통해, 상기 발진면에서 광 파이어버와의 커플링을 더 집적화시킬 수 있다. As such, the light emitted from the active layer of the semiconductor laser diode can be guided in the desired direction in the optical fiber through the optical fiber 103, and the laser light collected from the coupled optical fiber is integrated in the optical fiber focus. It will be possible to oscillate. As such, by connecting the semiconductor laser diode of the multi-chip and the plurality of optical fibers, respectively, it is possible to control the light by controlling the flow of current in the N-electrode, thereby improving the light intensity and the light efficiency of the semiconductor laser diode. have. On the other hand, by forming a reflective layer (not shown) on the active layer portion of the semiconductor laser diode region, that is, the portion other than the oscillation surface, the coupling with the optical fiber in the oscillation surface can be further integrated.

이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정을 차례로 진행하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 제조한다. Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to manufacture a multi-chip semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 평면도이다. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 6A and 6B are plan views illustrating a multi-chip semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 6a를 참조하면, 서로 이격하면서 형성된 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)들이 구비되고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)들을 절연시키기 위해 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(400)들 사이와 노출된 면에 절연층(260)이 형성된다. 그리고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)과 본딩되는 열 전도성이 우수한 서브마운트 기판(280)이 제공된다. 5A and 6A, a plurality of semiconductor laser diode regions 400 formed spaced apart from each other are provided, and between the semiconductor laser diode regions 400 to insulate the plurality of semiconductor laser diode regions 400. And an insulating layer 260 is formed on the exposed surface. In addition, a submount substrate 280 having excellent thermal conductivity bonded to the plurality of semiconductor laser diode regions 400 is provided.

여기서, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(400)은 N-반도체층(210), 활성층(230), P-반도체층(250)이 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 P-전극(270) 및 N-전극(290)이 수평으로 형성된 수평형 적층 구조물로 형성된다. 바람직하게는, 홀이 구비되며, N-반도체층(210), N-클래드층(220), 활성층(230), P-클래드층(240) 및 P-반도체층(250)의 적층으로 이루어진 적층 구조물과, 상기 홀 내에 매립 형태로 형성되어 상기 N-반도체층(210) 부분과 컨택되는 N-전극(290) 및 상기 N-전극(290)과 수평방향으로 형성되어 상기 P-반도체층(250)과 컨택되는 P-전극(270)이 포함된 다수의 수평형 적층 구조물로 형성된다. Here, the semiconductor laser diode region 400 is formed by sequentially stacking the N-semiconductor layer 210, the active layer 230, and the P-semiconductor layer 250, and the P-electrode 270 and the N-electrode 290 is formed of a horizontal stacked structure formed horizontally. Preferably, a hole is provided and is formed by laminating an N-semiconductor layer 210, an N-clad layer 220, an active layer 230, a P-clad layer 240, and a P-semiconductor layer 250. The N-electrode 290 and the N-electrode 290 which are formed in a hole in the structure and buried in the hole and contact the portion of the N-semiconductor layer 210 are formed in a horizontal direction, and the P-semiconductor layer 250 ) And a P-electrode 270 in contact with each other.

상기 서브마운트 기판(280)은 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극(미도시)과 N-전극(미도시)이 형성된 것을 포함하되, 바람직하게, 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극과 N-전극이 수평방향으로 서로 교차하면서 형성된 서브마운트 기판(280)을 제공한다.The submount substrate 280 includes a plurality of sub-mount substrate P-electrodes (not shown) and N-electrodes (not shown) formed on top of the plurality of semiconductor laser diode regions 400. Preferably, the sub-mount substrate 280 is formed on the upper portion of the P-electrode for the sub-mount substrate and the N-electrode to cross each other in the horizontal direction.

도 5b 및 도 6b를 참조하면, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)에 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)과 각각 커플링되는 복수의 광 파이버(203)를 연결시키고, 상기 복수의 광 파이버(203)는 상기 복수의 광 파이버(203)를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스(204)로 연결된다. 5B and 6B, a plurality of optical fibers 203 respectively coupled to the plurality of semiconductor laser diode regions 400 are connected to the plurality of semiconductor laser diode regions 400, and the plurality of optical fibers are coupled to each other. The fiber 203 is connected to an optical fiber focus 204 that collects the plurality of optical fibers 203 into one optical fiber.

상기 복수의 광 파이버(203)는 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(400)의 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 레이징이 일어나는 활성층(230) 부분과 각각 연결되고, 바람직하게는, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(400)의 발진면에서 광 파이버(203)와의 커플링이 이루어진다. 한편, 상기 반도체 레이저 다이오드의 발진면 이외의 부분에 반사층(미도시)을 형성시켜 발진면 이외의 부분에서 방출되는 열을 억제시키고, 발진면에서 광 파이어버와의 커플링을 더 집적화시킬 수 있다. The plurality of optical fibers 203 are respectively connected to portions of the active layer 230 in which lasing occurs by carrier recombination such as electron-holes in the semiconductor laser diode region 400, preferably, the semiconductor laser diode region. Coupling with the optical fiber 203 is made at the oscillation surface of 400. On the other hand, by forming a reflective layer (not shown) on the portion other than the oscillation surface of the semiconductor laser diode, it is possible to suppress the heat emitted from the portion other than the oscillation surface, and to further integrate the coupling with the optical fiber on the oscillation surface. .

상기에 전술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드를 멀티 칩 구조로 형성하면서 상기 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드와 각각 커플링되는 복수의 광 파이버를 구비한 광 파이버포커스를 형성함으로써, 광의 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저 다이오드를 제작할 수 있고, 이로 인해, 고 출력을 갖는 반도체 레이저 다이오드를 제작할 수 있다.As described above, the present invention forms an optical fiber focus having a plurality of optical fibers coupled to the multi-chip semiconductor laser diode while forming a semiconductor laser diode in a multi-chip structure, thereby providing light intensity and light efficiency. It is possible to manufacture a semiconductor laser diode capable of improving the resistance, thereby manufacturing a semiconductor laser diode having a high output.

도 7a 내지 도 7e를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIGS. 7A to 7E, a method of manufacturing a multichip semiconductor laser diode according to another exemplary embodiment of the present invention will be described below.

도 7a를 참조하면, 사파이어 기판(200) 상부에 N-반도체층(210), 활성층(230), P-반도체층(250)을 순차적으로 형성한다. 바람직하게는, 상기 사파이어 기판(200) 상에 N-반도체층(210), N-클래드층(220), 활성층(230), P-클래드층(240), P-반도체층(250)을 차례로 형성한다. Referring to FIG. 7A, an N-semiconductor layer 210, an active layer 230, and a P-semiconductor layer 250 are sequentially formed on the sapphire substrate 200. Preferably, the N-semiconductor layer 210, the N-clad layer 220, the active layer 230, the P-clad layer 240, and the P-semiconductor layer 250 are sequentially on the sapphire substrate 200. Form.

상기 N-반도체층(210)은 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체로 이루어진 n형 물질층 또는 언 도프트(undoped) 물질층으로서 n-GaN층으로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 N-클래드층(220)은 n-AlGaN/GaN층으로 이루어진다. 상기 활성층(230)은 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 광 방출이 일어나는 반도체층으로서 다중 양자 우물(Multi Quantum Well) 구조를 갖는 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 P-클래드층(240)은 도핑물질인 p형인 것을 제외하고 상기 N-클래드층과 동일한 물질층으로 이루어지며, 상기 P-반도체층(250)은 GaN 계열의 질화물 화합물 반도체층으로서, p형 도전성 불순물이 도핑된 p-GaN층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 N-클래드층(220)과 활성층(230) 사이에 n-GaN층으로 구성된 N-웨이브가이드층을 더 형성할 수 있고, 상기 활성층(230)과 상기 P-클래드층(240) 사이에 p-GaN층으로 구성된 P-웨이브가이드층을 더 형성할 수 있다. The N-semiconductor layer 210 is preferably an n-type material layer made of a GaN-based nitride compound semiconductor or an n-GaN layer as an undoped material layer, and the N-clad layer 220 is It consists of an n-AlGaN / GaN layer. The active layer 230 is a semiconductor layer in which light emission is generated by carrier recombination such as electron-holes, and is preferably made of a GaN-based nitride compound semiconductor layer having a multi quantum well structure, and the P-clad The layer 240 is made of the same material layer as the N-clad layer except for the p-type doping material, and the P-semiconductor layer 250 is a GaN-based nitride compound semiconductor layer, and is doped with a p-type conductive impurity. It is preferable that the p-GaN layer is formed. Meanwhile, an N-wave guide layer including an n-GaN layer may be further formed between the N-clad layer 220 and the active layer 230, and between the active layer 230 and the P-clad layer 240. P-wave guide layer consisting of a p-GaN layer can be further formed on.

도 7b를 참조하면, 상기 P-반도체층(250), P-클래드층(240), 활성층(230), N-클래드층(220) 및 N-반도체층(210)을 차례로 식각하여 상기 N-반도체층 부분을 노출시키는 홀(261)을 형성하고, 상기 N-반도체층(210), N-클래드층(220), 활성층(230), P-클래드층(240) 및 P-반도체층(250)의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물을 서로 이격하면서 형성한다. 그런 다음, 상기 적층 구조물들을 절연시키기 위해서 상기 홀(261)의 전면, 즉, 적층된 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물의 전면에 절연층(260)을 형성한 후, 상기 절연층(260)을 식각하여 상기 P-반도체층(250) 상부와 상기 홀(261)의 저면 부분을 노출시킨다. Referring to FIG. 7B, the P-semiconductor layer 250, the P-clad layer 240, the active layer 230, the N-clad layer 220, and the N-semiconductor layer 210 are sequentially etched to form the N-. A hole 261 exposing a portion of the semiconductor layer is formed, and the N-semiconductor layer 210, the N-clad layer 220, the active layer 230, the P-clad layer 240, and the P-semiconductor layer 250 A plurality of laminated structures consisting of a stack of) are formed while spaced apart from each other. Then, the insulating layer 260 is formed on the front surface of the hole 261, that is, between the stacked structures and the front surface of the etched stacked structure, to insulate the stacked structures. Etching exposes an upper portion of the P-semiconductor layer 250 and a bottom portion of the hole 261.

도 7c를 참조하면, 상기 노출된 P-반도체층(250) 상부 및 홀(261)을 포함한 기판 전면 상에 P-전극용 물질과 N-전극용 물질을 증착한 후, 상기 P-전극용 물질과 N-전극용 물질을 패터닝하여 상기 노출된 P-반도체층(250) 상에 상기 P-반도체층(250)과 접촉되는 P-전극(270)을 형성함과 아울러 상기 노출된 홀(261)의 저면 부분과 콘택되도록 상기 홀(261) 내에 매립 형태의 N-전극(290)을 상기 P-전극(270)과 수평방향으로 형성한다. Referring to FIG. 7C, the P-electrode material and the N-electrode material are deposited on the entire surface of the substrate including the exposed P-semiconductor layer 250 and the holes 261, and then the P-electrode material. And a material for N-electrode to form a P-electrode 270 in contact with the P-semiconductor layer 250 on the exposed P-semiconductor layer 250 and the exposed hole 261. A buried N-electrode 290 is formed in the hole 261 in a horizontal direction with the P-electrode 270 to be in contact with the bottom portion of the hole 261.

이로써, 상기 N-반도체층(210), N-클래드층(220), 활성층(230), P-클래드층(240) 및 P-반도체층(250)의 적층 구조물과 P-전극(270) 및 N-전극(290)으로 구성된 다수의 수평형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)을 형성한다. 상기 P-전극(270)과 N-전극(290)은 동시에 증착 공정을 수행하여 형성하거나 또는 순차적인 증착 공정을 수행하여 형성할 수 있다. Accordingly, the stacked structure of the N-semiconductor layer 210, the N-clad layer 220, the active layer 230, the P-clad layer 240, and the P-semiconductor layer 250 and the P-electrode 270 and A semiconductor laser diode region 400 of a plurality of horizontal stacked structures composed of N-electrodes 290 is formed. The P-electrode 270 and the N-electrode 290 may be formed by simultaneously performing a deposition process or by performing a sequential deposition process.

그런 다음, 도 8과 같이, 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극(270a)과 N-전극(290a)이 서로 교차하면서 수평방향으로 형성된 서브마운트 기판(280)을 준비한다. 상기 서브마운트 기판(280)은 실리콘, 갈륨비소 및 폴리머와 같은 열전도 특성이 우수한 기판을 사용하여 소자가 제조된 후에 소자에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있게 하는 것이다.Then, as shown in FIG. 8, the submount substrate 280 formed in the horizontal direction is prepared while the plurality of submount substrate P-electrodes 270a and the N-electrodes 290a cross each other. The submount substrate 280 may use a substrate having excellent thermal conductivity such as silicon, gallium arsenide, and polymer to efficiently release heat generated in the device after the device is manufactured.

도 7d를 참조하면, 상기 서브마운트 기판용 P-전극(270a)과 N-전극(290a)이 구비된 서브마운트 기판(280) 상에 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역(400)이 형성된 사파이어 기판(200)을 뒤집은 상태로 올려놓은 후, 열 압착을 수행하여 상기 서브마운트 기판(280)의 P-전극(270a)과 N-전극(290a)과 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 P-전극(270) 및 N-전극(290)을 본딩한다. 한편, 상기 서브마운트 기판용 P-전극(270a)과 N-전극(290a)의 하면 또는 상면에 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어진 본딩용 금속층을 더 형성할 수 있다. Referring to FIG. 7D, a sapphire substrate having the plurality of semiconductor laser diode regions 400 formed on a submount substrate 280 including the P-electrode 270a and the N-electrode 290a for the submount substrate ( 200 is placed in an inverted state and then thermally compressed to perform P-electrode 270a and N-electrode 290a of the submount substrate 280 and P-electrode 270 of the semiconductor laser diode region. The N-electrode 290 is bonded. Meanwhile, at least two or more alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag, and In are formed on the lower surface or the upper surface of the P-electrode 270a and the N-electrode 290a for the submount substrate. A metal layer can be further formed.

그런 다음, 상기 서브마운트 기판(280)이 형성된 사파이어 기판(200)에 리프트 오프(laser lift off) 공정을 수행하여 상기 N-반도체층(210)으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시킨다. 이때, 자발적인 어레이(array)가 이루어지게 된다.Thereafter, a sapphire substrate 200 on which the submount substrate 280 is formed is lifted off to remove the sapphire substrate from the N-semiconductor layer 210. At this time, a spontaneous array is made.

상기 P-전극(270)과 N-전극(290)과 본딩되는 서브마운트 기판(280)을 형성하고, 상기 N-반도체층(210) 부분에 부착된 사파이어 기판을 제거함으로써, 반도체 레이저 다이오드에서 방출되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있으므로, 광 출력을 향상시키고, P-전극 체계의 열화를 감소시킬 수 있어 소자의 수명을 증대시킬 수 있다.Emission from the semiconductor laser diode is formed by forming a submount substrate 280 bonded to the P-electrode 270 and the N-electrode 290 and removing the sapphire substrate attached to the N-semiconductor layer 210. Since heat can be efficiently released, the light output can be improved, and the degradation of the P-electrode system can be reduced, thereby increasing the life of the device.

도 7e를 참조하면, 복수의 광 파이버(203)와 상기 복수의 광 파이버(203)를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스(204)를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버(203)를 상기 반도체 레이저 다이오드 영역(400)의 활성층(230) 부분과 각각 연결하여 커플링시킨다. 바람직하게, 상기 복수의 광 파이버(203)는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이룬다. Referring to FIG. 7E, a plurality of optical fibers 203 and an optical fiber focus 204 for collecting the plurality of optical fibers 203 into one optical fiber are prepared, and the plurality of optical fibers 203 are prepared as described above. Each of the semiconductor laser diodes 400 is connected to and coupled to the active layer 230. Preferably, the plurality of optical fibers 203 are coupled at the oscillation surface of the semiconductor laser diode region.

이와 같은, 상기 광 파이버(203)를 통하여 반도체 레이저 다이오드의 활성층에서 발진된 광을 광 파이버에서 원하는 방향으로 가이드 할 수 있고, 커플링된 광 파이버에서 모은 레이저 광을 광 파이버포커스에서 집적시켜 한 빔으로 발진할 수 있게 된다. 이처럼, 멀티 칩의 반도체 레이저 다이오드와 복수의 광 파이버를 각각 연결하는 것으로 N-전극에서 전류의 흐름을 조절하여 광 컨트롤을 가능하게 하고, 그래서, 반도체 레이저 다이오드의 광 세기 및 광 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분, 즉, 발진면 이외의 부분에 반사층(미도시)을 형성시켜, 이를 통해, 상기 발진면에서 광 파이어버와의 커플링을 더 집적화 시킬 수 있다. As such, the light emitted from the active layer of the semiconductor laser diode can be guided in the desired direction in the optical fiber through the optical fiber 203, and the laser light collected from the coupled optical fiber is integrated in the optical fiber focus. It will be possible to oscillate. As such, by connecting the semiconductor laser diode of the multi-chip and the plurality of optical fibers, respectively, it is possible to control the light by controlling the flow of current in the N-electrode, thereby improving the light intensity and the light efficiency of the semiconductor laser diode. have. Meanwhile, a reflective layer (not shown) may be formed on an active layer portion of the semiconductor laser diode region, that is, a portion other than the oscillation surface, thereby integrating coupling with the optical fiber on the oscillation surface.

이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정을 차례로 진행하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드를 제조한다. Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to manufacture a multi-chip semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Knowledge is within the scope of the claims.

100,200: 사파이어 기판 101: 컨트롤러
102: 와이어 본딩 103,203: 광 파이버
104,204: 광 파이버포커스 110,210: N-반도체층
120,220: N-클래드층 130,230: 활성층
140,240: P-클래드층 150,250: P-반도체층
160,260: 절연층 261: 홀
170,270: P-전극
170a, 270a: 서브마운트 기판용 P-전극
180,280: 서브마운트 기판
190a, 290a: 서브마운트 기판용 N-전극
300: 수직형 반도체 레이저 다이오드 영역
400: 수평형 반도체 레이저 다이오드 영역100,200: sapphire substrate 101: controller
102: wire bonding 103,203: optical fiber
104,204: optical fiber focus 110,210: N-semiconductor layer
120,220: N-clad layer 130,230: active layer
140,240: P-clad layer 150,250: P-semiconductor layer
160,260: insulation layer 261: hole
170,270 P-electrode
170a, 270a: P-electrode for submount substrate
180,280: submount substrate
190a, 290a: N-electrodes for submount substrates
300: vertical semiconductor laser diode region
400: horizontal semiconductor laser diode region

Claims (21)

삭제delete 삭제delete 서로 이격하면서 형성된 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 구비하고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 절연시키기 위해 상기 반도체 레이저 다이오드 영역들 사이와 노출된 면에 형성된 절연층을 포함하고,
상기 반도체 레이저 다이오드 영역은 홀이 구비되며, N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 적층 구조물과, 상기 홀 내에 매립 형태로 형성되어 상기 N-반도체층 부분과 컨택되는 N-전극 및 상기 N-전극과 수평방향으로 형성되어 상기 P-반도체층과 컨택되는 P-전극이 포함된 수평형 적층 구조물로 구성되는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드.A plurality of semiconductor laser diode regions formed spaced apart from each other, an insulating layer formed between the semiconductor laser diode regions and exposed surfaces to insulate the plurality of semiconductor laser diode regions,
The semiconductor laser diode region is provided with a hole, and has a lamination structure formed by lamination of an N-semiconductor layer, an active layer, and a P-semiconductor layer, and an N-electrode formed in the hole to be in contact with the portion of the N-semiconductor layer. And a horizontal stacked structure including a P-electrode formed in a horizontal direction with the N-electrode and contacting the P-semiconductor layer. 서로 이격하면서 형성된 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 구비하고, 상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역들을 절연시키기 위해 상기 반도체 레이저 다이오드 영역들 사이와 노출된 면에 형성된 절연층을 포함하며,
상기 반도체 레이저 다이오드 영역은 P-전극, P-반도체층, 활성층, N-반도체층 및 N-전극이 순차적으로 적층된 수직형 적층 구조물로 구성되고,
상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극이 형성된 서브마운트 기판을 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드.A plurality of semiconductor laser diode regions formed spaced apart from each other, an insulating layer formed between the semiconductor laser diode regions and exposed surfaces to insulate the plurality of semiconductor laser diode regions,
The semiconductor laser diode region includes a vertical stacked structure in which a P-electrode, a P-semiconductor layer, an active layer, an N-semiconductor layer, and an N-electrode are sequentially stacked.
And a submount substrate having a plurality of sub-mount substrate P-electrodes formed thereon bonded to the plurality of semiconductor laser diode regions. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 각각 커플링되는 복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드. The method according to claim 3 or 4,
And a plurality of optical fibers respectively coupled to the plurality of semiconductor laser diode regions and an optical fiber focusing the plurality of optical fibers into one optical fiber. 제 5 항에 있어서,
상기 복수의 광 파이버는 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결되는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드.The method of claim 5, wherein
And the plurality of optical fibers are respectively connected to an active layer portion of the semiconductor laser diode region. 제 5 항에 있어서,
상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 광 파이버와 커플링이 이루어지고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층이 형성된 것을 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드. The method of claim 5, wherein
And a coupling with an optical fiber at an oscillation surface of the semiconductor laser diode region, and a reflection layer formed at a portion other than the oscillation surface. 제 4 항에 있어서,
상기 N-전극들 사이에 개재되도록 상기 N-반도체층 상에 형성되어 양측에 형성된 N-전극과 와이어 본딩된 전압공급 컨트롤러를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드.5. The method of claim 4,
And a voltage supply controller formed on the N-semiconductor layer so as to be interposed between the N-electrodes and wire-bonded with the N-electrodes formed on both sides. 제 3 항에 있어서,
상기 다수의 반도체 레이저 다이오드 영역과 본딩되는 상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극과 N-전극이 수평방향으로 형성된 서브마운트 기판을 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드.The method of claim 3, wherein
And a submount substrate having a plurality of sub-mount substrate P-electrodes and N-electrodes formed in a horizontal direction on top of the semiconductor laser diodes. 사파이어 기판 상부에 N-반도체층, 활성층, P-반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 사파이어 기판이 노출되도록 상기 P-반도체층, 활성층, N-반도체층을 식각하여 상기 N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물들을 서로 이격하면서 형성하는 단계;
상기 적층 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물 부분에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층을 식각하여 상기 P-반도체층 상부를 노출시키는 단계;
상기 노출된 P-반도체층 상에 P-전극을 형성하는 단계;
상부에 서브마운트 기판용 P-전극이 형성된 서브마운트 기판을 준비하고, 상기 서브마운트 기판과 상기 적층 구조물의 P-전극을 본딩하는 단계;
상기 N-반도체층으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시키는 단계; 및
상기 사파이어 기판이 이탈된 N-반도체층 부분에 N-전극을 형성하여, 상기 P-전극, P-반도체층, 활성층, N-반도체층 및 N-전극으로 구성된 수직형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.Sequentially forming an N-semiconductor layer, an active layer, and a P-semiconductor layer on the sapphire substrate;
Etching the P-semiconductor layer, the active layer, and the N-semiconductor layer to expose the sapphire substrate, thereby forming a plurality of stacked structures comprising a stack of the N-semiconductor layer, the active layer, and the P-semiconductor layer while being spaced apart from each other;
Forming an insulating layer between the stacked structures and in portions of the etched stacked structures;
Etching the insulating layer to expose an upper portion of the P-semiconductor layer;
Forming a P-electrode on the exposed P-semiconductor layer;
Preparing a submount substrate having a P-electrode for a submount substrate formed thereon, and bonding the submount substrate to the P-electrode of the stacked structure;
Leaving the sapphire substrate away from the N-semiconductor layer; And
N-electrode is formed on the portion of the N-semiconductor layer from which the sapphire substrate is separated, so that the semiconductor laser diode region of the vertical stacked structure including the P-electrode, P-semiconductor layer, active layer, N-semiconductor layer, and N-electrode Forming a; multi-chip semiconductor laser diode manufacturing method comprising a. 제 10 항에 있어서,
상기 서브마운트 기판은 본딩용 금속층을 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.11. The method of claim 10,
The submount substrate is a multi-chip semiconductor laser diode manufacturing method further comprising a bonding metal layer. 제 11 항에 있어서,
상기 본딩용 금속층은 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어진 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.The method of claim 11,
The bonding metal layer is a method of manufacturing a multi-chip semiconductor laser diode made of at least two alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag and In. 제 10 항에 있어서,
상기 N-전극 측면 부분에 전압공급 컨트롤러를 형성하는 단계; 및
상기 전압공급 컨트롤러와 N-전극을 본딩하는 단계;
를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.11. The method of claim 10,
Forming a voltage supply controller on the side of the N-electrode; And
Bonding the voltage supply controller and an N-electrode;
Multi-chip semiconductor laser diode manufacturing method further comprising. 제 13 항에 있어서,
상기 본딩은 와이어 본딩, 인쇄방법 및 패터닝 중 어느 하나의 방법으로 수행하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.The method of claim 13,
The bonding is a multi-chip semiconductor laser diode manufacturing method performed by any one of a wire bonding, a printing method and a patterning method. 제 10 항에 있어서,
복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버를 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결시키는 단계;를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법. 11. The method of claim 10,
And preparing an optical fiber focus for collecting the plurality of optical fibers and the plurality of optical fibers into one optical fiber, and connecting the plurality of optical fibers with portions of an active layer of the semiconductor laser diode region, respectively. Chip semiconductor laser diode manufacturing method. 제 15 항에 있어서,
상기 복수의 광 파이버는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이루고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법. The method of claim 15,
The plurality of optical fibers are coupled to the oscillation surface of the semiconductor laser diode region, and forming a reflective layer on a portion other than the oscillation surface; manufacturing method of a multi-chip semiconductor laser diode further comprising. 사파이어 기판 상부에 N-반도체층, 활성층, P-반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 P-반도체층, 활성층, N-반도체층을 식각하여 상기 N-반도체층 부분을 노출시키는 홀을 형성하고, 상기 N-반도체층, 활성층 및 P-반도체층의 적층으로 이루어진 다수의 적층 구조물을 서로 이격하면서 형성하는 단계;
상기 적층 구조물들 사이 및 식각된 적층 구조물 부분에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층을 식각하여 상기 P-반도체층 상부와 상기 홀의 저면 부분을 노출시키는 단계;
상기 노출된 P-반도체층 상에 P-전극을 형성함과 아울러 상기 노출된 홀의 저면 부분과 콘택되도록 상기 홀 내에 매립 형태의 N-전극을 상기 P-전극과 수평방향으로 형성하여 상기 N-반도체층, 활성층, P-반도체층의 적층 구조물과 P-전극 및 N-전극으로 구성된 수평형 적층 구조물의 반도체 레이저 다이오드 영역을 형성하는 단계;
상부에 다수의 서브마운트 기판용 P-전극과 N-전극이 수평방향으로 서로 교차하면서 형성된 서브마운트 기판을 준비하고, 상기 서브마운트 기판과 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 P-전극 및 N-전극을 본딩하는 단계; 및
상기 N-반도체층으로부터 상기 사파이어 기판을 이탈시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법. Sequentially forming an N-semiconductor layer, an active layer, and a P-semiconductor layer on the sapphire substrate;
Forming a hole exposing the portion of the N-semiconductor layer by etching the P-semiconductor layer, the active layer, and the N-semiconductor layer, and forming a plurality of laminated structures comprising a stack of the N-semiconductor layer, the active layer, and the P-semiconductor layer. Forming spaced apart from each other;
Forming an insulating layer between the stacked structures and in portions of the etched stacked structures;
Etching the insulating layer to expose an upper portion of the P-semiconductor layer and a bottom portion of the hole;
Forming a P-electrode on the exposed P-semiconductor layer and forming a buried N-electrode in the hole in a horizontal direction with the P-electrode in contact with the bottom portion of the exposed hole to form the N-semiconductor Forming a semiconductor laser diode region of a layered layer, an active layer, a stacked structure of a P-semiconductor layer and a horizontal stacked structure consisting of a P-electrode and an N-electrode;
A submount substrate is formed on a plurality of submount substrate P-electrodes and N-electrodes intersecting each other in a horizontal direction, and bonding the submount substrate and the P-electrodes and N-electrodes of the semiconductor laser diode region. Doing; And
And leaving the sapphire substrate away from the N-semiconductor layer. 제 17 항에 있어서,
상기 서브마운트 기판은 본딩용 금속층을 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.The method of claim 17,
The submount substrate is a multi-chip semiconductor laser diode manufacturing method further comprising a bonding metal layer. 제 18 항에 있어서,
상기 본딩용 금속층은 Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag 및 In 중에서 적어도 2개 이상의 합금으로 이루어진 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법.The method of claim 18,
The bonding metal layer is a method of manufacturing a multi-chip semiconductor laser diode made of at least two alloys of Cr, Ti, Pt, Au, Mo, Sn, Ag and In. 제 17 항에 있어서,
복수의 광 파이버와 상기 복수의 광 파이버를 하나의 광 파이버로 모아주는 광 파이버포커스를 준비하고, 상기 복수의 광 파이버를 상기 반도체 레이저 다이오드 영역의 활성층 부분과 각각 연결시키는 단계;를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법. The method of claim 17,
And preparing an optical fiber focus for collecting the plurality of optical fibers and the plurality of optical fibers into one optical fiber, and connecting the plurality of optical fibers with portions of an active layer of the semiconductor laser diode region, respectively. Chip semiconductor laser diode manufacturing method. 제 20 항에 있어서,
상기 복수의 광 파이버는 반도체 레이저 다이오드 영역의 발진면에서 커플링을 이루고, 상기 발진면 이외의 부분에는 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 멀티 칩 반도체 레이저 다이오드 제조방법. 21. The method of claim 20,
The plurality of optical fibers are coupled to the oscillation surface of the semiconductor laser diode region, and forming a reflective layer on a portion other than the oscillation surface; manufacturing method of a multi-chip semiconductor laser diode further comprising.
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KR20050012729A (en) * 2002-04-09 2005-02-02 오리올 인코포레이티드 Method Of Fabricating Vertical Structure LEDs
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