KR100223834B1 - Blue laser diode - Google Patents

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Abstract

할로겐 기상방막성장(HVPE)법으로 성장된 n-GaN 기판을 사용함으로써 격자부 정합 및 온도팽창계수에 기인된 결정결합이 배재된 청색 레이저 다이오드 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a blue laser diode in which crystal bonds due to lattice matching and temperature expansion coefficient are excluded by using an n-GaN substrate grown by halogen vapor deposition (HVPE) method and a method of manufacturing the same.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청색 레이저 다이오드는, 할로겐 기상박막 성장방법을 이용 동종 박막성장으로 성장한 n+형 GaN 기판을 준비하는 단계와, 상기 n+형 기판위에 실리콘이 각각 도핑된 n형 GaN층, n형 1nxGa1-xN층(0≤x≤1), n형 AlxGa1-xN층 및 n형 GaN층을 순차 성장시켜 형성하는 단계와, 상기 n형 GaN층위에 ln0.2Ga0.8의 웰층과 ln0.05Ga0.95N층의 베리어층을 복수개 교대로 성장시켜 다중 양자우물층 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층상에 Mg가 각각 도핑된 P형 AlxGa1-xN층, P형 GaN층, P형 AlxGal-xN층 및 P형 GaN층을 형성하는 단계와, 상기 기판하부 및 상기 P형 GaN층 상부에 각각 n형 오옴 접촉전극과 P형 오옴 접촉전극을 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the blue laser diode of the present invention comprises the steps of preparing an n + type GaN substrate grown by homogeneous thin film growth using a halogen vapor thin film growth method, and n doped with silicon on the n + type substrate, respectively. Forming by sequentially growing an n-type GaN layer, an n-type 1n x Ga 1-x N layer (0≤x≤1), an n-type Al x Ga 1-x N layer, and an n-type GaN layer; Alternately growing a plurality of well layers of ln 0.2 Ga 0.8 and a barrier layer of ln 0.05 Ga 0.95 N on the layer to form an active layer having a multi-quantum well layer structure, and P-type AlxGa 1 doped with Mg on the active layer, respectively; forming a -x N layer, a P-type GaN layer, a P-type Al x Ga lx N layer, and a P-type GaN layer, and an n-type ohmic contact electrode and a P-type ohmic on the bottom of the substrate and on the P-type GaN layer, respectively And forming a contact electrode.

Description

청색 레이저 다이오드Blue laser diode

본 발명은 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 동종 박막성장(Homoepitaxy)으로 얻어진 질화갈륨계 박막을 사용하여 제조한 고휘도, 고효율의 청색 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a high brightness, high efficiency blue laser diode manufactured using a gallium nitride based thin film obtained by homogeneous thin film growth (Homoepitaxy), and a method for manufacturing the same.

종래의 청색 레이저 다이오드는 도1에 도시한 바와 같이 유기금속 화학증착법을 이용하여 a면 사파이어 기판위에 질화갈륩(GaN)계 화합물 반도체인 AlxGal-xN 및 lnxGa1-xN(0≤x≤1)를 박막 성장시켜서 제조하였다.Conventional blue laser diodes are Al x Ga lx N and ln x Ga 1-x N (0≤) which are gallium nitride (GaN) based compound semiconductors on a surface sapphire substrate by using organometallic chemical vapor deposition as shown in FIG. x≤1) was prepared by growing a thin film.

이런 방법으로 성장시킨 GaN계 화합물 반도체는 GaN과 사파이어 기판 사이에 접한 격자부정합(13.8%) 및 열팽창 계수차이(25%) 때문에 결정성이 나빠 결정결함이 1010cm-2정도로 존재하게 되고 이런 결정결합으로 인하여 좋은 P형 GaN계 화합물 반도체를 얻기가 어려웠었다.GaN compound semiconductors grown in this way have poor crystallinity due to lattice mismatch (13.8%) and thermal expansion coefficient difference (25%) between GaN and sapphire substrate, resulting in crystal defects of about 10 10 cm -2. Due to the bonding, it was difficult to obtain a good P-type GaN compound semiconductor.

또한 레이저 다이오드에서 공진기(Cavity)를 형성하기 위해서는 거울면이 존제하여야 하는데 주로 Cl2가스 플라즈마를 사용한 반응성 이온식각(Reactive Ion Etching : RIE)을 사용하여 완전한 거울면을 얻지 못하고 미세한 요철이 생성되어 있어 효율이 나쁘고 문턱전류가 높아 청색 레이저 다이오드의 실온 연속발진을 달성할수 없었다.In addition, in order to form a cavity in the laser diode, a mirror surface must exist. Reactive ion etching (RIE) using Cl 2 gas plasma is mainly used to obtain a perfect mirror surface and fine irregularities are generated. Due to the poor efficiency and high threshold current, the room temperature continuous oscillation of the blue laser diode could not be achieved.

또한 도2에 도시된 바와 같이 스피넬(Spinel) 기판((III)MgAl204)을 사용하여 격자부정합(9.5%)을 죽여서 GaN계 화합물 반도체의 박막결정을 높이고 거울면의 평탄성을 높히려는 시도가 있었으나, 레이저 다이오드의 특성을 향상시키는데는 한계가 있었다.In addition, as shown in FIG. 2, the spinel substrate ((III) MgAl 2 0 4 ) is used to kill the lattice mismatch (9.5%) to increase the thin film crystal of the GaN compound semiconductor and to improve the flatness of the mirror surface. However, there was a limit to improving the characteristics of the laser diode.

그리고 레이저 다이오드는 공진기의 거울면 생성을 위한 벽개(Cleaving)면을 얻기 위한 시도로 도3과 같이 a면(1120) 사파이어 기판을 사용하여 MOCVD법으로 GaN계 화합물 반도체를 성장시키고 R면(1102)으로 벽개에 성공하여 청색 레이저 다이오드를 만들었으나 사실상 벽개면이 존재하지 않는 사파이어 기판위에 GaN계 화합물 반도체에서의 벽개면을 갖는 일은 대단히 힘든 일이었다.In order to obtain a cleaving surface for generating the mirror surface of the resonator, the laser diode grows a GaN compound semiconductor by MOCVD using an a surface 1120 sapphire substrate as shown in FIG. It was very difficult to have a cleaved surface in a GaN compound semiconductor on a sapphire substrate which had a cleaved blue laser diode but virtually did not have a cleaved surface.

따라서 레이저 다이오드 구조가 성장된 사파이어 혹은 스피넬 기판을 가능한 얇게(50μm 이하) 래핑(Lapping)하여 GaN계에 의한 벽계면을 갖게 되는데 상술한 바와 같이 레이저 다이오드 구조의 박막이 기판과의 격자부정합 및 온도팽창 계수의 큰 차이 때문에 결정성이 나빠 스트레인(Strain)이 많은 박막이 형성되며, 래핑시 이와 같은 결정결함이 레이저 다이오 구조에 많은 클랙(Crack)을 발생시키므로 칩 생성수율이 아주 나쁘게 되고, 또한 박막결정성 때문에 레이저 다이오드의 특성이 에칭에 의한 거울면 형성의 것보다 크게 향상되지 않아 장시간 실온연속 발진에는 아직도 많은 문제점이 있었다.Therefore, the sapphire or spinel substrate, in which the laser diode structure is grown, is wrapped as thin as possible (less than 50 μm) to have a GaN-based wall interface. As described above, the thin film of the laser diode structure has lattice mismatch with the substrate and thermal expansion. Due to the large difference in coefficient, the crystallinity is poor, and thus a thin strain film is formed, and when lapping, such crystal defects generate a lot of cracks in the laser diode structure, resulting in a very poor chip generation yield and a thin film crystal. Due to the characteristics, the characteristics of the laser diode are not significantly improved than those of the mirror surface formation by etching, and there are still many problems in continuous room temperature oscillation for a long time.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로 할로겐 기상박막성장(HVPE)법으로 성장된 n+-GaN 기판을 사용함으로써 격자부정합 및 온도팽창계수에 기인된 결정결합이 배제된 청색 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present invention was invented in view of the above-described problems of the prior art, and by using the n + -GaN substrate grown by the halogen vapor phase film growth (HVPE) method, the blue color which eliminated crystal bonds due to lattice mismatch and temperature expansion coefficient was excluded. It is to provide a laser diode and a method of manufacturing the same.

도1은 종래의 청색 레이저 다이오드의 단면을 도시적으로 나타낸 도면1 shows a cross-sectional view of a conventional blue laser diode.

도2는 본 발명의 청색 레이저 다이오드의 단면을 도시적으로 나타낸 도면Figure 2 shows a cross-sectional view of the blue laser diode of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : n+형 GaN층 11 : n형 GaN층10: n + type GaN layer 11: n type GaN layer

12 : n형 ln0.05Ga0.95N층 13 : n형 Al0.05Ga0.95N층12: n-type ln 0.05 Ga 0.95 N layer 13: n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer

14 : n형 GaN층 15 : 활성층14: n-type GaN layer 15: active layer

16 : P형 Al0.2Ga0.8N층 17 : P형 GaN층16: P-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 17: P-type GaN layer

18 : P형 Al0.05Ga0.95N층 19 : P형 GaN층18: P type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 19: P type GaN layer

20 : n형 오옴접촉 전극 21 : P형 오옴접촉전극20: n-type ohmic contact electrode 21: p-type ohmic contact electrode

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청색 레이저 다이오드는 할로겐 기상박막 성장방법을 이용 동종 박막성장으로 성장한 n+형 GaN 기판을 준비하는 단계와, 상기 n+형 기판위에 실리콘이 각각 도핑된 n형 GaN층, n형 lnxGal-xN층(0≤x≤1), n형 AlxGa1-xN층 및 n형 GaN층을 순차 성장시켜 형성하는 단계와, 상기 n형 GaN층위에 ln0.2Ga0.8의 웰층과 ln0.05Ga0.95N층의 베리어층을 복수개 교대로 성장시켜 다중 양자우물층 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층상에 Mg가 각각 도핑된 P형 AlxGa1-xN층, P형 GaN층, P형 AlxGa1-xN층 및 P형 GaN층을 형성하는 단계와, 상기 기판하부 및 상기 P형 GaN층 상부에 각각 n형 오옴 접촉전극과 P형 오옴 접촉전극을 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the blue laser diode of the present invention comprises the steps of preparing an n + type GaN substrate grown by homogeneous thin film growth using a halogen vapor thin film growth method, and an n type doped with silicon on the n + type substrate, respectively. Sequentially growing a GaN layer, an n-type ln x Ga lx N layer (0≤x≤1), an n-type Al x Ga 1-x N layer, and an n-type GaN layer, and ln on the n-type GaN layer Growing a plurality of well layers of 0.2 Ga 0.8 and a layer of ln 0.05 Ga 0.95 N alternately to form an active layer having a multi-quantum well layer structure, and P-type Al x Ga 1- doped with Mg on the active layer, respectively; forming an x N layer, a P type GaN layer, a P type Al x Ga 1-x N layer, and a P type GaN layer, and an n type ohmic contact electrode and a P type on the bottom of the substrate and the top of the P type GaN layer, respectively. And forming an ohmic contact electrode.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청색 레이저 다이오드의 제조방법은, 할로겐 기상박막 성장법을 이용 동정박막 성장으로 성장시킨 n+형 GaN 기판상에 각각 실리콘 이 도핑되어 형성된 n형 GaN층, n형 lnxGa1-xN층(0≤x≤1), n형 AlxGa1-xN층 및 n형 GaN층과, 상기 최종의 n형 GaN층상에 ln0.2Ga0.8의 웰층과 ln0.05Ga0.95N의 베리어층이 교대로 복수회 적층된 다중양자 우물형의 활성층과, 상기 활성층상에 순차 성장하여 적층된 각각 Mg 도핑의 P형 AlxGa1-xN층, P형 GaN층, P형 AlxGa1-xN층 및 P형 GaN층과, 상기 기판의 하부 및 상기 최종의 P형 GaN층 상부에 각각 형성되는 n형 오옴접촉 전극 및 P형 오옴접촉 전극을 구비함을 특징으로하고 있다.In addition, the method for manufacturing a blue laser diode of the present invention for achieving the above object, n-type GaN layer formed by doping the silicon on the n + type GaN substrate, respectively, grown by the growth of the symmetric thin film using a halogen vapor film growth method, n Ln 0.2 Ga 0.8 well layer and ln on the type ln x Ga 1-x N layer (0≤x≤1), n-type Al x Ga 1-x N layer and n-type GaN layer, and the final n-type GaN layer A multi-quantum well-type active layer in which a barrier layer of 0.05 Ga 0.95 N is alternately stacked a plurality of times, and a P-type Al x Ga 1-x N layer and a P-type GaN layer each of Mg-doped layers sequentially grown and stacked on the active layer And an n-type ohmic contact electrode and a p-type ohmic contact electrode formed on a lower portion of the substrate and an upper portion of the final P-type GaN layer, respectively, on a P-type Al x Ga 1-x N layer and a P-type GaN layer. It is characterized.

이하 본 발명의 첨부도면에 근거하여 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings of the present invention.

본 발명의 청색 레이저 다이오드는 할로게 기상 박막성장법을 이용한 동종 박막성장으로 성장된후 소정 농도의 실리콘 도핑으로 얻어진 300-350μm 두께의 n+질화갈륨 기판(10)과, 상기 질화갈륨 기판(10)상에 형성되는 실리콘 도핑의 약 3μm 두께 n형 GaN층과, 상기 n형 GaN층(11)상에 완충층으로 형성된 실리콘 도핑의 1000Å 두께의 ln0.05Ga0.95N층(12)과, 상기 n형 ln0.05Ga0.95N층(12)상에 n형 클래드층으로 형성되는 실리콘 도핑 4000Å 종래의 n형 Al0.05Ga0.95N층(13)과, 상기 n형 Al0.05Ga0.95N층(13)상에 광 가이드층으로 형성되는 실리콘 도핑, 70Å 두께의 n층 GaN층(14)과, 활성층으로 작용하는 두께 50Å의 베리어층인 ln0.05Ga0.95N과 두께 30Å의 웰층인 ln0.2Ga0.8N의 적층구조의 다중 양자우물층(15)과, 상기 다중 양자우물층(15)위에 형성된 두께 200Å의 P형의 Mg 도핑 Al0.2Ga0.8N층(16)과, 상기 P형 Al0.2Ga0.8N층(16)위에 형성된 두께 70Å Mg도핑 P형 GaN층(17)과, 상기 P형 GaN층(17)위에 형성된 P클래드층인 두께 4000Å의 Mg 도핑 P형 Al0.05Ga0.95N층(18)과, 상기 P형 Al0.05Ga0.95N층(18)위에 형성된 공가이드층인 두께 4000Å의 Mg 도핑 P형 GaN층(19) 및 상기 기판 N+형 GaN(10)의 하부와 상기 광가이드층인 P형 GaN층(19) 상부에 각각 형성된 n형 전극(20) 및 P형 전극(21)으로 구성되어 있다.The blue laser diode of the present invention is a 300-350 μm-thick n + gallium nitride substrate 10 and gallium nitride substrate 10 obtained by silicon doping of a predetermined concentration after being grown by homogeneous thin film growth using a halo vapor phase thin film growth method. N-type GaN layer of about 3μm thick silicon doping formed on the N-type GaN layer, ln 0.05 Ga 0.95 N layer 12 of 1000 Å-thickness silicon-doped formed as a buffer layer on the n-type GaN layer 11, and the n-type ln 0.05 Ga 0.95 N layer 12 on silicon doped with n-type cladding layer 4000 Å on conventional n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 13 and on n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 13 Laminated structure of silicon doping formed of the light guide layer, n-layer GaN layer 14 having a thickness of 70 Å, ln 0.05 Ga 0.95 N, which is a barrier layer of 50 Å acting as an active layer, and ln 0.2 Ga 0.8 N, which is a well layer having a thickness of 30 Å P-type Mg doping with a thickness of 200 μs formed on the multiple quantum well layer 15 Al 0.2 Ga 0.8 N layer 16 and the P-type Al 0.2 Ga 0.8 N thickness formed on the layer 16, 70Å Mg-doped P-type GaN layer 17 and a P clad formed on the GaN layer 17, the P-type 4000Å thick layer of Mg-doped P-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 18 and the P-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 18, the ball guide layer of Mg-doped P-type having a thickness of 4000Å is formed on the GaN layer 19 And an n-type electrode 20 and a P-type electrode 21 formed on the lower portion of the substrate N + type GaN 10 and on the P-type GaN layer 19, which is the light guide layer, respectively.

상기 기판 N+형 GaN(10)층위에 각각 형성되는 N형 GaN(11)층 P형 GaN(19)층은 후술하는 바와 같이 모두 동종의 유기금속 화학증착법에 의해 형성되어 있다.The N-type GaN (11) layers and the P-type GaN (19) layers respectively formed on the substrate N + -type GaN (10) layers are all formed by the same kind of organometallic chemical vapor deposition as described later.

그리고 상기 다중 양자우물층(15)은 베리어층인 두께 50Å의 ln0.05Ga0.95과 웰층인 두께 30Å의 ln0.2Ga0.8N의 적층구조는 3∼5회 반복되는 구조로 형성되어 있다.The multilayer quantum well layer 15 has a lamination structure of ln 0.05 Ga 0.95 having a thickness of 50 kHz as a barrier layer and ln 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 30 as a well layer.

상기 구조와 같은 본 발명의 청색 레이저 다이오드에 의하면, n+GaN 기판((10)위에 적층시킨 n+GaN층(11)은 종래의 사파이어 기판위에 완충층을써 이종박막성장으로 형성한 것보다 훨씬 양호한 박막성장을 이룰수 있어 격자부정압 및 온도 팽창 계수의 사이에 의한 근본적인 문제점을 해소할 수 있다.According to the blue laser diode of the present invention having the above structure, the n + GaN layer 11 laminated on the n + GaN substrate (10) is much better than that formed by heterogeneous thin film growth using a buffer layer on a conventional sapphire substrate. Thin film growth can be achieved to solve the fundamental problem caused by the lattice negative pressure and the temperature expansion coefficient.

한편, 상기와 같은 구조를 가지는 본원 발명의 청색 레이져 다이오드의 제조 방법에 대하여 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a method of manufacturing the blue laser diode of the present invention having the above structure will be described with reference to FIG. 2.

먼저 할로겐 기상 박막성장법을 이용한 동종 박막성장으로 성장하고 소정농도의 실리콘으로 도핑 처리하여 얻어진 300∼350μm 두께의 n+GaN 기판(10)을 준비한다.First, a 300-350 μm-thick n + GaN substrate 10 obtained by growing a homogeneous thin film by using a halogen vapor thin film growth method and doping with a predetermined concentration of silicon is prepared.

상기 n+GaN형 기판(11)상에 유기금속 화학증착법을 사용하여 1010℃의 온도하에서 약 3μm 두께의 실리콘 노광의 n형 GaN층(11)을 형성한다.An organometallic chemical vapor deposition method is formed on the n + GaN type substrate 11 to form an n type GaN layer 11 of silicon exposure having a thickness of about 3 μm at a temperature of 1010 ° C.

이때 실리콘 소오스로서 SiH4혹은 Si2H6을 사용한다.At this time, SiH 4 or Si 2 H 6 is used as the silicon source.

이어 상기 n형 GaN(11)위에 완충층을 형성하도록 이전 단계와 동일 방식으로 800℃의 온도하에서 1000Å 두께, 실리콘 도핑의 n형 ln0.05Ga0.95N층(12)을 성장시킨다. 그다음 n형 클레드층을 형성하기 위해 상기 n형 ln0.05Ga0.95N층(12)위에 전단계와 동일방식으로 1010℃ 온도에서 4000Å 두께, 실리콘 도핑의 n형 Al0.05Ga0.95N층(13)을 성장시킨다. 이어, 양가이드층을 형성하기 위해 전단계와 동일 방식으로 상기 n형 Al0.05Ga0.95N층(13)위에 1010℃ 온도에서 70Å 두께의 실리콘 도핑 nGaN층(14)을 성장시킨후, 활성층을 형성하기 위해 780℃의 온도에서 베리어층인 두께 50Å의 In0.05Ga0.95N층과 웰층인 두께 30Å의 In0.05Ga0.95N층을 3∼5회 교대로 성장시켜 InGaN계의 다중 양자우물층(15)을 형성한다. 그다음 유기금속화학 증착법을 사용하여 상기 양자우물층(15)위에 각각 1010℃의 온도로 두께 200Å의 Mg 도핑 P형 Al0.2Ga0.8N층(16)과 두께 70Å의 Mg 도핑 P형 GaN층(17)을 순차적으로 성장시킨다.Subsequently, in order to form a buffer layer on the n-type GaN 11, an n-type ln 0.05 Ga 0.95 N layer 12 having a thickness of 1000 Å and silicon doped is grown at a temperature of 800 ° C. in the same manner as in the previous step. Then, on the n-type ln 0.05 Ga 0.95 N layer 12 to form an n-type cladding layer, a silicon-doped n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 13 was formed at a temperature of 4000Å at a temperature of 1010 ° C. in the same manner as in the previous step. To grow. Subsequently, a silicon doped nGaN layer 14 having a thickness of 70 층 was grown on the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 13 at a temperature of 1010 ° C. in the same manner as in the previous step to form a positive guide layer, and then an active layer was formed. InGaN-based multi-quantum well layer 15 was formed by alternately growing a barrier layer of 50 μm In 0.05 Ga 0.95 N layer and a well layer of 30 μm In 0.05 Ga 0.95 N layer three to five times at a temperature of 780 ° C. Form. Then, using an organometallic chemical vapor deposition method, the Mg-doped P-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 16 having a thickness of 200 μs and the Mg-doped P-type GaN layer having a thickness of 70 μs were formed on the quantum well layer 15 at a temperature of 1010 ° C., respectively. ) Grow sequentially.

이어 클레드층과 광가이드층을 형성하기 위해 이전단계와 동일방법을 사용하여 각각 1010℃의 온도로 두께 4000Å의 Mg 도핑 P형 Al0.05Ga0.95N층(18)과, 두께 4000Å의 Mg 도핑 P형 GaN층(19)을 순차적으로 성장시켜 형성한다.Subsequently, Mg-doped P-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 18 having a thickness of 4000Å and Mg doped P having a thickness of 4000Å were respectively formed at a temperature of 1010 ° C. using the same method as in the previous step to form a clad layer and an optical guide layer. The GaN layer 19 is formed by growing sequentially.

이때 P형 GaN층(19)은 그후에 형성되는 P형 오옴 접촉전극을 양호하게 형성하기 위해 도핑농도가 3×1018cm-3이상되도록 성장시킨다.At this time, the P-type GaN layer 19 is grown to have a doping concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more in order to form a good P-type ohmic contact electrode formed thereafter.

그다음 상기 기판(1O)을 래핑하여 두께가 약 100μm되게한후 n형 오옴접척 전극인 Ti/Al/Ni/Au층(20)을 30초 동안 700℃ 열처리 온도하에 e-beam으로 증착하여 각각의 두께 100∼300Å/2000Å/500Å/1000Å로 형성하고, 상기 P형 GaN층(19)위에 P형 오옴접척 전극인 Cr/Ni/Au층(21)을 30초 동안 500℃에 열처리 온도하에서 e-beam으로 증착하여 각각 두께 300Å/500Å/2000Å로 형성한다.Then, the substrate 10 was wrapped to have a thickness of about 100 μm, and then the Ti / Al / Ni / Au layer 20, which is an n-type ohmic contact electrode, was deposited by e-beam under a heat treatment temperature of 700 ° C. for 30 seconds. It is formed to have a thickness of 100 to 300 mW / 2000 mW / 500 mW / 1000 mW, and Cr / Ni / Au layer 21, which is a P-type ohmic contact electrode, is formed on the P-type GaN layer 19 at 30 ° C. under a heat treatment temperature at 500 ° C. for 30 seconds. Deposition by beam to form a thickness of 300Å / 500Å / 2000Å respectively.

상기와 같이 n, P 전극형성이 끝난후 a면(1120) 방향으로 벽개하여 칩을 제작한다.As described above, after the formation of the n and P electrodes is cleaved toward the a surface 1120 to produce a chip.

상기 공정에서 형성된 실리콘 도핑의 n형 In0.05Ga0.95N층(12)은 n형 클래드층인 n형 Al0.05Ga0.95N층(13)의 클랙을 방지하기 위한 것이고, n형 Al0.05Ga0.95N층(13)과 P형 Al0.05Ga0.95N층(18)은 양자우물층(15)으로 형성된 활성층으로 부터 나오는 광을 구속하기 위한 것이며 그리고 n형 GaN층(14)와 P형 GaN층(19)은 광을 가이드하기 위한 것이며, P형 Al0.2Ga0.8N층(16)은 주입되는 전자의 구속력을 높여주고 성장시 InGaN 양자우물층(15)의 계면을 보호하여 주기 위한 것이다.The n-type In 0.05 Ga 0.95 N layer 12 of silicon doping formed in the above process is for preventing the crack of the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 13, which is an n-type clad layer, and n-type Al 0.05 Ga 0.95 N The layer 13 and the P-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer 18 are for confining light emitted from the active layer formed of the quantum well layer 15 and the n-type GaN layer 14 and the P-type GaN layer 19 ) Is to guide light, and the P-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 16 is to increase the binding force of the injected electrons and to protect the interface of the InGaN quantum well layer 15 during growth.

이상과 같이 본 발명은 종래의 사파이어 혹은 스피낼 기판을 사용하지 않고 할로겐 기상박막 성장법으로 성장시켜 형성된 n+GaN 기판을 사용함으로써, 격자 부정합 및 온도 팽창 계수사이에서 오는 결정겹합을 배제할수 있고, 상기 n+GaN 기판 위에 유기금속 화학증착법으로 레이져 다이오드 구조를 가진 고품위 GaN계 화합물 반도체의 박막을 성장시킬수 있다.As described above, the present invention can eliminate the crystal overlap coming between the lattice mismatch and the coefficient of thermal expansion by using an n + GaN substrate formed by growing by the vapor phase thin film growth method without using a conventional sapphire or spinal substrate. A thin film of a high quality GaN based compound semiconductor having a laser diode structure may be grown on the n + GaN substrate by organometallic chemical vapor deposition.

그리고 GaN 기판을 쓰지 않기 때문에 낮은 온도에서 성장하는 수백 Å의 GaxAll-xN(0≤x≤1)의 완충층을 쓰지 않고 바로 n형 GaN 성장시킬수 있으므로 완충층 배제에 따른 공정의 단순화를 이룰수 있고 또한 GaN 기판을 사용하므로 LD 공진기의 기울면 벽개가 쉽게 이루어어질수 있다. 즉, Q면 (1120) 방향으로 벽개가 쉽게 이루어져 사파이어를 기판으로 할 때 이용하는 식각공정에 의한 벽개면 형성보다 훨씬 고품위 및 공정의 단순화를 이룰수 있고, 또 a면 사파이어 기판을 사용한 레이져 다이오드 공진기 벽개면 형성 보다 훨씬 칩 형성수율을 높일수 있다. 뿐만 아니라 종래의 레이져 다이오드 구조가 절연기판인 사파이어(혹은 스피낼) 기판이어서 프래너(Planar) 구조이기 때문에 n형 전극형성시 별도의 포토 및 식각공정이 필요하나 본 발명의 구조는기판 뒷면에 n형 전극을 바로 형성시킬수 있는 수직구조가 가능하기 때문에 식각 및 그를 위한 포토공정이 불필요하게 되므로 공정이 단순화 된다는 등의 뛰어난 효과가 있다.And since GaN substrate is not used, it is possible to directly grow n-type GaN without using GaxAll-xN (0≤x≤1) buffer layer that grows at low temperature, thus simplifying the process by eliminating buffer layer. Since the slope of the LD resonator can be easily cleaved. In other words, the cleavage is easily performed in the direction of the Q plane 1120 to achieve much higher quality and simplification of the process than the cleavage surface formed by the etching process used when the sapphire is used as the substrate, and the laser diode resonator cleaved surface formed using the a surface sapphire substrate. Much higher chip formation yields. In addition, since the conventional laser diode structure is a sapphire (or spinal) substrate which is an insulating substrate and is a planar structure, a separate photo and etching process is required when forming an n-type electrode, but the structure of the present invention is n-type on the back of the substrate. Since a vertical structure capable of directly forming an electrode is possible, there is no need for etching and a photo process therefor, thereby simplifying the process.

Claims (4)

할로겐 기상박막 성장방법을 이용 동종 박막성장으로 성장한 n+형 GaN 기판을 준비하는 단계와, 상기 n+형 기판위에 실리콘의 식각 도핑된 n형 GaN중, n형 InxGaxN층(0≤x≤1), n형 AlxGaxN층 및 n형 GaN층을 순차 성장시켜 형성하는 단계와, 상기 n형 GaN층위에 ln0.2Ga0.8의 웰층과 ln0.05Ga0.95N층의 베리어의 복수회 교대로 성장시켜 다중 양자우물층 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층상에 Mg가 각각 도핑된 P형 AlxGa1-xN층, P형 GaN층, P형 A1xGal-xN(0≤x≤1)층 및 P형 GaN층을 형성하는 단계와, 상기 기판하부 및 상기 P형 GaN층 상부에 각각 n형 오옴 접촉전극과 P형오옴 접촉전극을 형성하는 단계를 구비한 청색 레이져 다이오드의 제조방법.Preparing an n + type GaN substrate grown by homogeneous thin film growth using a halogen vapor thin film growth method, and an n type In x Ga x N layer of n-type GaN etched doped with silicon on the n + type substrate (0 ≦ x≤1), and forming by sequentially growing an n-type Al x Ga x N layer and an n-type GaN layer, a plurality of barrier layers of ln 0.2 Ga 0.8 and ln 0.05 Ga 0.95 N layer on the n-type GaN layer Alternately growing to form an active layer having a multi-quantum well layer structure, and a P-type Al x Ga 1-x N layer, a P-type GaN layer, and a P-type A1 x Ga lx N doped with Mg on the active layer, respectively; Forming a (0 ≦ x ≦ 1) layer and a P-type GaN layer, and forming an n-type ohmic contact electrode and a P-type ohmic contact electrode under the substrate and on the P-type GaN layer, respectively. Method for manufacturing laser diode. 제1항에 있어서, 상기 양자우물층의 웰층 및 베리어층의 반복회수는 3∼5회 교대로 하는 청색 레이져 다이오드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the number of repetitions of the well layer and the barrier layer of the quantum well layer is alternately 3 to 5 times. 할로겐 기상박막 성장법을 이용 동종박막 성장으로 성장시킨 n+형 GaN 기판상에 각각 실리콘이 노광되어 형성된 n형 GaN층, n형 InxGal-xN층(0≤x≤1), n형 AlxGa0.8N층 및 n형 GaN층과, 상기 최종의 n형 GaN층상에 ln0.2Ga0.8의 웰중과 ln0.05Ga0.95N의 베리어층이 교대로 복수회 적층된 다중양자 우물형의 활성층과, 상기 활성층상에 순차 성장하어 적층된 각각 Mg 노광의 P형 AlxAl1-xN층, P형 GaN층, P형 AlxGa1-xN층 및 P형 GaN층과, 상기 기판의 하부 및 상기 최종의 P형 GaN층 상부에 각각 형성되는 n형 오옴접척 전극 및 P형 오옴접촉 전극을 구비하는 청색 레이져 다이오드.N-type GaN layer, n-type In x Ga lx N layer (0≤x≤1), n-type Al formed by exposing silicon on n + type GaN substrate grown by homogeneous thin film growth using halogen vapor thin film growth method a multi-quantum well-type active layer in which a plurality of x Ga 0.8 N layers and an n-type GaN layer and an ln 0.2 Ga 0.8 well and a barrier layer of ln 0.05 Ga 0.95 N are alternately stacked on the final n-type GaN layer; A P-type Al x Al 1-x N layer, a P-type GaN layer, a P-type Al x Ga 1-x N layer, and a P-type GaN layer each of which is sequentially grown and stacked on the active layer, and a lower portion of the substrate; And an n-type ohmic contact electrode and a P-type ohmic contact electrode respectively formed on the final P-type GaN layer. 제3항에 있어서, 상기 다중양자 우물구조의 활성층은 웰층 및 베리어층의 3∼5회 교대로 적층된 청색 레이져 다이오드.The blue laser diode of claim 3, wherein the active layer of the multi-quantum well structure is alternately stacked three to five times of the well layer and the barrier layer.
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