KR100753146B1 - 질화물반도체 레이저소자 - Google Patents

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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자는, p측 오믹전극과 p형 콘택트층의 접촉폭을 정도(精度) 좋게 제어할 수 있어 신뢰성 높은 질화물반도체 레이저소자를 제공하기 위하여, 기판상에, 순차형성된 n형 질화물반도체층, 활성층 및 p형 질화물반도체층을 구비하고, 이 p형 질화물반도체층에 최상층의 p형 콘택트 층을 포함하는 릿지부가 형성되고 이 릿지부의 상면의 p형 콘택트층에 p측 오믹전극이 형성되게 되며, 릿지부의 상면에 개구부를 가진 제1의 절연막이 릿지부의 측면 및 그 측면의 외측근방을 덮도록 형성되고, p측 오믹전극은 개구부를 통해서 p형 콘택트층과 접하도록 형성되며, 또 제1의 절연막의 위에 다시 제2의 절연막이 형성되어 있다.
질화물반도체, 레이저소자

Description

질화물반도체 레이저소자{Nitride Semiconductor Laser Device}
본 발명은 질화물반도체(A1bIncGa1-b-cN, 0≤b, 0≤c, b+c＜1)로 된 레이저소자에 관한 것이다.
근래, 청색의 파장영역에서 레이저 발진가능한 질화물반도체 레이저 소자가 주목받고 있다. 또한, 최근에는, 고출력의 질화물반도체 레이저 소자가 요구되어, 그 요구에 부응하기 위해, 또한 FFP(파 필드패턴)가 양호한 단일의 횡모드가 되도록 p형 콘택트층에서 p형 클래드층의 일부까지를 부분적으로 에칭한 릿지 구조의 레이저소자가 검토되고 있다. 하지만, 이 릿지폭은 1㎛에서 2㎛로 상당히 좁고, 이 릿지폭과 같은 오믹전극을 형성하는 것은 곤란했다. 그래서 릿지의 정상(頂上)의 면과, n전극형성면만을 노출시켜, 단(端)면을 뺀 모든 질화물반도체를 절연막으로 덮은 후, 릿지상에 거대한 폭으로 전극을 형성하는 것으로, 릿지의 정상(頂上)의 면만을 질화물반도체와 접촉하게 한 p측 오믹전극이 형성되어 있었다. 또한 p측 오믹전극위에는, Au단량체 또는 Ni를 형성한 후에 Au를 적층한 2층 구조의 패드전극을 형성하고 있었다.
하지만, 종래의 질화물반도체 레이저소자는, 단면을 뺀 모든 질화물반도체를 덮는 절연막은 소자를 보호하기 위해 일정이상의 막두께가 필요하기 때문에 릿지의 상면에 정확하게 개구부를 형성하는 것이 곤란하며, p측 오믹전극과 p형 콘택트층과의 접촉폭을 정확하게 제어하는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다. 그 때문에 소자특성의 제조 편차가 적게 레이저를 작성하는 것은 곤란했다.
또한, 레이저 소자에 통전할 때 발생하는 열에 의해, 패드전극의 Au가 점차 아래 층으로 확산해, 소자특성을 열화시킨다는 문제점이 있었다. 특히 레이저 소자를 페이스다운으로 실장할 때. 페이스다운에는 350℃정도의 열을 가하기 때문에 Au의 확산이 일어나기 쉬운 소자특성의 열화가 현저했다.
그래서 본 발명은, p측 오믹전극과 p형 콘택트층과의 접촉폭을 정확하게 제어하는 것이 가능하며, 또한 소자특성의 열화가 적은 신뢰성 높은 질화물반도체 레이저 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자는, 기판상에, 순차형성된 n형 질화물반도체층, 활성층 및 p형 질화물반도체층을 구비하며, 이 p형 질화물반도체층에 있어서 적어도 최상층의 p형 콘택트층을 포함하도록 릿지부가 형성되고 또한 그 릿지부의 상면의 p형 콘택트층에 오믹 접촉하는 p측 오믹전극이 공진방향으로 대략 평행하게 형성되게 되어 있는 질화물반도체 레이저소자에 있어서,
상기 릿지부의 상면에 개구부를 가진 제1의 절연막이 적어도 상기 릿지부의 측면 및 이 측면의 외측으로 상기 p형 질화물 반도체층 상부영역을 덮도록 형성되며, 상기 p측 오믹전극은 전기 개구부를 통하여 상기 p측 콘택트층과 접하도록 형성되는 한편,
상기 제1의 절연막 위에 더욱 제2의 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 상기 제1의 절연막을 정확하게 형성함으로써 p측 오믹전극과 p측 콘택트층과의 접촉폭을 정확하게 제어하고, 그 위에 형성하는 제 2의 절연막에 의해 보다 효과적으로 소자를 보호하는 것이 가능하며, 안정된 특성을 얻을 수 있는 한편 신뢰성 높은 질화물반도체 레이저소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서는, 상기 제2의 절연막을 공진단면에 연속하여 형성하고, 이 공진 단면에 있어서 레이저 반사면을 형성하도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 상기 제2의 절연막과 레이저 반사면을 하나의 공정으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저 소자에는, 상기 제1 및 제2의 절연막은 산화물로 구성하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 관한 질소물반도체 레이저소자로는, 상기 제1의 절연막은 ZrO2으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자로는, 상기 제2의 절연막은 TiO2 또는 SiO2로 구성할 수 있으며, 이들의 재료를 사용하면, 상기 제2의 절연막을 레이저소자의 측면으로부터 공진단면에 연속해서 형성하고, 이 공진단면에서 레이저 반사면을 형성하는 것이 가능하며, 상기 제2의 절연막과 레이저 반사면을 하나의 공정으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2의 절연막을 레이저소자의 측면으로부터 공진단면에 연속하여 형성함으로써 공진단면에 레이저 반사면을 형성할 경우, 상기 제2의 절연막은 TiO2층과 SiO2층이 서로 번갈아 적층된 다층막인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, 상기 p측 오믹전극은 Ni, Co, Fe, Ti, Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종과 Au를 적층한 후, 아닐링된 합금으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서는, 상기 제2의 절연막을 상기 p측 오믹전극 상에 개구부가 형성되도록 형성하고, 이 개구부를 통하여 p측 오믹전극에 접하도록 p측 패드전극을 형성하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, 상기 P측 패드전극을 p측 오믹전극에 접촉하는 층에서 순서대로, 밀착층, 베리어층, Au층의 3층을 포함하도록 형성하며, 상기 밀착층은 상기 Au층에 비교해서 상기 제2의 절연막 및 상기 p측 오믹전극과 밀착성이 좋은 재료로 하며, 전기 베리어층은 상기 Au층에 비교해 확산이 일어나기 어려운 재료로 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조로 함으로써, p측 오믹전극과 p측 패드전극과의 밀착력을 강하게 할 수 있으며, 또한 p형 질화물반도체층측에 있어서, 소자를 통전할 때에 발생하는 열에 의해 패드전극 최상부에 위치하는 Au의 다른 층으로의 확산을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, p측 오믹전극과 p측 패드전극과의 밀착력을 보다 강하게 하기 위해, 상기 p측 패드전극의 밀착층은 Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W, Zr, Rh, RhO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, Au 외의 층으로의 확산을 보다 효과적으로 막기 위해, 상기 p측 패드전극의 베리어층은, Ti, Pt, W, Ta, Mo, 이들의 질화물 및 RhO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, 상기 n형 질화물반도체층은 일부가 노출된 n형 콘택트 층을 포함하며, 이 노출된 n형 콘택트 층위에 n측 오믹전극을 통하여 n측 패드전극이 형성되어 있을 경우, 상기 n측 패드전극은 p측 패드전극과 동일 재료로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상기 n측 패드전극은 p측 패드전극과 동일 공정으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자에 있어서, 상기 p측 오믹전극은 Ni, Co, Fe, Ti, Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종과 Au를 적층한 후, 아닐링된 합금층을 포함하도록 하며,
상기 제2의 절연막에 있어서 상기 p측 오믹전극상에 개구부를 형성하고, 이 개구부를 통하여 상기 p측 오믹전극에 접하도록 p측 패드전극을 형성하도록 해도 좋다.
이 질화물반도체 레이저소자에 있어서, 상기 p측 패드전극은, Rh 또는 RhO로 이루어지며 상기 p측 오믹전극에 접촉하여 형성된 밀착층과 이 밀착층위에 형성된 Au층에 의해 구성해도 좋다.
이와 같이 하면, p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성을 양호하게 할 수 있다.
이 경우, 또한 상기 p측 패드전극은, Rh 또는 RhO로 이루어진 상기 p측 오믹전극에 접해 형성된 밀착층과, Ti, Pt, W, Ta, Mo, 또는 이들의 질화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함해 이루어지며 상기 밀착층의 위에 형성된 베리어층과, 이 베리어층 위에 형성된 Au층에 의해 구성되어 있어도 좋다.
또한, p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성을 보다 양호하게 하기 위해, 상기 p측 오믹전극에 있어서 최상층에 RhO층을 포함하도록 구성하며, 전기 밀착층을 RhO에 의해 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 질화물반도체소자는, p형 질화물반도체층과, 이 p형질화물반도체층의 위에 형성된 p측 오믹전극과, 이 p측 오믹전극 위에 형성된 p측 패드전극을 구비한 질화물반도체소자로서,
상기 p측 오믹전극은 Ni, Co, Fe, Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종과 Au를 적층한 후, 아닐링된 합금층을 포함하게하고,
상기 p측 패드전극은, Rh 또는 RhO로 이루어진 상기 p측 오믹전극에 접해 형성된 밀착층과, 그 밀착층위에 접해 또는 Ti, Pt, W, Ta, Mo, 또는 이들의 질화물 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하여 이루어지며 상기 밀착층 위에 형성된 베리어층을 통하여 형성된 Au층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 관한 질화물반도체소자로는, p형 질화물반도체층과 이 p형 질화물반도체층과의 사이에서 양호한 오믹 접촉을 시킬 수 있으며, 또한 p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성을 양호하게 할 수 있어, 긴 수명의 질화물반도체소자를 실현할 수 있다.
본 발명에 관한 질화물반도체소자에 있어서, p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성을 더욱 향상시키기 위해서, 상기 p측 오믹전극은, 최상층에 RhO층을 포함하며, 상기 밀착층은 RhO로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 질화물반도체소자의 전극형성방법은, p형 질화물반도체층 위에 전극을 형성하는 방법으로서,
p형 질화물반도체층의 위에, Ni, Co, Fe, Ti, Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종으로 이루어진 제1 층과, Au층과, RhO층을 순차형성함으로써 p측 오믹전극을 형성하는 것과, 전기 p측 오믹전극을 열 아닐링하는 것과, 상기 아닐링 된 p측 오믹전극 위에 RhO층을 형성하는 것과, Au층을 형성하는 것을 포함하며, 상기 p측 오믹전극 위에 p측 패드전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 관한 방법에 의해 제작된 질화물반도체소자로는, p형 질화물반도체층과 이 p형 질화물반도체층과의 사이에서 양호한 오믹 접촉을 시킬수 있고, 또한 p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성을 양호하게 할 수 있어, 긴 수명의 질화물반도체소자를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 한 실시형태인 질화물반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 모식단면도이며,
도 2는, 본 발명의 변형예의 질화물반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 부분단면도이며,
도 3은, 도 1의 질화물반도체 레이저소자의 사시도이다.
이하에 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 실시형태의 반도체 레이저 다이오드에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 반도체 레이저 다이오드의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이고, 레이저 광의 공진방향에 수직한 단면도를 나타내고 있다.
본 실시형태의 반도체 레이저 다이오드는, 도1에서 나타내는 바와 같이, 기판1위에 버퍼층(도시하지않음), n형 콘택트층(2), n형 클래드층(3), n형 광가이드층(4), 활성층(5), p측 캡층(6), p형 광가이드층(7), p형 클래드층(8), p형 콘택트층(9)이 순차 적층된 복수의 반도체층을 가지고, 공진방향으로 충분히 긴 릿지형상으로 된 p형 콘택트층(9) 위에 제1의 절연막 (30)의 개구부 (30a)를 통하여 p형 콘택트층(9)과 접하도록 p측 오믹전극(20)이 형성되며, 에칭에 의해 노출된 n형 콘택트층(2) 위에 제1의 절연막(30)의 개구부(30b)를 통하여 n형 콘택트층(2)과 접하도록 n측 오믹전극(21)이 각각 형성된다.
그리고, 본 실시형태의 반도체레이저 다이오드에 있어서는 더욱, p측오믹전 극(20) 및 n측 오믹전극(21)위에 각각 개구부(31a), (31b)를 가진 제2의 절연막(31)이 형성되며, p측 오믹전극(20) 및 n측 오믹전극(21)과 각각 개구부(31a), (31b)를 도통하는 p측 패드전극(22)과 n측 패드전극(23)이 형성된다.
여기서, 본 실시형태의 반도체 레이저 다이오드에 있어서 제1의 절연막(30)은, 주로 p측 오믹전극(20)을 p형 콘택트층(9)의 상면에 정확하게 접촉시키기 위해서(오믹 접촉시키는 부분의 형상의 정도를 확보한다) 형성되며, p측 오믹전극(20)이 형성된 후에 열 아닐하는 것이 필요하기 때문에 그것에 견딜수 있는 내열성이 요구된다.
또한 제1의 절연막(30)은 릿지부의 양측면에 형성되기 때문에, 릿지부를 구성하는 p형 질화물반도체보다 굴절율이 낮은 것일 필요가 있다(진공중의 유전율에 가까울수록 바람직하다).
더욱이, 제1의 절연막(30)은, 릿지부 및 그 주변에 형성된 것이며, 또한 높은 정도로 개구부(30a)를 형성할 필요가 있기 때문에, 그 막두께는 얇게 할 필요가 있다. 예를 들어, 통상 릿지부의 폭 및 높이는 각각 1.5㎛, 0.5㎛정도이기 때문에, 제1의 절연막(30)의 막두께는 0.5㎛또는 그 이하로 설정된다.
본 실시형태의 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 제2의 절연막(31)은, 주로 소자의 보호를 목적으로 형성된 것이며, 보호기능을 효과적으로 발휘할 수 있는 재료로 구성된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2의 절연막(31)에 있어서, p측오믹전극(20) 및 n측 오믹전극(21) 위에 각각 개구부(31a), (31b)를 형성하고, 이 개구부(31a), (31b)를 통하여 p측 오믹전극(20) 및 n측 오믹전극(21)과 각각 도통하는 p측 패드전극 및 n측 패드전극을 형성하고 있다.
그러나, p측 오믹전극(20)과 p측 패드전극을 도통시키기 위한 개구부(31a) 및 n측 오믹전극(21)과 n측 패드전극을 도통시키기위한 개구부 (31b)의 치수 정밀도는, 제1의 절연막(30)의 개구부(30a)만큼 높게 할 필요는 없기 때문에, 제2의 절연막(31)의 막두께는 비교적 두껍게 설정하는 것이 가능하다.
더욱이, 제2의 절연막(31)은, 제1의 절연막처럼 형성 후에 열 아닐의 공정을 거치는 일이 없기 때문에 제1의 절연막(30)만큼 높은 내열성이 요구되는 것도 아니다.
따라서, 제2의 절연막(31)은, 보호기능을 효과적으로 발휘할 수 있는 재료중에서, 자유롭게 반도체 레이저 다이오드에 적합한 것을 선택할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 반도체 레이저 다이오드에 있어서, p측 패드전극(22)은, p측 오믹전극과 접하는 밀착층(22a)과 베리어층(22b)과 Au층 (22c)의 3층으로 이루어진다.
본 실시형태에 있어서, p측 패드전극(22)의 밀착층(22a)는 릿지부에 형성된 제2의 절연막(31) 및 p측 오믹전극(20)과 밀착성이 좋으며, 그 재료 자체는 확산이 일어나기 어려운 재료로 이루어지며, 예를 들어 좋은 재료로는 Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W,Zr, Rh, RhO등을 들 수 있다. 특히 제2의 절연막을 산화물로 형성할 경우에 는, 이 제2의 절연막과 밀착성이 높은 Ni가 가장 좋은 재료의 예가 될 수 있다. 또한, p측 패드전극 22의 내열성을 향상시키기 위해서는, 밀착층(22a)은 Rh, RhO로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 이 밀착층(22a)의 바람직한 막두께는 100Å∼5000Å이며, 가장 바람직하게는 500Å∼2000Å이다.
밀착층(22a)으로서, Rh또는 RhO를 사용하여 구성하는 경우, 이 Rh층 및 RhO층은 각각, Au층(22c)의 확산을 방지하는 베리어층(22a)으로서도 기능한다. 따라서, 밀착층(22a)을 Rh또는 RhO를 이용하여 구성하는 경우, 베리어층(22a)을 생략하고, p측 패드전극(22)을 Rh층 또는 RhO층과 Au층(22c)의 2층으로 구성할 수 있다.
이와 같이, p측 패드전극(22)를 Rh층 또는 RhO층과 Au층(22c)의 2층으로 구성하면, p측 패드전극(22)의 내열특성을 본 실시형태에서 나타낸 다른 조합에 따라 구성한 p측 패드전극(22)과 동등 또는 그 이상의 내열특성을 실현할 수 있다.
또한 이와 같은 조합으로, p측 패드전극(22)을 2층으로 구성하는 경우, Rh층 또는 RhO층의 막 두께는, 100Å∼10000Å의 범위, Au층(22c)의 막 두께는 1000Å∼30000Å의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 p측 패드전극(22)의 베리어층(22b)은 최상부의 Au가 밀착층 이하로 확산하지 않을 만한 고융점금속이나, 또는 그 질화물로 이루어진, 예를 들어 바람직한 재료로는 Ti, Pt, W, Ta, Mo, TiN등을 들 수 있으며, 가장 좋은 재료로는 Ti를 들 수 있다. 또한, 바람직한 막두께로는 100Å∼5000Å이고, 가장 바람직한 두께는 500Å∼2000Å 이다.
또한, 상술한 바와같이, 밀착층(22a)을 Rh 또는 RhO를 사용하여 구성하는 경우, 베리어층(22a)을 생략할 수 있다.
본 발명에 있어서 p측 패드전극(22)의 최상부에 위치하는 Au층(22c)은 질화물반도체 레이저소자를 와이어와 본딩할 때, 가장 적합한 재료라고 할 수 있다. 이 Au의 바람직한 막 두께는 1000Å∼20000Å이고, 더욱 바람직한 막두께는 5000Å∼10000Å이다.
본 발명에 있어서 p측 오믹전극(20)은 Ni, Co, Fe, Ti, Cu로 이루어진 군에서 선택한 적어도 1종과 Au로 이루어진다. Ni, Co, Fe, Ti, Cu는 모두 2가이온으로 된 금속이다. 이들 Ni, Co, Fe, Ti, Cu에서 선택한 1종과 Au를 차례로 적층한 후, 아닐링하는 것으로서 합금화되어, p형 질화물반도체층과 양호한 오믹 특성이 얻어진다. 아닐링 온도는 오믹전극을 적층할 때까지 형성한 InGaN의 In이 분해하는 등 질화물반도체에 영향이 없는 온도, 바람직하게는 400℃이상 700℃이하, 더욱 바람직하기로는 500℃이상 650℃이하로 한다. 또한 p측 오믹전극(20)은 상기 금속군 중에서도 Ni를 선택하고, Ni와 Au로 하는 것으로 좀더 양호한 오믹 특성을 얻을 수 있다. Ni, Au를 차례로 적층한 후, 아닐링 한 합금은 Ni를 포함하므로, p측 오믹전극위에 일부 접촉해 형성된 p측 패드전극(22)의 밀착층(22a)을 Ni로 하는 경우, Ni끼리 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있기 때문에, 가장 바람직한 구조라고 할 수 있다. 또한 상기 금속군 또는 Ni 와 Au와의 총 막두께는 150Å∼5000Å가 바람직하고, 가장 바람직하기로는 1500Å로 한다.
여기서, 밀착층(22a)으로서 RhO층을 형성하는 경우, p측 오믹전극( 20)의 Au 의 위에 더욱 RhO층을 형성해 아닐링한 후에 p측 패드전극을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, p측 오믹전극(20)을 Ni-Au-RhO구조로 해서, 밀착층(22a)으로서 RhO층을 포함하는 p측 패드전극(22)을 형성하면 p측 패드전극 (22)의 내열특성을 더욱 양호하게 할 수 있다.
이상 설명한 p측 오믹전극(20)의 구성과 p측 패드전극의 구성을 각종 조합한 경우의 전극 특성을, 내열성의 면에서 비교한 결과를 이하의 표1에 나타낸다.
여기에서는, p측 패드전극의 내열특성을, 오믹특성이 변화한 온도를 사용하여 평가했다.
또한, 오믹 특성변화는, p형 질화 갈륨계 화합물반도체층의 위에 각각, p측 오믹전극과 p측 패드전극으로 이루어진 두 개의 전극을 소정의 간격으로 형성하여, 이 두 개의 전극 사이의 저항을 측정함으로써 관측했다.
NO p측 오믹전극 P측 패드전극 AuSn 특성변화온도
1 Ni-Au Ni-Au 없음 325
2 Ni-Au Ni-Au 있음 275
3 Ni-Au Ni-Ti-Au 없음 325
4 Ni-Au Ni-Ti-Au 있음 325
5 Ni-Au Rh-Au 없음 325
6 Ni-Au Rh-Au 있음 325
7 Ni-Au RhO-Au 없음 350
8 Ni-Au RhO-Au 있음 350
9 Ni-Au RhO-Pt-Au 없음 350
10 Ni-Au RhO-Pt-Au 있음 350
11 Ni-Au-RhO Ni-Ti-Au 없음 300
12 Ni-Au-RhO Ni-Ti-Au 있음 300
13 Ni-Au-RhO RhO-Au 없음 375
14 Ni-Au-RhO RhO-Au 있음 375
15 Ni-Au-RhO RhO-Pt-Au 없음 375
16 Ni-Au-RhO RhO-Pt-Au 있음 375
여기에서, 표 1에 나타난 검토에 사용한 p측 패드전극 및 p측 오믹전극에서 Ni, Au, RhO층의 각 막두께는, 다음과 같이 설정했다.
No.1∼No.10의 p측 오믹전극에 있어, Ni는 100Å, Au는 1300Å으로 했다.
No.11∼No.16의 p측 오믹전극에 있어, Ni는 100Å, Au는 660Å, RhO는 1500Å으로 했다.
또한, 표 1에 나타난 p측 패드전극에 대해서는, 밀착층 및 베리어층에 상당하는 층의 막 두께는 1500Å으로 하고, Au층은 6000Å으로 했다.
또한 표 1에 있어서, No.1,2는 비교를 위해 나타낸 것이다.
또한 AuSn의 유무는 통상, AuSn으로 납땜한 후에 있어서는 내열특성이 열화하는 수가 많기 때문에, p측 패드전극의 위에 AuSn을 납땝한 경우(있음)와 하지않을 경우(없음)를 나타낸다.
이와 같이, p측 패드전극을 RhO-Au 또는 RhO-Pt-Au로 하면, p측 오믹전극과의 사이의 합금화를 방지할 수 있으며, 또한 p측 패드전극과 다른 전극과의 사이의 접속에 통상, 사용되는 AuSn의 p측 오믹전극으로의 확산을 방지할 수 있다.
따라서, p측 패드전극을 RhO-Au또는 RhO-Pt-Au로 하면, p측 오믹전극 및 p측 패드전극에 기인한 수명특성의 열화를 방지할 수 있어, 수명이 긴 질화물반도체 레이저다이오드를 실현할 수 있다.
이 p측 오믹전극 및 p측 패드전극의 내열특성과 수명특성의 관계를 평가하기 위해 표 1의 No.7에 나타난 p측 오믹전극과 p측 패드전극을 구비한 레이저다이오드(LD1)와, 표1의 No.3에 나타난 p측 오믹전극과 p측 패드전극을 구비 한 레이저 다이어오드(LD2)를 제작하여, 50℃, 5mW의 연속발진조건에서 수명을 평가했다. 그 결과, 와이어본딩에 의해 접속하여 시험을 한 경우, LD1에서는 세 개의 샘플의 평균으로 5934시간, LD2에서는 세 개의 샘플의 평균으로 1805시간이었다.
플립칩본딩에 의해 접속하여 시험했을 경우, LD1에서는 세 개의 샘플의 평균으로 3346시간이었다.
또한, n측 패드전극(23)은, 밀착층(23a), 베리어층(23b), Au(23c)의 3층으로 이루어진다.
본 실시형태에 있어서 n측 패드전극(23)의 밀착층(23a)은 n형 콘택트층상에 일부 형상된 제2의 절연막(31) 및 n측 오믹전극(21)과 밀착성이 좋으며, 그 재료자체는 확산이 일어나기 어려운 재료를 사용하여 구성한다. 특히 제2의 절연막을 산화물로 형성하는 경우에는, 이 제2의 절연막(31)과 밀착성이 높은 Ni가 가장 바람직한 재료이다. 또한 바람직한 막두께로는 100Å∼5000Å, 가장 바람직하기로는 500Å∼2000Å으로 한다.
본 실험형태에 있어서 n측 패드전극(23)의 베리어층(23b)은 최상부의 Au가 밀착층 이하로 확산하지 않는 고융점금속이라든가, 또는 그 산화물로 이루어지며, 예를 들어 바람직한 재료로는 Ti, Pt, W, Ta, Mo, TiN등을 들 수 있으며, 가장 바람직하기로는 Ti가 있다. 또한 바람직한 막 두께로는 100Å∼5000Å, 가장 바람직하게는 500Å∼2000Å으로 한다.
본 실험형태에 있어서 n측 패드전극(23)의 최상부에 위치하는 Au(23c)는 산화물반도체 레이저소자를 와이어로 본딩할 때, 가장 적합한 재료라고 할 수 있다. 이 Au의 바람직한 막 두께로는 1000Å∼20000Å, 더욱 바람직한 막두께로는 5000Å∼10000Å를 들 수 있다.
이들에 나타난 n측 패드전극(23)의 구성은 p측 패드전극(22)의 구성과 같아도 되고 틀려도 좋다. 하지만, n측 패드전극과 p측 패드전극의 구성을 동일하게 하는 것이, 레이저소자의 제조공정을 간략화 할 수 있어 바람직하다.
본 발명에 있어서 n측 오믹전극(21)은 n형 질화물반도체와 오믹성 및 밀착성이 높은 재료로서 Ti, A1을 순서대로 적층한 것으로 할 수 있다. 더욱이 오믹성을 좋게하기 위해 아닐링해서 합금하는 것이 바람직하다. 아닐링 온도는 p측 오믹전극 형성할 때와 같게, 오믹전극을 적층할 때까지 형성한 InGaN의 In이 분해하는 등의 질화물반도체에 영향이 없는 온도, 바람직하게는 400℃이상 700℃이하, 더욱 바람직하게는 500℃이상 650℃이하의 범위에서 설정한다. 또한 n측 오믹전극의 막두께로는 Ti/A1의 총 막두께로서 150Å∼10000Å, 가장 바람직한 것은 5000Å으로 한다. 또한, 그 밖에도 오믹성 및 밀착성에 관해 적합한 재료로서 W/A1, Ti/Au, V/A1, V/Au등을 적층한 후에 아닐링한 합급 또는 A1, Ti, W의 단체등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서 p측 및 n측 오믹전극의 아닐링은, 산소 분위기 안에서 이루어지는 것이 바람직하고, 산소를 제공함으로써, 보다 양호한 오믹 특성이 얻어진다.
본 발명에 있어서 릿지를 형성한 p형 질화물반도체층등의 질화물반도체를 덮 고 있는 제1의 절연막은 산화물을 사용하고, 이것에는 ZrO2 등이 적한합 재료라고 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 릿지를 형성한 p형 질화물반도체등의 질화물반도체를 덮는 제1의 절연막(30)은 열 아닐 온도에 견디는 산화물인 것이 바람직하다. 또한 제2의 절연막(31)도 산화물을 사용하는 것이 바람직하고, SiO2, TiO2등이 적합한 재료의 예로 들 수 있다. 이와 같이 제2의 절연막(31)을 산화물로 구성하면, p측 및 n측 패드전극의 밀착층과의 사이에서 높은 밀착력을 얻을 수 있다. 또한 이 제2의 절연막은, 레이저반사면을 구성하기 위해 공진단면에 형성된 반사막과 공통의 막으로서, 동일 재료, 동일공정으로 형성할 수 있으며, 이 경우, SiO2와 TiO2의 다층막으로 하는 것이 바람직하다. 구체적인 예를 든다면, 예를 들어, 700Å의 SiO2막과 400Å의 TiO2의 쌍(SiO2/TiO2)을 2회 반복해 적층하는 것에 의해, 단면에 있어서는 반사막으로서 기능하게 하며 그 이외의 부분에 있어서는 보호막으로서 사용할 수 있다.
또한 본 발명에서는 (SiO2/TiO2)의 쌍을 2쌍이상 반복해 적층하도록 해도 좋고, 또한, 레이저반사면을 구성하기위한 반사막과 공통화할 수 있는 제2의 절연막은, (SiO2/TiO2)의 쌍으로 한정된 것은 아니다.
이하, 본 실시형태에 있어, 다른 구성에 대해 설명한다. 물론, 본 발명은 이하의 구성으로 한정되는 것은 아니다.
기판으로서는 사파이어등의 이종기판, 또는 공지의 방법에 의해 얻어진 GaN기판을 사용할 수 있다. 또한 기판 위에는 GaN으로 이루어진 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하고, 이것에 의해 후에 기판상에 형성하는 질화물반도체의 결정성을 양호하게 할 수 있다. 이 버퍼층은 이종기판위에 질화물반도체를 형성할 때 특히 유효하다. 또한 이종기판이라는 것은 질화물반도체와는 다른 재료로 이루어진 기판의 것을 말한다.
본 발명에 있어서 질화물반도체는 어떠한 층 구성의 것이든 상관없다. 질화물반도체는 유기금속 기상성장법(MOVPE), 하이드라이드 기상성장법(HDCVD)등의 기상성장법을 이용하여 성장된다.
n형 콘택트층은 n측 전극을 형성하기 위한 층으로서, Si 등의 n형 불순물을 도프하는 것으로, 오믹 특성이 양호하게 되도록 한다. 이층은, p측층을 형성한 후에 p측층에서 에칭하여 n형 콘택트층의 일부를 노출시키고, 노출된 n형 콘택트층위에 n측 전극을 형성한다.
n형 콘택트층위에 형성하는 크랙방지층은 언도프하는 것으로 기판측에서의 크랙를 저감시키기 위해 형성되어 있다. 또한 이 크랙 방지층은, InGan등으로 형성하고, 상부 n형 클래드층과의 굴절률차를 만드는 것으로, 활성층에서 발생한 빛이 이종기판에 닿아 반사해서 다시 질화물반도체층에 돌아오는 것을 막는 층으로서 기능할 수 있다. 또한 이층은 생략해도 좋다.
n형 클래드층은 활성층으로의 전자 공급층임과 동시에 캐리어 및 광을 활성층에 가둬넣는 층으로서 역할을 하며, Si 등의 n형 불순물을 도프한 단층, 또는 예 를 들어 언도프층과 n형 불순물 도프층을 번갈아가며 적층한 초격자구조로 할 수 있다.
n형 광가이드 층은, 다중양자우물구조등의 막두께가 얇게 된 활성층의 막두께를 보충하는 것으로, 활성층과 함께 광도파로를 구성하는 것이다. 따라서, 상부활성층과 굴절률차가 별로 없고, n형 클래드층과의 굴절률차를 충분히 만들도록 한 조성으로 한다. 또한 이 층은, n형 불순물을 도프하여도 좋고, 언도프하여도 좋으며, n형 불순물이 도프된 층과 언도프의 층과의 초격자로 하여도 좋다.
활성층은 InGaN으로 이루어진 단일양자우물구조든지, InGaN으로 이루어진 우물층과 장벽층을 적어도 포함하게 되는 다중양자우물구조로 한다. 다중양자우물구조로 하는 경우, 우물층 및 장벽층의 어느 한쪽 또는 양쪽에 불순물을 도프해도 좋다. 바람직하게는 장벽층에 불순물을 도프시키면, 문턱값 전류가 저하해 바람직하다. 우물층의 막두께는 30∼60Å, 장벽층의 막두께는 90∼150Å으로 한다.
또한, 다중양자우물로 이루어진 활성층은, 장벽층에서 시작해 우물층으로 끝나거나, 장벽층에서 시작해 장벽층에서 끝나거나, 또한 우물층에서 시작해 장벽층에서 끝나거나, 우물층에서 시작해 우물층에서 끝나거나하여도 좋다. 바람직하게는 장벽층에서 시작해, 우물층과 장벽층의 쌍을 2∼5회 반복된 것, 바람직하게는 우물층과 장벽층과의 쌍을 3회 반복된 것이 문턱값을 낮추어 수명특성을 향상시키는데 바람직하다.
활성층에 있는 p측 캡층은 Mg등의 p형 불순물을 고 도프 하는 것으로 활성층에 공급된 n측에서의 전자에 대해서 부족하기 쉬운 정공을 보충할 수 있다. 또한 p 형 광가이드층, p형 클래드층보다도 p형 불순물농도를 높게함으로서, p측 캡층위에 형성된 p측층에 p형 불순물이 확산하게 되어 바람직하다. 더욱이 이 층은 활성층의 In의 분해를 억제하는 효과도 있으며, 이 기능을 주로 발휘시키는 경우에는 언도프로도 좋다. 또한 이 p측 캡층은 생략할 수도 있다.
p형 광가이드층은 Mg등의 p형 불순물이 포함된 층이지만, 의도적으로 p형 불순물을 도프해서 형성하는 것은 물론, p측 캡층을 p형 불순물을 도프해서 형성한 경우는 p형 불순물이 p측 갭층에서 확산되므로, 언도프로 형성해도 좋다. 이 p형 광가이드 층은 n형 광가이드층과 같이, 광도파로를 만들기 위한 층으로, 하부활성층과 굴절률차가 별로 없고, p형 클래드층과의 굴절률차를 충분히 만들 수 있도록한 조성으로 한다.
p형 클래드층은 활성층으로의 정공의 공급층 역할을 하며, 예를 들어 Mg등의 p형 불순물을 도프한 단층, 또는 예를 들어 언도프층과 p형 불순물 도프층을 번갈아가며 적층한 초격자구조를 사용하며 구성할 수 있다.
p형 콘택트층은 p측 전극을 형성하는 층이며, Mg등의 p형 불순물을 비교적 많이 도프함으로써, p측 전극과의 오믹성이 양호하게 되도록 한다.
이상과 같이 구성된 실시형태의 반도체 레이저다이오드는, p측 오믹전극(20)과 오믹 접촉된 p형 콘택트층(9)의 접촉부분을 지수를 정확하게 형성하기 위한 제1의 절연막(30)과 소자를 보호하기 위한 제2의 절연막(31)을 형성하도록 하고 있다. 이것에 의해, 제1의 절연막(30) 및 제2의 졀연막(31)에 대해 각각 그 기능에 대해 최적의 재료 및 형상(두께 등)을 선택해 적용할 수 있기 때문에, 안정한 레이 저발진이 가능하며, 또한 불충분한 절연성에 기인한 쇼트의 방지나 리이크전류저감등이 가능하게 되어 신뢰성 높은 반도체 레이저 다이오드를 구성할 수 있다.
또한 실시형태의 반도체 레이저 다이오드는, p측 패드전극(22) 및 n측 패드전극(23)을 각각, p 또는 n측의 오믹전극 및 제2의 절연막(31)과 밀착성이 좋으며, 비교적 고융점의 금속 또는 그 질화물로 이루어진 밀착층, 이층 위에 형성된 Au층의 확산을 방지하는 베리어층 및 Au층의 3층으로 구성하고 있다.
이것에 의해, 오믹전극 및 제2의 절연막(31)과의 밀착성을 높게 할 수 있으며, 또한 통전시에 있어 열에 의한 Au의 확산을 방지할 수 있으므로, 특성열화를 방지할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
변형예.
상술한 실시형태의 질화물반도체 레이저소자에는, p측 오믹전극(20)은 릿지부의 상면에 형성하도록 했지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 도2에 나타내는 바와같이, 릿지부의 전체를 덮고 또한 그 양측의 p형 클래드층(8)위에 연장되도록 형성해도 좋다.
이상과 같이 형성해도 실시형태와 동일한 작용효과를 가진다.
[실시예]
다음에 본 발명의 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이것에만 한정된 것은 아니다.
[실시예1]
(버퍼층)
2인치Φ, C면을 주면으로 하는 사파이어 위에 공지의 방법에 의해 얻어진 GaN 기판을 MOVPE 반응 용기내에 세트하고, 트리메틸갈륨(TMG), 암모니아(NH3)를 이용하여, GaN으로 된 제1의 버퍼층을 200Å의 막두께로 성장시킨다. 제1의 버퍼층 성장후, 온도를 높여서 마찬가지로 GaN으로 된 제2의 버퍼층을 1.5㎛의 막두께로 성장시킨다.
(n형 콘택트층)
다음에 암모니아와 TMG, 불순물 가스로서 실란가스를 이용하여 Si를 1X1018/cm3도프 한 GaN으로 된 n측 콘택트층을 4㎛의 막두께로 성장시킨다.
(크랙방지층)
다음에, TMG, TMI(트리메틸인듐), TMG, 암모니아를 이용하여, 온도를 800℃로하고 InGaN으로 된 크랙방지층을 0.15㎛의 막두께로 성장시킨다.
(n형 클래드층)
이어서, TMA(트리메틸알루미늄), TMG, 암모니아를 이용하며, 1050℃로 언도프 A1GaN으로 된 층을 25Å의 막두께로 성장시키고, 계속해서 TMA를 멈추고, 실란가스를 흘려, Si를 1X1019/cm3도프한 n형 GaN으로 된 층을 25Å의 막두께로 성장시킨 다. 이들의 층을 서로 적층해서 초격자층을 구성하여, 총막두께 1.2 ㎛의 초격자로 이루어진 n형 클래드층을 성장시킨다.
(n형 광가이드층)
다음으로 원료가스에 TMG 및 암모니아를 이용하여, 같은 온도에서 언도프의 GaN으로 된 n형 광가이드층을 750Å의 막두께로 성장시킨다.
(활성층)
다음으로 온도를 800℃로 하고, 원료가스에 TMG, TMI 및 암모니아를 이용하고, 불순물가스로서 실란가스를 이용하여, Si를 5X1018/cm3도프한 InGaN으로된 장벽층을 100Å의 막두께로 성장시킨다. 이어서, 온도를 820℃로 낮추고, 실란가스를 멈추고, 언도프의 InGaN으로된 우물층을 50Å의 막두께로 성장시킨다. 이 장벽층, 우물층을 다시 2회 반복해 적층하고, 최후에 장벽층을 형성하여, 총막두께 550Å의 다중양자우물(MQW)로 이루어진 활성층을 성장시킨다.
(p측 캡층)
다음으로 TMI를 멈추고, CP2Mg를 흘려보내, Mg를 1X1020/cm3도프한 p형 GaN로 이루어진 p측 캡층을 100Å의 막두께로 성장시킨다.
(p형 광가이드층)
이어서 CP2Mg를 멈추고, 1050℃언도프 GaN으로된 p형 광가이드층을 0.1㎛의 막두께로 성장시킨다. 이 p형 광가이드층은 언도프로서 성장시키지만, p측 캡층에서의 Mg의 확산에 의해, Mg농도가 5X1016/cm3으로 되어 p형을 나타낸다.
(p형 클래드층)
계속해서 Cp2Mg를 멈추고, TMA를 흘려보내, 1050℃로 언도프 A1GaN으로 된 층을 25Å의 막두께로 성장시키고, 계속해서 TMA를 멈추고, Ap1Mg를 흘려보내, Mg농도가 1X1019/cm3으로 이루어진 언도프 GaN으로 된 층을 25Å의 막두께로 성장시켜서, 총막두께 0.6μm의 초격자층으로 된 p형 클래드층을 성장시킨다.
(p형 콘택트층)
최후에 p형 클래드층 위에, Mg를 1X1020/cm3도프한 p형 GaN으로된 p형 콘택트층을 150Å의 막두께로 성장시킨다.
(릿지형성)
이상과 같이 해서 질화물반도체를 성장시켜 웨이퍼를 반응용기에서 추출하고, n형 질화물반도체층을 노출하기 위해 p형 질화물반도체층의 일부에 SiO2마스크를 형성하고, RIE(반응성 이온에칭)으로 에칭을 하여, n형 콘택트층의 표면을 노출 시킨다.
또한 최상층의 p형 콘택트층의 표면과, 노출한 n형 질화물반도체층의 전(全)면에, 소정의 형상의 마스크를 통하여, p형 질화물반도체층위에 폭 1.5㎛의 스트라이프로 이루어진 SiO2의 보호막을 작성한다. 보호막 형성 후, RIE를 사용하여, 도1에 나타낸 바와 같이, p형 클래드층과 p형 광가이드층과의 경계면부근까지 에칭을 행하여, 폭 1.5㎛의 스트라이프상의 도파로(릿지)를 형성한다.
(제1의 절연막)
릿지형성 후, SiO2마스크를 붙인 채로, p형 질화물반도체층의 표면에 ZrO2로된 제1의 절연막을 형성한다. 이 제1의 절연막은 도1에 나타낸 바와 같이, 먼저 n측 오믹전극형성면을 마스크해서 제1의 절연막을 질화물반도체층의 전면에 형성해도 좋다. 제1의 절연막형성 후, 버퍼된 불산에 침지해서, p형 콘택트층위에 형성한 SiO2를 용해 제거해, 리프트오프법에 의해 SiO2와 함께, p형 콘택트층위(더욱이 n형 콘택트층위)에 있는 ZrO2를 제거한다.
(오믹전극)
다음으로 p형 콘택트층상의 릿지 최종표면과, 제1의 절연막에 접한 Ni, Au로 된 p측 오믹전극을 스트라이프상으로 형성한다.
한편, n형 콘택트층상의 표면(및 제1의 절연막에 접하여)에 Ti, A1로 된 n측 오믹전극을 스트라이프상으로 형성한다.
이들을 형성한 후, 각각을 산소:질소가 80:20의 배합으로, 600℃로 아닐링하는 것으로 p측, n측 함께 오믹전극을 합금화하여, 양호한 오믹 특성을 얻는다.
(제2의 절연막)
다음으로 SiO2로된 제2의 절연막을 전면에 형성하고, p측 오믹전극과 n측 오믹전극의 일부를 제거한 전면에 레지스트를 도포하여, 드라이에칭하는 것으로, p측 오믹전극과 n측 오믹전극의 일부를 노출시킨다.
(패드전극)
제2의 절연막형성 후, 패드전극으로서 p측은 p형 질화물반도체층상의 제2의 절연막 및 p측 오믹전극을 덮도록, 또한 n측은 제2의 절연막의 일부와 n측 오믹전극을 덮도록 하나의 공정에서 Ni로 이루어진 밀착층을 1000Å의 막두께로 형성한다.
더욱 밀착층의 위에 Ti로 이루어진 베리어층을 1000Å의 막두께로, 계속해서 Au를 8000Å의 막두께로 형성한다.
이상과 같이 해서, p측 및 n측 패드전극형성 후, 질화물반도체를 칩사이즈로 하기위해 RIE에 의해 망목상에 질화물반도체를 사파이어기판이 노출할 때까지 에칭한다. 이때, 레이저 출사면은 레이저를 발진시킨 때의 FFP(파필드패턴)가 양호하게 되도록 레이저 사출단면의 직전에서 에칭한다. 에칭 후, 사파이어가 노출된 망목을 따라 뒷면에서 사파이어를 스크라이빙하여, 레이저칩을 얻는다. 이 레이저의 칩화는 사출면만을, 사파이어기판의 A면을 따라, 질화물반도체의 M면(질화물반도체를 육각주로 표현하는 경우에 이 육각주의 측면에 상당하는 면)에 GaN을 벽개(劈開)해도 좋다.
다음으로 각각의 전극을 와이어본딩해서, 실온에서 레이저발진을 시험해본 바, 실온에 있어서 문턱값 2.0kA/cm2,30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나타냈다.
[실시예2]
실시예1에 있어서, 제2의 절연막을 TiO2로 한 것 외에는 같은 방법으로 해서 질화물반도체 레이저소자를 제작했다.
그 결과, 실시예1과 같이, 실온에서 문턱값2.0kA/cm2, 30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나타냈다.
[실시예3]
실시예1에 있어서, n측 및 p측의 패드전극의 베리어층을 Pt로 한 것 외에는 같은 방법으로 해서 질화물반도체 레이저소자를 제작했다.
그 결과, 실시예1과 거의 동등한 실온에 있어서 문턱값 2.2kA/cm2, 30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나 타냈다.
[실시예4]
실시예1에 있어서, n측 및 p측의 패드전극의 밀착층을 Ti, 베리어층을 Pt로한 것 외에는 같은 방법으로 해서 질화물반도체 레이저소자를 제작했다.
그 결과, 실시예1과 거의 동등한 실온에 있어서, 문턱값 2.2kA/cm2, 30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나타냈다.
[실시예5]
실시예1에 있어서, p측의 패드전극의 구성은 같은 Ni/Ti/Au로해, n측 패드전극을 밀착층이 Ti, 베리어층이 Pt의 Ti/Pt/Au로 한 것 외에는 같은 방법으로 해서 질화물반도체 레이저소자를 제작했다.
이 질화물반도체 레이저소자는, 실시예1과 비교해 제조공정은 복잡하게 되지만, 거의 동등한 실온에서 문턱값 2.1kA/cm2, 30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나타냈다.
[실시예6]
실시예1에 있어, 오믹전극을 다음과 같이 제작했다.
(오믹전극)
다음으로 p형 콘택트층 상의 릿지 최종표면과, 제1의 절연막에 접해 Ni, Au로 이루어진 p측 오믹전극을 스트라이프상으로 형성한다.
한편, n형 콘택트층 상의 표면(및 제1의 절연막에 접해)에 Ti, A1로 된 n측 오믹전극을 스트라이프상으로 형성한다.
이들을 형성 후, 산소100%의 분위기 속에서, 600아닐링을 산소100%의 분위기 속에서 행한 것 외에는 실시예1과 동일하게 하여 제작한 바, 이 질화물반도체 레이저소자는, 거의 동등의 실온에서 문턱값 2.2kA/cm2, 30mW의 출력에 있어서 발진파장 405nm의 연속발진이 확인되어, 1000시간이상의 수명을 나타냈다.
이상 설명한 것과 같이 본 발명에 따른 질화물반도체 레이저소자는, 상술한 바와 같이 절연막을 2층으로 하는 신규 구조에 의해, p측 오믹전극과 p형 콘택트층과의 접촉폭을 정확하게 제어할 수 있기 때문에, 특성이 안정한 질화물반도체의 레이저소자를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 질화물반도체 레이저소자는, 질화문반도체와 충분한 오믹성이 얻어지고, 와이어 본딩도 용이하게 할 수 있어, 더욱 소자를 통전시켜도 패드전극의 Au이외의 층으로의 확산을 방지할 수 있으므로, 소자특성의 열화가 작은 신뢰성 높은 진화물반도체 레이저소자를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판과,
    상기 기판 위의 n형 질화물반도체층과,
    상기 n형 질화물반도체층 위의 활성층과,
    최상층으로 p형 콘택트층을 적어도 포함하고 릿지부를 가지는, 상기 활성층 위의 p형 질화물반도체층과,
    공진방향으로 평행하게 형성된 상기 릿지부의 상기 p형 콘택트층과 오믹 접촉하는 p측 오믹전극을 구비하고,
    상기 릿지부의 상부면을 개구하기 위한 개구부를 가지는 제1의 절연막이 적어도 상기 릿지부의 측면 및 이 측면의 외측으로 상기 p형 질화물 반도체층 상부영역을 덮도록 형성되고, 상기 p측 오믹전극이 상기 개구부를 통하여 상기 p형 콘택트층과 접촉하도록 형성되며 제2의 절연막이 상기 제1의 절연막 위에 형성되는 질화물반도체 레이저소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 절연막은, 레이저소자의 측면으로부터 공진단면에 연속하여 형성되고, 이 공진단면에서 레이저 반사면을 형성하는 질화물반도체 레이저소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 절연막이 산화물로 만들어지는 질화물반도체 레이저소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 절연막이 ZrO2로 만들어지는 질화물반도체 레이저소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 절연막이 TiO2 또는 SiO2로 만들어지는 질화물반도체 레이저소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 절연막이 TiO2층과 SiO2층이 번갈아 적층된 다층막인 질화물반도체 레이저소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 p측 오믹전극이 Ni, Co, Fe, Ti 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 층과 Au층을 적층한 후 아닐링하여 형성된 합금인 질화물반도체 레이저소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 절연막이 상기 p측 오믹전극 위에 개구부를 가지도록 형성되고, p측 패드전극이 상기 개구부를 통해서 상기 p측 오믹전극에 접촉하도록 형성된 것인 질화물반도체 레이저소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 p측 패드전극이, 상기 p측 오믹전극에 접촉하는 밀착층, 상기 밀착층 위의 베리어층 및 상기 베리어층 위의 Au층을 포함하는 질화물반도체 레이저소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 p측 패드전극의 밀착층이, Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W, Zr, Rh 및 RhO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 질화물반도체 레이저소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 p측 패드전극의 베리어층이, Ti, Pt, W, Ta, Mo, 이들의 질화물 및 RhO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 질화물반도체 레이저소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 n형 질화물반도체층은, 일부가 노출된 n형 콘택트층을 포함하고, 이 노출된 n형 콘택트층 위에 n측 오믹전극이 형성되고, 상기 n측 오믹전극 위에 n측 패드전극이 형성되며,
    상기 n측 패드전극은 p측 패드전극과 동일 재료로 만들어지는 질화물반도체 레이저소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 p측 오믹전극이 Ni, Co, Fe, Ti 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 층과 Au층을 적층한 후 아닐링하여 형성된 합금층으로 만들어지고, 상기 제2의 절연막이 상기p측 오믹전극 위에 위치되는 개구부를 가지도록 형성되며, p측 패드전극이 상기 개구부를 통하여 상기 p측 오믹전극과 접촉하도록 형성되는 질화물반도체 레이저소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 p측 패드전극이 상기 p측 오믹전극에 접촉하고 Rh 또는 RhO로 만들어진 밀착층과 이 밀착층 위에 형성된 Au층으로 구성되는 질화물반도체 레이저소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 p측 패드전극이, 상기 p측 오믹전극에 접촉하고 Rh 또는 RhO로 만들어진 밀착층과 Ti, Pt, W, Ta, Mo 및 이들의 질화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하여 만들어지고 상기 밀착층 위에 형성된 베리어층과 이 베리어층 위에 형성된 Au층으로 구성되는 질화물반도체 레이저소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 p측 패드전극은, 최상층이 RhO층인 상기 p측 오믹전극과 접촉하고 RhO로 만들어진 밀착층을 구비하는 질화물반도체 레이저소자.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제1절연막은 ZrO2로 이루어지는 질화물반도체 레이저소자.
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