KR100760150B1 - 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

레이저 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 레이저 다이오드 에피층을 성장시키는 기판 하부가 복수개의 홈을 갖는 트랜치(Trench) 구조로 이루어지며, 이러한 복수개의 홈을 채우는 금속층이 기판 하부에 구비되도록 함으로써, 레이저 다이오드 구동시 활성층으로부터 발생되는 열이 금속층을 통해 소자 하부로 효율적으로 방출되는 효과를 갖는 것을 특징으로 하며, 특히, 도전성 기판을 사용하는 수직전극 구조의 레이저 다이오드에 이러한 트랜치 구조의 기판과 금속층을 적용하면, 금속층을 단순히 열 방출 용도만이 아니라, 소자에 전류를 공급하는 N-전극 용도로써 사용할 수 있으며, 균일한 기판 면에 전극을 형성하는 종래의 구조에 비해 기판과 N-전극 사이의 접촉 표면적이 넓어지므로, N-전극 쪽에서의 접촉 비저항과 동작전압을 감소시키는 전기적 특성 향상도 기대할 수 있다.
레이저 다이오드, LD, 트랜치, 열 방출

Description

레이저 다이오드 및 그 제조방법{Laser Diode And Method Of Fabricating The Same}
도 1a 또는 도 1b는 종래의 레이저 다이오드를 개략적으로 설명하기 위한 단면도.
도 2는 종래의 수직전극 구조 레이저 다이오드를 정션-업(Junction-Up) 구조로 조립한 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 도 2와 같이 정션-업(Junction-Up) 구조로 레이저 다이오드를 실장할 때, 레이저 다이오드 칩 하부의 폭(Width)에 따른 활성층 온도 변화를 도시한 그래프.
도 4a 또는 도 4b는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 트랜치(Trench) 구조 기판의 열 방출 효율을 높이기 위한 다양한 홈 형상을 설명하기 위한 수평단면도.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 수직전극 구조의 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
100. 기판 120. 에피층
121. n-컨택(Contact)층 122. n-클래드(Clad)층
123. n-도파층 124. 활성층
125. 전자차단층(EBL) 126. p-도파층
127. p-클래드층 128. p-컨택층
130. 절연막 140a. P-전극
140b. N-전극 110. 금속층
본 발명은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 레이저 다이오드의 열적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 구조의 기판을 구비하는 질화물 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.
최근, DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광기록/재생 장치가 널리 보급되면서 광 기록 장치의 핵심 부품인 반도체 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)에 대한 수요가 급격히 증대하고 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 반도체 레이저 다이오드의 일반적인 구조와 문제점에 대해서 개략적으로 설명한다.
도 1a 또는 도 1b는 일반적인 수평전극 구조와 수직전극 구조의 레이저 다이오드 단면도를 나타내며, 도면에 도시된 바와 같이, 두 가지 레이저 다이오드는 모두 기판(10), 에피층(20), 절연막(30), P-전극(40a), N-전극(40b)을 기본적으로 갖는다.
우선, 도 1a에서 상기 기판(10)은 레이저 다이오드의 최하부를 이루고 있으며, 주로 사파이어(Al2O3) 기판과 같은 절연성 기판으로 이루어진다.
상기 기판(10) 상부에는 에피층(20)이 형성되어 지는데, 상기 에피층(20)은 n-컨택층(Contact Layer)(21), n-클래드층(Clad Layer)(22), n-도파층(23), 활성층(24), p-전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL)(25), p-도파층(26), p-클래드층(27), p-컨택층(28)이 순차적으로 증착되어 이루어진다.
상기 에피층(20)의 최상부의 층에 속하는 상기 p-클래드층(27)과 상기 p-컨택층(28)은 리지(Ridge) 구조를 갖도록 형성되어 있다.
여기서, 상기와 같은 리지(Ridge) 구조는 상기 p-클래드층(27)에서 리지(Ridge) 구조로 만들 영역을 제외한 나머지 영역을 일부분 식각하는 방법을 통해 형성되어진다.
한편, 수평전극 구조의 레이저 다이오드는 상기 p-클래드층(27)의 일부 영역에서 상기 n-컨택층(21)의 일정 깊이까지 식각되어 있는 구조이다.
그리고, 식각되어진 영역의 상기 n-컨택층(21)의 상부에는 N-전극(40b)이 형 성되어 있다.
또한, 상기 N-전극(40b) 영역을 제외한 n-컨택층(21) 상부와 리지(Ridge) 구조의 상부 영역을 제외한 p-클래드층(27) 상부 영역과 에피층(20)의 식각된 측면부에 절연막(30)이 형성되어 있다.
이때, 리지(Ridge) 구조에서 상기 절연막(30)은 개구를 통해 상기 p-컨택층(28)의 상부를 노출시키며, p-컨택층(28) 보다 높게 형성되어 있다.
상기 P-전극(40a)은 상기 p-컨택층(28)을 노출시키는 상기 절연막(30)의 개구를 채우며, 상기 리지(Ridge)를 중심으로 상기 절연막(30) 상부의 일부 영역에 형성되어 있다.
도 1b는 종래의 수직전극 구조 레이저 다이오드에 대해서 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
일반적으로, 수직전극 구조 레이저 다이오드는 수평전극 구조 레이저 다이오드와 동일한 구성을 갖기 때문에 상세한 설명은 수평전극 구조 레이저 다이오드의 구성에 대한 앞의 설명으로 대신하고 여기서는 생략한다.
다만, 도면에 도시된 바와 같이, 수직전극 구조 레이저 다이오드에서 사용되는 기판(10)은 앞에서 언급한 사파이어(Al2O3) 기판과 같은 절연성 기판이 아닌 질화갈륨(GaN) 기판 등과 같은 도전성 기판을 사용하기 때문에, N-전극(40b)이 이와 같은 도전성 기판 하부에 형성되는 구조적인 차이가 있다.
도 2는 종래의 수직전극 구조 레이저 다이오드를 정션-업(Junction-Up) 구조로 조립한 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
레이저 다이오드는 PN 정션(Junction) 부분인 활성층(25)에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시키지 못하면 소자의 수명이 단축되기 때문에, 방열이 좋은 조립 기술이 요구된다.
이러한 레이저 다이오드의 효과적인 방열을 위한 조립 구조 가운데 하나로, 열이 발생되는 활성층(25)을 히트 블럭(Heat Block)과 근접하게 조립하는 정션-다운(Junction-Down) 구조가 있다.
그러나, 이와 같은 정션-다운(Junction-Down) 구조는 광 생성의 중심이 되는 리지(Ridge)가 솔더(Solder) 및 히트 블럭(Heat Block)에 눌리면서 물리적인 스트레스(Stress)를 받기 때문에, 레이저 다이오드의 광 특성이 저하될 우려가 크다.
그러므로, 질화갈륨(GaN)과 같이 도전성이 우수한 기판을 사용하는 레이저 다이오드는 굳이 정션-다운(Junction-Down) 구조로 조립할 필요없이, 도면에 도시된 바와 같은 정션-업(Junction-Up) 구조로 조립해도 우수한 방열 특성을 유지할 수 있으며, 리지(Ridge)가 솔더(Solder) 및 히트 블럭(Heat Block)에 눌릴 우려도 없다.
도 3은 도 2와 같이 정션-업(Junction-Up) 구조로 레이저 다이오드를 실장할 때, 레이저 다이오드 칩의 폭(Width)에 따른 활성층 온도의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
그래프에 나타난 바와 같이, 레이저 다이오드의 폭(w)이 넓을수록, 활성층의 온도는 낮아진다.
이는 다시 말하자면, 상기한 바와 같이 레이저 다이오드를 정션-업(Junction-Up) 구조로 조립하는 경우에는 열이 기판 쪽으로 방출되게 되는데, 기판의 폭(Width)이나 면적이 넓을수록 열 방출이 효과적으로 이루어져 활성층 온도도 낮출 수 있으며, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
하지만, 이러한 사실에도 불구하고 소자의 폭이나 면적을 무제한으로 늘리는 방법은 웨이퍼당 생산수율 및 단가를 증가시키기 때문에, 현실적으로 경제성이 떨어지므로, 소자의 열적, 전기적 특성을 향상시키는 데 어려움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 레이저 다이오드 에피층을 성장시키는 기판 하부가 복수개의 홈을 갖는 트랜치(Trench) 구조로 이루어지도록 하고, 이러한 복수개의 홈을 채우는 금속층이 기판 하부에 구비되도록 함으로써, 레이저 다이오드 구동시 활성층으로부터 발생되는 열이 금속층을 통해 소자 하부로 효율적으로 방출되도록 하여, 열 방출 효율과 신뢰성이 향상된 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 그 제조방법의 다른 목적은, 도전성 기판을 사용하는 수직전극 구조의 레이저 다이오드에 이러한 트랜치 구조의 기 판과 금속층을 적용함으로써, 금속층을 단순히 열 방출 용도만이 아니라, 소자에 전류를 공급하는 N-전극 용도로써 사용할 수 있으며, 균일한 기판 면에 전극을 형성하는 종래의 구조에 비해 넓어진 기판과 N-전극 사이의 접촉 표면적을 통해, N-전극 쪽에서의 접촉 비저항과 동작전압이 감소되어 전기적 특성이 개선된 레이저 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 수평전극 구조 레이저 다이오드는, 하부에 복수개의 홈이 형성되어 있는 기판; 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 기판 하부에 형성되어 있는 금속층; 기판 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역이 일정깊이 식각되어 있는 n-컨택층; n-컨택층 상부의 식각된 일부 영역에 형성되어있는 N-전극; n-컨택층 상부의 식각되지 않은 나머지 영역에 형성되어있는 n-클래드층; n-클래드층 상부에 형성되며, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층이 순차적으로 적층되어 이루어진 박막구조물; p-도파층 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역에 리지(Ridge) 를 갖는 p-클래드층; p-클래드층의 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층; 리지(Ridge)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층의 외부면을 감싸도록 형성되며, p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막 및; p-컨택층과 전기적으로 연결되도록, p-컨택층을 노출하고 있는 절연막의 개구를 채우며, 절연막 상부에 형성되어 있는 P-전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수직전극 구조 레이저 다이오드는, 하부에 복수개의 홈이 형성되어 있는 도전성 기판; 도전성 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 도전성 기판 하부에 형성되어 있는 금속층; 도전성 기판 상부에 형성되며, n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층이 순차적으로 적층되어 이루어진 박막구조물; p-도파층 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역에 리지(Ridge) 를 갖는 p-클래드층; p-클래드층의 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층; 리지(Ridge)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층의 외부면을 감싸도록 형성되며, p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막 및; p-컨택층과 전기적으로 연결되도록, p-컨택층을 노출하고 있는 절연막의 개구를 채우며, 절연막 상부에 형성되어 있는 P-전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수평전극 구조 레이저 다이오드의 제조방법은, 기판 하부에 복수개의 홈을 형성하는 단계; 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 기판 하부를 덮는 금속층을 형성하는 단계; 기판 상부에 n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층, p-클래드층을 순차적으로 성장시키는 단계; p-클래드층 상부의 일부 영역에 리지(Ridge)를 형성하는 단계; p-클래드층 상부의 다른 일부 영역을 n-컨택층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하여 n-컨택층 상부를 노출시키고, 노출된 n-컨택층 상부의 일부 영역에 N-전극을 형성하는 단계; 리지(Ridge) 상부를 제외한 p-클래드층 상부의 모든 영역에 절연막을 형성하는 단계; 리지(Ridge) 상부에 p-컨택층을 형성하는 단계 및; p-컨택층과 절연막 상부에 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록 p-전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수직전극 구조 레이저 다이오드의 제조방법은, 도전성 기판 하부에 복수개의 홈을 형성하는 단계; 도전성 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며 덮는 금속층을 형성하는 단계; 도전성 기판 상부에 n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층, p-클래드층을 순차적으로 성장시키는 단계; p-클래드층 상부의 일부 영역에 리지(Ridge)를 형성하는 단계; 리지(Ridge) 상부를 제외한 p-클래드층 상부의 모든 영역에 절연막을 형성하는 단계; 리지(Ridge) 상부에 p-컨택층을 형성하는 단계 및; p-컨택층과 절연막 상부에 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록 p-전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 4a 또는 도 4b는 각각 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 바람직한 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로, 트랜치(Trench) 구조의 기판을 갖는 수평전극구조와 수직전극구조 레이저 다이오드의 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수평전극 구조의 레이저 다이오드는 크게 나누어서, 기판(100), 에피층(120), 절연막(130), P-전극(140a), N-전극(140b)을 구비한다.
여기서, 상기 기판(100)은 하부에 복수개의 홈(A)이 형성된 트랜치(Trench) 구조를 갖는다.
그리고, 상기 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판인 것이 바람직하다.
상기와 같은 홈(A)은 상기 기판(100)의 활성층에서 발생되는 열을 기판 하부를 통해 원활히 방출시키기 위한 구조로써, 열을 방출시키는 면의 표면적을 넓게 만들어 주어 방열판과 같은 역할을 한다.
여기서는, 상기 홈(A)의 측 단면도만 개략적으로 도시하였으나, 도 5a 내지 도 5f와 같이 기판 하부의 방열 표면적을 넓히기 위한 다양한 수평단면 형상을 가질 수 있다.
상기 기판(100)의 하부에는 상기 기판(100) 하부의 홈을 채우며 금속층(110)가 형성되어 있다.
이어서, 상기 기판(100) 상부에는 상기 에피층(120)이 형성되어 있다.
상기 에피층(120)은 n-컨택층(121), n-클래드층(122), n-도파층(123), 활성층(124), 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL)(125), p-도파층(126), p-클래드층(127), p-컨택층(128)이 순차적으로 적층되어진 구조이다.
먼저, 상기 에피층(120)의 최하부에는, 상부의 일부 영역이 일정깊이 식각되어 있는 상기 n-컨택층(121)이 형성되어 있고, 상기 n-컨택층(121)의 식각되어 있는 영역의 상부에 N-전극(140b)이 형성되어 있으며, 상기 n-컨택층(121) 상부의 식각되지 않은 나머지 영역에는 n-클래드층(122)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 n-클래드층(122) 상부에 상기 n-도파층(123), 활성층(124), 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL)(125), p-도파층(126)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기 p-도파층 상부에는 상부의 일부 영역이 리지(Ridge) 영역(B)을 갖는 p-클래드층(127)이 형성되어 있다.
상기 p-클래드층(127)의 리지(Ridge) 상부에는 상기 p-컨택층(128)이 형성되어있다.
상기 p-컨택층(128) 상부에는 상기 리지(Ridge)(B)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 상기 p-컨택층(128)의 외부면을 감싸도록 형성되며, p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막(130)이 형성되어 있다.
마지막으로, 상기 p-컨택층(128)과 전기적으로 연결되도록, 상기 p-컨택층(128)을 노출하고 있는 절연막의 개구를 채우며, 상기 절연막(130) 상부에 P-전극(140a)이 형성되어 있다.
도 4b는 본 발명에 따른 트랜치(Trench) 구조의 기판을 갖는 수직전극 구조 레이저 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
앞에서와 마찬가지로, 상기 기판(100)은 하부에 복수개의 홈(A)이 형성된 트랜치(Trench) 구조를 갖는다.
한편, 상기 기판(100)은 질화갈륨(GaN) 기판과 같은 도전성 기판인 것이 바 람직하다.
상기 질화갈륨(GaN) 기판은 상기 에피(Epi)층(120)과 동일한 물질이어서, 자연 벽개면 형성이 유리하고, 전기 전도성뿐만 아니라 열 전도성도 좋기 때문에, 방열 특성이 좋은 편이다.
참고로, 수직전극 구조의 레이저 다이오드는 말 그대로 전극이 레이저 다이오드의 상, 하 양단에 위치하는 구조이며, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 N-전극(140b)이 도전성 기판(100) 하부에 직접 형성되는 구조이다.
따라서, 수평전극 구조의 레이저 다이오드와 다르게, N-전극의 형성을 위한 메사(Mesa) 식각과 같은 식각 과정이 필요없으며, 전류가 도전성 기판을 경유하며 위에서 아래로 일방향으로 흐르게 만든 구조이기 때문에, 전류 특성이 좋으며, 고출력 레이저 다이오드 구현시 많이 쓰이는 구조이다.
한편, 상기 홈(A)도 상기 기판(100)의 활성층에서 발생되는 열을 기판 하부를 통해 원활히 방출시키기 위한 구조로써, 열을 방출시키는 면의 표면적을 넓게 만들어 주어 방열판과 같은 역할을 한다.
여기서는, 상기 홈(A)의 측 단면도만 개략적으로 도시하였으나, 도 5a 내지 도 5f와 같이 기판 하부의 방열 표면적을 넓히기 위한 다양한 수평단면 형상을 가질 수 있다.
상기 기판(100)의 하부에는 상기 기판(100) 하부의 홈을 채우며 N-전극(140b)이 형성되어 있다.
이어서, 상기 기판(100) 상부에는 상기 에피층(120)이 형성되어 있다.
상기 에피층(120)은 n-컨택층(121), n-클래드층(122), n-도파층(123), 활성층(124), 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL)(125), p-도파층(126), p-클래드층(127), p-컨택층(128)이 순차적으로 적층되어진 구조이다.
이때, 상기 p-클래드층(127)은, 상부의 일부 영역이 리지(Ridge) 구조(B)로 형성되어 있으며, 상기 p-클래드층(127)의 리지(Ridge) 상부에 상기 p-컨택층(128)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 p-컨택층(128) 상부에는 상기 리지(Ridge)(B)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 상기 p-컨택층(128)의 외부면을 감싸며, p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막(130)이 형성되어 있다.
마지막으로, 상기 p-컨택층(128)과 전기적으로 연결되도록, 상기 p-컨택층(128)을 노출하고 있는 절연막의 개구를 채우며, 상기 절연막(130) 상부에 P-전극(140a)이 형성되어 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 트랜치(Trench) 구조 기판의 열 방출 효율을 높이기 위한 다양한 홈 형상을 설명하기 위한 수평단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 트랜치 구조를 갖는 기판(100) 하부 홈의 수평단면은 가로 또는 세로 스트라이프(Stripe)(도 5a, 도 5b) 형상, 굴곡진 선(도 5c) 형상, 그리드(Grid)(도 5d) 형상, 육각형(Hexagon)(도 5e) 형상, 원형(Circle)(도 5f) 형상과 같이 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 수직전극 구조의 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a는 도전성 기판(100) 하부에 리소그래피(Lithography) 및 식각 공정을 통해 복수개의 홈(A)을 형성한 단계를 나타낸다.
이때, 상기 도전성 기판(100)은 질화갈륨(GaN) 기판인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 복수개의 홈(A)은 도 5a 내지 도 5f에 도시된 바와 같은 단면형상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 6b는 기판(100) 하부의 복수개의 홈(A)을 채우며 덮는 금속층을 형성한 단계를 나타낸다.
수직전극 구조 레이저 다이오드에서 상기 기판은(100) 도전성이므로, 상기 금속층은 N-전극(140b)의 용도로써 사용되는데, 기판과 접촉면의 표면적이 넓기 때문에, 열 방출 효율 증가는 물론, 접촉 비저항과 동작 전압을 감소시키는 효과도 얻을 수 있으나, 수평전극 구조의 레이저 다이오드에서는 기판이 절연성이므로, 금속층은 단순히 금속 자체의 높은 열 전도성을 이용하여 열 방출 효율을 더욱 좋게 하는 용도로써 사용된다.
도 6c는 기판(100) 상부에 n-컨택층(121), n-클래드층(122), n-도파층(123), 활성층(124), 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL)(125), p-도파층(126), p-클래드층(127)을 순차적으로 성장시킨 단계를 나타낸다.
이와 같은 성장 공정은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)과 같은 박막 증착 방법을 통해 이루어진다.
도 6d는 p-클래드층(127) 상부의 일부 영역에 리지(Ridge) 구조(B)를 형성한 단계를 나타낸다.
상기와 같은 리지(Ridge) 구조(B)는 전류를 좁은 영역을 통해 주입하여, 활성층에서 공진되는 레이저 광이 리지(Ridge) 구조 영역에만 집광되도록 하는 역할을 한다.
도 6e는 리지(Ridge) 구조(B) 상부를 제외한 p-클래드층(127) 상부의 모든 영역에 절연막(130)을 형성한 단계를 나타낸다.
도 6f는 리지(Ridge) 구조(B) 상부에 p-컨택층(128)을 형성한 단계를 나타낸다.
도 6g는 p-컨택층(128)과 절연막(130) 상부에 p-컨택층(128)과 전기적으로 연결되도록 p-전극(140a)을 형성한 단계를 나타낸다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 따르면, 레이저 다이오드 에피층을 성장시키는 기판 하부가 복수개의 홈을 갖는 트랜치(Trench) 구조로 이루어지도록 하고, 이러한 복수개의 홈을 채우는 금속층이 기판 하부에 구비 되도록 함으로써, 레이저 다이오드 구동시 활성층으로부터 발생되는 열이 금속층을 통해 소자 하부로 효율적으로 방출되어, 레이저 다이오드의 열적 특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 따르면, 도전성 기판을 사용하는 수직전극 구조의 레이저 다이오드에 이러한 트랜치 구조의 기판과 금속층을 적용함으로써, 금속층을 단순히 열 방출 용도만이 아니라, 소자에 전류를 공급하는 N-전극 용도로써 사용할 수 있으며, 균일한 기판 면에 전극을 형성하는 종래의 구조에 비해 기판과 N-전극 사이의 접촉 표면적을 넓힐 수 있으므로, N-전극 쪽에서의 접촉 비저항과 동작전압을 감소시켜, 결과적으로, 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 하부에 복수개의 홈이 형성되어 있는 기판;
    상기 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 상기 기판 하부에 형성되어 있는 금속층;
    상기 기판 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역이 일정 깊이 식각되어있는 n-컨택층;
    상기 n-컨택층 상부의 식각된 일부 영역에 형성되어 있는 N-전극;
    상기 n-컨택층 상부의 식각되지 않은 나머지 영역에 형성되어있는 n-클래드층;
    상기 n-클래드층 상부에 형성되며, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층이 순차적으로 적층되어 이루어진 박막구조물;
    상기 p-도파층 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역에 리지(Ridge) 를 갖는 p-클래드층;
    상기 p-클래드층의 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층;
    상기 리지(Ridge)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 상기 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층의 외부면을 감싸도록 형성되며, 상기 p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막 및;
    상기 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록, 상기 p-컨택층을 노출하고 있는 상기 절연막의 개구를 채우며, 상기 절연막 상부에 형성되어 있는 P-전극;을 포함하 여 이루어지는 레이저 다이오드.
  2. 하부에 복수개의 홈이 형성되어 있는 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 상기 도전성 기판 하부에 형성되어 있는 금속층;
    상기 도전성 기판 상부에 형성되며, n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층이 순차적으로 적층되어 이루어진 박막구조물;
    상기 p-도파층 상부에 형성되어 있으며, 상부의 일부 영역에 리지(Ridge) 를 갖는 p-클래드층;
    상기 p-클래드층의 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층;
    상기 리지(Ridge)를 포함한 p-클래드층의 노출된 면과 상기 리지(Ridge) 상부에 형성되어있는 p-컨택층의 외부면을 감싸도록 형성되며, 상기 p-컨택층 상부를 노출시키는 개구를 갖는 절연막 및;
    상기 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록, 상기 p-컨택층을 노출하고 있는 상기 절연막의 개구를 채우며, 상기 절연막 상부에 형성되어 있는 P-전극;을 포함하여 이루어지는 레이저 다이오드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은,
    Al2O3 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 도전성 기판은,
    GaN 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 홈은,
    수평 단면이 스트라이프(Stripe), 그리드(Grid), 원형(Circle), 육각형(Hexagon) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  6. 기판 하부에 복수개의 홈을 형성하는 단계;
    상기 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며, 상기 기판 하부를 덮는 금속층을 형성하는 단계;
    상기 기판 상부에 n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층, p-클래드층을 순차적으로 성장시키는 단계;
    상기 p-클래드층 상부의 일부 영역에 리지(Ridge)를 형성하는 단계;
    상기 p-클래드층 상부의 다른 일부 영역을 상기 n-컨택층의 일부까지 메사 (Mesa) 식각하여 상기 n-컨택층 상부를 노출시키고, 상기 노출된 n-컨택층 상부의 일부 영역에 N-전극을 형성하는 단계;
    상기 리지(Ridge) 상부를 제외한 상기 p-클래드층 상부의 모든 영역에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 리지(Ridge) 상부에 p-컨택층을 형성하는 단계 및;
    상기 p-컨택층과 상기 절연막 상부에 상기 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록 p-전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 레이저 다이오드 제조방법.
  7. 도전성 기판 하부에 복수개의 홈을 형성하는 단계;
    상기 도전성 기판 하부의 복수개의 홈을 채우며 덮는 금속층을 형성하는 단계;
    상기 도전성 기판 상부에 n-컨택층, n-클래드층, n-도파층, 활성층, 전자차단층(Electron Blocking Layer, EBL), p-도파층, p-클래드층을 순차적으로 성장시키는 단계;
    상기 p-클래드층 상부의 일부 영역에 리지(Ridge)를 형성하는 단계;
    상기 리지(Ridge) 상부를 제외한 상기 p-클래드층 상부의 모든 영역에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 리지(Ridge) 상부에 p-컨택층을 형성하는 단계 및;
    상기 p-컨택층과 상기 절연막 상부에 상기 p-컨택층과 전기적으로 연결되도록 p-전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 레이저 다이오드 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 기판은,
    Al2O3 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 도전성 기판은,
    GaN 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 홈은,
    수평단면이 스트라이프(Stripe), 그리드(Grid), 원형(Circle), 육각형(Hexagon) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
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CN110224300B (zh) * 2018-03-02 2020-10-13 山东华光光电子股份有限公司 一种半导体激光器结构及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20030012972A (ko) * 2001-08-06 2003-02-14 삼성전기주식회사 ＧａＮ계 화합물 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970054996A (ko) * 1995-12-30 1997-07-31 구자홍 반도체 레이저 다이오드의 구조
KR20030012972A (ko) * 2001-08-06 2003-02-14 삼성전기주식회사 ＧａＮ계 화합물 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법
KR20050066691A (ko) * 2003-12-27 2005-06-30 엘지전자 주식회사 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

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