KR100998008B1 - 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법 - Google Patents

소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100998008B1
KR100998008B1 KR1020070132449A KR20070132449A KR100998008B1 KR 100998008 B1 KR100998008 B1 KR 100998008B1 KR 1020070132449 A KR1020070132449 A KR 1020070132449A KR 20070132449 A KR20070132449 A KR 20070132449A KR 100998008 B1 KR100998008 B1 KR 100998008B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plane
gan substrate
laser diode
substrate
semiconductor laser
Prior art date
Application number
KR1020070132449A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090065029A (ko
Inventor
성연준
백호선
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성엘이디 주식회사 filed Critical 삼성엘이디 주식회사
Priority to KR1020070132449A priority Critical patent/KR100998008B1/ko
Priority to JP2008048559A priority patent/JP4890484B2/ja
Priority to US12/073,293 priority patent/US8163579B2/en
Publication of KR20090065029A publication Critical patent/KR20090065029A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100998008B1 publication Critical patent/KR100998008B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/32025Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth non-polar orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0202Cleaving
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

본 발명은 벽개면의 거칠기를 줄일 수 있는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, a-면 또는 m-면의 GaN 층이 주면으로 형성된 GaN 기판을 준비하는 단계; 상기 GaN 층 상에 복수의 레이저 다이오드 구조물을 형성하는 단계; 상기 GaN 기판을 식각하여 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면을 따라 그루브(groove) 형태를 갖는 절단 기준선을 형성하는 단계; 및 상기 절단 기준선을 따라 절단하여, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면과 일치하는 반도체 레이저 다이오드의 거울면을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공한다.
레이저 다이오드, 벽개면, 거울면, 습식식각

Description

소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 제조방법{FABRICATION METHOD OF SUBSTRATE FOR FORMING DEVICE AND FABRICATION METHOD OF NIRTRIDE SEMICONDUCTOR LASER DIODE}
본 발명은 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소자 형성용 기판의 제조방법 및 이를 이용하여 결정 방향면과 일치하는 거울면(벽개면)을 얻을 수 있도록 한 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 것이다.
측면 발광(Edge emission)하는 구조의 반도체 레이저 다이오드에서는 활성층에서 캐리어의 재결합에 의해 형성된 광이 상기 반도체 레이저 다이오드의 측면에 형성되는 거울면에 의해 공진하여 레이징하게 된다.
일반적으로 거울면으로는 기판과 에피층의 단결정 벽개면(cleavage facet)을 사용하게 되는데, 이때 형성되는 거울면의 거칠기나 각도 등의 특성은 반도체 레이저 다이오드의 문턱 전류, 신뢰성 등의 주요한 특성을 좌우하게 된다.
결정면이 에피층의 결정면과 일치하는 동종기판을 사용하는 GaAs계, Si계, InP계 등의 반도체 레이저 다이오드는 대부분의 경우 에지 스크라이빙(edge scribing)과 브레이킹(breaking)을 사용하여 양질의 자연 벽개면을 얻을 수 있다.
그러나, 결정면이 에피층의 결정면과 일치하지 않는 이종기판을 사용하는 경우에는 상기의 자연 벽개면 형성이 어려워지며, 특히 사파이어 기판 상부에 GaN계 에피층이 적층된 경우, 상기 사파이어 기판과 GaN계 에피층의 결정면이 30˚어긋나게 성장되어 일반적인 방법으로는 벽개면을 형성하기가 힘들다.
즉, 결정 방향면과 일치하지 않는 거울면 형성은 벽개면의 거칠기를 증가시켜서 소자의 작동전류 값이 증가하는 요인이 되며, 거울면 형성 공정인 선긋기와 쪼갬(Notch and cleaving) 공정 적용시, 벽개면이 패턴의 안쪽으로 파고 들어가는 문제가 발생하여, 수율의 감소를 초래하게 된다.
한편, 종래, 질화물 반도체 레이저 다이오드는 c-면 GaN 기판 위에 구현되었다. 그러나, GaN 결정의 c-면(c-plane)은 극성면(polar plane)으로 알려져 있다. 따라서, 상기 질화물 반도체 레이저 다이오드 경우, c-면의 극성(polarization)에 의해 형성된 내부 전기장의 영향으로 전자(electron)와 정공(hole)의 결합확률이 감소될 수 있으며, 결국 상기 레이저 다이오드의 발광효율이 낮아질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 극성(polarization)을 갖지 않는 a-면(a-plane) 또는 m-면(m-plane) GaN 기판 위에 반도체 레이저 다이오드 구조물을 형성하고, 습식식각을 통해 결정면을 따라, 벽개면(거울면)을 형성함으로써, 벽개면이 거칠기를 감소시킬 수 있는 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 극성(polarization)을 갖지 않는 a-면(a-plane) 또는 m-면(m-plane) GaN 기판에 습식식각을 적용하여 결정학적인 표면을 얻도록 한 소자 형성용 기판의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, a-면 또는 m-면을 주면으로 하는 GaN 기판을 준비하는 단계; 상기 GaN 기판의 주면을 마스킹 하는 단계; 및 상기 마스킹된 GaN 기판을 식각액에 적용하여, 결정학적인 표면을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 소자 형성용 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 GaN 층의 습식식각은, 수산화칼륨(KOH) 식각액을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, a-면 또는 m-면의 GaN 층이 형성된 GaN 기판을 준비하는 단계; 상기 GaN 층 상에 복수의 레이저 다이오드 구조물을 형성하는 단계; 상기 GaN 기판을 식각하여 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면을 따라 그루브(groove) 형태를 갖는 절단 기준선을 형성하는 단계; 및 상기 절단 기준선을 따라 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면과 절단면이 일치하도록 절단하여, 레이저 다이오드의 거울면 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공한다.
상기 a-면 또는 m-면의 GaN 층이 형성된 기판을 준비하는 단계는, r-면 사파이어 기판을 준비하는 단계; 및 상기 r-면 사파이어 기판 상에 a-면 또는 m-면 GaN 층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 절단 기준선을 형성하는 단계는, 절단 기준선을 형성하고자 하는 영역이 노출되도록, 레이저 다이오드 구조물이 형성된 기판 상에 마스크를 적용하는 단계; 및 습식식각에 의해 상기 마스크를 통해 노출된 기판의 단면(c-면)이 결정면을 따라 식각되는 단계를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 습식식각은, 수산화칼륨(KOH) 식각액을 사용한다.
이와 같이, 본 발명은, a-면 또는 m-면을 주면으로 성장된 질화물계 반도체 레이저 구조물의 벽개면 형성시, 습식식각을 통해 절단 기준선을 형성함으로써, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면이 벽개면이 되도록 하여, 벽개면의 거칠기를 감소시킨다.
즉, a-면 또는 m-면을 주면으로 하여 형성된 질화물계 반도체층은, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면이나 c-면이 그 단면을 형성하게 되는데, 질화물계 반도체층(예를 들면, GaN)은 습식식각에 의해 a-면 또는 m-면은 식각이 이루어지지만, c-면으 로는 식각이 이루어지지 않는다. 따라서, 식각액에 적용하게 되면, a-면 또는 m-면의 식각이 이루어지면서, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면이나 c-면의 결정면이 자연스럽게 단면으로 드러나게 된다.
따라서, 본 발명은 습식식각의 이러한 특성을 이용하여, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정면을 벽개면으로 형성하여, 그 거칠기를 감소시킨 것이다.
또한, 본 발명은, a-면 또는 m-면을 주면으로 하여 형성된 GaN 기판에서 c-면과 a-면(m-면)과의 습식식각 속도의 차이를 이용하여, 상기 GaN 기판을 식각함으로써, GaN 기판의 결정학적 표면 형성이 가능하도록 한다.
본 발명은, c-면의 질화물 반도체층을 벽개면으로 형성함으로써, 그 거칠기를 감소시켜, 작동전류를 줄인다.
또한, 본 발명은 벽개면 형성시, 패턴이 칩의 안쪽으로 파고 들어가는 것을 막아, 벽개면(거울면)의 제조수율을 향상시키고, 벽개면의 거칠기 감소에 따른 광효율을 더욱 향상시킨다.
또한, 본 발명은 결정학적인 표면을 갖는 GaN 기판을 제작할 수 있으며, 이에 따라,
이하, 첨부한 도면을 통해 본 발명에 따른 소자 형성용 기판의 제조방법 및 이를 이용한 질화물계 반도체 다이오드의 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1a ~ 도 1e는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 다이오드의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, r-면 사파이어 기판(110)을 준비한 후, 상기 r-면 사파이어 기판(110) 상에 GaN 기판(120)을 형성한다. 이때, 상기 r-면 사파이어 기판(110) 상에 형성되는 GaN 기판(120)은 a면(11-20) 또는 m-면(1-100)을 주면으로 형성된다.
즉, a-면(11-20) GaN 기판(120)을 형성한 경우, 그 단면은 각각 m-면(1-100)과 c-면(0001)이 되고, a-면(11-20)GaN 기판(120)을 형성한 경우, 그 단면은 각각 a-면(11-20)과 c-면(0001)이 된다.
이와 같이, r-면 사파이어 기판(110) 상에 비극성의 a-면(11-20) 또는 m-면(1-100) GaN 기판(120)을 형성한 이후에, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 GaN 기판(120) 상에 GaN계 반도체층들이 적층되어 이루어진 복수의 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)을 형성한다.
이때, 상기 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)은 a-면(11-20) 또는 m-면(1-100) GaN 기판(120) 상에 형성되므로, 상기 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)은 GaN 기판(120)의 결정방향을 따라, a-면(11-20) 또는 m-면(1-100) 으로 성장된다.
즉, 상기 GaN 기판(120)이 a-면(11-20)인 경우, 상기 반도체 레이저 다이오 드 구조물(130)은 a-면<11-20>을 주면으로 형성되며, 상기 GaN 기판(120)이 m-면<1-100>인 경우, 상기 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)은 m-면<1-100>을 주면으로 형성된다.
이와 같이, 상기 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)은 비극성면(a면<11-20> 또는 m-면<1-100>)에 그 결정방향을 따라 형성되기 때문에, 종래 내부 전기장의 발생을 막아, 발광효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 종래에는 극성의 c-방향을 따라서 성장한 GaN계 반도체층을 이용하기 때문에, 강한 압전 및 자발적 분극의 존재로 인하여, c-방향을 따라 내부 전기장(built-in electric fields)이 발생하고, 이는 전자들 및 홀들을 공간적으로 분리하며, 이에 따라 캐리어 재결합 효율을 제한하고, 적색 편이 발광을 야기시키는 문제가 발생되었다.
그러나, 본 발명에서는, 결정의 비극성면(a면<11-20> 또는 m-면<1-100>)에 발광 구조물을 형성하기 때문에, 상기 자발 및 압전 분극 효과를 제거하여, 전자와 홀의 재결합 효율을 향상시켜 발효율을 향상시키고, 적색 편이 발광을 방지한다.
계속해서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)이 형성된 GaN 기판(120) 상에 상기 반도체 레이저 다이오드의 거울면을 형성하려는 방향과 평행한 방향으로 절단 기준선(150)을 형성한다.
한편, 상기 절단 기준선(150)을 형성하기 이전에, 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 공정과 같은 연마공정을 수행하여, 반도체 레이저 다이오드 구조물(130)이 형성되지 않은 상기 사파이어 기판(110)의 이면의 두께를 감소시키는 것 도 가능하다.
상기 절단 기준선(150)은, 상기 GaN 기판(120)의 일부가 제거된 그루브(groove) 형태로 형성할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 절단 기준선(150)을 설명하기 위해, 도 1c의 A영역을 확대하여 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 절단 기준선(150)은, GaN 기판(120)의 일부가 식각되어 형성된 그루브 형태로 형성되어 있다.
이때, 상기 절단 기준선(150)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 GaN 기판(120)의 일부를 남기고 형성하거나, 상기 GaN 기판(120)을 완전히 제거하여, 사파이어 기판(110)이 드러나도록 형성할 수 있다.
그리고, 상기 절단 기준선(그루브)가 형성되면서 드러난 GaN 기판(120)의 벽개면(140)이 거울면이 되며, 상기 벽개면(140)은 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 GaN 기판(120)의 결정 방향면과 일치한다.
이와 같이, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 GaN 기판(120)의 결정 방향과 일치하는 벽개면(140)의 형성에 대해서는 이후에 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
한편, 도면 상에는 GaN 기판이 제거되어 기준 절단선을 형성하고 있으나, 실질적으로, 상기 기준 절단선(150)이 형성되는 GaN 기판(120) 상에는 반도체 레이저 다이오드 구조물 형성을 위해 여러층의 GaN계 반도체층들이 적층되어 있다.
따라서, 실질적으로는, 반도체 레이저 다이오드 구조물을 형성하기 위해 적층한 반도체층들이 식각되어 기준 절단선(150)을 형성하게 되며, 상기 기준 절단선을 따라, 기판을 절단하였을 때, 그 절단된 벽개면이 거울면이 되는 것이다.
그러나, 상기 반도체 레이저 다이오드 구조물이 GaN계 반도체층으로 형성되므로, 본 발명에서는, 설명의 편의를 위해 반도체 레이저 다이오드 구조물 형성하기 위해 적층한 반도체층들을 GaN 기판으로 통합하여 설명하도록 한다.
계속해서, 본 발명에 따른 기준 절단선(150) 형성방법을 설명하면, 상기 기준 절단선(150)은, 상기 반도체 발광 레이저 다이오드 구조물(130)을 마스킹한 후, 습식식각에 의해 형성할 수 있다.
즉, 기준 절단선(150)을 형성하고자 하는 영역을 노출시키는 마스크를 준비한 후, 이를 반도체 발광 레이저 다이오드 구조물(130)이 형성된 GaN 기판(120) 상에 적용한 다음, 습식식각을 통해 형성할 수 있다.
이때, GaN 기판(120)의 c-면은 식각액에 식각되지 않고, a-면과 m-면 방향으로만 식각이 진행되기 때문에, a-면과 m-면 방향으로의 식각이 이루어지면서, 자연적으로 주면이 아닌 a-면 또는 m-면과 c-면의 결정면에 맞춰가면서 식각이 진행된다. 이에 따라, 식각이 완료된 후에는, GaN 기판의 단면이 c-면의 결정면과 일치하게 되는 것이다.
도 3a 및 도 3b를 통해 GaN 기판이 식각되는 원리에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, c-면과 m-면을 단면으로 하고, a-면을 주면으로 하는 GaN 기판(120) 상에, 마스크(160)를 적용한 후, 이를 식각액에 적용하게 되면, 상기 GaN 기판(120)은, a-면과 m-면에서는 식각이 이루어지지만, c-면에서는 식각이 이루어지지 않는다.
따라서, a-면 GaN 기판의 표면 전체 혹은 일정영역을 보호한 상태로 식각액에 적용하게 되면, c-면은 식각이 진행되지 않고, m-면의 식각이 진행되기 때문에, m-면 방향으로 식각이 진행되어 가며, 상기 GaN 기판(120)의 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 방향은 결정학적으로 일정한 방향을 가지게 된다.
즉, c-면의 결정방향으로부터 틀어진 GaN 기판 영역(120a)이 모두 제거되고, 식각이 완료된 후에는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 그 단면(주면이 아닌 a-면 또는 m-면과 c-면)이 결정학적인 표면을 갖는 GaN 기판(120)이 형성된다.
이때, 식각액으로는, 수산화칼륨(KOH)을 사용할 수 있다.
한편, m-면이 주면으로 형성된 경우에도, 상기 m-면 GaN 기판을 마스킹 한 후, 이를 수산화칼륨(KOH) 식각액에 적용하게 되면, a-면 방향으로 식각이 진행되고, c-면 방향으로는 식각이 진행되지 않기 때문에, 도 3b와 같이, 주면이 아닌 a-면 또는 m-면과 c-면이 일정한 결정방향을 갖는 GaN 기판을 제작할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 c-면과 m-면(a-면)의 식각속도의 차이를 이용하여, m-면(a-면)과 c-면의 결정면을 벽개면으로 형성하는 것이다.
도 4a 및 도 4b는 GaN 기판을 수산화칼륨(KOH) 식각액에 적용하기 전과 식각후의 모습을 나타낸 GaN 기판의 SEM 사진으로, 식각 후에, a-면과 m-면으로의 식각만 진행되고, c-면으로의 식각은 이루어지지 않아서, 그 단면(a-면, m-면)이 결정학적인 표면을 가지므로, 그 표면의 거칠기가 감소 되었음을 알 수 있다.
도 3a ~ 도 3b와 같은 습식식각 방식을 통해 기준 절단선(150)을 형성한 후에는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 기준 절단선(150)을 따라, 기계적인 방법을 통해, 기판(110, 120)을 절단함으로써, 그 벽개면에 거울면(140)을 형성한다. 즉, 기판의 절단면이 곧 거울면(140)을 형성하게 되며, 이는 주면이 아닌 a-면 또는 m-면의 결정방향과 일치하는 결정면을 가지기 때문에, 그 표면의 거칠기가 거의 없다고 할 수 있다.
계속해서, 절단된 반도체 레이저 다이오드의 공진폭(L)과 동일한 폭을 갖도록 일정간격 마다에 상기 반도체 레이저 다이오드의 거울면(140)을 형성하려는 방향과 평행한 방향으로 절단하여, 거울면(140)을 형성한다.
한편, 레이저 다이오드 구조물()이 형성된 GaN 기판()의 최외곽에 절단 기준선(150')을 형성하는 것도 가능하며, 상기 절단 기준선(150')으로부터 반도체 레이저 다이오드의 공진폭(L) 만큼 이격하며, GaN 기판(120)을 절단할 수 있다.
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 레이저 다이오드의 거울면(140) 방향과 수직한 방향으로 절단하는 공정을 수행하여, 각각 별개의 반도체 레이저 다이오드(100a ~ 100e)를 형성한다.
상기한 바와 같이 본 발명은, a-면 또는 m-면이 주면으로 형성된 GaN 기판을 이용한 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서, c-면과 a-면(m-면)의 습식식각 속도의 차이를 이용하며, 주면이 아닌 a-면 또는 m-의 결정면을 벽개면으로 형성함으로써, 상기 벽개면으로 형성되는 반도체 레이저 다이오드의 거울면의 거칠기를 감소시킨다.
이와 같이, 거울면의 거칠기가 감소함에 따라, 광추출면의 수율향상, 작동전류 감소 및 광효율 향상을 꾀할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 비극성면에 발광소자(레이저 다이오드)를 형성하기 때문에, 종래 내부 전기장의 발생에 따른 문제를 해결하고, 발광효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 기본 개념은, 앞서 설명한 바와 같이, a-면 또는 m-면이 주면으로 형성된 GaN 기판의 습식식각을 통해 주면이 아닌 a-면 또는 m-면과 c-면의 결정면과 일치하는 기준면을 형성하는 것으로, 상기 기준선은 반도체 레이저 다이오드의 거울면 형성에만 적용되는 것이 아니라, 결정학적인 표면을 갖는 GaN 기판을 형성할 수 있을 것이다.
즉, a-면 또는 m-면을 주면으로 하는 GaN 기판에 있어서, 그 주면을 마스킹 한 후, 이를 식각액에 적용함으로써, 결정학적인 표면을 갖는 기판을 제작할 수 있을 것이다.
이와 같이, 결정학적 표면을 갖는 GaN 기판은, 소자제조시 소자패턴을 정확한 결정학적 방향에 맞추어 만들수 있기에 고품질의 벽개면을 얻을수 있어서 작동전류값을 감소시킬 수 있으며, 미세한 간격의 소자와 소자 사이를 절개하여 벽개면을 형성할 경우 정확한 위치에 절개선을 만들 수 있어서 전체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 잇점을 제공한다.
따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1a ~ 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 나타낸 공정 수순도.
도 2a 및 도 2b는 도 1c의 A영역(절단 기준선)을 확대하여 나타낸 도면.
도 3a ~ 도 3b는 본 발명에 따른 GaN 기판의 식각원리를 설명한 도면.
도 4a ~ 도 4c는 GaN 기판의 습식식각 전과 습식식각 후의 모습을 각각 나타낸 SEM 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100a ~ 100e : 반도체 레이저 다이오드 110 : r-면 사파이어 기판
120 : a-면 또는 m-면 GaN 기판 130 : 반도체 레이저 구조물
140 : 거울면(벽개면) 150 : 절단 기준선
160 : 마스크

Claims (8)

  1. a-면 또는 m-면을 주면으로 하는 GaN 기판을 준비하는 단계;
    상기 GaN 기판의 주면을 마스킹 하는 단계; 및
    상기 마스킹된 GaN 기판을 식각액에 적용하여, a-면 및 m-면 중 상기 주면과 다른 결정면을 따라 결정학적인 표면을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 소자 형성용 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각액은, 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 것을 특징으로 하는 소자 형성용 기판의 제조방법.
  3. a-면 또는 m-면을 주면으로 하는 GaN 기판을 준비하는 단계;
    상기 GaN 기판의 주면을 마스킹 하는 단계;
    상기 마스킹된 GaN 기판을 식각액에 적용하여, a-면 및 m-면 중 상기 주면과 다른 결정면을 따라 결정학적인 표면을 형성하는 단계;
    상기 GaN 기판 상에 복수의 레이저 다이오드 구조물을 형성하는 단계;
    상기 GaN 기판을 식각하여 상기 a-면과 m-면 중 상기 주면과 다른 결정면을 따라 그루브(groove) 형태를 갖는 절단 기준선을 형성하는 단계; 및
    상기 절단 기준선을 따라 절단하여, 상기 a-면과 m-면 중 상기 주면과 다른 결정면과 일치하는 반도체 레이저 다이오드의 거울면을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 a-면과 m-면 중 어느 하나가 주면으로 형성된 GaN층이 형성된 GaN 기판을 준비하는 단계는,
    r-면 사파이어 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 r-면 사파이어 기판 상에 a-면과 m-면 중 어느 하나가 주면으로 형성된 GaN 층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절단 기준선을 형성하는 단계는,
    절단 기준선을 형성하고자 하는 영역이 노출되도록, 레이저 다이오드 구조물이 형성된 GaN 기판 상에 마스크를 적용하는 단계; 및
    습식식각에 의해 상기 마스크를 통해 노출된 GaN 기판이 c-면<0001>의 결정면을 따라 식각되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 습식식각은, 수산화칼륨(KOH) 식각액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 절단 기준선은 GaN 기판의 두께를 일부만 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 절단 기준선은 GaN 기판의 두께를 모두 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
KR1020070132449A 2007-12-17 2007-12-17 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법 KR100998008B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070132449A KR100998008B1 (ko) 2007-12-17 2007-12-17 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법
JP2008048559A JP4890484B2 (ja) 2007-12-17 2008-02-28 素子形成用基板の製造方法および窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法
US12/073,293 US8163579B2 (en) 2007-12-17 2008-03-04 Method of manufacturing substrate for forming device, and method of manufacturing nitride-based semiconductor laser diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070132449A KR100998008B1 (ko) 2007-12-17 2007-12-17 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090065029A KR20090065029A (ko) 2009-06-22
KR100998008B1 true KR100998008B1 (ko) 2010-12-03

Family

ID=40753804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070132449A KR100998008B1 (ko) 2007-12-17 2007-12-17 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8163579B2 (ko)
JP (1) JP4890484B2 (ko)
KR (1) KR100998008B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5892878B2 (ja) * 2012-06-28 2016-03-23 太陽誘電株式会社 弾性波デバイスおよびその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335750A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Sony Corp 半導体基板および半導体装置
JPH114048A (ja) * 1997-04-17 1999-01-06 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5593815A (en) * 1989-07-31 1997-01-14 Goldstar Co., Ltd. Cleaving process in manufacturing a semiconductor laser
JPH09172223A (ja) * 1995-12-19 1997-06-30 Sony Corp 半導体装置と半導体装置の製造方法
JP3239774B2 (ja) * 1996-09-20 2001-12-17 豊田合成株式会社 3族窒化物半導体発光素子の基板分離方法
US6294475B1 (en) * 1998-06-23 2001-09-25 Trustees Of Boston University Crystallographic wet chemical etching of III-nitride material
JP3685306B2 (ja) * 1999-03-03 2005-08-17 パイオニア株式会社 2波長半導体レーザ素子及びその製造方法
US6897138B2 (en) * 2001-06-25 2005-05-24 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method and apparatus for producing group III nitride compound semiconductor
JP2003086541A (ja) * 2001-09-11 2003-03-20 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体デバイス用サファイア基板の切断方法
CN1263206C (zh) 2001-10-26 2006-07-05 波兰商艾蒙诺公司 氮化物半导体激光元件及其制造方法
EP1495169B1 (en) * 2002-04-15 2012-10-10 The Regents of The University of California Dislocation reduction in non-polar gallium nitride thin films
SG130935A1 (en) * 2002-06-26 2007-04-26 Agency Science Tech & Res Method of cleaving gan/sapphire for forming laser mirror facets
KR100718188B1 (ko) 2004-05-07 2007-05-15 삼성코닝 주식회사 비극성 a면 질화물 반도체 단결정 기판 및 이의 제조방법
JP4651312B2 (ja) * 2004-06-10 2011-03-16 シャープ株式会社 半導体素子の製造方法
TW200703463A (en) 2005-05-31 2007-01-16 Univ California Defect reduction of non-polar and semi-polar III-nitrides with sidewall lateral epitaxial overgrowth (SLEO)
KR100738079B1 (ko) 2005-10-19 2007-07-12 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 제조방법
JP2007243006A (ja) 2006-03-10 2007-09-20 Kyocera Corp 窒化物系半導体の気相成長方法、及び、エピタキシャル基板とそれを用いた半導体装置
KR100809209B1 (ko) * 2006-04-25 2008-02-29 삼성전기주식회사 비극성 m면 질화물 반도체 제조방법
JP5113446B2 (ja) * 2006-08-11 2013-01-09 三洋電機株式会社 半導体素子およびその製造方法
US8652947B2 (en) * 2007-09-26 2014-02-18 Wang Nang Wang Non-polar III-V nitride semiconductor and growth method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH114048A (ja) * 1997-04-17 1999-01-06 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法
JPH10335750A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Sony Corp 半導体基板および半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090065029A (ko) 2009-06-22
US8163579B2 (en) 2012-04-24
US20090155945A1 (en) 2009-06-18
JP4890484B2 (ja) 2012-03-07
JP2009147284A (ja) 2009-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8284810B1 (en) Solid state laser device using a selected crystal orientation in non-polar or semi-polar GaN containing materials and methods
US6100104A (en) Method for fabricating a plurality of semiconductor bodies
KR101011945B1 (ko) 질화물 반도체 및 반도체 소자의 제조 방법
JP4451846B2 (ja) 窒化物半導体素子の製造方法
EP2498305B1 (en) Manufacturing method of light emitting diode
TWI838676B (zh) 半導體基板、半導體裝置、電子機器
KR101591677B1 (ko) 고품위 질화물계 반도체 성장방법
JP2003283052A (ja) 半導体装置及びその製造方法
CN1333501C (zh) 半导体器件及其制造方法
US8173462B2 (en) Manufacturing method of nitride crystalline film, nitride film and substrate structure
JP2000183451A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2009170658A (ja) 半導体レーザ装置の製造方法
KR100998008B1 (ko) 소자 형성용 기판의 제조방법 및 질화물계 반도체 레이저다이오드의 제조방법
US20240203732A1 (en) Semiconductor substrate, manufacturing method and manufacturing apparatus for semiconductor substrate, semiconductor device, manufacturing method and manufacturing apparatus for semiconductor device, and electronic device
JP2002151418A (ja) 窒化物系iii−v族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法
TWI837788B (zh) 半導體裝置之製造方法及製造裝置
WO2024122644A1 (ja) 半導体基板、半導体基板の製造方法および製造装置、並びに半導体デバイスの製造方法および製造装置
JP4973261B2 (ja) 窒化物半導体素子およびその製造方法
US7192884B2 (en) Method for manufacturing semiconductor laser device
JP4964026B2 (ja) 窒化物系半導体レーザ素子の作製方法
TW202425088A (zh) 半導體裝置之製造方法及製造裝置
JP2023171128A (ja) 半導体基板、テンプレート基板、半導体基板の製造方法および製造装置、半導体デバイスの製造方法および製造装置、半導体デバイス
CN116918032A (zh) 模板基板及其制造方法、制造装置、半导体基板及其制造方法、制造装置
JP2001313436A (ja) 半導体層の端面の形成方法および半導体装置
JP2003017421A (ja) 窒化物半導体、半導体素子およびこれらの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131031

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141031

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151030

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181031

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191031

Year of fee payment: 10