KR101121019B1 - 광 양자테 레이저 소자 제조 방법 - Google Patents
광 양자테 레이저 소자 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법은 반도체 기판 상부에 제 1 반사층과 p형 제 2 반사층 사이에 활성화층을 형성하는 단계와, 상기 활성층의 측면이 드러나도록 선택 식각하여 메사를 형성하는 단계와, 상기 메사 형성된 반도체 기판 전면에 대해 산화 공정을 실시하여 상기 식각된 제 2 반사층의 표면을 선택적으로 산화시켜 산화층을 형성하는 단계와, 상기 산화 공정을 거친 결과물 상에 보호층을 형성한 후 상기 메사의 상부가 드러나도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있을 뿐만 아니라 제 2 반사층 내부에서 흡수 또는 산란 등의 광 손실 문제를 해결할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있을 뿐만 아니라 제 2 반사층 내부에서 흡수 또는 산란 등의 광 손실 문제를 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 광 양자테 레이저 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있을 뿐만 아니라 제 2 반사층 내부에서 흡수 또는 산란 등의 광 손실 문제를 해결할 수 있는 광 양자테 레이저 제조 방법에 관한 것이다.
현재 디스플레이 광원 시장의 주도적 역할을 하고 있는 LED(Light Emitting Diode, 이하, 'LED'라고 한다.) 광원은 랜덤한 자발방출에만 의존하므로 문턱 전류 이후의 고출력, 고주파, 직진성 등의 근본적인 특성이 없다는 단점이 있다. 이에 반해, 광 양지테(PQR : Photonic Quantum Ring) 레이저 다이오드는 직진성과 스페클 문제에서 자유롭고, 섭씨 130도에서도 발진의 온도 안정성을 보이는 만큼 열화 문제도 거의 없다.
광 양자테 레이저 다이오드는 수직 공진형 레이저(vertical cavity surface emitting laser : VCSEL)와 유사한 구조이지만, 3차원 전반사로 이루어지는 트로이드(toroid) 공진으로 생성되는 나선형(helical) 정상파(standing wave)의 광양자 울타리 효과(PQCE : Photonic Quantum Corral Effect)가 재결합 직전의 랜덤 캐리어들을 순간적으로 동심원형 양자선(quantum wire)들로 재분포시킨다. 이런 이유로 PQR 레이저는 극속 문턱 전류, 온도 안전성 등의 유니크한 특성을 갖는다.
또한, 광 양자테 레이저의 테두리를 기존의 원형 대신 꽃잎의 형태로 대체할 경우, 꽃잎의 볼록한 부분에서는 메사(mesa) 타입의 콘케이브(concave) 전반사(TIR : Total Internal Reflection) [Phys. Rev. Lett, Vol.82, No.3, pp536-539 (1999)] 조건이 성립하고 오목한 부분에서는 홀(hole) 타입의 콘벡스(convex) 전반사[Appl. Phys. Lett, Vol.89, 11108 (2006)]가 성립함에 의하여, PQR 레이저는 3차원의 '속삭이는 동굴 모드'(whispering cave mode:WCM) [ "2D Whispering Gallery vs. 3D Whispering Cave[Invited]", O'Dae Kwon, Proc. of SPIE, Vol. 6872, 68720M (Feb. 2008)]로 발진함과 동시에 꽃잎의 개수가 증가함에 따라 전체의 PQR 발진 길이도 증가하며, 따라서 꽃잎 개수를 증가시킴에 따라 광양자테 레이저의 광 출력이 증가하게 된다.
이러한 고출력의 꽃잎 광양자테 레이저를 제작함에 따라 공정 과정에서 활성층 부분까지 수직으로 깊게 식각해야하는 문제가 대두되었다. 이 문제는 기존의 GaAs와 AlAs로 이루어진 DBR(Distributed Bragg Reflectors, 이하, 'DBR'이라고 한다.)이 굴절률의 비가 1.17[3.5/3.0] 정도로 매우 낮기 때문에 99% 이상의 높은 반사도를 얻기 위해서 20층 이상의 다중 층을 에피 성장하여야 하는 VCSEL 풀(full) DBR 웨이퍼를 사용하는 대신 활성층까지의 깊이가 얕은 RCLED(partial DBRs) 웨이퍼를 사용함으로써 해결할 수 있다. 하지만 partial DBRs를 사용하기 위해서는 적은 DBRs 층으로도 레이징에 필요한 높은 반사도를 얻을 수 있어야 한다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있을 뿐만 아니라 제 2 반사층 내부에서 흡수 또는 산란 등의 광 손실 문제를 해결할 수 있는 광 양자테 레이저 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 레일리(Rayleigh) 밴드(band) 부근의 반사층 영역만 산화함으로써, 레일리 밴드를 지나는 3차원의 '속삭이는 동굴 모드'(WCM : Whispering Cave Mode)의 나선형 정상파에 필요한 반사도를 충분히 제공할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 전류 통로를 대부분 유지하여 소자 구동에 별다른 변화를 유발하지 않는 광 양자테 레이저 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 앞에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법은 반도체 기판 상부에 제 1 반사층과 p형 제 2 반사층 사이에 활성화층을 형성하는 단계와, 상기 활성층의 측면이 드러나도록 선택 식각하여 메사를 형성하는 단계와, 상기 메사 형성된 반도체 기판 전면에 대해 산화 공정을 실시하여 상기 식각된 제 2 반사층의 표면을 선택적으로 산화시켜 산화층을 형성하는 단계와, 상기 산화 공정을 거친 결과물 상에 보호층을 형성한 후 상기 메사의 상부가 드러나도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 반사층은, GaN 및 AlGaN이 순차적으로 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법에서 상기 산화층을 형성하는 단계는, 상기 식각된 제 2 반사층의 테두리 일정 영역만을 산화시켜 상기 산화층을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법에서 상기 식각된 제 2 반사층 표면 테두리에서 중앙쪽으로 산화되는 산화층 폭은 레일리 대역폭을 토대로 결정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법에서 상기 제 2 반사층은, GaAs 및 AlGaAs의 다층막 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 양자테 레이저 소자 제조 방법에서 상기 산화 공정은 캐리어가스인 질소로 인해 수증기의 산소 분위기를 갖는 퍼니스 내부에서 이루어질 수 있다.
본 발명은 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있을 뿐만 아니라 제 2 반사층 내부에서 흡수 또는 산란 등의 광 손실 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 저항을 줄이고, 온도 안정성 등의 광 양자테 만의 장점을 가지고 있기 때문에 차세대 디스플레이로 활용될 수 있을 뿐만 아니라 최적화된 산화의 폭 조건을 도입하여 기존의 소자보다 값싸고 고효율인 조명기기에 적용할 수 있는 이점이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시 예에 따른 광양자테 레이저 소자를 형성하는 과정을 도시한 공정 단면도이며,
도 2는 본 발명에 적용되는 산화 공장을 위한 장치 개념을 설명하기 위한 도면이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명이 적용된 전후 반사층의 스펙트럼을 비교하기 위한 도면이며,
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 산화 공정 후 광학 현미경으로 촬영한 셈(SEM) 사진이며,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 산화 방식을 통해 제작된 광 양자테 레이저의 주입 전류에 따른 발광 상태를 촬영한 도면이며,
도 6a 내지 도 6b는 일반적인 광 양자테 레이저와 본 발명에 따른 광 양자테 레이저의 스펙트럼 분석도이며,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시 예에 적용된 광 양자테 레이저 소자에서 테두에서 중앙 쪽으로 산화의 길이가 0.32㎛, 0.72㎛, 2㎛일 때의 스펙트럼 그래프이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 산화 공장을 위한 장치 개념을 설명하기 위한 도면이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명이 적용된 전후 반사층의 스펙트럼을 비교하기 위한 도면이며,
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 산화 공정 후 광학 현미경으로 촬영한 셈(SEM) 사진이며,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 산화 방식을 통해 제작된 광 양자테 레이저의 주입 전류에 따른 발광 상태를 촬영한 도면이며,
도 6a 내지 도 6b는 일반적인 광 양자테 레이저와 본 발명에 따른 광 양자테 레이저의 스펙트럼 분석도이며,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시 예에 적용된 광 양자테 레이저 소자에서 테두에서 중앙 쪽으로 산화의 길이가 0.32㎛, 0.72㎛, 2㎛일 때의 스펙트럼 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있는 광 양자테 레이저 소자 제조 방법에 대해 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시 예에 따른 광양자테 레이저 소자를 형성하는 과정을 도시한 공정 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 제 1 반사층(102), 활성층(104) 및 제 2 반사층(106)을 순차적으로 형성한다.
활성층(104)은 우물층과 장벽층이 교대로 형성된 다중 양자우물(MQWs) 구조로 형성하는데, 장벽층으로 GaN층과 우물층으로 InGaN층 또는 AlInGaN층이 교대로 예를 들면, 4겹으로 적층하여 형성하고, 이러한 다중 양자우물 구조에 따라 예를 들어 4개의 양자우물이 형성될 수 있으며, 물질의 조성비(예를 들면, 인듐(In), 알루미늄(Al) 등)를 조절하여 구성한 후, 발광 파장 영역을 선택하여 청색, 녹색, 적색 중 어느 하나의 광을 발생시킬 수 있다.
제 2 반사층(106)은 p형 AlGaAs 반도체 다층막을 형성하는데, 즉 GaAs 및 AlGaAs가 적층된 구조로 형성된다. 제 2 반사층(106)의 최상부에는 AlGaAs가 형성되어 있다.
본 발명의 실시 예에서의 AlGaAs란 표현은, 전자의 층이 알루미늄, 갈륨 및 비소를 함유하는 것을 의미하는 것이다. 조성비는 각 층을 에피택셜 성장할 수 있고 적색 발광이 실현되는 한 특히 한정되는 것은 아니다.
그런 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 반사층(102), 활성층(104) 및 제 2 반사층(106)의 일정 두께까지 화학적 이온빔 에칭(CAIBE : Chemically assisted ion-beam etching) 등과 같은 건식 에칭법을 이용하여 선택 에칭(즉, 특정 포토레지스트 패턴에 따라 에칭)함으로써, 그 측면부가 매끈매끈한 원형 메사를 형성한다. 여기에서, 본 발명의 실시 예에 따른 제조 방법에서는 제 2 반사층(106)의 일정 두께까지 건식 에칭하는 것으로 하여 설명하였으나, 제 2 반사층(106)까지 건식 에칭할 수도 있다. 즉, 건식 에칭 시에 활성층(104)의 측면만 완전히 드러나도록 선택적으로 건식 에칭을 수행하면 된다.
이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 원형 메사가 형성된 전면에 대해 산화 공정을 실시하여 제 2 반사층(106)을 선택적으로 산화시킴으로써, 산화층(108)을 형성한다. 이러한 산화 공정은 도 2에 도시된 바와 같은 퍼니스(furnace)에 이루어지는데, 즉 퍼니스 내부는 캐리어 가스인 질소로 인해 수증기의 산소 분위기로 만들어진 상태이며, 상기 상태에서 435도 내외의 높은 온도와 적절한 시간 조절을 통해 제 2 반사층(106)의 Al0.92Ga0.08As층을 원하는 길이만큼 산화시켜 산화층(108)을 형성한다. 다시 말해서, 퍼니스에 원형 메사가 형성된 반도체 기판(100)을 로딩시킨 후 캐리어 가스인 질소를 이용하여 발생시킨 수증기를 퍼니스 내부로 공급하며, 이를 통해 제 2 반사층(106)의 Al0.92Ga0.08As층을 산화시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 산화 공정에 의한 산화는 제 2 반사층(106) 표면 테두리에서 중앙쪽으로 일어나는데, 산화층(108)의 폭은 광 양자테 레이저 소자의 사용 목적에 맞게 레일리 대역폭과 비교하여 알맞은 산화 폭을 갖도록 산화 공정의 온도, 시간, 산화 환경 조건, 제 2 반사층(106)의 알루미늄 비율 등을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 산화 공정 후의 제 2 반사층(106)의 반사도와 산화 공정 전의 반사도를 비교한 결과에 대해 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.
광양자테 레이저의 제 2 반사층(106)인 DBR층을 구성하는 물질인 AlxGa1-xAs에서 산화의 길이와 산화 진행 속도는, 알루미늄의 구성비, 산화되는 환경 조건과 시간의 조절을 통해 결정된다.[IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.7, No.11, pp1237-1239 (1995)]
도 3a는 최적화된 구조의 선택적 습식 산화 공정을 진행하기 전에 계산된 반사도이며, 도 3b는 습식 산화 공정을 진행하기 전에 측정된 반사도 스펙트럼이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 측정된 반사도와 계산된 반사도 사이에 3nm 정도의 쉬프트(shift)를 보이고 있지만 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 산화 공정 후의 반사도 스펙트럼 그래프로써, 적은 층의 제 2 반사층(106)인 DBR층으로도 넓은 대역폭에서 높은 반사도를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 산화 공정을 추가한 광양자테 소자의 이미지는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 십자 형태의 소자를 식각 후 산화를 하게 되면 테두리의 모양을 따라 원형 메사 안쪽으로 산화 반응이 진행된다. 그 단면을 보았을 때에 도 4b에 도시된 바와 같이, 산화층(108)에서만 산화가 진행된 것을 확인할 수 있다.
도 4b에서 진하게 보이는 영역 바로 아래층이 활성층(104)이며 표면에서 활성층까지의 깊이는 1 μm이다. 활성층(104) 위로 테두리 부근에 1.5 μm씩 산화되어 있으며 제 2 반사층(106)인 p-DBR층은 7쌍임을 확인할 수 있다. 이에 따라 DBR층에서 굴절률의 비가 1.17[3.5/3.0]에서 2.26[3.5/1.55]로 훨씬 높아지게 되며 이로 인해 적은 층의 DBRs 로도 높은 반사도를 얻을 수 있게 된다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 산화층(108)의 상부 전면에 예를 들면, SiNx, SiO2 등을 이용하여 보호층(110)을 증착하고, 이를 평탄화 공정 등을 통해 산화층(108)의 상부면이 노출되도록 보호층(110)을 선택 제거한다.
이와 같이 산화 방식을 도입하여 제작한 레이저 소자의 특성에 대해 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 산화방식을 도입하여 제작한 레이저 소자의 발광(emission) 사진을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 원 소자뿐만 아니라 꽃잎 모양의 고출력 광양자테 레이저에서도 또렷한 발광(emission)을 관찰할 수 있는데, 이를 통해 partial DBR 층의 적은 층수로도 광양자테 레이저의 발진 조건을 충분히 만족할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 성장시키기 어렵고 가격이 비싼 VCSEL(full DBRs) 웨이퍼를 사용하는 대신 성장이 쉽고 상대적으로 가격이 싼RCLED (partial DBRs) 웨이퍼[Opt. Eng, Vol.79, pp1339-1345 (2002)]를 토대로 광양자테 레이저를 제작한다면, 활성층(104)이 메사 표면에서 약 1~1.5μm 정도의 깊이에 있기 때문에(VCSEL 웨이퍼의 경우 약 3~5μm 깊이) CAIBE 등을 이용한 건식 식각시 활성층(104)을 중심으로 기존보다 수직의 매끈한 단면을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 광 파워 증가를 위한 꽃잎 개수의 확장에 따른 꽃잎과 꽃잎 사이의 식각 문제를 해결할 수 있다.
다음으로, 산화형 광양자테 레이저의 광 특성을 파악하고자 소자의 스펙트럼을 측정한 결과에 대해 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 6a는 통상적인 850nm 파장 대역 수직 공진형 웨이퍼로 제작한 광양자테 레이저 (Φ=20μm)[Journal of Applied Physics, Vol.102, 053104(2007)]의 스펙트럼으로, 소자 면에 수직하게 파이버(fiber)를 위치시킨 경우 기준 모드(λ0=845nm)가 뚜렷이 나타난다. 소자 면과 파이버(fiber)가 이루는 각이 10o일 경우 멀티모드(multi-mode) 발진 특성이 가장 두드라지며, 측정각을 20o 및 30o로 증가시킴에 따라 인벨로브(envelope)의 단파장 천이가 발생하나 각 서브-모드 피크들(sub-mode peaks)의 위치는 고정되어 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 멀티 모드(multi-mode) 발진은 앞서 언급한 3차원 '속삭이는 동굴 모드' 발진에 기인한 것으로 광양자테 레이저만의 고유한 특성이다.
도 6b는 본 발명인 산화형 광양자테 레이저 (Φ=20μm)의 스펙트럼으로, 50nm 이하의 대역폭(bandwidth)과 830nm 부근에서 피크 파장(peak wavelength)이 관찰되며 멀티 모드(multi-mode) 발진 특성을 보인다. 이때, 측정각을 0o, 15o, 30o로 증가시킴에 따라 인텐시티(intensity)는 감소하나, 단파장 천이가 일어나지 않는 것은 기존의 통상적인 광양자테 레이저(도5a)와 비교 시 대조적인 양상이다. 이는 산화형 광양자테 레이저의 경우, 0o의 스펙트럼에 편이가 없이 고정된 멀티모드(multi-mode) 발진을 할 수 있다.
산화 공정에 따른 산화 정도에 따른 스펙트럼 양상에 대해 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
근본적으로, 광양자테 레이저는 레일리 영역(Rayleigh region)에 의해 경계 지어지는 3차원 토로이달(toroidal) 공진에 의해 멀티모드(multi-mode) 발진 특성을 나타내며, 이러한 레일리 영역(Rayleigh region)은 WRayleigh = Φ/2(1-neff/n)로 나타낼 수 있다[Phys. Rev. Lett., 1999, 82, (3), pp. 536-539]. 본 발명의 GaAs 구조에서 neff = 3.28, n = 3.5이므로 지름이 20 μm 인 원 소자 일 때 레일리 영역(Rayleigh region)의 폭은 약 0.63 μm로 계산된다.
산화의 폭이 각각 0.3 μm, 0.7 μm, 2 μm 일 때의 스펙트럼을 그림 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같다.
포터블 스펙트럼 측정기(Portable spectrometer) 및 싱글 모드 파이버(single mode fiber)(9/125μm)를 사용하여 측정하였으며 측정각은 0ㅀ 이다.
산화의 폭이 0.3 μm 인 경우는 도 7a에 도시된 바와 같이 레일리 영역(Rayleigh region) 길이의 절반 정도를 산화시킨 것으로 멀티 모드 피크들(multi mode peaks)이 거의 관찰되지 않는다.
하지만, 산화의 폭이 0.7 μm 인 경우는 도 7b에 도시된 바와 같이 레일리(Rayleigh) 띠 길이 0.629μm와 일치하는 것으로 멀티 모드 피크들(multi mode peaks)이 뚜렷하게 관찰되며, 스펙트럼(spectrum)의 인텐시티(intensity)도 세 경우 중 가장 크다.
마지막으로 산화의 폭이 2 μm인 경우는 도 7c에 도시된 바와 같이 레일리(Rayleigh) 띠 폭의 두 배 이상 산화된 것으로 멀티 모드 피크들(multi mode peaks)은 관찰되나 0.7 μm인 경우에 비해 인텐시티(intensity)가 떨어진다. 이는 내부 LED 영역의 DBRs 과잉 산화에 따른 투과율 감소에 기인한 것으로 보인다.
본 발명의 실시 예에서는 GaAs/AlGaAs 구조의 적색 레이저에 대해 예를 들어 설명하였지만, 주로 청색 레이저 다이오드에 사용되는 (In)GaN 구조의 반도체에서도 적은 쌍을 갖는 p형 GaN/AlGaN 구조를 갖는 반사층을 사용할 경우에도 산화 방식을 도입할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서의 제 2 반사층(106)을 p형 GaN/AlGaN 구조로 형성하여 원형 메사를 형성하고, 보호층을 형성하기 전에 산화 공정을 실시하여 2 반사층(106)의 AlGaN층을 산화시킴으로써, 산화층을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 산화 공정을 통해 제 2 반사층의 일부 영역에 산화층을 형성하여 두 개의 물질로 구성된 제 2 반사층의 굴절율의 차이를 높임으로써, 적은 층수의 제 2 반사층을 이용하여 레이저 소자의 발진 조건을 충분히 만족시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 당연히 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 반도체 기판 102 : 제 1 반사층
104 : 활성층 106 : 제 2 반사층
108 : 산화층 110 : 보호층
104 : 활성층 106 : 제 2 반사층
108 : 산화층 110 : 보호층
Claims (7)
- 반도체 기판 상부에 제 1 반사층과 p형 제 2 반사층 사이에 활성화층을 형성하는 단계와,
상기 활성층의 측면이 드러나도록 선택 식각하여 메사를 형성하는 단계와,
상기 메사 형성된 반도체 기판 전면에 대해 산화 공정을 실시하여 상기 식각된 제 2 반사층의 표면을 선택적으로 산화시켜 산화층을 형성하는 단계와,
상기 산화 공정을 거친 결과물 상에 보호층을 형성한 후 상기 메사의 상부가 드러나도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 제 2 반사층은, GaN 및 AlGaN이 순차적으로 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 산화층을 형성하는 단계는, 상기 식각된 제 2 반사층의 테두리 일정 영역만을 산화시켜 상기 산화층을 형성하는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 식각된 제 2 반사층 표면 테두리에서 중앙쪽으로 산화되는 산화층 폭은 레일리 대역폭을 토대로 결정되는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 반사층은, GaAs 및 AlGaAs의 다층막 구조로 형성되는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 산화 공정은 캐리어가스인 질소로 인해 수증기의 산소 분위기를 갖는 퍼니스 내부에서 이루어지는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 보호층은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 형성되는
광 양자테 레이저 소자 제조 방법.
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