KR101660733B1 - nitride semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

m-면을 이용한 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 영역과, 적어도 하나의 돌출부를 갖는 제 2 영역을 포함하는 기판과, 기판의 제 2 영역 위에 형성되는 제 1 전극과, 기판의 제 1 영역 위에 형성되고, 다수의 기능층이 적층되는 반도체층과, 반도체층 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성될 수 있다.A nitride semiconductor device using an m-plane and a method of manufacturing the same, the nitride semiconductor device comprising: a substrate including a first region and a second region having at least one protrusion; a first electrode formed on a second region of the substrate; A semiconductor layer formed on the first region of the semiconductor layer and having a plurality of functional layers stacked thereon, and a second electrode formed on the semiconductor layer.

Description

질화물 반도체 소자 및 그 제조방법{nitride semiconductor device and method for fabricating the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nitride semiconductor device and a fabrication method thereof.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 m-면을 이용한 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a nitride semiconductor device using an m-plane and a manufacturing method thereof.

일반적으로, 반도체 레이저 소자의 레이저광은 광통신, 다중통신, 우주통신과 같은 곳에서 현재 실용화되어가고 있다.Generally, laser light of a semiconductor laser device is being put to practical use in places such as optical communication, multiple communication, and space communication.

이러한 반도체 레이저 소자는 광 통신 등과 같은 통신분야나 컴팩 디스크 플레이어(CDP; Compact Disk Player)나 디지털 다기능 디스크 플레이어(DVDP; Digital Versatile Disk Player) 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 기록 및 판독을 위한 수단으로써 널리 사용되고 있다.Such a semiconductor laser device is used as a means for transferring, recording, and reading data in a communication field such as optical communication or an apparatus such as a compact disk player (CDP) or a digital versatile disk player (DVDP) Widely used.

그 중에서도 질화물(Nitrides) 반도체 레이저 소자는 천이 방식이 레이저 발진 확률이 높은 직접 천이형이고, 청색 레이저 발진이 가능하다는 특성 때문에 특히 주목되고 있다.Among them, a nitride semiconductor laser device is of particular interest because of its direct transition type in which the transition method has a high probability of laser oscillation and is capable of blue laser oscillation.

최근에는 비극성, 반극성 질화갈륨(GaN) 기판을 사용하여 유기금속화학기상증착(MOCVD)으로 성장된 활성층은 향상된 고효율, 고성능 특성을 가지므로, 기존의 극성 c-면을 이용한 광학소자보다 향상된 결과를 가져오고 있다.In recent years, the active layer grown by MOCVD using a non-polar, gallium nitride (GaN) substrate has improved efficiency and high performance characteristics. Therefore, it is more improved than the conventional optical device using a polar c- .

레이저 소자는 기본적으로 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에, 다층 양자 우물 구조(MQW : Multi-Quamtum-Well)의 InGaN으로 이루어지는 활성층을 가지는 구조를 가지고 있으며, 파장의 증감은 InGaN 활성층의 In조성비를 증감하는 것으로 결정된다.The laser device basically has a structure having an active layer made of InGaN of a multi-layered quantum well (MQW) structure between the n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer, Is increased or decreased.

이러한, 레이저 소자는 사파이어 혹은 GaN 기판 면상에, n형 질화물 반도체층, 활성층, p형 질화물 반도체층이 순서로 형성되고, p형 질화물 반도체층 일부에 리지 스프라이프(ridge stripe)가 형성되는 구조를 가지고 있다.Such a laser device has a structure in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially formed on a sapphire or GaN substrate surface and a ridge stripe is formed in a part of the p-type nitride semiconductor layer Have.

레이저 소자 각각의 막에 사용되어지는 재료의 조건은 캐리어(전자와 정공)를 활성층에 가두어 반전분포 상태를 얻기 위하여, 반도체층 재료의 에너지 간격(Eg)은 활성층의 에너지 간격보다 크게 해야 하고, 또한 빛을 활성층에 가두기 위하여, 반도체층의 재료의 굴절률은 활성층 재료의 굴절률보다 작게 할 수 있다.The conditions of the material used for each of the laser devices are such that the energy gap Eg of the semiconductor layer material must be larger than the energy gap of the active layer in order to confine carriers (electrons and holes) in the active layer to obtain an inversion distribution state, In order to confine light in the active layer, the refractive index of the material of the semiconductor layer can be made smaller than the refractive index of the active layer material.

현재 가장 널리 쓰이고 있는 N형 반도체 층은 Si 불순물이 주입된 GaN 또는 AlxGa1-xN 으로 이루어져 있으며, 활성층 구조는 양자 우물 (Quantum well, QW)층과 양자 배리어(Quantum barrier,QB)층을 수차례 반복적으로 겹쳐 형성된 다중 양자 우물(Multi-quantum well,MQW)층이다.The most widely used N-type semiconductor layer is composed of GaN or AlxGa1-xN doped with Si impurities. The active layer structure includes a quantum well (QW) layer and a quantum barrier (QB) Layer is a multi-quantum well (MQW) layer.

양자 우물층의 재료성분은 주로 InxGa1-xN (0<x≤1)이며, 양자 배리어층 성분은 양자 우물층보다 In 조성이 낮은 InyGa1-yN(0≤y<1, x>y)으로 이루어졌다.The material composition of the quantum well layer is mainly composed of InxGa1-xN (0 < x < 1) and the quantum barrier layer constituent is composed of InyGa1-yN (0? Y <1, x> y) having a lower In composition than the quantum well layer .

P형 반도체 층은 Mg 불순물이 주입된 GaN 또는 AlxGa1-xN 으로 이루어져 있으며, 각각의 반도체층은 GaN 그리고 AlxGa1-xN을 반복적으로 성장 시키는 초격자구조, 혹은 GaN 또는 AlxGa1-xN 의 벌크(Bulk) 형태의 단일막으로 구성되어 있다.The P-type semiconductor layer is made of GaN or AlxGa1-xN doped with Mg impurities. Each semiconductor layer is composed of a superlattice structure for repeatedly growing GaN and AlxGa1-xN, or a bulk structure of GaN or AlxGa1-xN As shown in Fig.

본 발명의 목적은 비극성 m-면 질화갈륨 기판에 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 미세 패턴을 형성하고 그 위에 전극을 형성함으로써, 전극의 특성을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device capable of improving the characteristics of an electrode by forming a fine pattern in which a c-plane or a-plane of a substrate is exposed on a nonpolar m-plane gallium nitride substrate and forming an electrode thereon, And a method of manufacturing the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. .

본 발명에 따른 질화물 반도체 소자는, 제 1 영역과, 적어도 하나의 돌출부를 갖는 제 2 영역을 포함하는 기판과, 기판의 제 2 영역 위에 형성되는 제 1 전극과, 기판의 제 1 영역 위에 형성되고, 다수의 기능층이 적층되는 반도체층과, 반도체층 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성될 수 있다.A nitride semiconductor device according to the present invention includes a substrate including a first region and a second region having at least one protrusion; a first electrode formed on the second region of the substrate; and a second electrode formed on the first region of the substrate A semiconductor layer in which a plurality of functional layers are stacked, and a second electrode formed on the semiconductor layer.

여기서, 기판은 비극성 m-면 질화갈륨 기판이고, 기판의 돌출부는 스트라이프 타입으로 형성되고, 돌출부의 길이 방향은 기판 a-면의 결정 방향이며, 돌출부의 폭 방향에 위치하는 측면은 기판의 c-면이고, 돌출부의 상부면과 서로 인접한 돌출부 사이의 표면은 m-면일 수 있다.Here, the substrate is a non-polar m-plane gallium nitride substrate, the protruding portion of the substrate is formed in a stripe type, the longitudinal direction of the protruding portion is the crystal direction of the substrate a-side, Surface, and the surface between the upper surface of the protrusion and the adjacent protrusion may be an m-plane.

또는, 기판의 돌출부는 스트라이프 타입으로 형성되고, 돌출부의 길이 방향은 기판 c-면의 결정 방향이며, 돌출부의 폭 방향에 위치하는 측면은 기판의 a-면이고, 돌출부의 상부면과 서로 인접한 돌출부 사이의 표면은 m-면일 수 있다.Alternatively, the projecting portion of the substrate is formed in a stripe type, the longitudinal direction of the projecting portion is the crystal direction of the substrate c-plane, the side surface located in the width direction of the projecting portion is the a- May be m-planes.

그리고, 기판의 돌출부는 상부면과 하부면 사이의 높이가 0.1 - 10um이고, 돌출부의 상부면의 폭은 0.1 - 5um일 수 있다.And, the protrusion of the substrate may have a height of 0.1 - 10 um between the upper surface and the lower surface, and a width of the upper surface of the protrusion may be 0.1 - 5 um.

또한, 서로 인접한 돌출부 사이의 간격은 0.2 - 10um일 수 있고, 돌출부의 하부면과 측면 사이의 경사각은 10 - 80도일 수 있다.In addition, the distance between adjacent projections can be 0.2 - 10 um, and the inclination angle between the bottom face and the side faces of the projections can be 10-80 degrees.

한편, 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자 제조방법은, 반도체층이 형성된 기판을 연마하는 단계와, 연마된 기판을 패터닝하여 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되도록 적어도 하나의 돌출부를 형성하는 단계와, 돌출부가 형성된 기판 위에 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.Meanwhile, a method of manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention includes the steps of polishing a substrate on which a semiconductor layer is formed, and patterning the polished substrate to form at least one protrusion such that the c- or a- And forming an electrode on the substrate on which the projection is formed.

여기서, 돌출부를 형성하는 단계는, 연마된 기판 위에 산화막을 형성하는 단계와, 산화막 위에 포토레지스트를 형성하고, 패터닝하여 소정 영역의 산화막을 노출시키는 단계와, 포토레지스트를 마스크로 노출된 산화막을 제거하여 기판을 노출시키는 단계와, 포토레지스트를 제거하고 산화막을 마스크로 노출된 기판을 소정 깊이로 식각하여 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 적어도 하나의 돌출부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The step of forming the protrusions may include the steps of forming an oxide film on the polished substrate, forming a photoresist on the oxide film and patterning the oxide film to expose the oxide film in a predetermined region, removing the oxide film exposed by the photoresist as a mask, Exposing the substrate; removing the photoresist and etching the exposed substrate with the oxide film as a mask to a predetermined depth to form at least one protrusion from which the c-plane or the a-plane of the substrate is exposed; .

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The nitride semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention have the following effects.

본 발명은 비극성 m-면 질화갈륨 기판을 사용한 반도체 레이저 다이오드의 n형 오믹 전극을 제작할 때, 건식식각을 통해 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 미세 패턴을 형성하고 그 위에 n형 오믹 전극을 구현함으로써, 낮은 접촉저항을 확보하고, 내열성을 증진시킬 수 있다.A n-type Ohmic electrode of a semiconductor laser diode using a non-polar m-plane gallium nitride substrate is manufactured by forming a fine pattern exposing a c-plane or a-plane of a substrate through dry etching, By implementing an electrode, a low contact resistance can be ensured and heat resistance can be improved.

그리고, 본 발명은 질화물 반도체 소자의 문턱전압(threshold voltage) 및 구동전압 (operation voltage)을 낮추어 레이저의 재현성, 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the reproducibility, yield and reliability of laser by lowering the threshold voltage and the operation voltage of the nitride semiconductor device.

도 1은 톱-톱(Top-Top) 타입의 반도체 레이저 소자를 보여주는 도면
도 2는 톱-다운(Top-down) 타입의 반도체 레이저 소자를 보여주는 도면
도 3은 도 1 및 도 2의 질화갈륨 기판에 형성되는 미세 패턴을 보여주는 평면도
도 4는 도 1 및 도 2의 질화갈륨 기판에 형성되는 미세 패턴을 보여주는 단면도
도 5는 질화갈륨 기판의 c-면이 노출된 미세 패턴을 보여주는 확대 사진
도 6은 c-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극과 m-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극의 저항값을 비교한 그래프
도 7은 m-면 질화갈륨 기판의 식각 전과 식각 후의 전극의 저항값을 비교한 그래프
1 is a view showing a top-top type semiconductor laser device;
2 is a view showing a top-down type semiconductor laser device;
Fig. 3 is a plan view showing a fine pattern formed on the gallium nitride substrate of Figs. 1 and 2. Fig.
Fig. 4 is a cross-sectional view showing a fine pattern formed on the gallium nitride substrate of Figs. 1 and 2
5 is an enlarged view showing a fine pattern in which the c-plane of the gallium nitride substrate is exposed.
6 is a graph showing the resistance values of electrodes formed on the gallium nitride substrate of the c-plane and electrodes formed on the m-plane gallium nitride substrate
7 is a graph showing resistance values of the electrodes before and after the etching of the m-plane gallium nitride substrate

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 톱-톱(Top-Top) 타입의 반도체 레이저 소자를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, n형 질화갈륨 기판(1) 위에 n형 클래드층(3), n형 웨이브가이드층(5), 활성층(7), p형 웨이브가이드층(9)이 순차적으로 형성되고, 그 위에 리지 형태로 p형 클래드층(11), p형 콘택 질화갈륨층(13), p형 콘택금속층(15)이 순차적으로 형성되며, 리지 양측면에는 차단층(17)이 형성되고, 차단층(17)을 포함한 p형 콘택금속층(15) 위에 p형 전극(19)이 형성된다.1 shows a top-top type semiconductor laser device. As shown in Fig. 1, an n-type cladding layer 3, an n-type waveguide 3, The p-type cladding layer 11, the p-type contact gallium nitride layer 13, the p-type contact layer 9, A metal layer 15 is sequentially formed on both sides of the ridge and a barrier layer 17 is formed on both sides of the ridge and a p-type electrode 19 is formed on the p-type contact metal layer 15 including the barrier layer 17.

그리고, 메사 식각된 n형 질화갈륨 기판(1) 위에 n형 전극(21)이 형성된 구조로 이루어진다.Then, an n-type electrode 21 is formed on the mesa-etched n-type gallium nitride substrate 1.

도 1의 반도체 레이저 소자는 사파이어 기판 위에 성장된 에피를 이용하여 제작하였기 때문에, 도 1과 같이 상부층을 메사 식각하고, 메사 식각된 상부층 위에 n형 전극을 형성한다.Since the semiconductor laser device of FIG. 1 is manufactured using an epitaxy grown on a sapphire substrate, the upper layer is mesa etched and the n-type electrode is formed on the mesa etched upper layer as shown in FIG.

하지만, 최근에는 질화갈륨 기판의 제조 기술이 발전함으로써, 수 백 um 두께의 저결함 n형 질화갈륨 기판을 이용할 수 있게 되었다.In recent years, however, as the fabrication technology of a gallium nitride substrate has been developed, it becomes possible to use a gallium nitride substrate with a low defect number of several hundreds of micrometers.

따라서, 도 2와 같이 톱-다운(Top-down) 타입의 반도체 레이저 소자를 제작할 수 있었다.Therefore, a top-down type semiconductor laser device can be fabricated as shown in FIG.

도 2는 톱-다운(Top-down) 타입의 반도체 레이저 소자를 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 톱-톱 타입의 반도체 레이저 소자와 거의 구조가 유사하고, n형 전극을 n형 질화갈륨 기판 하부에 형성한다는 점에서 다르다.FIG. 2 is a top-down type semiconductor laser device having almost the same structure as that of the top-top type semiconductor laser device of FIG. 1, as shown in FIG. 2, Is formed under the n-type gallium nitride substrate.

도 2와 같은 타입의 반도체 레이저 소자는 직접도의 향상, 공정의 단순화 등 많은 장점을 가지고 있어, 최근 유수 선진 회사들은 앞다투어 이러한 형태의 질화물계 반도체 레이저 소자 제작 기술 개발에 집중하고 있다.The semiconductor laser device of the type shown in FIG. 2 has many merits such as improvement of the direct degree and simplification of the process. Recently, leading companies have been concentrating on development of nitride semiconductor laser device manufacturing technology of this type.

하지만, 도 2와 같은 타입의 반도체 레이저 소자는 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 질화감륨 기판 하부에 형성된 n형 전극은 소자 제작 최종 단계, 즉 래핑(lapping)/폴리싱(polishing) 단계 이후에 형성되어져야 하기 때문에, 일반적으로 수행해오는 열처리를 통한 오믹형성은 제한될 수 밖에 없다.However, although the semiconductor laser device of the type shown in Fig. 2 has many advantages, the n-type electrode formed under the nitrile nitride substrate is formed after the final step of fabricating the device, i.e., the lapping / polishing step The formation of the ohmic by the heat treatment generally carried out is inevitably limited.

또한, n형 전극의 내열성이 낮기 때문에, 반사막 형성 이후나 또는 패키징시에 구동 전압을 증가시키는 원인이 되며, 특히 비극성 m-면을 이용한 n형 전극은 결정학적인 구조의 차이로 인하여 c-면과는 다른 특성을 보이게 되므로, 이에 대한 개선 제조기술이 확보되어져야 한다.In addition, since the heat resistance of the n-type electrode is low, the driving voltage is increased after the formation of the reflective film or during packaging. In particular, the n-type electrode using the non-polar m- So that an improvement manufacturing technique should be secured.

따라서, 본 발명은 비극성 m-면 질화갈륨 기판을 사용한 반도체 레이저 다이오드의 n형 오믹 전극을 제작할 때, 건식식각을 통해 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 미세패턴을 형성하고 그 위에 n형 오믹 전극을 구현함으로써, 낮은 접촉저항을 확보하고, 내열성을 증진시킬 수 있다.Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing an n-type Ohmic electrode of a semiconductor laser diode using a nonpolar m-plane gallium nitride substrate, which comprises forming a fine pattern through which a c-plane or a-plane of a substrate is exposed through dry etching, By implementing the ohmic contact type ohmic electrode, a low contact resistance can be secured and the heat resistance can be improved.

본 발명은 도 1에 도시된 톱-톱 타입의 반도체 레이저 소자에 적용될 수도 있고, 도 2에 도시된 톱-다운 타입의 반도체 레이저 소자에도 적용될 수 있다.The present invention can be applied to the top-top type semiconductor laser device shown in Fig. 1 or the top-down type semiconductor laser device shown in Fig.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, m-면의 질화갈륨 기판(1)은 p형 전극(15) 및 반도체층이 형성되는 제 1 영역과 n형 전극(21)이 형성되는 제 2 영역으로 구분될 수 있다.1 and 2, the m-plane gallium nitride substrate 1 includes a p-type electrode 15 and a first region in which a semiconductor layer is formed and a first region in which an n-type electrode 21 is formed It can be divided into two areas.

도 1에 도시된 톱-톱 타입의 반도체 레이저 소자는 질화갈륨 기판(1)의 제 1 영역과 제 2 영역이 서로 나란히 배열되고, 도 2에 도시된 톱-다운 타입의 반도체 레이저 소자는 질화갈륨 기판(1)의 제 1 영역과 제 2 영역이 서로 마주보도록 배열된다.The top-top type semiconductor laser device shown in Fig. 1 has the first region and the second region of the gallium nitride substrate 1 arranged side by side, and the top-down type semiconductor laser device shown in Fig. 2 is composed of gallium nitride The first region and the second region of the substrate 1 are arranged to face each other.

여기서, n형 전극(21)이 형성되는 제 2 영역의 질화갈륨 기판(1) 표면은 적어도 하나의 돌출부를 갖는 미세 패턴을 갖는다.Here, the surface of the gallium nitride substrate 1 in the second region where the n-type electrode 21 is formed has a fine pattern having at least one protrusion.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 영역과, 적어도 하나의 돌출부를 갖는 제 2 영역을 포함하는 비극성 m-면인 질화갈륨 기판(1)을 준비하고, 질화갈륨 기판(1)의 제 2 영역 위에 n형 전극(21)을 형성한다.1 and 2, the present invention provides a gallium nitride substrate 1 which is a non-polar m-plane including a first region and a second region having at least one protrusion, and the gallium nitride substrate 1 The n-type electrode 21 is formed on the second region of the n-type electrode.

그리고, 질화갈륨 기판(1)의 제 1 영역 위에는 n형 클래드층(3), n형 웨이브가이드층(5), 활성층(7), p형 웨이브가이드층(9), p형 클래드층(11), p형 콘택 질화갈륨층(13), p형 콘택금속층(15), 차단층(17)을 포함하는 다수의 기능층이 적층된 반도체층이 형성된다.An n-type cladding layer 3, an n-type waveguide layer 5, an active layer 7, a p-type waveguide layer 9 and a p-type cladding layer 11 are formed on a first region of the gallium nitride substrate 1 ), a p-type contact gallium nitride layer 13, a p-contact metal layer 15, and a barrier layer 17 are formed.

이어, 반도체층 위에 형성되는 p형 전극(19)이 형성된다.Then, a p-type electrode 19 formed on the semiconductor layer is formed.

여기서, 기판의 돌출부는 스트라이프(stripe) 타입으로 형성될 수 있다.Here, the projecting portion of the substrate may be formed in a stripe type.

도 3은 도 1 및 도 2의 질화갈륨 기판에 형성되는 미세 패턴을 보여주는 평면도이고, 도 4는 도 1 및 도 2의 질화갈륨 기판에 형성되는 미세 패턴을 보여주는 단면도이다.FIG. 3 is a plan view showing a fine pattern formed on the gallium nitride substrate of FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is a sectional view showing a fine pattern formed on the gallium nitride substrate of FIGS.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 비극성 m-면인 질화갈륨 기판에 형성되는 미세 패턴은 적어도 하나의 돌출부로 이루어지고, 일방향으로 배열되는 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the fine pattern formed on the gallium nitride substrate, which is a non-polar m-plane, may be formed in a stripe shape composed of at least one protrusion and arranged in one direction.

여기서, 스트라이프 형태의 돌출부는 길이 방향이 질화갈륨 기판의 a-면 방향이고, 폭 방향으로는 측면이 노출되어 위치하는데, 노출된 측면은 질화갈륨 기판의 c-면이 된다.Here, the stripe-shaped protrusions are located in the a-plane direction of the gallium nitride substrate in the longitudinal direction, while the side surfaces are exposed in the width direction, and the exposed side becomes the c-plane of the gallium nitride substrate.

또한, 스트라이프 형태의 돌출부는 길이 방향이 질화갈륨 기판의 c-면 방향이고, 폭 방향으로 노출된 측면은 질화갈륨 기판의 a-면이 되도록 형성될 수도 있다.In addition, the stripe-shaped protrusions may be formed such that the longitudinal direction is the c-plane direction of the gallium nitride substrate and the widthwise exposed side is the a-plane of the gallium nitride substrate.

즉, 도 3과 같이, a-스트라이프(stripe)는 돌출부의 길이방향이 a-면 방향이고, 노출되는 측면은 c-면이 된다.That is, as shown in Fig. 3, the a-stripe is the a-plane direction in the longitudinal direction of the protrusion, and the exposed side is the c-plane.

그리고, c-스트라이프(stripe)는 돌출부의 길이방향이 c-면 방향이고, 노출되는 측면은 a-면이 된다.The c-stripe is a c-plane direction in the longitudinal direction of the protrusion, and the exposed side is an a-plane.

다음, 비극성 m-면인 질화갈륨 기판의 돌출부는 도 4와 같이, 상부면과 하부면 사이의 높이가 약 0.1 - 10um를 가질 수 있는데, 바람직하게는 약 5um 이내가 좋다.Next, the protruding portion of the gallium nitride substrate, which is a non-polar m-plane, may have a height between the upper surface and the lower surface of about 0.1-10 mu m, preferably about 5 mu m, as shown in Fig.

그리고, 돌출부의 상부면의 폭(노출된 양측면 사이의 간격)은 약 0.1 - 5um을 가질 수 있는데, 바람직하게는 약 2um 이내가 좋다.The width of the upper surface of the protrusion (the distance between the exposed both side surfaces) may be about 0.1 - 5 um, preferably about 2 탆 or less.

또한, 다수의 돌출부가 배열될 경우, 서로 인접한 돌출부 사이의 간격은 약 0.2 - 10um일 수 있는데, 이는 돌출부의 높이 및 폭에 따라 가변될 수 있다.Further, when a plurality of protrusions are arranged, the distance between adjacent protrusions may be about 0.2-10 mu m, which may vary depending on the height and width of the protrusions.

상기와 같이, 돌출부의 높이와 폭의 범위를 정하는 이유는 상기 범위보다 크면, 전극이 형성시, 돌출부의 단차로 인하여 전극이 단락될 수 있으며, 상기 범위보다 작으면, 기판과 전극과의 접촉 면적이 넓어지지 않아 전극 특성 향상에 효과가 없으며 제작 공정이 매우 어렵다.As described above, the reason for determining the height and the width of the protrusion is that if the width is larger than the above range, the electrode may be short-circuited due to the stepped portion of the protrusion when the electrode is formed. It is not effective to improve the electrode characteristics and the manufacturing process is very difficult.

이어, 돌출부는 상부면보다 하부면의 면적이 더 넓은 사다리꼴 형태로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.The projecting portion may be formed in a trapezoidal shape having a larger area of the lower surface than the upper surface, but is not limited thereto.

즉, 돌출부는 스트라이프 형태 뿐만 아니라, 다른 미세 요철 구조로 형성하여도 무방하다.That is, the protruding portion may be formed not only in a stripe shape but also in another fine uneven structure.

가장 바람직한 구조의 돌출부는 상부면보다 하부면의 면적이 더 넓은 사다리꼴 형태가 안정적일 수 있는데, 돌출부의 하부면과 측면 사이의 경사각은 약 10 - 80도 정도가 될 수 있다.The protrusion of the most preferable structure may have a trapezoidal shape having a larger area of the lower surface than the upper surface. The inclination angle between the lower surface and the side surface of the protrusion may be about 10-80 degrees.

만일, 상기 경사각의 범위보다 더 크면, 돌출부 위에 형성되는 전극이 돌출부의 측면 부위에서 단락될 수 있으며, 상기 경사각의 범위보다 작으면, 기판과 전극과의 접촉 면적이 넓어지지 않아 전극 특성 향상에 효과가 없을 수 있다.If the inclination angle is larger than the range, the electrode formed on the protrusion can be short-circuited at the side surface of the protrusion. If the inclination angle is smaller than the range, the contact area between the substrate and the electrode is not widened, .

도 4는 본 발명의 일실시예로 보여주는 돌출부의 형상으로서, 도 4와 같이, 비극성 m-면인 질화갈륨 기판은 건식식각공정으로 식각되어 상부면보다 하부면의 면적이 더 넓은 사다리꼴 형태로 돌출부가 형성되고, 돌출부의 상부면 위에는 마스크로 이용된 SiO2 실리콘 산화막이 남아 있으며, 돌출부를 포함한 질화갈륨 기판 전면에 n형 전극이 형성된다.4, the non-polar m-plane gallium nitride substrate is etched by a dry etching process to form a protrusion in a trapezoidal shape having a larger area on the lower surface than the upper surface, as shown in FIG. An SiO 2 silicon oxide film used as a mask remains on the upper surface of the protrusion, and an n-type electrode is formed on the entire surface of the gallium nitride substrate including the protrusion.

도 4와 같은 돌출부를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.A method of forming the projection as shown in FIG. 4 will be described as follows.

먼저, 래핑(lapping) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해, 반도체층이 형성된 질화갈륨 기판을 연마한다.First, a gallium nitride substrate on which a semiconductor layer is formed is polished through a lapping and a polishing process.

그리고, 래핑 및 폴리싱 공정이 완료된 질화갈륨 기판에서, n형 전극이 형성될 기판 표면 위에 산화 실리콘막을 형성한다.Then, in the gallium nitride substrate on which the lapping and polishing processes have been completed, a silicon oxide film is formed on the substrate surface on which the n-type electrode is to be formed.

이어, 산화 실리콘막 위에 포토레지스트를 형성하고, 그 위에 오픈 영역이 약 4um이고, 오픈 영역의 간격이 약 6um인 스트라이프(stripe) 개구부를 갖는 포토마스크를 사용하여, 포토레지스트를 패터닝함으로써, 스트라이프 패턴의 포토레지스트를 남기고, 소정 영역의 산화 실리콘막을 노출시킨다.Then, a photoresist is formed on the silicon oxide film, and a photoresist is patterned using a photomask having a stripe opening portion having an open region of about 4 mu m and an open region of about 6 mu m on the photoresist, And the silicon oxide film in a predetermined region is exposed.

다음, 스트라이프 패턴의 포토레지스트를 마스크로 하여, 노출된 산화 실리콘막을 제거하여 그 하부의 질화갈륨 기판을 노출시킨다.Next, using the photoresist of the stripe pattern as a mask, the exposed silicon oxide film is removed to expose the underlying gallium nitride substrate.

그리고, 남아 있는 포토레지스트를 제거하고, 산화 실리콘막을 마스크로 하여, 노출된 질화갈륨 기판을 소정 깊이로 식각하여 질화갈륨 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 적어도 하나의 돌출부를 형성한다.Then, the remaining photoresist is removed, and the exposed gallium nitride substrate is etched to a predetermined depth using the silicon oxide film as a mask to form at least one protrusion exposing the c-plane or the a-plane of the gallium nitride substrate.

여기서, 질화갈륨 기판의 식각은 건식식각 공정과 플라즈마 처리공정으로 수행할 수 있다.Here, the etching of the gallium nitride substrate can be performed by a dry etching process and a plasma processing process.

이와 같이, 플라즈마 처리 공정까지 수행 한 다음, 돌출부를 갖는 질화갈륨 기판 위에 n형 전극을 형성한다.Thus, after the plasma treatment process is performed, an n-type electrode is formed on the gallium nitride substrate having the projecting portion.

여기서, n형 전극은 전자 빔(Electron beam) 장비를 이용하여, Al/Ti/Au을 순차적으로 증착함으로써 형성될 수 있다.Here, the n-type electrode can be formed by sequentially depositing Al / Ti / Au using an electron beam apparatus.

이때, n형 전극의 표면은 도 4와 같이, 기판의 패턴을 따라 요철 형태로 형성될 수도 있고, 도 1 및 도 2와 같이, 평탄하게 형성될 수도 있다.At this time, the surface of the n-type electrode may be formed in a concavo-convex shape along the pattern of the substrate as shown in Fig. 4, or may be formed flat as shown in Figs.

도 5는 질화갈륨 기판의 c-면이 노출된 미세 패턴을 보여주는 확대 사진으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 스트라이프 형태의 돌출부들이 일정간격을 가지고 나란히 배열되며, 스트라이프 형태의 돌출부들은 a-면 방향으로 길이방향을 가지고, 노출된 측면은 c-면을 가진다.5 is an enlarged view showing a fine pattern in which the c-plane of the gallium nitride substrate is exposed. As shown in FIG. 5, the stripe-shaped protrusions are arranged side by side at regular intervals, and the stripe- Direction, and the exposed side has a c-plane.

이와 같이, 미세 패턴 위에 형성된 n형 전극은 낮은 접촉저항을 가지고 내열성이 증진되기 때문에, 질화물 반도체 소자의 문턱전압(threshold voltage) 및 구동전압 (operation voltage)을 낮추어 레이저의 재현성, 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the n-type electrode formed on the fine pattern has a low contact resistance and the heat resistance is improved. Therefore, the threshold voltage and the operation voltage of the nitride semiconductor device are lowered to improve the reproducibility, yield and reliability of the laser .

도 6은 c-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극과 m-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극의 저항값을 비교한 그래프이다.6 is a graph comparing resistance values of an electrode formed on a gallium nitride substrate with a c-plane and an electrode formed on an m-plane gallium nitride substrate.

도 6의 측정값은 전극 면적이 약 500 * 300um 이고, 전극간 간격은 약 1,000um이며, RTP(Rapid thermal process) 장비를 이용하여, N2 분위기에서 약 100도 간격으로 온도를 올려가며 저항값을 측정한 결과이다.6 shows that the electrode area is about 500 * 300 μm and the interval between the electrodes is about 1,000 μm. The temperature is raised at intervals of about 100 ° C. in an N 2 atmosphere using an RTP (rapid thermal process) .

여기서, c-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극은 상온에서부터 약 700도까지 약 2Ω 이내의 안정적인 값을 보이는 반면에, m-면의 질화갈륨 기판 위에 형성된 전극은 약 200도 부터 300도 까지 높은 저항값을 보이다가 약 400도가 지나면서 다시 안정적인 값을 보이는 것을 볼 수 있다.Here, the electrode formed on the c-plane gallium nitride substrate has a stable value within about 2? From about room temperature to about 700 占 On the other hand, the electrode formed on the m-plane gallium nitride substrate has a high resistance of about 200 to 300 占Value is displayed, it can be seen that the value is stable again about 400 degrees.

일반적으로 반사막 형성시나 패키징시, 약 200도 - 300도 내외에서 공정이 이루어지므로, 이 온도에서 안정적인 값을 보이지 못하면, 소자 제작 후, 레이저 다이오드의 문턱전압(threshold voltage) 및 구동전압(operating voltage)이 증가하게 된다.Generally, since the process is performed at a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. in forming a reflective film or packaging, if the stable value can not be obtained at this temperature, the threshold voltage and the operating voltage of the laser diode, .

이러한 이유로, 본 발명은 m-면 질화갈륨 기판에서도 m-면이 아닌 c-면이나 또는 a-면이 노출되도록 패턴을 형성하고, c-면이나 또는 a-면 위에 전극을 형성함으로써, 안정된 전극 특성을 얻을 수 있는 것이다.For this reason, the present invention provides a method of forming a pattern on a m-plane gallium nitride substrate such that a c-plane or an a-plane other than an m-plane is exposed and forming an electrode on a c- It is possible to obtain characteristics.

이와 같이, m-면 질화갈륨 기판에서도 m-면이 아닌 다른 결정면을 노출시킴으로써, c-면과 같은 동등한 수준의 전극 특성을 얻을 수 있도록, 패턴 형성 방향 및 식각 높이 미세 패턴의 크기 등을 결정할 수 있다.As described above, the pattern formation direction and the size of the fine etch-height pattern can be determined so as to obtain the same level of electrode characteristics as the c-plane by exposing other crystal planes other than the m-plane in the m-plane gallium nitride substrate have.

또한, 건식식각 조건을 달리하여, 스트라이프(stripe) 패턴의 경사도를 변화시켜 증착 접촉면의 개선을 기대할 수 있다.In addition, it is possible to expect the improvement of the deposition contact surface by changing the gradient of the stripe pattern by changing the dry etching condition.

그리고, 도 7은 m-면 질화갈륨 기판의 식각 전과 식각 후의 전극의 저항값을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing the resistance values of the electrodes before and after the etching of the m-plane gallium nitride substrate.

도 7에 도시된 바와 같이, m-면 질화갈륨 기판을 식각하여 스트라이프 패턴을 형성한 후, 온도를 올려가며 전극의 저항값을 측정하면, 식각 전과 달리 약 200도 이후에서도 안정적인 저항값을 가지는 것을 볼 수 있다.As shown in FIG. 7, after the stripe pattern is formed by etching the m-plane gallium nitride substrate, the resistance value of the electrode is measured while increasing the temperature. As a result, the resistance value is stable even after about 200 degrees can see.

상기와 같이 본 발명은 m-면 질화갈륨 기판을 이용하여 질화물계 레이저반도체 다이오드 제작할 때, 전극을 형성할 경우, 산화 실리콘막을 마스크로 건식식각공정을 통해 미세 패턴의 형성 방향 및 식각 높이 등을 조절함으로써, 식각된 바닥과 측면에 각기 다른 결정면을 가질수 있도록 만들 수 있다.As described above, according to the present invention, when a nitride semiconductor laser diode is fabricated using an m-plane gallium nitride substrate, when forming an electrode, a dry etching process is performed using a silicon oxide film as a mask to control the formation direction and etching height Thereby making it possible to have different crystal planes on the etched bottom and sides.

따라서, 본 발명은 m-면 위에만 전극을 형성하는 것보다 c-면 또는 a-면을 노출시켜 그 위에 전극을 형성하는 것이 더 우수한 전기적 특성을 갖는 소자를 만들수 있다.Therefore, it is possible to make devices with better electrical properties by exposing the c-plane or the a-plane to form the electrodes thereon than by forming the electrodes only on the m-plane.

특히, 약 200 - 300도 영역에서도 안정적인 저항값을 보임으로써, 반사막 형성 이후나, 또는 패키징 이후에도 문턱전압(threshold voltage) 및 구동전압(operation viltage)을 낮추어 레이저 다이오드의 재현성 및 신뢰성을 향상시키게 된다.In particular, by showing a stable resistance value in a range of about 200 to 300 degrees, threshold voltage and driving voltage are reduced after or after the formation of the reflective film, thereby improving the reproducibility and reliability of the laser diode.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments but should be determined according to the claims.

Claims (12)

제 1 영역과, 복수의 돌출부들을 갖는 제 2 영역을 포함하는 기판;
상기 기판의 제 2 영역 위에 형성되는 제 1 전극;
상기 기판의 제 1 영역 위에 형성되고, 다수의 기능층이 적층되는 반도체층; 그리고,
상기 반도체층 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성되고,
상기 돌출부의 단면은, 상부면보다 하부면의 면적이 더 넓은 사다리꼴 형상으로 형성되고,
상기 돌출부의 상부면은, m-면이고, 상기 돌출부의 측면은, c-면 또는 a-면이며,
상기 돌출부의 상부면인 m-면에는, 산화막이 접촉되어 형성되고,
상기 돌출부의 측면인 c-면 또는 a-면에는, 상기 제 1 전극이 접촉되어 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
A substrate comprising a first region and a second region having a plurality of protrusions;
A first electrode formed on a second region of the substrate;
A semiconductor layer formed on the first region of the substrate and having a plurality of functional layers stacked thereon; And,
And a second electrode formed on the semiconductor layer,
The end face of the protruding portion is formed in a trapezoidal shape having a larger area of the lower surface than the upper surface,
The upper surface of the protrusion is an m-plane, the side surface of the protrusion is a c-plane or an a-plane,
An oxide film is formed in contact with the m-plane, which is the upper surface of the protrusion,
And the first electrode is formed in contact with the c-plane or the a-plane of the protruding portion.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 비극성 m-면인 질화갈륨 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a gallium nitride substrate which is a non-polar m-plane. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 마주보도록 위치하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the first region and the second region of the substrate are positioned to face each other. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 돌출부는 스트라이프 타입으로 형성되고, 상기 돌출부의 길이 방향은 상기 기판의 a-면 방향이며, 상기 돌출부의 폭 방향에 위치하는 측면은 기판의 c-면이고, 상기 돌출부의 상부면과 서로 인접한 돌출부 사이의 표면은 m-면인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the projecting portion of the substrate is formed in a stripe shape, the longitudinal direction of the projecting portion is the a-plane direction of the substrate, the side surface located in the width direction of the projecting portion is the c- And the surface between the upper surface of the projection and the projection adjacent to the projection is an m-plane. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 돌출부는 스트라이프 타입으로 형성되고, 상기 돌출부의 길이 방향은 상기 기판의 c-면 방향이며, 상기 돌출부의 폭 방향에 위치하는 측면은 기판의 a-면이고, 상기 돌출부의 상부면과 서로 인접한 돌출부 사이의 표면은 m-면인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The method as claimed in claim 1, wherein the projecting portion of the substrate is formed in a stripe shape, the longitudinal direction of the projecting portion is the c-plane direction of the substrate, the side surface located in the width direction of the projecting portion is the a- And the surface between the upper surface of the projection and the projection adjacent to the projection is an m-plane. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 돌출부는 상부면과 하부면 사이의 높이가 0.1 - 10um이고, 상기 돌출부의 상부면의 폭은 0.1 - 5um인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the protrusion of the substrate has a height of 0.1-10 um between the upper surface and the lower surface, and a width of the upper surface of the protrusion is 0.1-5 um. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부들 중, 서로 인접한 돌출부 사이의 간격은 0.2 - 10um 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between protrusions adjacent to each other among the plurality of protrusions is 0.2 - 10 um. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부의 하부면과 측면 사이의 경사각은 10 - 80도 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein an inclination angle between the lower surface and the side surface of the protrusion is 10-80 degrees. 반도체층이 형성된 기판을 연마하는 단계;
상기 연마된 기판을 패터닝하여 상기 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되도록 복수의 돌출부들을 형성하는 단계; 그리고,
상기 돌출부가 형성된 기판 위에 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 복수의 돌출부들을 형성하는 단계는,
상기 연마된 기판 위에 산화막을 형성하는 단계;
상기 산화막 위에 포토레지스트를 형성하고, 패터닝하여 소정 영역의 산화막을 노출시키는 단계;
상기 포토레지스트를 마스크로 상기 노출된 산화막을 제거하여 상기 기판을 노출시키는 단계;
상기 포토레지스트를 제거하고, 상기 산화막을 마스크로 상기 노출된 기판을 소정 깊이로 식각하여 상기 기판의 c-면 또는 a-면이 노출되는 복수의 돌출부들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 돌출부의 단면은, 상부면보다 하부면의 면적이 더 넓은 사다리꼴 형상으로 형성되고,
상기 돌출부의 상부면은, m-면이고, 상기 돌출부의 측면은, c-면 또는 a-면이며,
상기 돌출부의 상부면인 m-면에는, 산화막이 접촉되어 형성되고,
상기 돌출부의 측면인 c-면 또는 a-면에는, 상기 전극이 접촉되어 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
Polishing the substrate on which the semiconductor layer is formed;
Patterning the polished substrate to form a plurality of protrusions to expose the c-plane or the a-plane of the substrate; And,
And forming an electrode on the substrate on which the protrusion is formed,
Wherein forming the plurality of protrusions comprises:
Forming an oxide film on the polished substrate;
Forming a photoresist on the oxide film and patterning the exposed oxide film to expose the oxide film in a predetermined region;
Exposing the substrate by removing the exposed oxide film using the photoresist as a mask;
Removing the photoresist and etching the exposed substrate to a predetermined depth using the oxide film as a mask to form a plurality of protrusions exposing the c-plane or the a-plane of the substrate,
The end face of the protruding portion is formed in a trapezoidal shape having a larger area of the lower surface than the upper surface,
The upper surface of the protrusion is an m-plane, the side surface of the protrusion is a c-plane or an a-plane,
An oxide film is formed in contact with the m-plane, which is the upper surface of the protrusion,
And the electrode is formed in contact with the c-plane or the a-plane of the protruding portion.
삭제delete 제 10 항에 있어서, 상기 기판의 식각은 건식식각 공정과 플라즈마 처리공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the etching of the substrate is performed by a dry etching process and a plasma treatment process.
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