KR102480334B1 - 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 성장 기판 상에 아세나이드(arsenide)계 희생층을 형성하는 단계와, 희생층 상에 제1 도전형의 불순물이 도핑된 제1 아세나이드계 미러층, 활성층, 및 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물이 도핑된 제2 아세나이드계 미러층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 형성하는 단계와, 적층 구조의 상면 및 측면 상에, 아세나이드계 물질에 대해 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어진 패시베이션층을 형성하는 단계와, 패시베이션층이 형성된 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계, 및 성장 기판으로부터 적층 구조 및 제1 캐리어를 분리하는 단계를 포함하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법이 개시된다.

Description

박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법{METHOD OF FABRICATING THIN-FILM VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER}
본 개시(disclosure)의 기술적 사상은 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에피택셜 리프트 오프(Epitaxial Lift Off, ELO) 공정을 이용하는 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법에 관한 것이다.
수직 공진 표면 발광 레이저는, 높은 반사율을 가지는 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector, DBR) 사이에 양자 우물층t(Multi Quantum Well, MQW)을 삽입하여, 양자 우물층으로부터 나오는 광을 상하의 반사경을 통해 공진시켜 발진시키는 발광 장치이다.
특히, 갈륨아세나이드(GaAs) 계열을 기반으로 제작된 수직 공진 표면 발광 레이저는 우수한 전기적 특성 및 원소 조성에 따른 밴드갭 조절의 용이성 덕분에 통신, 홍채 및 얼굴 인식, 의료기기 등의 다양한 산업 분야에의 적용 가능성이 기대되고 있다.
일반적으로 이용되고 있는 수직 공진 표면 발광 레이저는 전기적 및 열 전도성이 낮은 두꺼운 기판을 포함하는 형태로 제작되어, 기판 자체의 전기적 및 열적 특성 저하로 인해 소자의 출력 손실 등 광학적, 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 소자 제조시에 성장 기판이 소모되어 성장 기판을 재사용할 수 없으므로, 이는 소자의 제조 원가를 상승시키는 요인으로 작용한다. 이에 따라, 기판이 분리된 형태의 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저 공정 기술개발이 필요하다.
일 예로 에피택셜 리프트 오프(Epitaxial Lift Off: ELO) 공정 기술을 사용하는 것이 고려될 수 있는데, ELO를 이용하여 수직 공진 표면 발광 레이저를 제조하는 경우, 성장 기판의 분리를 위해 희생층을 제거하는 과정에서 반사경 등의 다른 물질층이 함께 손상되어 소자 구현의 어려움 또는 소자의 광학적, 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, ELO 공정을 이용하는 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 시 성장 기판을 제거함에 있어서 소자 내 반사경 등의 손상을 방지하여 소자의 특성을 개선시키고 생산 원가를 절감시킬 수 있는 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법을 제안하는 것이다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태(aspect)에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법은, 성장 기판 상에 아세나이드(arsenide)계 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 제1 도전형의 불순물이 도핑된 제1 아세나이드계 미러층, 활성층, 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물이 도핑된 제2 아세나이드계 미러층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 형성하는 단계; 상기 적층 구조의 상면 및 측면 상에, 아세나이드계 물질에 대해 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어진 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층이 형성된 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계; 및 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;를 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판은, 아세나이드계 물질로 이루어질 수 있고, 상기 희생층 및 상기 적층 구조는, 상기 성장 기판으로부터 에피텍셜 성장될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 희생층은, AlaGa1 - aAs (여기서, a는 0≤a≤1) 물질로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 아세나이드계 미러층 각각은, AlbGa1-bAs층과 AlcGa1 - cAs층(여기서, b는 0≤b≤1, b는 0≤c≤1)이 번갈아 적층되는 구조일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 적층 구조를 형성하는 단계는, 상기 희생층 상에 상기 제1 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 제1 컨택층을 형성하는 단 계; 및 상기 제2 아세나이드계 미러층 상에 상기 제2 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 제2 컨택층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 적층 구조를 형성하는 단계와 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계 사이에, 상기 제2 컨택층 상에 전극층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 적층 구조를 형성하는 단계와 상기 패시베이션층을 형성하는 단계 사이에, 상기 적층 구조를 식각하여 개별적인 셀들로 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 셀 분리 단계에 의해 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 및 상기 희생층의 일부 상면이 노출될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 패시베이션층은, 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 및 상기 희생층의 일부 상면을 덮을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 패시베이션층은, 불소계 고분자(Fluorinated polymer), 비정질 불소 고분자(Amorphous fluoropolymers), Cyclic Transparency Optical Polymer (CYTOP), 왁스(Wax), 포토레지스트(Photoresist), 에폭시(Epoxy), 및 파라핀(Paraffin) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 패시베이션층은, 접착성 물질로 이루어질 수 있고, 상기 제1 캐리어를 부착하는 단계는, 상기 제1 캐리어가 상기 패시베이션층에 직접 접착될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는, 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 식각 용액으로 상기 희생층을 제거하여, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는, 상기 희생층에 대해 식각 선택비를 갖는 식각 용액으로 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 및 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 식각 용액으로 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계 후에, 상기 적층 구조 상에 제2 캐리어를 형성하는 단계; 및 상기 패시베이션층을 제거하여 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 캐리어는, 전기 전도성 및 방열성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 도전형은 n형이고, 상기 제2 도전형은 p형일 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법은, 성장 기판 상에 희생층, 제1 컨택층, 및 제1 미러층, 활성층, 및 제2 미러층, 및 제2 컨택층을 포함하는 적층 구조를 에피택시얼 성장(epitaxial growth)에 의해 형성하는 단계; 상기 적층 구조의 상기 제2 컨택층 상에 전극층을 형성하는 단계; 상기 적층 구조를 식각하여 개별 셀들로 분리하는 단계; 상기 식각에 의해 노출되는 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 및 상기 희생층의 일부 상면 상에, 상기 희생층 물질에 대해 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어진 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층이 형성된 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계; 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계; 노출된 상기 제2 컨택층 상에 제2 캐리어를 부착하는 단계; 및 상기 패시베이션층을 제거하여 상기 제1 캐리어를 하는 단계;를 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판, 상기 희생층, 상기 제1 컨택층, 상기 제1 미러층, 상기 활성층, 상기 제2 미러층, 및 상기 제2 컨택층은, 아세나이드계 물질로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는, 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 식각 용액으로 상기 희생층을 제거하여, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는, 상기 희생층에 대해 식각 선택비를 갖는 식각 용액으로 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 및 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 식각 용액으로 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 컨택층 및 상기 제1 미러층은, n형 불순물이 도핑된 물질층 일 수 있고, 상기 제2 컨택층 및 상기 제2 미러층은, p형 불순물이 도핑된 물질층일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 컨택층에 도핑된 n형 불순물의 농도는, 상기 제1 미러층에 도핑된 n형 불순물의 농도보다 클 수 있고, 상기 제2 컨택층에 도핑된 p형 불순물의 농도는, 상기 제2 미러층에 도핑된 p형 불순물의 농도보다 클 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법에 따르면, 소자 내 반사경을 포함한 아세나이드계 기반 물질층 상에 패시베이션층을 형성함으로써, 에피택셜 리프트 오프 공정 시에 소자의 손상없이 성장 기판을 분리하고, 전기적 및 열적 특성이 우수한 캐리어로 대체할 수 있다.
이에 따라, 고출력, 임계 전류(threshold current), 기울기 효율(slope efficiency), 특성 온도(T0, T1) 등의 성능이 향상된 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조가 가능할 수 있다. 또한, 제거된 성장 기판을 재사용할 수도 있어 제조 원가를 크게 절감할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법이 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저(100)의 제조 방법(100F)을 설명하기 위한 플로 차트이고, 도 1b는 도 1a의 단계 S117의 예시적 실시예들을 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1a의 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저(100)의 제조 방법(100F)을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 개시의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 개시의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들면, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부한 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들은 본 개시에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저(100)의 제조 방법(100F)을 설명하기 위한 플로 차트이고, 도 1b는 도 1a의 단계 S117의 예시적 실시예들을 설명하기 위한 플로 차트이다. 도 2a 내지 도 2g는 도 1a의 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저(100)의 제조 방법(100F)을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 의미하며, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법(100F)에 따르면, 먼저 성장 기판(101) 상에 희생층(103)을 형성할 수 있다(S101).
상기 성장 기판(101)은, 갈륨아세나이드(GaAs)계 기판으로써, 후술하는 희생층(103), 적층 구조(110)를 구성하는 제1 컨택층(105), 제1 아세나이드(arsenide, As)계 미러층(107D1), 활성층(107AC), 제2 아세나이드계 미러층(107D2) 및 제2 컨택층(108)의 에피택셜 성장의 기반이 된다.
상기 희생층(103)은, 상기 성장 기판(101)으로부터 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등의 에피택셜 성장 방법을 통해 형성될 수 있다. 실시예에 있어서, 상기 희생층(103)은, 아세나이드계 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 아세나이드계 물질은, AlaGa1 - aAs (여기서, a는 0≤a≤1) 일 수 있다.
한편, 상기 희생층(103)은 아세나이드계 물질이므로, 같은 아세나이드계 물질인 상기 제1 컨택층(105), 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 상기 활성층(107AC), 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2), 및 상기 제2 컨택층(108)도 상기 희생층(103)의 식각 용액에 대해 유사한 식각률을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 희생층(103)의 식각 용액으로 사용되는 불산(HF) 등에 의해, 다른 아세나이드계 물질층들이 함께 식각되어 손상되는 문제가 있을 수 있다.
따라서, 상기 희생층(103)의 식각 공정을 동반하는 에피택셜 리프트 오프(Epitaxial Lift-Off, ELO) 단계 전에, 상기 적층 구조(110) 상에 패시베이션층(도 2c의 111)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 희생층(103)의 식각 공정 동안 상기 적층 구조(110)를 이루는 적어도 하나의 물질층의 일부가 식각되지 않도록 보호하면서 상기 성장 기판(101)만을 분리, 제거해낼 수 있다. 상세한 설명은 후술하도록 한다.
이후, 상기 희생층(103) 상에 상기 제1 컨택층(105)을 형성할 수 있다(S103). 상기 제1 컨택층(105)은 제1 아세나이드계 미러층(107D1)과 후술하는 제2 캐리어(도 2g의 115) 사이에서 접촉 저항을 감소시키기 위해 형성될 수 있다. 이 때, 접촉 저항을 효과적으로 감소시키기 위하여 상기 제1 컨택층(105)에 제1 도전형 불순물이 매우 높은 농도로 도핑될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1)에 n형 불순물이 도핑되고, 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)에 p형 불순물이 도핑되는 경우, 상기 제1 컨택층(105)은 n형 불순물이 도핑될 수 있다. 이때, 상기 제1 컨택층(105)에 도핑된 n형 불순물의 농도는 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1)에 도핑된 n형 불순물의 농도보다 클 수 있다.
상기 제1 컨택층(105)은 아세나이드 계열의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 희생층(103)으로부터 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등의 에피택셜 성장 방법을 통해 형성될 수 있다. 상기 제1 컨택층(105)은 아세나이드계로써, 상기 희생층(103)과 식각률이 유사할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 상기 희생층(103)을 이용하여 에피택셜 리프트 오프 공정을 진행할 때, 상기 제1 컨택층(105)이 함께 식각되는 문제를 방지하기 위하여, 상기 컨택층(105) 상에도 패시베이션층(도 2c의 111)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 컨택층(105) 상에 제1 도전형 불순물이 도핑된 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 활성층(107AC), 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형 불순물이 도핑된 제2 아세나이드계 미러층(107D2)을 형성할 수 있고(S105), 이어서 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2) 상에 상기 제2 컨택층(108)을 형성할 수 있다(S107). 이에 따라, 상기 제1 컨택층(105), 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 상기 활성층(107AC), 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2) 및 상기 제2 컨택층(108)이 순차 적층된 적층 구조(110)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 적층 구조(110)는 후술되는 전극층(109)을 포함하는 개념일 수도 있다.
상기 제1 및 제2 아세나이드계 미러층(107D1, 107D2)은 분산 브래그 반사경 구조로써, 상기 활성층(107AC)에서 발생한 광은 상기 제1 및 제2 아세나이드계 미러층(107D1, 107D2)을 통해 증폭될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1)은 제1-1 및 제1-2 박막(D11, D12)이 번갈아 적층되는 구조일 수 있다. 실시예에 있어서, 상기 제1-1 박막(D11)은 n형 불순물이 도핑된 AlbGa1 - bAs 물질층이고(여기서, b는 0≤b≤1), 상기 제1-2 박막(D12)는 n형 불순물이 도핑된 AlcGa1 -cAs 물질층일 수 있다(여기서, c는 0≤c≤1). 이 때, 상기 제1-1 박막(D11)의 AlbGa1 - bAs 물질 조성비를 결정하는 수치값 b와 상기 제1-2 박막(D12)의 AlcGa1 -cAs 물질 조성비를 결정하는 수치값 c는, 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1)의 성능을 최대로 나타내는 값으로 결정될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)은 제2-1 및 제2-2 박막(D21, D22)이 번갈아 적층되는 구조일 수 있다. 상기 제2-1 박막(D21)은 p형 불순물이 도핑된 AldGa1 -dAs 물질층이고(여기서, d는 0≤d≤1), 상기 제2 박막(D22)는 p형 불순물이 도핑된 AleGa1 - eAs 물질층일 수 있다(여기서, e는 0≤e≤1). 이 때, 상기 제2-1 박막(D21)의 AldGa1 -dAs 물질 조성비를 결정하는 수치값 d와 상기 제2-2 박막(D22)의 AleGa1 - eAs 물질 조성비를 결정하는 수치값 e는, 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)의 성능을 최대로 나타내는 값으로 결정될 수 있다.
상기 활성층(107AC)은, 다층의 양자 우물층(Multi Quantum Well, MQW)을 포함하는 구조일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 활성층(107AC)은 다양한 구조가 적용될 수 있다.
상기 제2 컨택층(108)은 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)과 후술하는 전극층(109) 사이에서 접촉 저항을 감소시키기 위해 형성될 수 있다. 이 때, 접촉 저항을 효과적으로 감소시키기 위하여 상기 제2 컨택층(108)에 제2 도전형의 불순물이 매우 높은 농도로 도핑될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1)에 n형 불순물이 도핑되고, 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)에 p형 불순물이 도핑된 경우, 상기 제2 컨택층(108)은 p형 불순물이 도핑될 수 있다. 이때, 상기 제2 컨택층(108)에 도핑된 p형 불순물의 농도는 상기 제2 아세나이드계 미러층(107D2)에 도핑된 p형 불순물의 농도보다 클 수 있다.
상기 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 활성층(107AC), 및 제2 아세나이드계 미러층(107D2), 상기 제2 컨택층(108)은, 상기 제1 컨택층(105) 상에서 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등의 에피택셜 성장 방법을 통해 형성될 수 있다.
이후, 상기 적층 구조(110) 상에 전극층(109)을 형성할 수 있다(S109). 상기 전극층(109)은 상기 희생층(103)을 식각하기 위해 사용되는 불산(HF) 또는 불산 계열 물질로 이루어지는 식각 용액에 대해 높은 식각 선택비를 가지는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전극층(109)은 Zn, Pt, Pd, Au, Ag, 또는 AuBe 등의 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서, 상기 전극층(109)은 Zn, Pt, Pd, Au, Ag 또는 AuBe 중 적어도 하나로 이루어지는 단일층 또는 다중층일 수 있다.
이후, 도 1a 및 도 2b를 참조하면, 상기 전극층(109)이 형성된 적층 구조(110)를 부분적으로 식각하여 개별적인 셀들로 분리할 수 있다(S111).
상기 식각 공정에 의해, 개별적인 셀을 이루는 상기 적층 구조(110)의 상면 및 측면의 적어도 일부가 노출되며, 상기 셀들 사이로 상기 희생층(103)의 상면이 노출될 수 있다.
상기 셀의 분리 단계(S111)는 습식 식각 및 유도결합형 플라즈마 반응성 이온 에칭(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching, ICP-RIE)에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 도 1a 및 도 2c를 참조하면, 상기 적층 구조(110)의 상면 및 측면, 상기 전극층(109)의 상면 및 측면, 상기 희생층(103)의 상면의 일부를 덮는 패시베이션층(111)을 형성할 수 있다(S113).
상기 패시베이션층(111)은, 희생층(103)의 식각 공정 시 상기 적층 구조(110) 및 상기 전극층(109)이 식각 용액에 의해 손상되지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 패시베이션층(111)은 상기 희생층(103)의 식각 용액인 불산 또는 불산 계열 물질에 대해 높은 식각 선택비를 가지는 물질일 수 있다.
한편, 상기 패시베이션층(111)은 상기 적층 구조(110) 상에 제1 캐리어(도 2d의 113)를 부착하기 위한 접착성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 패시베이션층(111)은, 불소계 고분자(Fluorinated polymer), 비정질 불소 고분자(Amorphous fluoropolymers), Cyclic Transparency Optical Polymer (CYTOP), 왁스(Wax), 포토레지스트(Photoresist), 에폭시(Epoxy), 및 파라핀(Paraffin) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 패시베이션층(111)은 불산 또는 불산 계열 물질에 대해 높은 식각 선택비를 가지고, 접착성을 가지는 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
이후, 도 1a 및 도 2d를 참조하면, 상기 패시베이션층(111)이 형성된 도 2c의 결과물 상에 제1 캐리어(113)를 부착할 수 있다(S115).
상기 제1 캐리어(113)는 성장 기판(101)을 제거하기 위한 에피텍셜 리프트 오프 공정에서 상기 적층 구조(110) 및 상기 전극층(109)으로 이루어지는 얇은 구조체를 지지하는 역할을 할 수 있다. 상기 제1 캐리어(113)는, 상기 적층 구조(110)의 에피층이 손상되지 않도록 일정한 강도를 가지는 구조체일 수 있다.
또한, 상기 제1 캐리어(113)는 희생층(103)의 식각 용액인 불산 또는 불산 계열 물질에 대해 높은 식각 저항을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 희생층(103)의 식각 공정 시에 상기 적층 구조(110) 및 상기 전극층(109)을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 1a 및 도 2e를 참조하면, 상기 성장 기판(101)으로부터 상기 적층 구조(110) 및 상기 제1 캐리어(113)를 분리할 수 있다(S117).
일 실시예에서, 불산 또는 불산 계열 물질을 식각 용액으로 이용하여 상기 아세나이드계 희생층(103)을 제거함으로써, 상기 성장 기판(101)으로부터 상기 적층 구조(110) 및 상기 제1 캐리어(113)를 분리할 수 있다(S117-1, 도 1b의 (a)). 상기 적층 구조(110)로부터 상기 성장 기판(101)이 분리됨으로써, 장치의 전기적 및 열적 특성 저하에 따른 출력 저하, 기울기 효율 저하 등과 같은 특성 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 희생층(103)은 아세나이드계로써 불산 또는 불산 계열 물질에 대해 높은 식각률을 가지는 반면, 상기 패시베이션층(111)은 불산 또는 불산 계열 물질에 높은 식각 저항을 가진다. 이에 따라, 상기 식각 용액과 직접 접촉하더라도 크게 손상되지 않으며, 이에 따라, 상기 패시베이션층(111)에 의해 보호되는 상기 적층 구조(110) 및 상기 전극층(109) 등의 각 물질층이 손상되지 않을 수 있다. 상술한 단계에 따라 제조된 고품질의 제1 컨택층(105), 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 활성층(107AC), 제2 아세나이드계 미러층(107D2), 및 제2 컨택층(108)은, 소자의 출력과 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 성장 기판(101)은 상기 분리 공정(S117-1)에 의해 손상없이 분리되므로, 분리된 성장 기판의 재사용을 통해서 상기 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 원가를 크게 절감할 수 있다. 실시예에 있어서, 분리된 성장 기판(101)은 재사용을 위해 화학적 에칭 공정 또는 화학적 기계적 연마 공정(chemical-mechanical polishing) 등의 후처리가 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 희생층(103)에 대해 식각 선택비를 갖는 식각 용액으로 상기 성장 기판(101)을 제거할 수 있고(S117-3, 도 1b의 (b)), 상기 불산 또는 불산 계열 물질을 식각 용액으로 이용하여 상기 희생층(103)을 제거할 수 있다(S117-5, 도 1b의 (b)). 이에 따라, 상기 적층 구조(110) 및 상기 제1 캐리어(113)가 분리될 수 있다.
앞서 설명한 실시예에서와 달리, 상기 성장 기판(101)을 분리하지 않고 제거해줌으로써, 상기 성장 기판(101)은 두꺼운 두께를 가질 필요가 없고 얇은 두께를 가질 수 있다. 이를 통해, 제조비용 절감 효과가 극대화될 수 있다. 한편, 실시예에 따라서, 상기 성장 기판(101) 하면에 지지체가 배치될 수도 있다.
상기 식각 용액은, 포스파이드계 물질로 이루어지는 성장 기판(101)을 식각하기 위한 물질로, 예를 들어, 염산 계열로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 식각 용액은 상기 성장 기판(101)에 대해 높은 식각률을 가지는 반면, 상기 희생층(103)에 대해 높은 식각 저항을 나타낼 수 있다. 이로 인해, 상기 희생층(103)이 식각 정지층으로 기능하여 상기 성장 기판(101)만이 상기 식각 용액에 의해 제거될 수 있고, 이어서(혹은 이와 동시에) 상기 불산 또는 불산 계열 식각 용액을 통해 상기 적층 구조(110)의 손상없이 상기 희생층(103)을 제거해낼 수 있어, 소자의 출력과 구동 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 1a 및 도 2f를 참조하면, 도 2d 및 도 2e의 상기 희생층(103)의 제거, 성장 기판(101)의 제거 또는 분리에 따라 노출되는 상기 제1 컨택층(105) 상에 제2 캐리어(115)를 부착할 수 있다(S119).
상기 제2 캐리어(115)는 열적 및 전기적 특성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 상기 제2 캐리어(115)는 방열성 및 전기 전도성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 캐리어(115)에 의해 수직 공진 표면 발광 레이저의 출력이 열화되지 않을 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제2 캐리어(115)는 Au, Pt, Al, Ag, 및 Cu 등의 금속 물질로 이루어질 수 있고, 후면 전극으로 활용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 실시예에 따라서, 상기 제2 캐리어(115)의 하부에는 소정의 강도를 갖는 지지체가 배치될 수도 있다.
이후, 도 1 및 도 2g를 참조하면, 도 f의 결과물에서 패시베이션층(111)을 제거하여 제1 캐리어(113)를 분리해낼 수 있다(S121).
이에 따라, 상기 제2 캐리어(115) 상에 고품질의 컨택층(105), 제1 아세나이드계 미러층(107D1), 활성층(107AC), 제2 아세나이드계 미러층(107D2), 및 전극층(109)이 전사되므로, 출력 및 구동 신뢰성이 향상된 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저(100)를 완성할 수 있다.
상기한 실시예들의 설명은 본 개시의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것들에 불과하므로, 본 개시의 기술적 사상을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다.
또한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 개시의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
100: 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저
100F: 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법
101: 아세나이드계 성장 기판
103: 아세나이드계 희생층
105: 제1 컨택층
107AC: 활성층
107D1: 제1 아세나이드계 미러층
107D2: 제2 아세나이드계 미러층
108: 제2 컨택층
109: 전극층
110: 적층 구조
111: 패시베이션층
113: 제1 캐리어
115: 제2 캐리어

Claims (20)

  1. 성장 기판 상에 아세나이드(arsenide)계 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 제1 도전형의 불순물이 도핑된 제1 아세나이드계 미러층, 활성층, 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물이 도핑된 제2 아세나이드계 미러층이 순차적으로 적층된 적층 구조를 형성하는 단계;
    상기 적층 구조를 식각하여 개별 셀들로 분리하는 단계;
    상기 셀 분리 단계에 의해 노출되는 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 상기 희생층의 일부 상면 상에, 아세나이드계 물질에 대해 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어진 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층이 형성된 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계; 및
    상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는,
    상기 희생층의 식각을 위한 식각 용액을 제공하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 패시베이션층은, 상기 희생층의 식각 공정 시 상기 적층 구조를 식각 용액에 의해 손상되지 않도록 보호하기 위해, 상기 적층 구조의 상면 및 측면을 덮는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 성장 기판은, 포스파이드계 물질로 이루어지고,
    상기 희생층 및 상기 적층 구조는, 상기 성장 기판으로부터 에피텍셜 성장되는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 희생층은, AlaGa1 - aAs (여기서, a는 0≤a≤1) 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 아세나이드계 미러층 각각은, AlbGa1 - bAs층과 AlcGa1 - cAs층(여기서, b는 0≤b≤1, b는 0≤c≤1)이 번갈아 적층되는 구조인 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 적층 구조를 형성하는 단계는,
    상기 희생층 상에 상기 제1 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 제1 컨택층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 아세나이드계 미러층 상에 상기 제2 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 제2 컨택층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 적층 구조를 형성하는 단계와 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계 사이에,
    상기 제2 컨택층 상에 전극층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은, 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 및 상기 희생층의 일부 상면을 덮는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은, 산성 물질과 식각 선택비가 있는 물질로 구성됨을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은, 접착성 물질로 이루어지고,
    상기 제1 캐리어를 부착하는 단계는,
    상기 제1 캐리어가 상기 패시베이션층에 직접 접착되는 것을 특징으로 하는, 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 희생층의 식각을 위한 식각 용액은 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계 후에,
    상기 적층 구조 상에 제2 캐리어를 형성하는 단계; 및
    상기 패시베이션층을 제거하여 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;
    를 더 포함하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 캐리어는, 전기 전도성 및 방열성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 n형과 p형 중 어느 하나이고, 상기 제2 도전형은 상기 n형과 p형 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  15. 성장 기판 상에 희생층, 제1 컨택층, 및 제1 미러층, 활성층, 및 제2 미러층, 및 제2 컨택층을 포함하는 적층 구조를 에피택시얼 성장(epitaxial growth)에 의해 형성하는 단계;
    상기 적층 구조의 상기 제2 컨택층 상에 전극층을 형성하는 단계;
    상기 적층 구조를 식각하여 개별 셀들로 분리하는 단계;
    상기 식각에 의해 노출되는 상기 적층 구조의 상면 및 측면, 및 상기 희생층의 일부 상면 상에, 상기 희생층 물질에 대해 식각 선택비를 가지는 물질로 이루어진 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층이 형성된 상기 적층 구조 상에 제1 캐리어를 부착하는 단계;
    상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계;
    노출된 상기 제2 컨택층 상에 제2 캐리어를 부착하는 단계; 및
    상기 패시베이션층을 제거하여 상기 제1 캐리어를 하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계는,
    상기 희생층의 식각을 위한 식각 용액을 제공하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 성장 기판으로부터 상기 적층 구조 및 상기 제1 캐리어를 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 패시베이션층은, 상기 희생층의 식각 공정 시 상기 적층 구조를 식각 용액에 의해 손상되지 않도록 보호하기 위해, 상기 적층 구조의 상면 및 측면을 덮는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 성장 기판, 상기 희생층, 상기 제1 컨택층, 상기 제1 미러층, 상기 활성층, 상기 제2 미러층, 및 상기 제2 컨택층은, 아세나이드계 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 식각 용액은 불산(HF) 또는 불산 계열 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 컨택층 및 상기 제1 미러층은, n형 불순물이 도핑된 물질층이고,
    상기 제2 컨택층 및 상기 제2 미러층은, p형 불순물이 도핑된 물질층인 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 컨택층에 도핑된 n형 불순물의 농도는, 상기 제1 미러층에 도핑된 n형 불순물의 농도보다 크고,
    상기 제2 컨택층에 도핑된 p형 불순물의 농도는, 상기 제2 미러층에 도핑된 p형 불순물의 농도보다 큰 것을 특징으로 하는, 박막형 수직 공진 표면 발광 레이저의 제조 방법.

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