KR20070092050A - 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 수직전극 구조 레이저 다이오드의 하부 전극 형성 전에, 기판 하부의 건식식각(Dry Etching)과 유황화 표면처리를 통해 종래의 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 공정으로 인한 기판 하부의 기계적 손상영역을 제거하여, 기판 하부가 균일한 표면을 갖도록 함으로써, 하부 전극 형성시 낮은 접촉저항을 갖도록 하며, 접촉저항 값이 기판의 모든 영역에서 균일하도록 한 것을 특징으로 하며, 기판 하부에 표면처리 후 형성되는 유황 보호막을 통해 기판과 전극 사이의 접촉저항을 증가시킬 수 있는 자연 산화막의 발생을 예방함으로써, 보다 안정적이고 신뢰성 있는 후면 전극 특성을 갖도록 하는 장점이 있다.
레이저 다이오드, 전극, 제조방법, 접촉저항, 건식식각, 유황
Description
도 1a과 도 1b는 일반적인 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 질화갈륨(GaN) 기판의 후면을 래핑/ 폴리싱한 후 하부 전극층을 증착한 후, 전극간 전류-전압 특성 값을 측정한 그래프.
도 3은 일반적인 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 공정 후, 질화갈륨(GaN) 기판의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 사진.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 레이저 다이오드 제조방법에 따른 바람직한 일 실시 예를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 래핑 및 폴리싱에 의한 기계적 손상영역을 건식식각을 통해 제거한 질화갈륨(GaN) 기판의 투과전자현미경(TEM) 사진.
도 6는 종래의 래핑 및 폴리싱에 의한 기계적 손상영역을 갖는 레이저 다이오드와 본 발명에 따른 건식식각을 통해 기계적 손상영역이 제거된 레이저 다이오드의 상부와 하부 전극 사이의 저항값의 분산을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 질화갈륨(GaN) 기판과 금속 전극층(Cr) 사이의 계면에 남아있는 식각 잔류막을 나타내고 있는 투과전자현미경(TEM) 사진.
도 8은 본 발명에 따른 유황계 표면처리(S-Treated)가 일반적인 표면처리(HCl-Treated)에 비해서 전극 간 접촉저항을 더 낮출 수 있음을 보여주는 전류-전압 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
100. n-GaN 101. 식각 잔류물
102. 유황 보호막
110a. n-클래드층 110b. p-클래드층
120a. n-웨이브가이드층 120b. p-웨이브가이드층
130. 활성층 140. 전자방지층(EBL)
150. 절연막 160. p-오믹컨택(Ohmic Contact)층
170a. N-전극 170b. P-전극
본 발명은 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 수직전극 구조의 질화물계 반도체 레이저 다이오드 제조시, 기판 하부 면의 불균일함으로 인한 하부 전극의 불균일한 접촉저항 및 높은 접촉저항 특성을 개선할 수 있는 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 레이저 다이오드의 레이저광은 광통신, 다중통신, 우주통신과 같은 곳에서 현재 실용화되어가고 있다.
또한, 반도체 레이저는 컴팩트 디스크 플레이어(Compact Disk Player, CDP)나 디지털 다기능 디스크 플레이어(Digital Versatile Disk Player, DVDP) 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 기록 및 판독을 위한 수단으로써 널리 사용되고 있다.
그 중에서도 3-5족 질화물(Nitrides) 반도체 레이저 다이오드는 천이 방식이 레이저 발진 확률이 높은 직접 천이형이고, 청색 레이저 발진이 가능하다는 특성 때문에 특히 주목되고 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 레이저 다이오드의 구조와 문제점에 대해서 개략적으로 설명한다.
도 1a과 도 1b는 일반적인 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a는 수평전극 구조 레이저 다이오드의 일반적인 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 수평전극 레이저 다이오드는 일반적으로 기판(10), n-GaN(11), n-클래드층(12a), p-클래드층(12b), n-웨이브가이드층(13a), p-웨이브가이드층(13b), 활성층(14), 전자방지층(15), 절연막(16), p-오믹층(17), N- 전극(18a), P-전극(18b)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 기판(10)으로는 질화갈륨(GaN)을 성장시키기에 적당한 사파이어(Al2O3) 기판을 주로 사용한다.
상기 기판(10) 상부에는 n-GaN(11)이 형성되어져 있다.
이때, 상기 n-GaN(11)은 n타입 불순물이 도핑된 질화갈륨(GaN)층으로 일부 영역이 식각되어져 있고, 식각된 영역에 N-전극(18a)이 형성되어져 있다.
상기 n-GaN(11)의 식각된 일부 영역을 제외한 나머지 영역에는 n-클래드층(12a), n-웨이브가이드층(13a), 활성층(14), 전자방지층(15), p-웨이브가이드층(13b), p-클래드층(12a)이 순차적으로 형성되어져 있다.
이때, 상기 p-클래드층(12a)은 일부 영역이 돌출되어진 리지(Ridge) 구조로 형성되어 있으며, 그 리지(Ridge) 상부에 p-오믹층(17)이 형성되어져 있다.
그리고, 상기 p-클래드층(12a)과 p-오믹층(17)의 상측 면을 따라 절연막(16)이 형성되어 있는데, 단, 상기 p-오믹층(17) 상부는 절연막(16)이 형성되어 있지 않다.
상기 p-오믹층(17) 상부와 전기적으로 연결되도록 P-전극(18b)이 형성되어져 있다.
이와 같이, 레이저 다이오드는 일반적으로, 사파이어(Al2O3) 기판 상부에 성장시켜 만들어진 에피(Epi) 구조물의 일부 영역을 메사(Mesa)식각하고, 노출된 n-컨택층 상부에 N-전극을 형성시킨 수평전극 구조가 주류를 이루었다.
하지만 최근에 질화갈륨(GaN) 기판 제조기술의 눈부신 발전에 힘입어 수백 마이크로미터 두께의 저결함 n-GaN 기판을 이용할 수 있게 되어, 도 1b와 같이 N-전극을 GaN 기판 하부 또는 후면에 형성시키는 수직전극 구조의 레이저 다이오드를 구현할 수 있게 되었다.
도 1b는 수직전극 구조 레이저 다이오드의 일반적인 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 수직전극 레이저 다이오드는 기판이 필요치 않고, 상기한 수평전극 레이저 다이오드의 구조에 비해, 면적이 작기 때문에, 웨이퍼 단위의 소자 제조 공정시, 집적도의 향상, 공정의 단순화 등 많은 장점을 가지고 있다.
하지만, 수직전극 레이저 다이오드의 후면 N-전극(18a)은 소자 제작 최종 단계인 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing)과 같은 기계적인 연마공정 이후에 형성되는데, 질화갈륨(GaN) 기판(11)의 하부면은 이와 같은 공정시, 많은 오염 및 기계적 손상(Mechanical Damage)을 입게 되고, 질화갈륨(GaN) 기판 하부면이 불균일해지며, 후면 전극, 또는, N-전극(18a) 쪽의 접촉저항과 소자의 문턱 전압(Threshold Voltage) 및 구동 전압(Operation Voltage)을 증가시키게 되는 원인이 된다.
또한, 상기와 같은 오염 및 기계적인 손상을 표면처리 공정을 통해 회복시키는 방법도 있지만, 이와 같은 방법은 질화갈륨 기판(11) 상부의 구조물들에 손상을 입힐 우려가 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 질화갈륨(GaN) 기판의 후면을 래핑/ 폴리싱한 후 하부 전극층을 증착한 후, 전극간 전류-전압 특성 값을 측정한 그래프이다.
참고로, 전류-전압 특성 값은 휴렛팩커드(Hewlett-Packard)사(社)의 반도체 전류-전압 측정기 4145B로 측정하였다.
도면에 도시된 다양한 전류-전압 곡선들은, 동일한 기판 내에서도 위치 내지는 영역에 따라 각기 다른 접촉저항 특성을 보이는 것을 나타내며, 전극 간 저항값이 수 오옴(Ω) ~ 수백 오옴(Ω)으로 큰 편차를 보인다는 것을 알 수 있다.
참고로, 전류-전압 곡선에서, 곡선의 기울기 값은 전류/전압 물리량이며, 저항값은 전압/전류의 물리량을 가지므로, 기울기 값의 역수는 저항값이라고 볼 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 저항값의 편차는 질화갈륨(GaN) 기판의 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing)으로 인한 기계적인 손상영역과 연관된다는 것을 짐작할 수 있다.
도 3은 일반적인 질화갈륨(GaN) 기판 후면의 래핑 및 폴리싱 공정 후 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)을 통해 질화갈륨(GaN) 표면 부를 관찰한 사진이다.
도시된 바와 같이, 질화갈륨(GaN) 부분의 굴곡진 형상을 통해 래핑 및 폴리싱 공정으로 인한 기계적인 손상영역이 존재하고, 기판 표면이 불균일하다는 것을 알 수 있다.
여러 시료와 많은 영역의 관찰을 통해 손상 정도를 확인한 결과, 손상 깊이가 수십 나노미터(nm)에서 수백 나노미터(nm)로 불균일한데, 질화갈륨(GaN) 기판의 이러한 기계적 손상은 하부에 형성하는 N-전극과의 접촉저항을 증가시키고 소자의 문턱 전압 및 구동 전압을 증가시켜, 레이저 다이오드의 재현성, 수율 및 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 수직전극 구조의 레이저 다이오드 제조시, 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing)으로 인한 질화갈륨(GaN) 기판의 기계적 손상 영역을 건식식각(Dry Etching)을 통해 제거하여, 질화갈륨(GaN) 기판에 형성되는 하부 전극의 접촉저항을 균일하게 하며, 또한, 기판과 전극간의 부착력을 증진시키는 한편, 이후, 상부층과 반응성이 없는 유황계 표면처리 용액을 이용한 표면처리를 통해 식각 잔류물을 제거하고, 전극의 접촉저항을 감소시켜, 소자의 문턱 전압(Threshold Voltage) 또는 구동 전압(Operation Voltage)을 낮출 수 있는 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이때, 본 발명의 건식식각(Dry Etching)은 ECR-RIE(Reactive Ion Etching), ICP-RIE 등의 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각 방법을 이용하며, 특히, Cl계의 식각 가스를 이용함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유황화 표면처리 용액으로는 유황을 포함한 용액, 즉, (NH4)2S, (NH4)2Sx, Na2S, 알코올-Based S 용액이 상온 또는 고온 상태에서 사용되어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은, 도전성 기판 상부에 하부 클래드층, 하부 웨이브가이드층, 활성층, 전자방지층(Electron Blocking Layer, EBL), 상부 웨이브가이드층, 상부 클래드층, 오믹층, 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 도전성 기판 하부를 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 하는 단계; 도전성 기판 하부를 균일하게 건식식각(Dry Etching)하는 단계; 도전성 기판 하부를 유황계 표면처리 용액을 사용하여 유황 보호막을 형성하는 단계 및; 도전성 기판 하부에 하부 전극을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법의 바람직한 일 실시 예와 그에 따른 전기적 특성의 비교, 분석 및 그 효과에 대해 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 레이저 다이오드 제조방법에 따른 바람직한 일 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a는 질화갈륨(GaN) 기판(100) 상부에 n-클래드층(110a), n-웨이브가이드층(120a), 활성층(130), 전자방지층(Electron Blocking Layer, EBL)(140), p-웨이 브가이드층(120b), p-클래드층(110b), p-오믹컨택층(160), P-전극(170b)을 순차적으로 형성한 단계를 나타낸다.
여기서, 질화갈륨(GaN) 기판(100)은, n 타입 불순물이 도핑된 질화갈륨(GaN) 기판을 말한다.
또한, 상기 p-클래드층(110b)은 일부 영역이 돌출되어진 리지(Ridge) 구조로 형성시키며, 그 리지(Ridge) 상부에 p-오믹컨택층(160)을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 p-클래드층(110b) 상부에 상기 p-오믹컨택층(160)을 형성하기 전에 도면에 도시된 바와 같은 구조로 절연막(150)을 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 도시된 것처럼 상기 p-오믹컨택층(160) 상부는 절연막(150)을 형성시키지 않는다.
한편, 상기 p-오믹컨택층(160) 상부에는 소자를 전기적으로 연결시키기 위한 P-전극(170b)을 형성시킨다.
도 4b는 질화갈륨(GaN) 기판(100) 하부를 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 한 후 건식식각(Dry Etching) 한 단계를 나타낸다.
이와 같은 건식식각 공정은 ECR-RIE(Reactive Ion Etching) 또는 ICP-RIE 장비와 BCl3/Cl2/Ar과 같은 Cl계 혼합가스를 이용하여 손상영역을 모두 제거할 수 있는 충분한 깊이로 식각한다.
상기와 같은 건식식각 공정을 통해 균일하게 형성된 질화갈륨(GaN) 기판 후면의 투과전자현미경(TEM) 사진을 도 5에 도시하였다.
그리고, 래핑 및 폴리싱 이후 건식식각 전과 후의 전기적 특성 변화 또는 차이를 대조하기 위해서, 각각의 접촉저항의 분산 및 평균 저항값을 도 6에 그래프로 도시하였다.
한편, 상기와 같은 Cl계 혼합가스를 이용하여 질화갈륨(GaN) 기판을 건식식각하게 되면, 식각 잔류물로 Clx-Ga 반응 부산물(By-Product)이 표면에 잔류하게 된다.
이러한 식각 잔류물(101)은 식각 조건에 따라 수 Å ~ 수십 Å의 두께로 남게 되며, 대기중에 노출시 수분 및 산소와 결합하여 식각 잔류막을 이루게 되어, 이후에 형성하는 전극과의 사이에 접촉저항을 높이는 요인으로 작용하며, 소자의 전극 특성 및 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다. (도 7 참조)
도 4c는 질화갈륨(GaN) 기판 하부를 유황계 표면처리 용액을 사용하여 유황 보호막(S-Layer)(102)을 형성한 단계를 나타낸다.
상기한 바와 같은 레이저 다이오드의 전극 특성 및 신뢰성을 저하시키는 식각 잔류막의 생성을 억제하거나, 식각 잔류물(101)을 제거하기 위해서 요구되어지는 공정이다.
이때, 상기 유황계 표면처리 용액은 (NH4)2Sx, Na2S, 알코올-Based S 용액 중 어느 하나를 이용하며, 상온 또는 고온 상태에서 표면처리 공정이 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 유황 보호막(102)은 단 원자 유황층인 것이 바람직하다.
이러한 표면 유황 보호막(102)은 산화물, 즉, 식각 잔류막의 생성을 억제하여 상온 후면전극 형성시 접촉저항 특성의 신뢰성을 확보하며, Cl계 식각 잔류막과 달리 유황보호막은 Ga-S의 결합이 깨어져도 S 원소는 GaN의 이중 도판트(Double-Dopant)로 작용하기 때문에, 이후에 소자의 신뢰성 확보에도 도움이 된다.
본 발명에 따른 질화갈륨(GaN) 기판의 유황계 표면처리(S-Treated)와 종래와 같은 일반적인 표면처리(HCl-Treated)시의 전류-전압 특성을 비교해 놓은 도 8의 설명을 참조하면 접촉저항의 감소효과를 확인할 수 있다.
도 4d는 질화갈륨(GaN) 기판(100) 하부에 N-전극(170a)을 형성함으로써, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수직전극 구조의 반도체 레이저 다이오드를 완성시킨 단계를 나타낸다.
여기서, 상기 N-전극(170a) 물질로는 Ti, Ni, Cr, Al 등과 같은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 래핑 및 폴리싱에 의한 기계적 손상영역을 건식식각을 통해 제거한 질화갈륨(GaN) 기판의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
앞의 도 3에서 도시한 바와 같은 종래의 질화갈륨(GaN) 기판의 기계적 손상 영역이 본 발명에 따른 건식식각(Dry Etching) 방법을 통해 깨끗하게 제거되고, 모든 영역에서 균일해졌음을 사진을 통해 알 수 있다.
한편, 상기 건식식각은 ICP-RIE(Reactive Ion Etching) 장비와 BCl3/Cl2/Ar 혼합가스를 이용하여 식각되었다.
구체적으로, 도 3과 도 5에서 GaN 이라고 기재된 어두운 부분이 질화갈륨(GaN) 기판 부분이고, 환한 부분은 투과전자현미경(TEM) 사진을 찍기 위해 사용되는 에폭시 부분인데, 이때, 에폭시 부분의 모양이나 위치, 형상이나, GaN의 위치는 사진 촬영시 장비 상태나 사진 데이터 편집에 따라 다를 수 있고, 여기서 큰 의미가 있는 것이 아니다.
여기서 중요한 점은, 도 3에 도시된 바와 같이 래핑 및 폴리싱으로 인해 기계적인 손상영역, 즉, 불균일하고, 굴곡진 표면을 갖던 질화갈륨(GaN) 기판이, 본발명에 따른 건식식각 후, 도 5에 도시된 바와 같은 손상영역 없이 균일하고, 반듯한 표면의 질화갈륨(GaN) 기판으로 바뀌었다는 점이다.
도 6는 종래의 래핑 및 폴리싱에 의한 기계적 손상영역을 갖는 레이저 다이오드와 본 발명에 따른 건식식각을 통해 기계적 손상영역이 제거된 레이저 다이오드의 상부와 하부 전극 사이의 저항값의 분산을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 질화갈륨(GaN) 기판에 기계적인 손상영역을 갖고 있을 때보다, 건식식각을 통해 기계적 손상영역을 제거시켰을 때, 전극 간 저항값의 분산 및 평균 저항값(도표 상에서 점으로 표기한 부분)이 크게 낮아짐을 보여준다.
한편, 식각 가스로써 상기와 같은 Cl계 물질을 이용하여 질화갈륨(GaN) 기판을 건식식각하게 되면, 식각 잔류물로 Clx-Ga 반응 부산물(By-Product)이 표면에 잔류하게 된다.
이러한 식각 잔류물은 식각 조건에 따라 수 Å ~ 수십 Å의 두께로 남게 되며, 대기중에 노출시 수분 및 산소와 결합하여 식각 잔류막을 이루게 되어, 이후에 형성하는 전극과의 사이에 접촉저항을 높이는 요인으로 작용하여, 소자의 전극 특성 및 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 질화갈륨(GaN) 기판과 금속 전극층(Cr) 사이의 계면에 남아있는 식각 잔류막을 나타내고 있는 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
사진은, 상기한 바와 같은 Cl계 가스를 이용하여 질화갈륨(GaN) 기판 후면을 건식식각하고, Cr/Ni/Au 물질로 이루어진 금속 전극층을 증착한 후, 각 층의 계면을 투과전자현미경(TEM)을 통해 관찰한 결과로써, 질화갈륨(GaN) 기판 후면과 금속(Cr) 사이 계면에 식각 잔류물로 이루어진 식각 잔류막이 존재함을 보여주고 있다.
이러한 식각 잔류막은 앞서 언급한 것처럼, 식각 가스 물질인 Cl계 물질과 산소(O2)가 결합되어진 형태로써, 수분과 산소가 많은 대기와 접하면서 자연스럽게 부식되어 생길 수 있는 자연 산화막이라고 할 수 있다.
특히, 증착되어지는 금속이 Ti,Ni,Cr,Al 등과 같은 물질일 경우, 계면 부식 에 따른 접촉저항 증가와 더불어 소자의 신뢰성에 영향을 주게 되며, 실제 n 도핑된 질화갈륨(GaN)의 전극 형성에 있어서, 금속의 에너지 준위를 고려했을 때 Ti, Cr, Ni 계의 물질이 가장 범용되어지고 있다는 점을 감안한다면, 반드시 제거시켜야 하는 오염막이라고 할 수 있다.
이러한 식각 잔류막은 다양한 산/염기 용액을 이용하여 제거할 수 있으나, 이에는 제조 공정상 다음과 같은 두 가지 제약을 받게 된다.
첫째, 상부층의 다양한 무기질 막(SiO2, SiN, TiO2, ZrO2등)과 다양한 상부전극 금속(Ti, Ni, Pt, Pd, Au등)을 비롯한 질화갈륨(GaN) 기판과의 반응성이 없는 표면처리 용액을 사용하여야 한다.
둘째, 표면처리 다음 공정으로, 최종 세정용액인 탈 이온수(De-Ionized Water) 처리 후 후면전극 증착하기 전, 대기중 노출시 발생되어지는 자연산화막(Native Oxide) 특히, 갈륨(Ga) 산화물 성장이 최소화되도록 해야 한다는 점이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 상기와 같은 조건에 부합하는 표면처리 용액인 (NH4)2S 용액을 이용하여, 기판 후면의 표면처리를 함으로써, 식각 잔류물의 형성을 억제 및 제거하고, 접촉저항특성 저하를 방지한다.
이와 같은 (NH4)2S 용액은 갈륨비소(GaAs) 계열의 광소자 및 전자소자 제작시 표면 유황화를 위한 표면처리 용액으로서, 이미 자주 사용되어 왔다.
즉, (NH4)2S 용액을 처리함으로써, 표면에 단원자층의 유황층(S Layer)을 형성시켜(특히, 밴드갭 외부에 에너지 준위를 형성하는 Ga-S 결합이 유효결합) 표면 의 산화를 장시간 억제하여 표면 산화에 따른 깊은 결함준위(Deep Level) 형성을 억제하는 것이다.
질화갈륨(GaN) 기판의 경우도 표면 유황화를 통해 표면 유황 보호막이 형성되는 것으로 확인되었으며, 이는 특히, 질화물계 레이저 반도체 제작 공정 중 특히, 오믹 열처리가 불가능한 후면전극공정의 도입에 최적이라 할 수 있다.
이러한 표면 유황 보호막은 산화물을 억제하여 상온 후면전극 형성시 접촉저항 특성의 신뢰성을 확보하며, Cl계 식각 잔류막과 달리 유황보호막은 Ga-S 의 결합이 깨어져도 S 원소는 GaN의 이중 도판트(Double-Dopant)로 작용하기 때문에, 이후에 소자의 신뢰성 확보에도 도움이 된다.
도 8은 본 발명에 따른 유황계 표면처리(S-Treated)가 일반적인 표면처리(HCl-Treated)에 비해서 전극 간 접촉저항을 더 낮출 수 있음을 보여주는 전류-전압 그래프이다.
상기한 바와 같이, 전류-전압 곡선의 기울기는 전류/전압 물리량이므로, 기울기 값의 역수는 저항값을 나타낸다.
이를 바탕으로 그래프를 살펴보면, 유황화 표면처리된(S-Treated) 소자의 전류-전압 그래프 기울기는 일반적인 HCl 표면처리된(HCl-Treated) 소자의 전류-전압 그래프 기울기보다 크며, 저항은 그 반대로 HCl 표면처리된 소자가 유황화 표면처리된 소자보다 크다고 할 수 있다.
이는, 유황화 표면처리 방법이 일반적인 종래의 표면처리 방법에 비해 식각 잔류막을 제거하거나 형성되는 것을 억제함으로써, 후면 전극의 접촉저항을 감소시키는데 보다 효과적이고 바람직하다는 것을 나타낸다.
한편, 유황화 표면처리 용액은 실제 산화물 및 금속과의 반응성이 없기 때문에, 기판 상부 구조물의 손상 우려도 없다는 장점을 갖는다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 레이저 다이오드 제조방법에 따르면, 질화갈륨(GaN) 기판의 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 가공 후 기판에 남아있는 기계적 손상영역을 건식식각(Dry Etching)을 통해 제거하고, 건식식각에 따른 식각 잔류물은 유황계 용액을 통한 표면처리에 의해 제거시킴으로써, 후면 전극 접촉저항의 균일도를 향상시키고, 후면 전극 접촉저항과 소자 전체의 문턱 전압(Threshold Voltage) 및 구동 전압(Operation Voltage)을 낮추는 효과가 있으며, 한편, 후면 기판의 표면처리 후 형성되는 유황 보호막을 통해 보다 안정적이며, 신뢰성이 향상된 후면 전극 특성을 갖는 레이저 다이오드를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (7)
- 도전성 기판 상부에 하부 클래드층, 하부 웨이브가이드층, 활성층, 전자방지층(Electron Blocking Layer, EBL), 상부 웨이브가이드층, 상부 클래드층, 오믹층, 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계;상기 도전성 기판 하부를 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 하는 단계;상기 도전성 기판 하부를 균일하게 건식식각(Dry Etching)하는 단계;상기 도전성 기판 하부를 유황계 표면처리 용액을 사용하여 유황 보호막을 형성하는 단계 및;상기 도전성 기판 하부에 하부 전극을 형성하는 단계;로 이루어지는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 도전성 기판은,질화갈륨(GaN) 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 건식식각은,RIE(Reactive Ion Etching) 방식을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 건식식각은,Cl계 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 유황계 표면처리 용액은,(NH4)2Sx, Na2S, 알코올-Based S 용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 상부 클래드층은,리지(Ridge) 구조를 갖도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 유황 보호막은,단 원자 유황층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
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