KR20070092058A

KR20070092058A - 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Info

Publication number: KR20070092058A
Application number: KR1020060021983A
Authority: KR
Inventors: 강민구
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-12
Also published as: KR100768402B1

Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 자기 정렬법에 의해 리지 구조를 형성한 후, 고온의 인산 용액으로 리지 구조의 측면과 p-클래드층 상부의 일부를 습식 식각하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 리지 구조의 측면 및 상기 리지 구조에 인접한 p-클래드층의 상부면의 손상된 영역을 제거하여 누설 전류를 감소시키고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층의 상부면이 수직하게 형성되므로 접촉 저항이 줄어들어 동작 전압을 감소시키는 효과가 있다.

리지, 문턱 전류, 자기 정렬법, 습식 식각

Description

반도체 레이저 다이오드의 제조방법{ Method for fabricating semiconductor laser diode }

도 1은 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 리지 웨이브 가이드 구조를 형성하는 공정을 나타낸 단면도.

도 3은 종래의 자기 정렬법에 의해 리지 구조를 형성한 경우, 리지 구조의 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope : TEM) 사진을 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 따라 형성된, 리지 구조의 SEM(Scanning Electron Microscope)사진을 나타낸 도면.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100, 300 : 기판 110, 310 : n-컨택트층

120, 320 : n-클래드층 130, 330 : n-웨이브 가이드층

140, 340 : 활성층 150, 350 : p-웨이브 가이드층

160, 360 : p-클래드층 170, 370 : p-컨택트층

180, 380 : p-컨택트 메탈층 190, 390 : 보호막

200, 400 : p-패드 전극 210, 410 : n-패드 전극

250, 450 : 리지 구조

본 발명은 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 자기 정렬법에 의해 리지 구조를 형성한 후, 고온의 인산 용액으로 습식 식각함으로써, 플라즈마로 인해 손상된 표면을 제거하고 리지의 폭을 일정하게 유지하여 문턱 전류를 감소시키는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 레이저 다이오드는 광의 주파수 폭이 좁고 지향성이 첨예하다는 이유로 광 통신, 다중 통신, 우주 통신과 같은 곳에서 실용화되어 가고 있으며, 아울러 고속 레이저 프린팅이나 컴팩트 디스크 플레이어(Compact Disk Player : CDP) 및 컴팩트 디스크 재생/기록 장치와 같은 광 저장 장치 등에서 폭 넓게 사용되고 있다.

특히, 질화물계 반도체 레이저 다이오드는 천이 방식이 레이저 발진 확률이 높은 직접 천이형이고, 넓은 밴드 갭 에너지에 의해 자외선 영역에서 녹색영역으로 이어지는 단파장의 발진 파장을 제공하기 때문에 광 저장 장치의 광원용으로 주목 받고 있다.

또한, 질화물계 반도체 레이저 다이오드는 비소(As)를 주성분으로 사용하지 않으므로 환경 친화적인 면에서도 높은 호응을 얻고 있다.

광 저장 장치의 광원용으로 사용되는 반도체 레이저 다이오드는 단일 모드 및 고출력 특성을 만족시켜야 하며, 이를 위해 리지 웨이브 가이드(Ridge Waveguide)를 구비하여 주입되는 전류를 제한함으로써 임계 전류를 낮추고 단일 모드만이 이득을 가지도록 하고 있다.

도 1은 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도로서, 레이저 발진을 위한 임계 전류 값을 줄이기 위해 리지 웨이브 가이드(Ridge Waveguide)를 구비하는 형태의 반도체 레이저 다이오드를 보여준다.

이에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 상부에 n-컨택트층(11), n-클래드층(12), n-웨이브 가이드층(13), 활성층(14), p-웨이브 가이드층(15)이 순차적으로 적층되어 있고,

상기 p-웨이브 가이드층(15)부터 상기 n-컨택트층(11)의 일부분까지 메사(mesa) 식각 되어 n-컨택트층(11)의 일부가 노출되어 있고,

상기 p-웨이브 가이드층(15)의 상부에는 중앙 부분이 돌출되어 있는 p-클래드층(16)이 형성되어 있으며, 상기 돌출된 p-클래드층(16)의 상부에는 p-컨택트층(17)이 형성되어 리지(Ridge) 구조를 이루고 있고,

상기 p-컨택트층(17) 상부에 p-컨택트 메탈층(18)이 형성되어 있고, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층(16)의 상부에 보호막(19)이 형성되어 있고,

상기 p-컨택트 메탈층(18) 및 상기 보호막(18)의 일부를 감싸며 p-패드 전극(20)이 형성되어 있고, 상기 노출된 n-컨택트층(11) 상부에 n-패드 전극(21)이 형성되어 이루어진다.

이와 같이, 리지 웨이브 가이드 구조는 활성층(14)으로 주입되는 전류를 제한 하여 활성층(14)에서의 레이저 발진을 위한 공진 영역 폭을 제한하므로 횡모드(Transverse Mode)를 안정화시키고 동작 전류를 낮추어 준다.

리지 웨이브 가이드 구조를 형성하는 방법으로는, p-컨택트층 상부에 형성된p-컨택트 메탈층을 패터닝한 후, 패터닝된 p-컨택트 메탈층을 식각 마스크로 하여 p-컨택트층과 p-클래드층을 건식 식각함으로써, 리지 구조를 만드는 자기 정렬법(Self Align Process)이 선호되고 있다.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 리지 웨이브 가이드 구조를 형성하는 공정을 나타낸 단면도이다. 편의상 n-클래드층의 상부에 형성되는 구조만 도시하였다.

이에 도시된 바와 같이, n-클래드층(50) 상부에 n-웨이브 가이드층(51), 활성층(52), p-웨이브 가이드층(53), p-클래드층(54), p-컨택트층(55), p-컨택트 메탈층(56)을 순차적으로 적층시킨다(도 2a).

다음으로, 상기 p-컨택트 메탈층(56) 상부에 포토 레지스트를 도포 한 후, 포토 레지스트를 패터닝하고 패터닝된 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 p-컨택트 메탈층(56)을 식각한다(도 2b).

그 후, 남아 있는 p-컨택트 메탈층(56)을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트 층(55) 및 p-클래드층(54)의 일부를 건식 식각함으로써, 상기 p-클래드층(54)의 중앙영역에 돌출된 리지 구조(60)를 형성한다(도 2c).

이어서, 상기 리지 구조(60)의 측면과 p-클래드층(54)의 상부에 보호막(57)을 형성하고, 상기 p-컨택트 메탈층(56) 및 상기 보호막(57)의 일부를 감싸며 p-패드 전극(58)을 형성한다(도 2d).

이와 같은 방법에 의해 리지 웨이브 가이드 구조를 형성하는 경우, 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 패터닝된 p-컨택트 메탈층(56)을 식각 마스크로 하여 p-컨택트층(55) 및 p-클래드층(54)의 일부를 건식 식각함으로써, 리지 구조(60)를 형성하게 되면, 실제 유효 리지 폭이 리지 폭을 형성하기 위한 마스크 폭보다 넓어지는 문제점이 있다.

즉, 건식 식각 공정을 통하여 리지 구조(60)를 형성하는 경우, 리지 구조(60)의 측면이 수직하게 형성되지 않으며, 70 ~ 80도의 경사를 가지게 된다.

따라서, 리지 구조(60)의 하부 폭이 리지 구조(60)의 상부 폭 보다 넓게 형성되며, 이로 인해 접촉 저항이 증가하여 반도체 레이저 다이오드의 문턱 전류가 증가하는 문제점이 있다.

둘째, 패터닝된 p-컨택트 메탈층(56)을 식각 마스크로 하여 p-컨택트층(55) 및 p-클래드층(54)의 일부를 건식 식각함으로써, 리지 구조(60)에 인접한 p-클래드층(54)의 표면이 평탄하지 못하게 되어 잔류 깊이(Residual Depth)가 불균일한 문제점이 있다.

도 3은 종래의 자기 정렬법에 의해 리지 구조를 형성한 경우, 리지 구조의 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope : TEM) 사진을 나타낸 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 자기 정렬법에 의해 형성된 리지 구조는 측면이 경사를 가지고 있어, 리지 구조의 하부 폭(R2)이 리지 구조의 상부 폭(R1)보다 넓으며, 식각 깊이에 따라 리지 구조의 폭이 달라지고 있다.

또한, 리지 구조에 인접한 질화물 반도체층의 표면이 평탄하지 못하고 굴곡이 생겨 있는 것을 볼 수 있다.

셋째, 상기 건식 식각 공정을 통하여 리지 구조를 형성하게 되면, 리지 구조(60)의 측면과 p-클래드층(54)의 상부면이 플라즈마 손상을 입어 누설 전류(Leakage Current) 및 신뢰성에 문제를 일으키게 된다.

즉, 건식 식각으로 인하여 리지 구조(60)의 측면과 p-클래드층(54)의 상부면이 플라즈마 손상을 입게 되는데, 이는 많은 결정학적 결함을 포함하고 있는 상태로서 소자에 전압을 인가하는 경우 누설 전류의 통로로 작용하여 레이저 발진의 동작 전류를 높이는 역할을 하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 자기 정렬법에 의하여 리지 구조를 형성한 후, 고온의 인산 용액을 이용하여 습식 식각함으로써, 플라즈마로 손상된 표면을 제거하고 리지의 폭을 일정하게 유지하여 문턱 전류를 감소시키는 반도체 레이저 다이오 드의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 일 실시예는, 기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층을 순차적으로 적층한 후, 상기 p-웨이브 가이드층부터 상기 n-컨택트층의 일부분까지 메사 식각하는 단계와, 상기 p-웨이브 가이드층 상부에 p-클래드층, p-컨택트층, p-컨택트 메탈층을 순차적으로 형성한 후, 상기 p-컨택트 메탈층을 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부를 건식 식각하여 리지 구조를 형성하는 단계와, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층 상부의 일부를 습식 식각하는 단계와, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층을 감싸며 보호막을 형성하는 단계와, 상기 p-컨택트 메탈층 및 상기 보호막의 일부를 감싸며 p-패드 전극을 형성하고, 상기 메사 식각되어 노출된 n-컨택트층 상부에 n-패드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 다른 실시예는, 기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층, p-클래드층, p-컨택트층, p-컨택트 메탈층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 p-컨택트 메탈층을 패터닝한 후, 상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부를 건식 식각하여 리지 구조를 형성하는 단계와, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층 상부의 일부를 습식 식각하는 단계와, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층을 감싸며 보호막을 형성하는 단계와, 상기 p-컨택트 메탈층 및 상기 보호막의 일부를 감싸며 p-패드 전극을 형성하고, 상기 기판 하부에 n-패드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상부에 n-컨택트층(110), n-클래드층(120), n-웨이브 가이드층(130), 활성층(140), p-웨이브 가이드층(150)을 순차적으로 적층한다(도 4a).

여기서, 상기 기판(100)으로는 사파이어(Al₂O₃) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, 갈륨 아세나이드(GaAs) 기판 등을 사용하며, 특히 사파이어 기판이 대표적으로 사용되는데, 이는 상기 기판(100) 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정 구조와 동일하면서 격자 정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문이다.

상기 n-컨택트층(110)은 GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체층으로서, n-GaN층인 것이 바람직하나, 알루미늄(Al) 또는 인듐(In)을 소정의 비율로 함유하는 AlGaN층이나 InGaN층 또는 InAlGaN층일 수 있다.

상기 n-클래드층(120)은 소정의 굴절률을 갖는 In_xAl_yGa_1-x-yN으로 이루어지는데, 여기서 0 ≤ x ≤1, 0 ≤ y ≤1, 0 ≤ x+y ≤1의 값을 가진다.

즉, n-클래드층(110)은 n-AlGaN, n-InGaN, n-InAlGaN 등의 질화물계 화합물 반도체로 형성할 수 있다.

상기 n-웨이브 가이드층(130)은 활성층(140)보다 굴절률이 낮은 반면 상기 n-클래드층(110)보다는 굴절률이 높은 물질로 이루어지는데, 주로 n-GaN으로 이루어진다.

상기 n-컨택트층(110), n-클래드층(120), n-웨이브 가이드층(130)은 활성층(140)에 레이저 발진을 유도하는데 사용되는 레이징을 위한 제1 물질층이 된다.

상기 활성층(140)은 전자-정공의 재결합에 의해 레이징이 일어나는 물질층으로서, In_xAl_yGa_1-x-yN(0 ≤ x ≤1, 0 ≤ y ≤1, 0 ≤ x+y ≤1)으로 이루어지는 장벽층과 In_xAl_yGa_1-x-yN(0 ≤ x ≤1, 0 ≤ y ≤1, 0 ≤ x+y ≤1)로 이루어지는 우물층의 단일 양자 우물 구조 또는 상기 장벽층과 우물층이 순차적으로 반복 적층되어 이루어지는 다중 양자 우물 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 활성층(140)의 In, Al, Ga의 성분을 조절함으로써 InN(~1.8eV)의 에너지 밴드 갭을 갖는 장파장에서부터 AlN(~6.2eV)의 에너지 밴드 갭을 갖는 단파장의 레이저 다이오드를 자유롭게 제작할 수 있다.

상기 p-웨이브 가이드층(150)은 상기 활성층(140)보다 굴절률이 낮은 반면 p-클래드층(160)보다는 굴절률이 높은 물질로 이루어지는데, 주로 p-GaN으로 이루 어진다.

상기 n-웨이브 가이드층(130) 및 p-웨이브 가이드층(150)과 상기 활성층(140)과의 굴절률의 차이로 인하여 상기 활성층(140) 영역에서 생성되는 빛이 상기 활성층(140)을 벗어나지 않게 된다.

즉, n-웨이브 가이드층(130) 및 p-웨이브 가이드층(150)은 활성층(140)에서 발생된 빛을 활성층(140) 내에 가두어 두는 역할을 한다.

여기서, 상기 활성층(140)과 p-웨이브 가이드층(150) 사이에 전자 차단층(Electron Block Layer : EBL)을 더 형성할 수 있다.

상기 전자 차단층은 p형 질화물 화합물 반도체의 낮은 홀(Hole) 캐리어 농도와 이동도로 인한 전자의 오버 플로(Overflow)를 방지하기 위한 것으로서, Al 조성이 ~20% 인 얇은 AlGaN층으로 이루어진다.

다음으로, 상기 p-웨이브 가이드층(150)부터 n-컨택트층(110)의 일부분까지 메사(Mesa)식각하여 n-컨택트층(110)의 일부를 상부로부터 노출시킨다(도 4b).

이어서, 상기 p-웨이브 가이드층(150) 상부에 p-클래드층(160), p-컨택트층(170), p-컨택트 메탈층(180)을 순차적으로 형성한다(도 4c).

상기 p-클래드층(160)은 주입된 도전성 불순물이 다른 것을 제외하고는 상기 n-클래드층(120)과 동일한 물질층으로 이루어진다.

즉, p-클래드층(160)은 상기 n-클래드층(120)에 따라 p-AlGaN, p-InGaN, p- InAlGaN 등의 질화물계 화합물 반도체로 형성할 수 있다.

상기 p-컨택트층(170)은 주입된 도전성 불순물이 다른 것을 제외하고는 상기 n-컨택트층(110)과 동일한 물질층으로 이루어지는데, p-GaN층인 것이 바람직하며 p-컨택트 메탈층(180)과의 접촉 저항을 낮추기 위해 p-클래드층(160)보다 높은 도핑 농도를 가진다.

여기서, 상기 p-웨이브 가이드층(150), p-클래드층(160), p-컨택트층(170)은 상기 활성층(140)에 레이저 발진을 유도하는데 사용되는 레이징을 위한 제2 물질층이 된다.

상기 p-컨택트 메탈층(180)은 낮은 접촉 저항을 가지며 마스크로서 사용되기에 적합한 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)으로 이루어진다.

그 후, 상기 p-컨택트 메탈층(180)을 패터닝한다(도 4d).

즉, 상기 p-컨택트 메탈층(180) 상부에 포토 레지스트(Photo Resist)를 도포 한 후, 포토 레지스트를 패터닝하고 패터닝된 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 p-컨택트 메탈층(180)을 식각한다.

다음으로, 상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층(180)을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층(170) 및 p-클래드층(160)의 일부를 식각함으로써, 리지 구조(250)를 형성한다(도 4e).

여기서, 상기 식각은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching : RIE)과 같은 건식 식각을 이용하는데, 이때 질화물 반도체를 에칭하기 위해서 Cl₂, CCl₄, SiCl₄ 등과 같은 염소계의 가스가 이용된다.

상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층(180)을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층(170) 및 p-클래드층(160)의 일부를 건식 식각하면, 앞에서 살펴본 바와 같이, 리지 구조(250)의 측면이 경사를 가지게 되어 리지 구조(250)의 하부 폭이 상부 폭보다 넓어지게 된다.

그리고, 상기 리지 구조(250)에 인접한 p-클래드층(160)의 표면이 평탄하지 못하여 잔류 깊이(Residual Depth)가 불균일하게 되며, 리지 구조(250)의 측면과 p-클래드층(160)의 상부면이 플라즈마 손상을 입게 된다.

따라서, 본 발명에서는 후속 공정으로 상기 건식 식각된 리지 구조(250)의 측면 및 p-클래드층(160) 상부면의 일부를 고온의 인산(H₃PO₄) 용액을 이용하여 습식 식각한다(도 4f).

이때, 상기 인산 용액을 이용한 습식 식각은 150 ~ 170℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 고온의 인산 용액을 이용하여 습식 식각 공정을 수행하게 되면, 상기 리지 구조(250)의 측면과 상기 리지 구조(250)에 인접한 p-클래드층(160)의 상부면의 손상된 영역이 제거된다.

그리고, 상기 리지 구조(250)의 측면이 식각되어 수직한 구조를 가지게 되 며, p-클래드층(160)의 상부면이 평탄해져 균일한 잔류 깊이(Residual Depth)를 가지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 리지 구조(250)의 측면이 수직한 구조를 가지게 되어 접촉 저항이 낮아지므로 문턱 전류가 감소하게 되며, 상기 리지 구조(250)의 측면과 상기 리지 구조(250)에 인접한 p-클래드층(160)의 상부면의 손상 영역이 제거됨으로써, 누설 전류가 감소하고 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

이어서, 상기 리지 구조(250)의 측면과 상기 p-클래드층(160)의 상부면을 감싸며 보호막(190)을 형성한다(도 4g).

즉, 먼저 상기 리지 구조(250)의 측면과 상기 p-클래드층(160)의 상부면과 상기 p-컨택트 메탈층(180)을 감싸며 보호막(190)을 일정한 두께로 증착한다.

그리고, 포토 레지스트를 상기 보호막(190) 상부에 도포한 후, O₂ 플라즈마를 이용하여 포토 레지스트를 식각함으로써, 상기 p-컨택트 메탈층(180) 상부에 형성된 보호막(190)을 노출시킨다.

이 후, 상기 p-컨택트 메탈층(180) 상부에 형성된 보호막(190)을 건식 혹은 습식 식각 공정을 이용하여 식각한 후, 남아 있는 포토 레지스트를 제거한다.

여기서, 상기 보호막(190)으로는 실리콘 산화막(SiO₂), 실리콘 질화막(Si₃N₄), Al₂O₃, HfO, TiO₂ 들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 보호막(190)의 두께는 광 차폐 효과를 발휘할 수 있는 실효 굴절율을 고려하면 30 ~ 300 ㎚ 인 것이 바람직하다.

연이어, 상기 p-컨택트 메탈층(180) 및 상기 보호막(190)의 일부를 감싸며 p-패드 전극(200)을 형성하고, 상기 노출된 n-컨택트층(110) 상부에 n-패드 전극(210)을 형성한다(도 4h).

상기 p-패드 전극(200) 및 n-패드 전극(210)은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다.

도 5는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 따라 형성된, 리지 구조의 SEM(Scanning Electron Microscope)사진을 나타낸 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 리지 구조의 측면이 수직한 구조를 가지며, 리지 구조에 인접한 질화물 반도체층의 표면이 편평한 것을 확인할 수 있다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(300) 상부에 n-컨택트층(310), n-클래드층(320), n-웨이브 가이드층(330), 활성층(340), p-웨이브 가이드층(350), p-클래드층(360), p-컨택트층(370), p-컨택트 메탈층(380)을 순차적으로 적층한다(도 6a).

여기서, 상기 기판(100)은 프리 스탠딩(Free Standing)된 질화물 기판으로서, n-GaN 기판인 것이 바람직하다.

상기 기판(100)은 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층을 일정한 두께로 형성시킨 후, 기계적인 래핑(Lapping) 공정을 수행하거나 레이저를 조사하여 사파이어 기판을 질화물 반도체층으로부터 분리함으로써 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 p-컨택트 메탈층(380)을 패터닝한 후, 패터닝된 p-컨택트 메탈층(380)을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층(370) 및 p-클래드층(360)의 일부를 식각함으로써, 리지 구조(450)를 형성한다(도 6b).

이어서, 상기 리지 구조(450)의 측면 및 p-클래드층(360) 상부의 일부를 고온의 인산(H₃PO₄) 용액을 이용하여 습식 식각한다(도 6c).

그 후, 상기 리지 구조(450)의 측면과 상기 p-클래드층(360)의 상부면을 감싸며 보호막(390)을 형성한다(도 6d).

연이어, 상기 p-컨택트 메탈층(380) 및 상기 보호막(390)의 일부를 감싸며 p-패드 전극(400)을 형성하고, 상기 기판(300) 하부에 n-패드 전극(410)을 형성한다(도 6e).

여기서, 상기 기판(300) 하부에 n-패드 전극(410)을 형성하기 전에, 열방출을 보다 용이하게 하기 위해 상기 기판(300)의 하부면을 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing)하는 연마 공정을 더 수행할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 자기 정렬법에 의하여 리지 구조를 형성한 후, 고온의 인산 용액을 이용하여 습식 식각함으로써, 리지 구조의 측면과 상기 리지 구조에 인접한 p-클래드층의 상부면의 손상된 영역을 제거하여 누설 전류를 감소시키고, 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

그리고, 상기 리지 구조의 측면이 식각되어 수직한 구조를 가지게 되므로 접촉 저항이 줄어들어 동작 전압을 감소시키는 효과가 있다.

Claims

기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층을 순차적으로 적층한 후, 상기 p-웨이브 가이드층부터 상기 n-컨택트층의 일부분까지 메사 식각하는 단계;

상기 p-웨이브 가이드층 상부에 p-클래드층, p-컨택트층, p-컨택트 메탈층을 순차적으로 형성한 후, 상기 p-컨택트 메탈층을 패터닝하는 단계;

상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부를 건식 식각하여 리지 구조를 형성하는 단계;

상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층 상부의 일부를 습식 식각하는 단계;

상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층을 감싸며 보호막을 형성하는 단계; 및

상기 p-컨택트 메탈층 및 상기 보호막의 일부를 감싸며 p-패드 전극을 형성하고, 상기 메사 식각되어 노출된 n-컨택트층 상부에 n-패드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층, p-클래드층, p-컨택트층, p-컨택트 메탈층을 순차적으로 적층하는 단계;

상기 p-컨택트 메탈층을 패터닝한 후, 상기 패터닝된 p-컨택트 메탈층을 식각 마스크로 하여 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부를 건식 식각하여 리지 구조를 형성하는 단계;

상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층 상부의 일부를 습식 식각하는 단계;

상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층을 감싸며 보호막을 형성하는 단계; 및

상기 p-컨택트 메탈층 및 상기 보호막의 일부를 감싸며 p-패드 전극을 형성하고, 상기 기판 하부에 n-패드 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 기판은 n-GaN 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 습식 식각은 150 ~ 170℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 p-컨택트층 및 p-클래드층은 p-In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 습식 식각은 인산(H₃PO₄) 용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 습식 식각으로, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-클래드층의 상부면이 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.