KR20090129461A - 포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법 - Google Patents

포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법 Download PDF

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Abstract

포토닉 결정 레이저(100)는 n형 기판(111)과 n형 클래드층(112)과 활성층(113)과 p형 클래드층(116)과 포토닉 결정층(115)과 p형 전극(118)과 n형 전극(119)과 실장 부재(120)를 포함하고 있다. n형 클래드층(112)은 n형 기판(111)의 제1 표면(111a) 위에 형성된다. 활성층(113)은 n형 클래드층(112) 위에 형성된다. p형 클래드층(116)은 활성층(113) 위에 형성된다. 포토닉 결정층(115)은 n형 클래드층(112)과 활성층(113) 사이, 또는 활성층(113)과 p형 클래드층(116) 사이에 형성되고, 포토닉 결정부(115a)를 포함한다. p형 전극(118)은 포토닉 결정부(115a) 위에 형성된다. n형 전극(119)은 제2 표면(111b) 위에 형성되고, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 광 투과부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어진다.
포토닉 결정 레이저

Description

포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법{PHOTONIC CRYSTAL LASER AND METHOD FOR MANUFACTURING PHOTONIC CRYSTAL LASER}
본 발명은 포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법에 관한 것이며, 예컨대 레이저 프린터나 기록매체 기록 및 판독용 장치 등에 이용할 수 있는 포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법에 관한 것이다.
기록매체의 고밀도화에 수반하여, 기록 및 판독에 이용하는 레이저는 종래의 적색으로부터 청색으로 단파장화가 진행되고 있다. 청색 레이저는 질화물계 화합물 반도체, 특히 GaN(질화갈륨)계 재료가 이용된다. 한편, 적색 레이저를 볼 수 있는 VCSEL계 면발광 레이저 구조는 GaN계 재료에서는 동종재료의 굴절율 차가 작기 때문에 반사용 미러(DBR)의 적층수가 수십층이나 필요하게 된다. 이 때문에 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)계 면발광 레이저의 제작이 곤란하고, 단부면 발광형 레이저에서의 대응으로만 되어 있다. 그러나, 단부면 발광 레이저는 벽개(劈開)로의 공진 미러를 제작하기 전에, 그 성능을 검사할 수 없다. 그 결과, 기판을 유효하게 활용할 수 없고 수율이 좋지 않으며, 고비용인 것이 문제로 되어있다.
한편, VCSEL계 면발광 레이저의 기술 개발도 진행되고 있지만, 이것에 대항 하는 새로운 레이저로서, 포토닉 결정 레이저가 주목받고 있다. 포토닉 결정은 유전체의 주기 구조를 인공적으로 형성한 것이다. 주기 구조는 유전체 본체와는 굴절율이 상이한 영역을 본체 내에 주기적에 설치함으로써 형성된다. 그 주기 구조에 의해 결정 내에서 브래그 회절이 생기고, 그 광의 에너지에 관해서 에너지 밴드갭이 형성된다.
이러한 포토닉 결정 레이저로서, 일본 공개 특허 제2005-277219호 공보(특허문헌 1)에는 GaAs계 재료를 이용한 포토닉 결정 레이저가 기재되어 있다. 특허문헌 1에는 레이저광을 투과하는 재료를 전극 재료로서 이용하여, 레이저광을 투과함으로써 취출하고 있다. 그러나, 고출력을 얻기 위해서는 전류를 늘려야 하고, 전류를 늘리기 위해서는 전극의 막 두께도 늘려야 한다. 전극은 레이저광을 투과한다고는 하나, 그 막 두께가 증가하면 흡수가 많아져, 효율적으로 출력을 증가시키는 것이 곤란하다.
또한, 다른 포토닉 결정 레이저로서, 일본 공개 특허 제2003-273453호 공보(특허문헌 2) 및 일본 공개 특허 제2004-253811호 공보(특허문헌 3)에, 포토닉 결정을 이용한 레이저가 기재되어 있다. 특허문헌 2 및 특허문헌 3의 포토닉 결정 레이저는, 전극 바로 아래에는 포토닉 결정 구조가 형성되지 않고, 그 이외의 지점에 포토닉 결정 구조가 형성되어 있으며, 그래서 공진시켜 레이저 발진시키고 있다. 그러나 특허문헌 2 및 특허문헌 3의 포토닉 결정 레이저는 레이저 발진 및 발진 후의 출력 향상에 캐리어가 충분히 주입되는 영역을 이용하고 있지 않기 때문에, 효율적인 출력을 얻는 것이 곤란한 문제가 있다.
특허문헌 1: 일본 공개 특허 제2005-277219호 공보
특허문헌 2: 일본 공개 특허 제2003-273453호 공보
특허문헌 3: 일본 공개 특허 제2004-253811호 공보
본 발명의 목적은 출력을 향상시킬 수 있는 포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서 포토닉 결정 레이저는 n형 기판과, n형 클래드층과, 활성층과, p형 클래드층과, 포토닉 결정층과, p형 전극과, n형 전극과, 실장 부재를 포함하고 있다. n형 기판은 제1 표면과 제1 표면과 반대측의 제2 표면을 포함하고, 도전성이다. n형 클래드층은 n형 기판의 제1 표면 위에 형성되어 있다. 활성층은 n형 클래드층 위에 형성되고, 광을 발생한다. p형 클래드층은 활성층 위에 형성되어 있다. 포토닉 결정층은 n형 클래드층과 활성층 사이, 또는 활성층과 p형 클래드층 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부를 포함한다. p형 전극은 포토닉 결정부 위에 형성되어 있다. n형 전극은 n형 기판의 제2 표면 위에 형성되고, 포토닉 결정부와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부와, 광 투과부보다 광의 투과율이 낮은 외주부로 이루어진다. 실장 부재는 p형 전극 위에 형성되어 있다.
본 발명에 따른 포토닉 결정 레이저의 제조방법은, 이하의 공정을 실시한다. 우선, 제1 표면과 제1 표면과 반대측의 제2 표면을 포함하고, 도전성의 n형 기판을 준비하는 공정을 실시한다. 그리고, n형 기판의 제1 표면 위에 n형 클래드층을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고, n형 클래드층 위에 광을 발생하는 활성층을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고, 활성층 위에 p형 클래드층을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고 n형 클래드층과 활성층 사이, 또는 활성층과 p형 클래드층 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부를 포함하는 포토닉 결정층을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고, 포토닉 결정부 위에 p형 전극을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고 n형 기판의 제2 표면 위에, 포토닉 결정부와 대향하는 위치에 배치되는 광 투과부와, 광 투과부보다 광의 투과율이 낮은 외주부로 이루어지는 n형 전극을 형성하는 공정을 실시한다. 그리고, p형 전극 위에 실장 부재를 형성하는 공정을 실시한다.
본 발명의 포토닉 결정 레이저 및 포토닉 결정 레이저의 제조방법에 의하면, p형 반도체는 n형 반도체에 비해 저항이 높기 때문에 면내에 전류가 잘 퍼지지 않지만, p형 전극은 포토닉 결정부와 대향하는 위치에 형성되어 있기 때문에, p형 전극으로부터 포토닉 결정부에 충분히 전류를 주입할 수 있다. 또한 n형 반도체는 p형 반도체에 비해 저항이 낮아서, 면내에서의 전류가 퍼지기 쉽기 때문에, 포토닉 결정부에 대향한 위치에 n형 전극의 전극의 역할을 다하는 외주부가 배치되어 있지 않은 경우여도, 전류를 주입할 수 있다. 또한 n형 전극의 광 투과부는 포토닉 결정부와 대향하는 위치에 배치되어 있기 때문에, 취출되는 광은 잘 흡수되지 않는다. 그 결과, 출력의 저하를 억제할 수 있다. 더 나아가서는 활성층이 실장 부재에 가까운 위치에 배치되어 있기 때문에, 비발광 결합된 캐리어나 발광한 광이 흡수되는 것에 의해 생기는 열이 효과적으로 분산ㆍ배제되어, 방열 상황을 개선할 수 있다. 이 때문에 온도 상승에 의한 발진 저해나 수명 단축화 등을 억제할 수 있다. 그 결과, 신뢰도를 높일 수 있다.
상기 포토닉 결정 레이저에서 바람직하게는 p형 전극의 외주에 메사 구조가 형성되고, 메사 구조의 표면 중 적어도 일부에 절연막이 형성되어 있다.
이것에 의해, 메사 구조가 형성되어 있는 층의 면내에 흐르는 무효 전류(누설 전류)를 제한할 수 있기 때문에, 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연막에 의해, 실장 부재와 p형 전극을 접속할 때에, 접속 부재에 의한 단락을 방지할 수 있다. 또한, 포토닉 결정부로부터 퍼지는 광의 진행을, 메사 구조의 표면에 형성된 절연막으로 적어도 p형의 층 또는 n형 기판과의 굴절율 차에 의해 반사시킨 광을 포토닉 결정부에 복귀시킴으로써 손실을 억제할 수 있다.
상기 포토닉 결정 레이저에 있어서 바람직하게는, 광 투과부는 p형 전극측에서 봤을 때 포토닉 결정부를 n형 기판의 제2 표면에 투영한 모든 영역을 포함하고 있다. 이것에 의해, 광 투과부를 넓게 설정하고, 광의 흡수를 보다 억제할 수 있기 때문에, 출력 저하를 보다 억제할 수 있다.
상기 포토닉 결정 레이저에 있어서 바람직하게는, 광 투과부는 p형 전극측에서 봤을 때 포토닉 결정부를 n형 기판의 제2 표면에 투영한 모든 영역을 포함하고, 광 투과부는 균일하게 분산된 개구부가 형성되며, 외주부와 전기적으로 접속되는 전극을 더 구비하고 있다.
균일하게 분산된 개구부가 형성된 전극에 의해, 전류 밀도 불균일을 억제하면서 전류를 증가시킬 수 있다. 이 때문에 출력을 향상시켜 광 투과부로부터 광을 취출하는 것이 가능하다.
상기 포토닉 결정 레이저에 있어서 바람직하게는, 광 투과부에 배치되고, n형 전극의 외주부와 전기적으로 접속되며, 광에 대하여 투명한 재료로 이루어지는 투명 전극을 더 구비하고 있다.
이것에 의해, 외주부 및 투명 전극을 전극으로서 전류를 주입할 수 있으므로, 전류를 증가시킬 수 있다. 또한, 외주부에서 전류를 흘리기 때문에, 투명 전극을 얇게 형성할 수 있어서, 광의 흡수를 억제할 수 있기 때문에, 효율적으로 출력을 증가시킬 수 있다.
또한, 광 투과부에는 n형 기판과 대기중의 굴절율 차에 의한 반사 성분을 줄이기 위한, 무반사피막이 형성되어 있어도 좋다.
상기 포토닉 결정 레이저에서 바람직하게는, n형 기판은 질화갈륨이다. 질화갈륨으로 이루어지는 도전성 기판을 이용하는 것에 의해, 효율적으로 광 투과부로 광을 투과할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 포토닉 결정부와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부와, 광 투과부보다 광의 투과율이 낮은 외주부로 이루어지는 n형 전극과, 포토닉 결정부 위에 형성된 p형 전극을 구비하고 있기 때문에, 출력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 선분 II-II를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 2에서의 화살표 III-III에서 보았을 때의 일부 투시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에서의 n형 전극을 도시하는 다른 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에서의 n형 전극을 도시하는 또 다른 개략 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 광 투과부와 포토닉 결정부의 관계를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.
<부호의 설명>
100, 200, 300: 포토닉 결정 레이저 110: 소자
111: n형 기판 111a: 제1 표면
111b: 제2 표면 112: n형 클래드층
112a, 160: 절연막 113: 활성층
114: p형 가이드층 114a: p형 전자 블록층
115: 포토닉 결정층 115a: 포토닉 결정부
115a1: 저굴절율부 115a2: 고굴절율부
116: p형 클래드층 117: p형 콘택트층
118: p형 전극 119: n형 전극
119a: 광 투과부 119a1: 전극
119a2: 개구부 119b: 외주부
119c: 투명 전극 120: 실장 부재
121: 스템ㆍ패키지 122: 서브 마운트
130: 접속 부재 140: 볼부
141: 와이어 151: p형 패드 전극
D1, D2: 직경
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2는 도 1에서의 선분 II-II를 따라 취한 단면도이다. 또한, 도 2에서 포토닉 결정부(115a)는 모식적으로 크게 도시하고 있다. 도 3은 도 2에서의 화살표 III-III에서 보았을 때의 일부 투시도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 설명한다. 또한, 포토닉 결정 구조란, 상대적으로 저굴절율의 재료로 이루어지는 저굴절율부와 상대적으로 고굴절율의 재료로 이루어지는 고굴절율부를 가지며, 굴절율이 주기적으로 변화되는 구조체를 의미한다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 포토닉 결정 레이저(100)는 n형 기판(111)과, n형 클래드층(112)과, 활성층(113)과, p형 클래드층(116)과, 포토닉 결정층(115)과, p형 전극(118)과, n형 전극(119)과, 실장 부재(120)를 구비하고 있다. n형 기판(111)은 제1 표면(111a)과 제1 표면(111a)과 반대측의 제2 표면(111b)을 포함하며, 도전성을 가진다. n형 클래드층(112)은 n형 기판(111)의 제1 표면(111a) 위에 형성되어 있다. 활성층(113)은 n형 클래드층(112) 위에 형성되고, 광을 발생한다. p형 클래드층(116)은 활성층(113) 위에 형성되어 있다. 포토닉 결정층(115)은 n형 클래드층(112)과 활성층(113) 사이, 또는 활성층(113)과 p형 클래드층(116) 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함한다. p형 전극(118)은 포토닉 결정부(115a) 위에 형성되어 있다. n형 전극(119)은 n형 기판(111)의 제2 표면(111b) 위에 형성되고, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 광 투과 부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어진다. 실장 부재(120)는 p형 전극(118) 위에 형성되어 있다.
구체적으로는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(100)는 n형 기판(111)과, n형 클래드층(112)과, 활성층(113)과, p형 가이드층(114)과, p형 전자 블록층(114a)과, 포토닉 결정층(115)과, p형 클래드층(116)과, p형 콘택트층(117)과, p형 전극(118)과, n형 전극(119)을 포함하는 소자(110)와, 스템ㆍ패키지(121)와, 서브마운트(122)와, 접속 부재(130)와, n형 패드 전극과, 와이어 본딩의 볼부(140)와, 와이어(141)를 구비하고 있다. 포토닉 결정 레이저(100)는 p형 반도체가 실장 부재(120)측에 배치되는(도 2에서 하측에 배치되는) 정션 다운의 실장 구조이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, n형 기판(111)은 제1 표면(111a)과 제1 표면(111a)과 반대측의 제2 표면(111b)을 포함하고 있다. n형 기판(111)은 도전성의 n형이면 특별히 한정되지 않지만, III-V족 반도체 기판 또는 SiC(탄화규소) 기판인 것이 바람직하고, 질화갈륨(GaN)으로 이루어져 있는 것이 보다 바람직하다. n형 기판(111)은 활성층(113)에서 발생하는 광을 투과하는 투광성이고, 광의 투과율은 예컨대 n형 기판(111)의 두께가 300 ㎛에서는 50% 이상이다.
n형 클래드층(112)은 n형 기판(111)의 제1 표면(111a) 위에 형성되고, 예컨대 n형 AlGaN, n형 GaN 등으로 이루어져 있다.
활성층(113)은 n형 클래드층(112) 위에 형성되고, 캐리어의 주입에 의해 광을 발광한다. 활성층(113)은, 예컨대 InGaN 및 GaN으로 이루어지는 다중 양자우물 구조로 구성되어 있다. 또한, 활성층(113)은 단일 반도체 재료로 이루어지져 있어도 좋다.
p형 가이드층(114)은 활성층(113) 위에 형성되고, 예컨대 GaN으로 이루어져 있다.
p형 전자 블록층(114a)은 p형 가이드층(114) 위에 형성되고, 예컨대 AlGaN으로 이루어져 있다. 또한 p형 전자 블록층(114a)은 활성층(113)과 포토닉 결정층(115) 사이에 배치되어 있으면, p형 가이드층(114) 위에 형성되는 배치에 특별히 한정되지 않는다.
포토닉 결정층(115)은 n형 기판(111)의 제1 및 제2 표면(111a, 111b)이 연장되는 방향을 따라, p형 전자 블록층(114a) 위에 형성되어 있다. 포토닉 결정층(115)은 포토닉 결정부(115a)를 포함하고 있다. 포토닉 결정층(115)에서의 포토닉 결정부(115a) 이외의 영역은, 예컨대 포토닉 결정부(115a)의 고굴절율부(115a2)와 동일한 재료로 이루어져 있다.
포토닉 결정층(115)에서의 포토닉 결정부(115a)는, 상대적으로 저굴절율의 재료로 이루어지는 저굴절율부(115a1)와, 상대적으로 고굴절율의 재료로 이루어지는 고굴절율부(115a2)를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 갖고 있다. 즉, 포토닉 결정층(115)에서의 포토닉 결정부(115a)는 저굴절율부(115a1)와, 고굴절율부(115a2)가 주기적으로 배치되어 있는 영역이다. 저굴절율부(115a1)를 구성하는 재료는 고굴절율부(115a2)를 구성하는 재료의 굴절율보다 낮으면 특별히 한정되지 않는다. 예 컨대 저굴절율부(115a1)는 굴절율이 약 1.44인 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, 고굴절율부(115a2)는 굴절율이 약 2.54인 GaN으로 이루어져 있다. 저굴절율부(115a1) 및 고굴절율부(115a2)를 구성하는 재료의 굴절율의 차를 크게 취하면, 고굴절율부(115a2)의 매질 내에 광을 가둘 수 있기 때문에, 유리하다. 또한 저굴절율부(115a1)는 산화실리콘에 한정되지 않고, 다른 재료로 이루어져 있어도 좋으며, 아무것도 매립되지 않는 구멍부(기체, 예컨대 굴절율이 1인 공기가 존재하는 상태)로 하여도 좋다.
저굴절율부(115a1) 또는 고굴절율부(115a2)는 삼각격자나 정방 격자 등 일정한 방향으로 정렬되어 있다. 또한, 삼각격자란, 포토닉 결정부(115a)를 위쪽에서 보았을 때에, 좌우 방향 및 이 좌우 방향에 대하여 60˚의 경사 각도로 연장되는 방향이고, 임의의 저굴절율부(115a1)[또는 고굴절율부(115a2)]와 근접(또는 인접)하는 저굴절율부(115a1)[또는 고굴절율부(115a2)]의 수가 6이 되는 경우를 의미한다. 또한, 정방 격자란 임의의 저굴절율부(115a1)[또는 고굴절율부(115a2)]와 근접(또는 인접)하는 저굴절율부(115a1)[또는 고굴절율부(115a2)]의 수가 8이 되는 경우를 의미한다. 일정한 방향으로 정렬한 저굴절율부(115a1) 또는 고굴절율부(115a2)의 중심 사이를 연결하는 거리인 피치는 파장이 400 ㎚ 정도의 광에 유효한 관점에서, 예컨대 160 ㎚ 이하로 되어 있다.
p형 클래드층(116)은 포토닉 결정층(115) 위에 형성되고, 예컨대 p형의 AlGaN로 이루어져 있다. n형 클래드층(112) 및 p형 클래드층(116)은 활성층(113) 에 부여되어야 하는 캐리어가 전도하는 도전층으로서 기능한다. 이 때문에 n형 클래드층(112) 및 p형 클래드층(116)은 활성층(113)을 사이에 두도록 설치되어 있다. 또한 n형 클래드층(112) 및 p형 클래드층(116)은 각각, 활성층(113)에 캐리어(전자 및 정공)를 가두는 가둠층으로서 기능한다. 즉, n형 클래드층(112), 활성층(113), 및 p형 클래드층(116)은 더블 헤테로 접합을 형성하고 있다. 이 때문에 발광에 기여하는 캐리어를 활성층(113)에 집중시킬 수 있다.
p형 콘택트층(117)은 p형 클래드층(116) 위에 형성되고, 예컨대 p형의 GaN으로 이루어져 있다. p형 콘택트층(117)은 p형 전극(118)과의 접촉을 옴 접촉으로 하기 위해 형성된다.
p형 전극(118)은 p형 콘택트층(117) 위로서, 포토닉 결정부(115a) 위에 형성되어 있다. p형 전극(118)은, 예컨대 Au(금) 등으로 이루어져 있다.
p형 전극(118)은 포토닉 결정부(115a)의 적어도 일부와 중첩되도록 배치되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 p형 전극(118)은 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이 p형 콘택트층(117) 표면에서 대략 중앙부에 배치되어 있어도 좋고, p형 콘택트층(117) 표면에서 한쪽 단부에 배치되어도 좋다. 또한 p형 전극(118)은 레이저 발진에 필요한 전류 밀도를 얻을 수 있는 정도의 크기인 것이 바람직하고, 예컨대 사방 100 ㎛ 정도의 크기이다.
또한, 포토닉 결정부(115a)에 큰전류를 주입할 수 있는 관점에서, n형 전극(119)측에서 보았을 때 포토닉 결정부(115a)를 p형 콘택트층(117) 표면에 투영한 모든 영역 위에 배치되는 것이 바람직하다.
n형 전극(119)은 n형 기판(111)의 제2 표면(111b) 위에 형성되고, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 광 투과부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어진다. 광 투과부(119a)는 주로 발생한 광을 투과하는 부분이고, 외주부(119b)는 전류를 주입하기 위한 전극의 역할을 한다.
광 투과부(119a)는 p형 전극(118)측에서 보았을 때 포토닉 결정부(115a)를 n형 기판(111)의 제2 표면(111b)에 투영한 모든 영역을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상대적으로 광을 투과하는 광 투과부(119a)의 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 광 투과부(119a)에서의 광의 흡수를 보다 억제할 수 있고, 출력 저하를 보다 억제할 수 있다.
또한, 저굴절율부(115a1)와 고굴절율부(115a2)의 굴절율의 차에 의해 출사면측에서 회절한 레이저광의 반사를 줄일 목적으로, 광 투과부(119a)에 무반사 코팅을 실시하는 것은 효과적이다.
n형 전극의 광 투과부(119a)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 예컨대 전체면이 개구되어 있고, 외주부(119b)로만 전류를 주입하고 있지만, 특별히 이에 한정되지 않는다. 도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 광 투과부(119a)에 배치되고, n형 전극(119)의 외주부(119b)와 전기적으로 접속되며, 광에 대하여 투명한 재료로 이루어지는 투명 전극(119c)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 투명 전극(119c)이 형성되는 경우에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 투명 전극(119c)이 광 투과부(119a)의 전체면에 형성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 투명 전극(119c)이 광 투과부(119a)의 일부에 형성되어 있어도 좋다(도시 생략).
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에서의 n형 전극(119)을 도시하는 다른 개략 평면도이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시형태에서의 n형 전극(119)을 도시하는 또 다른 개략 평면도이다. 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 광 투과부(119a)는 균일하게 분산된 개구부(119a2)가 형성되고, 외주부(119b)와 전기적으로 접속되는 전극을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 전극을 구비하는 광 투과부(119a)로서, 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이, 전극(119a1)과, 격자형으로 개구가 형성된 개구부(119a2)로 이루어지는 구조나, 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같이, 전극(119a1)과, 물방울형으로 개구가 형성된 개구부(119a2)로 이루어지는 구조 등을 들 수 있다.
또한, 광 투과부(119a)가 균일하게 분산된 개구부(119a2)가 형성되고, 외주부(119b)와 전기적으로 접속되는 전극(119a1)을 더 구비하고 있는 경우에는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 개개의 개구부(119a2)는 p형 전극측에서 보았을 때 포토닉 결정부(115a)의 저굴절율부(115a1)를 광 투과부(119a)에 투영한 모든 영역을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 광 투과부(119a)에서의 개구부(119a2)의 직경 D2는, 저굴절율부(115a1)의 직경 D1보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 저굴절율부(115a1)의 직경 D1보다 개구부(119a2)의 직경 D2가 큰 개구부(119a2)의 비율이 개구부(119a2) 전체의 50% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 소자(110)에서의 출력이 큰 저굴절율부(115a1)의 광을 투과할 수 있고, 보다 큰 전류를 흘릴 수 있기 때문에, 출력 을 보다 증가시킬 수 있다. 또한, 도 7은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 광 투과부와 포토닉 결정부의 관계를 도시하는 개략 단면도이다.
특히, 광 투과부(119a)가 도 4에 도시하는 투명 전극(119c)과, 개구부(119a2)가 형성된 전극(119a1)을 구비하고 있는 경우에는 효과적이다. 이 경우, 큰전류를 주입하여도, 투명 전극(119c)의 두께를 보다 얇게 할 수 있고, 전류 밀도를 균일화할 수 있기 때문에, 보다 큰전류를 주입할 수 있고 광의 흡수를 억제하여 출력을 향상시킬 수 있다.
n형 전극(119)의 외주부(119b)는 예컨대 티탄과 알루미늄과 티탄과 금이 이 순으로 적층된 구조로 이루어져 있다. n형 전극(119)이 전극(119a1)을 포함하고 있는 경우에는, 전극(119a1)은, 예컨대 티탄과 알루미늄과 티탄과 금이 적층된 구조로 이루어져 있다. 또한, 전극(119a1)을 구성하는 재료는 외주부(119b)를 구성하는 재료와 동일하여도 좋고, 상이하여도 좋다.
또한, 도 2에 도시하는 n형 전극(119)의 광 투과부(119a)는 n형 기판(111)의 제2 표면(111b)의 대략 중앙에 배치되어 있지만, n형 기판(111)의 제2 표면(111b)의 한쪽 단부에 배치되어 있어도 좋다.
또한, 소자(110)에 있어서 포토닉 결정층(115)은, 활성층(113)과 p형 클래드층(116) 사이에 형성되어 있지만, 특별히 이 구성에 한정되지 않고, n형 클래드층(112)과 활성층(113) 사이에 형성되어 있어도 좋다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 실장 부재(120)는 칩을 고정하기 위한 부재이다. 제1 실시형태의 실장 부재(120)는 스템ㆍ패키지(121)와 서브마운트(122)를 포 함하고 있지만, 특별히 이 구성에 한정되지 않고, 단수층이어도 3층 이상의 층이어도 좋다. 또한 스템ㆍ패키지(121)는 예컨대 철계(鐵系) 재료로 이루어진다. 서브마운트(122)는 열전도율이 높은 재료인 것이 바람직하고, 예컨대 AlN(질화알루미늄)으로 이루어진다.
또한, 접속 부재(130)는 소자(110)와 실장 부재(120)를 전기적으로 접속하고 있다. 접속 부재(130)는, 예컨대 AuSn(주석)으로 이루어지는 땜납이나 은으로 이루어지는 도전성 페이스트 등을 이용할 수 있다. 또한, 접속 부재(130)는 소자(110)의 측방 단부로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있기 때문에, 접속 부재(130)에 의한 소자(110)의 단락을 방지하고 있다.
n형 패드 전극 및 와이어 본딩 볼부(140)는, 예컨대 Au으로 이루어진다. 볼부(140)로부터 연장되는 와이어(141)는 스템ㆍ패키지(121)의 단자(도시 생략)와 n형 전극(119)을 전기적으로 접속한다. 와이어(141)는 예컨대 Au으로 이루어져 있다.
다음에, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 제1 실시형태에서의, 포토닉 결정 레이저의 제조방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 8은 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.
우선, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 표면(111a)과 제1 표면(111a)과 반대측의 제2 표면(111b)을 포함하는 도전성의 n형 기판(111)을 준비하는 공정(S10)을 실시한다. 이 공정(S10)에서는 III-V족 반도체 기판 또는 SiC 기판을 준비하는 것이 바람직하고, GaN으로 이루어지는 기판을 준비하는 것이 보다 바람직하다.
다음에, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시하는 바와 같이, n형 기판(111)의 제1 표면(111a) 위에 n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20)을 실시한다. 이 공정(S20)에서는, 예컨대 OMVPE법(Organic Metal Vapor Phase Epitaxy: 유기 금속 기상 성장법)에 의해 n형 AlGaN으로 이루어지는 n형 클래드층(112)을 형성한다.
다음에, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시하는 바와 같이, n형 클래드층(112) 위에, 광을 발생하는 활성층(113)을 형성하는 공정(S30)을 실시한다. 이 공정(S30)에서는, 예컨대 OMVPE법에 의해 InGaN 및 GaN으로 이루어지는 다중 양자우물 구조의 활성층(113)을 형성한다.
다음에, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 활성층(113) 위에 p형 가이드층(114)을 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 OMVPE법에 의해 GaN으로 이루어지는 p형 가이드층(114)을 형성한다.
다음에, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, p형 가이드층(114) 위에 p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 OMVPE법에 의해 AlGaN으로 이루어지는 p형 전자 블록층(114a)을 형성한다. 또한, p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정은 활성층(113)을 형성하는 공정 후에 실시하여도 좋다. 이 경우에는 p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정 후에 p형 가이드층(114)을 형성하는 공정을 실시한다.
다음에, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 활성층(113)과 p형 클래드층(116) 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)을 실시한다. 이 공정(S40)에서는, 예컨대 막을 형성하는 공정과, 마스크층을 형성하는 공정과, 노광을 행하는 공정과, 현상을 행하는 공정과, 드라이 에칭을 행하는 공정과, 마스크층을 제거하는 공정과, 에피텍셜 성장시키는 공정을 실시한다. 구체적으로는 이하의 공정을 실시한다.
우선, p형 전자 블록층(114a) 위에, 저굴절율부(115a1)를 구성하는 재료로 이루어지는 막을 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 성장)법에 의해 SiO2로 이루어지는 막을 형성한다. 또한, 형성하는 막의 재료는 저굴절율부(115a1)를 구성하는 재료이면, SiO2에 특별히 한정되지 않는다.
그리고, 상기 저굴절율부(115a1)를 구성하는 막 위에, 마스크층을 형성하는 공정을 실시한다. 마스크층으로서는, 예컨대 EB(전자빔) 노광용 레지스트[니혼제온(주)제 ZEP520]를 이용한다. 마스크층은 EB 노광용 레지스트에 한정되지 않고, 예컨대 SiN 등의 절연막 등에 EB 묘사 패턴을 에칭 전사하여 마스크로 할 수도 있다. 또한 다층의 마스크를 이용할 수도 있다.
그리고, 마스크층에 노광을 행하는 공정을 실시한다. 노광은, 예컨대 EB(전자빔) 노광에 의해 마스크층에 직접 마스크 패턴을 묘사한다. 이 마스크 패턴은 미리 결정된 형상으로 하고, 예컨대 대략 동일하고 일정한 방향으로 정렬한 평면 형상에서 원형으로 한다.
그리고, 현상을 행하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 EB로 노광된 부분을 녹인다. 마스크 패턴을 상기 형상으로 하면, 대략 동일하고 일정한 방향으로 정렬된 평면 형상에서 원형의 마스크층이 형성되어 있다.
그리고, 건식 에칭을 행하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 CF4나 CHF3 등의 플루오르카본가스를 이용한 ICP(Inductive Coupled Plasma: 유도 결합 플라즈마)-RIE(Reactive Ion Etching: 반응성 이온 에칭) 등의 RIE를 들 수 있다. 건식 에칭을 행하는 공정에서는, 마스크층이 원형인 경우에는 마스크층에 덮여 있지 않은 부분에서 에칭이 진행되고, 포토닉 결정 구조의 저굴절율부(115a1)를 형성할 수 있다. 마스크층의 형상이 평면 형상에서 원형인 경우에는 저굴절율부(115a1)는 원기둥형이 된다.
또한, 건식 에칭에 이용하는 가스는 플루오르카본가스에 한정되지 않고, 예컨대 Cl2(염소)계 가스 또는 HI(요오드화수소산)계 가스 등을 이용하여도 좋다. 또한 Cl2 가스 또는 HI 가스에 아르곤 가스나 크세논 가스 등의 불활성 가스를 혼합하여도 좋다. 이 경우에는 Cl2 가스 또는 HI 가스와 불활성 가스의 비는 대략 2:1로 행하는 것이 바람직하다.
또한, 건식 에칭은 ICP-RIE에 한정되지 않고, 예컨대 평행 평판 RIE를 행하여도 좋다. 또한 건식 에칭 대신에 습식 에칭이나 밀링 등을 적용하여도 좋다.
그리고, 마스크층을 제거하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 용 제에 의해 마스크층을 제거한다.
그리고, 고굴절율부(115a2)를 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 OMVPE법에 의해 p형 가이드층(114)으로부터 에피텍셜 성장시키고, 저굴절율부(115a1)를 덮도록, 예컨대 GaN으로 이루어지는 고굴절율부(115a2)를 형성한다. 이것에 의해, 저굴절율부(115a1)와 고굴절율부(115a2)로 이루어지는 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성할 수 있다.
또한, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)은 활성층(113)을 형성하는 공정(S30)과 p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50) 사이에 실시되는 순서에 특별히 한정되지 않는다. 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)은 n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20)과 활성층(113)을 형성하는 공정(S30)을 실시하는 공정 사이에 실시하여도 좋다.
다음에, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시한 바와 같이, 활성층(113) 위에 p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50)을 실시한다. 이 공정(S50)에서는, 포토닉 결정층(115) 위에, 예컨대 OMVPE법에 의해 p형의 AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층(116)을 형성한다.
다음에, 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 포토닉 결정부(115a) 위에 p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)을 실시한다. 이 공정(S60)에서는 p형 콘택트층(117) 위로서, 포토닉 결정부(115a) 위에 p형 전극(118)을 형성한다.
이 공정(S60)에서는, 예컨대 p형 콘택트층(117) 위로서, 포토닉 결정부(115a) 위에, 예컨대 증착법에 의해 Ni과 Au을 이 순서로 증착하고, 합금화를 실시하여, p형 전극(118)을 형성한다.
다음에, 도 8에 도시하는 바와 같이, n형 기판(111)의 제2 표면(111b) 위에, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치되는 광 투과부(119a)와, 광 투과부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)을 실시한다. 이 공정(S70)에서는, p형 전극(118)측에서 보았을 때 포토닉 결정부(115a)를 n형 기판(111)의 제2 표면(111b)에 투영한 모든 영역을 포함하도록 광 투과부(119a)를 형성하는 것이 바람직하다.
n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)에서는, 저굴절율부(115a1)와 고굴절율부(115a2)의 굴절율의 차에 의해 회절한 레이저광의 반사를 줄이는 목적으로, 광 투과부(119a)에 무반사 코팅을 실시하는 공정을 더 실시하여도 좋다.
또한, n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, n형 전극(119)의 외주부(119b)와 전기적으로 접속되고, 광에 대하여 투명한 재료로 이루어지는 투명 전극(119c)을, 광 투과부(119a)에 더 형성하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)에서는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 균일하게 분산된 개구부(119a2)가 형성되고, 외주부(119b)와 전기적으로 접속되는 전극을 광 투과부(119a)에 형성하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전극(119a1)을 형성하는 공정은 에칭으로 행하여도 좋고, 리프트 오 프에 의해 행하여도 좋다. 예컨대 광 투과부(119a)에, 개구부(119a2)가 되어야 하는 레지스트 패턴을 형성하고, 그 위에 전극(119a1)이 되어야 하는 금속막을 형성하여, 리프트 오프에 의해 전극(119a1)을 형성한다.
또한, 광 투과부(119a)는 전술한 바와 같이, 예컨대 도 4에 도시하는 바와 같이, 전극(119a1)과, 격자형으로 개구가 형성된 개구부(119a2)로 이루어지는 구조나, 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이, 전극(119a1)과, 물방울형으로 개구가 형성된 개구부(119a2)로 이루어지는 구조 등의 형상으로 가공할 수 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 개개의 개구부(119a2)는 p형 전극측에서 보았을 때 포토닉 결정부(115a)의 저굴절율부(115a1)를 광 투과부(119a)에 투영한 모든 영역을 포함하도록 광 투과부(119a)를 형성하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전극(119a1)을 형성하는 경우에는, 외주부(119b)를 형성할 때에, 마찬가지로 광 투과부(119a)에도 개구부(119a2)를 갖는 전극(119a1)을 형성하여도 좋다. 또한 외주부(119b)를 형성하는 공정과 별도로, 전극(119a1)을 형성하는 공정을 실시하여도 좋다.
다음에, n형 전극(119) 위에 n형 패드 전극을 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 티탄을 증착법에 의해 형성하고, 티탄 위에 금을 증착법에 의해 형성한다.
다음에, 도 8에 도시하는 바와 같이, p형 전극(118) 위에 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)을 실시한다. 이 공정(S80)에서는, 예컨대 땜납 등의 접속 부재(130)에 의해 소자(110)와 실장 부재(120)를 전기적으로 접속한다.
구체적으로는, 예컨대 철계 재료로 형성된 스템ㆍ패키지(121)를 준비한다. 그리고 스템ㆍ패키지(121)에 질화알루미늄제의 서브마운트(122)를 접착한다. 그리고 AuSn으로 이루어지는 땜납 등의 접속 부재(130)를 적당량 이용하여, p형 전극(118)과 서브마운트(122)를 접속한다. 이것에 의해, 소자(110)의 p형 반도체층측과 실장 부재(120)를 전기적으로 접속할 수 있는 p 다운 구조를 얻을 수 있다.
다음에, n형 전극(119)과 스템ㆍ패키지(121)를 전기적으로 접속하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 와이어본딩에 의해 볼부(140)를 n형 패드 전극에 접속하고, 와이어(141)를 스템ㆍ패키지(121)의 단자(도시 생략)와 전기적으로 접속한다.
이상의 공정(S10 내지 S80)을 실시하는 것에 의해, 도 1 내지 도 3에 도시하는 포토닉 결정 레이저(100)를 제조할 수 있다.
다음에, 포토닉 결정 레이저(100)의 발광 방법에 대해서, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
p형 전극(118)에 플러스 전압을 인가하면, p형 클래드층(116)으로부터 활성층(113)에 정공이 주입되고, n형 클래드층(112)으로부터 활성층(113)에 전자가 주입된다. 활성층(113)에 정공 및 전자(캐리어)가 주입되면, 캐리어의 재결합이 발생하고, 광이 발생된다. 발생되는 광의 파장은 활성층(113)이 구비하는 반도체층의 밴드갭에 의해 규정된다.
활성층(113)에서 발생된 광은 n형 클래드층(112) 및 p형 클래드층(116)에 의해 활성층(113) 내에 가둬지지만, 일부의 광은 에바네센트광으로서 포토닉 결정 층(115)에 도달한다. 포토닉 결정층(115)에 도달한 에바네센트광의 파장과, 포토닉 결정층(115)에서의 포토닉 결정부(115a)가 갖는 미리 결정된 주기가 일치하는 경우에는, 그 주기에 대응하는 파장에서 광은 회절을 반복하고, 정재파가 발생하며, 위상 조건이 규정된다. 포토닉 결정층(115)의 포토닉 결정부(115a)에 의해 위상이 규정된 광은 활성층(113) 내의 광에 피드백되고, 역시 정재파를 발생시킨다. 이 정재파는 포토닉 결정층(115)의 포토닉 결정부(115a)에서 규정되는 광의 파장 및 위상 조건을 만족하고 있다.
이러한 현상은, 활성층(113) 및 포토닉 결정층(115)이 2차원적으로 퍼짐을 가지고 형성되어 있기 때문에, n형 전극(119)을 중심으로 한 영역 및 그 부근에서 생길 수 있다. 충분한 양의 광이 이 상태에 축적된 경우, 파장 및 위상 조건이 갖추어진 광이 포토닉 결정층(115)에서의 포토닉 결정부(115a)의 주요면에 수직인 방향(도 1에서 상하 방향)으로 회절되고, 즉 n형 기판(111)의 제2 표면(111b)을 광 방출면으로서, 광 투과부(119a)로부터 방출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(100)에 의하면, 포토닉 결정부(115a) 위에 형성된 p형 전극(118)과, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 광 투과부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)을 구비하고 있다. 예컨대 p형 GaN에서는 두께가 1 ㎛ 정도의 박층 내에서는 가로 방향으로 거의 전류가 퍼지지 않고, 전극 바로 아래에만 전류가 주입된다. 즉, p형 반도체는 n형 반도체에 비해 저항이 높기 때문에 면내에 전류가 잘 퍼지지 않는다. 그러나, 포토닉 결 정 레이저(100)에서의 p형 전극(118)은 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 형성되어 있다. 전류 주입 영역이 에너지를 가장 잘 부여할 수 있기 때문에, p형 전극(118)으로부터 포토닉 결정부(115a)에 충분히 전류를 주입할 수 있다. 그 결과, 레이저 발진하기 쉽고 고출력을 얻기 쉽다. 또한, n형 반도체는 p형 반도체에 비해 저항이 낮기 때문에, 면내에서의 전류가 퍼지기 쉽다. 이 때문에 p형 전극(118)에 대향한 위치에 n형 전극(119)의 외주부(119b)가 배치되어 있지 않은 경우, 즉 전극이 배치되어 있지 않은 지점의 바로 아래로서도, p형 전극(118)으로 제한된 지점의 활성층(113)에 전류를 주입할 수 있다. 또한 n형 전극(119)의 광 투과부(119a)는 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치되어 있기 때문에, 취출되는 광은 잘 흡수되지 않는다. 그 결과, 출력의 저하를 억제할 수 있다.
더 나아가서는, p형 전극(118)측에서 실장 부재(120)에 실장되어 있기 때문에, 레이저 발진을 위한 활성층(113) 및 공진층인 포토닉 결정부(115a)가 실장 부재(120)에 가까운 위치에 배치된다. 이 때문에 비발광 결합된 캐리어나 발광한 광이 소자(110)에 흡수되는 것에 의해 생기는 열이 효과적으로 분산ㆍ배제되어, 방열 상황을 개선할 수 있다. 따라서, 온도 상승에 의한 발진 저해나 수명 단축화 등을 억제할 수 있고, 레이저 특성의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 소자(110)의 신뢰도를 높일 수 있다.
(제2 실시형태)
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저 를 설명한다. 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)는 기본적으로는 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(100)와 동일한 구성을 구비하고 있지만, p형 전극(118)의 외주에 메사 구조가 형성되고, 메사 구조의 표면 중 적어도 일부에 절연막(160)이 형성되어 있는 점에서만, 도 2에 도시하는 제1 실시형태와 상이하다.
제2 실시형태에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, p형 전극(118)에서 보았을 때, p형 전극(118)과, p형 콘택트층(117)과, p형 클래드층(116)과, 포토닉 결정층(115)과, p형 전자 블록층(114a)과, p형 가이드층(114)과, 활성층(113)과, n형 클래드층(112)과, n형 기판(111)의 일부에 걸쳐, 메사 구조가 형성되어 있다.
또한, 메사 구조의 표면에 절연막(160)이 형성되어 있다. 절연막(160)은 절연성 재료로 이루어져 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 SiO2이나 SiN 등을 이용할 수 있다. 절연막(160)을 구성하는 재료의 굴절율은 포토닉 결정부(115a)의 고굴절율 재료와 상이한 절연 재료인 것이 바람직하다. 또한, 절연막(160)은 단층이어도 복수층이어도 좋지만, 굴절율이 상이한 복수의 재료를 적층하여 이루어지면 반사 효과를 한층 더 높이는 것이 가능해지기 때문에 바람직하다.
다음에, 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)의 제조방법에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)의 제조방법은 기본적으로는 제1 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(100)의 제조 방법과 동일하지만, p형 전극(118)의 외주에 메사 구조를 형성하는 공정과, 메사 구조의 표면 중 적어도 일부에 절연막(160)을 형성하는 공정을 더 구비하고 있는 점에서만, 제1 실시형태와 상이하다.
구체적으로는, 도 8 및 도 9에 도시하는 바와 같이, n형 기판(111)을 준비하는 공정(S10), n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20), 활성층(113)을 형성하는 공정(S30), p형 가이드층(114)을 형성하는 공정, p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40), p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50), 및 p형 콘택트층(117)을 형성하는 공정을, 제1 실시형태와 동일하게 실시한다.
다음에, 메사 구조를 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 이하와 같이 실시한다. 우선, p형 콘택트층(117) 위로서, 포토닉 결정부(115a)에 대향하는 위치를 포함하도록 레지스트 등의 마스크층을 형성한다. 그리고, p형 콘택트층(117)과, p형 클래드층(116)과, 포토닉 결정층(115)과, p형 전자 블록층(114a)과, p형 가이드층(114)과, 활성층(113)과, n형 클래드층(112)과, n형 기판(111)의 일부에 걸쳐, 에칭에 의해 마스크층으로부터 개구되어 있는 부분을 에칭 등에 의해 제거하여, 메사 구조를 형성한다.
다음에, 절연막(160)을 형성하는 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예컨대 플라즈마 CVD법에 의해 SiO2나 SiN 등으로 이루어지는 절연막(160)을 형성한다. 그리고 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치를 포함하는 패턴을 갖는 레지스트 등의 마스크층을 형성한다. 그리고, 절연막(160)에서 마스크층으로부터 개구되어 있는 부분을, 예컨대 플루오르화수소산을 이용하여 제거한다.
다음에, p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)을 실시한다. 이 공정(S60)에서는 절연막(160)에서 개구되어 있는 부분에, 증착법 등에 의해, p형 전극(118)을 형성한다.
또한, 제2 실시형태에서의 p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)에서는, p형 전극(118) 위에 p형 전극(118)이 중심이 되도록, p형 패드 전극(151)을 형성하는 공정을 더 실시하고 있다.
다음에, 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)을, 제1 실시형태와 동일하게 실시한다. 이상의 공정(S10 내지 S80)을 실시하는 것에 의해, 도 9에 도시하는 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)를 제조할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)에 의하면, p형 전극(118)의 외주에 메사 구조가 형성되고, 메사 구조의 표면 중 적어도 일부에 절연막(160)이 형성되어 있다. p형 반도체는 고저항을 위해 전류가 면내 방향으로 잘 퍼지지 않지만, 도전성을 갖고 있기 때문에 미소 전류는 퍼진다. 이 때문에 메사 구조가 형성됨으로써, p형 반도체의 면내에 흐르는 미소한 무효 전류(누설 전류)의 퍼짐을 억제할 수 있기 때문에, 전력 효율을 높이는 것에 의해, 출력을 향상시킬 수 있다.
또한, 절연막(160)에 의해, 실장 부재(120)와 p형 전극(118)을 땜납 등의 접속 부재(130)로 접속할 때에 생기는 접속 부재에 의한 단락을 방지할 수 있다.
또한, 포토닉 결정부(115a)로부터 퍼지는 광을 메사 구조의 표면에 형성된 절연막(160)으로 피복함으로써, 반사 등에 의해 광을 가두는 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 광이 광 투과부(119a) 이외로부터 나와 버리는 것을 억제할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 도시하는 개략 단면도이다. 도 10을 참조하여, 본 발명의 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저를 설명한다. 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)는 기본적으로는 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)와 동일한 구성을 포함하고 있지만, 포토닉 결정층(115)이 n형 반도체층측에 설치되는 점에서만, 도 9에 도시하는 제2 실시형태와 상이하다.
제3 실시형태에서는 도 10에 도시하는 바와 같이, n형 클래드층(112)과, 활성층(113) 사이에 포토닉 결정층(115)이 형성되어 있다. n형 클래드층(112)에서 n형 기판(111)과 접하고 있는 면과 반대측의 면에는 복수의 오목부가 형성되어 있다. 이 오목부의 바닥면에는 절연막(112a)이 형성되어 있다. 절연막(112a)은 예컨대 SiO2 등으로 이루어진다. 절연막(112a) 위에는 예컨대 공기로 이루어지는 저굴절율부(115a1)가 형성되어 있다. n형 클래드층(112)에 있어서 오목부가 형성되어 있지 않은 영역 위에는, 예컨대 n형 AlGaN으로 이루어지는 고굴절율부(115a2)가 형성되어 있다.
다음에, 도 10 및 도 11을 참조하여, 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)의 제조방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법을 도시하는 흐름도이다. 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)의 제조방법은 기본적으로는 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)의 제조 방법과 동일하지만, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)을 n형 클래드층을 형성하는 공정(S20)과 활성층을 형성하는 공정(S30) 사이에 실시하는 점에서만, 제1 실시형태와 상이하다.
구체적으로는, 도 8 및 도 10에 도시하는 바와 같이, n형 기판(111)을 준비하는 공정(S10) 및 n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20)을 제2 실시형태와 동일하게 실시한다.
다음에, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)을 실시한다. 제3 실시형태에서는 이 공정(S40)에 대해서, 이하와 같이 실시한다.
구체적으로는, 우선 n형 클래드층(112)에서 n형 기판(111)과 접하고 있는 면과 반대측의 면 위에 마스크층을 형성한다. 이 마스크층에 노광을 행한 후, 현상한다. 이것에 의해, 마스크층에 개구부(패턴)를 형성할 수 있다. 다음에, 이 마스크층의 개구부로부터 노출되어 있는 n형 클래드층(112)을, 예컨대 건식 에칭 등에 의해 n형 기판(111)이 노출되지 않도록 제거한다. 그리고, 마스크층을 제거한다.
그리고, n형 클래드층(112) 오목부의 바닥면에, 예컨대 증착법 등에 의해, SiO2 등으로 이루어지는 절연막(112a)을 형성한다. 이 때, n형 클래드층(112)의 오목부 전체를 덮지 않도록 절연막(112a)을 형성한다.
그리고, n형 클래드층(112) 위에, 예컨대 OMVPE법에 의해 n형 AlGaN으로 이루어지는 고굴절율부(115a2)를 형성한다. 이 때, n형 클래드층(112)의 오목부에 형성된 절연막(112a) 위에는 결정이 잘 성장되지 않기 때문에, 공극이 형성된다. 이것에 의해, 이 공극 내에 존재하는 공기로 이루어지는 저굴절율부(115a1)와, n형 AlGaN으로 이루어지는 고굴절율부(115a2)를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성할 수 있다.
다음에, 활성층(113)을 형성하는 공정(S30), p형 가이드층(114)을 형성하는 공정, p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정, p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50), 및 p형 콘택트층(117)을 형성하는 공정을, 제2 실시형태와 동일하게 실시한다. 다음으로, 메사 구조를 형성하는 공정 및 절연막을 형성하는 공정을 제2 실시형태와 동일하게 실시한다. 다음에, p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60), n형 전극을 형성하는 공정(S70) 및 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)을, 제2 실시형태와 동일하게 실시한다.
이상의 공정(S10 내지 S80)을 실시하는 것에 의해, 도 10에 도시하는 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)를 제조할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)에 의하면, n형 반도체층측에 포토닉 결정층(115)을 형성하고 있다. n형 반도체층측에 포토닉 결정층(115)을 형성하기 위해, 저굴절율부(115a1)에 접하도록, 또한 구성하는 원자(예컨대 Si)가 n형 불순물이 되도록 절연막(112a)을 더 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 절연막(112a)을 구성하는 원자가 n형 불순물을 위해, 포토닉 결정 레이저(300)의 전압 상승 등의 특성 악화를 억제할 수 있다.
또한, n형 클래드층(112)의 오목부 바닥면에 절연막(112a)을 형성하는 것에 의해, 절연막(112a) 위에는 GaN, AlGaN 등의 결정이 성장 및 퇴적되기 어렵기 때문에, n형 클래드층(112)의 오목부에 형성된 절연막(112a) 위에는 양호한 형상을 유지한 공극을 형성할 수 있다. 이 때문에 저굴절율부(115a1)를 양호하게 형성할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 도 9에 도시하는 제2 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(200)의 제조방법에 따라서, 포토닉 결정 레이저(200)를 제조하였다.
구체적으로는, n형 기판(111)을 형성하는 공정(S10)에서는, 400 ㎛ 두께의 n형 GaN 기판을 준비하였다. 다음에, n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20)에서는 n형 기판(111)을 OMVPE로에 투입하고, 두께가 2 ㎛인 n형 GaN으로 이루어지는 n형 클래드층(112)을 n형 기판(111) 위에 형성하였다. 다음에, 활성층(113)을 형성하는 공정(S30)에서는, 계속해서 OMVPE로 내에서, 두께의 합계가 50 ㎚인 InGaN 양자우물형의 활성층(113)을 n형 클래드층(112) 위에 형성하였다. 다음에 p형 가이드층(114)을 형성하는 공정에서는, 계속해서 OMVPE로 내에서, 두께가 50 ㎚인 GaN으로 이루어지는 p형 가이드층(114)을 활성층(113) 위에 형성하였다. 다음에 p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정에서는, 계속해서 OMVPE로 내에서, 두께가 20 ㎚인 AlGaN으로 이루어지는 p형 전자 블록층(114a)을 p형 가이드층(114) 위에 형성하였다.
다음에, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)은, 이하와 같이 실시하였다. p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정을 실시한 후에, 일단 OMVPE로로부터 취출하였다. 그리고, 플라즈마 CVD법에 의해 p형 가이드층(114) 위에, 두께가 50 ㎚인 SiO2로 이루어지는 막을 형성하였다. 그리고, 전자빔 묘화 장치를 이용하여, 피치가 150 ㎚이고 직경이 80 ㎚인 원판을 정방 격자형으로 배열한 레지스트 패턴을 SiO2로 이루어지는 막 위로서, 그 대략 중앙부의 300 ㎛ 영역에 형성하였다. 그리고 ICP-RIE 장치를 이용하여, CF4 가스로 SiO2로 이루어지는 막에 있어서 레지스트 패턴으로부터 노출되어 있는 부분을 제거하였다. 그리고, 레지스트 패턴을 용제로 제거하였다. 이것에 의해, 피치가 150 ㎚이고 높이가 50 ㎚인 SiO2로 이루어지는 원기둥이 정방 격자형으로 배열된 저굴절율부(115a1)를 형성하였다. 그리고, 저굴절율부(115a1)가 형성된 상태의 층을 OMVPE로에 투입하고, 저굴절율부(115a1)를 매립하도록 p형 GaN을 성장시켜, 고굴절율부(115a2)를 형성하였다. 이것에 의해, 저굴절율부(115a1)와 고굴절율부(115a2)로 이루어지는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성하였다.
다음에, p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50)에서는, 계속해서 OMVPE로 내에서, 두께가 600 ㎚인 p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층(116)을 포토닉 결정층(115) 위에 형성하였다. 다음에, 계속해서 OMVPE로 내에서, 두께가 50 ㎚인 p형 GaN으로 이루어지는 p형 콘택트층(117)을 p형 클래드층(116) 위에 형성하였다.
다음에, 메사 구조를 형성하는 공정에서는, 우선 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 영역을 포함하도록, 포토리소그래피로 사방 400 ㎛의 레지스트 마스크를 형성하였다. 그리고 ICP-RIE 장치를 이용하여, Cl2 가스로 n형 클래드층까지 에칭하여 메사 구조를 형성하였다. 그리고, 레지스트 마스크를 용제를 이용하여 제거하였다.
다음에, 절연막(160)을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 두께가 300 ㎚인 SiO2로 이루어지는 막을 절연막(160)으로서, 메사 구조의 표면에 형성하였다.
다음에, p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)에서는, 절연막(160) 위로서 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에, 포토리소그래피에 의해 사방 200 ㎛의 개구부를 형성한 레지스트 패턴을 형성하였다. 그리고 플루오르화수소산을 이용하여, 개구부 아래의 절연막(160)을 제거하였다. 그리고, 절연막(160)의 개구부 중심에 사방 150 ㎛인 Ni와 Au가 적층된 구조의 p형 전극(118)을 형성하였다.
다음에, n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)에서는, 우선 n형 기판(111)의 제2 표면(111b)을 경면이 되도록 연마하고, 두께를 100 ㎛로 하였다. 그리고, ICP-RIE 장치 내에서 Cl2 가스를 이용하여 연마한 면의 가공 변질층을 제거하였다. 그리고 포토리소그래피에 의해 사방 150 ㎛의 레지스트 마스크를, 포토닉 결정 부(115a)와 대향하는 위치로서, n형 기판(111)의 제2 표면(111b) 위에 형성하였다. 그리고 Ti와 Al이 적층된 구조의 금속막을 형성하여, 레지스트 마스크를 제거하였다. 리프트 오프에 의해 광 투과부(119a)와, Ti와 Al이 적층된 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극을 형성하였다. 또한 가열로에 투입하여, 500℃로 어닐링 처리를 실시하였다.
다음에, p형 전극(118) 위로서, p형 전극(118)이 중심이 되도록, 사방 500 ㎛에 Ti와 Au가 적층된 p형 패드 전극(151)을 형성하였다. 또한, n형 전극(119)의 외주부(119b) 위에도 Ti와 Au가 적층된 n형 패드 전극을 형성하였다.
다음에, 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)에서는, 우선 철계 재료로 이루어지는 스템ㆍ패키지(121)에 질화알루미늄제의 서브마운트(122)를 접착하였다. 그리고 서브마운트(122) 위에, 접속 부재로서의 AuSn으로 이루어지는 땜납을 적당량 이용하여, p형 패드 전극(151)과 전기적으로 접속하였다. 또한, n형 패드 전극(151)과 스템ㆍ패키지(121) 단자 사이를 Au으로 이루어지는 볼부(140) 및 와이어(141)로 본딩하였다.
이상의 공정을 실시하는 것에 의해, 실시예 1에서의 포토닉 결정 레이저를 제조하였다.
(실시예 2)
실시예 2에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법은, 기본적으로는 실시예 1에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법과 동일하지만, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40), 메사 구조를 형성하는 공정, 절연막(160)을 형성하는 공정, p형 전 극(118)을 형성하는 공정(S60), n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70), 및 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)에서만, 실시예 1과 상이하다.
구체적으로는, n형 기판을 준비하는 공정(S10), n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20), 활성층(113)을 형성하는 공정(S30), p형 가이드층(114)을 형성하는 공정, 및 p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정을 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
다음에, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)에서는, 우선 p형 가이드층(114)을 형성하는 공정을 실시한 후에, 일단 OMVPE로로부터 취출하였다. 그리고 전자빔 묘화 장치에 의해, p형 가이드층(114) 위에, 피치가 150 ㎚이고 직경이 70 ㎚인 원판형 개구부를 삼각 격자형으로 배열한 레지스트 패턴을 포토닉 결정층(115) 위로서 대향하는 길이가 400 ㎛인 육각형 영역에 형성하였다. 그리고 전자붐 증착 장치를 이용하여, Al2O3로 이루어지는 막을 50 ㎚ 형성하였다. 그리고 레지스트 패턴을 용제로 제거하였다. 리프트 오프에 의해 피치가 150 ㎚이고 직경이 70 ㎚이며, 높이가 50 ㎚인 Al2O3로 이루어지는 육각 기둥이 정방 격자형으로 배열된 저굴절율부(115a1)를 형성하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, 저굴절율부(115a1)가 형성된 상태의 층을 OMVPE로에 투입하고, 저굴절율부(115a1)를 매립하도록 p형 GaN을 성장시켜, 고굴절율부(115a2)를 형성하였다. 이것에 의해, 저굴절율부(115a1)와 고굴절율부(115a2)로 이루어지는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성하였다.
다음에, 메사 구조를 형성하는 공정에서는, 우선 포토닉 결정부(115a)를 포함하도록, 포토리소그래피로 대향하는 길이(대각)가 500 ㎛인 육각형 레지스트 마스크를 형성하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, ICP-RIE 장치를 이용하여, Cl2 가스로 n형 클래드층까지 에칭하여 메사 구조를 형성하였다. 그리고, 레지스트 마스크를 용제를 이용하여 제거하였다.
다음에, 절연막(160)을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 두께가 300 ㎚인 SiN으로 이루어지는 막을 절연막(160)으로서, 메사 구조의 표면에 형성하였다.
다음에, p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)에서는, 절연막(160) 위로서 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에, 포토리소그래피에 의해 대향하는 길이가 300 ㎛인 육각형 개구부를 형성한 레지스트 패턴을 형성하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, 플루오르화수소산을 이용하여, 개구부 아래의 절연막(160)을 제거하였다. 그리고, 절연막(160)의 개구부 중심에 대향하는 길이가 200 ㎛인 육각형 형상의 Ni와 Au가 적층된 구조의 p형 전극(118)을 형성하였다. 또한 가열로에 투입하여, 500℃로 어닐링 처리를 실시하였다.
다음에, n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)에서는, 실시예 1과 동일하게, n형 기판(111)의 제2 표면(111b)을 경면이 되도록 연마하여, 두께를 100 ㎛로 하였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, ICP-RIE 장치 내에서 Cl2 가스를 이용하여 연마한 면의 가공 변질층을 제거하였다. 그리고, 포토리소그래피에 의해, 대향하는 길 이가 200 ㎛인 육각형 레지스트 마스크를, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치로서, n형 기판(111)의 제2 표면(111b) 위에 형성하였다. 그리고 ITO(Indium-Tin-Oxide: 산화인듐주석)로 이루어지는 금속막을 형성하여, 레지스트 마스크를 제거하였다. 리프트 오프에 의해 광 투과부(119a)와, ITO로 이루어지는 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)을 형성하였다.
다음에, p형 전극(118) 위로서, p형 전극(118)이 중심이 되도록, 대향하는 길이가 500 ㎛인 육각형 영역에 Ti와 Au가 적층된 p형 패드 전극(151)을 형성하였다. 또한 n형 전극(119)의 외주부(119b) 위에도, 중앙부에 Ti와 Au가 적층된 n형 패드 전극이 배치되도록 패터닝하여, n형 패드 전극을 형성하였다.
다음에, 실장 부재(120)를 형성하는 공정에서는, 우선 철계 재료로 이루어지는 스템ㆍ패키지(121)에 질화알루미늄제의 서브마운트(122)를 접착하였다. 그리고 서브마운트(122) 위에, 접속 부재(130)로서 땜납 대신에 은 페이스트를 적당량 이용하여, p형 패드 전극(151)과 전기적으로 접속하였다. 또한 n형 패드 전극과 스템ㆍ패키지(121) 단자 사이를 Au으로 이루어지는 볼부(140) 및 와이어(141)로 본딩하였다.
이상의 공정을 실시하는 것에 의해, 실시예 2에서의 포토닉 결정 레이저를 제조하였다.
(실시예 3)
실시예 3에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법은, 기본적으로는 실시예 1에서의 포토닉 결정 레이저의 제조방법과 동일하지만, 포토닉 결정층(115)이 n형 클 래드층(112)과 활성층(113) 사이에 설치되고, 저굴절율부(115a1)가 공기로 이루어지는 점에서만, 실시예 1과 상이하다. 실시예 3에서는 도 10에 도시하는 제3 실시형태에서의 포토닉 결정 레이저(300)의 제조 방법에 따라서, 포토닉 결정 레이저(300)를 제조하였다.
구체적으로는, n형 기판(111)을 형성하는 공정(S10)을 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 다음에 n형 클래드층(112)을 형성하는 공정(S20)에서는, OMVPE로에 투입하고, 두께가 2 ㎛인 n형 AlGaN으로 이루어지는 n형 클래드층(112)을 n형 기판(111) 위에 형성하였다.
다음에, 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)에서는, 이하와 같이 실시하였다. 우선, n형 기판(111)과 이 위에 형성된 n형 클래드층(112)을 OMVPE로로부터 취출하였다. 계속해서, 전자빔 묘화 장치를 이용하여, 피치가 150 ㎚이고 직경이 80 ㎚인 구멍을 정방 격자형으로 배열한 패턴을, n형 클래드층(112) 위의 사방 300 ㎛의 영역에 형성하였다. 이것에 의해, 마스크층으로서의 레지스트 패턴을 형성하였다. 그리고 ICP-RIE 장치를 이용하여, Cl2 가스로, n형 클래드층(112)에서 레지스트 패턴으로부터 노출되어 있는 부분을 깊이가 100 ㎚가 되도록 제거하였다. 이것에 의해, n형 클래드층(112)에 복수의 오목부를 형성하였다. 이 오목부의 바닥면 위에, SiO2를 전자빔 증착법에 의해 10 ㎚ 증착하고, 절연막(112a)을 형성하였다. 그 후, 용제에 의해 레지스트 패턴을 제거하였다. 이것에 의해, 피치가 150 ㎚, 직경이 80 ㎚, 깊이가 100 ㎚이고, 바닥면에 10 ㎚ 두께인 SiO2로 이루어지는 절연막(112a)이 깔린 구멍이 정방 격자형으로 배열된 저굴절율부(115a1)를 형성하였다.
이 상태로 다시 OMVPE로에 투입하고, 구멍을 유지하면서, 10 kPa의 분위기에서 n형 AlGaN을 두께가 100 ㎚가 되도록 성장시켰다. 이것에 의해, 공기로 이루어지는 저굴절율부(115a1)와 AlGaN으로 이루어지는 고굴절율부(115a2)로 이루어지는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성하였다.
다음에, 활성층(113)을 형성하는 공정(S30), p형 가이드층(114)을 형성하는 공정, p형 전자 블록층(114a)을 형성하는 공정, p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50) 및 p형 콘택트층(117)을 형성하는 공정을, 실시예 1과 동일하게 이 순서대로 실시하였다.
다음에, 메사 구조를 형성하는 공정, 절연막(160)을 형성하는 공정 및 p형 전극(118)을 형성하는 공정을 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 다음에, n형 전극(119)을 형성하는 공정에서는, n형 기판(111)의 두께가 120 ㎛가 되도록 n형 기판(111)의 제2 표면을 경면이 되도록 연마한 점, 및 사방 180 ㎛의 레지스트 마스크를 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 형성한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
다음에, p형 패드 전극(151)을 형성하는 공정 및 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)을 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이상의 공정을 실시하는 것에 의해, 실시예 3에서의 포토닉 결정 레이저를 제조하였다.
(측정결과)
실시예 1 내지 실시예 3에서의 포토닉 결정 레이저에 대해서, 각각 전류를 통전시켰다. 그 결과, 실시예 1 내지 실시예 3에서의 포토닉 결정 레이저에서, n형 전극(119)의 광 투과부(119a)로부터 레이저광이 발진하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 포토닉 결정부(115a) 위에 형성된 p형 전극(118)과, 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 광 투과부(119a)보다 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)을 구비함으로써, 광 투과부(119a)로부터 광을 취출할 수 있는 것을 확인하였다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 실시형태가 아니라 청구범위에 의해 표시되고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 포토닉 결정 레이저는 출력을 향상시킬 수 있기 때문에, 예컨대 레이저 프린터나 기록매체 기록 및 판독용 장치 등에 적절하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 표면(111a)과, 상기 제1 표면(111a)과 반대측의 제2 표면(111b)을 포함하는 도전성의 n형 기판(111)과,
    상기 n형 기판(111)의 상기 제1 표면(111a) 위에 형성된 n형 클래드층(112)과,
    상기 n형 클래드층(112) 위에 형성되며, 광을 발생하는 활성층(113)과,
    상기 활성층(113) 위에 형성된 p형 클래드층(116)과,
    상기 n형 클래드층(112)과 상기 활성층(113) 사이, 또는 상기 활성층(113)과 상기 p형 클래드층(116) 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)과,
    상기 포토닉 결정부(115a) 위에 형성된 p형 전극(118)과,
    상기 n형 기판(111)의 상기 제2 표면(111b) 위에 형성되며, 상기 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치된 광 투과부(119a)와, 상기 광 투과부(119a)보다 상기 광의 투과율이 낮은 외주부(外周部)(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)과,
    상기 p형 전극(118) 위에 형성되는 실장 부재(120)를 포함하는 포토닉 결정 레이저(100, 200).
  2. 제1항에 있어서, 상기 p형 전극(118)의 외주(外周)에 메사 구조가 형성되고,
    상기 메사 구조의 표면 중 적어도 일부에 절연막(160)이 형성되는 것인 포토 닉 결정 레이저(100, 200).
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 투과부(119a)는, 상기 p형 전극(118)측에서 보았을 때 상기 포토닉 결정부(115a)를 상기 n형 기판(111)의 상기 제2 표면(111b)에 투영한 모든 영역을 포함하는 것인 포토닉 결정 레이저(100, 200).
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 투과부(119a)는 균일하게 분산된 개구부(119a2)가 형성되고, 상기 외주부(119b)와 전기적으로 접속되는 전극(119a1)을 더 포함하는 것인 포토닉 결정 레이저(100,200).
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 투과부(119a)에 배치되고, 상기 n형 전극(119)의 상기 외주부(119b)와 전기적으로 접속되며, 상기 광에 대하여 투명한 재료로 이루어지는 투명 전극(119c)을 더 포함하는 포토닉 결정 레이저(100, 200).
  6. 제1항에 있어서, 상기 n형 기판(111)은 질화갈륨인 것인 포토닉 결정 레이저(100, 200).
  7. 제1 표면(111a)과, 상기 제1 표면(111a)과 반대측의 제2 표면(111b)을 포함하는 도전성의 n형 기판(111)을 준비하는 공정(S10)과,
    상기 n형 기판(111)의 상기 제1 표면(111a) 위에 n형 클래드층(112)을 형성 하는 공정(S20)과,
    상기 n형 클래드층(112) 위에, 광을 발생하는 활성층(113)을 형성하는 공정(S30)과,
    상기 활성층(113) 위에 p형 클래드층(116)을 형성하는 공정(S50)과,
    상기 n형 클래드층(112)과 상기 활성층(113) 사이, 또는 상기 활성층(113)과 상기 p형 클래드층(116) 사이에 형성되고, 포토닉 결정 구조를 갖는 포토닉 결정부(115a)를 포함하는 포토닉 결정층(115)을 형성하는 공정(S40)과,
    상기 포토닉 결정부(115a) 위에 p형 전극(118)을 형성하는 공정(S60)과,
    상기 n형 기판(111)의 상기 제2 표면(111b) 위에, 상기 포토닉 결정부(115a)와 대향하는 위치에 배치되는 광 투과부(119a)와, 상기 광 투과부(119a)보다 상기 광의 투과율이 낮은 외주부(119b)로 이루어지는 n형 전극(119)을 형성하는 공정(S70)과,
    상기 p형 전극(118) 위에 실장 부재(120)를 형성하는 공정(S80)을 포함하는 포토닉 결정 레이저의 제조방법.
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