KR20200143410A - 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전자, 반도체 레이저 기술분야에 속하는 것으로, 구체적으로 일종의 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법을 공개하는데, 여기에서 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스는 반도체 마이크로 디스크, 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판을 포함하고, 반도체 마이크로 디스크는 금속 지탱 기둥을 통해 금속 지탱 기판에 지탱되고, 반도체 마이크로 디스크의 테두리는 금속 지탱 기둥의 측벽에 돌출되어 현수(hanging) 구조를 형성한다. 본 발명은 테두리 현수 구조를 구비한 마이크로 디스크 공진 캐비티의 전류 주입의 어려움을 해결하였고, 종래의 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 중의 Si 등 기타 반도체 지탱 재료에 비해, 금속 지탱은 디바이스의 방열 특성을 더 개선시킬 수 있고; 금속 지탱 기둥과 금속 지탱 기판은 전기 도금의 방식을 통해 제조할 수 있고, 프로세스가 간단하고, 모든 제조 프로세스는 표준 반도체 제조 프로세스와 겸용되고, 대규모 광전 집적의 필요를 만족시킨다.

Description

전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법
본 발명은 광전자, 반도체 레이저 기술분야에 속하는 것으로, 구체적으로 일종의 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래 들어 반도체 마이크로 공진 캐비티는 그것의 광에 대한 강한 제한 작용으로 인해 갈수록 갈수록 많은 사람들의 주의를 끌고 있다. 그것은 양자 전기역학 등 이론 연구를 위해 좋은 플랫폼을 제공했을 뿐 아니라, 단일광자 광원, 마이크로 나노미터 레이저 디바이스, 마이크로 나노 LED 등 실제 응용에 있어 매우 좋은 응용 전망을 가지고 있다. 여기에서, 반도체 마이크로 디스크 공진 캐비티는 일종의 회음벽(whispering gallery wall) 모델의 광학 마이크로 캐비티 시스템에 기초한 것으로, 공진 캐비티에 있어서 광은 전반사되어 마이크로 디스크의 테두리를 따라 전파, 공진한다. 마이크로 디스크 공진 캐비티는 구조가 간단하고, 광학 제한 작용이 강하고, 모델 부피가 작고, 전류 작업이 작은 등의 장점을 구비하고, 생체 센서, 광학 집적 등에서도 광범위한 응용을 가진다.
반도체 마이크로 디스크 공진 캐비티 중의 모델은 주로 마이크로 디스크의 테두리에 제한되어야 하므로, 반도체 마이크로 디스크 공진 캐비티는 왕왕 마이크로 디스크 중심에 있는 하나의 지탱 부분에서 기판을 연결하되, 마이크로 디스크 테두리에 근접한 부분은 현수(hanging)의 구조로, 이는 모델의 기판에 대한 광학 회절 에너지 손실을 감소시킬 수 있고, 수직 방향에서 광학 모델은 더 좋은 제한을 가진다. 그러나 이러한 현수의 구조는 디바이스의 전류 주입에 애로사항을 야기하여, 대부분의 현수 구조의 반도체 마이크로 디스크 진공 캐비티는 광 펌프 조건에서만 작업할 수 있다. 통상적인 상황에서 반도체 마이크로 디스크 공진 캐비티 하부의 지탱 기둥은 기판에 대해 습식 식각을 수행하는 방식을 통해 제조된 것으로, 반도체 마이크로 기판 중 활성 영역에 대한 전류 주입을 달성하기 위해, 마이크로 디스크 하측의 지탱 기둥은 반드시 전류 통로이어야 하는데, 이는 지탱 기둥 및 반도체 마이크로 디스크 중 지탱 기둥과 직접 접촉하는 에피택셜층이 양호한 도전성을 가질 것을 요구한다. InP 기판 반도체 재료 중 이러한 방식을 사용하여 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티를 제조하는 것은 가능한데, 고전도율의 InP 기판은 획득이 쉽고, InP에 대한 습식 식각도 비교적 용이하게 수행되기 때문이다. 2012년 Y. H. Kim 등의 자는 이러한 방식을 통해 전기적으로 주입되는 테두리 현수 구조를 구비한 마이크로 디스크 공진 캐비티 레이저 디바이스를 제조하였고, 구체적으로 「Kim Y H, Kwon S H, Lee J M, et al. Graphene-contact electrically driven microdisk lasers[J]. Nature communications, 2012, 3: 1123」 및 「Park H G, Kim Y H, Hwang M, et al. Nanolaser generator using graphene electrode and method for manufacturing the same: U.S. Patent 8,908,736[P]. 2014-12-9」을 참조하면, 전류는 마이크로 디스크 하측의 지탱 기둥 및 마이크로 디스크 상부 표면의 전극을 통해 활성 영역으로 주입된다. 그러나 기타 반도체 재료에서, 특히 GaN 기판 반도체 재료 중에는 다시 이러한 방식을 통해 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스를 만들기는 어렵다. GaN 기판 반도체 재료를 예로 들면, GaN은 왕왕 GaN, SiC, 및 사파이어 기판에 에피택셜 성장한다. 이러한 기판에 대한 습식 식각은 비교적 곤란하여, 현수 구조를 형성하기 어렵고, GaN과 기판이 직접 접촉하는 에피택셜층은 왕왕 저온 핵형성층이고, 결정체 품질이 비교적 열악하고 전기저항율이 비교적 커서, 전류 통로가 되기 어렵다. 근래 들어 Si 기판에 GaN의 에피택셜 성장은 비교적 큰 진전이 있었는데, Si의 습식 식각은 비교적 용이하고, 이에 따라 현수 구조를 구비한 마이크로 디스크 공진 캐비티를 용이하게 제조할 수 있으나, 그 마이크로 디스크가 Si 지탱 기둥과 접촉하는 저온 핵형성층은 여전히 비교적 큰 전기저항율을 가져, 전류 주입을 달성하기 어렵다. 2004년과 2018년, M. Kneissl 등의 자의 「Kneissl M, Teepe M, Miyashita N, et al. Current-injection spiral-shaped microcavity disk laser diodes with unidirectional emission[J]. Applied Physics Letters, 2004, 84(14): 2485-2487」를, 그리고 M. Feng 등의 자의 「Feng M, He J, Sun Q, et al. Room-temperature electrically pumped InGaN-based microdisk laser grown on Si[J]. Optics express, 2018, 26(4): 5043-5051」는 전기적으로 주입되는 GaN 기판 마이크로 디스크 공진 캐비티 레이저 디바이스를 각각 발표했으나, 그들의 반도체 마이크로 디스크는 일종의 원기둥 구조로, 기판이 직접적으로 서로 연결되어 현수 구조가 없어, 전류가 마이크로 디스크 양측의 n-GaN 횡방향을 통해 마이크로 디스크로 진입하여 활성 영역에 주입되는 것이다. 현수 구조가 없으므로, 공진 캐비티 내 광 필드의 기판 내를 향한 회절 에너지 손실이 비교적 크고, 반드시 에피택셜층을 특별 설계해야 하고, 수평 방향에서 도파 구조를 형성해야만 광 필드를 수직 방향에서 활성 영역 부근에 제한할 수 있고, 공진 캐비티의 Q값이 비교적 낮다.
따라서, 이상의 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스의 곤란성에 대해, 모든 반도체 재료를 만족시킬 수 있는 새로운 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 발광 디바이스를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 및 그것의 제조 방법을 제공하여 상기 존재하는 기술문제 해결에 사용하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명이 채용한 기술방안은: 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스는, 반도체 마이크로 디스크, 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판을 포함하고, 상기 반도체 마이크로 디스크는 금속 지탱 기둥을 통해 금속 지탱 기판에 지탱되고, 상기 반도체 마이크로 디스크의 테두리는 금속 지탱 기둥의 측벽에 돌출되어 현수(hanging) 구조를 형성한다.
진일보하게는, 상기 반도체 마이크로 디스크와 금속 지탱 기둥 사이에 전류 확산층이 더 설치되어 있다.
진일보하게는, 상기 반도체 마이크로 디스크는 원형 구조이다.
더 진일보하게는, 상기 금속 지탱 기둥은 원기둥형 구조이다.
더 진일보하게는, 상기 금속 지탱 기둥과 반도체 마이크로 디스크는 가운데 정렬된다.
진일보하게는, 상기 반도체 마이크로 디스크는 아래에서 위로 순차적으로 중첩 설치된 P형 반도체 에피택셜(epitaxial)층, 활성 영역 및 n형 반도체 에피택셜층을 포함한다.
진일보하게는, 상기 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판은 구리 또는 알루미늄 재료로 제조되고, 일체로 성형된다.
본 발명은 상기 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스에 이용되는 제조 방법은, 아래의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
단계(S1): 기판에 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시켜, 단계(S2)로 진입;
단계(S2): 반도체 에피택셜층 외표면에 소형 구멍이 개설되어 있는 유전체막(dielectric film)층을 침적하고, 상기 소형 구멍은 유전체막층부터 반도체 에피택셜층 외표면까지 관통하여, 단계(S3)으로 진입;
단계(S3): 유전체막층 표면에 금속층을 제조하고, 상기 금속층은 유전체막층의 소형 구멍을 가득 채우고, 단계(S4)로 진입;
단계(S4): 기판을 제거하고, 단계(S5)로 진입;
단계(S5): 반도체 에피택셜층에 대해 식각을 수행하고, 반도체 마이크로 디스크를 형성하고, 단계(S6)로 진입;
단계(S6): 유전체막층을 제거하고, 단계(S7)로 진입;
단계(S7): 반도체 마이크로 디스크 표면에 상부 전극을 침적하고, 디바이스 제조를 완성.
진일보하게는, 단계(S2)에서, 상기 유전체막층은 SiO2유전체막층이다.
더 진일보하게는, 단계(S1)에서, MOCVD 또는 MBE 방식을 채용하여 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시키고;
단계(S3)에서, 전기 도금을 채용하여 유전체막층 표면에 금속층을 제조하고;
단계(S5)에서, 포토리소그래피 또는 건식 식각을 채용하여 반도체 마이크로 디스크를 형성하고;
단계(S6)에서, 습식 식각을 사용하는 방식을 채용하여 유전체막층을 제거한다.
본 발명의 유익한 기술효과는:
본 발명의 반도체 마이크로 디스크의 테두리 부분은 금속 지탱 기판과 현수 구조를 분리 형성하고, 이에 따라 수직 방향에서 공진 캐비티 내 광 필드에 대해 비교적 강한 제한을 형성하고, 금속 지탱 기둥과 금속 지탱 기판은 전류 주입의 작용을 동시에 일으킬 수 있어, 테두리 현수 구조를 구비한 마이크로 디스크 공진 캐비티의 전류 주입의 어려움을 해결하였고, 종래의 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 중의 Si 등 기타 반도체 지탱 재료 및 기판에 비해, 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판도 디바이스의 방열 특성을 더 잘 개선시킬 수 있다.
본 발명은 전기 도금 및 습식 식각 등 프로세스를 사용하여 제조될 수 있고, 임의의 반도체 재료 시스템에 사용되는, 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스의 제조에 적용될 수 있고, 모든 제조 프로세스는 표준 반도체 제조 프로세스와 겸용되고, 대규모 광전 집적의 필요를 만족하여, 광범위한 응용 전망을 가진다.
본 발명 실시예 중의 기술방안에 대해 더 명확히 설명하기 위해, 아래에서 실시예에 대한 설명 중 사용할 필요가 있는 도면에 대해 간단히 설명하는데, 자명한 것은, 아래 설명된 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예에 불과한 것으로, 통상의 기술자에게 있어서, 창조적 노동을 들이지 않는다는 전제 하에, 이러한 도면에 기초하여 기타 도면을 더 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명 구체 실시예의 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스의 구조 단면도이다.
도 2는 발명 구체 실시예의 제조 방법 흐름도이다.
도 3은 에피택셜 웨이퍼 구조 도면이다.
도 4는 에피택셜 웨이퍼에 패턴화 침적하고 소형 구멍이 개설되어 있는 SiO2유전체막층이다.
도 5는 전기도금용 전극을 증착한 후 샘플의 구조 단면도이다.
도 6은 금속 지탱 기판을 전기 도금한 후 샘플의 구조 단면도이다.
도 7은 샘플을 도치시키고 원래의 기판을 제거한 후의 구조 단면도이다.
도 8은 마이크로 디스크 작업면을 식각한 후 샘플의 구조 단면도이다.
도 9는 SiO2유전체막층을 습식 식각하여 제거한 후 샘플의 구조 단면도이다.
도 10은 마이크로 디스크 상부 전극을 증착한 후 샘플의 구조 단면도이다.
각 실시예를 진일보하게 설명하기 위해, 본 발명은 첨부 도면을 제공한다. 이러한 도면은 본 발명이 개시하는 내용의 일부로, 그것은 주로 실시예를 설명하는데 사용되고, 명세서의 관련 설명과 결합하여 실시예의 작동 원리를 묘사한다. 이러한 내용을 결합하고 참고하여, 통상의 기술자는 기타 가능한 실시 방식 및 본 발명의 장점을 이해할 수 있다. 도면 중의 컴포넌트는 비례에 따라 묘사된 것이 아니며, 유사한 컴포넌트 부호는 통상적으로 유사한 컴포넌트를 지시하는데 사용된다.
이제부터 도면 및 구체적인 실시방식을 결합하여 본 발명에 대해 진일보하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스는, 반도체 마이크로 디스크(1), 금속 지탱 기둥(2) 및 금속 지탱 기판(3)을 포함하고, 상기 반도체 마이크로 디스크(1)는 금속 지탱 기둥(2)을 통해 금속 지탱 기판(3) 상부 표면에 지탱되고, 상기 반도체 마이크로 디스크(1)의 테두리는 금속 지탱 기둥(2)의 측벽에 돌출되어 현수 구조를 형성하고, 이에 따라 수직 방향(즉 금속 지탱 기판(3)의 방향에 수직인) 상에 반도체 마이크로 디스크(1)의 공진 캐비티 내 광 필드에 대해 비교적 강한 제한을 형성하고, 금속 지탱 기둥(2)과 금속 지탱 기판(3)은 동시에 전류 주입의 기능을 일으킬 수 있어, 테두리 현수 구조를 구비한 마이크로 디스크 공진 캐비티의 전류 주입의 어려움을 매우 잘 해결하였고, 종래 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스 중의 Si 등 기타 반도체 지탱 재료 및 기판에 비해, 금속 지탱 기둥(2) 및 금속 지탱 기판(3)도 디바이스의 방열 특성을 더 잘 개선시킬 수 있다.
본 구체 실시예에 있어서, 상부 전극(81)을 더 포함하고, 상기 상부 전극(81)은 반도체 마이크로 디스크(1)의 상부 표면(도 1의 방향을 기준으로 함)에 설치된다. 상부 전극(81)의 재료는 Cr, Au, Ni, Ti 또는 기타 전도율이 좋은 금속 전극 재료이거나 다른 금속 재료층 중첩층(예를 들어, Cr/Au, Ni/Au, Ti/Au 구성)일 수 있다.
본 구체 실시예에 있어서, 상기 반도체 마이크로 디스크(1)는 바람직하게는 원형 구조이고, 구조가 긴밀하고, 쉽게 제조된다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 일부 실시예에 있어서, 반도체 마이크로 디스크(1)는 삼각형, 정사각형, 육각형 등일 수도 있다.
반도체 마이크로 디스크(1)는 아래에서 위로 순차적으로 중첩 설치된 p형 반도체 에피택셜(epitaxial)층(14), 활성 영역(13) 및 n형 반도체 에피택셜층(12)을 포함하고, PIN 구조를 형성한다. GaN 기판, GaAs 기판, InP 기판 등 재료를 채용하여 제조할 수 있다.
본 구체 실시예에 있어서, 상기 금속 지탱 기둥(2)은 바람직하게는 원기둥형 구조이고, 원형의 반도체 마이크로 디스크(1) 구조와 더 적응적으로 결합한다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 일부 실시예에 있어서, 금속 지탱 기둥(2)은 삼각형, 정사각형, 육각형 등일 수도 있다. 금속 지탱 기둥(2)은 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 재료를 채용하여 제조되고, 도전성 열전도성이 좋고, 저비용이고, 물론, 기타 실시예에 있어서, 기타 열전도 도전성이 좋은 금속 재료일 수도 있다.
반도체 마이크로 디스크(1)의 직경은 금속 지탱 기둥(2)의 직경보다 크고, 반도체 마이크로 디스크(1)와 금속 지탱 기둥(2)은 가운데 정렬되고, 즉 반도체 마이크로 디스크(1)의 중심축선은 금속 지탱 기둥(2)의 중심축선과 중첩되어, 제조 프로세스를 더 간단하게 만들고, 구조 안정성이 더 좋게 하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에 있어서, 반도체 마이크로 디스크(1)와 금속 지탱 기둥(2)은 가운데 정렬되지 않을 수 있고, 반도체 마이크로 디스크(1)의 테두리가 금속 지탱 기둥(2)의 측벽에 돌출되어 현수 구조를 형성하기만 하면 족하다.
본 구체 실시예에 있어서, 금속 지탱 기판(3)은 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 재료를 채용하여 제조되고, 도전성 열전도성이 좋고, 비용이 저비용이고, 물론, 기타 실시예에 있어서, 기타 열전도 도전성이 좋은 금속 재료일 수도 있다.
본 구체 실시예에 있어서, 상기 금속 지탱 기둥(2) 및 금속 지탱 기판(3)은 일체로 성형되고, 제조 프로세스가 간단하고, 도전 효과가 더 좋다.
일부 실시예에 있어서, p형 반도체 에피택셜층(14)의 반도체 재료 도전성 차이에 기초하여, 선택적으로 p형 반도체 에피택셜층(14)과 금속 지탱 기둥(2) 사이에 전류 확산층을 침적할 수 있다(도시되지 않음). 예를 들어, GaN 기판 재료 시스템에 있어서, p-GaN 전류 확산 특성이 비교적 열악하고, ITO 등 전류 확산층을 침적시킬 필요가 있으나, GaAs 기판 및 InP 기판 재료 중에서는 생략이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스에 이용되는 제조 방법을 더 공개하는데, 아래 단계를 포함한다:
단계(S1), 기판에 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시켜, 단계(S2)로 진입.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, MOCVD 또는 MBE 방법을 사용하여 기판(11)에 pin 구조 반도체 에피택셜층을 성장시키고, 구체적으로는: 기판(11)에 순차적으로 n형 반도체 에피택셜층(12), 활성 영역(13) 및 p형 반도체 에피택셜층(14)을 성장시키고, 에피택셜 웨이퍼를 형성한다. 기판(11)의 재료는 다른 반도체 재료 시스템에 기초하여 상응하는 선택을 수행하고, 예를 들어 GaN 기판 재료는 일반적으로 GaN, 사파이어, Si, SiC 등 기판을 사용하고, GaAs 기판 재료 성장은 일반적으로 GaAs 기판을 사용하고, InP 기판 재료 성장은 InP 기판을 사용한다.
다른 p형 반도체 에피택셜층(14)의 재료의 도전성 차이에 기초하여, 선택적으로 p형 반도체 에피택셜층(14) 표면에 ITO 등 전류 확산층을 제조할 수 있다. 예를 들어, GaN 기판 재료 시스템에 있어서, p-GaN 전류 확산 특성이 비교적 열악하여, p형 반도체 에피택셜층(14) 표면에 ITO 등 전류 확산층을 침적하지만, GaAs 기판 및 InP 기판 재료 중에서는 생략할 수 있다. 본 구체 실시예에 있어서, 전류 확산층을 제조하지 않는다.
단계(S2): 반도체 에피택셜층 외표면에 소형 구멍이 개설되어 있는 유전체막(dielectric film)층을 침적하고, 상기 소형 구멍은 유전체막층부터 반도체 에피택셜층 외표면까지 관통하여, 단계(S3)로 진입한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, p형 반도체 에피택셜층(14)의 상부 표면에 SiO2유전체막층(21)을 제조하고(물론, 기타 실시예에 있어서, 유전체막층(21)도 SiN, TiO2, Ta2O5 등 습식 식각을 용이하게 수행하는 유전체막층일 수도 있다), 포토리소그래피 등 프로세스를 사용하여 SiO2유전체막층(21)에 소형 구멍(211)을 패터닝하고, 소형 구멍(211)은 유전체막층(21)부터 p형 반도체 에피택셜층(14)의 외표면까지 관통한다. SiO2유전체막층(21)의 두께는 수백 나노미터에서 수 나노미터일 수 있고, 소형 구멍(211)의 직경은 수 나노미터에서 수백 나노미터일 수 있다.
단계(S3): 유전체막층 표면에 금속층을 제조하고, 상기 금속층은 유전체막층의 소형 구멍을 가득 채우고, 단계(S4)로 진입한다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 우선 스퍼터링 또는 증착 등의 방식을 사용하여 SiO2유전체막층(21) 표면, 및 소형 구멍(211)의 측벽과 저면(底面)에 하나의 완정한 금속 전극층(31)을 제조하고, 후속 전기 도금 프로세스의 전극으로서, 단계(S2) 중 소형 구멍(211)의 형상을 유지한다. 금속 전극층(31)의 재료는 Cr, Au, Ni, Ti 또는 기타 도전율이 양호한 금속 전극 재료 또는 다른 금속 재료층 중첩층(예를 들어, Cr/Au, Ni/Au, Ti/Au 구성)일 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기 도금의 방식을 사용하여 금속 전극층(31) 상부 표면에 금속층(41)을 전기 도금하고, 금속층(41) 두께는 수 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있고, 금속층(41)의 재료는 구리, 알루미늄 또는 기타 열전도율 도전성이 좋은 금속 재료일 수 있다. 금속층(41)은 소형 구멍을 가득 채운다.
단계(S4): 기판을 제거하고, 단계(S5)로 진입한다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 단계(S3)이 형성한 샘플을 도치시키고, 박리, 광택 또는 식각의 방법을 사용하여 기판(11)을 제거한다.
단계(S5): 반도체 에피택셜층에 대해 식각을 수행하고, 반도체 마이크로 디스크를 형성하고, 단계(S6)로 진입한다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피 및 식각 등 방법을 사용하여 반도체 마이크로 디스크(1)를 제조하고, 식각의 단면층은 SiO2유전체막층(21)이고, SiO2유전체막층(21)이 표면을 노출하도록 만든다. 반도체 마이크로 디스크(1)의 직경은 수 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있으나, 수형 구멍(211)의 직경보다는 커야 한다.
단계(S6): 유전체막층을 제거하고, 단계(S7)로 진입한다.
구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 습식 식각의 방식을 사용하여 SiO2유전체막층(21)을 제거하고, 반도체 마이크로 디스크(1) 하면(아랫면)의 SiO2도 내향하여 언터커팅(undercutting)될 수 있고, 이에 따라 반도체 마이크로 디스크(1)의 테두리 부분과 소형 구멍(211) 외부의 금속층(41), 및 금속 전극층(31)(금속 지탱 기판(3)을 구성함) 사이에 공기 간극을 구비하는 현수 구조를 형성하고, 소형 구멍(211) 내부의 금속층(41) 및 금속 전극층(31)은 반도체 마이크로 디스크(1)의 지탱 구조가 되고, 동시에 전류 주입 중 전류 통로 작용을 일으키는데, 즉 금속 지탱 기둥(2)이다.
단계(S7): 반도체 마이크로 디스크 표면에 상부 전극을 침적하고, 디바이스 제조를 완성한다.
구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 또는 증착 등의 방식을 사용하여 n형 반도체 에피택셜층(12) 상부 표면에 상부 전극(81)을 제조하고, 상부 전극(81)의 재료는 Cr, Au, Ni, Ti 또는 기타 전도율이 좋은 금속 전극 재료이거나 다른 금속 재료층 중첩층(예를 들어, Cr/Au, Ni/Au, Ti/Au 구성)ㄴ일 수 있고, 디바이스 제조가 완료된다.
본 발명은 전기 도금 및 습식 식각 등 프로세스를 사용하여 제조될 수 있고, 임의의 반도체 재료 시스템에 사용되는, 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스의 제조에 적용될 수 있고, 모든 제조 프로세스는 표준 반도체 제조 프로세스와 겸용되고, 대규모 광전 집적의 필요를 만족하여, 광범위한 응용 전망을 가진다.
바람직한 실시방안을 결합하여 본 발명을 구체적으로 나타내고 소개하였으나, 통상의 기술자는, 첨부된 청구범위가 한정하는 본 발명의 정신 및 범위 내라면, 형식 상 및 세부사항 상에서 본 발명에 대해 각종 변화를 가할 수 있고, 이는 모두 본 발명의 보호범위라는 것을 명확히 알 것이다.

Claims (15)

  1. 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스에 있어서,
    반도체 마이크로 디스크, 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판을 포함하고,
    상기 반도체 마이크로 디스크는 금속 지탱 기둥을 통해 금속 지탱 기판에 지탱되고, 상기 반도체 마이크로 디스크의 테두리는 금속 지탱 기둥의 측벽에 돌출되어 현수(hanging) 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 마이크로 디스크와 금속 지탱 기둥 사이에 전류 확산층이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 마이크로 디스크는 원형 구조인 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 지탱 기둥은 원기둥형 구조인 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속 지탱 기둥과 반도체 마이크로 디스크는 가운데 정렬되는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 마이크로 디스크는 아래에서 위로 순차적으로 중첩 설치된 p형 반도체 에피택셜(epitaxial)층, 활성 영역 및 n형 반도체 에피택셜층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판은 구리 재료로 제조되고, 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 지탱 기둥 및 금속 지탱 기판은 알루미늄 재료로 제조되고, 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는,
    전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스.
  9. 제1항의 전기적으로 주입되는 마이크로 디스크 공진 캐비티 발광 디바이스에 이용되는 제조 방법에 있어서,
    단계(S1): 기판에 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시켜, 단계(S2)로 진입;
    단계(S2): 반도체 에피택셜층 외표면에 소형 구멍의 유전체막(dielectric film)층이 침적 개설되어 있고, 상기 소형 구멍은 유전체막층부터 반도체 에피택셜층 외표면까지 관통하여, 단계(S3)으로 진입;
    단계(S3): 유전체막층 표면에 금속층을 제조하고, 상기 금속층은 유전체막층의 소형 구멍을 가득 채우고, 단계(S4)로 진입;
    단계(S4): 기판을 제거하고, 단계(S5)로 진입;
    단계(S5): 반도체 에피택셜층에 대해 식각을 수행하고, 반도체 마이크로 디스크를 형성하고, 단계(S6)로 진입;
    단계(S6): 유전체막층을 제거하고, 단계(S7)로 진입;
    단계(S7): 반도체 마이크로 디스크 표면에 상부 전극을 침적하고, 디바이스 제조를 완성
    하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    단계(S2)에서, 상기 유전체막층은 SiO2유전체막층인 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    단계(S1)에서, MOCVD 방식을 채용하여 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시키는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    단계(S1)에서, MBE방식을 채용하여 pin구조의 반도체 에피택셜층을 성장시키는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    단계(S3)에서, 전기 도금을 채용하여 유전체막층 표면에 금속층을 제조하는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    단계(S5)에서, 포토리소그래피 또는 건식 식각을 채용하여 반도체 마이크로 디스크를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    단계(S6)에서, 습식 식각을 사용하는 방식을 채용하여 유전체막층을 제거하는 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110212078B (zh) * 2019-06-14 2020-10-27 厦门大学 一种电注入微盘谐振腔发光器件及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003930A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Technische Univ Berlin データ伝送光電子装置
KR20180019065A (ko) * 2015-03-13 2018-02-23 유니베르시떼 빠리 디데롯- 빠리 7 하나 이상의 공진기(들)를 동조하는 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101075726A (zh) * 2006-05-18 2007-11-21 中国科学院半导体研究所 制作半导体微盘激光器的方法
CN100524981C (zh) * 2006-11-01 2009-08-05 中国科学院半导体研究所 基于tm模激射的圆柱形结构的微盘激光器
US20090050867A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 David Wells Feature formed beneath an existing material during fabrication of a semiconductor device and electronic systems comprising the semiconductor device
CN101226981B (zh) * 2008-01-29 2011-05-04 中山大学 一种半导体发光器件及其制造方法
CN103137793A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 同方光电科技有限公司 一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法
CN102718180A (zh) * 2012-06-28 2012-10-10 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 同心环芯纳米硅微盘微腔器件及其制备方法
KR101401920B1 (ko) * 2013-02-21 2014-05-30 고려대학교 산학협력단 그래핀 전극을 이용한 나노레이저 발생장치 및 이의 제조방법
CN103633203B (zh) * 2013-05-08 2016-12-28 南京邮电大学 悬空氮化物薄膜led器件及其制备方法
CN103811598B (zh) * 2013-12-12 2016-03-23 南京邮电大学 硅基氮化物材料的氧化铪悬空谐振光子器件及其制备方法
CN103779452B (zh) * 2014-01-21 2016-10-05 南京邮电大学 悬空氮化物薄膜led器件及制备方法
CN104101945A (zh) * 2014-07-23 2014-10-15 宁波屹诺电子科技有限公司 一种基于水平狭缝光波导的微盘谐振腔及其制作方法
CN204028397U (zh) * 2014-07-23 2014-12-17 宁波屹诺电子科技有限公司 一种基于水平狭缝光波导的微盘谐振腔
CN105731352B (zh) * 2016-03-01 2018-03-16 南京大学 一种片上集成硫化砷微盘腔及其制作方法
CN107069430B (zh) * 2017-04-18 2019-07-05 中国科学院半导体研究所 硅基电注入激光器及其制备方法
CN109095435A (zh) * 2018-08-02 2018-12-28 北京大学 一种三维全金属微腔结构表面等离激元阵列加工方法
CN109449752A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 世坤(厦门)半导体科技有限公司 氮化物基谐振腔发光器件及其制备方法
CN110212078B (zh) * 2019-06-14 2020-10-27 厦门大学 一种电注入微盘谐振腔发光器件及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003930A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Technische Univ Berlin データ伝送光電子装置
KR20180019065A (ko) * 2015-03-13 2018-02-23 유니베르시떼 빠리 디데롯- 빠리 7 하나 이상의 공진기(들)를 동조하는 방법

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