KR100771599B1 - Growth method of nitride semiconductor thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정영역에만 패턴을 형성한 후 결정을 성장함으로써 고품위의 질화물 반도체 박막을 얻도록 해주는 동시에 거울면 형성 공정시 우수한 클리브드(cleaved) 거울면을 얻을 수 있는 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 제공하기 위한 것으로서, 기판 위에 제 1 질화물층 및 유전막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상부에 형성될 리지 영역 위치에 상기 유전막을 소정 형태로 패터닝하여 제 1 질화물층을 노출시키고, 노출된 제 1 질화물층을 식각하여 기판이 노출되도록 홈을 형성하는 단계와, 상기 유전막을 제거하고 상기 형성된 홈 내에 제 1 질화물 반도체층을 증착하는 단계와, 상기 제 1 질화물 반도체층 위에 제 1 클래드층, 활성층, 제 2 클래드층, 제 2 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시켜 광 공동 거울을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 질화물 반도체층 위에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.The present invention provides a method for growing a nitride semiconductor thin film which can obtain a high quality nitride semiconductor thin film by forming a pattern only in a specific region and growing crystals, and at the same time, obtain a superior cleaved mirror surface during the mirror surface forming process. To sequentially form a first nitride layer and a dielectric film on a substrate, and patterning the dielectric film in a predetermined form on the ridge region to be formed on the top to expose the first nitride layer, the exposed first nitride layer Etching to form a groove to expose the substrate, removing the dielectric layer and depositing a first nitride semiconductor layer in the formed groove, and a first clad layer, an active layer, and a second on the first nitride semiconductor layer Sequentially growing a cladding layer and a second nitride semiconductor layer to form an optical cavity mirror; and the first and second vaginal mirrors. Water may makin comprises a step of forming the electrodes on the semiconductor layer.
질화물 반도체 박막, LEO, 반도체 레이저 Nitride Semiconductor Thin Film, LEO, Semiconductor Laser
Description
도 1 은 벽개면에 의해서 형성된 광 공동을 이용한 종래의 GaAs 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면1 shows a conventional GaAs semiconductor laser diode using an optical cavity formed by a cleaved surface.
도 2 는 건식식각에 의해서 형성된 광 공동을 이용한 종래의 GaN 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면2 shows a conventional GaN semiconductor laser diode using an optical cavity formed by dry etching.
도 3a 내지 도 3c 는 종래 기술에 따른 LEO의 성장 공정을 나타낸 도면3a to 3c show a growth process of LEO according to the prior art
도 4a 내지 도 4c 는 종래 기술에 따른 Pendeoepitaxy의 성장 공정을 나타낸 도면Figures 4a to 4c is a view showing a growth process of Pendeoepitaxy according to the prior art
도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 유전막 제거 및 측면 성장 공정을 나타낸 도면5A to 5C illustrate a dielectric film removal and side growth process according to the present invention.
도 5d 는 본 발명에 따른 결정성 향상을 위해 스트라이프 패턴의 개수를 증가시켜 결정성이 향상된 부분이 늘어난 것을 나타낸 도면5d is a view showing that the portion of the crystallinity is increased by increasing the number of stripe patterns to improve the crystallinity according to the present invention;
도 5e 는 본 발명에 따른 다수 개의 반도체 레이저를 형성하기 위한 전체 기판을 나타낸 도면5E illustrates an entire substrate for forming a plurality of semiconductor lasers in accordance with the present invention.
도 6 은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면6 illustrates a semiconductor laser diode according to the present invention.
본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히 DVD(Digital Versatile Disc) 시스템의 광원으로 주목받고 있는 질화물 반도체 레이저의 성능향상을 기할 수 있도록 해주는 결정 성장 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly, to a crystal growth method that enables improved performance of a nitride semiconductor laser, which is attracting attention as a light source of a digital versatile disc (DVD) system.
질화물계 화합물 반도체는 청색 반도체 레이저 등 반도체 소자의 재료로서 이용되고 있으며, 질화물계 화합물 반도체를 이용한 반도체 장치의 신뢰성 향상과 성능 향상에는 결정성이 우수한 질화물계 화합물 반도체를 기판 상에 성장시키는 것이 필요 불가결하다. Nitride-based compound semiconductors are used as materials for semiconductor devices such as blue semiconductor lasers. In order to improve the reliability and performance of semiconductor devices using nitride-based compound semiconductors, it is necessary to grow a nitride-based compound semiconductor having excellent crystallinity on a substrate. Do.
지금까지 질화물계 화합물 반도체의 성장방법으로서 사파이어기판 상에 성장온도 400℃ 이상 900℃ 이하에서 AIN 버퍼층을 성장시킨 후, 그 위에 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 방법(일본특허공개 평2-229476호 공보)이나, 사파이어기판 상에 성장온도 200℃ 이상 900℃ 이하에서 AIGaN 버퍼층을 성장시킨 후, 그 위에 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 방법(일본특허공개 평7-312350호 공보 및 일본특허공개 평8-8217호 공보)이 알려져 있다.As a method of growing a nitride compound semiconductor, a method of growing an AIN buffer layer on a sapphire substrate at a growth temperature of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, and then growing a nitride compound semiconductor thereon (Japanese Patent Laid-Open No. 2-229476). ) Or growing an AIGaN buffer layer on a sapphire substrate at a growth temperature of 200 ° C. to 900 ° C. and then growing a nitride compound semiconductor thereon (JP-A-7-312350 and JP-A-8-). 8217) is known.
이와 같이 최근 발표된 질화물 반도체 레이저의 박막 구조를 살펴보면, 사파이어 기판 위에 일정 두께의 n형 GaN막, n형 클래드막, n형 광도파막, 다층 구조(단일 또는 복수 양자 우물구조)의 활성층, p형 광도파막, p형 클래드막, p형 GaN이 순차적으로 성장된 구조로 이루어져 있다. As described above, the thin film structure of the nitride semiconductor laser recently published includes an n-type GaN film, an n-type clad film, an n-type optical waveguide film, an active layer of a multilayer structure (single or plural quantum well structure), and p-type on a sapphire substrate. The optical waveguide film, the p-type clad film, and the p-type GaN are sequentially grown.
그리고 이 레이저 박막이 성장된 후에 건식식각을 이용하여 n형 전극 및 p형 전극의 형성에 필요한 표면을 식각하고나서 각각의 표면 위에 반도체 다이오드의 동작에 필요한 전극을 형성함으로써 반도체 레이저 구조가 완성된다.After the laser thin film is grown, the semiconductor laser structure is completed by etching the surfaces required for the formation of the n-type electrode and the p-type electrode using dry etching, and then forming the electrodes necessary for the operation of the semiconductor diode on each surface.
이때, 레이저 발진에 있어서 중요한 역할을 담당하는 광 공동 거울(optical cavity mirror)의 형성을 위해서 최종적으로 건식식각 또는 벽개의 과정이 사용되어져 왔다.At this time, the process of dry etching or cleavage has been finally used to form an optical cavity mirror that plays an important role in laser oscillation.
기존의 GaAs 계통의 반도체 레이저는 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 성장시에 동일 물질의 기판을 사용할 수 있음으로 인하여 결정 구조내의 벽개면을 이용한 광 공동 거울의 형성이 용이하다. In the conventional GaAs-based semiconductor laser, as shown in FIG. 1, the substrate of the same material may be used to grow a thin film, thereby easily forming an optical cavity mirror using cleaved surfaces in a crystal structure.
그러나, 질화물 반도체 레이저를 제작하기 위한 반도체 박막을 성장할 때 도 2에 도시된 바와 같이 이종 물질인 사파이어 기판 위에 직접 성장을 하는 것이 일반적이었다.However, when growing a semiconductor thin film for fabricating a nitride semiconductor laser, it was common to grow directly on a sapphire substrate, which is a different material, as shown in FIG.
이와 같은 사파이어 기판 위에 질화물 반도체를 직접 성장시키는 이유는 사파이어 기판이 다른 기판에 비해 구하기 쉽고, 또한 기판 전처리 과정이 간단하며, 질화물 반도체 성장시의 고온에서 안정하다는 장점을 가지고 있기 때문이다.The reason why the nitride semiconductor is grown directly on the sapphire substrate is that the sapphire substrate is easier to obtain than other substrates, the substrate pretreatment process is simple, and it has the advantages of being stable at high temperatures during nitride semiconductor growth.
그러나 이 경우 기판과 질화물과의 열팽창 계수와 격자 상수에 있어 큰 차이를 가지고 있으므로, 결정 결함을 감소시켜 고품위의 박막을 얻는데는 근본적인 한계가 있을 뿐만 아니라, 사파이어와 질화물 박막의 결정 방향이 C축을 중심으로 30도 틀어짐으로 말미암아 기판과 위에 성장되는 박막간의 결정면이 일치하는 InP계나 GaAs계에 비해서 클리빙(cleaving)이 매우 어려운 것으로 알려져 있다.However, in this case, there is a big difference in the coefficient of thermal expansion and lattice constant between the substrate and the nitride. Therefore, there is a fundamental limitation in obtaining a high quality thin film by reducing crystal defects, and the crystal direction of the sapphire and nitride thin films is centered on the C axis. It is known that cleaving is very difficult compared to InP or GaAs systems where the crystal plane between the substrate and the thin film grown on the substrate is shifted by 30 degrees.
따라서 기판과 질화물과의 공통 벽개면을 이용한 광 공동 거울의 형성이 매 우 어려워 건식식각법을 이용하여 광 공동 거울을 형성하는 것으로 알려져 있다.Therefore, the formation of the optical cavity mirror using the common cleavage surface between the substrate and the nitride is very difficult, it is known to form the optical cavity mirror by the dry etching method.
이와 같이 일반적인 이종기판 위에 박막을 성장할 때 기판과 박막간의 열팽창 계수와 격자 상수에 있어서 차이가 나기 때문에 미스피트 디스로케이션(misfit dislocation) 등의 결함이 많이 발생한다. 그리고 이러한 결함들은 우수한 특성의 레이저 다이오드를 제작하기 위해서 상위층 성장시 전달되지 않도록 하는 것이 중요하다. As described above, when a thin film is grown on a general dissimilar substrate, a difference in thermal expansion coefficient and lattice constant between the substrate and the thin film is generated, such as misfit dislocation. In addition, it is important that these defects are not transmitted during the growth of upper layers in order to fabricate laser diodes having excellent characteristics.
또한 여기서 형성되는 거울면의 특성은 반도체 레이저 다이오드의 전체적인 특성을 향상시키는데 중요한 작용을 한다.In addition, the characteristics of the mirror surface formed here play an important role in improving the overall characteristics of the semiconductor laser diode.
따라서 안정적이고 우수한 성능을 갖는 소자의 제작을 위해서는 우수한 거울면을 형성할 수 있도록 해주는 동시에 고품위 박막을 얻을 수 있도록 해주는 방법이 모색되어야 한다. Therefore, in order to manufacture a device having stable and excellent performance, a method of forming an excellent mirror surface and at the same time obtaining a high quality thin film should be sought.
이를 위해서 최근에 도입되고 있는 방법으로는 완충막을 이용하는 방법이 이용되고 있다.To this end, a method using a buffer membrane is recently used.
상기 완충막을 이용하는 방법의 첫 번째로는 완충막에 의해 응력을 차단함으로써, 상위층으로 전위가 이동, 전파되는 구동력을 줄이는 방법이 있고, 두 번째로는 완충막에 큰 응력을 건 다음 열처리 과정을 통해 전위 등의 결함을 외부로 제거해버리는 방법이 있다. 하지만 이를 통해서 결함을 줄이는데도 한계가 있다.In the first method of using the buffer film, there is a method of reducing the driving force by which the dislocation is moved and propagated to the upper layer by blocking the stress by the buffer film, and the second is applying a large stress to the buffer film and then performing a heat treatment process. There is a method of removing defects such as dislocations to the outside. However, there are limitations in reducing defects through this.
즉, 사파이어 위에 직접적으로 GaN 박막을 성장하는 것이 아닌 레이저 다이오드 구조의 후속 성장을 위한 모재로서 두꺼운 GaN 막이 사파이어 기판 위에 성장되어 있는 GaN 기판을 성장하고 그 위에 GaN 박막을 성장하는 것에 대한 것으로 크 게 다음 두 가지 방법이 있다.That is, as a base material for the subsequent growth of the laser diode structure rather than directly growing the GaN thin film on the sapphire, it is about growing a GaN substrate in which a thick GaN film is grown on the sapphire substrate and growing the GaN thin film thereon. There are two ways.
첫 번째는 LEO(Lateral Epitaxial Overgrawth)법을 이용하여 질화물 반도체 박막을 성장하는 방식으로 도 3a에 도시된 바와 같이 사파이어 기판 위에 제 1 질화물층을 증착하고, 상기 제 1 질화물층과 상부에 성장될 질화물 반도체 박막사이에 소정간격으로 유전막을 형성한다.The first method is to grow a nitride semiconductor thin film by using the Lateral Epitaxial Overgrawth (LEO) method, depositing a first nitride layer on a sapphire substrate as shown in FIG. 3A, and nitride to be grown on the first nitride layer and the upper portion. A dielectric film is formed between the semiconductor thin films at predetermined intervals.
그리고 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 노출된 제 1 질화물층 위에 유전막이 일부 포함되도록 제 2 질화물층을 증착한다.As illustrated in FIG. 3B, a second nitride layer is deposited so that a dielectric film is partially included on the exposed first nitride layer.
이어 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 노출된 유전막 위에 질화물 반도체 박막을 성장시킨다.Next, as shown in FIG. 3C, a nitride semiconductor thin film is grown on the exposed dielectric film.
두 번째로는 pendeoepitaxy법을 이용하여 질화물 반도체 박막을 성장하는 방식으로 도 4a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판 위에 질화물층을 증착한다.Secondly, a nitride layer is deposited on a sapphire substrate as shown in FIG. 4A by growing a nitride semiconductor thin film using a pendeoepitaxy method.
이때, 사파이어 기판과 질화물층간이 모두 접촉되어 있으므로 결함밀도가 매우 높다.At this time, since both the sapphire substrate and the nitride layer are in contact with each other, the defect density is very high.
이어 도 4b에 도시된 바와 같이, 소정간격으로 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각하여 다수개의 스트라이프(stripe) 패턴을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, the sapphire substrate is etched at predetermined intervals to form a plurality of stripe patterns.
그리고 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 형성된 다수개의 스트라이프 패턴에 질화물 박막을 성장시킨다.As shown in FIG. 4C, a nitride thin film is grown on the formed plurality of stripe patterns.
이 방식도 첫 번째 방식과 마찬가지로 사파이어 기판 위에 직접 질화물 박막을 성장하는 것보다 우수한 결정성을 갖는 질화물 박막을 얻을 수 있도록 해주고 있다. This method, like the first method, allows to obtain a nitride thin film having better crystallinity than growing a nitride thin film directly on the sapphire substrate.
그러나 이 방식도 두 번째 방식과 마찬가지로 사파이어와 질화물 박막 사이에 접촉하지 않게 되는 부분들이 존재할 수 밖에 없게 되는데, 이에 따라 반도체 레이저 소자 제작 공정 중 클리빙(cleaving)을 통한 우수한 거울면 형성 공정에 문제를 일으키게 된다.However, like the second method, however, there are no other parts that do not come into contact between the sapphire and the nitride thin film. Thus, there is a problem in the excellent mirror surface forming process through cleaving during the semiconductor laser device manufacturing process. Will be raised.
이와 같은 박막의 결정성과 거울면은 소자의 전체 성능을 크게 좌우하기 때문에 고품위의 박막과 우수한 거울면을 얻는 것은 안정적이고 우수한 성능의 반도체 레이저 제작에 필수적이라 할 수 있다.Since the crystallinity and the mirror surface of the thin film greatly influence the overall performance of the device, obtaining a high quality thin film and an excellent mirror surface may be essential for producing a stable and excellent semiconductor laser.
이상에서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 질화물 반도체 박막의 성장 방법은 사파이어 기판과 질화물 박막이 접촉하는 면적 비율이 낮아 질화물 박막이 사파이어 기판에 힘을 작용하기 어렵게 만드는 문제가 있다. 또한 그에 따라 클리빙(cleaving)을 통한 우수한 광 공동 거울면의 형성이 어렵게 만드는 문제가 있다.As described above, the growth method of the nitride semiconductor thin film according to the prior art has a problem that the nitride film is difficult to exert a force on the sapphire substrate because the ratio of the area of contact between the sapphire substrate and the nitride thin film is low. There is also a problem that makes it difficult to form a good optical cavity mirror surface through cleaving accordingly.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 특정영역에만 패턴을 형성한 후 결정을 성장함으로써 고품위의 질화물 반도체 박막을 얻도록 해주는 동시에 거울면 형성 공정시 우수한 클리브드(cleaved) 거울면을 얻을 수 있는 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and by forming a pattern only in a specific region and growing a crystal to obtain a high-quality nitride semiconductor thin film and at the same time excellent cleaved mirror during the mirror surface forming process It is an object of the present invention to provide a method for growing a nitride semiconductor thin film to obtain a plane.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물 반도체 박막의 성장 방법의 특징은 기판 위에 제 1 질화물층 및 유전막을 순차적으로 형성하는 단계 와, 상부에 형성될 리지 영역 위치에 상기 유전막을 소정 형태로 패터닝하여 제 1 질화물층을 노출시키고, 노출된 제 1 질화물층을 식각하여 기판이 노출되도록 홈을 형성하는 단계와, 상기 유전막을 제거하고 상기 형성된 홈 내에 제 1 질화물 반도체층을 증착하는 단계와, 상기 제 1 질화물 반도체층 위에 제 1 클래드층, 활성층, 제 2 클래드층, 제 2 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시켜 광 공동 거울을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 질화물 반도체층 위에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다. A method of growing a nitride semiconductor thin film according to the present invention for achieving the above object is the step of sequentially forming a first nitride layer and a dielectric film on a substrate, and the dielectric film at a ridge region to be formed on a predetermined form Patterning the first nitride layer to expose the first nitride layer, etching the exposed first nitride layer to form a groove to expose the substrate, removing the dielectric layer, and depositing a first nitride semiconductor layer in the formed groove; Sequentially growing a first cladding layer, an active layer, a second cladding layer, and a second nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer to form an optical cavity mirror, and respectively on the first and second nitride semiconductor layers. And forming an electrode.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에 따른 질화물 반도체 박막의 성장 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the nitride semiconductor thin film growth method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5a 내지 5c 는 본 발명에 따른 질화물 반도체 박막의 성장을 위한 기판 제조 방법을 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 질화물 반도체 박막의 결정 성장 공정을 살펴보면 다음과 같다.5A to 5C illustrate a method of manufacturing a substrate for growing a nitride semiconductor thin film according to the present invention. Referring to this, the crystal growth process of the nitride semiconductor thin film is as follows.
먼저 도 5a에 도시된 것과 같이, 사파이어 기판 위에 일정 두께의 질화물층을 수 ㎛가량 성장시킨다.First, as shown in FIG. 5A, a nitride layer having a predetermined thickness is grown on the sapphire substrate by several μm.
그리고 도 5b에 도시된 바와 같이, SiO2나 Si3N4와 같은 유전막으로 마스크를 형성한 후 스트라이프(stripe)구조의 패턴을 사파이어 기판이 노출되도록 식각한다. As shown in FIG. 5B, after forming a mask with a dielectric film such as SiO 2 or Si 3 N 4 , the stripe pattern is etched to expose the sapphire substrate.
이때 상기 스트라이프 패턴은 상부에 성장될 질화물 반도체 박막내의 소정위치에 형성하므로써, 측면성장에 의해 결정성이 향상된 부분을 상기 소장의 위치에 둔다.At this time, the stripe pattern is formed at a predetermined position in the nitride semiconductor thin film to be grown thereon, so that the portion where the crystallinity is improved by lateral growth is placed at the small intestine position.
그리고 그 이외의 부분은 스트라이프 패턴을 형성시키지 않으므로서, 패턴에 따라 발생되는 사파이어와 질화물 박막 사이에 접촉되는 않는 부분을 최소화한다.And other portions do not form a stripe pattern, thereby minimizing the portion that is not contacted between the sapphire and the nitride thin film generated according to the pattern.
이어 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 유전막을 제거하고 전면에 질화물 반도체 박막을 성장한다. Subsequently, as shown in FIG. 5C, the dielectric film is removed and a nitride semiconductor thin film is grown on the entire surface.
이때 사파이어 기판 위에 성장되는 질화물 반도체 박막은 반도체 레이저의 리지(ridge)를 중심으로 빛이 발생하므로 이 리지 부분의 결정성이 상대적으로 중요하므로, 반도체 레이저 구조 성장시에 도면에 A로 표시된 부분에 상기 리지(ridge)가 형성되도록 소자를 제작한다.In this case, since the nitride semiconductor thin film grown on the sapphire substrate generates light around the ridge of the semiconductor laser, the crystallinity of the ridge portion is relatively important. The device is fabricated so that a ridge is formed.
그 이유로는 상기 A 부분은 측면 성장에 의해 상위층으로 전달되는 드레딩 디스로케이션(threading dislocation)이 줄어들게 되어 결정성이 우수하기 때문이다.The reason for this is that the portion A is excellent in crystallinity because the threading dislocation delivered to the upper layer by side growth is reduced.
그리고 나머지 부분은 사파이어 기판과 접촉을 하고 있기 때문에 결합밀도가 높기 때문에 클리빙(cleaving)을 통한 거울면 형성 공정시 질화물이 사파이어 기판에 힘을 작용하기 쉬워 벽개면을 쉽게 얻을 수 있다.In addition, since the remaining part is in contact with the sapphire substrate, since the bonding density is high, the cleaved surface can be easily obtained because nitride easily exerts a force on the sapphire substrate during the mirror surface forming process through cleaving.
이렇게 얻어지는 거울면은 상대적으로 우수한 광학적 성질을 갖게 된다.The mirror surface thus obtained has relatively excellent optical properties.
또한 도 5d에 도시한 바와 같이, 리지(ridge) 부분에 결정성이 향상된 부분을 늘려주기 위해 스트라이프(stripe) 패턴의 개수를 늘려주어 리지 폭보다 좀 더 넓은 영역에 결정성을 향상시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5D, the crystallinity may be improved in a region wider than the ridge width by increasing the number of stripe patterns in order to increase the crystallinity in the ridge portion.
그러나 스트라이프 패턴의 개수를 지나치게 늘리게 되면 종래의 도 4와 같이 사파이어 기판과 질화물 박막 사이에 접촉되지 않는 부분의 면적 비율이 늘어나게 되므로 클리빙(cleaving)을 통한 거울면 형성 공정에 좋지 않은 영향을 주게 되므로 이를 감안해서 스트라이프 패턴을 형성한다.However, if the number of stripe patterns is excessively increased, the ratio of the area of the non-contact portion between the sapphire substrate and the nitride thin film is increased as shown in FIG. 4, which adversely affects the mirror surface forming process through cleaving. In view of this, a stripe pattern is formed.
또한 상기와 같이 스트라이프 패턴의 개수뿐만 아니라 폭도 바꿀 수 있는데, 도 5e가 본 발명에 따른 스트라이프 패턴의 폭을 나타낸 도면이다. In addition, the width as well as the number of the stripe pattern can be changed as described above, Figure 5e is a view showing the width of the stripe pattern according to the present invention.
도 5e에서 도시된 바와 같이, 유전막을 이용한 식각을 통해 형성되는 스트라이프 패턴의 폭(W1, W2)은 다음과 같은 범위를 갖는다.As shown in FIG. 5E, the widths W1 and W2 of the stripe patterns formed through etching using the dielectric film have the following ranges.
1㎛ < W1 < 100㎛1 μm <W1 <100 μm
50㎛ < W2 < 1000㎛50 μm <W2 <1000 μm
그리고 사파이어 기판과 질화물 반도체 박막이 접촉되는 패턴의 폭 W2는 소자의 폭에 의해 결정되는데, W1/W2의 비율이 낮을수록 사파이어와 질화물 반도체 박막이 접촉되어 있는 면적 비율이 높아져서 클리빙(cleaving) 공정시 쉽게 거울면을 얻을 수 있게 된다.The width W2 of the pattern where the sapphire substrate is in contact with the nitride semiconductor thin film is determined by the width of the device. The lower the ratio of W1 / W2 is, the higher the area ratio is in contact with the sapphire and nitride semiconductor thin films. When you can easily get a mirror surface.
이와 같은 방법대로 질화물 반도체 박막에 패턴을 형성한 후 박막을 성장하게 되면 상위층의 결함 밀도를 감소시켜 고품위의 박막을 얻을 수 있는 동시에 사파이어 기판과 접촉하고 있는 질화물 박막의 면적 비율을 증가시켜 클리빙(cleaving)을 통한 벽개면 형성공정에 유리하게 작용한다.If the thin film is grown after the pattern is formed on the nitride semiconductor thin film in this manner, the defect density of the upper layer can be reduced to obtain a high quality thin film, and the area ratio of the nitride thin film in contact with the sapphire substrate can be increased by the cleaving ( It is advantageous for cleavage forming process through cleaving.
도 6 은 본 발명에 따른 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 이용하여 형성된 GaN 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a GaN semiconductor laser diode formed using a method of growing a nitride semiconductor thin film according to the present invention.
도 6을 참조하여 GaN 반도체 레이저 다이오드의 제조 공정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the manufacturing process of the GaN semiconductor laser diode with reference to Figure 6 as follows.
먼저 사파이어 기판 위에 제 1 질화물층 및 SiO2나 Si3N4로 이루어진 유전막을 순차적으로 형성한다.First, a dielectric layer made of SiO 2 or Si 3 N 4 is sequentially formed on the sapphire substrate.
이어 상부에 형성될 리지 영역 위치에 상기 유전막을 소정 형태로 패터닝하여 제 1 질화물층을 노출시키고, 상기 노출된 제 1 질화물층을 식각하여 기판이 노출되도록 홈을 형성한다.Subsequently, the dielectric layer is patterned in a predetermined shape at a position of the ridge region to be formed thereon to expose the first nitride layer, and the exposed first nitride layer is etched to form a groove to expose the substrate.
다음으로 상기 유전막을 제거하고 상기 형성된 홈 내에 제 1 질화물 반도체층을 증착한 후, 상기 제 1 질화물 반도체층 위에 제 1 클래드층, 제 1 도파층, 활성층, 제 2 도파층, 제 2 클래드층, 제 2 질화물 반도체층을 순차적으로 LEO(Lateral Epitaxial Overgrawth)법을 이용하여 성장시켜 광 공동 거울을 형성한다.Next, after removing the dielectric layer and depositing a first nitride semiconductor layer in the formed groove, a first cladding layer, a first waveguide layer, an active layer, a second waveguide layer, and a second cladding layer are formed on the first nitride semiconductor layer. The second nitride semiconductor layer is sequentially grown by using the Lateral Epitaxial Overgrawth (LEO) method to form an optical cavity mirror.
그리고 상기 제 1, 제 2 질화물 반도체층 위에 각각 전극을 형성하여 GaN 반도체 레이저 다이오드를 제조한다.An electrode is formed on the first and second nitride semiconductor layers to manufacture a GaN semiconductor laser diode.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 질화물 반도체 박막의 성장 방법은 광이 발생되는 부분의 결함밀도가 낮으며, 우수한 거울면을 얻을 수 있기 때문에 안정적이고 우수한 특성을 가진 소자를 제작할 수 있다. As described above, the growth method of the nitride semiconductor thin film according to the present invention has a low defect density at a portion where light is generated and an excellent mirror surface can be obtained, thereby making it possible to manufacture a device having stable and excellent characteristics.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
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