KR101013621B1 - Semiconductor laser diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, n-질화물 기판의 하면 일부에 와이어 본딩용의 n-패드 전극을 형성하고, 투명전극 상부에는 활성층에서 방출된 광을 반사시키는 반사막을 형성하여, 종래와 같이, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 그 식각영역만큼 제거되는 발광 면적의 축소를 방지할 수 있고, 나아가 이러한 발광 면적의 축소로 인한 광 손실을 최대한으로 줄일 수 있게 된다.The present invention relates to a semiconductor laser diode and a method for manufacturing the same, wherein an n-pad electrode for wire bonding is formed on a portion of a lower surface of an n-nitride substrate, and a reflective film is formed on the transparent electrode to reflect light emitted from an active layer. As in the related art, mesa etching from the transparent electrode to a part of the n-nitride layer to form the n-pad electrode can prevent reduction of the light emitting area removed by the etched region, and furthermore, The light loss due to the reduction can be minimized.
반도체, 레이저, 다이오드, 반사막, 발광, 면적Semiconductor, Laser, Diode, Reflective Film, Light Emitting, Area
Description
도 1a 내지 도 1c는 일반적인 반도체 레이저 다이오드 제조 방법을 순서대로 도시한 도면,1A to 1C are diagrams sequentially illustrating a general method of manufacturing a semiconductor laser diode;
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법을 순서대로 도시한 도면,2a to 2d are views sequentially showing a method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드를 도시한 도면이다.3 is a view showing a semiconductor laser diode according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20 : 질화물 기판 21 : n-질화물층20: nitride substrate 21: n-nitride layer
22 : 활성층 23 : p-질화물층22 active layer 23 p-nitride layer
24 : 투명전극 25 : 반사막24
26 : n-패드전극 27 : p-패드전극26: n-pad electrode 27: p-pad electrode
본 발명은, n-질화물 기판의 하면 일부에 와이어 본딩용의 n-패드 전극을 형성하고, 투명전극 상부에는 활성층에서 방출된 광을 반사시키는 반사막을 형성하도 록 하여, 종래와 같이, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 그 식각영역만큼 제거되는 발광 면적의 축소를 방지할 수 있도록 하는, 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.According to the present invention, an n-pad electrode for wire bonding is formed on a portion of a lower surface of an n-nitride substrate, and a reflective film for reflecting light emitted from the active layer is formed on the transparent electrode. The present invention relates to a semiconductor laser diode and a method for manufacturing the same, which can prevent the reduction of the light emitting area removed by the etching region by mesa etching the transparent electrode to a part of the n-nitride layer to form an electrode.
최근, 고 효율의 단파장 광소자에 대한 수요가 늘어남에 따라 이러한 용도에 적합한 것으로 알려져 있는 질화물 반도체 다이오드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 특히, 청자색 계열의 단파장 광소자 이외에 포스퍼(Phosphor)를 첨가하여 백색광을 만들 수 있게 되면서, 이 분야에 대한 관심이 날로 증대되어지고 있다.Recently, as the demand for high efficiency short wavelength optical devices increases, researches on nitride semiconductor diodes known to be suitable for such applications are being actively conducted. In particular, phosphorus is added in addition to the blue violet short wavelength optical devices. As white light can be generated, interest in this field is increasing day by day.
한편, 이러한 질화물 계열의 반도체 레이저 다이오드는 기판으로 사파이어를 주로 사용하였으나, 질화물과 사파이어는 격자 상수 및 열 팽창 계수의 차이로 인해, 사파이어 기판에 질화물층을 형성하면, 고 밀도의 결정성 결함이 발생하는 문제점이 있었다.The nitride-based semiconductor laser diode mainly uses sapphire as a substrate. However, nitride and sapphire have a high density of crystalline defects when a nitride layer is formed on the sapphire substrate due to a difference in lattice constant and thermal expansion coefficient. There was a problem.
이를 해소하기 위하여 프리 스탠딩(Free standing)된 질화물 기판을 이용해 소자를 제조하려는 시도가 이루어지고 있는데, 이러한 프리 스탠딩 기판 제조 방법은, 사파이어 기판 위에 두꺼운 질화물층을 성장시킨 후, 기계적인 래핑(Mechanical lapping)공정을 수행하거나, 사파이어 기판에 레이저를 조사하여, 질화물층과 사파이어 기판의 계면 부분을 녹이는 레이저 리프트 오프 공정을 이용하여, 사파이어 기판을 질화물층으로부터 분리하여 프리 스탠딩된 질화물 기판을 얻게 되며, 이러한 프리 스탠딩된 질화물 기판을 이용해 반도체 레이저 다이오드를 제조하게 된다. In order to solve this problem, attempts have been made to fabricate a device using a free standing nitride substrate. In this method of manufacturing a free standing substrate, mechanical lapping is performed after a thick nitride layer is grown on a sapphire substrate. A sapphire substrate is separated from the nitride layer by using a laser lift-off process of performing a process or by irradiating a laser to the sapphire substrate to melt the interface portion of the nitride layer and the sapphire substrate, thereby obtaining a free standing nitride substrate. Free standing nitride substrates are used to fabricate semiconductor laser diodes.
도 1은 이와 같은 프리 스탠딩된 질화물 기판을 이용한 일반적인 반도체 레이저 다이오드를 제조하는 방법을 도시한 공정 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이, 질화물 기판(10) 상면에 MOCVD방법을 이용하여 n형으로 도핑된 질화물층(11)(이하, "n-질화물층"으로 약칭함)과 활성층(12), p형으로 도핑된 질화물층(12)(이하, "p-질화물층"으로 약칭함)과 투명전극(14)을 순차적으로 적층한 다음(도 1a), 투명전극(14)부터 n-질화물층(11)의 일부까지 메사(mesa) 식각하여 n-질화물층(11)의 일부를 노출시키고(도 1b), 노출시킨 n-질화물층(11)에 n-패드 전극(16)을 투명전극(14)에 p-패드 전극(15)을 각기 형성하여 외부와 전기적으로 연결한다(도 1c).FIG. 1 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a general semiconductor laser diode using such a free standing nitride substrate. As shown in FIG. 1, the upper surface of the
이러한, 일반적인 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법은, 특히 외부와 전기적으로 연결하는 와이어 본딩용의 n-패드 전극을 형성하기 위해, 도 1b에서와 같이, 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각하게 되는데, 이 때 그 식각영역만큼 발광 면적이 줄어들어 소자의 발광 효율이 저하되는 문제점을 초래한다. In this method of manufacturing a general semiconductor laser diode, in particular, in order to form an n-pad electrode for wire bonding electrically connected to the outside, as shown in FIG. 1B, the mesa (mesa) from the transparent electrode to a part of the n-nitride layer In this case, the light emitting area is reduced by the etched area, which causes a problem that the light emitting efficiency of the device is lowered.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 그 식각영역만큼 제거되는 발광 면적의 축소를 방지하여, 이를 통해 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있도록 하는, 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was developed to solve the above-described problems, and in order to form an n-pad electrode, a reduction in the emission area removed by the etched area by mesa etching from the transparent electrode to a part of the n-nitride layer is performed. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, which can be prevented, thereby improving the luminous efficiency of the device.
이러한 목적에 따라 본 발명은 n-질화물 기판의 하면 일부에 와이어 본딩용 의 n-패드 전극을 형성하고, 투명전극 상부에는 활성층에서 방출된 광을 반사시키는 반사막을 형성하여 종래와 같이, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 그 식각영역만큼 제거되는 발광 면적의 축소를 방지하고자 한다.According to the present invention, the n-pad electrode for wire bonding is formed on a portion of the lower surface of the n-nitride substrate, and a reflective film is formed on the transparent electrode to reflect the light emitted from the active layer. In order to form an electrode, a mesa is etched from the transparent electrode to a part of the n-nitride layer to prevent reduction of the emission area removed by the etched area.
이를 위해 본 발명은, 질화물 기판 상부에 n-질화물층, 활성층, p-질화물층, 투명전극을 순차적으로 형성하는 제 1 단계;To this end, the present invention, the first step of sequentially forming an n-nitride layer, an active layer, a p-nitride layer, a transparent electrode on the nitride substrate;
상기 제 1 단계의 투명 전극 상부에 반사용 금속을 증착하여 반사막을 형성하는 제 2 단계;A second step of forming a reflective film by depositing a reflective metal on the transparent electrode of the first step;
상기 제 1 단계의 질화물 기판 일부를 식각하는 제 3 단계;A third step of etching a part of the nitride substrate of the first step;
상기 제 2 단계에 따라 형성한 반사막 일면에 p-패드 전극을, 상기 제 3 단계에 따라 일부가 식각된 질화물 기판의 일면에 n-패드 전극을 각기 형성하는 제 4 단계를 통해, 반도체 레이저 다이오드를 제조하도록 한다.
또한, 본 발명은 질화물 패턴 상에 배치된 순차적으로 배치된 n-질화물층, 활성층 및 p-질화물층, 투명전극; 상기 투명 전극 상부에 형성된 반사용 금속; 상기 반사용 금속 일면에 형성된 p-패드 전극; 및 상기 질화물 기판의 일면에 배치된 n-패드 전극을 구비하며, 상기 질화물 패턴은 상기 n-질화물층 보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드를 제공한다.The semiconductor laser diode may be formed through a fourth step of forming a p-pad electrode on one surface of the reflective film formed in accordance with the second step, and an n-pad electrode on one surface of the nitride substrate partially etched in accordance with the third step. To manufacture.
In addition, the present invention is sequentially disposed on the nitride pattern n-nitride layer, the active layer and p- nitride layer, a transparent electrode; A reflective metal formed on the transparent electrode; A p-pad electrode formed on one surface of the reflective metal; And an n-pad electrode disposed on one surface of the nitride substrate, wherein the nitride pattern has a smaller area than the n-nitride layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법을 설명한다.First, a method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.
우선, 상기 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 질화물 기판(20) 상부에 n형으로 도핑된 n-질화물층(21), 발광층인 활성층(22), p형으로 도핑된 p-질화물층(23)및 투명전극(24)을 순차적으로 증착한다.
First, as shown in FIG. 2A, the semiconductor laser diode according to the present invention includes an n-
상기 질화물 기판(20)은 소자 구동시 효율적으로 광을 방출시키기 위해 그 표면을 래핑(lapping)과 폴리싱(polishing)으로 가공하고, 두께는 대략 100㎛ 정도를 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다.The
그리고, 상기 질화물은 InGaN, GaN, 또는 AlGaN과 같이 Ⅲ-Ⅴ족으로 이루어진 화합물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다.The nitride is preferably a compound semiconductor made of III-V group, such as InGaN, GaN, or AlGaN.
다음, 질화물 기판(20) 상부에 n-질화물층(21), 활성층(22), p-질화물층(23) 및 투명전극(24)이 기술된 순서에 따라 순차적으로 증착되면, 상기 투명전극(24) 상면에 고반사율의 반사용 금속(metal)을 증착하여 반사막(25)을 형성한다(도 2b). Next, when the n-
그리고, 반사막(25)이 형성되면, 후속 공정에서 형성되는 p-패드 전극과의 부착력을 향상시키기 위하여 500?? ~ 600??의 온도로 약 1분간 열처리를 하는 것이 바람직하다.Then, when the
또한, 상기 반사막(28)에 사용되는 고 반사율의 반사용 금속은 Ag, Al, Au로 이루어진 군(群)중에서 선택된 일종을 사용하고, 두께는 수 ㎛내에서 약 0.2㎛이상으로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a high reflectance metal used for the reflective film 28 is one selected from the group consisting of Ag, Al and Au, and the thickness should be about 0.2 µm or more within several µm. .
한편, 투명전극(24)상면에 반사막(25)이 형성되면, 질화물 기판(20)의 양측 일부를 식각하여 n-질화물층(21)의 일부를 노출시킨 다음(도 2c), 양측 일부가 식각된 질화물 기판(20)의 하면에 금속을 증착하여 와이어 본딩시 사용되는 n-패드 전극(26)을 형성하는데, 상기 금속은 Cr, Ni, Au, Al, Ti, Pt 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
Meanwhile, when the
그리고, 상기 n-패드 전극(26) 형성과 동시에 또는 각기 반사막(25) 상면 일부에 와이어 본딩시 사용되는 p-패드 전극(27)을 형성하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법을 종료한다(도 2d). At the same time as the n-
이러한 제조방법에 따라 제조된 본 발명의 반도체 레이저 다이오드는 도 3에 도시된 바와 같이, n-질화물층(21) 상부에 순차적으로 형성된 활성층(22), p-질화물층(23), 투명전극(24)과, 상기 투명전극(24) 상부에 반사용 금속(metal)이 증착되어 형성된 반사막(25)과, 상기 반사막(25) 상면의 일부에 형성된 와이어 본딩용의 p-패드 전극(27)과, 상기 n-질화물층 하면 일부에 형성된 질화물 기판(20)과, 상기 질화물 기판(20)의 하면 일부에 형성되어 외부와 전기적으로 연결되는 와이어 본딩용의 n-패드 전극(26)으로 이루어지는데, 도 3은 도 2d의 사시도이다.As shown in FIG. 3, the semiconductor laser diode of the present invention manufactured according to the above-described manufacturing method includes an
한편, 이렇게 이루어진 본 발명의 반도체 레이저 다이오드는, 특히 질화물 기판(20)의 하면 일부에 n-패드 전극(26)이 형성되어 있으며, 투명전극(24) 상부에는 금속성 재질의 반사막(25)이 증착되어 있는 구조를 가지고 있다.Meanwhile, in the semiconductor laser diode of the present invention, the n-
이러한 본 발명의 구조는, 활성층(22)에서 방출된 광이 n-질화물층(21)으로 진행하거나, 또는 상기 활성층(22)에서 방출되어 투명전극(24)을 통해 진행된 광이 반사막(25)을 통해 반사되어 상기 n-질화물층으로 다시 향하게 된다.In the structure of the present invention, the light emitted from the
이에 따라, 종래와 같이, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 발광 면적이 축소되는 것을 방지할 수 있고, 이 발광 면적의 축소로 인한 광 손실을 최대한으로 줄일 수 있게 된다.Accordingly, as in the related art, the light emitting area can be prevented from being reduced by mesa etching from the transparent electrode to a part of the n-nitride layer to form the n-pad electrode, and the light due to the reduction of the light emitting area can be prevented. The loss can be reduced as much as possible.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법은, n-질화물 기판의 하면 일부에 와이어 본딩용의 n-패드 전극을 형성하고, 투명전극 상부에는 활성층에서 방출된 광을 반사시키는 반사막을 형성하도록 하여, 종래와 같이, n-패드 전극을 형성하기 위해 투명전극부터 n-질화물층의 일부까지 메사(mesa)식각함으로써 그 식각영역만큼 제거되는 발광 면적의 축소를 방지할 수 있고, 나아가 이러한 발광 면적의 축소로 인한 광 손실을 최대한으로 줄일 수 있게 되는 효과가 있다. As described in detail above, the semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same according to the present invention form an n-pad electrode for wire bonding on a portion of the lower surface of the n-nitride substrate, and emit light emitted from the active layer on the transparent electrode. By forming a reflecting film to reflect, mesa etching from a transparent electrode to a part of the n-nitride layer to form an n-pad electrode as in the conventional art can prevent reduction of the light emitting area removed by the etched area. In addition, there is an effect that the light loss due to the reduction of the light emitting area can be reduced to the maximum.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to the specific examples described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
Claims (3)
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