KR20000038997A - Method for manufacturing optic device having gan based distributed bragg reflector having high reflection rate - Google Patents
Method for manufacturing optic device having gan based distributed bragg reflector having high reflection rate Download PDFInfo
- Publication number
- KR20000038997A KR20000038997A KR1019980054188A KR19980054188A KR20000038997A KR 20000038997 A KR20000038997 A KR 20000038997A KR 1019980054188 A KR1019980054188 A KR 1019980054188A KR 19980054188 A KR19980054188 A KR 19980054188A KR 20000038997 A KR20000038997 A KR 20000038997A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gan
- layer
- bragg reflector
- algan
- etching
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
Abstract
Description
본발명은 GaN계 화합물 반도체로 구성되는 400 nm 대의 단파장용 분산 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector; DBR)를 갖는 광소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing method of an optical device having a short wavelength distributed Bragg reflector (DBR) of 400 nm band composed of a GaN-based compound semiconductor.
분상 브래그 반사기(DBR)는, λ를 빛의 파장이라 하고, n 을 매질의 굴절률이라 하며, m을 홀수라 할 때, 서로 굴절률이 다른 두 매질을 mλ/4n 의 두께로 교대로 적층하여 특정 파장대(λ)의 빛에서 99% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 반도체층으로 형성된 반사기로서, 발진 파장 보다 밴드갭 에너지(bandgap energy)가 커 흡수가 일어나지 않아야 하고, 두 DBR 물질 간의 굴절률 차이가 클수록 반사율이 커진다. 이와 같은 DBR은 GaAs 및 AlAs 와 같이 서로 격자상수가 비슷하여 에피택시 성장(epitaxial growth)이 가능한 반도체 물질을 사용하는 경우와 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO2와 같은 유전성(dielectric) 물질을 사용하는 경우로 대별된다. 전자의 경우 반도체를 통해 전류주입이 가능하고 박막질이 우수하다는 장점이 있는 반면 후자의 경우에는 굴절률 차이가 큰 물질들을 선택할 수 있어 적은 쌍(pair)의 적층 수로도 높은 반사율을 얻을 수 있으나, 유전체(dielectric)가 부도체이므로 전류 주입이 불가능하고 그 위에 결정을 성장시킬 수 없는 단점이 있다.In the phased Bragg reflector (DBR), λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the medium, and m is the odd number. A reflector formed of a semiconductor layer that can obtain a reflectance of 99% or more in the light of (λ). . Such DBRs have similar lattice constants such as GaAs and AlAs, so that they can be used for epitaxial growth and dielectric materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO 2 . It is roughly classified as using a substance. The former has the advantage that the current can be injected through the semiconductor and the thin film quality is excellent. In the latter case, materials having a large difference in refractive index can be selected, so that a high reflectance can be obtained even with a small number of pairs of stacked layers. Since dielectrics are insulators, current injection is impossible and crystals cannot be grown on them.
GaN 계 광소자의 경우 DBR로 사용 가능한 반도체 재료로는 GaN 또는 AlGaN 또는 AlN 등이 있다. 이들로 구성되는 DBR 적층은 고반사율을 얻기 위해 Al의 함량을 30% 이상으로 하는데, Al의 함량이 30% 이상인 AlGaN 와 AlN 등은 밴드갭 에너지(bandgap energy)가 너무 커서 이들로 구성된 DBR을 통해 전류를 주입할 경우 구동 전압이 매우 높아지고 높은 저항으로 인해 발열로 인한 문제가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 굴절률 차이가 가장 큰 GaN 와 AlN 로 DBR을 구성하여도 요구되는 고반사율을 얻기 위해서는 최소한 20 쌍(pair) 이상의 적층을 하여야 하며 더욱이 고반사율 영역의 파장 폭이 매우 좁아 면발광 반도체 레이저 다이오드와 같은 광소자에 적용하여 사용하기가 어려운 문제가 있다. 그러나 기술적으로 더욱 큰 문제는 GaAs/AlAs로 제작되는 DBR 과는 달리 GaN/AlN는 결정 성장이 매우 어렵고 성장속도도 느려 이렇게 많은 쌍(pair)의 DBR을 제작하기가 매우 어렵다는 것이다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 유전체(dielectric) DBR을 사용할 수도 있으나, 이는 상부 DBR에만 적용할 수 있을 뿐, 공진기(cavity)를 성장시키기 위해서 하부 DBR 은 결정 성장법으로 제작하여야만 한다.In the case of GaN-based optical devices, semiconductor materials that can be used as DBR include GaN or AlGaN or AlN. The DBR layer composed of them has an Al content of 30% or more in order to obtain a high reflectivity.AlGaN and AlN having an Al content of 30% or more have a bandgap energy so large that the DBR composed of them When injecting current, the driving voltage becomes very high and high resistance can cause problems due to heat generation. In addition, in order to obtain the high reflectivity required even if DBR is composed of GaN and AlN having the largest refractive index difference, at least 20 pairs should be stacked. Moreover, since the wavelength width of the high reflectance region is very narrow, the surface-emitting semiconductor laser diode and There is a problem that is difficult to apply to the same optical device. However, the technically bigger problem is that unlike DBRs made of GaAs / AlAs, GaN / AlN has a very difficult crystal growth and a slow growth rate, making it difficult to produce many pairs of DBRs. To overcome this problem, a dielectric DBR may be used, but it may be applied only to the upper DBR, and the lower DBR must be manufactured by the crystal growth method in order to grow the cavity.
이러한 문제점을 극복하고자 제안된 한 방법이 출원번호 제(97P-0130, 0175 ets.) 호에 기재된 GaN와 공기를 이용한 DBR이다. 이와 같이 GaN와 공기층의 쌍을 적층한 DBR 구조는 공기층의 굴절율이 거의 1에 가깝기 때문에 3~5 쌍의 적층 만으로도 충분히 99% 이상의 고반사율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이러한 GaN와 공기층의 쌍을 적층한 DBR 구조를 구현하기 위해 사용한 제조 방법은 GaN 와 AlN를 교대로 적층한 다음 AlN를 선택적으로 습식 식각하는 방법과 n-GaN 와 p-GaN를 교대로 적층한 다음 n-GaN를 극성 선택(polarity selective) 습식 식각법으로 제거하는 방법을 사용하였다.One method proposed to overcome this problem is DBN using GaN and air described in Application No. (97P-0130, 0175 ets.). As described above, the DBR structure in which a pair of GaN and air layers are laminated has an advantage that high reflectance of 99% or more can be obtained by only three to five pairs of laminations because the refractive index of the air layer is almost close to 1. The fabrication method used to implement a DBR structure in which a pair of GaN and air layers are stacked is alternately stacked with GaN and AlN, followed by selective wet etching of AlN, and alternately stacked with n-GaN and p-GaN. A method of removing n-GaN by polarity selective wet etching was used.
그러나 전자의 경우 GaN 와 AlN 간의 선택도(selectivity)가 완전한 식각 용액을 만들기가 어려우며 또한 식각 속도도 매우 느린 단점이 있다. 또한 GaN와 AlN 간의 격자 부정합이 심해 양질의 결정 성장이 어려운 문제가 있다. 후자의 경우에는 광전자화학 에칭(Photoelectrochemical(PEC) Etching)을 이용하여 p-GaN 와 n-GaN 간의 완전한 선택도(selectivity)를 얻을 수 있으며, 격자 부정합에 의한 문제도 없음이 증명 되었다. PEC etching 은 특정한 용액 속의 GaN가 흡수하는 단파장(U.V 등)의 빛으로 전자와 정공을 형성하고 생성된 정공이 GaN 표면으로 이동하게 하여 산화-환원 반응을 일으키며 식각하는 방법으로 p-GaN는 정공이 표면과 반대로 움직이게 되어 식각이 되지 않는 특성을 이용하는 것이다. 그러나 이 방법의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 각 층의 두께가 매우 얇아져서 p-n 접합(junction)의 공핍층(depletion layer) 보다 얇아지면 p-GaN와 n-GaN 간의 포텐셜 차(portential difference)에 의해 정공이 표면으로 가기 보다는 p-GaN 쪽으로 휩쓸려 가게 되며, 따라서 n-GaN의 식각도 일어나지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 정도 각 층의 두께가 두꺼워져 공핍층(depletion layer) 보다 두꺼워 진다 하더라도 캐리어(carrier)의 확산 길이(diffusion length) 보다 작으면 확산(diffusion)에 의해 접합(junction) 쪽으로 이동하여 p-GaN로 정공이 몰리는 현상이 생겨 역시 식각이 되지 않는다. 따라서 단순한 p-n 호모접합(homojuction) 구조에서 극성 선택 에칭(polarity selective etching)을 할 경우에는 식각이 가능한 최소 두께가 존재하며, 이는 GaN의 도핑 레벨(doping level)에 의존하게 된다. 따라서, 이와 같은 방법으로 GaN/공기의 쌍으로 구성되는 DBR을 제작하기 위해서는 λ/4n DBR은 불가능하며 5λ/4n 이상의 DBR을 설계해야 할 것이다. 이럴 경우 고반사율을 얻는 데에는 문제가 없으나 고반사율의 밴드폭(Band width)이 좁아져 실제 응용에 제약이 따른다.However, in the former case, the selectivity between GaN and AlN is difficult to make a complete etching solution, and the etching speed is very slow. In addition, lattice mismatch between GaN and AlN is severe, which makes it difficult to grow crystals of good quality. In the latter case, photoelectrochemical (PEC) etching can be used to obtain complete selectivity between p-GaN and n-GaN, and it is proved that there is no problem due to lattice mismatch. PEC etching is a method in which electrons and holes are formed by light of short wavelength (UV, etc.) absorbed by GaN in a specific solution, and the resulting holes move to the surface of GaN, causing oxidation-reduction reaction and etching. This is to move against the surface and use the property that is not etched. However, in this case, as shown in FIG. 1, when the thickness of each layer becomes very thin and thinner than the depletion layer of the pn junction, it is caused by the potential difference between p-GaN and n-GaN. Holes are swept towards p-GaN rather than going to the surface, so no etching of n-GaN occurs. As shown in FIG. 2, even if the thickness of each layer becomes thicker than the depletion layer to some extent, if it is smaller than the diffusion length of the carrier, the junction may be caused by diffusion. It moves to the) side and p-GaN hole gathering phenomenon is also not etched. Therefore, in the case of polar selective etching in a simple p-n homojunction structure, there is a minimum thickness that can be etched, and this depends on the doping level of GaN. Therefore, in order to manufacture a DBR composed of GaN / air pairs in this manner, a λ / 4n DBR is impossible and a DBR of 5λ / 4n or more will be required. In this case, there is no problem in obtaining a high reflectance, but the band width of the high reflectance is narrowed, which places a limitation on the actual application.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 99.9% 이상의 고반사율을 용이하게 얻을 수 있는 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector that can easily obtain a high reflectance of 99.9% or more.
도 1은 종래의 분산 브래그 반사기의 제조 방법에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 분산 브래그 반사기층의 에너지 밴드 구조를 보여주는 도면,1 is a view showing an energy band structure of a distributed Bragg reflector layer for explaining a problem in a conventional method of manufacturing a distributed Bragg reflector,
도 2는 종래의 분산 브래그 반사기의 제조 방법에 있어서의 또 다른 구조의 문제점을 설명하기 위한 분산 브래그 반사기층의 에너지 밴드 구조를 보여주는 도면,2 is a view showing an energy band structure of a distributed Bragg reflector layer for explaining another problem of the structure in the conventional method of manufacturing a distributed Bragg reflector;
도 3은 본 발명에 따른 분산 브래그 반사기의 제조 방법에 있어서 그 기본 원리를 설명하기 위한 분산 브래그 반사기층의 에너지 밴드 구조를 보여주는 도면,3 is a view showing an energy band structure of a distributed Bragg reflector layer for explaining the basic principle in the method of manufacturing a distributed Bragg reflector according to the present invention,
도 4는 발명에 따른 또 다른 분산 브래그 반사기의 제조 방법에 있어서 그 기본 원리를 설명하기 위한 또 다른 분산 브래그 반사기층의 에너지 밴드 구조를 보여주는 도면,4 is a view showing an energy band structure of another distributed Bragg reflector layer for explaining the basic principle in the method of manufacturing another distributed Bragg reflector according to the invention,
도 5는 본 발명에 따른 분산 브래그 반사기의 제조 방법에 있어서 그 기본 원리를 설명하기 위한 분산 브래그 반사기층의 구조를 보여주는 도면,5 is a view showing the structure of a distributed Bragg reflector layer for explaining the basic principle in the method of manufacturing a distributed Bragg reflector according to the present invention,
그리고 도 6 및 도 7은 각각 도 3의 분산 브래그 반사기의 제조 방법을 적용하여 분산 브래그 반사기를 제작한 모습들을 보여주는 사진들이다.6 and 7 are photographs showing the manufacturing of the distributed Bragg reflector by applying the method of manufacturing the distributed Bragg reflector of FIG. 3, respectively.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1. n-AlGaN층 2. n-GaN층1.n-AlGaN layer 2.n-GaN layer
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법은, (가) n-GaN와 p-AlGaN을 교대로 증착하여 n-GaN층과 p-AlGaN층의 쌍을 소정수 이상 적층하는 단계; 및 (나) 상기 n-GaN층을 광전자화학 에칭법으로 선택적으로 측방 식각하여 p-AlGaN층 및 공기층의 쌍이 반복적으로 적층된 DBR을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector according to the present invention, (A) n-GaN and p-AlGaN alternately deposited to n-GaN layer and p-AlGaN Stacking a predetermined number of pairs of layers; And (b) selectively side-etching the n-GaN layer by photoelectrochemical etching to form a DBR having a pair of p-AlGaN layers and air layers repeatedly stacked thereon.
본 발명에 있어서, 상기 광전자화학 에칭법은 상기 n-GaN층과 p-AlGaN층의 쌍들의 가전자대에 생기는 스파이크 모양의 에너지 장벽을 이용하여 상기 선택성을 조절하고, 식각액으로 KOH, NaOCl, NaCl, H2SO4, HCl, HF, H3PO4, H2O2의 화합물 중 적어도 어느 한 화합물과 H2O를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the photoelectrochemical etching method controls the selectivity by using a spike-like energy barrier generated in the valence band of the pair of n-GaN layer and p-AlGaN layer, KOH, NaOCl, NaCl, It is preferable to use a mixture of at least one of H 2 SO 4 , HCl, HF, H 3 PO 4 , and H 2 O 2 with H 2 O.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법은, (가) n-GaN와 n-AlGaN을 교대로 증착하여 n-GaN층과 n-AlGaN층의 쌍을 소정수 이상 적층하는 단계; 및 (나) 상기 n-GaN층을 광전자화학 에칭법으로 선택적으로 측방 식각하여 n-AlGaN층 및 공기층의 쌍이 반복적으로 적층된 DBR을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, another method of manufacturing an optical device having a GaN-based high reflectance dispersed Bragg reflector according to the present invention, (A) n-GaN layer by alternately depositing n-GaN and n-AlGaN Stacking a predetermined number or more of pairs of n-AlGaN layers; And (b) selectively side-etching the n-GaN layer by photoelectrochemical etching to form a DBR having a pair of n-AlGaN layers and air layers repeatedly stacked thereon.
본 발명에 있어서, 상기 광전자화학 에칭법은 상기 n-GaN층과 n-AlGaN층의 쌍들의 밴드갭 엔지니어링을 이용하여 정공이 상기 n-GaN층으로 몰려 상기 n-GaN층 만이 식각되도록 하고, 식각액으로 KOH, NaOCl, NaCl, H2SO4, HCl, HF, H3PO4, H2O2의 화합물 중 적어도 어느 한 화합물과 H2O를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the photoelectrochemical etching method uses a bandgap engineering of the pair of n-GaN layer and n-AlGaN layer so that holes are driven into the n-GaN layer so that only the n-GaN layer is etched. Therefore, it is preferable to use a mixture of at least one compound of HOH, NaOCl, NaCl, H 2 SO 4 , HCl, HF, H 3 PO 4 , H 2 O 2 and H 2 O.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법은 앞서 설명한 바 있는 종래의 제조 방법 상의 문제점을 극복하기 위해서 광전자화학 에칭(PEC etching)의 원리와 밴드갭 엔지니어링(Bandgap engineering)을 이용하여 GaN/공기 쌍의 적층으로 이루어진 DBR을 제작할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. 본 발명에서 제시하는 방법에는 동형 이종 접합(Iso type Hetero-juction)을 이용하는 방법과 이형 이종 접합(Aniso type Hetero-juction)을 이용하는 방법이 있다.The method of fabricating an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector according to the present invention uses a principle of photoelectrochemical etching and bandgap engineering to overcome the problems of the conventional manufacturing method described above. We present a new method to fabricate a DBR consisting of a stack of GaN / air pairs. The method proposed in the present invention includes a method using homo-type heterojunction (Iso type Hetero-juction) and a method using hetero-type heterojunction (Aniso type Hetero-juction).
도 3은 이형 이종 접합(Aniso type Hetero-juction)을 이용하는 DBR 제조 방법을 설명하는 도면이다. 이 방법은 n-GaN와 p-AlGaN를 교대로 적층한후 n-GaN 를 선택적으로 측방 에칭(lateral etching)하는 방법으로 그 원리는 다음과 같다. 즉, 도시된 바와 같이, n-GaN와 p-AlGaN 가 공핍층(depletion layer)의 두께 이상의 두께로만 적층되면 두 층간에 가전자대(valence band)에 생기는 스파이크(spike) 모양의 에너지 장벽에 의해 정공의 흐름이 차단된다. 따라서 n-GaN 에서 생긴 정공이 p-AlGaN 로 휩쓸려 가지 않고 n-GaN 만이 식각될 수 있다. 그러나 이 방법의 경우 전자가 n-GaN로 몰리기 때문에 전자와 정공이 재결합 할 확률이 높다. 따라서, 식각속도가 느려진다.3 is a view for explaining a DBR manufacturing method using an hetero heterojunction (Aniso type Hetero-juction). In this method, n-GaN and p-AlGaN are alternately stacked, and then n-GaN is selectively lateral etching. The principle is as follows. That is, as shown in the figure, when n-GaN and p-AlGaN are stacked only to the thickness of the depletion layer or more, holes are formed by spike-like energy barriers generated in the valence band between the two layers. The flow of water is blocked. Therefore, only holes of n-GaN can be etched without holes generated in n-GaN being swept into p-AlGaN. However, this method has a high probability of recombination of electrons and holes because electrons are driven to n-GaN. Therefore, the etching speed becomes slow.
도 4는 동형 이종 접합(iso type heterojuction)을 이용하는 DBR 제조 방법을 설명하는 도면이다. 이 방법은 n-GaN와 n-AlGaN 를 교대로 적층한 후 n-GaN 를 선택적으로 측방 에칭(lateral etching)하는 방법으로 그 원리는 다음과 같다. 즉, 도시된 바와 같이, n-GaN와 n-AlGaN가 적층되면 두 층간에 가전자대(valence band) 의 포텐셜 차(portential differnce)에 의해 정공은 n-GaN 로 몰리게 되고, 상대적으로 n-GaN에는 정공이 존재하지 않게 된다. 그리고, 전도대(conduction band) 쪽에 스파이크(spike) 모양의 에너지 장벽이 생기게 되지만, 전자는 이동도(morbility)가 높아 이런 장벽(barrier)을 극복하고 쉽게 흘러 시편에 마련된 전극을 따라 외부 회로로 빠져 나간다. 따라서 식각은 n-GaN에서만 일어나게 되고 n-AlGaN에서 생성된 정공까지 n-GaN의 식각에 참여하므로 식각 속도도 매우 빠르게 된다. 따라서 이런 방법은 얇은 층의 측방 선택 에칭(lateral selective etching)에 매우 용이한 것이다.4 is a diagram illustrating a DBR manufacturing method using iso type heterojuction. In this method, n-GaN and n-AlGaN are alternately stacked, and then n-GaN is selectively lateral etching. The principle is as follows. That is, as shown, when n-GaN and n-AlGaN are stacked, holes are driven to n-GaN due to the potential difference of the valence band between the two layers, and relatively to n-GaN. Holes do not exist. In addition, spike-like energy barriers are formed on the conduction band, but electrons have high mobility and overcome these barriers and easily flow out of the external circuit along the electrodes provided in the specimen. . Therefore, the etching occurs only in n-GaN and the etching speed is also very fast since it participates in the n-GaN etching up to the holes generated in n-AlGaN. This method is therefore very easy for lateral selective etching of thin layers.
상기 두 가지 방법에서 식각액으로는 KOH, NaOCl, NaCl, H2SO4, HCl, HF, H3PO4, H2O2의 화합물 중 적어도 어느 한 화합물과 H2O를 혼합한 용액을 사용한다.In the above two methods, as an etchant, a solution in which at least one compound of HOH, NaOCl, NaCl, H 2 SO 4 , HCl, HF, H 3 PO 4 and H 2 O 2 is mixed with H 2 O is used. .
도 5에는 이러한 원리를 이용해 실제로 DBR을 제작하는 원리를 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, n-AlGaN층(1)에서 생긴 정공은 그 위아래에 있는 n-GaN층(2)로 몰리고 전자는 시편위에 마련된 전극을 통하여 빠져나가므로 전자와 정공의 재결합 없이 n-GaN층(2) 에서만 식각이 일어나게 된다.Figure 5 illustrates the principle of actually making a DBR using this principle. As shown, holes generated in the n-AlGaN layer 1 are directed to the n-GaN layer 2 above and below, and electrons exit through the electrodes provided on the specimen, so that the n-GaN layer does not recombine with the electrons and holes. Only in (2) the etching occurs.
이와 같이, 본 발명은 기본적으로 동종 접합(homojunction)과 이종 접합(heterojuction) 간의 밴드 구조(band structure)가 캐리어(carrier)의 이동에 미치는 영향을 이용한 것으로, 도 6에 도시된 바와 같은 n-GaN와 p-Al0.1Ga0.9N 구조 및 도 7에 도시된 바와 같은 n-GaN 와 p-GaN 의 구조를 이용하여 간접적으로 그 타당성을 증명한다.As such, the present invention basically uses the effect of a band structure between homojunction and heterojunction on the movement of a carrier, and n-GaN as shown in FIG. 6. And p-Al 0.1 Ga 0.9 N structure and the structure of n-GaN and p-GaN as shown in Figure 7 indirectly proves its validity.
먼저, 도 7은 n-GaN 와 p-GaN 의 구조에서 n-GaN 만 선택적 측방 에칭(selective lateral etching)한 사진이다. 도시된 바와 같이, 식각이 진행됨에 따라 측벽(side wall)이 네거티브 슬롭(negative slop)을 보이게 되는데, 이것이 바로 접합(junction)에 인접한 n-GaN 내에서 생긴 정공이 p-GaN로 휩쓸려 가서 식각에 참여하지 못했기 때문에 생기는 현상이다. 반면, 도 6의 사진은 n-GaN와 p-Al0.1Ga0.9N 구조에서 n-GaN 만 선택적 측방 에칭(selective lateral etching)한 사진이다. 여기서는, 앞서와 같은 네거티브 슬롭(negative slop)을 보이지 않는 것은 가전자대(valence band)의 스파이크(spike) 모양의 에너지 장벽이 정공이 p-Al0.1Ga0.9N 로 이동하는 것을 막고있기 때문이다. 이 실험을 통해 간접적으로 DBR 제작의 실현 가능성이 충분하다는 것을 알 수 있다.First, FIG. 7 is a photograph of selective lateral etching of only n-GaN in a structure of n-GaN and p-GaN. As shown, as the etching proceeds, the sidewalls show negative slops, which are the holes generated in n-GaN adjacent to the junction, which are swept into the p-GaN. This is caused by not participating. On the other hand, the photo of Figure 6 is a photograph of the lateral etching (selective lateral etching) only n-GaN in the n-GaN and p-Al 0.1 Ga 0.9 N structure. Here, the negative slop is not shown because the spike-like energy barrier of the valence band prevents the hole from moving to p-Al 0.1 Ga 0.9 N. This experiment shows indirectly the feasibility of DBR production.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법은 매우 얇은 두께로 적층된 구조에서도 식각이 가능하며 동형 이종 접합(isotype heterojuction)을 이용한 방법의 경우 오히려 식각속도가 가속되는 효과가 있다. 또한 공핍층(depletion layer)에 의해 제한되는 임계 두께는 도핑 농도(doping concentration)에 의해 결정되는 바, 즉 도핑 농도가 높게 도핑될수록 이 임계 두께가 작아진다. 그런데 GaN 의 경우 무의도적으로 도핑된(unintentionally doped) 경우에도 n-type이 나올 정도로 n-doping은 용이한 반면 p-doping은 억셉터(acceptor) 농도가 가전자대(valence band)와 많이 떨어져 있어 도핑이 어려운 특성이 있다. 따라서 동형 이종 접합(isotype heterojuction)을 이용한 방법의 경우 쉽게 도핑 농도를 높여 임계 두께를 작게할 수 있다. 또한 비슷한 이유로 p-GaN를 반복해서 적층하면 결정질이 나빠지고 균열(crack)이 발생하는 문제가 생기는데 동형 이종 접합(isotype heterojuction)을 이용한 방법의 경우 이러한 문제를 회피할 수 있고, 양질의 결정 성장을 하므로 소자 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the method of fabricating an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector according to the present invention can be etched even in a structure having a very thin thickness. Has the effect of accelerating. The critical thickness limited by the depletion layer is also determined by the doping concentration, i.e. the higher the doping concentration, the smaller the critical thickness. However, in case of GaN, even when unintentionally doped, n-doping is easy enough to show n-type, while p-doping is doped because the acceptor concentration is far from the valence band. This is a difficult characteristic. Therefore, in the case of the method using isotype heterojuction, the doping concentration can be easily increased to reduce the critical thickness. For similar reasons, repeated p-GaN stacking causes poor crystalline and cracking problems. In the case of the method using isotype heterojuction, this problem can be avoided and high-quality crystal growth can be avoided. Therefore, device characteristics can be improved.
이러한 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법을 적용하면 99.9%이상의 고반사율을 얻을 수 있는 DBR을 용이하게 제작할 수 있으므로, 이 GaN계 고반사율 분산 브래그 반사기를 갖는 광소자의 제조 방법은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes), Resonant Cavity LED (Light Emitting Diodes), Resonant Cavity Photodetector 등의 광소자 제조에 응용될 수 있으며, 특히 발광소자에 적용되는 경우 매우 좁은 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 수광소자에 적용되는 경우 좁은 파장 만을 선택적으로 수광할 수 있는 특성을 갖는 Norvel structure의 DBR을 갖는 광소자 제조에 적용될 수 있다.Applying such a method of manufacturing an optical device having a GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector can easily produce a DBR that can obtain a high reflectivity of 99.9% or more, the manufacturing method of an optical device having this GaN-based high reflectivity dispersed Bragg reflector is VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes), Resonant Cavity LED (Light Emitting Diodes), Resonant Cavity Photodetector, etc. can be applied to the manufacturing of optical devices, especially when applied to light emitting devices can obtain a very narrow spectrum, When applied, it can be applied to manufacturing an optical device having a DBR of a Norvel structure having the property of selectively receiving only a narrow wavelength.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1998-0054188A KR100480764B1 (en) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | A method for manufacturing a optical device having DBR based on GaN system material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1998-0054188A KR100480764B1 (en) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | A method for manufacturing a optical device having DBR based on GaN system material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000038997A true KR20000038997A (en) | 2000-07-05 |
| KR100480764B1 KR100480764B1 (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=19562213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-1998-0054188A KR100480764B1 (en) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | A method for manufacturing a optical device having DBR based on GaN system material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100480764B1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100608919B1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-08-03 | 서울옵토디바이스주식회사 | Light-emitting device and method of manufacturing the same |
| WO2014004261A1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-01-03 | Yale University | Lateral electrochemical etching of iii-nitride materials for microfabrication |
| US8941140B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-01-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light-emitting device including nitride-based semiconductor omnidirectional reflector |
| US10458038B2 (en) | 2010-01-27 | 2019-10-29 | Yale University | Conductivity based on selective etch for GaN devices and applications thereof |
| US10554017B2 (en) | 2015-05-19 | 2020-02-04 | Yale University | Method and device concerning III-nitride edge emitting laser diode of high confinement factor with lattice matched cladding layer |
| US11018231B2 (en) | 2014-12-01 | 2021-05-25 | Yale University | Method to make buried, highly conductive p-type III-nitride layers |
| US11043792B2 (en) | 2014-09-30 | 2021-06-22 | Yale University | Method for GaN vertical microcavity surface emitting laser (VCSEL) |
| US11095096B2 (en) | 2014-04-16 | 2021-08-17 | Yale University | Method for a GaN vertical microcavity surface emitting laser (VCSEL) |
-
1998
- 1998-12-10 KR KR10-1998-0054188A patent/KR100480764B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100608919B1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-08-03 | 서울옵토디바이스주식회사 | Light-emitting device and method of manufacturing the same |
| US10458038B2 (en) | 2010-01-27 | 2019-10-29 | Yale University | Conductivity based on selective etch for GaN devices and applications thereof |
| US8941140B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-01-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light-emitting device including nitride-based semiconductor omnidirectional reflector |
| WO2014004261A1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-01-03 | Yale University | Lateral electrochemical etching of iii-nitride materials for microfabrication |
| US9583353B2 (en) | 2012-06-28 | 2017-02-28 | Yale University | Lateral electrochemical etching of III-nitride materials for microfabrication |
| US11095096B2 (en) | 2014-04-16 | 2021-08-17 | Yale University | Method for a GaN vertical microcavity surface emitting laser (VCSEL) |
| US11043792B2 (en) | 2014-09-30 | 2021-06-22 | Yale University | Method for GaN vertical microcavity surface emitting laser (VCSEL) |
| US11018231B2 (en) | 2014-12-01 | 2021-05-25 | Yale University | Method to make buried, highly conductive p-type III-nitride layers |
| US10554017B2 (en) | 2015-05-19 | 2020-02-04 | Yale University | Method and device concerning III-nitride edge emitting laser diode of high confinement factor with lattice matched cladding layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100480764B1 (en) | 2005-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7768024B2 (en) | Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers fabricated by growth over a patterned substrate with multiple overgrowth | |
| KR100763827B1 (en) | Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same | |
| JP3852000B2 (en) | Light emitting element | |
| KR102320790B1 (en) | Uv light emitting diode and method of fabricating the same | |
| US7502401B2 (en) | VCSEL system with transverse P/N junction | |
| KR101300298B1 (en) | Nitride semiconductor vertical cavity surface emitting laser | |
| WO2005124876A2 (en) | Broadband light emitting device | |
| TW200828707A (en) | Multiwavelength semiconductor laser array and method of manufacturing the same | |
| US8526480B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2014508420A5 (en) | ||
| KR100480764B1 (en) | A method for manufacturing a optical device having DBR based on GaN system material | |
| KR20080029977A (en) | Light-emitting diodes with quantum dots | |
| KR20110093839A (en) | Surface-emitting semiconductor laser component having a vertical emission direction | |
| US5018158A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2008172188A (en) | Multi-wavelength quantum dot laser device | |
| JP2011134967A (en) | Semiconductor light emitting element | |
| US20230006426A1 (en) | Group iii-n light emitter electrically injected by hot carriers from auger recombination | |
| KR102231085B1 (en) | Vertical Resonant Surface Emitting Laser | |
| JP2007035968A (en) | Method for manufacturing a compound semiconductor element | |
| KR101305793B1 (en) | Light emitting diode and Method of fabricating the same | |
| JP6785221B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP2011187993A (en) | Semiconductor light emitting element and method of manufacturing semiconductor light emitting element | |
| JP5644695B2 (en) | Surface emitting laser element | |
| KR100446604B1 (en) | SINGLE LATITUDINAL MODE GaN-BASED PLANE LIGHT EMITTING LASER DIODE INCLUDING LOWER DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR FORMED OF PAIRS OF GaN LAYERS AND AIR LAYERS AND UPPER DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR FORMED OF PAIRS OF DIELECTRIC LAYERS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
| KR100272129B1 (en) | A gan based emitting semiconductor laser diode with single mode operation and a fabrication method thereof. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100315 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |