KR0160684B1 - 표면광 레이저 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광출력 특성을 개선한 표면광 레이저에 관한 것이다.
이 표면광 레이저는 전원의 한 전극이 접속되도록 된 기판(30)과, 이 기판(30) 상에 위치하며 인가 전원에 따라 전자 또는 정공을 생성하고 그 표면에 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 반도체 물질로 된 제1반사기층(32)과, 이 제1반사기층(32) 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층(34)과, 상기 활성층(34) 상에 위치하고 상기 제1반사기층(32)과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제2반사기층(36)과, 상기 제2반사기층(36) 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사기층을 통과한 광이 출사하는 공동(46)을 가지는 전극층(40)로 이루어진 표면광 레이저에 있어서, 상기 전극층(40)이 전원이 직접 인가되고 전기전도도가 높은 금속층(44)과, 상기 제1반사기층(32)을 투과하여 표면으로 입사하는 광을 대부분 흡수하도록 된 도전성 저반사층(42)을 포함하도록 된 것을 특징으로 한다.
Description
제1도는 종래의 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 기판 32 : 제1반사기층
34 : 활성층 36 : 제2반사기층
38 : 고저항부 40 : 전극층
42 : 저반사층 44 : 금속층
본 발명은 표면광 레이저(VCSEL:vertical cavity surface emitting laser)에 관한 것으로, 더 상세하게는 출사광의 광 특성을 향상할 수 있도록 전극층의 구조를 개선한 표면광 레이저에 관한 것이다.
일반적으로 표면광 레이저는 모서리 발광 레이저와는 달리 적층된 반도체 물질에 대하여 수직한 방향으로 광을 출사한다. 또한, 모서리 발광레이저에 비하여 원형광에 가까운 가우시안 빔을 출사하므로 출사광의 형상 보정을 위한 광학계가 불필요하다. 그리고, 그 크기를 작게 할 수 있고, 일 반도체 웨이퍼 상에 복수개의 표면광 레이저가 집적가능하므로 이차원 배열이 용이하다. 따라서, 전자계산기, 음향 영상기기, 레이저 프린터, 레이저 스캐너, 의료장비 및 통신분야 등 광응용 분야에서 널리 응용될 수 있다.
제1도는 종래 표면광 레이저의 일 형태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이 표면광 레이저는 한 쌍의 제1 및 제2반사기층(12,16)과, 이 두 반사기층 사이에 위치된 활성층(14)이 기판(10) 상에 적층되어 이루어져 있다.
상기 기판(10)은 n형 불순물을 함유하는 반도체물질 예를 들면, n형 GaAs 등으로 도핑 되어 있다. 상기 제1반사기층(12)은 상기 기판(10) 상에 형성되어 있으며, 상기 기판(10)과 같은 형의 불순물 예를 들면, n형 AlXGa1-XAs 와 AlAs 가 교대로 적층되어 이루어진다. 이 제1반사기층(12)은 전체적으로 대략 99.9% 이상의 높은 반사율을 가지며, 상기 활성층(12)에서 레이징된 광중 일부 광을 투과시킬 수 있다. 상기 제2반사기층(16)은 상기 제1반사기층(12)과 같은 반도체 물질로 이루어진 층이며, 제1반사기층(12)과 반대의 반도체형을 가지는 불순물 반도체물질로 되어있다. 즉, p형 AlXGa1-XAs 와 AlAs 가 적층 도핑 되어 있으며, 상기 활성층(12)에서 레이징 된 광이 출사될 수 있도록 상기 제1반사기층(12) 보다는 반사율이 낮은 대략 99.6% 내외의 반사율을 가진다. 또한, 상기 제1 및 제2반사기층(16)에서는 외부에서 인가되는 전원에 의하여 전자와 정공의 흐름을 유도한다. 상기 활성층(12)은 전자와 정공의 재결합으로 인한 에너지 천이에 의하여 광을 발생시키는 영역으로 단일 또는 다중 양자-우물 구조 또는 슈퍼래티스(superlattice) 구조일 수 있으며, 단일 반도체물질 또는 비전도체물질일 수 있다.
또한, 표면광 레이저는 상기 제2반사기층(16) 상에 일 전극층(20)이 형성되어 있다. 이 전극층(20)에는 상기 제2반사기층(16)을 투과하는 출사광이 통과할 수 있도록 공동(22)이 형성되어 있으며, 외부의 전원과 전기적 접촉시 전기전달이 용이하도록 높은 전기전도도를 가지는 금속층으로 되어있다. 이 전극층(20)과 상기 기판(10) 사이에 전원이 인가되어 상기 표면광 레이저의 내부로 전류가 흐르게 된다.
상기 공동(22)에서 출사되는 광출력을 향상시키기 위하여 상기 공동(22)의 저면을 제외한 상기 제1반사기층(12) 내부에 이온주입 또는 양성자 주입하여 고저항부(18)를 형성하였다.
그러나, 상기 제2반사기층(16)의 고저항부가 형성되지 않은 부분을 통과한 광중 그 일부는 상기 공동(22)을 통과하지 않고 상기 전극층(20)으로 향한다. 상기 전극층(20)은 전기전도도가 높은 금, 구리 등의 금속으로 된 금속층으로 되어 있어서, 이 금속층에 입사되는 광은 대부분 반사되어 상기 제2반사기층(16)으로 향하게된다. 상기 제2반사기층(16) 쪽으로 향하는 광은 투과 및 재반사되어 상기 공동을 통하여 출사되는 광에 영향을 미치게 된다. 즉, 레이징 되는 광의 단일 횡모드 유지 및 균일 출사광량 유지에 영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 점을 개선하기 위하여 안출된 것으로써, 전극층의 구조를 개선하여 전극층의 후면으로 입사되는 광을 대부분 흡수하여 반사기층으로 반사되는 것을 최소로 하여 균일 출사광량을 얻고자 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전원의 한 전극이 접속되도록 된 기판과, 이 기판 상에 위치하며 인가 전원에 따라 전자 또는 정공을 생성하고 그 표면에 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 반도체 물질로 된 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제1반사기층과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제2반사기층과, 상기 제2반사기층 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사기층을 통과한 광이 출사하는 공동을 가지는 전극층으로 이루어진 표면광 레이저에 있어서, 상기 전극층이 전원이 직접 인가되고 전기전도도가 높은 금속층과, 상기 제1반사기층을 투과하여 표면으로 입사하는 광을 대부분 흡수하도록 된 도전성 저반사층으로 포함하도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
이 표면광 레이저는 외부 전원의 한 전극이 접속되도록 된 기판(30)과, 이 기판(30) 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 따른 에너지 천이에 의하여 광을 생성하는 활성층(34)과, 이 활성층(34)의 양쪽 적층면에 위치하는 한 쌍의 반사기층(32,36)과, 상기 외부전원의 다른 전극이 연결되고 그 내부에 전류의 흐름을 발생시키는 전극층(40)으로 이루어져 있다.
상기 한 쌍의 반사기층은 상기 활성층(34)과 기판(30) 사이에 적층된 제1반사기층(32)과 상기 활성층(34)의 다른 쪽에 위치한 제2반사기층(36)로 되어 있으며, 상기 활성층(34)에서 출사되는 광의 대부분을 반사시키고 일부를 투과시키도록 되어 있다. 특히, 제2반사기층(36)의 반사율이 상기 제1반사기층(32)의 반사율 보다 낮아 생성 투과되는 광의 대부분이 제2반사기층(36) 쪽을 투과한다. 상기 제2반사기층(36)에는 활성층(34)에서 생성되어 투과되는 광의 효율을 개선하기 위하여 이온주입 또는 양성자주입에 의하여 제2반사기층(36)의 일부를 파괴 형성한 고저항부(38)가 더 구비될 수 있다.
이와 같은 기판(30)과, 반사기층 그리고 활성층(34)은 앞서 언급한 바와 같은 반도체 물질들로 이루어져 있다.
상기 전극층(40)은 상기 제2반사기층(36) 상에 적층되어 있으며, 반사기층을 투과한 광이 출사되도록 소정의 크기를 가지는 공동(46)이 형성되어 있다. 이 전극층(40)은 표면광 레이저 내부에 인가되는 전원의 특성을 고려하여 높은 전기전도도를 가지는 금속층(44)과, 상기 제2반사기층(36)을 투과하여 상기 공동(46)을 향하는 광과 상기 금속층(44) 면으로 향하는 광 사이의 반사율 차이를 줄이기 위하여 상기 금속층(44)에 비하여 98% 내지 99% 내외의 저반사율을 가지는 저반사층(42)로 이루어져 있다. 상기 금속층(44)은 금, 은 등의 금속으로 이루어진 층이며, 상기 저반사층(42)은 니켈, 몰리브덴, 백금, 크롬등의 금속으로 이루어진 층이다.
상기 저반사층(42)은 상기 제2반사기층(36)과 상기 금속층(44) 사이에 위치하며, 입사광의 반사율을 낮게 하여 고차 횡모드 발생을 억제하여 결과적으로 저노이즈의 광출사를 가능하게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 표면광 레이저는 공동을 통하여 출사되는 광이 TEM0 0의 기본 모드로 유지되도록 하여 출사광의 광특성을 개선해 주는 등 매우 유용하다.
Claims (2)
- 전원의 한 전극이 접속되도록 된 기판과, 이 기판 상에 위치하며 인가 전원에 따라 전자 또는 정공을 생성하고 그 표면에 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 반도체 물질로 된 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제1반사기층과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제2반사기층과, 상기 제2반사기층 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사기층을 통과한 광이 출사하는 공동을 가지는 전극층으로 이루어지는 표면광 레이저에 있어서, 상기 전극층의 전원이 직접 인가되고 전기전도도가 높은 금속층과, 상기 제1반사기층을 투과하여 표면으로 입사하는 광을 대부분 흡수하도록 된 도전성 저반사층으로 포함하도록 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
- 제1항에 있어서, 상기 제2반사기층에는 상기 전극층의 공동으로 출사되는 광량을 증대시키기 위하여 소정 직경의 공동을 가지는 고저항부가 이온주입 또는 양성자 주입되어 형성된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
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