KR0183707B1 - 표면광 레이저 - Google Patents

Abstract

전극층의 형상을 변형한 표면광 레이저가 개시되어 있다. 이 표면광 레이저는 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 제 1반사기층과, 이 제 1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제 1반사기층과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록된 제 2반사기층과, 상기 제 2반사기층 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사 기층을 통과한 광이 출사하는 공동을 가지는 전극층으로 이루어진 표면광 레이저에 있어서, 상기 제 2반사기층 상부에 형성되는 공동의 적어도 일부분의 상부에 상기 전극층과 전기적으로 연결된 보조전극층을 가지는 것을 특징으로 한다. 이 보조전극층의 형상은 공동의 상부 일부분에 전극층과 전기적으로 접속 가능하도록 된 일자형, 십자형, 또는 원형 고리형으로 된 것이 바람직하다.

Description

표면광 레이저

제1도는 종래 표면광 레이저의 일 형태를 나타낸 개략적인 단면도.

제2도는 종래 표면광 레이저의 위치에 따른 캐리어 밀도를 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 일 실시예를 나타낸 개략적인 사시도.

제4도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 다른 실시예를 나타낸 개략적인 사시도.

제5도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 또 다른 실시예를 나타낸 개략적인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

30 : 반도체 기판 32 : 제 1반사기층

34 : 활성영역 36 : 제 2반사기층

38 : 고저항부 40 : 전극층

42 : 공동 50 : 보조전극층

본 발명은 표면광 레이저(SEL : surface emitting laser)에 관한 것으로, 상세하게는 광출력 특성을 개선하고자 전극층의 형상을 변경한 표면광 레이저에 관한 것이다. 일반적으로 표면광 레이저는 모서리 발광 레이저와는 달리 적층된 반도체 물질에 대하여 수직한 방향으로 광을 출사한다. 또한 모서리 발광 레이저에 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 집적 가능하므로, 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 제 1 및 제 2 반사기층(12,16)과, 이 두 반사 기층 사이에 위치된 활성영역(14)이 반도체 기판(10) 상에 적층되어 이루어져 있다. 상기 반도체 기판(10)은 n형 불순물을 함유하는 반도체물질 예를 들면, n형 GaAs등으로 도핑 되어 있다. 상기 제 1반사기층(12)은 상기 반도체 기판(10)상에 형성되어 있으며, 상기 반도체 기판(10)과 같은 형의 불순물 예를 들면, n형와 AlAs 가 교대로 적층되어 이루어진다. 이 제 1반사기층(12)은 전체적으로 대략 99.9%의 높은 반사율을 가지며, 상기 활성영역(12)에서 레이징 된 광중 일부 광을 투과시킬 수 있다. 상기 제 2반사기층(16)은 상기 제 1반사기층(12)과 같은 반도체 물질로 이루어진 층이며, 제 1반사기층(12)과 반대의 반도체형을 가지는 불순물 반도체 물질로 되어있다. 즉 , p형와 AlAs가 적층 도핑 되어 있으며, 상기 활성영역(12)에서 레이징 된 광이 출사될 수 있도록 상기 제 1반사기층(12)보다는 반사율이 낮은 대략 99.6%의 반사율을 가진다. 또한, 상기 제 1 및 제 2반사기층(16)에서는 외부에서 인가되는 전원에 의하여 전자의 정공의 흐름을 유도한다. 상기 활성영역(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 비전도체 물질일 수 있다. 또한, 표면광 레이저는 상기 제 2반사기층(16) 상에 일 전극층(20)이 형성되어 있다. 이 전극층(20)에는 상기 제 2반사기층(16)을 투과하는 출사광이 통과할수 있도록 공동(22)이 형성되어 있으며, 외부의 전원과 전기적 접촉시 전기전달이 용이하도록 높은 전기전도도를 가지는 금속층으로 되어 있다. 이 전극층(20)과 상기 반도체 기판(10) 사이에 전원이 인가되어 상기 표면광 레이저의 내부로 전류가 흐르게 된다. 상기 공동(22)에서 출사되는 광출력을 향상시키기 위하여 상기 공동(22) 저면을 제외한 상기 제 1반사기층(12) 내부에 이온주입 또는 양성자 주입하여 고저항부(18)를 형성하였다. 그러나, 고출력을 얻기 위하여 상기 반사기층의 저항이 낮으면, 반도체 기판과 전극층에 인가되는 전원에 의하여 상기 제 1 및 제 2 반사기층을 통과하는 광이 적층면에 대하여 수평한 방향으로 넓게 전달되지 않고, 수직한 방향으로 전달되므로, 제2도에 도시한 바와 같이 캐리어 밀도가 분포된다. 따라서, 단일 횡모드인뿐만 아니라.등의 고차 다중 횡모드의 발진이 용이하게 되어 모드 간섭에 의한 노이즈 등으로 출사광의 코히런스(coherence)가 저하되는 문제점이 있었다. 이를 개선하기 위하여 종래에는 'IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECT RONICS, VOL. 29, NO 6. JUNE'에 게재된 논문 ' Modeling and Design of Proton-Implanted Ultralow-Threshold Vertical-Cavity Laser Diodes'에 나타낸 바와 같이 브래그 반사기의 저항을 크게하여 적층면의 수평방향으로 폭넓게 전류가 흐르도록 하였다. 그러나, 이와 같이 브래크 반사기의 저항을 크게 하는 경우 열발생에 의한 레이저 특성 열화등의 문제가 있었다. 따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 점을 개선하기 위하여 안출된 것으로써, 출사광의 출력 및 횡모드 특성 향상을 위하여 적층면에 대하여 수평방향으로 폭넓게 전류가 흐르도록 된 전극층의 구조를 변경한 표면광 레이저를 제공하는데 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 제 1반사기층과, 이 제 1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층과 , 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제 1반사기층과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제 2반사기층과, 상기 제 2반사기층 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사기층을 통과한 광이 출사하는 공동을 가지는 전극층으로 이루어진 표면광 레이저에 있어서, 상기 제 2반사기층 상부에 형성되는 공동의 적어도 일부분의 상부에 상기 전극층과 전기적으로 연결된 보조전극층을 가지는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 보조전극층의 형상이 일자형, 십자형 및 원형 고리형인 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면광 레이저의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이 표면광 레이저는 n형등의 반도체 물질로 되고 외부 전원의 일 전극이 접속되는 반도체 기판(30)과, 이 반도체 기판(30) 상에 순차로 제 1반사기층(32), 활성영역(34), 제 2반사기층(36) 및 전극층(40)이 적층되어 있다. 또한, 상기 제 2반사기층(36) 내부에는 전극층의 일부분에 형성된 공동을 통하여 출사되는 광의 특성을 향상시키기 위하여 고저항부(38)를 형성 할 수 있다. 상기 반도체 기판(30)과, 두 반사기층(32, 36) 및 활성영역(38)은 상술한 종래의 일 형태에서 언급한 바와 같이 전형적인 표면광 레이저를 이루는 반도체 물질들로 되어 있다. 상기 전극층(40)은 상기 제 2반사기층(38)의 상부에 위치하며, 상기 활성영역(34)에서 레이징 된 광이 출사되도록 된 공동(42)을 가진다. 제2도에 도시한 바와 같은 캐리어 밀도의 불균일을 극복하기 위하여 상기 공동의 상부에 보조전극층(50)을 형성하였다. 이 보조전극층(50)은 상기 전극층(40)과 동일 층으로 상기 공동(42)에서 출사되는 레이저 광의 광량 분포에 영향을 미치지 않고, 그 하부로 전류를 인가할 수 있도록 된 범위 내에서 상기 공동(42)의 상부 일부에 걸쳐 형성되어 있다. 이를 위하여 상기 공동의 형상은 가능한 그 중심부를 가로지르게 형성된 일자형(51)으로 하였다. 이와 같이 형성된 보조전극층(50)은 상기 전극층(40)과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전극층에 인가되는 외부전원에 의하여 상기 전극층과 동일하게 내부로 캐리어들의 이동을 야기한다. 그러므로, 표면광 레이저 내부에 생성되는 캐리어 분포의 불균일을 극복할 수 있어서, 이 캐리어 분포 불균일에 의하여 야기되는 출사광에 포함되는 고차 횡모드의 발진이 억제된다. 따라서, 단일 횡모드()의 고출력 레이저 광을 얻을 수 있다. 제4도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 다른 실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다. 이 표면광 레이저는 반도체기판(30)과, 제 1 및 제 2반사기층(32,36), 활성영역(34) 그리고 공동(42)을 가지고 전극층(40)으로 이루어져 있다. 이 구조 및 반도체 물질은 통상적인 표면광 레이저를 따른다. 상기 공동(42)의 상부면에는 상기 전극층(40)과 전기적으로 접속된 보조전극층(50)이 형성되어 있다. 이 보조 전극층(50)은 상기 전극층(40)과 동일 층으로 상기 제 2반사기층(36)상에 위치한다. 이 보조전극층(50)의 형상은 상기 공동의 하부로 인가되는 전류의 분포가 균일하도록 소정 폭을 가지는 십자형상(53)으로 하였다. 상기 보조전극층의 폭은 외부로 출사되는 광량이 현저한 감소 및 그 분포가 불균일해지지 않는 범위로 한정된다. 제5도는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 또 다른 실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다. 본 실시예는 제3도와 제4도를 통하여 설명한 보조전극층(50)의 형상을 변경한 예로, 보조전극층의 형상을 원형 고리형(55)으로 하였다. 표면광 레이저를 이루는 다른 부재들은 상술한 바와 같은 구조와 재질로 이루어져 있으며, 동일 부호를 사용하였다. 제3도 내지 제5도를 통하여 설명한 실시예들에 따른 보조전극층(50)의 형성은 제 2반사기층의 적층면 상부에 전극층의 형성과 동시에 이루어지며, 그 형상은 전극층 상에 식각공정을 통하여 공동의 형성시 그 식각정도에 따라 결정된다. 따라서, 보조전극층을 가지는 표면광 레이저는 그 출사광이 단일 횡모드()인 고출력 광이므로, 광음향기기, 레이저 프린터, 레이저 스캐너, 광통신 등 많은 광응용분야에 적용 가능한 매우 유용한 발명이다. 상술한 보조전극층의 형상은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 청구범위 내에서 다양한 형태로의 변형 실시 할 수 있다.

Claims (4)

1. 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 제 1 반사기층과, 이 제 1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제 1반사기층과 다른 반도체형으로 되고 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제 2반사기층과, 상기 제 2반사기층 상에 적층되고 상기 전원의 다른 전극이 접속되며 상기 반사기층을 통과한 광이 출사하는 공동을 가지는 전극층로 이루어진 표면광 레이저에 있어서, 상기 제 2반사기층 상부에 형성되는 공동의 적어도 일부분의 상부에 상기 전극층과 전기적으로 연결된 보조전극층을 가지는 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조 전극층의 형상은 상기 공동의 상부를 가로지르는 일자형으로 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조전극층은 이를 통하여 광원 내부로 전류의 흐름이 원활하도록 상기 공동의 상부를 가로지르는 십자형으로 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
4. 제1항에 있어서, 상기 보조전극층은 광원 내부로 전류의 흐름이 원활하고, 상기 공동을 통하여 출사되는 광에 미치는 영향을 최소로 하기 위하여 상기 공동이 상부를 고리 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.