KR100413785B1 - Vertical cavity surface emitting laser diode and fabricating method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A vertical cavity surface emitting laser diode and a fabricating method thereof are provided to inject smoothly carriers and form a mirror of high reflectivity by separating a carrier injection path from a top mirror layer and a bottom mirror layer. CONSTITUTION: A vertical cavity surface emitting laser diode includes a substrate(11), a bottom mirror layer(13), a first contact layer(14), an active layer(15), a first metal layer(19), a current confinement layer(16), a second contact layer(17), a top mirror layer(18), and a second metal layer(20). The bottom mirror layer(13) is laminated on the substrate(11). The first contact layer(14) is formed on the bottom mirror layer. The active layer(15) is formed on a center part of the first contact layer. The first metal layer(19) is formed on a peripheral part of the first contact layer. The current confinement layer(16) is formed on the active layer. A current passing region is formed on a center part of the current confinement layer. A current blocking region is formed on both sides of the current passing region. The second contact layer(17) is formed on the current confinement layer. The top mirror layer(18) is formed on a center part of the second contact layer. The second metal layer(20) is formed on a peripheral part of the second contact layer.

Description

수직공진 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조방법Vertical Resonant Surface Emitting Laser Diode and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 수직공진 면발광 레이저 다이오드(vertical cavity surface emitting laser diode; VCSEL) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 GaN계 Ⅲ-Ⅴ족 혼정계를 사용하는 수직공진 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL) and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vertical cavity surface emitting laser diode using a GaN group III-V hybrid crystal system and a method of manufacturing the same. It is about.

모서리 발광 레이저 다이오드가 소자의 적층면과 평행 방향의 공진 구조를 가지면서, 적층면과 평행한 방향으로 레이저 빔을 발진시키는데 반하여, 수직공진 면발광 레이저 다이오드는 소자의 적층면에 수직인 공진 구조를 가지면서 소자의 적층면의 수직 방향으로 레이저 빔을 발진한다. 이러한 수직공진 면발광 레이저 다이오드(VCSEL)는 모서리 발광 레이저 다이오드(edge emitting laser diode)에 비해 구동 전류가 낮고, 발진 빔의 발산(beam divergence)이 작아서 광통신이나 광정보기록, 그리고 홀로그래픽 메모리 (holographic memory) 등에 널리 이용된다. 또한, 수직공진 면발광 레이저 다이오드(VCSEL)는 종모드 간격(longitudinal mode spacing)이 넓어 단일 종모드(single longitudinal mode) 특성을 나타내며, 발진개시 전류가 낮고, 출사빔이 대칭성을 갖고 있어 결합효율(coupling efficiency)이 좋다는 등의 장점으로 인하여 점차 그 응용범위가 확대되고 있다.While the edge-emitting laser diode has a resonant structure parallel to the stacking surface of the device, the laser beam oscillates in a direction parallel to the stacking surface, while the vertical resonant surface-emitting laser diode has a resonant structure perpendicular to the stacking surface of the device. While oscillating the laser beam in the vertical direction of the stacked surface of the device. The vertical resonance surface emitting laser diode (VCSEL) has a lower driving current and a smaller beam divergence than an edge emitting laser diode, so that optical communication, optical information recording, and holographic memory (holographic memory) memory). In addition, the vertical resonance surface emitting laser diode (VCSEL) exhibits a single longitudinal mode characteristic due to wide longitudinal mode spacing, low oscillation start current, and symmetry of the exit beam, resulting in coupling efficiency ( Due to the advantages of good coupling efficiency, the application range is gradually expanded.

도 1은 종래의 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면이다.1 is a vertical cross section of a conventional vertical resonance surface emitting laser diode.

도시된 종래의 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 활성층(4) 상하에 상부 미러층(5)과 하부 미러층(3)이 형성되어 있고, 활성층(4) 내로의 캐리어 주입이 제1금속층(1)과 제2금속층(7)으로부터 상부미러층(5) 및 하부 미러층(3)을 거치도록 구조되어 있다. 그리고 활성층(4) 내로의 전류주입을 일정영역으로 제한하기 위해 상기 상부미러층(5)의 양측에서 소정 깊이로 하부 미러층(3)의 일부에 이르기까지 H+를 선택적으로 주입(implantation)시켜, 주입된 영역에 의해 캐리어통로가 중앙부분으로 제한되도록 하는 H+주입영역(8)이 마련된다. 도 1에서 참조부호 2는 기판이며, 6은 오믹버퍼층을 나타낸다.In the conventional vertical resonator surface emitting laser diode shown in the drawing, an upper mirror layer 5 and a lower mirror layer 3 are formed above and below the active layer 4, and carrier injection into the active layer 4 is performed by the first metal layer 1. And through the upper mirror layer 5 and the lower mirror layer 3 from the second metal layer 7. In order to limit the current injection into the active layer 4 to a predetermined region, H + is selectively implanted from both sides of the upper mirror layer 5 to a part of the lower mirror layer 3 to a predetermined depth. H + injection zone 8 is provided to restrict the carrier passage to the central portion by the injected zone. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a substrate, and 6 denotes an ohmic buffer layer.

이와 같은 적층구조를 H+주입 평탄화구조라고 부르는데, 이 평탄화 구조는 캐리어 주입이 상부와 하부미러층(5)(3)을 통과하여야 하기 때문에 상부 및 하부 미러층(5)(3)은 공진기로서의 미러역활외에 캐리어의 도통경로도 제공해야한다. 따라서, 상부 및 하부 미러층(5)(3)은 활성층(4)에서 발생된 광의 공진에 최대의 효율을 발휘할 수 있는 미러역활을 하도록 적절한 조성물로 조성되는 것이 바람직하지만, 고 반사율을 얻기 위해 반복 적층되는 두 물질의 굴절률 차이를 크게 가져갈수록 전기적 저항이 증대되어 캐리어 주입을 방해하기 때문에 캐리어 주입을 위한 저항특성을 함께 고려하여 조성물질을 선택해야만 하는 제약이 따른다. 그결과, 상부 및 하부 미러층(5)(3)의 조성이 원할한 캐리어 주입과 공진효율 향상과의 상충되는 문제 때문에 고반율에 해당하는 조성비에서는 저항증가에 따른 열적문제를 피할 수 없게 되고, 이러한 열적문제가 안정적인 발진을 방해한다. 반대로 캐리어주입이 원할해 지는 조성비에서는 광출력효율이 저감되는 문제점을 안고 있다.This stacking structure is called an H + injection planarization structure, and the planarization structure requires the upper and lower mirror layers 5 and 3 to act as resonators because carrier injection must pass through the upper and lower mirror layers 5 and 3. In addition to the mirror role, a carrier conduction path must also be provided. Therefore, the upper and lower mirror layers 5, 3 are preferably composed of a suitable composition to serve as a mirror that can exert maximum efficiency in the resonance of light generated in the active layer 4, but is repeated to obtain high reflectance. The greater the refractive index difference between the two materials to be laminated, the higher the electrical resistance, which hinders the carrier injection. Therefore, there is a constraint that the composition should be selected in consideration of the resistance characteristics for carrier injection. As a result, due to a problem that the composition of the upper and lower mirror layers 5, 3 is in conflict with the desired carrier injection and the improvement of the resonance efficiency, the thermal problem due to the increase in resistance cannot be avoided at the composition ratio corresponding to the high power factor. This thermal problem prevents stable oscillation. On the contrary, there is a problem that the light output efficiency is reduced in the composition ratio in which carrier injection is desired.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고, 고밀도 광기록/재생장치의 광원으로 사용할 수 있도록 GaN계 혼정 화합물을 이용하여 단파장 특성이 우수하고 제작이 용이하며, 열적특성이 우수한 수직공진 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention improves the above problems and uses a GaN-based mixed crystal compound to provide a light source of a high-density optical recording / reproducing apparatus. And its manufacturing method.

도 1은 종래의 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도이고,1 is a vertical cross-sectional view of a conventional vertical resonance surface emitting laser diode,

도 2는 본 발명에 따른 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view of a vertical resonance surface emitting laser diode according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1, 19: 제1금속층 2, 11: 기판1, 19: first metal layer 2, 11: substrate

3, 13: 하부 미러층 4, 15: 활성층3, 13: lower mirror layer 4, 15: active layer

5, 18: 상부 미러층 6: 오믹 버퍼층5, 18: upper mirror layer 6: ohmic buffer layer

7, 20: 제2금속층 8: H+주입영역7, 20: second metal layer 8: H + injection region

12: 버퍼층 13a: AlN층12: buffer layer 13a: AlN layer

13b, 18b: GaN층 14: 제1콘택트층13b, 18b: GaN layer 14: first contact layer

16: 전류제한층 16a: 전류통과영역16: Current limiting layer 16a: Current passing area

16b: 전류차단영역 17: 제2콘택트층16b: current blocking region 17: second contact layer

18a: AlN산화층18a: AlN oxide layer

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직공진 면발광 레이저 다이오드는, 기판과 상기 기판 상에 다수 적층에 의해 형성된 하부미러층과 상기 하부 미러층 상에 형성된 제1 콘택트층과 상기 제1 콘택트층의 중앙부분상에 소정 폭으로 형성된 활성층과 상기 제1 콘택트층의 주변부분상에 형성된 제1 금속층과 상기 활성층 상에 형성되는 것으로서 그 중앙부분에 전류통과영역이 마련되고, 그 양측에 전류차단영역이 마련된 전류제한층과 상기 전류제한층 상에 형성되는 제2 콘택트층과 상기 제2 콘택트층의 중앙부분에 소정폭으로 다중적층에 의해 형성된 상부미러층과 상기 제2콘택트층의 주변부분상에 형성된 제2 금속층을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a vertical resonance surface emitting laser diode according to the present invention includes a substrate and a lower mirror layer formed by a plurality of stacked on the substrate, and a first contact layer formed on the lower mirror layer and the first contact. An active layer formed on the central portion of the layer and a first metal layer formed on the peripheral portion of the first contact layer and the active layer formed on the active portion, and a current passing region is provided at the central portion thereof, and current blocking is provided at both sides thereof. On the current limiting layer provided with an area, the second contact layer formed on the current limiting layer, and the upper mirror layer formed by multiple laminations having a predetermined width in a central portion of the second contact layer, and on the peripheral portion of the second contact layer. It characterized in that it comprises a second metal layer formed in the.

여기서, 바람직하게는 상기 상부미러층은 AlN을 산화한 AlN산화층과 GaN층이 교번으로 다수 반복적층되어 있고, 상기 하부미러층은 AlN층과 GaN층이 교번으로 다수 반복적층되어 있고, 상기 활성층은 InGaN 으로 조성되어 있고, 상기 제1 및 제2 콘택트층은 GaN으로 조성되어 있고, 상기 전류제한층은 전류통과영역이 AlGaN으로 조성되어 있고, 상기 전류차단영역은 AlGaN을 산화시켜 형성되어 있다.Here, preferably, the upper mirror layer is a plurality of alternating layers of AlN oxide and GaN layer oxidized AlN alternately, the lower mirror layer is a plurality of alternating layers of AlN and GaN layers alternately, the active layer is InGaN, the first and second contact layers are formed of GaN, the current limiting layer is formed of AlGaN, and the current blocking region is formed by oxidizing AlGaN.

그리고, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 제조방법은, 기판 상에 AlN층과 GaN층을 교번으로 다수 반복적층하여 하부 미러층을 형성하는 단계; 상기 하부미러층 상에 제1콘택트층, 활성층, 전류제한층, 제2콘택트층을 순차적으로 형성시키는 단계; 상기 제2콘택트층 위에 AlN층과 GaN층을 교전으로 다수 반복적층하여 상부미러층을 형성하는 단계; 상기 상부 미러층으로부터 상기 제2콘택트층의 일부 까지 식각하여 상기 제2콘택트층 상면의 일부를 노출시키고, 상기 제2콘택트층으로부터 상기 제1콘택트층의 상면까지 식각하여 상기 제1콘택트층 상면의 일부를 노출시키는 식각 단계; 상기 전류제한층의 소정폭의 중앙부분만 전류통과 영역으로 제한되도록 상기 전류통과 영역을 제외한 양측영역을 산화시켜 전류차단영역을 형성하고, 상기 상부 미러층을 구성하는 AlN층을 산화시켜 AlN산화층을 형성하는 산화단계; 상기 제1콘택트층 상면의 노출된 부분과 상기 제2콘택트층 상면의 노출된 부분의 소정 영역에 각각 전극으로 사용되는 제1금속층 및 제2금속층을 형성하는 전극형성 단계;를 포함한다. 여기서, 식각단계 이후의 상기 산화단계와 전극 형성단계는 그 순서가 서로 바뀌어도 된다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a vertical resonance surface emitting laser diode according to the present invention includes: repeatedly forming a plurality of AlN layers and GaN layers alternately on a substrate to form a lower mirror layer; Sequentially forming a first contact layer, an active layer, a current limiting layer, and a second contact layer on the lower mirror layer; Forming an upper mirror layer by repeatedly stacking an AlN layer and a GaN layer on the second contact layer in alternating manner; A portion of the upper surface of the second contact layer is exposed by etching from the upper mirror layer to a portion of the second contact layer, and a portion of the upper surface of the first contact layer is etched from the second contact layer to the upper surface of the first contact layer. Etching to expose a portion; The current blocking region is formed by oxidizing both regions except for the current passing region so that only the central portion of the current limiting layer is limited to the current passing region, and oxidizes the AlN layer constituting the upper mirror layer to form an AlN oxide layer. Forming an oxidation step; An electrode forming step of forming a first metal layer and a second metal layer used as electrodes in predetermined regions of the exposed portion of the upper surface of the first contact layer and the exposed portion of the upper surface of the second contact layer, respectively. Here, the order of the oxidation step and the electrode forming step after the etching step may be reversed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a vertical resonator surface emitting laser diode and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view of a vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention.

도시된 바와 같이, 면발광 레이저 다이오드는 기판(11) 위에 순차적으로 버퍼층(12), 하부 미러층(13), 제1콘택트층(14), 활성층(15), 전류제한층(16), 제2콘택트층(17), 상부 미러층(18)이 순차적으로 적층되어 있고, 제1콘택트층(14) 상면의 노출된 부분에 형성된 제1금속층(19), 제2콘택트층(17) 상면의 노출된 부분에 형성된 제2금속층(20)이 구비된다.As shown, the surface-emitting laser diode is sequentially disposed on the substrate 11, the buffer layer 12, the lower mirror layer 13, the first contact layer 14, the active layer 15, the current limiting layer 16, The second contact layer 17 and the upper mirror layer 18 are sequentially stacked, and the upper surfaces of the first metal layer 19 and the second contact layer 17 formed on the exposed portions of the upper surface of the first contact layer 14. The second metal layer 20 formed on the exposed portion is provided.

목적하는 청 녹색 파장을 구현하기 위한 각 층별 조성물에 있어서, 먼저, 기판 위의 버퍼층(12)은 GaN 또는 AlN으로 조성되고, 제1 및 제2 콘택트층(14)(17)은 금속과의 오믹특성이 우수한 GaN으로 조성되고, 활성층(15)은 InGaN으로 조성되고, 상부 미러층(18)은 AlN산화층(18a)과 GaN층(18b)을 교번으로 반복형성하여 DBR(distributed Bragg reflector)이 되도록 형성되고, 하부 미러층(13)은 AlN층(13a)과 GaN층(13b)을 교번으로 반복형성하여 DBR(distributed Bragg reflector)이 되도록 형성되고, 전류제한층(16)은 통전경로가 되는 중앙부분인 전류통과영역(16a)이 AlGaN으로 조성되고, 전류통과영역(16a) 양측의 전류차단영역(16b)은 산화된 AlGaN으로 형성되는 게 바람직하다. 여기서 상부 미러층(18)이 AlN을 산화시켜 형성된 AlN산화층(18a)과 GaN층(18b)으로 교번적층되어 형성되어 있어, 목적하는 반사율을 얻기 위해 반복적층되는 적층수가 AlN층과 GaN층을 교번으로 할 때보다 줄어들어 제작이 용이해지고, 결함발생율이 상대적으로 줄어드는 효과가 있다. 이와 같이 조성된 면발광 레이저 다이오드는 실질적으로 계단식 단층을 갖는 원기둥 형상으로 제작될 때, 광효율과 관련하여 상부 미러층(18)의 외경(b)이 전류제한층(16)의 전류통과영역(16a)의 외경(a)보다 크게 되도록 결정된다. 그리고, 단일 횡모드 발진을 위해서는 상호 동일한 반경으로 나란하게 적층된 활성층(15), 전류제한층(16), 제2콘택트층(17)의 외경(c)이 5μm정도를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 상부미러층(18)의 외경(b)과 전류제한층(16)의 외경(c) 및 전류제한층(16)의 전류통과영역(16a)의 외경(a) 각각의 수치 결정에서 먼저, 선택된 광출력특성과 관련하여 전류제한층(16)의 전류통과영역 외경(a)이 결정되고, 다음은 산화율과 관련하여 산화에 의해 상기 전류차단영역까지 침투해 들어가는 깊이가 상부미러층(18)의 AlN층을 완전히 산화시키도록 상부미러층(18)의 외경(b)이 결정된다. 이와 같이 각 층의 외경이 산화공정과 관련지어 결정되면 제작시 한 번의 산화작업에 의해 소자의 제작이 용이하게 이루어진다.In each layer composition for realizing the desired blue-green wavelength, first, the buffer layer 12 on the substrate is composed of GaN or AlN, and the first and second contact layers 14 and 17 are ohmic with a metal. The GaN layer is composed of GaN having excellent properties, the active layer 15 is formed of InGaN, and the upper mirror layer 18 alternately repeats the AlN oxide layer 18a and the GaN layer 18b to become a distributed Bragg reflector (DBR). The lower mirror layer 13 is formed to alternately form the AlN layer 13a and the GaN layer 13b so as to be a distributed Bragg reflector (DBR), and the current limiting layer 16 is a central conduction path. Preferably, the portion of the current passing region 16a is formed of AlGaN, and the current blocking region 16b on both sides of the current passing region 16a is formed of oxidized AlGaN. Here, the upper mirror layer 18 is formed by alternately stacking the AlN oxide layer 18a and the GaN layer 18b formed by oxidizing AlN, so that the number of laminated layers repeatedly stacked to obtain a desired reflectance alternates between the AlN layer and the GaN layer. Since it is reduced than when making easier to manufacture, there is an effect that the defect rate is relatively reduced. When the surface-emitting laser diode thus constructed is manufactured in a cylindrical shape having a substantially stepped monolayer, the outer diameter b of the upper mirror layer 18 is related to the light efficiency, so that the current passing region 16a of the current limiting layer 16 is formed. It is determined to be larger than the outer diameter (a) of. In addition, for single transverse mode oscillation, it is preferable that the outer diameter c of the active layer 15, the current limiting layer 16, and the second contact layer 17 stacked side by side at the same radius are maintained at about 5 μm. Further, in the numerical determination of the outer diameter b of the upper mirror layer 18, the outer diameter c of the current limiting layer 16 and the outer diameter a of the current passing region 16a of the current limiting layer 16, respectively, The outer diameter (a) of the current passing region of the current limiting layer 16 is determined in relation to the selected optical output characteristic, and then the depth of penetration into the current blocking region by oxidation with respect to the oxidation rate is determined by the upper mirror layer 18. The outer diameter b of the upper mirror layer 18 is determined so as to completely oxidize the AlN layer. As described above, when the outer diameter of each layer is determined in association with the oxidation process, the device may be easily manufactured by one oxidation operation during fabrication.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 특징에 의하면 활성층(15) 내부로 캐리어가 주입되는 통로는 제1콘택트층(14) 상면의 노출된 부분에 마련된 제1금속층(19)으로부터 제1콘택트층(14), 활성층(15), 전류제한층(16)의 전류통과영역(16a), 제2콘택트층(17) 및 제2콘택트층(17) 상면에 마련된 제2금속층(20)으로 이어진다. 따라서, 낮은 저항특성을 갖는 GaN로 조성된 제1콘택트층(14)과 제2콘택트층(17)에 의해 캐리어 주입이 원할해짐으로써 문턱전류가 낮아지고, 하부 미러층(13)과 상부 미러층(18)은 캐리어 주입경로와 분리되어 순수 미러역활에만 기여하도록 조성됨으로써 90%이상의 고반사율을 갖는 미러가 형성된다. 그 결과 원하는 파장대역 즉, 자외선영역으로부터 청록색 영역에 걸쳐서 이용하고자 하는 파장대역에 해당하는 광을 출사하기에 적합하도록 각 층을 조성할 수 있고, 이와 관련하여 상부와 하부 미러층(18)(13)이 90% 이상의 고반사율을 제공함으로써 광출력효율이 향상된다.According to the feature of the vertical resonance surface emitting laser diode of the present invention having the structure as described above, the passage through which the carrier is injected into the active layer 15 is the first metal layer 19 provided in the exposed portion of the upper surface of the first contact layer 14. A second metal layer provided on the upper surface of the first contact layer 14, the active layer 15, the current limiting layer 16 of the current passing region 16a, the second contact layer 17 and the second contact layer 17 Leads to 20. Therefore, the carrier current is smoothed by the first contact layer 14 and the second contact layer 17 made of GaN having low resistance, thereby lowering the threshold current, and lowering the lower mirror layer 13 and the upper mirror layer. 18 is separated from the carrier injection path so as to contribute only to the pure mirror role, thereby forming a mirror having a high reflectivity of 90% or more. As a result, each layer can be formed so as to be suitable for emitting light corresponding to a desired wavelength band, that is, a wavelength band to be used from the ultraviolet region to the cyan region, and in this regard, the upper and lower mirror layers 18 (13) ), The light output efficiency is improved by providing a high reflectance of 90% or more.

이와 같은 특성을 갖는 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 제작공정을 살펴보면, 먼저, 결정성장에의해 기판(11) 위에 버퍼층(12), 하부 미러층(13), 제1콘택트층(14), 활성층(15), 전류차단층(16), 제2콘택트층(17) 및 상부 미러층(18)을 순차적으로 나란하게 성장시킨다. 여기서 전류차단층과 상부 미러층은 산화공정 이전의 조성물로만 적층되어 진다.Looking at the manufacturing process of the vertical resonance surface emitting laser diode having such characteristics, first, the buffer layer 12, the lower mirror layer 13, the first contact layer 14, the active layer (1) on the substrate 11 by the crystal growth 15), the current blocking layer 16, the second contact layer 17 and the upper mirror layer 18 are sequentially grown side by side. Here, the current blocking layer and the upper mirror layer are laminated only with the composition before the oxidation process.

결정성장단계에서 각 층별 조성물을 살펴보면 버퍼층(12)은 GaN 또는 AlN으로 조성되고, 하부미러층(13)은 GaN층(13b)과 AlN층(13a)을 발진파장(λ)의 λ/4의 광학적 두께로 교대로 적층한다. 또한 활성층(15)은 AlGaN으로 발진파장(λ)의 정수배에 해당하는 두께로 적층하고, 제1 및 제2콘택트층(14)(17)은 GaN으로 조성한다. 그리고, 상부 미러층(18)은 AlN층(18a)과 GaN층(18b)을 교대로 반복적층하되 GaN층(18b)은 굴절률값으로부터 발진파장(λ)의 λ/4의 광학적 두께로 적층되되, AlN층(18a)은 후공정인 산화단계를 거쳐 산화된후 갖는 굴절률값에 대응하여 λ/4의 광학적 두께로 적층하여야한다.Looking at the composition of each layer in the crystal growth step, the buffer layer 12 is composed of GaN or AlN, the lower mirror layer 13 is a GaN layer (13b) and AlN layer (13a) of the λ / 4 of the oscillation wavelength (λ) Laminate alternately to optical thickness. In addition, the active layer 15 is laminated with AlGaN to a thickness corresponding to an integer multiple of the oscillation wavelength?, And the first and second contact layers 14 and 17 are made of GaN. The upper mirror layer 18 alternately repeats the AlN layer 18a and the GaN layer 18b, but the GaN layer 18b is laminated with an optical thickness of λ / 4 of the oscillation wavelength λ from the refractive index value. , The AlN layer 18a should be laminated with an optical thickness of λ / 4 corresponding to the refractive index value that has been oxidized after the oxidation step, which is a post-process.

다음으로 식각단계에서는 제1금속층(19)인 n형 오믹메탈(ohmic metal)과 제2전극층(20)인 p형 오믹메탈(ohmic metal)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위하여, 두 번의 식각과정을 거치는데 먼저, 상부 미러층(18)의 외경(b)의 폭으로 수직하게 제2콘택트층(16)의 상면까지 식각하고, 다음으로 제2콘택트층(17)의 외경(c)의 폭으로 수직하게 제1콘택트층(14)의 일부깊이까지 식각한다. 여기서 상부 미러층(18)으로부터 제1콘택트층(14)까지 활성층의 외경(c)에 해당하는 폭으로 수직하게 먼저 식각해내고, 다시 상부 미러층(18)의 외경(b)에 해당하는 폭으로 상부미러층에서부터 수직하게 제2콘택트층(16)까지 식각해내는 순서로 진행되어도 된다.Next, in the etching step, two etching processes are performed to secure a space for forming an n-type ohmic metal, which is the first metal layer 19, and a p-type ohmic metal, which is the second electrode layer 20. In the first step, the upper surface of the second contact layer 16 is etched vertically with the width of the outer diameter b of the upper mirror layer 18, and then the width of the outer diameter c of the second contact layer 17. In order to etch vertically to a depth of the first contact layer 14. Here, from the upper mirror layer 18 to the first contact layer 14 is first etched vertically at a width corresponding to the outer diameter c of the active layer, and again the width corresponding to the outer diameter b of the upper mirror layer 18. As a result, the second mirror layer 16 may be etched from the upper mirror layer to the second contact layer 16 vertically.

식각단계를 거치고 나면, 상부 미러층(18)의 AlN층(18a)과 AlGaN으로 조성된 전류제한층(16)을 산화시키는 공정을 수행하게 되는데, 이때 AlN층(18a)은 전영역에 걸쳐 골고루 산화 될 수 있도록 하는데 반하여 전류제한층(16)은 선택된 전류통과영역(16a)이 산화되지 않게 하고, 나머지 부분인 전류차단영역(16b)만 산화되도록 하는 선택적 산화공정을 진행시킨다.After the etching step, the AlN layer 18a of the upper mirror layer 18 and the current limiting layer 16 composed of AlGaN are oxidized, wherein the AlN layer 18a is evenly distributed over the entire region. On the other hand, the current limiting layer 16 performs a selective oxidation process so that the selected current passing region 16a is not oxidized and only the remaining portion of the current blocking region 16b is oxidized.

이후 식각단계를 거쳐 형성된 제1콘택트층(14) 상면의 노출된 부분과 제2콘택트층(17) 상면의 노출된 부분에 전극으로 사용되는 제1금속층(n형 오믹메탈)(19)과 제2금속층(p형 오믹메탈)(20)을 형성하는 금속층 형성단계를 거치게 된다.Thereafter, the first metal layer (n-type ohmic metal) 19 and the first metal layer, which are used as electrodes, are exposed to the exposed portion of the upper surface of the first contact layer 14 and the exposed portion of the upper surface of the second contact layer 17 formed through the etching step. A metal layer forming step of forming a second metal layer (p-type ohmic metal) 20 is performed.

이와 같이 제작된 소자의 측면 광도파(lateral wave guide)는 광출사면의 외경에 의해 발진되는 모드수가 결정되게 된다.The lateral wave guide of the device manufactured as described above determines the number of modes oscillated by the outer diameter of the light exit surface.

종래에는 캐리어 주입특성을 향상시키기 위하여 저항을 낮출 목적으로 상부 및 하부 미러층(18)(13)에 p형과 n형 도펀트를 각각 주입하였으나, 본 발명에 의한 수직공진 면발광 레이저 다이오드에서는 제1 및 제2콘택트층(14)(17)이 캐리어 주입통로를 제공하기 때문에 상, 하부 미러층(18)(13)에 별도의 도핑을 하지 않아도 되고, 전류제한층(16)의 비산화영역인 전류통과영역(16a)의 폭으로 전류제한이 적절히 이루어져 동작전류가 낮아지고, 동시에 광가이드역활에 의한 단일 횡모드 특성이 향상된다. 또한 청녹색 발진파장을 제공함으로써, 고밀도 광기록장치 예컨대 DVD(digitl video disk)시스템의 광원으로서 알맞는 기능을 할 수 있다.Conventionally, p-type and n-type dopants are injected into the upper and lower mirror layers 18 and 13 for the purpose of lowering the resistance in order to improve carrier injection characteristics. And the second contact layers 14 and 17 provide a carrier injection path, so that the upper and lower mirror layers 18 and 13 do not need to be separately doped, which is a non-oxidation region of the current limiting layer 16. The current limitation is appropriately set by the width of the current passing-through region 16a, so that the operating current is lowered, and at the same time, the single lateral mode characteristic is improved by the optical guide role. In addition, by providing a bluish green oscillation wavelength, it can function as a light source of a high density optical recording device such as a digital video disk (DVD) system.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 케리어 주입통로가 상부 및 하부 미러층과 분리됨으로써, 원할한 캐리어 주입과 고반사율의 미러면 형성을 동시에 이룰수 있어 문턱전류가 낮고, 열적특성이 안정되면 광출력효율이 증대된다.As described above, in the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention, the carrier injection path is separated from the upper and lower mirror layers, thereby achieving a smooth carrier injection and a high reflectivity mirror surface at the same time. When the characteristic is stable, the light output efficiency is increased.

Claims (7)

기판과;A substrate; 상기 기판 상에 다수 적층에 의해 형성된 하부미러층과;A lower mirror layer formed by a plurality of laminations on the substrate; 상기 하부 미러층 상에 형성된 제1 콘택트 층과;A first contact layer formed on the lower mirror layer; 상기 제1 콘택트층의 중앙부분상에 소정 폭으로 형성된 활성층과;An active layer formed on a central portion of the first contact layer at a predetermined width; 상기 제1 콘택트층의 주변부분상에 형성된 제1 금속층과;A first metal layer formed on a peripheral portion of the first contact layer; 상기 활성층 상에 형성되는 것으로서 그 중앙부분에 전류통과영역이 마련되고, 그 양측에 전류차단영역이 마련된 전류제한층과;A current limiting layer formed on the active layer and provided with a current passing region at a central portion thereof and provided with current blocking regions at both sides thereof; 상기 전류제한층 상에 형성되는 제2 콘택트층과;A second contact layer formed on the current limiting layer; 상기 제2 콘택트층의 중앙부분에 소정폭으로 다중적층에 의해 형성된 상부미러층과;An upper mirror layer formed by multiple laminations having a predetermined width in a central portion of the second contact layer; 상기 제2콘택트층의 주변부분상에 형성된 제2 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.And a second metal layer formed on a peripheral portion of the second contact layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부미러층은 다수 반복적으로 교번 적층된 AlN산화층과 GaN층을 구비하고,The upper mirror layer includes an AlN oxide layer and a GaN layer, which are alternately stacked a plurality of times, 상기 하부미러층은 다수 반복적으로 교번 적층된 AlN층과 GaN층을 구비하고, 상기 활성층은 InGaN으로 조성되고,The lower mirror layer includes a plurality of alternatingly stacked AlN layers and GaN layers, the active layer is composed of InGaN, 상기 제1 및 제2 콘택트층은 GaN으로 조성되어 있는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.And the first and second contact layers are made of GaN. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전류제한층은 상기 전류통과영역이 AlGaN으로 조성되고, 상기 전류차단영역이 AlGaN을 산화시켜 형성된 것을 특징으로 하는 수직공진 면발광 레이저 다이오드.The vertical resonance surface emitting laser diode according to claim 2 or 3, wherein the current limiting layer is formed by AlGaN and the current blocking region is oxidized by AlGaN. 제1항에 있어서, 상기 상부미러층의 외경이 약 5μm정도로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진 면발광 레이저 다이오드.The vertical resonance surface emitting laser diode according to claim 1, wherein the outer mirror layer has an outer diameter of about 5 μm. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 하부미러층 사이에는 결정성장을 용이하도록 GaN 또는 AlN으로 조성된 버퍼층이 더 마련된 것을 특징으로 하는 수직공진 면발광 레이저 다이오드.The vertical resonance surface emitting laser diode of claim 1, further comprising a buffer layer formed of GaN or AlN to facilitate crystal growth between the substrate and the lower mirror layer. 기판 상에 AlN층과 GaN층을 교번으로 다수 반복적층하여 하부 미러층을 형성하는 단계;Forming a lower mirror layer by alternately stacking a plurality of AlN layers and GaN layers on a substrate; 상기 하부미러층 상에 제1콘택트층, 활성층, 전류제한층, 제2콘택트층을 순차적으로 형성시키는 단계;Sequentially forming a first contact layer, an active layer, a current limiting layer, and a second contact layer on the lower mirror layer; 상기 제2콘택트층 위에 AlN층과 GaN층을 교전으로 다수 반복적층하여 상부미러층을 형성하는 단계;Forming an upper mirror layer by repeatedly stacking an AlN layer and a GaN layer on the second contact layer in alternating manner; 상기 상부 미러층으로부터 상기 제2콘택트층의 일부 까지 식각하여 상기 제2콘택트층 상면의 일부를 노출시키고, 상기 제2콘택트층으로부터 상기 제1콘택트층의 상면까지 식각하여 상기 제1콘택트층 상면의 일부를 노출시키는 식각 단계;A portion of the upper surface of the second contact layer is exposed by etching from the upper mirror layer to a portion of the second contact layer, and a portion of the upper surface of the first contact layer is etched from the second contact layer to the upper surface of the first contact layer. Etching to expose a portion; 상기 전류제한층의 소정폭의 중앙부분만 전류통과 영역으로 제한되도록 상기 전류통과 영역을 제외한 양측영역을 산화시켜 전류차단영역을 형성하고, 상기 상부 미러층을 구성하는 AlN층을 산화시켜 AlN산화층을 형성하는 산화단계;The current blocking region is formed by oxidizing both regions except for the current passing region so that only the central portion of the current limiting layer is limited to the current passing region, and oxidizes the AlN layer constituting the upper mirror layer to form an AlN oxide layer. Forming an oxidation step; 상기 제1콘택트층 상면의 노출된 부분과 상기 제2콘택트층 상면의 노출된 부분의 소정 영역에 각각 전극으로 사용되는 제1금속층 및 제2금속층을 형성하는 전극형성 단계;를 포함하는 것을 수직공진 면발광 레이저 다이오드 제조방법.An electrode forming step of forming a first metal layer and a second metal layer to be used as electrodes in predetermined regions of the exposed portion of the upper surface of the first contact layer and the exposed portion of the upper surface of the second contact layer; Surface-emitting laser diode manufacturing method. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 활성층은 InGaN으로 조성되어 있고,The active layer is composed of InGaN, 상기 제1콘택트층 및 제2 콘택트층은 GaN으로 조성된 것을 특징으로 하는 수직공진 면발광 레이저 다이오드의 제조방법.And the first contact layer and the second contact layer are made of GaN.
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