KR100440254B1 - Antiguide-type vertical-cavity surface emitting laser and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안티가이드형 표면방출 레이저 및 제조 방법에 관한 것으로, 하부 브래그 거울층과 상부 브래그 거울층 사이에 안티몬이 첨가된 박막을 형성한 후 선택 산화 공정으로 안티몬이 첨가된 박막의 가장자리를 산화시켜 광 발진 영역을 한정함과 동시에, 산화된 박막 상부에 안티몬층을 형성하여 가장자리의 유효굴절률을 변화시킴으로써, 발진 영역의 크기가 증가하는 것을 방지하고 고차 횡모드의 발진을 감소시켜 낮은 소비 전력에서 단일 모드의 고출력을 얻을 수 있는 안티가이드형 표면방출 레이저 및 제조 방법이 개시된다.The present invention relates to an anti-guided surface emission laser and a manufacturing method, and forms an antimony-doped thin film between the lower Bragg mirror layer and the upper Bragg mirror layer and then oxidizes the edge of the antimony-added thin film by a selective oxidation process. By defining an anti-oscillation region and forming an antimony layer on top of the oxidized thin film to change the effective refractive index of the edge, it prevents the size of the oscillation region from increasing and reduces oscillation in higher-order transverse mode, resulting in a single low power consumption. Disclosed are an antiguided surface emitting laser and a manufacturing method capable of obtaining high power in mode.
Description
본 발명은 안티가이드형 표면방출 레이저 및 제조 방법에 관한 것으로, 특히 소비 전력을 줄이고 출력을 향상시킬 수 있는 안티가이드형 표면방출 레이저 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an antiguided surface emitting laser and a manufacturing method, and more particularly to an antiguided surface emitting laser and a manufacturing method that can reduce the power consumption and improve the output.
종래의 수직공진 표면방출 레이저로는 초창기의 기둥형(Air-post type), 양성자 주입형(Proton-implantation type), 산화막 구경형(Oxide-aperturing type) 등이 있다.Conventional vertical resonant surface emitting lasers include the early post-air type, proton-implantation type, and oxide-aperturing type.
이중에서도, 산화막 구경형 수직공진 표면방출 레이저는 공진기 직경이 작고 문턱 전류가 낮은 장점이 있다. 그러나, 이러한 산화막 구경형 수직공진 표면방출 레이저는 산화막층에 의한 전류의 주입 경로만을 제한시키기 때문에, 양자우물 활성층에 들어온 전자와 양공의 횡방향 확산에 의한 레이저 발진 영역 증가와 강한가이드 효과로 인하여 고차 횡 모드 발진이 나타나는 문제점이 있다.Among these, the oxide aperture diameter vertical resonance surface emission laser has advantages of small resonator diameter and low threshold current. However, since the oxide aperture diameter vertical resonance surface emission laser restricts only the injection path of the current by the oxide layer, the laser oscillation area is increased due to the lateral diffusion of electrons and holes in the quantum well active layer and the high guide effect is high. There is a problem of lateral mode oscillation.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 하부 거울층과 상부 거울층 사이에 안티몬이 첨가된 박막을 형성한 후 선택 산화 공정으로 안티몬이 첨가된 박막의 가장자리를 산화시켜 전류 주입 영역과 광 발진 영역을 한정함과 동시에, 산화된 박막 상부에 안티몬층을 형성하여 가장자리의 유효 굴절률 특성을 변화시킴으로써, 안티가이딩 효과를 만들어 고차 횡모드의 발진을 감소시켜 광 발진 영역의 크기가 증가하는 것을 방지하고 낮은 소비 전력에서 고출력을 얻을 수 있는 안티가이드형 표면방출 레이저 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problem, the present invention forms an antimony-added thin film between the lower mirror layer and the upper mirror layer, and then oxidizes the edge of the antimony-added thin film by a selective oxidation process to generate a current injection region and photo oscillation. By defining an area and forming an antimony layer on top of the oxidized thin film to change the effective refractive index characteristic of the edge, an anti-guiding effect is created to reduce the oscillation of higher-order transverse mode, thereby preventing the size of the optical oscillation area from increasing. And to provide an anti-guided surface emitting laser and a manufacturing method that can obtain a high output at a low power consumption.
도 1은 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 구조를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a device for explaining the structure of an anti-guided surface emission laser according to the present invention.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing an antiguide type surface emitting laser according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 전류 경로를 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating the current path of the anti-guided surface emitting laser according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 레이저 발진 광 형태를 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram for explaining the laser oscillation light shape of the anti-guided surface-emitting laser according to the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a device for explaining a method of manufacturing an antiguide type surface emitting laser according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101, 201, 501 : 기판 102, 202, 502 : 하부 브래그 거울층101, 201, 501: substrate 102, 202, 502: lower Bragg mirror layer
103a, 103c, 203a, 203c, 503a, 503c : 클래딩층103a, 103c, 203a, 203c, 503a, 503c: cladding layer
103b, 203b, 503b : 활성층 103, 203, 503 : 공진층103b, 203b, 503b: active layer 103, 203, 503: resonant layer
104, 204, 504 : 제1 박막 105, 205, 505 : 제2 박막104, 204, 504: first thin film 105, 205, 505: second thin film
106, 206, 506 : 안티몬 첨가 박막106, 206, 506: antimony added thin film
106a, 206a, 506a : 산화된 안티몬 첨가 박막106a, 206a, 506a: Oxidized Antimony-Added Thin Film
107, 207, 507 : 제3 박막 108, 208, 508 : 안티몬층107, 207, 507: third thin film 108, 208, 508: antimony layer
109, 209, 509 : 상부 브래그 거울층109, 209, 509: upper Bragg mirror layer
110, 210, 510 : 전극층110, 210, 510: electrode layer
111, 211, 511 : 반도체 레이저 구동회로111, 211, 511: semiconductor laser driving circuit
212 : 전류 확산 영역 113, 213, 513 : 빔폭 제어층212: current diffusion regions 113, 213, 513: beamwidth control layer
본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저는 반도체 기판 상에 구비된 하부 브래그 거울층과, 하부 브래그 거울층 상부에 구비된 공진층과, 공진층 상부에 구비되며 가장 자리가 산화되어 전류주입영역을 중앙부분으로 한정하기 위한 제1 박막과, 가장 자리와 중심 부분의 유효 굴절률 차를 발생시키기 위한 제2 박막을 포함하여 발진되는 빔의 크기를 제어하는 빔폭 제어층 및, 빔폭 제어층 상부에 구비되며 제2 박막에 의해 가장 자리 부분과 중심 부분의 경계에서 단차를 갖는 상부 브래그 거울층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The anti-guided surface emission laser according to the present invention includes a lower Bragg mirror layer provided on a semiconductor substrate, a resonance layer provided on an upper Bragg mirror layer, and an upper edge of the resonance layer provided on the resonance layer to oxidize a current injection region. A beam width control layer for controlling the size of the oscillated beam including a first thin film for defining the center portion, a second thin film for generating an effective refractive index difference between the edge and the center portion, and a beam width control layer on the beam width control layer. And an upper Bragg mirror layer having a step at the boundary between the edge portion and the central portion by the second thin film.
상기에서, 빔폭 제어층은 제1 박막 하부에 구비되며 산화에 둔감하고 낮은 굴절률 특성을 갖는 제3 박막과, 제3 박막 및 제 1 박막 사이에 구비되며 산화에 둔감하고 높은 굴절률 특성을 갖는 제4 박막과, 노출된 제1 및 제2 박막 상부에 구비되며 제4 박막과 동일한 물질로 이루어진 제5 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above description, the beam width control layer is provided under the first thin film and is insensitive to oxidation and has a low refractive index characteristic, and a fourth thin film is disposed between the third thin film and the first thin film and is insensitive to oxidation and has a high refractive index characteristic. And a fifth thin film provided on the exposed first and second thin films and made of the same material as the fourth thin film.
이때, 제1 박막은 InAlGaAs에 안티몬이 첨가된 물질로 이루어지며, 제2 박막은 안티몬으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 제3 박막은 InAlAs로 이루어지고, 제4 박막은 InAlGaAs로 이루어진 것을 특징으로 한다.In this case, the first thin film is made of a material in which antimony is added to InAlGaAs, and the second thin film is made of antimony. The third thin film is made of InAlAs, and the fourth thin film is made of InAlGaAs.
한편, 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저 제조 방법은 기판 상에 굴절률이 서로 다른 반도체층을 교대로 반복 성장시켜 하부 브래그 거울층을 형성하는 단계와, 하부 브래그 거울층 상부에 공진층을 형성하는 단계와, 공진층 상부에 산화에 둔감하고 낮은 굴절률 특성을 갖는 반도체층으로 이루어진 제1 박막을 형성하는 단계와, 제1 박막 상에 산화에 둔감하고 높은 굴절률 특성을 갖는 반도체층으로 이루어진 제2 박막을 형성하는 단계와, 제2 박막과 동일한 물질에 안티몬이 첨가된 안티몬 첨가 박막을 형성하는 단계와, 안티몬 첨가 박막 상에 제2 박막과 동일한 물질로 이루어진 제3 박막을 형성하는 단계와, 안티몬 첨가 박막의 가장 자리를 산화시키면서 산화된 안티몬 첨가 박막과 제3 박막 사이에 안티몬층을 형성하는 단계, 및 제3 박막 상부에 상부 브래그 거울층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the anti-guided surface-emitting laser manufacturing method according to the present invention to form a lower Bragg mirror layer by alternately repeatedly growing a semiconductor layer having a different refractive index on the substrate, and forming a resonant layer on the lower Bragg mirror layer Forming a first thin film made of a semiconductor layer having a low refractive index and insensitive to oxidation on the resonant layer, and a second thin film made of a semiconductor layer having a high refractive index and insensitive to oxidation on the first thin film Forming a thin film, forming an antimony-added thin film in which antimony is added to the same material as the second thin film, forming a third thin film made of the same material as the second thin film on the antimony-added thin film, and antimony Forming an antimony layer between the oxidized antimony added thin film and the third thin film while oxidizing an edge of the added thin film, and a third thin film Forming an upper Bragg mirror layer thereon.
상기에서, 하부 브래그 거울층은 InAlGaAs 및 InAlAs을 교대로 반복 성장시켜 형성하는 것을 특징으로 한다. 한편, 상부 브래그 거울층은 티타늄 산화막과 실리콘 산화막을 교대로 반복 성장시켜 형성할 수 있으며, 이 경우 제3 박막의 가장자리가 노출되도록 가장 자리가 식각한다In the above, the lower Bragg mirror layer is formed by alternately growing InAlGaAs and InAlAs alternately. Meanwhile, the upper Bragg mirror layer may be formed by alternately growing a titanium oxide film and a silicon oxide film, and in this case, the edge is etched to expose the edge of the third thin film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.
도 1은 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 구조를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a device for explaining the structure of an anti-guided surface emission laser according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저는 반도체 기판(101) 상에 구비된 하부 브래그 거울층(102)과, 하부 브래그 거울층(102) 상부에 구비된 공진층(103)과, 공진층(103) 상부에 구비되며 가장 자리가 산화된 안티몬 첨가 박막(106a)과 산화된 안티몬 첨가 박막(106a) 상부에 구비된 안티몬층(108)을 포함하여 이루어져 가장자리 부분과 중앙 부분의 유효 굴절률 차에 의해 발진되는 빔의 크기를 제어하기 위한 빔폭 제어층(113)과, 빔폭 제어층(113) 상부에 구비되며, 빔폭 제어층(113)의 두께에 따라 단차를 갖는 상부 브래그 거울층(109)을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the anti-guided surface emission laser according to the present invention includes a lower Bragg mirror layer 102 provided on the semiconductor substrate 101 and a resonance layer 103 provided on the lower Bragg mirror layer 102. And an antimony layer 108 provided on the resonant layer 103 and having an oxidized antimony-added thin film 106a and an antimony layer 108 provided on the oxidized antimony-added thin film 106a. The upper Bragg mirror provided on the beam width control layer 113 and the beam width control layer 113 for controlling the size of the beam oscillated by the effective refractive index difference of the beam width control layer 113, and has a step according to the thickness of the beam width control layer 113 Layer 109.
상부 브래그 거울층(109)의 가장 자리에는 전극층(110)이 형성되며, 레이저 구동 회로(111)에서 전극층(110) 및 반도체 기판(101)으로 인가되는 전압에 따라 레이저가 동작한다.The electrode layer 110 is formed at the edge of the upper Bragg mirror layer 109, and the laser operates according to the voltage applied from the laser driving circuit 111 to the electrode layer 110 and the semiconductor substrate 101.
상기에서, 하부 브래그 거울층(102)은 굴절률이 서로 다른 제1 반도체층 및 제2 반도체층이 교대로 반복되어 적층된 구조로 이루어지며, 제1 반도체층은 InAlGaAs으로 이루어지고 제2 반도체층은 InAlAs으로 이루어진다.In the above, the lower Bragg mirror layer 102 has a structure in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having different refractive indices are alternately stacked, and the first semiconductor layer is made of InAlGaAs, and the second semiconductor layer is It is made of InAlAs.
공진층(103)은 제1 클래딩층(103a), 활성층(103b) 및 제2 클래딩층(103c)의적층 구조로 이루어지며, 각각의 두께는 레이저의 설계 파장에 따라 결정된다. 이때, 제1 및 제2 클래딩층(103a 및 103c)은 InAlGaAs로 이루어지며, 활성층(103b)은 InGaAs와 InAlGaAs를 이용한 양자우물 구조로 이루어진다.The resonant layer 103 has a lamination structure of the first cladding layer 103a, the active layer 103b, and the second cladding layer 103c, and each thickness is determined according to the design wavelength of the laser. In this case, the first and second cladding layers 103a and 103c are made of InAlGaAs, and the active layer 103b is formed of a quantum well structure using InGaAs and InAlGaAs.
빔폭 제어층(113)은 산화에 둔감하고 낮은 굴절률 특성을 갖는 제1 박막(104)과, 산화에 둔감하고 높은 굴절률 특성을 갖는 제2 박막(105)과, 제2 박막(105)과 동일한 물질에 안티몬이 첨가된 안티몬 첨가 박막(106)과, 제2 박막(105)과 동일한 물질로 이루어진 제3 박막(107)의 적층 구조로 이루어진다. 한편, 안티몬 첨가 박막(106)의 가장 자리는 산화 공정을 통해 형성된 산화된 안티몬 첨가 박막(106)으로 이루어지며, 산화된 안티몬 첨가 박막(106a)과 제 3 박막(107)의 사이에는 산화 공정 시 안티몬 첨가 박막(106)에서 빠져나온 안티몬으로 이루어진 안티몬층(108)이 구비된다. 또한, 제1 박막(104)은 InAlAs로 이루어지고, 제2 및 제3 박막(105 및 107)은 InAlGaAs로 이루어진다.The beam width control layer 113 is formed of the same material as the first thin film 104 which is insensitive to oxidation and has a low refractive index characteristic, the second thin film 105 which is insensitive to oxidation and has a high refractive index characteristic, and the second thin film 105. The antimony-added thin film 106 to which antimony was added is formed, and the third thin film 107 made of the same material as the second thin film 105 is laminated. On the other hand, the edge of the antimony-added thin film 106 is composed of an oxidized antimony-added thin film 106 formed through an oxidation process, between the oxidized antimony-added thin film 106a and the third thin film 107 during the oxidation process. An antimony layer 108 made of antimony that has exited the antimony-added thin film 106 is provided. In addition, the first thin film 104 is made of InAlAs, and the second and third thin films 105 and 107 are made of InAlGaAs.
상기의 구조로 이루어진 안티가이드형 표면방출 레이저를 살펴보면, 안티몬 첨가 박막(106)은 레이저 구동 시 전류 통로의 역할을 하게 된다. 한편, 안티몬층(108)에 의해 중심과 외곽의 공진층 두께가 달라져 중심과 외곽의 공진 파장이 다르게 되므로, 레이저 발진 시 빔이 발진되는 영역은 산화되지 않고 잔류하는 안티몬 첨가 박막층(106) 영역으로 제한된다.Looking at the anti-guided surface emission laser having the above structure, the antimony-added thin film 106 serves as a current path when driving the laser. On the other hand, since the thickness of the resonant layer between the center and the outer is different by the antimony layer 108, and the resonant wavelength of the center and the outer is different, the area where the beam is oscillated during laser oscillation is not oxidized and remains as the antimony-added thin film layer 106 region. Limited.
한편, 산화된 안티몬 첨가 박막층(106a) 상부에 안티몬층(108)이 형성되면서 발생된 단차로 인하여, 그 상부에 형성되는 상부 브래그 거울층(109)에도 단차가 발생되어 상부 브래그 거울층(109)은 V자 형태로 형성된다. V자 형태를 갖는 상부브래그 거울층(109)에 의해 레이저 빔의 고차 횡모드의 발진을 감소하고, 단일 모드 출력은 증가하여 낮은 전류에서도 출력을 향상시킬 수 있다.On the other hand, due to the step generated when the antimony layer 108 is formed on the oxidized antimony-added thin film layer 106a, the step is also generated in the upper Bragg mirror layer 109 formed on the upper Bragg mirror layer 109 Is formed in a V-shape. The upper Bragg mirror layer 109 having a V-shape reduces the oscillation of the higher order transverse mode of the laser beam, and the single mode output is increased to improve the output even at low current.
이하, 도 1에 도시된 안티가이드형 표면방출 레이저의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing the antiguide type surface emitting laser shown in FIG. 1 will be described.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing an antiguide type surface emitting laser according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 기판(201) 상에 다층박막 구조로 이루어진 하부 브래그 거울층(Distributed Bragg Reflector와, DBR)(202), 공진층(203), 제1 및 제2 박막(204 및 205), 안티몬 첨가 박막(206) 및 제3 박막(207)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2A, a lower Bragg reflector (DBR) 202, a resonant layer 203, and first and second thin films 204 and 205 having a multilayer thin film structure on a substrate 201 are formed. The antimony-added thin film 206 and the third thin film 207 are sequentially formed.
상기에서, 하부 브래그 거울층(202)은 목표 파장의 λ/4에 해당하는 두께를 가지며 굴절률이 다른 두 반도체층을 반복적으로 형성하여 적층 구조로 형성한다. 예를 들면, 굴절률이 높은 반도체층으로는 인듐알루미늄갈륨아세나이드(InAlGaAs)를 사용하고, 굴절률이 낮은 반도체층으로는 인듐알루미늄아세나이드(InAlAs)를 사용하여, InAlGaAs과 InAlAs이 순차적으로 적층된 구조로 하부 브래그 거울층(202)을 형성한다.In the above description, the lower Bragg mirror layer 202 is formed in a stacked structure by repeatedly forming two semiconductor layers having a thickness corresponding to λ / 4 of a target wavelength and having different refractive indices. For example, indium aluminum gallium arsenide (InAlGaAs) is used as a semiconductor layer having a high refractive index, and indium aluminum arsenide (InAlAs) is used as a semiconductor layer having a low refractive index, and InAlGaAs and InAlAs are sequentially stacked. The lower Bragg mirror layer 202.
공진층(203)은 제1 클래딩층(203a), 활성층(203b) 및 제2 클래딩층(203c)의 적층 구조로 형성된다. 이때, 제1 및 제2 클래딩층(203a 및 203c)은 InAlGaAs로 이루어지며, 두께는 레이저의 설계 파장에 따라 결정된다. 한편, 활성층(203b)은 InGaAs와 InAlGaAs를 이용한 양자우물 구조로 형성되며, 각각의 두께는 레이저의설계 파장에 따라 결정된다.The resonance layer 203 is formed in a stacked structure of the first cladding layer 203a, the active layer 203b, and the second cladding layer 203c. In this case, the first and second cladding layers 203a and 203c are made of InAlGaAs, and the thickness is determined according to the design wavelength of the laser. On the other hand, the active layer 203b is formed of a quantum well structure using InGaAs and InAlGaAs, each thickness is determined according to the design wavelength of the laser.
제1 박막(204)은 산화에 둔감하고 낮은 굴절률 특성을 갖는 반도체층으로 이루어지며, 목표 파장의 λ/4에 해당하는 두께로 형성된다. 제2 및 제3 박막(205 및 207)은 산화에 둔감하고 높은 굴절률 특성을 갖는 반도체층으로 이루어지며, 목표 파장의 λ/2에 해당하는 두께로 형성된다. 이때, 제1 내지 제3 박막(204, 205 및 207)은 하부 브래그 거울층(202)에 사용되는 반도체층으로 형성할 수 있다. 즉, 낮은 굴절률을 갖는 제1 박막(204)은 InAlAs로 형성하며, 높은 굴절률을 갖는 제2 및 제3 박막(205 및 207)은 InAlGaAs로 형성한다. The first thin film 204 is made of a semiconductor layer which is insensitive to oxidation and has low refractive index characteristics, and is formed to a thickness corresponding to λ / 4 of a target wavelength. The second and third thin films 205 and 207 are made of a semiconductor layer that is insensitive to oxidation and has high refractive index characteristics, and is formed to a thickness corresponding to λ / 2 of a target wavelength. In this case, the first to third thin films 204, 205, and 207 may be formed of a semiconductor layer used for the lower Bragg mirror layer 202. That is, the first thin film 204 having a low refractive index is formed of InAlAs, and the second and third thin films 205 and 207 having a high refractive index are formed of InAlGaAs.
안티몬 첨가 박막(206)은 제2 박막(205)과 동일한 반도체층에 안티몬이 첨가된 박막으로 형성된다. 좀 더 상세하게 설명하면, 안티몬 첨가 박막(206)은 InAlGaAs에 안티몬이 첨가된 박막으로 이루어진다. 이때, 안티몬 첨가 박막(206)은 제2 박막(205) 상에 새로운 층으로 형성하거나, 제2 박막(205) 상부에 안티몬을 주입하여 형성할 수 있다. 안티몬 첨가 박막(206)을 형성하는 방법에 상관없이, 안티몬 첨가 박막(206)을 포함한 제2 및 제 3 박막(205 및 207)은 두께의 합이 목표 파장의 λ/2가 되도록 형성한다.The antimony-added thin film 206 is formed of a thin film to which antimony is added to the same semiconductor layer as the second thin film 205. In more detail, the antimony-added thin film 206 is formed of a thin film in which antimony is added to InAlGaAs. In this case, the antimony-added thin film 206 may be formed as a new layer on the second thin film 205 or by injecting antimony into the second thin film 205. Regardless of how the antimony-added thin film 206 is formed, the second and third thin films 205 and 207 including the antimony-added thin film 206 are formed such that the sum of the thicknesses is λ / 2 of the target wavelength.
도 2b를 참조하면, 식각 공정으로 제3 박막(207), 안티몬 첨가 박막(206), 제2 및 제1 박막(205 및 204), 공진층(203) 및 하부 브래그 거울층(202)을 10 내지 100㎛의 크기를 갖는 메사 형태로 식각한 후 선택 산화 공정으로 안티몬 첨가 박막(206)을 주변으로부터 중앙 쪽으로 산화시킨다. 이때, 선택 산화 공정을 시간을 조절하여 안티몬 첨가 박막(206)의 가장자리에 산화된 안티몬 첨가 박막(206a)을 형성하고, 중앙부분은 제3 박막(206)이 산화가 되지 않고 잔류되도록 하여 레이저 구동 시 전류 통로의 역할을 할 수 있도록 한다. 이로써, 산화된 안티몬 첨가 박막(206a)은 산화층으로 완벽한 절연체 역할을 하며, 산화되지 않고 잔류하는 안티몬 첨가 박막(206)은 활성층에 주입되는 전류의 경로가 된다. 따라서, 산화된 안티몬 첨가 박막(206a)은 주입되는 전류의 횡방향 면적을 제한하여 문턱 전류를 낮추는 역할을 한다.2B, the third thin film 207, the antimony-added thin film 206, the second and first thin films 205 and 204, the resonant layer 203, and the lower Bragg mirror layer 202 may be formed by an etching process. The antimony-added thin film 206 is oxidized from the periphery to the center by a selective oxidation process after etching into a mesa shape having a size of about 100 μm. At this time, the selective oxidation process is controlled to form an oxidized antimony-added thin film 206a at the edge of the antimony-added thin film 206, and the center portion thereof allows the third thin film 206 to remain without oxidation, thereby driving the laser. It can act as a current path. As a result, the oxidized antimony-added thin film 206a serves as a perfect insulator as an oxide layer, and the antimony-added thin film 206 remaining without being oxidized becomes a path of current injected into the active layer. Therefore, the oxidized antimony-added thin film 206a serves to lower the threshold current by limiting the transverse area of the injected current.
한편, 제3 박막(207)과 산화된 안티몬 첨가 박막(206a) 사이에는 산화 공정으로 인하여 새로이 안티몬층(208)이 형성된다. 안티몬층(208)은 안티몬 첨가 박막(206)이 산화가 되면서 안티몬 첨가 박막(206)에 포함된 안티몬 원자가 산소 원자로 치환되면서 위로 밀려나 안티몬 첨가 박막(206)으로부터 빠져 나오면서 형성된다. 이때, 산화된 안티몬 첨가 박막(206a) 상부에 안티몬층(208)이 형성되면서 제3 박막(207)의 외곽 부분에는 안티몬층(208)의 두께에 해당하는 단차가 발생된다. 이로써, 제1 내지 제3 박막(204, 205 및 207), 안티몬 첨가 박막(206), 산화된 안티몬 첨가 박막(206a) 및 안티몬층(208)으로 이루어진 빔폭 제어층(213)이 형성된다.Meanwhile, an antimony layer 208 is newly formed between the third thin film 207 and the oxidized antimony-added thin film 206a due to the oxidation process. The antimony layer 208 is formed as the antimony-added thin film 206 is oxidized, and is pushed upwards as the antimony atoms included in the antimony-added thin film 206 are replaced with oxygen atoms to exit from the antimony-added thin film 206. At this time, as the antimony layer 208 is formed on the oxidized antimony-added thin film 206a, a step corresponding to the thickness of the antimony layer 208 is generated on the outer portion of the third thin film 207. As a result, a beam width control layer 213 including the first to third thin films 204, 205 and 207, the antimony addition thin film 206, the oxidized antimony addition thin film 206a, and the antimony layer 208 is formed.
안티몬층(208)에 의해 단차가 발생하면서 공진층의 중심과 외곽 두께가 달라져 중심과 외곽의 공진 파장이 달라지게 된다. 이로 인하여, 레이저 발진 시 발진되는 빔의 크기는 산화되지 않고 잔류하는 안티몬 첨가 박막(206) 영역으로 제한된다.As the step is generated by the antimony layer 208, the center and the outer thickness of the resonant layer are changed, so that the resonant wavelengths of the center and the outer are changed. For this reason, the size of the beam oscillated during laser oscillation is limited to the region of the antimony-added thin film 206 remaining without being oxidized.
도 2c를 참조하면, 안티몬층(208)에 의해 단차가 발생된 제3 박막(207) 상부에 상부 브래그 거울층(209)을 형성한다. 상부 브래그 거울층(209)은 하부 브래그 거울층(202)과 같이 다층박막 구조로 형성한다. 이때, 상부 브래그 거울층(209)은 선택 산화 공정으로 형성된 안티몬층(208)에 의해 발생된 단차에 의하여 V 형태로 형성된다.Referring to FIG. 2C, the upper Bragg mirror layer 209 is formed on the third thin film 207 where the step is generated by the antimony layer 208. The upper Bragg mirror layer 209 is formed in a multilayer thin film structure like the lower Bragg mirror layer 202. At this time, the upper Bragg mirror layer 209 is formed in a V shape by the step generated by the antimony layer 208 formed by the selective oxidation process.
이후, 상부 브래그 거울층(209)의 상부 가장 자리에 전극층(210)을 형성한다. 이로써, 반도체 레이저 구동회로(211)로부터 전극층(210)과 기판(201)에 인가되는 전압에 따라 구동되어, 광이 위 아래로 공진하면서 레이저 발진이 이루어지는 안티가이드형 표면방출 레이저가 제조된다.Thereafter, the electrode layer 210 is formed on the upper edge of the upper Bragg mirror layer 209. As a result, an anti-guided surface emitting laser is manufactured, which is driven according to the voltage applied from the semiconductor laser driving circuit 211 to the electrode layer 210 and the substrate 201, and the laser oscillates while the light resonates up and down.
상기에서, 안티몬층(208)은 주위의 박막에 비해 상대적으로 높은 굴절률을 가지고 있기 때문에 외곽의 유효 굴절률이 중심보다 높아져, 수직 방향으로 광도파로 역할을 하여 발진된 레이저 빛 중 고차 횡모드의 발진을 줄여주고, 단일 모드 출력을 증가시키는 역할을 한다. 한편, 상부 브래그 거울층(209)은 발진된 레이저 빛의 퍼짐 현상을 줄여주는 역할을 하게 된다.In the above, since the antimony layer 208 has a relatively higher refractive index than the surrounding thin film, the effective refractive index of the outer portion is higher than that of the center, and acts as an optical waveguide in the vertical direction, thereby generating oscillation of the higher order transverse mode of the laser light. Decreases and increases single-mode output. On the other hand, the upper Bragg mirror layer 209 serves to reduce the spread of the oscillated laser light.
이러한 현상을 이용함으로써, 본 발명에 따른 표면방출 레이저는 선택 산화 공정을 통해 형성된 안티몬층(208)에 의해 발생된 단차로 인해 산화된 곳의 공진 길이가 변하여 원하는 발진 파장 레이저의 빔 크기를 제한해 주며, 안티가이딩 효과로 인하여 고차 모드 발진을 줄일 수 있다.By utilizing this phenomenon, the surface emitting laser according to the present invention changes the resonance length of the oxidized place due to the step generated by the antimony layer 208 formed through the selective oxidation process, thereby limiting the beam size of the desired oscillation wavelength laser. In addition, due to the anti-guiding effect, high-order mode oscillation can be reduced.
이하, 전류 주입 시 산화된 안티몬 첨가 박막(206a)에 의해 제한되는 전류의 경로를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a path of a current limited by the antimony-added thin film 206a oxidized during current injection will be described.
도 3은 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 전류 경로를 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating the current path of the anti-guided surface emitting laser according to the present invention.
도 3을 참조하면, 표면방출 레이저에 전류 주입 시 전류가 산화된 안티몬 첨가 박막(206a)에 의해 전류 주입 경로가 제한되며, 주입된 전류가 공진층 내에서 횡방향으로 확산되는 전류 확산 영역(212)은 산화되지 않고 잔류하는 안티몬 첨가 박막(206)보다 약간 넓은 영역으로 한정된다.Referring to FIG. 3, the current injection path is limited by the antimony-added thin film 206a in which the current is oxidized when the current is injected into the surface emitting laser, and the current diffusion region 212 in which the injected current is laterally diffused in the resonance layer. ) Is limited to a slightly wider region than the antimony-added thin film 206 that remains unoxidized.
도 4는 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 레이저 발진 광 형태를 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram for explaining the laser oscillation light shape of the anti-guided surface-emitting laser according to the present invention.
도 4를 참조하면, 안티몬 첨가 박막(206)을 통해 주입된 전류는 전류 확산 영역(212)만큼 확산되지만, 안티몬 첨가 박막(206) 이외의 영역에서는 안티몬층(208)에 의한 공진층 길이의 변화로 인하여 발진이 발생되지 않기 때문에, 레이저 광 발진은 안티몬 첨가 박막(206)이 잔류되는 영역으로 제한된다.Referring to FIG. 4, the current injected through the antimony-added thin film 206 is diffused by the current diffusion region 212, but in the region other than the antimony-added thin film 206, the change of the resonance layer length by the antimony layer 208 is changed. Since no oscillation is caused by the laser beam oscillation, the laser light oscillation is limited to the region where the antimony-containing thin film 206 remains.
또한, 본 발명의 표면방출 레이저는 안티몬층(208)에 의해 중심보다 외곽의 유효 굴절률(neff)이 높기 때문에, 안티가이드 현상에 의하여 고차 횡모드 발진이 억제되고, 안티몬층(208)에 의해 발생된 단차에 의하여 상부 브래그 거울(209)은 광의 퍼짐을 획기적으로 줄일 수 있다.In addition, since the surface-emitting laser of the present invention has a higher effective refractive index n eff than the center by the antimony layer 208, higher order lateral mode oscillation is suppressed by the antiguide phenomenon, and the antimony layer 208 Due to the generated step, the upper Bragg mirror 209 can significantly reduce the spread of light.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a device for explaining a method of manufacturing an antiguide type surface emitting laser according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 기판(501) 상에 다층박막 구조로 이루어진 하부 브래그 거울층(502), 공진층(503), 그리고 제1 및 제2 박막(504 및 505), 안티몬 첨가박막(506), 제3 박막(507) 및 안티몬층(508)으로 이루어진 빔폭 제어층(513)을 도 2a 및 도 2b에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 형성한다.Referring to FIG. 5, first, a lower Bragg mirror layer 502, a resonant layer 503, first and second thin films 504 and 505, and an antimony-added thin film 506 are formed on a substrate 501. ), The third thin film 507 and the antimony layer 508, the beam width control layer 513 is formed in the same manner as described in Figures 2a and 2b.
이후, 제3 박막(507) 상부에 유전체 박막의 적층 구조로 이루어진 상부 브래그 거울층(509)을 형성한다. 좀 더 상세하게 설명하면, 유전체 박막으로 티타늄 옥사이드 박막과 실리콘 옥사이드 박막을 교대로 형성하여 티타늄 옥사이드 박막과 실리콘 옥사이드 박막이 순차적으로 적층된 구조로 상부 브래그 거울층(509)을 형성한다. 이때, 티타늄 옥사이드 박막과 실리콘 옥사이드 박막은 목표 파장의 λ/2 두께로 4 내지 8층씩 형성한다.Subsequently, an upper Bragg mirror layer 509 is formed on the third thin film 507 in a stacked structure of a dielectric thin film. In more detail, a titanium oxide thin film and a silicon oxide thin film are alternately formed as a dielectric thin film to form an upper Bragg mirror layer 509 having a structure in which a titanium oxide thin film and a silicon oxide thin film are sequentially stacked. In this case, the titanium oxide thin film and the silicon oxide thin film are formed by 4 to 8 layers each having a thickness of λ / 2 of a target wavelength.
한편, 상부 브래그 거울층(509)을 형성한 후에는 전극층(510)을 형성하는데, 상부 브래그 거울층(509)이 비전도성인 유전체 박막으로 형성되므로, 상부 브래그 거울층(509)의 가장 자리를 식각하여 제3 박막(507)을 노출시킨 후 제3 박막(507) 상부에 전극층(510)을 형성한다.Meanwhile, after the upper Bragg mirror layer 509 is formed, the electrode layer 510 is formed. Since the upper Bragg mirror layer 509 is formed of a nonconductive dielectric thin film, the edge of the upper Bragg mirror layer 509 is formed. After etching to expose the third thin film 507, the electrode layer 510 is formed on the third thin film 507.
이로써, 반도체 레이저 구동회로(511)로부터 전극층(510)과 기판(501)에 인가되는 전압에 따라 구동되어, 광이 위 아래로 공진하면서 레이저 발진이 이루어지는 안티가이드형 표면방출 레이저가 제조된다.As a result, an anti-guided surface emitting laser is produced, which is driven from the semiconductor laser driving circuit 511 according to the voltage applied to the electrode layer 510 and the substrate 501, and the laser oscillates while the light resonates up and down.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안티가이드형 표면방출 레이저는 출력 광의 크기가 작고 퍼짐이 적어 단일 모드의 저전류 고출력을 실현할 수 있으며, 공정이 단순하여 제작 단가를 줄일 수 있다.As described above, the anti-guided surface-emitting laser according to the present invention can realize a low current high output of a single mode due to the small size of the output light and less spread, and the manufacturing cost can be reduced due to the simple process.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH09102648A (en) * | 1995-05-23 | 1997-04-15 | Hewlett Packard Co <Hp> | Low noise surface luminescence laser light for multimode optical link |
| US5724374A (en) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Picolight Incorporated | Aperture comprising an oxidized region and a semiconductor material |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09102648A (en) * | 1995-05-23 | 1997-04-15 | Hewlett Packard Co <Hp> | Low noise surface luminescence laser light for multimode optical link |
| US5726462A (en) * | 1996-02-07 | 1998-03-10 | Sandia Corporation | Semiconductor structures having electrically insulating and conducting portions formed from an AlSb-alloy layer |
| US5724374A (en) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Picolight Incorporated | Aperture comprising an oxidized region and a semiconductor material |
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