KR100475858B1 - A Vertical Cavity Surface Emitting Lasers - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 수직 공진 표면 발광레이저는 반도체 기판상에 형성되고 n형 불순물이 도핑된 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 n형 반사기층과, 광을 생성하는 활성층과, p형 불순물이 도핑된 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 p형 반사기층과, 전류 주입경로를 제한하기 위한 전류차단영역과, 반도체기판의 하부면에 형성된 하부전극과, 개구부가 형성되도록 p형 반사기층상의 소정영역에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되는 수직공진형 표면 발광레이저에 있어서, 상기 상부전극 하부의 상기 p형 반사기층에 형성된 Zn 확산층과, 상기 상부전극에 형성된 개구부상의 소정영역에 동심원 형태의 모드 조절층을 더 포함한다. The vertical resonant surface light emitting laser according to the present invention comprises: an n-type reflector layer formed on an semiconductor substrate and formed by alternately stacking two semiconductor material layers having different refractive indices doped with n-type impurities; an active layer for generating light; a p-type reflector layer formed by alternately stacking two semiconductor material layers having different refractive indices doped with p-type impurities, a current blocking region for limiting a current injection path, a lower electrode formed on the bottom surface of the semiconductor substrate, A vertical resonance surface light emitting laser comprising an upper electrode formed in a predetermined region on a p-type reflector layer such that an opening is formed, the Zn diffusion layer formed in the p-type reflector layer below the upper electrode, and formed in the upper electrode. The method further includes a mode adjusting layer having a concentric shape in a predetermined region on the opening.
따라서 개구부상에 형성된 모드 조절층에 의해 기본 공간 모드의 발진을 억제하고 고차 공간모드가 발진시켜 광출력-주입전류의 선형성을 향상시킨다. Therefore, the mode control layer formed on the opening portion suppresses the oscillation of the basic spatial mode and the higher order spatial mode oscillates to improve the linearity of the light output-injection current.
Description
본 발명은 수직공진 표면발광레이저에 관한 것으로 특히, 상부전극에 형성된 개구부상에 모드 조절층을 형성하여 기본공간모드를 억제시키고 고차공간모드만을 발진하도록 함으로써 광출력-주입전류 특성을 개선한 수직공진 표면발광레이저에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertical resonance surface light emitting laser, and in particular, to form a mode control layer on an opening formed in an upper electrode to suppress a basic spatial mode and to oscillate only a higher order spatial mode, thereby improving the vertical output resonance characteristics. It relates to a surface emitting laser.
주지하는 바와 같이, 수직공진 표면발광레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers : VCSEL)는 빔 특성이 우수하고 2D 어레이가 가능하며 소자를 작은 크기로 제작할 수 있다는 장점이 있어 광통신용 인터커넥터, 광섬유를 이용한 통신용 소자, 레이저 프린터, 스캐너등 다양한 분야에 응용이 가능하여 현재 널리 쓰이고 있다. As is well known, Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) have the advantages of excellent beam characteristics, 2D arrays, and the ability to manufacture devices in a small size. It is widely used because it can be applied to various fields such as devices, laser printers and scanners.
그러나 이러한 응용을 위해서는 안정된 수직 공진형 표면 발광레이저의 모드 특성과 고출력이 요구된다. However, the mode characteristics and high power of the stable vertical resonance surface emitting laser are required for this application.
도 1은 종래의 수직 공진 표면 발광레이저의 수직 단면도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a vertical cross-sectional view of a conventional vertical resonance surface light emitting laser.
도시된 바와같이, 종래의 수직 공진 표면발광레이저는 반도체 기판(10)상에 n형 반사기층(12), 활성층(14), p형 반사기층(16)이 순차적으로 적층형성되어 있고, 활성층(14) 내로의 캐리어 주입이 상부 전극(20)과 하부전극(22)으로부터 n형 반사기층(12) 및 p형 반사기층(16)을 통과하도록 형성된다. As shown in the drawing, in the conventional vertical resonant surface emitting laser, the n-type reflector layer 12, the active layer 14, and the p-type reflector layer 16 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10, and the active layer ( 14) Carrier injection into the upper electrode 20 and the lower electrode 22 is formed to pass through the n-type reflector layer 12 and the p-type reflector layer 16.
사용된 반도체 기판(10)의 재료로는 GaAs, GaP, InP, InGaAs, sapphire, GaN 등이 사용된다. 앞서 기술된 반도체 기판(10)의 재료와 동일한 재료로 반도체 기판(10)상에 버퍼층(도시되지 않음)이 형성될 수 있다.As the material of the semiconductor substrate 10 used, GaAs, GaP, InP, InGaAs, sapphire, GaN, or the like is used. A buffer layer (not shown) may be formed on the semiconductor substrate 10 using the same material as that of the semiconductor substrate 10 described above.
n형 및 p형 반사기층들(12, 16)은 AlxGa(1-x)As로 형성되는데 여기에 n형 또는 p형 도펀트를 도핑하여 형성한다. n형 도펀트로는 실리콘(Si)을 사용하고, p형 도펀트로 탄소(C), 아연(Zn)등을 사용한다.The n-type and p-type reflector layers 12 and 16 are formed of Al x Ga (1-x) As, which is formed by doping n-type or p-type dopants. Silicon (Si) is used as the n-type dopant, and carbon (C), zinc (Zn) and the like are used as the p-type dopant.
그리고 각각의 반사기층들(12, 16)은 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층을 교대로 다수번 반복 적층된 구조로 굴절률이 낮은 층(12a, 16a)과 굴절률이 높은 층(12b, 16b)을 하나의 주기라고 하였을 때 이런 주기가 20내지 40번 정도 반복 적층되어 형성된다. Each of the reflector layers 12 and 16 is a structure in which a layer having a high refractive index and a layer having a low refractive index is alternately stacked several times, and thus the layers having the low refractive index 12a and 16a and the layers having the high refractive index 12b and 16b are alternately stacked. When one cycle is referred to as a cycle is formed by repeating 20 to 40 times.
이러한 n형 및 p형 반사기층들(12, 16)을 구성하는 각층의 굴절률 차이는 알루미늄의 조성을 달리함으로써 얻어질 수가 있다.The difference in refractive index of each layer constituting the n-type and p-type reflector layers 12 and 16 can be obtained by changing the composition of aluminum.
또한, 각각의 굴절률이 낮은 층(12a, 16a)과 굴절률이 높은 층(12b, 16b) 사이에는 각각 조성이 연속적으로 변화되도록 형성된 그래딩(grading)층(도시되지 않음)을 개재하여 알루미늄 조성이 높은 층과 낮은층의 계면에서의 스트레스를 감소시키며 밴드갭 에너지의 변화를 완만하게 하여 반사기층(12, 16)내에서의 직렬저항을 줄이는 역할을 하도록 한다. In addition, an aluminum composition is formed between the layers 12a and 16a having a low refractive index and the layers 12b and 16b having a high refractive index, respectively, through a grading layer (not shown) formed so that the composition is continuously changed. It reduces the stress at the interface between the high and low layers and moderates the change in the bandgap energy to serve to reduce the series resistance in the reflector layers 12 and 16.
이러한 구조를 갖는 n형 반사기층(12)은 굴절률이 낮은 층(12a), 굴절률이 높은 층(12b), 그래딩층(도시되지 않음)을 포함한 광학적 두께를 수직공진형 표면 발광레이저가 동작하도록 설계된 파장(λ )의 1/4이 되도록 형성된다. 또한 제2반사기층(16)도 동일한 광학적 두께를 가지도록 형성된다. The n-type reflector layer 12 having such a structure is designed to operate a vertical resonance surface emitting laser with an optical thickness including a low refractive index layer 12a, a high refractive index layer 12b, and a grading layer (not shown). It is formed so that it becomes 1/4 of the wavelength (lambda). The second reflector layer 16 is also formed to have the same optical thickness.
활성층(14)은 전자와 정공이 결합(pn접합)하여 빛이 발생하는 부분으로 n형 클래드층(14a)과 양자우물층(14b), p형 클래드층(14c)이 기본구조를 이루고 각각의 층사이에는 장벽층(도시되지 않음)이 형성될 수 있고, 각각의 층은 단일층이 아닌 복수층으로 구성될 수 있다. The active layer 14 is a portion where electrons and holes are combined (pn junction) to generate light. An n-type cladding layer 14a, a quantum well layer 14b, and a p-type cladding layer 14c form a basic structure. Barrier layers (not shown) may be formed between the layers, and each layer may consist of a plurality of layers rather than a single layer.
활성층(14)상에 형성된 p형 반사기층인 제2반사기층(16)에 트렌치를 형성한 후 산화하여 p형 반사기층 내에 전류절연영역(18)을 형성하거나, 산화가능층(15)을 형성한 후 산화하여 전류절연영역(18)을 형성하여 전류의 흐름을 구속할 수 있다.A trench is formed in the second reflector layer 16, which is a p-type reflector layer formed on the active layer 14, and then oxidized to form a current insulating region 18 in the p-type reflector layer, or an oxidizable layer 15 is formed. After oxidation, the current insulating region 18 may be formed to constrain the flow of the current.
p형 반사기층(16)상에는 Au, Zn, Cr등을 증착하여 상부 전극(20)이 형성되고, 반도체 기판(10)의 하부면에는 Ni, AuGe, Au등의 금속을 증착하여 하부 전극(22)이 형성된다. The upper electrode 20 is formed by depositing Au, Zn, Cr, and the like on the p-type reflector layer 16, and the lower electrode 22 is deposited by depositing metal such as Ni, AuGe, Au, etc. on the lower surface of the semiconductor substrate 10. ) Is formed.
그러나,이러한 종래의 수직 공진 표면 발광레이저는 전류가 흐를 경우 전극 아래의 활성층에서 발생된 광은 상부전극에 가려져 외부로 방출되지 않는다. 따라서 광출력 대 주입전류의 비율 즉, 레이저의 변환 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다. However, in the conventional vertical resonant surface light emitting laser, when current flows, light generated in the active layer under the electrode is hidden by the upper electrode and is not emitted to the outside. Therefore, there is a problem that the ratio of light output to injection current, that is, the conversion efficiency of the laser is lowered.
또한, 일반적으로 활성층이 넓게 형성된 수직 공진 표면 발광레이저에서는 주로 빛이 전극 가장자리 부분에서 나오므로, 상부 전극의 내경에 따른 출력의 변화가 크게 되며, 상부전극의 내경에 의하여 방사 패턴이 달라지는 문제점이 있었다. In addition, in the vertical resonant surface light emitting laser having a wide active layer, the light mainly comes from the edge of the electrode, so that the output change is large according to the inner diameter of the upper electrode, and the radiation pattern is changed by the inner diameter of the upper electrode. .
그리고 다중 모드 수직 공진 표면 발광레이저에서는 기본 공간모드(spatial mode)와 고차 공간모드사이의 발진 문턱이 다르게 나타난다. 즉, 주입전류가 낮을 때에는 문턱이 낮은 기본 공간모드가 발진하다가 주입전류가 높아지면서 고차 공간모드가 발진하게 된다.In the multi-mode vertical resonance surface emitting laser, the oscillation threshold between the spatial mode and the higher order spatial mode is different. That is, when the injection current is low, the basic space mode having a low threshold oscillates, and as the injection current increases, the higher order space mode oscillates.
이러한 발진모드의 변화는 레이저의 모든 특성에 변화를 일으키며 특히 광출력-주입 전류특성의 비선형성과 잡음을 증가시키는 문제점이 있었다. The change of the oscillation mode causes a change in all characteristics of the laser, and in particular, there is a problem of increasing the nonlinearity and noise of the light output-injection current characteristic.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 개구부상에 모드 조절층을 형성하여 기본 공간 모드의 발진을 억제하고 고차 공간모드가 발진시켜 광출력-주입전류의 선형성을 향상시키기 위한 수직 공진 표면 발광레이저를 제공함을 그 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and a vertical resonant surface for forming a mode control layer on the opening to suppress oscillation of the basic spatial mode and oscillation of the higher order spatial mode to improve the linearity of the light output-injection current. It is an object to provide a light emitting laser.
상기한 목적을 달성하기 위한 수직 공진 표면 발광레이저는 반도체 기판상에 형성되고 n형 불순물이 도핑된 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 n형 반사기층과, 광을 생성하는 활성층과, p형 불순물이 도핑된 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 p형 반사기층과, 전류 주입경로를 제한하기 위한 전류차단영역과, 반도체기판의 하부면에 형성된 하부전극과, 개구부가 형서되도록 p형 반사기층상의 소정영역에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되는 수직공진형 표면 발광레이저에 있어서, 상기 상부전극 하부의 상기 p형 반사기층에 형성된 Zn 확산층과, 상기 상부전극에 형성된 개구부상의 소정영역에 동심원 형태의 모드 조절층을 더 포함한다. In order to achieve the above object, a vertical resonance surface light emitting laser is formed on a semiconductor substrate and is formed by alternately stacking two semiconductor material layers having different refractive indices doped with n-type impurities, and generating light. An active layer, a p-type reflector layer formed by alternately stacking two semiconductor material layers having different refractive indices doped with p-type impurities, a current blocking region for limiting a current injection path, and a lower portion formed on a lower surface of the semiconductor substrate A vertical resonance surface light emitting laser comprising an electrode, and an upper electrode formed in a predetermined region on a p-type reflector layer such that an opening is formed, comprising: a Zn diffusion layer formed in the p-type reflector layer below the upper electrode; The method further includes a mode adjusting layer having a concentric shape in a predetermined region on the opening formed in the electrode.
상기 모드조절층은 투명한 물질로 형성되며, 예를 들어 SiOX 또는 SixNy로 형성되는 것이 바람직하다.The mode control layer is formed of a transparent material, for example, preferably formed of SiO X or SixNy.
상기 p형 반사기층의 소정영역에 1×1019 이상의 농도로 Zn을 주입하여 형성된 Zn 확산층이 부가 형성된다.A Zn diffusion layer formed by injecting Zn at a concentration of 1 × 10 19 or more into a predetermined region of the p-type reflector layer is additionally formed.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. 도2와 도3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수직 공진 표면 발광레이저의 수직 단면도이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; 2 and 3 are vertical cross-sectional views of the vertical resonant surface light emitting laser according to the first and second embodiments of the present invention.
도2에 도시된 바와같이, 반도체 기판(100), n형 및 p형 반사기층(102, 106), 전류절연영역(108), 개구부(Ⅰ)가 구비된 상부전극(110), 하부전극(116)을 포함하여 이루어지는 수직공진 표면발광레이저에 있어서, 상부전극(110)에 형성된 개구부(Ⅰ)상의 소정영역에 동심원 형태의 모드 조절층(114)이 부가 형성된다. As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 100, the n-type and p-type reflector layers 102 and 106, the current insulating region 108, the upper electrode 110 provided with the opening I, and the lower electrode ( In the vertical resonant surface emitting laser including 116, a concentric circle mode control layer 114 is additionally formed in a predetermined region on the opening I formed in the upper electrode 110.
좀더 구체적으로 본 발명에 따른 수직공진 표면 발광레이저의 제조방법과 함께 설명하면,먼저 도4a에 도시된바와같이 반도체 기판(100)상에 n형 반사기층, 활성층, p형 반사기층을 순차적으로 형성한다. In more detail, in conjunction with the manufacturing method of the vertical resonant surface light emitting laser according to the present invention, as shown in FIG. 4A, an n-type reflector layer, an active layer, and a p-type reflector layer are sequentially formed on the semiconductor substrate 100. do.
여기서 반도체기판(100)은 GaAs, GaP, InP, InGaAs, Sapphire, GaN중에 하나를 사용한다. The semiconductor substrate 100 uses one of GaAs, GaP, InP, InGaAs, Sapphire, and GaN.
그리고 n형 불순물이 도핑된 n형 반사기층(102)및 p형 불순물이 도핑된 p형 반사기층은 고 굴절률과 저 굴절률의 두 반도체 물질을 교대로 20∼40회 교번 적층하여 형성하며, 고 굴절률층(102a)과 저 굴절률층(102b)의 굴절률은 반도체 물질내에 포함된 알루미늄의 조성비로 조절한다. The n-type impurity-doped n-type reflector layer 102 and the p-type impurity-doped p-type reflector layer are formed by alternately stacking two semiconductor materials having a high refractive index and a low refractive index alternately 20 to 40 times, and have a high refractive index. The refractive indices of the layer 102a and the low refractive index layer 102b are controlled by the composition ratio of aluminum contained in the semiconductor material.
n형 반사기층 및 p형 반사기층의 한주기의 두께는 그래드층(도시되지 않음)이 형성된 경우 그래드층을 포함하여 수직공진 표면 발광레이저가 동작하도록 설계된 파장(λ)의 1/4의 광학적 두께가 되도록 형성된다.The thickness of one period of the n-type reflector layer and the p-type reflector layer is one-fourth the optical thickness of the wavelength λ, which is designed to operate a vertical resonance surface emitting laser including a grad layer when a grad layer (not shown) is formed. It is formed to be.
또한, 반도체 기판(100)과 n형 반사기층(102) 사이의 스트레스를 감소시키기 위해 반도체 기판(100)과 n형 반사기층(102) 사이에 버퍼층(도시되지 않음)을 부가 형성할 수 있다. In addition, a buffer layer (not shown) may be additionally formed between the semiconductor substrate 100 and the n-type reflector layer 102 to reduce stress between the semiconductor substrate 100 and the n-type reflector layer 102.
그리고 p형 반사기층(106)상에 위상보상층(도시되지 않음)을 부가 형성하여 문턱이득을 최소화하고, 광손실을 최소로 하는 동시에 위상보상층의 도핑농도를 높게함으로써 전극과의 접촉 저항을 줄일 수 있다.In addition, a phase compensation layer (not shown) is further formed on the p-type reflector layer 106 to minimize the threshold gain, minimize the light loss, and increase the doping concentration of the phase compensation layer to increase the contact resistance with the electrode. Can be reduced.
활성층(104)은 전자와 정공이 결합하여 실질적으로 빛이 발생하는 층으로 n형 반도체 기판상에 n형 클래드층(104a), 다양자 우물층(104b), p형 클래드층(104c)으로 구성된다. The active layer 104 is a layer in which electrons and holes are combined to substantially generate light. The active layer 104 includes an n-type cladding layer 104a, a multi-well layer 104b, and a p-type cladding layer 104c on an n-type semiconductor substrate. do.
이후 도4b에 도시된 바와같이, p형 반사기층(106)상에 Au, Zn, Cr등을 증착하여 금속층을 형성한 후 개구부(Ⅰ)가 형성되도록 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 상부전극을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 4B, a metal layer is formed by depositing Au, Zn, Cr, etc. on the p-type reflector layer 106, and then patterned by photolithography to form an upper electrode to form an opening I. .
도4c에 도시된 바와같이, 상부전극(110)의 일부 및 개구부(Ⅰ)가 덮여지도록 포토레지스터(111)를 도포한 후, 상부전극(110) 과 대응되는 p형 반사기층(106)의 소정영역에 이온을 주입하여 전류절연영역을 형성한다.. As shown in FIG. 4C, after the photoresist 111 is coated to cover a part of the upper electrode 110 and the opening I, a predetermined portion of the p-type reflector layer 106 corresponding to the upper electrode 110 is applied. Ions are implanted into the region to form a current isolation region.
이때 주입되는 이온은 중수소(deuterium), 양성자(proton), 산소(oxygen), 아르곤(argon)중 하나를 사용한다. At this time, the implanted ions use one of deuterium, proton, oxygen, and argon.
도4d에 도시된 바와같이 포토레지스터(111)을 제거한 후 p형 반사기층상에 레이저가 동작되는 파장에서 투명하게 되는 물질, 예를 들면 SiOX(X는1∼2.5) 또는 SixNy(x는2∼4),(y=3∼5)를 도포하여 투명층(112)을 형성한 후 포토레지스터(113)을 도포하여 패터닝한다.As shown in FIG. 4D, the material becomes transparent at the wavelength at which the laser is operated on the p-type reflector layer after removing the photoresist 111, for example, SiO X ( X is 1 to 2.5) or SixNy (x is 2 to 4), (y = 3 to 5) is applied to form the transparent layer 112, and then the photoresist 113 is applied and patterned.
이후 도4e에 도시된 바와같이 패터닝된 포토레지스터를 마스크로 에칭하여 모드 조절층(114)을 형성한다. Thereafter, as shown in FIG. 4E, the patterned photoresist is etched with a mask to form the mode adjusting layer 114.
따라서 활성층(104)에서 발생된 광이 모드 조절층(114)을 통하여 나올 수 있도록 한다Therefore, the light generated in the active layer 104 can be emitted through the mode control layer 114.
여기서 형성된 포토레지스터(111)의 패턴에 따라서 모드 조절층(114)은 도2에 도시된 바와같이 상부전극(110)의 소정영역을 일부 포함되게 형성될 수 있고, 또한, 모드 조절층(214)은 도3에 도시된 바와같이 상부전극(210)의 소정영역에 포함되지 않도록 형성 될 수도 있다. According to the pattern of the photoresist 111 formed here, the mode adjusting layer 114 may be formed to include a predetermined region of the upper electrode 110 as shown in FIG. 2, and also, the mode adjusting layer 214. 3 may be formed so as not to be included in a predetermined region of the upper electrode 210 as shown in FIG.
모드조절층(114)은 개구부(Ⅰ)상에 동심원 형태로 형성되며, 발진파장과 상쇄간섭을 일으키는 광학적 두께를 가지도록 형성된다. The mode control layer 114 is formed in a concentric shape on the opening (I), it is formed to have an optical thickness causing the oscillation wavelength and the offset interference.
이러한 모드 조절층은 유효 활성영역을 출력창보다 좁아지게 하므로 기본 공간모드의 발진문턱을 높임으로써 기본 공간 모드를 억제하고, 고차 공간모드만 발진하도록 한다. Since the mode adjusting layer makes the effective active area narrower than the output window, the oscillation threshold of the basic space mode is increased to suppress the basic space mode and to oscillate only the higher order space mode.
여기서 유효 활성영역은 모드 조절층이 없는 영역의 활성층이고, 출력창은 모드 조절층으로 가려지지 않는 표면으로 빛이 방출되는 영역을 말한다. Here, the effective active region is an active layer of a region without a mode adjusting layer, and the output window refers to a region in which light is emitted to a surface that is not covered by the mode adjusting layer.
따라서 본 발명에서와 같이 활성층의 정 중앙에 적절한 직경의 모드 조절층이 형성된 수직 공진표면 발광레이저를 동작시켰을 때, 동작초기에는 기본공간모드로 발진하나 이때 발생되는 빛이 모드 조절층에 의해 가로막혀 발광할 수 없기 때문에 기본 공간모드의 발진 문턱만 높아지도록 하므로, 기본 공간 모드의 발진을 억제할 수 있다. Therefore, when operating a vertical resonance surface emitting laser having a mode adjusting layer having a suitable diameter in the center of the active layer as in the present invention, the oscillation in the basic spatial mode at the beginning of operation, but the light generated at this time is blocked by the mode adjusting layer Since light emission is not possible, only the oscillation threshold of the basic spatial mode is increased, so that oscillation of the basic spatial mode can be suppressed.
또한 레이저를 응용할 때 가장 중요한 특성 변수의 하나가 레이저 빛이 얼마의 각도로 옆으로 퍼져 나오는지를 나타내는 방사각인데 이러한 방사각은 출력창의 크기에 반비례한다. 본 발명에서와 같이 모드 조절층의 면적을 조절하여 유효 활성영역의 면적을 조절하면 방사각의 크기도 조절할 수 있다. In addition, one of the most important characteristic variables in laser applications is the radiation angle, which indicates the angle at which the laser light spreads out sideways, which is inversely proportional to the size of the output window. As in the present invention, if the area of the effective active region is adjusted by adjusting the area of the mode adjusting layer, the size of the radiation angle may also be adjusted.
도4f에 도시된 바와같이, 반도체 기판(100)의 하부면에 Ni, AuGe, Au등의 금속을 증착하여 하부전극(116)을 형성한다. As shown in FIG. 4F, a lower electrode 116 is formed by depositing a metal such as Ni, AuGe, Au, etc. on the lower surface of the semiconductor substrate 100.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직 공진 표면 발광레이저의 수직 단면도이다. 5 is a vertical sectional view of a vertical resonance surface light emitting laser according to a third embodiment of the present invention.
도2에 도시된 수직 공진 표면 발광레이저 구조에서 상부전극(310)의 하부에 위치한 p형 반사기층(306)의 소정영역에 Zn 확산층(318)이 부가 형성된다.In the vertical resonant surface light emitting laser structure shown in FIG. 2, a Zn diffusion layer 318 is additionally formed in a predetermined region of the p-type reflector layer 306 positioned below the upper electrode 310.
Zn 확산층(318)은 1×1019 이상의 농도로 도핑되며, p형 반사기층(306)을 이루는 고굴절률과 저굴절률층의 두 반도체 물질층이 두번적층된 두께이상으로 도핑된다.The Zn diffusion layer 318 is doped to a concentration of 1 × 10 19 or more, and the two semiconductor material layers of the high refractive index and the low refractive index layer constituting the p-type reflector layer 306 are doped more than twice the thickness.
이러한 Zn 확산층은 흡수계수가 큰 영역으로 보다 더 넓은 범위의 에너지를 흡수할 수가 있으므로 활성층에서 발생한 빛을 Zn이 형성되지 않은 층에 비해 더 많이 흡수하게 된다. 따라서 전류 제한 영역의 바로 안쪽 전극 아래 부분에서 발진하는 것을 더욱 효과적으로 제한할 수가 있다. Since the Zn diffusion layer absorbs a wider range of energy as a region having a large absorption coefficient, it absorbs more light generated in the active layer than the layer in which Zn is not formed. Therefore, oscillation at the portion just below the inner electrode of the current limiting region can be more effectively limited.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수직 공진 표면 발광레이저는, 기본 구조나 공정의 변경 없이 모드 조절층의 형상과 크기만을 조절하더라도 빛이 발생되는 유효 활성영역을 출력창 보다 좁게 형성할 수 있으므로, 기본 공간모드의 발진 문턱을 높여 기본 공간모드를 억제함과 동시에 고차 공간모드만을 발진하도록 할 수 있다. As described above, the vertical resonant surface light emitting laser according to the present invention can form an effective active area where light is generated narrower than the output window even if only the shape and size of the mode adjusting layer is changed without changing the basic structure or process. By increasing the oscillation threshold of the basic spatial mode, it is possible to suppress the basic spatial mode and to oscillate only the higher order spatial mode.
또한, Zn 확산층을 부가 형성하여 기본 공간모드의 억제를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. In addition, the Zn diffusion layer may be further formed to suppress the suppression of the basic spatial mode more effectively.
따라서 광출력-주입 전류특성의 선형성의 향상, 잡음의 감소, 전극 내경의 변화에 따른 광출력 변화의 억제, 레이저 방사 패턴 조절능력향상, 레이저 변환 효율 향상등의 성능 향상을 얻을 수 있는 효과가 있다. Therefore, there is an effect of improving the linearity of the light output-injection current characteristics, reducing the noise, suppressing the light output change according to the change of the electrode inner diameter, improving the laser radiation pattern control ability, improving the laser conversion efficiency. .
도1은 종래기술에 따른 수직공진 표면 발광레이저의 수직단면도.1 is a vertical cross-sectional view of a vertical resonance surface light emitting laser according to the prior art.
도2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 수직 공진 표면 발광레이저의 수직단면도.Fig. 2 is a vertical sectional view of the vertical resonant surface light emitting laser of the first embodiment according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 수직 공진 표면 발광레이저의 수직단면도.3 is a vertical sectional view of a vertical resonant surface light emitting laser of a second embodiment according to the present invention;
도4a내지 도4e는 본 발명에 따른 수직 공진 표면 발광레이저의 제조방법을 설명하기 위한 도면4A to 4E are views for explaining a method of manufacturing a vertical resonance surface light emitting laser according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 제3 실시예의 수직 공진 표면 발광레이저의 수직단면도.Fig. 5 is a vertical sectional view of the vertical resonant surface light emitting laser of the third embodiment according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100, 200, 300 : 반도체기판 102, 202, 302 : n형 반사기층100, 200, 300: semiconductor substrate 102, 202, 302: n-type reflector layer
104, 204, 304 : 활성층 106, 206, 306 : p형 반사기층104, 204, 304: active layer 106, 206, 306: p-type reflector layer
108, 208, 308 : 전류절연영역 110, 210, 310 : 상부전극108, 208, 308: current insulation region 110, 210, 310: upper electrode
112, 212, 312 : 모드 조절층 114, 214, 314 : 하부전극112, 212, 312: mode control layer 114, 214, 314: lower electrode
316 : Zn 확산층316: Zn diffusion layer
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