KR100536417B1 - 가시광선방출수직공동표면방출레이저및그제조방법 - Google Patents

가시광선방출수직공동표면방출레이저및그제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100536417B1
KR100536417B1 KR1019970073996A KR19970073996A KR100536417B1 KR 100536417 B1 KR100536417 B1 KR 100536417B1 KR 1019970073996 A KR1019970073996 A KR 1019970073996A KR 19970073996 A KR19970073996 A KR 19970073996A KR 100536417 B1 KR100536417 B1 KR 100536417B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stack
bragg reflectors
distributed bragg
cladding region
disposing
Prior art date
Application number
KR1019970073996A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980064664A (ko
Inventor
자말 람다니
마이클 에스. 레비
웬빈 지앙
Original Assignee
모토로라 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 모토로라 인코포레이티드 filed Critical 모토로라 인코포레이티드
Publication of KR19980064664A publication Critical patent/KR19980064664A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100536417B1 publication Critical patent/KR100536417B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18363—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising air layers
    • H01S5/18366—Membrane DBR, i.e. a movable DBR on top of the VCSEL
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34326—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

분산형 브래그 반사기들(44)의 제 1 스택은 반도체 기판(42)의 표면(43) 상에 배치된다. 스택(44)은 교호 굴절율(alternating refractive indexes)을 가지는 재료로 이루어진 다수의 교호층들(45)을 포함하는데, 이 스택은 제 1 불순물(dopant) 타입을 가지고 있다. 제 1 클래딩 영역(48)은 스택(44) 상에 배치되고, 제 1 클래딩 영역(48) 상에 활성 영역(54)이 배치된다. 활성 영역(54)은 적어도 2개의 장벽층들(56, 58) 및 양자 우물층(60)을 포함한다. 제 2 클래딩 영역(62)은 활성 영역(54) 상에 배치되고, 클래딩 영역(62) 상에 분산형 브래그 반사기들(68)의 제 2 스택이 배치된다. 접촉 영역(72)은 분산형 브래그 반사기들(68)의 제 2 스택 상에 배치된다. 접촉 영역(72)은 도핑된 갈륨 인(gallium phosphide) 재료를 포함한다.

Description

가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저 및 그 제조 방법
발명의 분야
본 발명은 반도체 레이저들에 관한 것으로, 특히 수직 공동 표면 방출 레이저들(vertical cavity surface emitting lasers)에 관한 것이다.
발명의 배경
현재, 종래의 에지 방출형(edge emitting) 반도체 레이저들은 이들의 높은 동작 효율 및 변조 능력들 때문에 광학 통신에서 중요한 역할을 하지만, 에지 방출 반도체 레이저들은 몇 가지 단점들 또는 문제점들을 갖고 있어, 일부 어플리케이션에서는 이것들을 이용하기 어렵다.
최근에, 수직 공동 표면 방출 레이저들(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSELs)에 대한 관심이 증가하고 있다. 종래의 VCSEL은 다이(die)의 표면에 수직으로 광을 방출하는 것과 같은 몇가지 장점들과 2차원 어레이들의 제조 가능성을 가지고 있다. 그러나, 종래의 VCSEL은 몇 가지 장점들을 가지고 있지만, 주로, 이들은 제조 과정 중에 구조 재료의 열화 및 VCSEL 구조의 일부분으로서 포 함하는 분산형 브래그 반사기들(distributed Bragg reflector)의 약한 반사성으로 인해, 가시 스펙트럼용의 VCSEL들의 제조성(manufacturability)이 심하게 제한된 다.
단파장 레이저 다이오드들은 고밀도 광학 데이터 저장, 의료 분야의 어플리케이션 등에서 매우 주목받고 있다. 데이터 저장을 위해 가시 파장 반도체 레이저를 이용하는 디지털 비디오 디스크(DVD) 기술의 출현으로, 635nm와 650nm 반도체 레이저에 대한 시장 수요량은 현재 보편화된 780nm 콤팩트 디스크(CD) 레이저의 수요를 곧 따라 잡을 것으로 기대된다.
기존의 수직 공동 표면 방출 레이저의 전형적인 구조가 도 1에 도시되어 있고 종래 기술이라 표시되어 있다. 특히, 수직 공동 표면 방출 레이저(10)의 일부에 대한 간단한 단면도가 도시되어 있다. 수직 공동 표면 방출 레이저(10)는 반도체 기판(12), 특히 갈륨 비소 기판 상에 제조된다. 다수의 교호층(alternating layer:16)들로 구성된 분산형 브래그 반사기들(14)의 제 1 스택은 반도체 기판(12)의 표면(15) 상에 위치된다. 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택의 다수의 교호층들은 비소 재료 및 n-도핑된 갈륨 알루미늄 비소 재료로 이루어진다. 다음, 분산형 브래그 반사기들(14)의 제 1 스택의 표면상에는 클래딩 영역(26)이 형성되고, 클래딩 영역(26) 상에 활성 영역(20)이 배치되며, 활성 영역(20)의 표면상에는 클래딩 영역(27)이 배치된다. 분산형 브래그 반사기들(22)의 제 2 스택은 클래딩 영역(21)의 표면 상에 배치된다. 분산형 브래그 반사기들(22)의 제 2 스택은 다수의 교호층들(23), 특히 p-도핑된 알루미늄 비소 및 p-도핑된 갈륨 알루미늄 비소로 이루어진 다수의 교호층들(24 및 25)로 형성된다. 분산형 브래그 반산기(22)의 제 2 스택에 이어서 반파장 알루미늄 갈륨 비소 접촉층(28)이 형성된다. 접촉층(28)은 1E19 ㎝-3 이상으로 p-도핑된다. 최종적으로, 매우 얇은 갈륨 비소 캡층(cap layer:30)은 접촉층(28)의 표면상에 배치된다. 캡층(30)은 매우 얇은데, 보다 상세하게는, 약 100Å의 두께이다. 캡층(30)은 1E19 ㎝-3 또는 그 이상으로 p-도핑된다.
이러한 형태의 수직 공동 표면 방출 레이저, 보다 상세하게는 VCSEL(10)에 대한 몇 가지 단점이 있다. 반파장 접촉층(28)이 매우 중요하다. 상술한 바와 같이, 이러한 특정 실시예에서 접촉층(28)은 알루미늄 갈륨 비소로 제조된다. 특히, 접촉층(28)은 약 15%의 알루미늄을 함유하도록 제조된다. 알루미늄은 광 대역 갭 재료이며, 아연 또는 탄소로 1E19 ㎝-3 의 레벨까지 도핑시키기 매우 어렵다. 아연 또는 탄소로의 접촉층(28)의 도핑이 약 550℃-600℃의 성장 온도(growth temperature)에서 달성되지만, 최대 온도에서의 접촉층(28)의 질은 산소의 혼입으로 인해 급격하게 열화된다. 접촉층의 다른 결함은 캡층(30) 내의 갈륨 비소의 박막층만이, 특히 100Å 이하의 층만이 접촉층(28)의 표면을 보호한다는 것이다. 캡 층(30)은 VCSEL(10)의 제조 과정 중에 용이하게 제거되거나 손상될 수 있으며, 이는 접촉층(28), 분산형 브래그 반사기(22) 구조의 제 2 스택, 활성 영역(20) 및 분산형 브래그 반사기(14) 구조의 제 1 스택을 포함하는 VCSEL(10)의 구조를 빠르게 산화시키다.
그러므로, 용이하게 도핑된 접촉층을 포함하여 VCSEL 장치의 구조적 일체성을 유지하는 고밀도 DVD 기술에 이용하기 위한 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)를 개발할 필용성이 있다.
따라서, 반도체 기판 상의 VCSEL 구조의 제조를 포함하고, 1E19 ㎝-3 이상의 레벨까지 용이하게 p-도핑되는 VCSEL 구조 내에 반파장 접촉층을 포함하는 고밀도 DVD 기술을 이용하기 위한 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)를 제공하는 것이 상당히 요구된다.
본 발명의 목적은 갈륨 인 접촉층을 이용하는 새롭고 개량된 수직 공동 표면 방출 레이저를 제공하는 것이며, 이에 의해 하부 VCSEL 구조를 손상시키지 않고서도 마그네슘, 아연 또는 마그네슘 및 아연의 화합물과 같은 재료로 VCSEL이 용이하게 p형 도핑될 수 있다
본 발명의 다른 목적은 VCSEL 구조의 일부분으로서 갈륨 인 접촉층을 이용하는 것으로서, 이 접촉층은 또한 패시베이션층으로서도 작용한다.
본 발명의 또다른 목적은 가시 스펙트럼을 방출할 수 있는 새롭고 개량된 수직 공동 표면 방출 레이저를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상술한 문제점 및 그 밖의 다른 문제점들이 실질적으로 해소되고, 상술한 목적 및 그 밖의 다른 문제점들은 표면을 가지는 지지 기판, 지지 기판의 표면상에 배치된 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택, 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 배치된 제 1 클래딩 영역, 제 1 클래딩 영역 상에 배치된 활성 영역, 활성 영역 상에 배치된 제 2 클래딩 영역, 제 2 클래딩 영역 상에 배치된 분산형 브래그 반사기의 제 2 스택 및 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택 상에 배치된 반파장 접촉층을 포함하는 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출층으로 실현된다. 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 및 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택은 다수의 교호층들의 쌍들로 구성된다.
또한, 표면을 가지는 반도체 지지 기판을 제공하는 단계, 반도체 기판의 표면상에 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 배치하는 단계, 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 제 1 클래딩층을 배치하는 단계, 제 1 클래딩층 상에 활성 영역을 배치하는 단계, 활성 영역 상에 제 2 클래딩층을 배치하는 단계, 및 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택상에 갈륨 인 재료로 이루어진 반파장 접촉층을 배치하는 단계를 포함하는 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출층을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 교호층들의 쌍들을 포함하도록 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 형성하고, 반도체 지지 기판의 표면에 인접하여 교호층들의 쌍들을 배치하며, 교호층들의 쌍들을 포함하도록 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택을 형성하며, 제 2 클래딩층의 표면에 인접하여 교호층들의 쌍들을 배치하는 것을 더포함한다.
본 발명의 특징이라고 믿어지는 신규한 특징은 특허 청구의 범위에 청구되어 있다. 그러나, 본 발명 자체 뿐 만 아니라, 그 밖의 다른 특징 및 이의 장점을 첨부 도면에 관련하여 기재된 상세한 설명에 의해 최적하게 이해될 수 있을 것이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
설명의 과정 중에, 본 발명을 설명하는 상이한 도면에 따른 유사한 요소들을 식별하는데에는 유사한 참조 번호들이 이용된다. 도 2를 참조하면, 광선(49)이 VCSEL(40)에 의해 방출되는 표면(41 및 43)을 가지는 지지 기판(42) 상에 형성된 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)(40)를 간단하게 확대하여 도시한 단면도이다.도 2에는 단일 VCSEL(40)의 일부분만이 도시되어 있지만, VCSEL(40)은 어레이를 형성하기 위해 기판(42) 상에 배치되는 다수의 VCSEL을 나타낸다는 것을 이해해야 한다.
일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, VCSEL(40)은 몇 개의 한정된 영역으로 제조되는데, 예컨대 교호 굴절율을 갖고 층들(46,47)로 표시되는 복수의 교호층 들(45)을 포함하는 분산형 브래그 반사기들의 스택(44); 층(50,51)을 가지는 클래딩 영역(48); 복수의 장벽층들(56,58) 및 양자 우물층(quantum well layer:60)을 가지는 활성 영역(54); 층들(64,65)을 가지는 클래딩 영역(62); 교호 굴절율을 갖고 층들(70,71)로 표시되는 복수의 교호층들(69)을 포함하는 분산형 브래그 반사기들의 스택(68); 및 접촉층(72)으로 제조된다.
도 2는 본 발명을 보다 명확하게 설명하고자 많은 요소들이 의도적으로 생략되어 간단하게 도시한 것임을 이해해야 한다. VCSEL(40)은 리지(ridge) VCSEL, 평면 VCSEL 등과 같은 소정의 적절한 VCSEL을 나타내는 것을 또한 이해해야 한다. 덧붙여, VCSEL(40)은 구형, 원형 또는 삼각형 등과 같은 다양한 기하학 패턴으로 방출광(화살표 49)을 형성하기 위한 소정의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
기판(42)은 반도체 재료, 예를 들어 갈륨 비소, 실리콘, 갈륨 인듐 인과 같은 적절한 재료로 제조된다. 전형적으로, 기판(42)은 VCSEL(40)을 포함하는 후속층들의 에피택셜 성장 및 격자 정합을 용이하게 하기 위해서 갈륨 비소로 제조된다. 기판(42)의 표면(43)은 분산형 브래그 반사기들의 스택(44)에 전기적으로 결합되는 접촉부(도시하지 않음)를 형성하는데 이용될 수 있다. 전형적으로, 접촉부는 금속, 예를 들어 금, 백금, 은, 합금, 예를 들어 게르마늄 금 합금 등과 같은 소정의 적절한 도전성 재료를 표면(43)에 도포하거나, 몇몇 응용들에 있어 표면(41)에 도포하고, 기판(42)을 도전성 재료로 어닐링함으로써 형성된다. 그러나, 스택(44)에 직접 결합하는 것과 같은 분산형 브래그 반사기들의 스택(44)을 전기적으로 결합하는데 이용될 수 있는 다른 대안의 방법이 있다는 것을 이해해야 한다. 대안의 방법들은 포토리소그래피, 에칭 및 금속화 등과 같은 몇가지 제조 단계를 조합함으로써 달성될 수 있다.
일반적으로, 분자 빔 에피택시(MBE), 금속 유기 화학 증착(MOCVD) 등과 같은 소정의 적정한 에피택셜 침착 방법이 분산형 브래그 반사기들의 스택들(44 및 68), 클래딩 영역들(48 및 62), 활성 영역(54) 및 VCSEL(40)의 접촉 영역(72)을 형성하는데 이용된다. 이러한 방법은 인듐 알루미늄 인, 인듐 갈륨 인, 알루미늄 비소, 인듐 알루미늄 인 등과 같은 금속층의 에피택셜 침착을 행할 수 있다.
분산형 브래그 반사기들의 스택(44)은 클래딩 영역(48), 활성 영역(54), 클래딩 영역(62), 분산형 브래그 반사기들의 스택(68) 및 접촉 영역(72)을 정하는 후속 침착들로 기판(42)의 표면(43) 상에 에피택셜 침착된다. 교호층들(46, 47, 70 및 71)의 두께는 VCSEL(40)이 방출하도록 설계되는 광(화살표 49)의 파장 부분으로서 설정된다. 그러므로, 교호층들(46, 47, 70 및 71)의 특정한 두께들은 VCSEL(40)이 동작하도록 설계되는 설계 파장의 함수이다. 그러나, 일반적으로 가장 공통적으로 이용되는 두께는 1/4, 1/2, 3/4, 전파 또는 소정의 배수 파장이다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 1/4 파장의 두께가 층들(46, 47) 및 층들(70 및 71)로 도시된 분산형 브래그 반사기들의 스택(44 및 68)의 교호층에 이용된다. 일반적으로, 분산형 브래그 반사기들의 스택(44)의 다수의 교호층들(45) 및 스택(68)의 교호층들(69)은 1 내지 50개의 미러 쌍들이며, 양호한 수로는 30 내지 40개의 범위의 미러쌍일 수 있다. 그러나, 미러 쌍의 수는 특정한 응용으로 조정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일반적으로, 분산형 브래그 반사기들의 스택들(44 및 68)의 도핑은 스택들 중 하나의 스택이 N형이고 다른 스택이 P형이 되게 분할된다. 실리콘, 갈륨 등과 같은 소정의 적절한 N형 불순물들 및 탄소, 아연 등과 같은 P형 불순물들이 VCSEL(40) 부분을 도핑시키는데 이용될 수 있다. 도핑 레벨들이 널리 공지되어 있기 때문에, 종래 기술의 도핑 레벨은 도핑된 P형 및 도핑된 N형을 도핑되지 않은 것으로 재료를 인식하는 것 외에는 여기에 기술하지 않았다. 간단하게 말하면, 분산형 브래그 반사기들의 스택(44) 및 클래딩 영역(48)의 층(50)은 클래딩 영역(62)의 분산형 브래그 반사기층(65)의 스택(68)으로 N형 도핑되고, 접촉 영역(72)은 P형으로 도핑된다. 클래딩 영역들(48 및 62)의 층들(51 및 64), 및 활성 영역(54)이 각각 도핑되지 않는다.
본 발명에 있어서, 교호층들(46, 47, 70 및 71)을 가지는 분산형 브래그 반산기의 스택들(44 및 68)은 알루미늄 갈륨 비소 및 알루미늄 비소(예를 들어, Al0.5 Ga0.5As/AlAs), 인듐 알루미늄 갈륨 인 및 알루미늄 비소(예를 들어, In0.49(AlGa)0.51 P/AlAs), 및 인듐 알루미늄 갈륨 인 및 인듐 알루미늄 인(예를 들어, In0.49(AlGa)0.51P/In0.49Al0.5P)과 같은 소정의 적절한 재료로 제조되는데, 이들은 전체 기판(42) 상에 배치되거나 에피택셜 침착되므로, 분산형 브래그 반사기들의 스택(44 및 68)을 발생시킨다. 교호층들(46 및 47) 및 교호층들(70 및 71)이 형성되므로, 교호층들(46 및 47)도 상이한 굴절율을 가지고 있다. 그러나, 일반적으로 분산형 브래그 반사기들의 스택들(44 및 68)은 동일한 재료에 기초를 두고 있다. 예를 들어, 분산형 브래그 반사기들의 스택(44)이 교호층들(46 및 47)용으로 알루미늄 갈륨 비소 및 알루미늄 비소를 이용하는 경우, 분산형 브래그 반사기들의 스택(68)의 교호층들(70 및 71)이 게르마늄 갈륨 비소 및 알루미늄 비소를 이용할 것이다. 그러므로, 층들(46 및 47)의 굴절율이 상이하고, 층들(70 및 71)의 굴절율이 상이하지만, 층들(46 및 47)은 동일한 재료로 제조될 수 있다. 또한, 특정 온도의 퍼센트 성분이 제공되는 이러한 설명 부분에 내포된 예는 예로서만 고려되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 이러한 예들부터의 변형들은 광의적일 수 있고 본 발명의 일부분이라는 것을 이해해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 클래딩 영역(48)은 분산형 브래그 반사기들의 스택(44) 상에 배치되거나 에피택셜 침착되는 최소한 2가지 성분으로 제조된다. 첫째, 인듐 알루미늄 갈륨 인(InAlGaP), 인듐 알루미늄 인(InAlP) 등과 같은 소정의 적절한 재료로 제조된 층(50)은 분산형 브래그 반사기들의 스택(44) 상에 침착된다. 층(50)은 적절한 두께를 가지게 되고, 분산형 브래그 반사기들의 스택(44)과 유사하게 도핑된다. 둘째, 적절한 두께를 가지고 있고, 도핑되지 않은 인듐 알루미늄 갈륨 인(InAlGaP) 등과 같은 소정의 적절한 재료로 제조된 층(51)은 층(50) 상에 에피택셜 침착된다.
예를 들어, 인듐 알루미늄 갈륨 인으로 이루어진 층(50)은 분산형 브래그 반사기들의 스택(44) 상에 에피택셜 배치된다. 층(50)이 스택(44)과 마찬가지로 실리콘, 갈륨 등과 같은 소정의 적절한 불순물로 n형 도핑된다. 둘째, 인듐 알루미늄 갈륨 인으로 이루어진 층(51)은 층(50) 상에 에피택셜 침착된다. 층(51)은 도핑되지 않는다. 층들(50 및 51)의 두께는 VCSEL(40)로부터 방출되는 광선(화살표 49)의 파장에 의해 결정되므로, 층들(50 및 51)의 두께가 소정의 적절한 두께로 되게 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 활성 영역(54)은 클래딩 영역(48) 상에 에피택셜 침착되거나 배치되는 단일층을 나타내지만, 활성 영역(54)은 다수의 층들을 포함하는 것으로 보다 명확하게 정해진다. 특히, 활성 영역(54)은 장벽층들(56 및 58) 및 양자 우물층(60)을 포함한다. 활성 영역(54)은 소정 개수의 양자층 및 장벽층들로 설계될 수 있고, 상술한 2개의 장벽층들 사이에 배치된 단일 양자 우물층만큼 간단화될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 있어서, 양자 우물층(60)은 도핑되지 않는 인듐 갈륨 인(예를 들어, In1-xGaxP)으로 제조되고, 장벽층들(56 및 58)은 도핑되지 않은 인듐 알루미늄 갈륨 인(예를 들어, In0.5(AlGa)0.5P)으로 제조되기 때문에 VCSEL(40)이 상승된 온도에서 동작하도록 할 뿐만 아니라, 가시 스펙트럼 내의 광(화살표 49)을 방출하게 한다. 장벽층들(56 및 58)의 인듐 알루미늄 갈륨 인층으로 제조되는 알루미늄 갈륨의 퍼센트 농도는 48 내지 52 % 범위일 수 있으며. 바람직하게는 51%이다. 양자 우물층(60)의 인듐 갈륨 인에 있어서, 갈륨(x)의 퍼센트 농도는 40 내지 51 %의 범위일 수 있는데, 바람직한 범위는 42 내지 45 %이고, 정상치는 43%이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 클래딩 영역(62)은 활성 영역(54) 상에 배치되거나 에피택셜 침착되는 층들(64 및 65)을 포함한다. 첫째, 층들(64 및 65)은 적절한 두께로 에피택셜 침착되는 클래딩 영역(62)에 관련하여 소정의 적절한 클래딩 재료로 제조된다.
소정의 예에 의해, 층(64)은 활성 영역(54) 상에 에피택셜 침착되는 도핑되지 않은 인듐 알루미늄 갈륨 인(In0.49AlxGa0.51-xP)으로 형성된다. 일반적으로, 도핑되지 않은 인듐 알루미늄 갈륨 인은 VCSEL(40)로부터 방출되는 광선의 파장에 의해 결정되는 두께를 가지고 있다. 이어서, 층(65)은 도핑되지 않은 층(64) 상에 에피택셜 침착되는 도핑된 인듐 알루미늄 인(In0.49Al0.51P)으로 형성된다. 이전의 예에 따라서, 층(65)의 도핑은 P형 불순물로 이루어진다.
일반적으로, 클래딩 영역(48 및 62) 및 활성 영역(54)은 VCSEL(40)로부터 방출된 광(화살표 49)의 적절한 하나의 파장인 두께를 제공하도록 결합된다. 그러나, 클래딩 영역(48 및 62) 및 활성 영역(54)의 두께는 방출된 광 파장의 소정의 적절한 정수배일 수 있다. 또한, 두께는 대칭인즉, 층(50)의 두께는 층(65)의 두께와 동일하고, 층(51)의 두께는 층(64)의 두께와 동일하다는 것을 이해해야 한다. 또한, 활성 영역(54)의 장벽층(56 및 58)의 두께는 동일하다. 이러한 방식으로, 양자 우물층(60)은 활성 영역(54)내의 중앙에 배치되고, 양자 우물층(60)은 정재파 파복(antinode) 상태로 된다.
그 다음, 접촉 영역(72)은 분산형 브래그 반사기들의 스택(68) 상에 P형 도핑된 갈륨 인을 배치함으로써 형성된다. 접촉 영역(72)은 두께가 약 800 내지 1200 Å으로 형성되는데, 특히 접촉 영역(72)은 두께가 1000Å이다. 갈륨 인은 이러한 특정 실시예의 파장을 통과시키는 광대역 갭 재료이다. 갈륨 인은 마그네슘, 아연 또는 마그네슘 및 아연의 화합물과 같은 P형 불순물로 1E19 ㎝-3 이상의 레벨까지 용이하게 도핑된다. 또한, 갈륨 인은 700℃와 같은 도핑이 전형적으로 요구되는 고온에서 열화되지 않고, 양호한 패시베이션층으로서 작용하게 할 수 있다. 본 발명의 VCSEL(40)의 양호한 실시예에서 캡층이 불필요하다.
지금까지 신규한 기술 및 이러한 기술을 행하기 위한 방법이 기재되었다는 것을 알아야 한다. 광선 방출 장치는 도핑된 접촉층을 포함하도록 제조될 수 있는데, 장치 구조는 제조 과정중에는 열화되지 않는다. 광선 방출 장치는 가시 스펙트럼 내에 컬러를 가지는 광선을 발생시킨다. 또한, 접촉층의 제조가 광선 방출 장치의 처리 흐름과 일체로 되기 때문에, 광선 방출 장치는 고도하게 제조될 수 있으므로, 전체 제조 비용이 감소되고, 신뢰성과 품질면에서 상당히 개선될 수 있다.
상술한 방법에 따른 여러 단계들이 설명을 목적으로 특정한 순서로 수행되지만, 기술된 방법에 따른 여러 단계가 특정한 응용들에서에 상호 변경 및/또는 다른 단계와 조합될 수 있다는 것을 이해해야 하고, 기재된 방법의 모든 이러한 변경은 특허청구범위 내에 있다는 것을 완전하게 이해할 것이다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예들에 대해 기술하였지만, 당해 분야에 숙련된 기술자라면 본 발명의 실시예를 또 다른 변형 및 개선할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 도시된 특정 형태에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 의의 및 범위를 벗어나지 않고서 행해지는 모든 변형을 망라하도록 첨부된 특허청구범위 내에 청구되어 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 수직 공동 표면 방출 레이저 장치를 간단하게 확대하여 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저의 구조를 간단하게 확대하여 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40 : VCSEL 42 : 지지 기판
44, 68 : 스택 45, 46, 47, 49, 70, 71 : 교호층
48, 62 : 클래딩 영역 54 : 활성 영역
56, 58 : 장벽층 60 : 양자 우물층
72 : 접촉 영역

Claims (4)

  1. 가시광선을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser)에 있어서,
    표면을 가지는 지지 기판;
    상기 지지 기판의 표면 상에 배치되는 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflectors)의 제 1 스택(stack)으로서, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택은 교호층들(alternating layer)의 쌍들을 포함하는, 상기 제 1 스택(stack);
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 배치되는 제 1 클래딩 영역(cladding region);
    상기 제 1 클래딩 영역 상에 배치된 활성 영역(actinve region);
    상기 활성 영역 상에 배치된 제 2 클래딩 영역;
    상기 제 2 클래딩 영역 상에 배치되는 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택으로서, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택은 교호층들의 쌍들을 포함하는, 상기 제 2 스택; 및
    갈륨 인 재료를 포함하고, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택 상에 배치되는 반파장 접촉층을 포함하는, 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저.
  2. 가시 광선을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저에 있어서,
    표면을 가지는 반도체 지지 기판;
    상기 반도체 지지 기판의 표면 상에 배치되는 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택으로서, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택은 고효층들의 쌍들을 갖고, 상기 교호층들의 쌍들 각각의 제 1 층은 n-도핑된 알루미늄 비소 재료를 포함하고, 상기 교호층들이 쌍들 각각의 제 2 층은 n-도핑된 알루미늄 갈륨 비소 재료를 포함하는, 상기 제 1 스택;
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 배치되는 제 1 클래딩 영역;
    상기 제 1 클래딩 영역 상에 배치되는 활성 영역으로서, 상기 활성 영역은 양자 우물층(quantum well layer), 제 1 장벽층 및 제 2 장벽층을 가지며, 상기 양자 우물층이 상기 제 1 장벽층과 상기 제 2 장벽층 사이에 위치되는, 상기 활성 영역;
    상기 활성 영역 상에 배치된 제 2 클래딩 영역;
    상기 제 2 클래딩 영역 상에 배치되는 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택으로서, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택은 교호층들의 쌍들을 포함하고, 상기 교호층들의 쌍들 각각은 p-도핑된 알루미늄 비소 재료층과 p-도핑된 알루미늄 갈륨 비소 재료층을 포함하는 , 상기 제 2 스택; 및
    갈륨 인 재료를 포함하고, 상기 분산형 브래그 반사기들의 상기 제 2 스택 상에 배치되는 반파장 접촉층을 포함하는, 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저.
  3. 가시광선을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저를 제조하는 방법에 있어서,
    표면을 갖는 반도체 지지 기판을 제공하는 단계;
    분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 상기 반도체 지지 기판의 표면 상에 배치하고, 교호층들의 쌍들을 포함하도록 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 형성하고, 상기 반도체 지지 기판의 표면에 인접하게 상기 교호층들의 쌍들을 배치하는 단계;
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 제 1 클래딩 영역을 배치하는 단계;
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 활성 영역을 배치하는 단계;
    상기 활성 영역 상에 제 2 클래딩 영역을 배치하는 단계;
    상기 제 2 클래딩 영역 상에 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택을 배치하고, 교호층들의 쌍들을 포함하도록 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택을 형성하고, 상기 활성 영역의 표면에 인접하게 상기 교호층들의 쌍들을 배치하는 단계; 및
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택 상에 갈륨 인 재료로 이루어진 반파장 접촉층을 배치하는 단계를 포함하는, 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저 제조 방법.
  4. 가시광선을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저를 제조하는 방법에 있어서,
    표면을 갖는 갈륨 비소 반도체 지지 기판을 제공하는 단계;
    상기 갈륨 비소 반도체 지지 기판 상에 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 배치하고, n-도핑된 알루미늄 비소 재료 및 n-도핑된 알루미늄 갈륨 비소 재료의 교호층들의 쌍들을 포함하도록 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택을 형성하고, 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택에 인접하게 상기 교호층들의 쌍들을 배치하는 단계;
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 1 스택 상에 제 1 클래딩 영역을 배치하는 단계로서, 상기 제 1 클래딩 영역은 인듐 알루미늄 인 재료를 포함하는, 상기 제 1 클래딩 영역 배치 단계;
    상기 제 1 클래딩 영역 상에 활성 영역을 배치하는 단계;
    상기 활성 영역 상에 제 2 클래딩 영역을 배치하는 단계로서, 상기 제 2 클래딩 영역은 인듐 알루미늄 인 재료를 포함하는, 상기 제 2 클래딩 영역 배치 단계;
    상기 제 2 클래딩 영역 상에 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택을 배치하고, p-도핑된 알루미늄 비소 재료 및 p-도핑된 알루미늄 갈륨 비소 재료로 이루어진 교호층들의 쌍들을 포함하도록 상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택을 형성하고, 상기 제 2 클래딩 영역에 인접하게 상기 교호층들의 쌍들을 배치하는 단계; 및
    상기 분산형 브래그 반사기들의 제 2 스택의 표면 상에 마그네슘으로 도핑된 갈륨 인 반파장 접촉층을 배치하는 단계를 포함하는 가시 광선 방출 수직 공동 표면 방출 레이저 제조 방법.
KR1019970073996A 1996-12-27 1997-12-26 가시광선방출수직공동표면방출레이저및그제조방법 KR100536417B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/774822 1996-12-27
US8/774,822 1996-12-27
US08/774,822 US5923696A (en) 1996-12-27 1996-12-27 Visible light emitting vertical cavity surface emitting laser with gallium phosphide contact layer and method of fabrication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980064664A KR19980064664A (ko) 1998-10-07
KR100536417B1 true KR100536417B1 (ko) 2006-03-16

Family

ID=25102415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970073996A KR100536417B1 (ko) 1996-12-27 1997-12-26 가시광선방출수직공동표면방출레이저및그제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5923696A (ko)
JP (1) JPH10215025A (ko)
KR (1) KR100536417B1 (ko)
TW (1) TW361004B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018152312A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-23 University Of Central Flordia Research Foundation, Inc. Vertical-cavity surface-emitting device with epitaxial index guide

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4024471B2 (ja) * 2000-11-20 2007-12-19 株式会社東芝 面発光型半導体レーザ
EP1298461A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-02 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Distributed Bragg reflector comprising GaP and a semiconductor resonant cavity device comprising such DBR
EP1302791A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-16 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Distributed Bragg Reflector comprising a GaP layer, and a semiconductor resonant cavity device comprising such a DBR
TWI398020B (zh) * 2008-12-01 2013-06-01 Ind Tech Res Inst 發光裝置
US10043941B1 (en) * 2017-01-31 2018-08-07 International Business Machines Corporation Light emitting diode having improved quantum efficiency at low injection current
JP7095498B2 (ja) * 2018-08-31 2022-07-05 住友電気工業株式会社 垂直共振型面発光レーザ、垂直共振型面発光レーザを作製する方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0533197A3 (en) * 1991-09-20 1993-11-03 Fujitsu Ltd Stripe laser diode having an improved efficiency for current confinement
US5351256A (en) * 1993-04-28 1994-09-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Electrically injected visible vertical cavity surface emitting laser diodes
US5363390A (en) * 1993-11-22 1994-11-08 Hewlett-Packard Company Semiconductor laser that generates second harmonic light by means of a nonlinear crystal in the laser cavity
US5679964A (en) * 1994-07-07 1997-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optoelectronic integrated device
US5530715A (en) * 1994-11-29 1996-06-25 Motorola, Inc. Vertical cavity surface emitting laser having continuous grading
US5661075A (en) * 1995-02-06 1997-08-26 Motorola Method of making a VCSEL with passivation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018152312A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-23 University Of Central Flordia Research Foundation, Inc. Vertical-cavity surface-emitting device with epitaxial index guide
US10263393B2 (en) 2017-02-15 2019-04-16 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Vertical-cavity surface-emitting device with epitaxial index guide
US10879671B1 (en) 2017-02-15 2020-12-29 Sdphotonics Llc Vertical-cavity surface-emitting device with epitaxial index guide

Also Published As

Publication number Publication date
US5923696A (en) 1999-07-13
KR19980064664A (ko) 1998-10-07
TW361004B (en) 1999-06-11
JPH10215025A (ja) 1998-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2783210B2 (ja) 面発光型ダイオード
US5838707A (en) Ultraviolet/visible light emitting vertical cavity surface emitting laser and method of fabrication
US5966399A (en) Vertical cavity surface emitting laser with integrated diffractive lens and method of fabrication
EP0582078B1 (en) Superluminescent edge emitting device
US5706306A (en) VCSEL with distributed Bragg reflectors for visible light
USRE41738E1 (en) Red light laser
EP0858137B1 (en) Surface emitting laser device and its method of manufacture
US5719892A (en) Hybrid mirror structure for a visible emitting VCSEL
US6990135B2 (en) Distributed bragg reflector for optoelectronic device
US6061380A (en) Vertical cavity surface emitting laser with doped active region and method of fabrication
US6021147A (en) Vertical cavity surface emitting laser for high power single mode operation and method of fabrication
JPH04294591A (ja) 高密度、個別アドレス可能型表面発光半導体レーザー／発光ダイオードアレイ
US6819701B2 (en) Super-luminescent folded cavity light emitting diode
KR100558320B1 (ko) 수직공진 면발광 레이저용 비대칭 분포 브래그 반사기
US6021146A (en) Vertical cavity surface emitting laser for high power single mode operation and method of fabrication
KR100536417B1 (ko) 가시광선방출수직공동표면방출레이저및그제조방법
US6278139B1 (en) Semiconductor light-emitting diode
US6008067A (en) Fabrication of visible wavelength vertical cavity surface emitting laser
US7860143B2 (en) Metal-assisted DBRs for thermal management in VCSELs
US5796769A (en) Red light vertical cavity surface emitting laser
US6901096B2 (en) Material system for Bragg reflectors in long wavelength VCSELs
CN114172021A (zh) 垂直腔面发射激光器及其形成方法
KR19990067963A (ko) 광양자테 레이저 다이오우드와 그 어레이 및 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20081014

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee