KR100795994B1 - 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법 - Google Patents

단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 하부반사기층과, 상기 하부반사기층의 상부에 형성되는 공진기층과, 상기 공진기층 상에 형성되며, 중앙부에 전류주입구가 형성된 산화가능층과, 상기 산화가능층의 상면에 형성된 오믹접촉층과, 상기 오믹접촉층 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성됨과 아울러 중앙부에 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구가 형성된 상부반사기층과, 상기 오믹접촉층 상에 형성된 상부전극과, 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 하부전극을 포함함으로써, 한번의 산화 공정으로 전류주입구와 모드선택개구를 형성하여 부가적인 공정과정 없이 안정적인 단일모드로 동작할 수 있는 효과가 있다.
수직 공진식 표면발광레이저, 전류주입구, 모드선택개구, 습식 산화

Description

단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법{SINGLE-MODE VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASERS AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 다중모드 수직 공진식 표면발광레이저의 기저모드와 고차 횡모드에 대한 근접장 패턴을 설명하기 위한 그래프.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 모드선택개구의 직경에 따른 공진파장 레이징 스펙트라 및 광 출력 특성을 설명하기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 모드선택개구의 직경에 따른 여러 가지 구동전류에 대하여 원장 패턴을 설명하기 위한 그래프.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 반도체 기판, 200 : 하부반사기층,
210 및 610 : 고굴절율층, 220 및 620 : 저굴절율층,
300 : 공진기층, 310 : 공간층,
320 : 활성층, 400 : 산화가능층,
500 : 오믹접촉층, 600 : 상부 반사기층,
650 : 제1 감광제 패턴, 700 : 제2 감광제 패턴,
800 : p형 전극, 900 : n형 전극,
A : 전류주입구, C : 모드선택개구
E 및 F : 제1 및 제2 메사
본 발명은 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부반사기층 즉, 상부 분산된 브래그 거울층에 모드선택개구를 형성하여 고차 횡모드를 억제시키고 기본 횡모드만을 발진하도록 함으로써, 대구경의 전류주입구를 갖으면서 높은 동작전류까지 안정된 단일모드로 동작할 수 있는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수직 공진식 표면발광레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)는 낮은 문턱전류, 높은 전광 변환 효율, 고속 동작, 원형의 출력 빔, 2차원 어레이 형성의 용이성, 웨이퍼 상태에서 특성 측정 가능성 등 많은 장점들로 인해 다중모드 광섬유를 전달 매질로 하는 근거리 광섬유 통신에서 표준 광원으로 인정받고 있다.
최근에는 다중 모드간 간섭에 의한 잡음이 전송속도를 제한하는 요인이 되는 10Gbps 이상의 고속 데이터 전송이나 광 크로스토크(Crosstalk) 감소와 광 효율의 증가를 위해 작은 광 퍼짐(Beam Divergence)을 필요로 하는 자유공간 광 연결 응용에서 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)의 필요성이 증가하고 있다.
AlGaAs의 선택적 산화에 의해 형성되는 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL) 내부의 전류주입구는 문턱전류를 낮추고 전광변환 효율을 증가시키는 등 전반적으로 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)의 특성을 향상시키는데 주요한 역할을 했다.
그러나, Al-산화막의 낮은 굴절율로 인해 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)의 단일 횡모드 동작을 위해서는 통상 3㎛ 이하의 전류주입 구경을 필요로 한다. 이처럼 작은 전류주입구는 단일모드 동작을 가능하게 하나 소자의 직렬저항을 증가시켜 동작속도를 감소시키고 출력 빔의 퍼짐을 증가시키고 광 출력을 감소시켜 전반적인 광 효율을 감소시키는 요인이 된다.
또한, 정확한 산화 깊이의 조절이 어려우므로 작은 전류주입구를 갖는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL) 어레이의 제작 시 균일도와 재현성이 감소하는 단점이 있다.
따라서, 대구경 전류주입구를 갖고 단일모드로 동작하는 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)를 얻기 위해 표면 제거 에칭(Suface Relief Etching), 확장 모 놀리식 광 공진기(Extended Monolithic Optical Cavity), 이온주입과 산화막 구경의 혼용, ARROW(Antiresonant Reflecting Optical Waveguide) 구조 등 다양한 방법들이 제기되었다. 그러나, 이러한 종래의 방법들은 여러 단계의 복잡한 제작 공정을 필요로 하여 제작 단가가 높고 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 한번의 습식 산화공정으로 산화막 전류주입구와 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구를 형성하여 부가적인 공정과정 없이 안정적인 단일모드로 동작하는 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조 단가를 낮추고 수율을 향상시킬 수 있도록 한 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 하부반사기층; 상기 하부반사기층의 상부에 형성되는 공진기층; 상기 공진기층 상에 형성되며, 중앙부에 전류주입구가 형성된 산화가능층; 상기 산화가능층의 상면에 형성된 오믹접촉층; 상기 오믹접촉층 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성됨과 아울러 중앙부에 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구가 형성된 상부반사기층; 상기 오믹접촉층 상에 형성된 상부전극; 및 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 하부전극을 포함하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층의 직경 조절을 통해 조절됨이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층 내에 형성된 두 반도체 물질층 중 굴절률이 비교적 낮은 반도체 물질층의 알루미늄 함유율 조절을 통해 조절된다.
바람직하게는, 상기 전류주입구의 직경은 3㎛ 내지 15㎛이며, 상기 모드선택개구의 직경은 3㎛ 내지 20㎛이다.
바람직하게는, 상기 공진기층은, 상기 하부반사기층의 상면에 형성되며, 공진기의 광학적 두께가 설계된 발진파장이 되도록 하는 공간층; 및 상기 공간층의 사이에 개재되며 광을 생성하는 활성층을 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 산화가능층 및 상기 오믹접촉층은 메사(mesa) 구조이다.
바람직하게는, 상기 상부반사기층은 메사(mesa) 구조이다.
본 발명의 제2 측면은, (a) 반도체 기판 상에 하부반사기층, 공진기층, 산화가능층, 오믹접촉층 및 상부반사기층을 순차적으로 적층하는 단계; (b) 적층된 상기 상부반사기층의 상부에 제1 감광제 패턴을 형성하고, 상기 제1 감광제 패턴을 마스크로 상기 오믹접촉층이 노출되도록 식각하여 제1 메사(mesa) 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 감광제 패턴을 제거하고, 상기 오믹접촉층의 상부 일부분을 포함한 상기 제1 메사 구조의 전체를 감싸도록 제2 감광제 패턴을 형성한 후, 상기 제2 감광제 패턴을 마스크로 상기 산화가능층의 측면이 노출되도록 식각하여 상기 제1 메사 구조와 중심이 일치하는 제2 메사 구조를 형성하는 단계; (d) 상기 제2 감광제 패턴을 제거하고, 습식 산화공정을 통해 노출된 상기 산화가능층의 측면을 선택적으로 습식 산화하여 상기 산화가능층의 중앙부에 전류주입구를 형성함과 동시에 상기 상부반사기층의 중앙부에 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 오믹접촉층 상에 상부전극을 형성하고, 상기 반도체 기판의 하면에 하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법을 제공하는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, n형 반도체 기판(100) 상에 하부반사기층(200), 공진기층(300), 산화가능층(400), p형 오믹(Ohmic)접촉층(500), 상부반사기층(600)이 순차적으로 적층되어 있고, p형 오믹접촉층(500)의 상부에 상부전극 즉, p형 전극(800)이 적층되어 있으며, 반도체 기판(100)의 후면에 하부전극 즉, n형 전극(900)이 형성되어 있다.
여기서, 반도체 기판(100)은 예컨대, GaAs, GaP, InP, InGaAs, 사파이어, GaN 등이 사용될 수 있다. 이러한 반도체 기판(100)의 재료와 동일한 재료로 반도체 기판(100) 상에 버퍼층(미도시)이 형성될 수도 있다.
하부반사기층(200) 및 상부반사기층(600)은 각각 하부 분산된 브래그 거울 및 상부 분산된 브래그 거울로서, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층 즉, 고굴절율층(210, 610)과 저굴절율층(220, 620)이 예컨대, GaAs-Al0.9Ga0.12As층이 약 20번 내지 40번 정도 교번되게 적층하여 형성된다.
또한, 하부반사기층(200) 및 상부반사기층(600)의 한 주기의 광학적 두께는 설계된 발진파장의 1/4이 되도록 형성됨이 바람직하다. 그리고, 상부반사기층(600)은 식각 공정에 의해 제1 메사(mesa)(E) 구조로 이루어진다.
공진기층(300)은 공진기의 광학적 두께가 설계된 발진파장이 되도록 하는 공간층(310)과, 공간층(310) 사이에 개재되며 주입된 전자와 정공이 결합하여 빛을 발생하는 활성층(320)으로 구성되어 있으며, 활성층(320)은 광 이득을 크게 하기 위해 다중 양자우물 구조로 이루어짐이 바람직하다.
산화가능층(400)은 예컨대, 습식 산화공정을 통해 중앙부에 소정의 직경(바람직하게는, 약 3㎛ 내지 15㎛ 정도)을 갖는 전류주입구(A)가 형성되어 있으며, 전류주입구(A)를 제외한 영역(B)은 산화가능층(400)이 산화된 후 알루미늄 산화막이다.
이때, 전류주입구(A)는 p형 오믹접촉층(500)으로부터 인가된 전류가 활성층(320)의 중앙부로 유도되도록 안내하는 기능을 수행한다.
한편, 산화가능층(400) 및 p형 오믹접촉층(500)은 식각 공정에 의해 제1 메사(E)와 중심이 일치하는 제2 메사(mesa)(F) 구조로 이루어진다.
그리고, 상부반사기층(600)내의 저굴절율층(620)은 알루미늄 함유율이 높은 물질로 구성됨에 따라 전류주입구(A)를 형성하기 위한 산화 공정 시 일부영역(D)이 자연스럽게 산화되고 이렇게 산화된 일부영역(D)은 활성층(320)에서 발생한 빛이 공진할 때 높은 산란 손실과 거울 손실을 제공한다.
또한, 상부반사기층(600)의 중앙부 즉, 산화된 일부영역(D)을 제외한 부분에는 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구(C)가 형성되어 있다. 이때, 모드선택개구(C)의 직경은 약 3㎛ 내지 20㎛로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 메사(E) 구조 및 모드선택개구(C)는 원형으로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 마름모형, 사각형, 다각형 등 형태를 만들 수 있는 모든 형태로 이루어질 수도 있다.
도 2는 다중모드 수직 공진식 표면발광레이저의 기저모드와 고차 횡모드에 대한 근접장 패턴을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전류주입구(A, 도 1 참조)의 직경이 5㎛이고, 모드선택개구(C, 도 1 참조)가 없는 다중모드 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)의 기저모드(fundamental mode) 발진 시(1.1×문턱전류), 그리고 고차 횡모드 발진 시(2×문턱전류) 측정한 근접장 패턴(Near-Field Pattern)을 나타낸 것이다.
즉, 다중모드 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)에서 고차 횡모드의 너비가 기저모드의 너비보다 큼을 알 수 있다. 따라서, 모드선택개구(C)의 직경이 기저모드의 너비보다 크고 고차 횡모드의 너비보다 작으면, 고차 횡모드의 광 손실이 기저모드의 광 손실에 비해 크게 되므로 고차 횡모드의 발진이 억제되어 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)는 기저모드로만 동작하게 된다.
한편, 모드선택개구(C)의 직경은 제1 메사(E)의 직경을 조절하거나 상부반사기층(600)내의 저굴절율층(620)의 알루미늄 함유율을 조절하여 쉽게 조절할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 하부반사기층(200), 공간층(310)과 활성층(320)을 포함하는 공진기층(300), 전류주입구(A, 도 3d 참조)를 형성하기 위한 산화가능층(400), p형 오믹접촉층(500) 및 상부반사기층(600)을 순차적으로 적층하여 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL) 에피층 구조를 형성한다.
여기서, 하부반사기층(200) 및 상부반사기층(600)은 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층 즉, 고굴절율층(210, 610)과 저굴절율층(220, 620)이 약 20번 내지 40번 정도 교번되게 적층하여 형성한다.
이후, 도 3b를 참조하면, 도 3a와 같이 성장된 VCSEL 에피층 구조 위에 즉, 상부반사기층(600)의 상부에 리소그라피(lithography) 공정을 통하여 예컨대, 원형의 제1 감광제(Photo Resist, PR) 패턴(650)을 형성하고, 이 제1 감광제 패턴(650)을 마스크(Mask)로 하여 p형 오믹접촉층(500)이 노출되도록 상부반사기층(600)을 제1 메사(mesa)(E) 구조로 식각하고, 제1 감광제 패턴(650)을 제거한다.
다음으로, 도 3c를 참조하면, 제1 메사(E) 구조와 중심이 일치하는 제2 메사(F) 구조를 형성하기 위해 리소그라피(lithography) 공정을 통하여 제2 감광제 패턴(700)을 형성하고, 이 제2 감광제 패턴(700)을 마스크(Mask)로 하여 전류주입구(A, 도 3d 참조) 형성을 위한 산화가능층(400)의 측면이 노출되도록 식각하고, 제2 감광제 패턴(700)을 제거한다.
이후, 도 3d를 참조하면, 전류주입구(A, 도 1 참조)를 형성하기 위한 산화가능층(400)을 측면으로부터 고온에서 선택적 습식 산화공정을 수행한다. 이때, 상부반사기층(600)의 저굴절율층(620)도 알루미늄 함유율이 높으므로 일부영역(D)이 측면으로부터 산화되어 별도의 부가적인 공정과정 없이 모드선택개구(C)를 형성하게 된다.
즉, 모드선택개구(C)를 형성하기 위한 저굴절율층(620)의 산화는 상부반사 기층(600)의 저굴절율층(620)의 알루미늄 함유율을 다르게 하여 일부 알루미늄 함유율이 높은 저굴절율층(620)만 산화되어 모드선택개구(C)를 형성할 수 있다.
그리고, 모드선택개구(C)의 직경은 전술한 상부반사기층(600)의 저굴절율층(620)의 산화 속도를 고려하여 제1 메사(e)의 직경을 조절하거나 상부반사기층(600)내의 저굴절율층(620)의 알루미늄 함유율을 조절함으로써 쉽게 조절할 수 있다.
한편, 상기 습식 산화공정은 약 300℃∼500℃의 온도범위에서 약 30분∼200분 동안 수행함이 바람직하다.
마지막으로, 도 3e를 참조하면, p형 오믹접촉층(500) 상에 상부전극 즉, p형 전극(Ti/Pt/Au)(800)을 형성하고, 반도체 기판(100)의 후면에 하부전극 즉, n형 전극(Ni/Au/Ge/Ni/Au)(900)을 형성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 모드선택개구의 직경에 따른 공진파장 레이징 스펙트라(CW lasing spectra) 및 광 출력(light output) 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4의 (a)는 전류주입구(A, 도 1 참조)의 직경이 5㎛이고, 모드선택개구(C, 도 1 참조)의 직경이 9㎛일 경우, 바이어스 전류(bias current)[mA]에 대한 광 파워(Optical power)[mW]를 나타내고 있으며, 특정의 바이어스 전류(1mA, 2mA 및 3mA)에서 파장(Wavelength)에 대한 광 파워(Optical power)[10dB/div.]를 나타내고 있다.
도 4의 (b)는 전류주입구(A)의 직경이 5㎛이고, 모드선택개구(C)의 직경이 7㎛일 경우, 바이어스 전류(bias current)[mA]에 대한 광 파워(Optical power)[mW]를 나타내고 있으며, 특정의 바이어스 전류(4mA, 8mA 및 12mA)에서 파장(Wavelength)에 대한 광 파워(Optical power)[10dB/div.]를 나타내고 있다.
이때, 도 4의 (a)에서 바이어스 전류와 차동 양자 효율(differential quantum efficiency)은 각각 0.9mA 및 0.2이며, 도 4의 (b)에서는 각각 1.1mA 및 0.14이다. 즉, 모드선택개구(C)의 직경이 7㎛일 경우에 바이어스 전류가 약간 증가하고 차동 양자 효율은 감소한다. 이러한 결과는 고차 횡모드 뿐만 아니라 기저모드에 대해서 모드선택개구(C)에 의해 광 손실(Optical loss)이 증가한다고 생각할 수 있다.
한편, 완전하게 안전한 단일모드 동작은 7㎛의 모드선택개구(C) 직경을 갖는 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)에 대한 전체 바이스어스 전류에 대하여 35dB의 모드 억제 비(mode suppression ratio)를 얻었다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 모드선택개구의 직경에 따른 여러 가지 구동전류에 대하여 원장 패턴(Far-Field Pattern)을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5의 (a)는 전류주입구(A, 도 1 참조)의 직경이 5㎛이고, 모드선택개구(C, 도 1 참조)의 직경이 9㎛일 경우, 원장 패턴 즉, 원장 각도(Far-Field Angle)의 변화에 대한 정규화된 광 강도(Normalized intensity)[a.u.]를 나타내고 있다.
도 5의 (b)는 전류주입구(A)의 직경이 5㎛이고, 모드선택개구(C)의 직경이 7㎛일 경우, 원장 패턴 즉, 원장 각도(Far-Field Angle)의 변화에 대한 정규화된 광 강도(Normalized intensity)[a.u.]를 나타내고 있다.
이때, 도 5의 (a)에서는 2mA의 동작전류에서 가우시안(Gaussian)과 같은 원장 패턴을 나타내고 있으며, 도 5의 (b)에서는 전체 동작전류 범위에서 가우시안(Gaussian)과 같은 원장 패턴을 나타내고 있다.
전술한 본 발명에 따른 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저 및 그 제조방법에 따르면, 수직 공진식 표면발광레이저(VCSEL)의 상부 분산된 브래그 거울층에 모드선택개구를 형성하여 대구경의 전류주입구를 갖으면서 높은 동작 전류까지 안정된 단일모드로 동작할 수 있으며, 종래의 기술들에 비해 구조 및 제조방법이 간단하여 제조 단가를 낮추고 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성된 하부반사기층;
    상기 하부반사기층의 상부에 형성되는 공진기층;
    상기 공진기층 상에 형성되며, 중앙부에 전류주입구가 형성된 산화가능층;
    상기 산화가능층의 상면에 형성된 오믹접촉층;
    상기 오믹접촉층 상에 형성되며, 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성됨과 아울러 중앙부에 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구가 형성된 상부반사기층;
    상기 오믹접촉층 상에 형성된 상부전극; 및
    상기 반도체 기판의 하면에 형성된 하부전극을 포함하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층의 직경 조절을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층 내에 형성된 두 반도체 물질층 중 굴절률이 비교적 낮은 반도체 물질층의 알루미늄 함유율 조절을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류주입구의 직경은 3㎛ 내지 15㎛이며, 상기 모드선택개구의 직경은 3㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기층은,
    상기 하부반사기층의 상면에 형성되며, 공진기의 광학적 두께가 설계된 발진파장이 되도록 하는 공간층; 및
    상기 공간층의 사이에 개재되며 광을 생성하는 활성층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 산화가능층 및 상기 오믹접촉층은 메사(mesa) 구조인 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상부반사기층은 메사(mesa) 구조인 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저.
  8. (a) 반도체 기판 상에 하부반사기층, 공진기층, 산화가능층, 오믹접촉층 및 상부반사기층을 순차적으로 적층하는 단계;
    (b) 적층된 상기 상부반사기층의 상부에 제1 감광제 패턴을 형성하고, 상기 제1 감광제 패턴을 마스크로 상기 오믹접촉층이 노출되도록 식각하여 제1 메사(mesa) 구조를 형성하는 단계;
    (c) 상기 제1 감광제 패턴을 제거하고, 상기 오믹접촉층의 상부 일부분을 포함한 상기 제1 메사 구조의 전체를 감싸도록 제2 감광제 패턴을 형성한 후, 상기 제2 감광제 패턴을 마스크로 상기 산화가능층의 측면이 노출되도록 식각하여 상기 제1 메사 구조와 중심이 일치하는 제2 메사 구조를 형성하는 단계;
    (d) 상기 제2 감광제 패턴을 제거하고, 습식 산화공정을 통해 노출된 상기 산화가능층의 측면을 선택적으로 습식 산화하여 상기 산화가능층의 중앙부에 전류주입구를 형성함과 동시에 상기 상부반사기층의 중앙부에 고차 횡모드의 억제를 위한 모드선택개구를 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 오믹접촉층 상에 상부전극을 형성하고, 상기 반도체 기판의 하면 에 하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(a)에서,
    상기 상부반사기층 및 하부반사기층은 알루미늄 조성비에 따라 서로 다른 굴절률을 갖는 두 반도체 물질층이 교번되게 적층되어 형성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
    상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층의 직경 조절을 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
    상기 모드선택개구의 직경은 상기 상부반사기층 내에 형성된 두 반도체 물질층 중 굴절률이 비교적 낮은 반도체 물질층의 알루미늄 함유율 조절을 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
    상기 습식 산화공정은 300℃∼500℃의 온도범위에서 30분∼200분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
    상기 모드선택개구는 상기 상부반사기층 내에 형성된 두 반도체 물질층 중 굴절률이 비교적 낮은 반도체 물질층의 알루미늄 함유율을 다르게 하여 일부 알루미늄 함유율이 높은 반도체 물질층만 산화되어 형성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 수직 공진식 표면발광레이저의 제조방법.
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