KR100990702B1 - 면 발광 레이저 어레이, 광학 주사 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

면 발광 레이저 어레이, 광학 주사 장치 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

면 발광 레이저 어레이는 복수의 면 발광 레이저 소자(1)를 포함한다. 각각의 면 발광 레이저 소자는 기판(101) 상에 형성된 제1 반사층(102)과, 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층(104)을 포함하는 공진기 캐비티(103, 104, 105)와, 제1 반사층 상에 형성되고 공진기 캐비티와 접촉하는 제2 반사층(106, 107)을 포함한다. 제2 반사층은 선택적 산화층(107)을 포함한다. 제1 반사층은 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층(107)의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는, 예를 들면 AlAs로 제조된 저굴절률층(1021)을 적어도 활성층에 포함한다. 공진기 캐비티는 적어도 In을 함유하는 AlGaInPAs계 재료로 제조된다. 메사 구조체의 바닥면은 선택적 산화층의 하부에 그리고 제1 반사층의 상부에 위치된다.
면 발광 레이저 어레이, 면 발광 레이저 소자, 제1 반사층, 제2 반사층, 활성층, 선택적 산화층, 메사 구조체

Description

면 발광 레이저 어레이, 광학 주사 장치 및 화상 형성 장치{SURFACE-EMITTING LASER ARRAY, OPTICAL SCANNING DEVICE, AND IMAGE FORMING DEVICE}
본 발명은 면 발광 레이저 어레이, 면 발광 레이저 어레이를 포함하는 광학 주사 장치 및 면 발광 레이저 어레이를 포함하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.
면 발광 레이저 소자가 집적화되는 면 발광 레이저 어레이에서, 동작 중에 각각의 면 발광 레이저 소자의 출력은 주위 면 발광 레이저 소자로부터의 열의 수용을 통한 온도 상승에 기인하여 저하될 수 있고, 면 발광 레이저 어레이의 수명이 단축될 수 있다.
이 문제점을 제거하기 위해, 방열 특성을 향상시킬 필요가 있다. 예를 들면, 높은 열전도율을 갖는 재료가 주 방열측에 위치되어 있는 반도체 브래그 반사기(Bragg reflector)에 사용되어야 한다. GaAs 기판 상의 면 발광 레이저 소자의 반도체 브래그 반사기에 사용될 수 있는 재료 중에서, AlAs가 최고 열전도율을 갖는 적합한 것이다.
그러나, 메사 구조체(mesa structure)의 형상으로의 에칭이 면 발광 레이저 소자를 주위 부분으로부터 전기적으로 또는 공간적으로 분리하기 위해 수행되는 경우가 있다. 이 경우에, 에칭이 기판측에 배열된 하부 반도체 브래그 반사기에 도 달하는 것은 불필요하지만, 에칭의 제어성의 문제점으로부터 에칭 바닥면(bottom)이 하부 반도체 브래그 반사기에 도달한다고 가정함으로써 설계가 실시된다.
예를 들면, 산화형 면 발광 레이저 소자의 경우에, 선택적 산화를 수행하기 위해 선택적 산화층보다 더 깊게 에칭할 필요가 있다. 전류의 발산(divergence)을 정지시키기 위해, p-형 반도체 브래그 반사기(또는 활성층 상부에 배열된 반도체 브래그 반사기)의 활성층에 인접한 장소 또는 활성층으로부터 1번째 내지 5번째 노드(레이저 빔의 전계 강도 분포에서의 노드)의 위치에 선택적 산화층을 배열하는 것이 일반적이다.
그러나, 에칭 깊이의 제어성의 문제점으로부터, 선택적 산화층보다 깊지만 하부 반도체 브래그 반사기에 도달하지 않게 에칭 바닥면을 제어하는 것이 곤란하다.
전체 웨이퍼 표면에서의 에칭 깊이를 제어하기 위해, 에칭 시간을 제어할 뿐만 아니라 웨이퍼 표면 내의 에칭의 균일성 및 결정 성장층의 두께의 분포의 균일성을 제어할 필요가 있다. 실제로는, 선택적 산화층보다 깊지만 하부 반도체 브래그 반사기에 도달하지 않도록 메사 에칭(mesa etching)을 실시하는 것이 매우 곤란하다.
이 문제점을 해결하기 위해, 일본 특허 출원 공개 제2002-164621호는 하부 반도체 브래그 반사기를 두 개의 층으로 분리하는 것을 개시하고 있다. 일본 특허 출원 공개 제2002-164621호의 레이저 어레이에서, 두 개의 하부 반도체 브래그 반사기층 중 하나인 기판측은 AlAs로 제조된 주 굴절률층이다. AlAs는 AlGaAs의 열 전도율 보다 훨씬 큰 열전도율을 갖는다. 한편, 활성층측 반사기층은 통상적으로 사용되는 AlGaAs로 제조된다.
그러나, 면 발광 레이저 어레이의 경우에, 웨이퍼의 표면 내에서의 균일한 메사 에칭의 실시는 다른 부가적인 이유로 여전히 더 곤란하다. 고밀도로 어레이 배열을 실시하기 위해 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극(inter-element gap)을 좁게하면, 소자간 간극의 에칭 깊이와 면 발광 레이저 어레이의 주위의 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차(Δd)가 커지게 된다. 더욱이, 스커트부(skirt portion)가 에칭 형상에서 발생한다. 선택적 산화층은 산화 협착 치수(oxidization narrowing dimensions)를 엄격하게 제어하기 위해 스커트부에서부터 시작하지 않는 것이 바람직하다.
그러나, 선택적 산화층이 스커트부에서부터 시작하지 않을 수 있도록 에칭이 수행되면, 면 발광 레이저 어레이의 주위의 평탄부 내의 에칭 바닥면이 하부 반도체 브래그 반사기에 진입한다.
하부 반도체 브래그 반사기의 저굴절률층은 선택적 산화층보다 두께가 두껍기 때문에, 양 층이 동일한 조성을 가지면, 저굴절률층의 산화 속도는 선택적 산화층의 산화 속도보다 빠르다.
하부 반도체 브래그 반사기의 저굴절률층의 산화 속도가 선택적 산화층보다 빠르면, 저굴절률층 전체가 조기에 산화되고 전류 주입(current pouring)의 수행이 불가능하다.
이 문제점을 회피하기 위해, AlAs는 하부 반도체 브래그 반사기의 활성층에 인접하여 위치되어 있는 저굴절률층의 재료로서 사용될 수 없다. 이 이유로, 반도체 브래그 반사기의 산화 속도를 감소시키기 위해, 소정량의 Ga가 첨가되는 AlGaAs(예를 들면, Al0 .9Ga0 .1As)를 사용할 필요가 있어 왔다. 일본 전자 정보 통신 학회 일렉트로닉스 소사이어티 대회로부터의 기술 보고서 CS-3-4(2004년) 및 IEEE 포토닉스 테크놀로지 레터스(IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS), VOL. 11, No. 12(1999년), pp. 1539-1541을 참조하라.
일본 특허 출원 공개 평09-018093호는 상부 반도체 브래그 반사기의 에칭이 GaInP 클래딩층(cladding layer)(공진기 영역)에서 정지되어 있는 것을 개시하고 있다.
도 37은 종래 기술에 따른 면 발광 레이저 어레이의 평면도이다. 도 37에 도시되어 있는 바와 같이, 이중 더미 소자는 면 발광 레이저 소자가 배열되어 있는 중심 어레이부의 주위에 배열되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-114656호는 중심 어레이부에서의 포스트(post)(메사) 및 어레이부의 주위에서의 포스트(메사)가 상이한 환경을 경험하게 되고, 이 포스트들(메사)이 이에 따라 상이한 형상을 갖는 것을 개시하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-114656호는 중심 어레이부의 주위에 배열된 이중 더미 소자가 균일한 특징을 허용하는 면 발광 레이저 어레이를 개시하고 있다.
통상의 산화형 면 발광 레이저 어레이에서, 면 발광 레이저 어레이의 주위의 평탄부 내의 에칭 바닥면은 하부 반도체 브래그 반도체에 대면하고 있다. AlAs와 같은 높은 열전도율을 갖는 재료는 에칭에 의해 표면 상에 나타나는 경우 용이하게 산화된다. AlAs는 하부 반도체 브래그 반사기(적어도 활성층에 인접한 영역에서)에 사용될 수 없다.
따라서, 열이 활성층에 용이하게 축적되고, 활성층의 온도가 증가한다. 광학 출력이 저하하고 면 발광 레이저 소자의 수명이 단축되는 문제점이 있다. 특히, 면 발광 레이저 어레이가 동작할 때, 열 간섭에 기인하는 바람직하지 않은 영향이 현저해진다. 높은 전류값에서 면 발광 레이저 어레이의 동작은 불가능하고, 낮은 광학 출력을 갖는 면 발광 레이저 어레이의 사용이 불가피하다. 면 발광 레이저 어레이의 수명은 열 간섭에 의해 발생되는 온도 상승에 기인하여 단축된다.
일본 특허 출원 공개 제2000-114656호의 교시에 따르면, 레이저 어레이의 주위의 평탄부 내의 에칭 바닥면이 하부 반도체 브래그 반사기에 도달하는 것을 방지하기 위해, 더미 소자가 전체 웨이퍼 내에 배열되어 중심 어레이부의 에칭 깊이와 어레이부의 주위의 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차(Δd)를 작게할 수 있다.
평탄부가 제거되지 않으면, 에칭 바닥면이 하부 반도체 브래그 반사기에 도달하여 AlAs가 산화된다. 따라서, 전체 웨이퍼 내에 더미 소자를 배열할 필요가 있다.
그러나, 더미 소자가 전체 웨이퍼 내에 배열되면, 에칭될 면적이 감소된다. 이는 산화의 모니터링(플라즈마 발광 분석, 광학 굴절률 분석 등)을 수행하는 것을 곤란하게 한다. 더욱이, 웨이퍼 전체 내에 더미 소자가 배열되면, 불균일성이 레이저 어레이의 표면 상에 나타나고, 와이어 단절의 가능성이 상승한다. 더욱이, 실장용 와이어 본딩 패드를 형성할 필요가 있다. 그러나, 불균일성이 본딩 패드의 바닥부 아래에 존재하면, 메사 구조체가 와이어 본딩시에 손상되고, 이는 결함 있는 면 발광 레이저 어레이가 제조되게 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전술한 문제점이 제거되는 개량된 면 발광 레이저 어레이가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 열이 활성층에 용이하게 축적되지 않도록 더미 소자를 사용하지 않고 배열된 면 발광 레이저 어레이가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 열이 활성층에 용이하게 축적되지 않도록 더미 소자를 사용하지 않고 배열된 면 발광 레이저 어레이를 포함하는 광학 주사 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 열이 활성층에 용이하게 축적되지 않도록 더미 소자를 사용하지 않고 배열된 면 발광 레이저 어레이를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 복수의 면 발광 레이저 소자를 포함하는 면 발광 레이저 어레이가 제공되고, 복수의 면 발광 레이저 소자의 각각은, 반도체 브래그 반사기를 구성하기 위해 기판 상에 형성된 제1 반사층과, 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층을 포함하는 공진기와, 제1 반사층 상에 형성되고 반도체 브래그 반사기를 구성하도록 공진기와 접촉하는 제2 반사층으로서, 제2 반사층은 내부에 선택적 산화층을 포함하는 제2 반사층을 포함하고, 제1 반사층은 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 저굴절률층을 적어도 활성층측에 포함하고, 공진기는 적어도 In을 함유하는 AlGaInPAs계 재료로 제조되고, 각각의 면 발광 레이저 소자의 메사 구조체의 바닥면은 선택적 산화층 하부에 그리고 제1 반사층의 상부에 위치된다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 공진기가 제2 반사층의 에칭 속도보다 작은 에칭 속도를 갖도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제2 반사층이 적어도 In을 함유하는 AlGaInPAs계 재료로 제조된 층을 활성층측에 포함하도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 메사 구조체의 바닥면이 공진기의 내부 또는 제2 반사층과 공진기 사이의 계면에 위치되도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제1 반사층이 AlAs로 제조된 저굴절률층을 면 발광 레이저 소자의 전체 영역에 걸쳐 포함하도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층이 선택적 산화형 전류 협착부를 구성하도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 복수의 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와 복수의 면 발광 레이저 소자의 주변부의 에칭 깊이 사이의 차가 각각의 면 발광 레이저 소자의 발진 파장의 1/2 이하이도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 복수의 면 발광 레이저 소자 중 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 소자간 간극이 복수의 면 발광 레이저 소자의 두 개의 메사 구조체의 상부면 위치 사이의 간극과 두 개의 메사 구조체의 바닥면 위치 사이의 간극 중 더 작은 간극으로 설정되고, 20 ㎛ 이하이도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제1 반사층의 측면이 보호막으로 덮여 있도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 보호막이 SiO2, SiN 및 SiON 중 임의의 하나로 제조되도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제1 반사층의 공진기측에 배열된 저굴절률층의 알루미늄의 함량이 선택적 산화층의 알루미늄의 함량보다 크도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 어레이는, 제1 반사층의 공진기측에 배열된 저굴절률층의 알루미늄의 함량이 선택적 산화층의 알루미늄의 함량과 동일하고, 제1 반사층의 공진기측에 배열된 저굴절률층의 두께가 선택적 산화층의 두께보다 크도록 구성될 수도 있다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 전술한 면 발광 레이저 어레이와, 면 발광 레이저 어레이에 의해 방출된 복수의 레이저 빔을 편향시키는 편향 유닛과, 편향 유닛으로부터 광전도체의 피주사면 상에 레이저 빔을 유도하는 주사 광학 소자를 포함하는 광학 주사 장치가 제공된다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 전술한 광학 주사 장치가 제공되어 있는 화상 형성 장치가 제공된다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 전술한 면 발광 레이저 어레이가 복수의 레이저 빔을 방출하는 광원으로서 제공되어 있는 화상 형성 장치가 제공된다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 레이저 빔을 방출하는 메사 구조체를 갖는 면 발광 레이저 소자가 제공되고, 면 발광 레이저 소자는 기판과, 반도체 브래그 반사기를 구성하기 위해 기판 상에 형성된 제1 반사층과, 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층을 포함하는 공진기와, 반도체 브래그 반사기를 구성하기 위해 공진기와 접촉하여 형성된 제2 반사층과, 메사 구조체를 형성할 때 기판의 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하도록 배열된 흡수층을 포함하고, 메사 구조체의 바닥면은 기판에 수직인 방향에서 흡수층에 위치되고, 흡수층은 공진기의 두께 방향에서 공진기의 적어도 일부에 형성된다.
전술한 면 발광 레이저 소자는, 흡수층이 공진기의 두께 방향에서 공진기의 전체 영역에 형성되도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 소자는, 흡수층이 공진기의 두께 방향에서 공진기의 전체 영역에 형성되고 제2 반사층의 두께 방향에서는 부분적으로 형성되도록 구성될 수도 있다.
전술한 면 발광 레이저 소자는, 흡수층이 적어도 In을 함유하도록 구성될 수도 있다.
전술한 문제점의 하나 이상을 해결하거나 또는 감소시키는 본 발명의 실시예에서, 면 발광 레이저 어레이 제조 방법이 제공되고, 상기 면 발광 레이저 어레이는 기판 상에 제공되고 복수의 면 발광 레이저 소자가 배열되어 있는 소자 배열부와, 기판 상에 제공되고 기판의 면내 방향에서 소자 배열부의 주변에 배열된 평탄부를 포함하고, 복수의 면 발광 레이저 소자의 각각은 레이저 빔을 방출하는 메사 구조체를 포함하고, 평탄부 및 소자 배열부는 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하도록 배열된 흡수층을 포함하고, 상기 방법은 기판 상에 다층 반도체막을 형성하는 단계와, 메사 구조체의 바닥면이 흡수층에 배치되게 하여 소자 배열부 및 평탄부가 형성되도록 다층 반도체막을 에칭하는 단계를 포함한다.
면 발광 레이저 어레이를 구성하는 면 발광 레이저 소자의 각각에서, 공진기는 적어도 In을 함유하는 재료로 제조되고, 메사 구조체의 바닥면은 제2 반사층이 제1 반사층보다 메사 구조체의 바닥면에 더 인접하도록 배열되고, 제1 반사층은 선택적 산화층의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 저굴절률층을 적어도 활성층측에 포함한다.
메사 구조체를 형성하는 프로세스에서, 면 발광 레이저 소자가 배열되어 있는 어레이 영역의 에칭 깊이와 어레이 영역의 주위의 에칭 깊이 사이의 차가 감소되어 어레이 영역의 주변에서의 제1 반사층의 노출이 방지되고 제1 반사층의 산화가 방지된다. 그 결과, 활성층에 발생된 열이 제1 반사층을 거쳐 기판측으로 용이하게 방열된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 열이 활성층에 용이하게 축적되지 않도록 더미 소자를 사용하지 않고 면 발광 레이저 어레이를 배열하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 숙독할 때 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도.
도 2는 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 단면도.
도 3은 도 2의 면 발광 레이저 어레이의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 1의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 4b의 프로세스에서의 에칭을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1의 면 발광 레이저 어레이를 제조할 때의 에칭시의 플라즈마 발광을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 9는 도 1의 면 발광 레이저 어레이를 제조할 때의 에칭시의 플라즈마 발 광을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 10은 공진기 영역에서의 에칭 정지시의 평탄부의 에칭 깊이와, 메사 간격에 대한 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차를 설명하기 위한 도면.
도 11은 기판측에 배열된 반사층에서의 에칭 정지시의 평탄부의 에칭 깊이와, 메사 간격에 대한 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차를 설명하기 위한 도면.
도 12는 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 평면도 및 단면도.
도 13은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도.
도 14는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도.
도 15는 도 14의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 단면도.
도 16은 도 15의 면 발광 레이저 소자의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 17은 실험을 위해 사용된 도 14의 실시예의 면 발광 레이저 소자의 단면도.
도 18은 실험을 위해 사용된 비교예의 면 발광 레이저 소자의 단면도.
도 19는 실험 결과를 나타내고 있는 광학 출력과 전류 사이의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 20은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도.
도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어 레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 22a, 도 22b, 도 22c 및 도 22d는 실시예의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 23은 실시예의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 24는 실시예의 면 발광 레이저 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 25는 도 13의 면 발광 레이저 어레이를 사용하는 광학 주사 장치의 구성을 도시하고 있는 도면.
도 26은 레이저 프린터의 구성을 도시하고 있는 도면.
도 27은 화상 형성 장치의 구성을 도시하고 있는 도면.
도 28은 광학 송신 모듈의 도면.
도 29는 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 변형예의 단면도.
도 30은 도 29의 면 발광 레이저 소자의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 31은 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 변형예의 단면도.
도 32는 도 31의 면 발광 레이저 소자의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 33은 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 변형예의 단면도.
도 34는 도 33의 면 발광 레이저 소자의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 35는 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 변형예의 단면도.
도 36은 도 35의 면 발광 레이저 소자의 활성층의 근방을 도시하고 있는 단면도.
도 37은 종래 기술에 따른 면 발광 레이저 어레이의 평면도.
본 발명의 실시예의 설명이 첨부 도면을 참조하여 제공될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예의 면 발광 레이저 어레이(100)는 면 발광 레이저 소자(1 내지 32), 패드(51 내지 82) 및 와이어(W1 내지 W32)를 포함한다.
면 발광 레이저 소자(1 내지 32)는 4행×8열의 2차원 구조로 배열된다. 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 한 변이 16 ㎛인 직사각형 형태를 갖는다.
4개의 면 발광 레이저 소자(1, 9, 17, 25/2, 10, 18, 26/3, 11, 19, 27/4, 12, 20, 28/5, 13, 21, 29/6, 14, 22, 30/7, 15, 23, 31/8, 16, 24, 32)의 열은 부 주사 방향으로 배열된다. 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8/9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)의 행은 주 주사 방향으로 배열된다.
주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8/9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)의 행은 부 주사 방향으로 단계적인 방식으로 시프트되고, 이 들은 32개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)로부터 방출된 32개의 레이저 빔이 서로 중첩하지 않도록 배열된다. 주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8/9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격(X)으로 설정된다. 부 주사 방향으로 배열된 4개의 면 발광 레이저 소자(1, 9, 17, 25/2, 10, 18, 26/3, 11, 19, 27/4, 12, 20, 28/5, 13, 21, 29/6, 14, 22, 30/7, 15, 23, 31/8, 16, 24, 32)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격(d)으로 설정된다. 간격(d)은 간격(X)보다 작다.
예를 들면, 간격(d)은 24 ㎛이고, 간격(X)은 30 ㎛이다.
주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8)의 중심으로부터 부 주사 방향에 평행한 직선까지 취한 8개의 법선은 조건 c1=d/8에 의해 결정되는 c1의 등간격으로 부 주사 방향으로 배열된다. 즉, 간격(d)이 24 ㎛로 설정될 때, 간격(c1)은 24/8=3 ㎛이다.
주 주사 방향으로 배열된 다른 8개의 면 발광 레이저 소자(9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)의 각각의 중심으로부터 부 주사 방향에 평행한 직선까지 취한 8개의 법선은 또한 c1의 등간격으로 부 주사 방향으로 배열된다.
패드(51 내지 82)는 2차원 구조로 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 주위 둘레에 배열된다. 와이어(W1 내지 W32)는 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)를 패드(51 내지 82)에 각각 접속하도록 배열된다. 와이어(W1 내지 W32)의 각각은 예를 들면 8 ㎛의 선폭(line width)을 갖는다.
2차원 구조로 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 32) 중에서 최외주에 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 8, 9, 16, 17, 24 내지 32)를 패드(51 내지 59, 66, 67, 74, 75 내지 82)에 각각 접속하는 와이어(W1 내지 W9, W16, W17, W24 내지 W32)는 주 주사 방향에서 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이를 통과하지 않고 배열된다.
2차원 구조로 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 32) 중에서 내측 위치에 배열된 면 발광 레이저 소자(10 내지 15, 18 내지 23)를 패드(60 내지 65, 68 내지 73)에 각각 접속하는 와이어(W10 내지 W15, W18 내지 W23)는 이들이 주 주사 방향에서 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이를 통과하도록 배열된다.
주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8/9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 전술한 간격(X)(=30 ㎛)으로 설정된다. 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 한 변이 16 ㎛인 직사각형 형태를 갖는다. 주 주사 방향에서의 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간격은 14(=30-16) ㎛이다. 그 선폭이 8 ㎛인 와이어(W10 내지 W15, W18 내지 W23)는 주 주사 방향에서 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이에 배열될 수 있다.
도 2는 도 1의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자(1)의 단면도이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1)는 기판(101), 반사층(102, 106), 공진기 스페이서 층(103, 105), 활성층(104), 선택적 산화층(107), 콘택트층(108), SiO2 층(109), 절연성 수지(110), p-형 전극(111) 및 n-형 전극(112)을 포함한다.
면 발광 레이저 소자(1)는 780 nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 방출하는 면 발광 레이저이다. 기판(101)은 n-형 갈륨 비소(n-GaAs)로 구성된다.
반사층(102)은 1 주기를 n-AlAs 층 및 n-Al0 .3Ga0 .7As 층의 쌍으로 하는 40.5 주기의 n-AlAs/n-Al0 .3Ga0 .7As로 구성되어 기판(101) 상에 형성된다.
n-AlAs 및 n-Al0 .3Ga0 .7As의 각각의 두께는, 면 발광 레이저 소자(1)의 발진 파장이 λ로 설정될 때 λ/4n(여기서, n은 각각의 반도체 층의 굴절률임)으로 설정된다.
공진기 스페이서 층(103)은 비도핑 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다. 활성층(104)은 GaInPAs로 구성된 우물층과 Ga0 .6In0 .4P로 구성된 배리어층을 포함하는 양자 우물 구조를 갖고, 공진기 스페이서 층(103) 상에 형성된다.
공진기 스페이서 층(105)은 비도핑 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P로 구성되고 활성층(104) 상에 형성된다. p-Al0 .9Ga0 .1As/Al0 .3Ga0 .7As의 쌍이 1 주기라 가정하면, 반사층(106)은 24 주기의 p-Al0 .9Ga0 .1As/Al0 .3Ga0 .7As로 구성되고 공진기 스페이서 층(105) 상에 형성된다.
p-Al0 .9Ga0 .1As 및 Al0 .3Ga0 .7As의 각각의 두께는 λ/4n(여기서, n은 각각의 반도체층의 굴절률임)으로 설정된다. 선택적 산화층(107)은 p-AlAs로 구성되고 반사층(106)에 형성된다.
더 구체적으로는, 선택적 산화층(107)은 공진기 스페이서 층(105)으로부터 7λ/4의 위치에 형성된다. 선택적 산화층(107)은 비산화 영역(107a) 및 산화 영역(107b)을 포함하고, 20 nm의 두께를 갖는다.
콘택트층(108)은 p-GaAs로 구성되고 반사층(106) 상에 형성된다.
SiO2 층(109)은 공진기 스페이서 층(103)의 일부의 일 주면(principal plane)과, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)의 단부면을 덮도록 형성된다.
절연성 수지(110)는 SiO2 층(109)과 접촉하여 형성된다. p-형 전극(111)은 콘택트층(108)의 일부 및 절연성 수지(110) 상에 형성된다. n-형 전극(112)은 기판(101)의 이면에 형성된다.
반사층(102, 106)의 각각은 활성층(104)으로부터 발진된 발진광을 브래그의 다중 경로 반사를 통해 반사하고 활성층(104)에 발진광을 구속하는 반도체 분포 브래그 반사기를 구성한다.
산화 영역(107b)은 비산화 영역(107a)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 산화 영역(107b)은 활성층(104)에 의해 발진된 발진광을 비산화 영역(107a)에 구속하는 동시에, p-형 전극(111)으로부터 주입된 전류가 활성층(104) 내에 흐르는 경 로를 비산화 영역(107a)으로 제한하는 전류 협착 영역을 구성한다.
이 방식으로, 낮은 임계 전류를 갖는 면 발광 레이저 소자(1)의 발진이 얻어진다. 따라서, 전류 협착 영역은 선택적 산화층(107)의 산화 영역(107b)의 선택적 산화를 수행함으로써 생성된다. 따라서, 전류 협착 영역은 선택적 산화형이다.
도 3은 도 2의 면 발광 레이저 소자(1)의 활성층(104)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 반사층(102)은 저굴절률층(1021), 고굴절률층(1022) 및 조성 경사층(composition inclination layer)(1023)을 포함한다.
저굴절률층(1021)은 n-AlAs로 구성되고, 고굴절률층(1022)은 n-Al0 .3Ga0 .7As로 구성된다.
조성 경사층(1023)은 Al의 함량이 저굴절률층(1021) 또는 고굴절률층(1022)으로부터 다른측을 향해 점진적으로 변화하는 n-AlGaAs로 구성된다.
저굴절률층(1021)은 공진기 스페이서 층(103)에 접한다. 반사층(106)은 저굴절률층(1061), 고굴절률층(1062) 및 조성 경사층(1063)을 포함한다.
저굴절률층(1061)은 p-Al0 .9Ga0 .1As로 구성되고, 고굴절률층(1062)은 p-Al0.3Ga0.7As로 구성된다. 조성 경사층(1063)은 Al이 함량이 저굴절률층(1061) 또는 고굴절률층(1062)으로부터 다른측을 향해 점진적으로 변화하는 p-AlGaAs로 구성된다.
저굴절률층(1061)은 공진기 스페이서 층(105)에 접한다. 활성층(104)은, 그 각각이 GaInPAs로 구성된 3개의 우물층(1041) 및 그 각각이 Ga0 .6In0 .4P로 구성된 4개의 배리어층(1042)이 교대로 적층되어 있는 양자 우물 구조로 구성된다.
배리어층(1042)은 공진기 스페이서 층(103, 105)에 접한다. 우물층(1041)을 구성하는 GaInPAs는 압축 스트레인을 갖고, 배리어층(1042)을 구성하는 Ga0 .6In0 .4P는 인장 스트레인을 갖는다.
면 발광 레이저 소자(1)에서, 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(1)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)은 1 파장 공진기를 구성한다.
도 1에 도시되어 있는 면 발광 레이저 소자(2 내지 32)의 각각은 도 2 및 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 구성과 동일한 구성을 갖도록 구성된다.
도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 및 도 6b는 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100) 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 내지 도 6b에서, 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)의 32개의 면 발광 레이저 소자 중에서 4개의 면 발광 레이저 소자(1, 9, 17, 25)를 제조하는 경우의 제조 프로세스가 면 발광 레이저 어레이(100) 제조 방법의 예로서 설명될 것이다.
도 4a에서, 이 제조 프로세스의 시작시에, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 프로세스가 수행된다. 반사층(102), 공진기 스페이서 층(103), 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)은 기 판(101) 상에 순차적으로 적층된다(도 4a 참조).
이 경우, 반사층(102)의 n-AlAs 및 n-Al0 .3Ga0 .7As는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 아르신(AsH3) 및 셀렌화 수소(H2Se)를 원료로서 사용함으로써 형성된다. 공진기 스페이서 층(103)의 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다.
활성층(104)의 GaInPAs는 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI), 포스파인(PH3) 및 아르신(AsH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다. 활성층(104)의 Ga0.6In0.4P는 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다.
공진기 스페이서 층(105)의 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다. 반사층(106)의 p-Al0 .9Ga0 .1As/p-Al0 .3Ga0 .7As는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 아르신(AsH3) 및 사브롬화 탄소(CBr4)를 원료로서 사용함으로써 형성된다. 사브롬화 탄소(CBr4) 대신에, 디메틸 아연(DMZn)이 사용될 수도 있다.
선택적 산화층(107)의 p-AlAs는 트리메틸 알루미늄(TMA), 아르신(AsH3) 및 사브롬화 탄소(CBr4)를 원료로서 사용함으로써 형성된다. 콘택트층(108)의 p-GaAs는 트리메틸 갈륨(TMG), 아르신(AsH3) 및 사브롬화 탄소(CBr4)를 원료로서 사용함으로써 형성된다. 또한 이 경우에도, 사브롬화 탄소(CBr4) 대신에, 디메틸 아연(DMZn)이 사용될 수도 있다.
다음에, 레지스트가 콘택트층(108)에 도포되고, 레지스트 패턴(120)이 사진 제판 프로세스 기술을 사용하여 콘택트층(108) 상에 형성된다(도 4b 참조).
레지스트 패턴(120)이 형성되면, 형성된 레지스트 패턴(120)은 마스크로서 사용된다. 공진기 스페이서 층(103)의 일부, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)의 건식 에칭이 실시되고, 레지스트 패턴(120)이 더 제거된다.
이 경우, 공진기 스페이서 층(103)의 일부, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)은 그에 도입되는 Cl2, BCl3, SiCl4, CCl4 또는 CF4의 할로겐계 가스를 받게 된다. 에칭은 반응성 이온 빔 에칭(RIBE)법, 유도 결합 플라즈마(ICP) 에칭법 및 반응성 이온 에칭(RIE)법과 같은 플라즈마를 사용하는 건식 에칭법을 사용함으로써 수행된다.
공진기 스페이서 층(103)의 일부, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)의 건식 에칭 중에, 플라즈마 발광 분광 분석이 에칭 시스템의 윈도우로부터 수행되고, In의 451 nm의 발광 광도의 시간 변화가 모니터링된다.
In의 발광은 단지 공진기의 영역이 에칭될 때에만 검출될 수 있기 때문에, 에칭은 AlGaInPAs계 재료로 구성된 공진기 영역에서 용이하게 정지될 수 있다.
그 결과, 면 발광 레이저 소자(1, 9, 17, 25)의 메사 구조체(131 내지 134)가 형성된다(도 4c 참조).
메사 구조체(131 내지 134)의 각각은 공진기 스페이서 층(103)의 일부, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)으로 구성된다.
대안적으로, 공진기 스페이서 층(103)의 일부, 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)은 습식 에칭에 의해 에칭될 수도 있다. AlGaAs 재료로 구성된 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)의 선택적 에칭이 습식 에칭에 의해 수행될 때, 황산계 에칭제가 사용될 수 있다.
다음에, 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있는 바와 같이, 도 4c의 프로세스가 완료된 후에, 85℃로 가열된 물의 기포화(bubbling)가 질소 가스로 수행되는 분위기에서, 샘플이 350℃로 가열되고, 선택적 산화층(107)의 주위가 주연부로부터 중심부로의 방향으로 산화되어, 비산화 영역(107a) 및 산화 영역(107b)이 선택적 산화층(107)에 형성된다(도 5a 참조).
다음에, SiO2 층(109)이 화학 기상 증착(CVD)법을 사용하여 샘플의 전체에 걸쳐 형성되고, 발광부로서 기능하는 영역 및 그 인접 영역에서의 SiO2 층(109)이 전자 사진 프로세스를 사용하여 제거된다(도 5b 참조).
다음에, 절연성 수지(110)가 스핀 코트(spin coat)에 의해 샘플 전체에 도포되고, 발광부로서 사용된 영역 내의 절연성 수지(110)가 제거된다(도 5c).
다음에, 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 절연성 수지(110)가 형성된 후에, 미리 결정된 크기를 갖는 레지스트 패턴이 발광부로서 사용된 영역 내에 형성되고, p-형 전극 재료가 기상 증착법에 의해 샘플 전체에 걸쳐 형성되고, 레지스트 패턴 상의 p-형 전극 재료가 리프트 오프법(lift-off method)에 의해 제거되고, p-형 전극(111)이 형성된다(도 6a 참조).
기판(101)의 이면이 접지되고, n-형 전극(112)이 기판(101)의 이면에 형성되고 더 어닐링되어 p-형 전극(111) 및 n-형 전극(112)의 저항 도통(ohmic conduction)을 형성한다(도 6b 참조). 이 방식으로, 면 발광 레이저 어레이(100)가 제조된다.
도 4b 및 도 4c의 프로세스에서, 4개의 면 발광 레이저 소자를 형성하기 위한 건식 에칭이 도시되어 있다. 그러나, 실제로는, 도 1의 32개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)를 동시에 형성하기 위한 건식 에칭이 도 4b 및 도 4c의 프로세스에서 수행된다.
이 경우, 32개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)를 동시에 형성하기 위한 레지스트 패턴은 도 1의 32개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 배열에 합치하는 포토마스크를 사용하여 형성된다. 즉, 32개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)를 동시에 형성하기 위한 레지스트 패턴은, 간격(X 및 d)이 조건 d<X에 부합하도록 설정되고 주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 8/9 내지 16/17 내지 24/25 내지 32)의 8개의 중심으로부터 부 주사 방향으로 배열된 직선까지의 8개의 법선이 c1의 등간격으로 배열되도록 배열된다.
면 발광 레이저 어레이(100)에서, 부 주사 방향으로 배열된 면 발광 레이저 소자의 간격(d)은 주 주사 방향으로 배열된 면 발광 레이저 소자의 간격(X)보다 작도록 설정된다. 이에 의해, 간격(d)이 간격(X)보다 크게 이루어지는 경우와 비교할 때, 간격(c1)(=d/8)은 작게 이루어질 수 있고, 이는 고밀도 기록에 유리하다.
부 주사 방향으로 배열된 면 발광 레이저 소자의 간격 및 주 주사 방향으로 배열된 면 발광 레이저 소자의 간격의 모두를 좁아지게 하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 소자의 배선을 위해 요구되는 공간 및 소자 사이의 열 간섭의 영향의 감소를 보장하기 위해 적어도 하나의 간격을 확장할 필요가 있다. 따라서, 고밀도 기록을 수행하기 위해, 주 주사 방향에서의 간격을 확장하는 것이 바람직하다.
도 7은 도 4b의 프로세스의 에칭을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 공진기 스페이서 층(103), 활성층(104), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108) 중 임의의 하나로 구성된 결정층의 에칭이 레지스트 패턴(120)을 사용하지 않고 수행될 때, 기판(101)의 면내 방향(in-surface direction)(DR1)에서의 에칭 깊이의 분포를 도시하고 있다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 콘택트층(108), 선택적 산화층(107) 및 반사층(106)[영역(REG1)이라 칭함]의 에칭시의 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 분포는 곡선(k1)으로 나타내고 있다. 한편, 공진기 스페이서 층(105), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(103)[영역(REG2)이라 칭함]의 에칭시의 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 분포는 곡선(k2)으로 나타내고 있다.
반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)은 전술한 바와 같은 AlGaAs계 재료로 구성되기 때문에, 에칭 속도가 비교적 크고, 면내 방향(DR1)에서의 영역(REG1)의 에칭 깊이의 분포가 비교적 크다[곡선(k1) 참조].
한편, 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)은 In을 함유하고 In의 반응물의 증기압은 낮기 때문에, 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)의 에칭 속도는 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108)의 에칭 속도보다 작다. 따라서, 면내 방향(DR1)에서의 영역(REG2)의 에칭 깊이의 분포는 영역(REG1)의 에칭 깊이의 면내 방향(DR1)의 분포보다 작다[곡선(k2) 참조].
즉, 면내 방향(DR1)에서의 영역(REG1)에 생성된 에칭 깊이의 차는 영역(REG2)에서의 에칭 속도의 저하에 의해 흡수된다. 그 결과, 면내 방향(DR1)에서의 영역(REG2)의 에칭 깊이의 분포는 면내 방향(DR1)에서의 영역(REG1)의 에칭 깊이의 분포보다 작다.
다음에, In을 함유하는 영역(REG2)의 에칭 속도가 AlGaAs계 재료로 구성된 영역(REG1)의 에칭 속도보다 작은 것을 나타내고 있는 실험 결과가 설명될 것이다.
도 8 및 도 9는 각각 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)를 제조할 때의 에 칭시의 플라즈마 발광을 설명하기 위한 제1 및 제2 타이밍 차트이다.
도 8 및 도 9에서, 종축은 플라즈마 발광의 강도를 표현하고 있고, 횡축은 시간을 표현하고 있다. 도 8은 에칭이 공진기 영역의 중간부에 수행되는 경우를 도시하고 있고, 도 9는 에칭이 공진기 영역으로부터 반사층(102)의 3 주기 정도까지 수행된 경우를 도시하고 있다.
도 8에서, 곡선(k3)은 갈륨(Ga)의 발광 광도를 나타내고 있고, 곡선(k4)은 인듐(In)의 발광 강도를 나타내고 있고, 곡선(k5)은 알루미늄(Al)의 발광 강도를 나타내고 있다.
도 9에서, 곡선(k6)은 Ga의 발광 강도를 나타내고 있고, 곡선(k7)은 In의 발광 강도를 도시하고 있고, 곡선(k8)은 알루미늄의 발광 강도를 도시하고 있다.
실험에서, 표면으로부터 반사층(106)과 공진기 영역 사이의 계면까지의 두께가 3.18 ㎛이고 In을 함유하는 공진기 영역의 두께가 0.23 ㎛인 샘플이 사용된다.
표면으로부터 반사층(106)과 공진기 영역 사이의 계면까지의 영역에서의 에칭 속도는 3.18 ㎛/817초=3.65×10-3 ㎛/s이다. 한편, 공진기 영역의 에칭 속도는 0.23 ㎛/372초=6.18×10-4 ㎛/s이다(도 9 참조).
전술한 바와 같이, In을 함유하는 공진기 영역에서, 에칭 속도가 저하된다. 공진기 영역의 두께(=0.23 ㎛)는 공진기 영역의 상부의 영역의 두께(=3.18 ㎛)보다 작지만, 공진기 영역은 에칭을 위해 더 장시간을 필요로 한다.
In의 발광 강도는 공진기 영역에서 증가한다[곡선(k4 및 k7) 참조]. 따라 서, 에칭은 In의 발광 강도의 증가를 검출함으로써 공진기 영역에서 용이하게 정지될 수 있다.
Ga의 발광 강도 및 Al의 발광 강도는 에칭 시간의 경과에 따라 주기적으로 변화하고, 발광 강도의 진폭은 에칭 시간의 경과에 따라 점진적으로 감소한다[곡선(k3, k5, k6 및 k8) 참조].
면내 방향(DR1)에서의 웨이퍼의 에칭 깊이의 분포가 균일하면, Ga의 발광 강도 및 알루미늄의 발광 강도는 일정한 진폭으로 주기적으로 변화한다.
한편, 면내 방향(DR1)에서의 웨이퍼의 에칭 깊이의 분포가 균일하지 않으면, Al의 발광과 Ga의 발광이 동시에 관측되어 Ga의 발광 강도의 진폭과 Al의 발광 강도의 진폭이 작아지게 된다.
따라서, 에칭 시간의 경과에 따른 Ga의 발광 강도의 진폭 및 Al의 발광 강도의 진폭의 점진적인 감소는 에칭 시간의 경과에 따라 웨이퍼의 면내 방향(DR1)에서 에칭 깊이의 차가 발생한다는 것을 의미한다.
에칭이 공진기 영역을 통과하여 수행된 후에, Ga의 발광 강도의 진폭과 Al의 발광 강도의 진폭이 더 감소한다. 에칭 바닥면이 반사층(102)에 도달할 때, 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 더 큰 차가 발생한다[곡선(k6 및 k8) 참조].
도 10은 공진기 영역에서의 에칭 정지시의 평탄부의 에칭 깊이와, 메사 간격에 대한 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 기판(101)측에 배열된 반사층(102)에서의 에칭 정지시의 평탄부의 에칭 깊이와, 메사 간격에 대한 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11에서, 종축은 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차(Δd)를 표현하고 있고, 횡축은 메사 간격을 표현하고 있다.
도 10 및 도 11에서, ◆는 평탄부 에칭 깊이를 나타내고 있고, ■는 차(Δd)를 나타내고 있다.
에칭이 공진기 영역의 중간부에서 정지될 때, 메사 간격이 10 ㎛ 이하인 경우에도, 소자간 간극의 에칭 깊이와 평탄부의 에칭 깊이 사이의 차(Δd)는 100 nm 이하이다(도 10 참조).
한편, 에칭이 기판(101)측에 배열된 반사층(102)에서 정지되고 메사 간격이 약 23 ㎛일 때, 차(Δd)는 100 nm로 설정된다. 메사 간격이 20 ㎛ 이하로 설정될 때, 차(Δd)는 100 nm를 초과한다. 메사 간격이 10 ㎛ 이하일 때, 차(Δd)는 약 250 nm로 커지게 된다(도 11 참조).
이 방식으로, 소자간 부분과 평탄부 사이의 에칭 깊이의 큰 차가 에칭 바닥면이 공진기 영역에 도달할 때 발생하는 경우에도, 에칭은 In을 함유하는 공진기 영역에서 정지되고, 에칭 깊이의 큰 차는 에칭 속도가 작은 공진기 영역에서 흡수된다. 메사 간격이 작은 경우에도, 소자간 간극과 평탄부 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)는 작아질 수 있다.
즉, 에칭은 In을 함유하는 공진기 영역에서 정지되기 때문에, 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)가 조밀하게 배열되어 있는 소자간 간극과 면 발광 레이저 소자 가 형성되지 않은 평탄부가 공존하는 웨이퍼의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이를 균일화하는 것이 가능하다.
도 12는 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)의 평면도 및 단면도이다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)가 배열되어 있는 영역은 비에칭 영역이고, 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 주위가 에칭 영역이다.
라인 A-A'를 따라 취한 단면은 면 발광 레이저 소자(25 내지 27) 및 면 발광 레이저 소자(25)의 부근의 평탄부의 단면을 포함한다. 면 발광 레이저 소자(25, 26) 사이 그리고 면 발광 레이저 소자(26, 27) 사이의 에칭 깊이는 D1으로 설정되고, 면 발광 레이저 소자(25)의 부근의 평탄부의 에칭 깊이는 D2로 설정된다.
에칭 깊이(D1)는 에칭 깊이(D2)보다 작다. 그 결과, 에칭 깊이(D1)와 에칭 깊이(D2) 사이의 차는 Δd로 설정된다.
스커트부(141 내지 145)는 콘택트층(108), 선택적 산화층(107), 반사층(106), 공진기 스페이서 층(105), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(103)을 에칭함으로써 형성된다. 전술한 바와 같이, 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)은 In을 함유하고, 에칭 속도는 비교적 느리다. 이 이유로, 면내 방향(DR1)에서의 면 발광 레이저 어레이(100)의 에칭이 또한 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 활성층(104)의 에칭시에 진행된다. 그 결과, 스커트부(141 내지 145)의 크기는 종래의 면 발광 레이저 어레이에서의 크기보다 작다.
에칭 형상의 스커트부는 메사 구조체의 상부 부분의 측면의 기울기와는 상이 한 기울기를 갖고, 산화 협착 층이 에칭 형상의 스커트부에 포함되고, 선택적 산화층의 폭은 메사 구조체의 상부 부분의 폭보다 크고, 선택적 산화층의 폭을 정확하게 추정하는 것이 곤란하다. 그 결과, 산화 영역(107b)의 폭의 추정이 부정확해지고, 산화 협착의 직경을 정확하게 제어하는 것이 곤란하다. 따라서, 에칭 바닥면이 전체 어레이 칩을 통과하여 공진기 영역에 진입하는 것이 바람직하다.
공진기 영역의 두께가 λ(1 파장 공진기의 두께)일 때, 웨이퍼 표면의 면내 방향에서의 에칭 깊이의 균일성을 얻기 위해 공진기 영역의 두께 방향에서의 중심이 에칭 바닥면(평탄부)과 합치하도록 에칭을 수행하는 것이 바람직하다. 이 경우, Δd는 매체 내의 유효 길이로서 λ/2 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각의 발진 파장은 780 nm이기 때문에, 1 파장 공진기의 두께는 약 230 nm이다. 따라서, 차(Δd)는 115 nm 이하인 것이 바람직하다.
종래의 면 발광 레이저 어레이에서, 차(Δd)가 115 nm일 때, 메사 간격은 20 ㎛ 이하이다(도 11 참조). 본 발명의 면 발광 레이저 어레이(100)에서, 차(Δd)는 메사 간격이 약 20 ㎛인 경우에도 100 nm보다 작다. 따라서, 본 발명은 메사 간격이 20 ㎛ 이하일 때 효과적이다. 1 파장 공진기의 두께는 파장이 780 nm보다 작은 경우에 더 작고, 차(Δd)는 메사 간격이 더 큰 영역에서 λ/2를 초과한다.
전술한 바와 같이, 면 발광 레이저 어레이(100)에서, 메사 구조체를 형성하기 위한 메사 에칭은 In을 함유하는 공진기 영역의 중간부에서[또는 공진기 스페이서 층(103)의 중간부에서] 정지된다. 메사 간격이 작아지는 경우에도, 소자간 간 극과 평탄부 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)는 작고, 반사층(102)의 저굴절률층(=AlAs)이 평탄부에서 노출되지 않는다. 그 결과, 선택적 산화층(107)의 선택적 산화가 수행되는 경우에도, 반사층(102)의 저굴절률층(=AlAs)은 산화되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 활성층(104)에 발생된 열을 반사층(102)의 AlAs(저굴절률층)를 통해 기판(1)으로 탈출시키는 것이 가능하고, 더미 소자를 사용하지 않고 활성층(104) 내에 열이 축적되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
소자간 부분의 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간격은 메사 구조체의 상부면의 위치에서의 면 발광 레이저 소자 사이의 간극과 메사 구조체의 바닥면의 위치에서의 면 발광 레이저 소자 사이의 간극 중 더 좁은 것을 의미한다. 메사 구조체의 상부면의 위치에서의 면 발광 레이저 소자 사이의 간극이 더 큰지 또는 메사 구조체의 바닥면의 위치에서의 면 발광 레이저 소자 사이의 간극이 더 큰지의 여부는 메사 구조체를 형성하기 위한 에칭 방법에 의존한다.
도 13은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도이다. 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 어레이(100A)는, 면 발광 레이저 소자(33 내지 40), 패드(83 내지 90) 및 와이어(W33 내지 W40)가 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)에 추가된 것을 제외하고는 본질적으로는 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)와 동일하다.
면 발광 레이저 어레이(100A)에서, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)는 4행, 10열의 2차원 구조로 배열된다. 면 발광 레이저 소자(33 내지 40)의 각각은 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각과 유사하게 한 변이 16 ㎛ 길이인 직사각형 형 태를 갖는다.
4개의 면 발광 레이저 소자(1, 11, 21, 31/2, 12, 22, 32/3, 13, 23, 33/4, 14, 24, 34/5, 15, 25, 35/6, 16, 26, 36/7, 17, 27, 37/8, 18, 28, 38/9, 19, 29, 39/10, 20, 30, 40)는 부 주사 방향으로 배열되고, 10개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 10/11 내지 20/21 내지 30/31 내지 40)는 주 주사 방향으로 배열된다.
주 주사 방향으로 배열된 10개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 10/11 내지 20/21 내지 30/31 내지 40)의 행은 부 주사 방향으로 단계적인 방식으로 시프트되고, 이들은 40개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)로부터 방출된 40개의 레이저 빔이 서로 중첩하지 않도록 배열된다.
주 주사 방향으로 배열된 10개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 10/11 내지 20/21 내지 30/31 내지 40)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격("X")으로 설정된다. 부 주사 방향으로 배열된 4개의 면 발광 레이저 소자(1, 11, 21, 31/2, 12, 22, 32/3, 13, 23, 33/4, 14, 24, 34/5, 15, 25, 35/6, 16, 26, 36/7, 17, 27, 37/8, 18, 28, 38/9, 19, 29, 39/10, 20, 30, 40)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격("d")으로 설정된다.
주 주사 방향으로 배열된 10개의 면 발광 레이저 소자[예를 들면, 소자(31 내지 40)]의 각각의 중심으로부터 부 주사 방향에 평행한 직선까지의 10개의 법선은 조건 "c2"="d"/10에 부합하도록 부 주사 방향으로 "c2"의 등간격으로 배열된다. 간격(d)이 24 ㎛로 설정될 때, 간격(c2)은 24/10=2.4 ㎛이다.
주 주사 방향으로 배열된 다른 10개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 10/11 내 지 20/21 내지 30)의 각각의 중심으로부터 부 주사 방향에 평행한 직선까지의 10개의 법선은 또한 전술한 바와 동일한 "c2"의 등간격으로 배열된다.
패드(51 내지 90)는 2차원 구조로 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)의 주위 둘레에 배열된다. 와이어(W1 내지 W40)는 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)를 패드(51 내지 90)에 각각 접속하도록 배열된다. 와이어(W33 내지 W40)의 각각은 예를 들면 8 ㎛의 선폭을 갖는다.
2차원 구조로 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 40) 중에서 최외주에 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 11, 20, 21, 30 내지 40)를 패드(51 내지 61, 70, 71, 80 내지 90)에 각각 접속하는 와이어(W1 내지 W11, W20, W21, W30 내지 W40)는 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자를 통과하지 않고 배열된다.
2차원 구조로 배열된 면 발광 레이저 소자(1 내지 40) 중에서 내측 위치에 배열된 면 발광 레이저 소자(12 내지 19, 22 내지 29)를 패드(62 내지 69, 72 내지 79)에 각각 접속하는 와이어(W12 내지 W19, W22 내지 W29)는 주 주사 방향에서 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이를 통과하여 배열된다. 와이어(W1 내지 W40)의 각각의 선폭이 전술한 바와 같이 8 ㎛이면, 와이어(W12 내지 W19, W22 내지 W29)의 각각은 주 주사 방향에서 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이에 배열될 수 있다.
패드(51 내지 90)가 배열되는 영역에서, 에피택셜층이 잔류하고, 홈(groove)(150)이 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)의 주위 둘레에 형성되고, 홈(150)은 폴리이미드로 매립된다. 와이어는 폴리이미드 층의 상부를 통과하도록 배열된다. 패드(51 내지 90)는 절연층을 거쳐 에피택셜층에 접합된다. 이 구조에 의해[폴리이미드 상의 패드(1 내지 40)의 형성보다는], 패드(1 내지 40) 및 절연층의 밀착성이 증가될 수 있고, 와이어 본딩시의 패드의 분리가 확실히 방지될 수 있다.
면 발광 레이저 소자(33 내지 40)의 각각은 도 2 및 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 단면 구조와 동일한 단면 구조를 갖는다.
따라서, 면 발광 레이저 어레이(100A)에 메사 구조체를 형성하기 위한 메사 에칭은 In을 함유하는 공진기 영역[공진기 스페이서 층(103)]의 중간부에서 정지되고, 메사 간격이 작아지는 경우에도 소자간 간극과 평탄부 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작아지고, 반사층(102)의 저굴절률층(=AlAs)이 평탄부에서 노출되지 않는다. 그 결과, 선택적 산화층(107)의 선택적 산화가 수행되는 경우에도, 반사층(102)의 저굴절률층(=AlAs)은 산화되지 않는다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 활성층(104)에 발생된 열이 반사층(102)의 AlAs(저굴절률층)를 통과하여 기판(1)으로 탈출될 수 있고, 더미 소자를 사용하지 않고 열이 활성층(104)에 축적되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
도 14는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도이다. 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예의 면 발광 레이저 어레이(200)에서, 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100)의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)가 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)로 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 어레이(100)의 구성과 동일하다.
면 발광 레이저 어레이(200)에서, 와이어(W1 내지 W32)는 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)를 패드(51 내지 82)에 각각 접속한다. 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)는 4행, 8열의 2차원 구조로 배열된다.
면 발광 레이저 소자(151 내지 182)의 각각은 한 변이 16 ㎛인 직사각형 형태를 갖는다. 4개의 면 발광 레이저 소자(151, 159, 167, 175/152, 160, 168, 176/153, 161, 169, 177/154, 162, 170, 178/155, 163, 171, 179/156, 164, 172, 180/157, 165, 173, 181/158, 166, 174, 182)의 8개의 열은 부 주사 방향으로 배열되고, 8개의 면 발광 레이저 소자(151 내지 158/159 내지 166/167 내지 174/175 내지 182)는 주 주사 방향으로 배열된다. 주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(151 내지 158/159 내지 166/167 내지 174/175 내지 182)는 부 주사 방향으로 단계적인 방식으로 시프트되어 배열된다. 그 결과, 32개의 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)로부터 방출된 32개의 레이저 빔은 서로 중첩되지 않는다.
주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(151 내지 158/159 내지 166/167 내지 174/175 내지 182)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격(X)으로 설정된다.
부 주사 방향으로 배열된 4개의 면 발광 레이저 소자(151, 159, 167, 175/152, 160, 168, 176/153, 161, 169, 177/154, 162, 170, 178/155, 163, 171, 179/156, 164, 172, 180/157, 165, 173, 181/158, 166, 174, 182)에서, 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 간극은 간격(d)으로 설정된다. 주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(151 내지 158)의 각각의 중심으로부터 부 주 사 방향으로 배열된 직선까지 취한 8개의 법선의 부 주사 방향에서의 간극은 c1의 등간격으로 배열된다.
주 주사 방향으로 배열된 8개의 면 발광 레이저 소자(159 내지 166/167 내지 174/175 내지 182)의 8개의 중심으로부터 부 주사 방향으로 배열된 직선까지의 8개의 법선 사이의 부 주사 방향에서의 간극은 또한 c1의 등간격으로 배열된다.
도 15는 도 14의 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자(151)의 단면도이다. 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(151)에서, 도 2에 도시되어 있는 면 발광 레이저 소자(1)의 공진기 스페이서 층(103, 105) 및 반사층(106)은 공진기 스페이서 층(103A, 105A) 및 반사층(106A)으로 각각 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소자(1)의 구성과 동일하다.
공진기 스페이서 층(103A)은 비도핑 (Al0 .1Ga0 .9)0.5In0 .5P로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다. 공진기 스페이서 층(105A)은 비도핑 (Al0 .1Ga0 .9)0.5In0 .5P로 구성되고 활성층(104) 상에 형성된다.
반사층(106A)은 p-(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P로 구성되어 도 2에 도시되어 있는 반사층(106) 중에서 활성층(104)에 가장 근접한 저굴절률층을 형성하고, 이 반사층(106A)은 공진기 스페이서 층(105A) 상에 형성된다.
반사층(106A)은 활성층(104)에 의해 발진된 발진광을 브래그의 다중 경로 반사를 통해 반사하고 활성층(104)에 이 발진광을 구속하는 반도체 분포 브래그 반사기를 구성한다.
도 16은 도 15에 도시되어 있는 면 발광 레이저 소자(151)의 활성층(104)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 공진기 스페이서 층(103A)에 접한다. 공진기 스페이서 층(103A)은 반사층(102)의 저굴절률층(1021) 및 활성층(104)의 배리어층(1042)에 접한다. 반사층(106A)에서, 도 3에 도시되어 있는 반사층(106) 중에서 활성층(104)에 가장 근접한 저굴절률층(1061)이 저굴절률층(1061A)으로 교체되어 있고, 다른 구성은 반사층(106)의 구성과 동일하다.
저굴절률층(1061A)은 p-(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P로 구성되고 공진기 스페이서 층(105A)에 접한다. 공진기 스페이서 층(105A)은 활성층(104)의 배리어층(1042) 및 반사층(106A)의 저굴절률층(1061A)에 접한다.
면 발광 레이저 소자(151)에서, 공진기 스페이서 층(103A, 105A) 및 활성층(104)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(151)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103A, 105A) 및 활성층(104)은 1 파장 공진기를 구성한다.
도 14에 도시되어 있는 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)의 각각은 도 15 및 도 16에 도시되어 있는 면 발광 레이저 소자(151)의 구성과 동일한 구성을 갖는다.
면 발광 레이저 어레이(200)는 도 4a 내지 도 6b의 제조 프로세스에 따라 제조된다.
이 경우, 도 4a의 프로세스에서, 공진기 스페이서 층(103A, 105A)의 반사층(102)의 (Al0 .1Ga0 .9)0.5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 MOCVD법을 통해 형성된다. 반사층(106A)의 저굴절률층(1061A)을 구성하는 p-(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI), 포스파인(PH3) 및 디메틸 아연(DMZn)을 원료로서 사용함으로써 MOCVD법을 통해 형성된다. 디메틸 아연(DMZn) 대신에, 사브롬화 탄소(CBr4)가 사용될 수도 있다.
면 발광 레이저 어레이(200)의 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)의 각각에서, 공진기[=공진기 스페이서 층(103A, 105A) 및 활성층(104)] 및 반사층(106A)의 일부[저굴절률층(1061A)]는 In을 함유하고, In을 함유하는 층의 두께는 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)에서의 두께보다 크다. 따라서, 면 발광 레이저 어레이(200)의 에칭의 제어는 면 발광 레이저 어레이(100)의 에칭의 제어와 비교할 때 더 용이해진다.
본 실시예에서, 단지 반사층(106A) 중에서 공진기에 가장 근접한 저굴절률층(1061A)만이 In을 함유한다. 대안적으로, 본 실시예는 공진기에 가장 근접한 공진기의 상부 반사층(106a)의 저굴절률층 및 고굴절률층의 모두가 In을 함유하도록 변형될 수도 있다. 이 경우, 저굴절률층은 (Al0 .7Ga0 .1)0.5In0 .5P로 구성되고, 고굴절률층은 (Al0 .1Ga0 .9)0.5In0 .5P로 구성된다. 이 경우, 두 개 이상의 층이 In을 함유할 수 있고, In을 함유하는 층의 두께의 합이 더 커질 수 있다.
와이드 밴드 간극(band gap)인 p-(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P가 Zn 또는 Mg를 도핑함으로써 다수의 경우에 사용된다. 이러한 도핑제는 확산이 용이하다. 이들이 활성층(104)으로 확산되면, 활성층(104)이 손상될 수 있고, 이는 발광 효율을 저하시키고 신뢰성을 저하시킨다.
면 발광 레이저 소자(151 내지 182)에서, p-(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 공진기 스페이서 층(105A)보다 활성층(104)으로부터 이격하여 반사층(106A)에 배열되고, 공진기 스페이서 층(103A, 105A)은 비도핑 (Al0 .1Ga0 .9)0.5In0 .5P로 구성된다. 불순물의 바람직하지 않은 영향이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
따라서, 면 발광 레이저 어레이(200)에 메사 구조체를 형성하기 위한 메사 에칭이 In을 함유하는 영역의 중간부에서[또는 공진기 스페이서 층(103A)의 중간부에서] 정지된다. 메사 간격이 작아지는 경우에도, 소자간 간극과 평탄부 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작아지고, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)(=AlAs)이 평탄부에서 노출되지 않는다. 그 결과, 선택적 산화층(107)의 선택적 산화가 수행되는 경우에도, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)(=AlAs)이 산화되지 않는다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 활성층(104)에 발생된 열이 반사층(102)의 AlAs(저굴절률층)를 거쳐 기판(1)으로 탈출될 수 있고, 더미 소자를 사용하지 않고 활성층(104)에 열이 축적되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 면 발광 레이저 어레이(200)는 In을 함유하는 층 두께가 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)보다 두꺼운 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)를 구비하기 때문에, In을 함유하는 층에서 면 발광 레이저 어레이(100)보다 더 충분한 제어성을 갖는 에칭 바닥면이 정지될 수 있다.
다음에, 본 실시예의 면 발광 레이저 어레이(200)의 출력 특성이 설명될 것이다.
도 17은 실험을 위해 사용된 도 14의 실시예의 면 발광 레이저 소자의 단면도이다. 도 18은 실험을 위해 사용된 비교예의 면 발광 레이저 소자의 단면도이다.
도 17의 실시예에서, 면 발광 레이저 소자(151)의 반사층(102) 중에서 활성층(104)에 인접한 3 주기의 저굴절률층(1021)(=AlAs)의 두께는 3λ/4로 설정되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소자(151)의 구성과 동일하다.
도 18의 비교예에서, 면 발광 레이저 소자(151)의 반사층(102)은 30.5 주기의 n-Al0 .3Ga0 .7As/n-AlAs 및 10 주기의 n-Al0 .3Ga0 .7As/n-Al0 .9Ga0 .1As로 구성된다. n-Al0.3Ga0.7As, n-AlAs 및 n-Al0 .9Ga0 .1As의 각각은 λ/4의 두께를 갖는다.
도 19는 실험 결과를 나타내고 있는 광학 출력과 전류 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 19에서, 종축은 광학 출력을 표현하고 있고, 횡축은 전류를 표현하고 있다.
곡선(k9)은 본 발명의 면 발광 레이저 소자의 광학 출력과 전류 사이의 관계를 나타내고 있고, 곡선(k10)은 비교예의 면 발광 레이저 소자의 광학 출력과 전류 사이의 관계를 나타내고 있다. 실험은 16 ㎛2의 면적을 갖는 발광부를 구비하는 면 발광 레이저 소자로부터 20℃에서의 연속파(CW)를 관측함으로써 수행되었다.
도 19의 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의한 면 발광 레이저 소자의 광학 출력의 포화값은 비교예의 면 발광 레이저 소자의 광학 출력의 포화값보다는 고전류값 측으로 시프트되고, 높은 출력이 얻어진다.
본 발명에 따른 면 발광 레이저 소자에서, 기판(101)의 측면 상의 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 높은 열전도율을 갖는 AlAs로 구성되기 때문에, 기판(101)의 측면에 의한 방열이 양호해지고 소자 동작시의 소자의 온도 상승이 제어된다.
따라서, 기판(101)에 제공된 반사층(102)의 저굴절률층(1021)을 구성하는 높은 열전도율을 갖는 AlAs의 사용에 의해 그리고 활성층(104)에 발생된 열을 기판(101)에 방열시키는 구성을 채택함으로써, 면 발광 레이저 소자의 출력 특성 및 나아가서는 면 발광 레이저 어레이의 출력 특성이 향상될 수 있는 것이 실험적으로 증명되었다.
본 실시예의 면 발광 레이저 어레이는 면 발광 레이저 어레이(100A)(도 13 참조)와 같이 4행×10열로 배열된 40개의 면 발광 레이저 소자를 구비할 수 있다.
본 발명의 면 발광 레이저 어레이는, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)의 공진기 스페이서 층(103, 103A)이 Ga0 .5In0 .5P로 구성된 면 발광 레이저 소자를 포함하도록 제공될 수 있다. 본 발명의 면 발광 레이저 어레이는, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)의 공진기 스페이서 층(103, 103A)이 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P로 구성된 면 발광 레이저 소자를 포함하도록 제공될 수 있다. 이 경우, (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 활성층(104)측에 배열되고, Ga0 .5In0 .5P는 반사층(102)측에 배열된다.
(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P에 의해 활성층(104)에 캐리어가 구속되어(shut up) 증가되는 동안, 활성층(104)에 발생된 열은 반사층(102)으로 더 많이 방열하도록 이루어질 수 있다. Ga0 .5In0 .5P는 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P보다 높은 열전도율을 갖는다.
표 1은 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)/활성층(104)의 우물층(1041)이 AlGaAs/AlGaAs로 형성되는 경우 및 우물층(1041)이 AlGaInP/GaInPAs로 형성되는 경우 각각에 있어서, 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차와, 배리어층(1042)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차를 나타내고 있다.
[표 1]
파장 780 nm
스페이서 층 Al0 .6Ga0 .4As (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P
(Eg=2.022 eV) (Eg=2.324 eV)
활성층
- 우물층 Al0 .12Ga0 .88As GaInAs
(Eg=1.5567 eV) (Eg=1.5567 eV)
- 배리어 층 Al0 .3Ga0 .7As Ga0 .6In0 .4P
(Eg=1.78552 eV) (Eg=2.02 eV)
ΔEg(스페이서/우물) 465.9 meV 767.3 meV
ΔEg(배리어/우물) 228.8 meV 463.3 meV
파장 850 nm(기준)
스페이서 층 Al0 .6Ga0 .4As
(Eg=2.0226 eV)
활성층
- 우물층 GaAs
(Eg=1.42 eV)
- 배리어층 Al0 .3Ga0 .7As
(Eg=1.78552 eV)
ΔEg(스페이서/우물) 602.6 meV
ΔEg(배리어/우물) 365.5 meV
AlGaAs 및 AlGaAs가 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A) 및 활성층(104)의 우물층(1041)에 각각 사용될 때, 발진 파장이 780 nm인 면 발광 레이저 소자에서의 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 우물층(1041) 사이의 밴 드 간극의 차는 465.9 meV이고, 배리어층(1042)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차는 228.8 meV이다.
AlGaAs 및 AlGaAs가 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A) 및 활성층(104)의 우물층(1041)에 각각 사용될 때, 발진 파장이 850 nm인 면 발광 레이저 소자에서의 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차는 602.6 meV이고, 배리어층(1042)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차는 365.5 meV이다.
한편, AlGaInP 및 GaInPAs가 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A) 및 활성층(104)의 우물층(1041)에 각각 사용될 때, 발진 파장이 780 nm인 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)에서의 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차는 767.3 meV이고, 배리어층(1042)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차는 463.3 meV이다.
따라서, 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 활성층(104)의 우물층(1041)을 AlGaInP 및 GaInPAs로 각각 구성함으로써, 공진기 스페이서 층(103, 105; 103A, 105A)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차 및 배리어층(1042)과 우물층(1041) 사이의 밴드 간극의 차가 종래보다 증가될 수 있다.
그 결과, 우물층(1041)에 대한 캐리어의 구속 효과가 현저하게 증가하고, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)는 낮은 임계치로 발진하면서 더 높은 출력의 발진광을 방출할 수 있다. 활성층(104)은 압축 스트레인을 갖는 GaInPAs를 포함하기 때문에, 이득의 증가는 무거운 정공(heavy hole)과 가벼운 정공(light hole)의 밴드 분리에 따라 커지게 된다.
이에 의해, 높은 이득을 얻게 되고 높은 출력의 발광이 낮은 임계치로 얻어질 수 있다. 이 효과는 GaAs 기판과 거의 동일한 격자 상수를 갖는 AlGaAs 시스템에 의해 제조된 면 발광 레이저 소자(780 nm 또는 850 nm)에서는 얻어지지 않는다.
캐리어 구속의 향상, 및 왜곡된 양자 우물 구조로 구성된 활성층(104)에 의한 높은 이득에 의해, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)의 임계 전류가 낮아질 수 있고, 광학 추출의 측면에서의 반사층(106, 106A)에 의한 반사율의 감소가 높은 출력 발광과 함께 얻어진다.
활성층(104)은 알루미늄을 함유하지 않는 재료를 포함하고 알루미늄을 함유하지 않은(aluminum free) 활성 영역(양자 우물 활성층 및 인접한 층)으로서 고려되기 때문에, 이들 영역에 산소의 함량이 감소될 때, 비발광 재결합 중심부의 형성을 제어할 수 있고, 긴 수명 동작을 얻을 수 있다. 이는 광학 기록 유닛 또는 광원 유닛을 재사용 가능하게 한다.
상기 실시예에서, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 AlAs로 구성된다. 대안적으로, 활성층(104)보다는 기판(101)측에 배열된 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 단지 선택적 산화층(107)의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 반도체 재료로 이루어지면 된다. 선택적 산화층(107)은 일반적으로 AlxGa1 - xAs(x≥0.9)로 구성되기 때문에, AlAs로 구성된 저굴절률층(1021)은 일반적으로 선택적 산화층(107)의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는다.
알루미늄을 함유하는 층의 경우에, 알루미늄의 함량이 상이하면, 더 큰 알루미늄의 함량을 갖는 층의 산화 속도가 더 크고, 알루미늄의 함량이 동일하면, 더 큰 두께를 갖는 층의 산화 속도가 더 크다.
상기 실시예에서, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)의 모두는 AlAs로 구성된다. 대안적으로, 반사층(102)은 단지 선택적 산화층(107)의 산화 속도보다 큰 산화 속도를 갖는 저굴절률층[=AlxGa1 -xAs(x≥0.9)]을 활성층(104)측에 구비하면 된다. 이는 활성층(104)에 발생된 열을 기판(101)에 방열하는 효과가 높아 열원[=활성층(104)]에 인접한 부분의 열전도율을 높아지게 하기 때문이다.
상기 실시예에서, 메사 에칭은 공진기 스페이서 층(103, 103A)의 중간부에서 정지된다. 대안적으로, 면 발광 레이저 어레이(100, 100A)에서, 메사 에칭은 공진기[공진기 스페이서 층(103), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(105)]의 내부에서 또는 공진기와 반사층(106)의 계면에서 정지되는 것이 적합하다. 면 발광 레이저 어레이(200)에서, 메사 에칭은 공진기[공진기 스페이서 층(103A), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(105A)]의 내부에서, 또는 반사층(106A)의 저굴절률층(1061A)의 내부에서, 또는 저굴절률층(1061A)과 고굴절률층(1062)의 계면에서 정지되는 것이 적합하다. 일반적으로, 메사 에칭은 반사층(102)보다는 반사층(106)측에서 정지되는 것이 적합하다.
도 20은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이의 평면도이다. 도 20에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예의 면 발광 레이저 어레이(300)는 기판(310), 면 발광 레이저 소자(311 내지 320) 및 패드(321 내지 330)를 포함한다.
면 발광 레이저 소자(311 내지 320)는 1차원 구조로 기판(310) 상에 배열된다. 면 발광 레이저 소자(311 내지 320)는 전술한 면 발광 레이저 소자(1 내지 40) 또는 면 발광 레이저 소자(151 내지 182)로 구성된다.
패드(321 내지 330)는 면 발광 레이저 소자(311 내지 320) 둘레에 배열되고 p-형 전극(111)에 각각 접속된다. 임계치 상승이 제어되고, 고출력 동작이 가능한 다수의 면 발광 레이저 소자(311 내지 320)를 동일한 기판(310) 상에 쌓으므로써, 예를 들면 빔에 의한 더 많은 데이터 전송이 동시에 가능해지기 때문에, 광학 통신에 사용될 때, 고속 통신이 수행될 수 있다.
활성층(104)에 발생된 열의 방열 특성은 또한 낮은 전력으로 동작하는 동안 양호하기 때문에, 면 발광 레이저 소자(311 내지 320)는 특히 장치 내에 취입되어 사용될 때 온도 상승을 감소시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저 어레이 제조 방법의 설명이 도 21a 내지 도 23을 참조하여 제공될 것이다.
(1) 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)법을 사용하는 결정 성장을 사용하여, 반사층(하부 반사기)(102), 공진기 스페이서 층(하부 스페이서 층)(103), 활성층(104), 공진기 스페이서 층(상부 스페이서 층)(105), 선택적 산화층(107) 및 반사층(상부 반사기)(106)을 포함하는 반도체층이 기판(101) 상에 순차적으로 적층된다(도 21a 참조). 이하에는, 이들 층이 적층되어 있는 반도체 적층 제품을 다층 반도체막이라 칭한다.
(2) 발광부 및 어레이 경계부에 대응하는 포토마스크(PM)의 패턴이 포토리소그래피법을 통해 다층 반도체막의 표면[기판(101)에 대향하는 표면] 상에 형성된다(도 21b 참조). 본 예에서, 하나의 칩은 9개의 발광부(3×3)를 갖는다.
(3) 메사의 형상이 포토마스크(PM)를 에칭 마스크로서 사용하여 건식 에칭법을 통해 형성된다(도 21c 참조). 이하에는, 메사의 형상을 편의상 "메사"라 칭한다. 이 때, 에칭은 또한 어레이 경계부로서 사용되는 부분에도 수행된다. 본 예에서, 에칭은 에칭 바닥면이 하부 스페이서 층(103)에 도달할 때까지 수행된다.
(4) 포토마스크(PM)가 제거된다.
(5) 전류 협착 구조가 선택적 산화층(107)에 형성된다(도 21d 참조).
(6) 어레이 경계부를 에칭하기 위한 에칭 마스크의 패턴이 포토리소그래피법을 통해 형성된다.
(7) 에칭은 에칭 바닥면이 기판(101)에 도달할 때까지 어레이 경계부에 수행된다(도 22a 참조). 각각의 어레이부는 다른 어레이부로부터 각각 분리되거나 또는 격리된다.
(8) SiO2, SiN 및 SiON의 임의의 하나로 제조된 보호막(109)이 패시베이션막(passivation film)으로서 형성된다(도 22b 참조).
(9) 에칭이 수행되어 메사 상부 부분의 콘택트와 어레이 경계부의 바닥면의 분할부에서의 패시베이션막을 제거한다(도 22c 참조). 이 때, 어레이 경계부의 측면 상의 패시베이션막의 부분은 에칭되지 않도록 마스킹된다.
(10) p-형 전극(111)이 리프트 오프법을 통해 형성된다(도 22d 참조). 전극 이외의 부분은 포토레지스트에 의해 미리 마스킹되고, 전극 재료의 증착 후에 초음파 세척이 포토레지스트가 용해되어 있는 아세톤과 같은 용액에 수행된다. Cr/AuZn/Au의 다층막 또는 Ti/Pt/Au의 다층막이 p-형 전극 재료로서 사용된다.
(11) 기판(101)의 이면의 연마가 미리 결정된 두께(약 100 ㎛)에 도달하도록 수행된 후에, n-형 전극(112)이 형성된다(도 23 참조). n-형 전극(112)은 AuGe/Ni/Au의 다층막으로 구성된다.
(12) 전극 패드(도시 생략)와 발광부의 각각의 p-형 전극(111)에 대응하는 전극 패드 사이의 전기적인 접속을 설정하기 위한 배선이 형성된다. 개구가 p-형 전극(111)의 중심부에 형성되고, 레이저 빔이 이 개구로부터 방출된다. 이에 의해, 각각의 메사는 발광부로서 기능한다.
(13) 어레이 경계부의 바닥면의 분할부를 따라 절단되어 웨이퍼를 칩으로 분할한다.
이와 같이 제조된 본 실시예의 면 발광 레이저 어레이(400)가 도 24에 도시되어 있다. 이 면 발광 레이저 어레이(400)는 제조시에 분할된 칩으로서 제조되기 때문에, 기판(101)의 만곡을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 제조 수율이 향상되고 저비용으로 생산품을 얻는 것이 가능하다.
면 발광 레이저 어레이(350)의 하부 반사기(102)의 측면은 보호막으로 덮여지기 때문에, 하부 반사기(102)의 저굴절률층이 대기중의 수분과 반응하여 산화되어 왜곡이 발생되고 파괴가 진행되는 것을 억제하는 것이 가능하다. 즉, 시간 경 과에 따른 열화가 방지될 수 있고, 신뢰할 수 있는 면 발광 레이저 어레이의 형성을 실현하는 것이 가능하다.
[응용예]
도 25는 도 13의 면 발광 레이저 어레이(100A)를 사용하는 광학 주사 장치의 구성을 도시하고 있는 도면이다.
도 25에 도시되어 있는 바와 같이, 광학 주사 장치(400)는 광원(401), 커플링 렌즈(402), 조리개(aperture)(403), 애너모픽 렌즈(anamorphic lens)(404), 다각형 미러(405), 편향기측 주사 렌즈(406), 상면(image surface)측 주사 렌즈(407), 방진 글래스(408), 상면(409), 방음 글래스(410) 및 더미 렌즈(411)를 포함한다.
광원(401)은 도 13에 도시되어 있는 면 발광 레이저 어레이(100A)로 구성된다. 광원(401)으로부터 방출된 40개의 광빔은 커플링 렌즈(402)에 입사되고, 커플링 렌즈(402)는 이 광빔을 약간의 발산광으로 변환하고 이 광빔을 안내하여 애너모픽 렌즈(404)에 입사시킨다.
애너모픽 렌즈(404)에 입사된 광빔은, 주 주사 방향에서 평행하고 다각형 미러(405)의 부근에서는 부 주사 방향에서 집속하도록 애너모픽 렌즈(404)에 의해 변환된다.
다음에, 광빔은 조리개(403), 더미 렌즈(411) 및 방음 글래스(410)를 통해 다각형 미러(405)에 입사된다.
광빔은 다각형 미러(405)에 의해 편향되고, 방진 글래스(408)를 통과하고, 결상(image formation)이 편향기측 주사 렌즈(406) 및 상면측 주사 렌즈(407)에 의해 상면(409)에 실시된다.
광원(401) 및 커플링 렌즈(402)는 알루미늄으로 제조된 부품에 공통으로 고정된다.
광원(401)은, 10개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 10/11 내지 20/21 내지 30/31 내지 40)의 10개의 중심으로부터 부 주사 방향으로 배열된 직선까지의 10개의 법선의 부 주사 방향에서의 간극이 c2의 등간격으로 배열되도록 배열된 40개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100A)로 구성되고, 40개의 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)의 점등 타이밍을 조정함으로써 광전도체 상에서 광원이 등간격으로 부 주사 방향에서 나란히 배치되어 있는 경우와 동일한 구성으로서 간주될 수 있다.
부 주사 방향에서의 광학 기록의 간극은 면 발광 레이저 소자(1 내지 40)의 소자간 간극(c2) 및 광학계의 배율을 조정함으로써 조정될 수 있다. 즉, 면 발광 레이저 어레이(100A)(40개의 채널)가 광원(401)으로서 사용될 때, 소자간 간극(c2)이 전술한 바와 같이 2.4 ㎛로 설정되기 때문에, 광학계의 배율을 약 2.2배로 설정함으로써 4800 dpi의 고밀도 기록을 수행할 수 있다.
주 주사 방향에서의 소자의 수를 증가시키고, 주 주사 방향으로 배열된 인접한 면 발광 소자 사이의 간격(c2)을 더 작게 하고, 부 주사 방향으로 배열된 면 발광 레이저 소자 사이의 간격(d)을 더 작게 하고, 또는 광학계의 배율을 낮춤으로 써, 고밀도 광학 기록이 고품질 인쇄로 얻어질 수 있다. 이 경우, 주 주사 방향의 광학 기록 간극은 광원(401)의 점등 타이밍을 조정함으로써 용이하게 제어 가능하다.
따라서, 광학 주사 장치(400)에 있어서, 40개의 도트가 동시에 기록될 수 있고, 고속 인쇄가 수행될 수 있다. 면 발광 레이저 어레이(100A)의 면 발광 레이저 소자의 수를 증가함으로써, 고속 인쇄가 더욱 더 가능하다.
면 발광 레이저 어레이(100A)의 수명은 면 발광 레이저 어레이(100A)에 대해 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)를 사용함으로써 현저하게 향상되기 때문에, 광학 기록 유닛 또는 광원 유닛이 재사용 가능해질 수 있다.
광학 주사 장치(400)에서, 광원(401)은 도 1의 면 발광 레이저 어레이(100) 또는 도 14의 면 발광 레이저 어레이(200)로 구성될 수 있다.
도 26은 레이저 프린터의 구성을 도시하고 있는 도면이다. 도 26에 도시되어 있는 바와 같이, 레이저 프린터(500)는 광전도체 드럼(501), 광학 주사 장치(502), 세척 유닛(503), 대전 유닛(504), 현상 유닛(505), 전사 유닛(506) 및 정착 유닛(507)을 포함한다.
광학 주사 장치(502), 세척 유닛(503), 대전 유닛(504), 현상 유닛(505), 전사 유닛(506) 및 정착 유닛(507)은 광전도체 드럼(501)의 주연 둘레에 배열된다.
광학 주사 장치(502)는 도 25에 도시되어 있는 광학 주사 장치(400)로 구성되고, 이는 전술한 방법을 통해 다중 레이저 빔을 사용하여 광전도체 드럼(501) 상에 잠상을 형성한다.
세척 유닛(503)은 광전도체 드럼(501) 상에 잔류하는 토너를 제거한다. 대전 유닛(504)은 광전도체 드럼(501)의 표면을 대전한다. 현상 유닛(505)은 광전도체 드럼(501)의 표면에 토너를 공급하고, 광학 주사 장치(502)에 의해 형성된 잠상으로의 토너 현상을 실시한다.
전사 유닛(506)은 토너 화상을 기록 매체에 전사한다. 정착 유닛(507)은 전사된 토너 화상을 기록 매체에 정착한다.
레이저 프린터(500)에서, 동작의 시작시에, 대전 유닛(504)은 광전도체 드럼(501)의 표면을 대전하고, 광학 주사 장치(502)는 다중 레이저 빔에 의해 광전도체 드럼(501) 상에 잠상을 형성한다.
현상 유닛(505)은 광학 주사 장치(502)에 의해 형성된 잠상에 토너를 공급하여 토너 화상을 형성한다. 전사 유닛(506)은 토너 화상을 기록 매체에 전사하고, 정착 유닛(507)은 전사된 토너 화상을 기록 매체에 정착한다. 이에 의해, 토너 화상이 기록 용지(508) 상에 전사되고, 그 후에 토너 화상은 정착 유닛(507)에 의해 열 융합되고, 전자 사진 화상의 형성이 완료된다.
한편, 제전 유닛(electric discharge unit)(도시 생략)이 광전도체 드럼 표면을 제전함으로써 광전도체 드럼(501)의 표면 상의 잠상을 소거하고, 세척 유닛(503)은 광전도체 드럼(501)의 표면 상에 잔류하는 토너를 제거한다. 이에 의해, 전술한 전자 사진 동작이 반복되어 일련의 동작이 고속으로 화상을 연속적으로 출력한다. 레이저 프린터(500)는 본 발명의 실시예의 화상 형성 장치를 구성한다.
도 27은 화상 형성 장치의 구성을 도시하고 있는 도면이다. 도 27에 도시되 어 있는 바와 같이, 화상 형성 장치(600)는 광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K), 대전 유닛(2Y, 2M, 2C, 2K), 현상 유닛(4Y, 4M, 4C, 4K), 세척 유닛(5Y, 5M, 5C, 5K), 전사/대전 유닛(6Y, 6M, 6C, 6K), 정착 유닛(610), 광학 기록 유닛(620) 및 전사 벨트(630)를 포함한다. 도 27에서, Y는 옐로우를 나타내고 있고, M은 마젠타를 나타내고 있고, C는 시안을 나타내고 있고, K는 블랙을 나타내고 있다.
광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K)는 화살표에 의해 지시되어 있는 방향으로 회전된다. 대전 유닛(2Y, 2M, 2C, 2K), 현상 유닛(4Y, 4M, 4C, 4K), 전사/대전 유닛(6Y, 6M, 6C, 6K) 및 세척 유닛(5Y, 5M, 5C, 5K)은 회전 방향에 따른 순서로 배열된다.
대전 유닛(2Y, 2M, 2C, 2K)은 광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K)의 표면을 균일하게 대전하는 부재이다. 대전 유닛(2Y, 2M, 2C, 2K)과 현상 유닛(4Y, 4M, 4C, 4K) 사이의 광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K)의 표면은 광학 기록 유닛(620)[광학 주사 장치(400)로 구성됨]으로부터 광빔에 의해 조사되어, 정전 화상이 광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K) 상에 형성된다.
현상 유닛(4Y, 4M, 4C, 4K)은 정전 화상에 기초하여 광전도체(1Y, 1M, 1C, 1K)의 표면 상에 토너 화상을 형성한다.
전사/대전 유닛(6Y, 6M, 6C, 6K)은 기록 용지(640)에 각각의 컬러의 토너 화상을 순차적으로 전사한다. 마지막으로, 정착 유닛(610)은 전사된 화상을 기록 용지(640)에 정착한다.
각각의 컬러의 컬러 어긋남이 기계적 정확도 등에 기인하여 발생할 수도 있지만, 화상 형성 장치(600)는 고밀도 화상 형성을 위해 설계되고 광학 기록 유 닛(620)에 사용된 면 발광 레이저 어레이의 면 발광 레이저 소자의 턴온 타이밍을 조정함으로써 컬러 어긋남의 보상 정확도를 증가시킬 수 있다.
도 28은 광학 송신 모듈의 구성의 도면이다. 도 28에 도시되어 있는 바와 같이, 광학 송신 모듈(700)은 면 발광 레이저 어레이(701) 및 광 파이버(702)를 포함한다.
면 발광 레이저 어레이(701)는, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)가 1차원 구조로 배열되도록 구성된다. 광 파이버(702)는 복수의 플라스틱 광 파이버(POF)로 구성된다. 복수의 플라스틱 광 파이버는 면 발광 레이저 어레이(701)의 복수의 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)에 대응하여 배열된다.
광학 송신 모듈(700)에 있어서, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)로부터 방출된 레이저 빔은 대응 플라스틱 광 파이버에 각각 전송된다. 아크릴계 플라스틱 광 파이버는 650 nm의 흡수 손실의 바닥부를 갖고, 650 nm 면 발광 레이저 소자가 개발 중에 있다. 그러나, 이는 바람직하지 않은 고온 특성을 갖고, 아직 실용화되고 있지 않다.
LED(발광 다이오드)가 광원으로서 사용되지만, 고속 변조를 얻는 것은 곤란하다. 1 Gbps를 초과하는 고속 전송의 실현을 위해 반도체 레이저의 사용이 요구된다.
전술한 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)의 발진 파장은 780 nm이다. 방열 특성이 향상되고, 높은 출력이 제공되고, 고온 특성이 양호하다. 광 파이버의 흡수 손실은 크지만, 광학 송신 모듈(700)은 단거리 전송에만 유용하다.
광학 통신의 분야에서, 대량의 데이터를 동시에 전송하기 위해, 복수의 반도체 레이저가 집적화되는 레이저 어레이를 사용하는 병렬 전송이 개발되었다. 이 기술에 의해, 고속 병렬 전송이 가능하고 대량의 데이터의 동시 전송이 가능하다.
광학 송신 모듈(700)에서, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)는 광 파이버에 각각 대응한다. 대안적으로, 상이한 발진 파장을 갖는 다수의 면 발광 레이저 소자가 1차원 또는 2차원 어레이 구조로 배열될 수 있고, 전송 속도가 파장-다중화 송신을 수행함으로써 증가될 수 있다.
더욱이, 면 발광 레이저 소자(1 내지 40, 151 내지 182)를 사용하는 면 발광 레이저 어레이와 저가의 POF가 조합되어 있는 광학 송신 모듈(700)은 저가의 광학 송신 모듈 및 이를 사용하는 광 파이버 통신 시스템을 제공하는 것을 가능하게 한다.
광 파이버 통신 시스템은 저가이기 때문에, 가정용, 사무용, 기기내(in-device) 사용을 위한 단거리 데이터 통신에 효과적이다.
도 29는 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 변형예의 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 도 29의 면 발광 레이저 소자(1B)로 구성된다. 도 29에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1B)에서, 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 공진기 스페이서 층(103)이 공진기 스페이서 층(103B)으로 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소 자(1)의 구성과 동일하다.
공진기 스페이서 층(103B)은 비도핑 Ga0 .5In0 .5P로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다. Ga0 .5In0 .5P는 공진기 스페이서 층(103)을 구성하는 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P보다 큰 열전도율을 갖는다.
도 30은 도 29의 면 발광 레이저 소자(1B)의 활성층(104)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 30에 도시되어 있는 바와 같이, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 공진기 스페이서 층(103B)에 접한다. 공진기 스페이서 층(103B)은 반사층(102)의 저굴절률층(1021) 및 활성층(104)의 배리어층(1042)에 접한다.
면 발광 레이저 소자(1B)에서, 공진기 스페이서 층(103B, 105) 및 활성층(104)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(1B)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103B, 105) 및 활성층(104)은 1 파장 공진기를 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1B)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)는 도 4a 내지 도 6b의 제조 프로세스에 따라 제조된다. 이 경우, 도 4a의 프로세스에서, 공진기 스페이서 층(103B)의 Ga0 .5In0 .5P는 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 MOCVD법을 통해 형성된다.
공진기[=공진기 스페이서 층(103B, 105) 및 활성층(104)]는 In을 함유하기 때문에, 이는 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1B)를 사용하는 면 발광 레이저 어레이(100)의 제조시에, 메사 구조체를 형성하기 위한 에칭이 공진기[공진기 스페이서 층(103B)]의 중간부에서 정지되고, 소자간 부분(120)과 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작아지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 더미 소자를 사용하지 않고 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 차를 감소할 수 있다.
소자간 부분(120)과 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작기 때문에, 와이어(W1 내지 W32)의 단절의 가능성이 낮아질 수 있다.
패드(51 내지 82)는 평탄부(130)에 배열되기 때문에, 메사 구조체가 와이어 본딩시에 패드(51 내지 82)에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
면 발광 레이저 소자(1)와는 대조적으로, 면 발광 레이저 소자(1B)는, 공진기 스페이서 층(103B)이 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P보다 큰 열전도율을 갖는 Ga0 .5In0 .5P로 구성되고 활성층(104)에 발생된 열의 대부분이 기판(101)측으로 방열될 수 있도록 제공된다.
상기 실시예에서, 메사 구조체의 바닥부는 공진기 스페이서 층(103B)의 중간부에 위치된다. 대안적으로, 메사 구조체의 바닥면은 In을 함유하는 공진기[=공진기 스페이서 층(103B, 105) 및 활성층(104)]의 두께 방향에서의 임의의 위치에 위치될 수 있다.
도 31은 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 변형예의 단면도이다. 본 실시예에서, 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 도 31의 면 발광 레이저 소자(1C)로 구성된다.
도 31에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1C)에서, 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 공진기 스페이서 층(103)은 공진기 스페이서 층(103C)으로 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소자(1)의 구성과 동일하다.
공진기 스페이서 층(103C)은 비도핑 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P/Ga0 .5In0 .5P로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다.
도 32는 도 31의 면 발광 레이저 소자(1C)의 활성층(104)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 32에 도시되어 있는 바와 같이, 공진기 스페이서 층(103C)은 스페이서 층(1031, 1032)으로 구성된다. 스페이서 층(1031)은 반사층(102)의 저굴절률층(1021)과 접촉하여 형성되고, 스페이서 층(1032)은 활성층(104)의 배리어층(1042)과 접촉하여 형성된다.
스페이서 층(1031)은 Ga0 .5In0 .5P로 구성된다. 스페이서 층(1032)은 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P로 구성된다.
면 발광 레이저 소자(1C)에서, 공진기 스페이서 층(103C, 105) 및 활성층(104)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(1C)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103C, 105) 및 활성층(104)은 1 파장 공진기를 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1C)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)는 도 4a 내지 도 6b의 제조 프로세스에 따라 제조된다. 이 경우, 도 4a의 프로세스에서, 공진기 스페이서 층(103C)의 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P/Ga0 .5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 MOCVD법을 통해 형성된다.
공진기[=공진기 스페이서 층(103C, 105) 및 활성층(104)]는 In을 함유하기 때문에, 이는 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1C)를 사용하는 면 발광 레이저 어레이(100)의 제조시에, 메사 구조체를 형성하기 위한 에칭은 공진기[공진기 스페이서 층(103C)]의 중간부에서 정지되고, 소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)는 작아지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 더미 소자를 사용하지 않고 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 차를 감소할 수 있다.
소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작기 때문에, 와이어(W1 내지 W32)의 단절의 가능성이 낮아질 수 있다.
패드(51 내지 82)는 평탄부(130)에 배열되기 때문에, 메사 구조체가 와이어 본딩시에 패드에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
면 발광 레이저 소자(1C)에서, 공진기 스페이서 층(103C) 중에서 활성층(104)에 접하는 스페이서 층(1032)은 와이드 밴드 간극 재료인 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P 로 구성된다.
반사층(102)의 저굴절률층(1021)(=AlAs)에 접하는 스페이서 층(1031)은 Ga0.5In0.5P로 구성된다. 이 이유로, 면 발광 레이저 소자(1)와는 대조적으로, 활성층(104)에 발생된 열의 대부분은 기판(101)측에 방열될 수 있고, 면 발광 레이저 소자(1)에 포함된 정도의 캐리어와 동일한 정도의 캐리어를 제공하는 것이 가능하다.
상기 실시예에서, 메사 구조체의 바닥면은 공진기 스페이서 층(103C)의 중간부에 위치된다. 대안적으로, 메사 구조체의 바닥면은 In을 함유하는 공진기[=공진기 스페이서 층(103C, 105) 및 활성층(104)]의 두께 방향에서의 임의의 위치에 위치될 수 있다.
도 33은 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 변형예의 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 도 33의 면 발광 레이저 소자(1D)로 구성된다. 도 33에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1D)에서, 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 공진기 스페이서 층(103)은 공진기 스페이서 층(103D)으로 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소자(1)의 구성과 동일하다.
공진기 스페이서 층(103D)은 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P/AlGaAs로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다.
도 34는 도 33의 면 발광 레이저 소자(1D)의 활성층(104)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 34에 도시되어 있는 바와 같이, 공진기 스페이서 층(103D)은 스페이서 층(1031A, 1032A)으로 구성된다. 스페이서 층(1031A)은 반사층(102)의 저굴절률층(1021)과 접촉하여 형성되고, 스페이서 층(1032A)은 활성층(104)의 배리어층(1042)과 접촉하여 형성된다.
스페이서 층(1031A)은 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P의 열전도율보다 큰 열전도율을 갖는 AlGaAs로 구성된다. 스페이서 층(1032A)은 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P로 구성된다.
면 발광 레이저 소자(1D)에서, 공진기 스페이서 층(103D, 105) 및 활성층(104)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(1D)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103D, 105) 및 활성층(104)은 1 파장 공진기를 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1D)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)는 도 4a 내지 도 6b의 제조 프로세스에 따라 제조된다. 이 경우, 도 4a의 프로세스에서, 공진기 스페이서 층(103D)의 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 인듐(TMI) 및 포스파인(PH3)을 원료로서 사용함으로써 MOCVD를 통해 형성되고, 공진기 스페이서 층(103D)의 AlGaAs는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG) 및 아르신(AsH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다.
공진기 스페이서 층(103D)의 스페이서 층(1032A), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(105)은 In을 함유하기 때문에, 이들은 메사 구조체를 형성할 때 면내 방 향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1D)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)의 제조시에, 메사 구조체를 형성하기 위한 에칭은 공진기 스페이서 층(103D)의 스페이서 층(1032A)의 중간부에서 정지되고, 소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 간극의 차(Δd)가 작아지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 더미 소자를 사용하지 않고 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 차를 감소할 수 있다.
소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작기 때문에, 와이어(W1 내지 W32)의 단절의 가능성이 낮아질 수 있다. 패드(51 내지 82)는 평탄부(130)에 배열되기 때문에, 메사 구조체가 와이어 본딩시에 패드(51 내지 82)에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
면 발광 레이저 소자(1D)에서, 공진기 스페이서 층(103D) 중에서 활성층(104)에 접하는 스페이서 층(1032A)은 와이드 밴드 간극 재료인 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P로 구성된다. 반사층(102)의 저굴절률층(1021)(=AlAs)에 접하는 스페이서 층(1031A)은 AlGaAs로 구성된다.
따라서, 면 발광 레이저 소자(1)와는 대조적으로, 열은 면 발광 레이저 소자(1)에 포함된 정도의 캐리어와 동일하게 포함된 캐리어를 실현하는 열로 기판(101)측에 더 대부분 방열될 수 있고, 활성층(104)에 발생된다.
상기 실시예에서, 메사 구조체의 바닥면은 스페이서 층(1032A)의 중간부에 위치된다. 대안적으로, 메사 구조체의 바닥면은 In을 함유하는 스페이서 층(1032A), 활성층(104) 및 공진기 스페이서 층(105)의 두께 방향에서의 임의의 위치에 위치될 수 있다.
도 35는 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 변형예의 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1의 면 발광 레이저 소자(1 내지 32)의 각각은 도 35의 면 발광 레이저 소자(1E)로 구성된다. 도 35에 도시되어 있는 바와 같이, 면 발광 레이저 소자(1E)에서, 도 3의 면 발광 레이저 소자(1)의 공진기 스페이서 층(103) 및 활성층(104)은 공진기 스페이서 층(103E) 및 활성층(104A)으로 각각 교체되어 있고, 다른 구성은 면 발광 레이저 소자(1)의 구성과 동일하다.
공진기 스페이서 층(103E)은 비도핑 AlGaAs로 구성되고 반사층(102) 상에 형성된다. 활성층(104A)은 AlGaAs계 재료로 구성되고 780 nm 레이저 빔을 방출하도록 제공된다.
면 발광 레이저 소자(1E)에서, 메사 구조체의 바닥면은 공진기 스페이서 층(105)의 중간부에 위치된다.
도 36은 도 35의 면 발광 레이저 소자(1E)의 활성층(104A)의 근방을 도시하고 있는 단면도이다. 도 36에 도시되어 있는 바와 같이, 공진기 스페이서 층(103E)은 저굴절률층(1021) 및 반사층(102)의 활성층(104A)과 접촉하여 형성된다.
공진기 스페이서 층(103E)은 Al0 .6Ga0 .4As로 구성된다. 활성층(104A)은, 3개 의 우물층(1041A) 및 4개의 배리어층(1042A)이 교대로 적층되어 있는 양자 우물 구조로 구성된다. 각각의 우물층(1041A)은 Al0 .12Ga0 .88As로 구성된다. 각각의 배리어층(1042A)은 Al0 .3Ga0 .7As로 구성된다.
면 발광 레이저 소자(1E)에서, 공진기 스페이서 층(103E, 105) 및 활성층(104A)은 공진기를 구성하고, 기판(101)에 수직인 방향에서의 공진기의 두께는 면 발광 레이저 소자(1E)의 1 파장(=λ)으로 설정된다. 즉, 공진기 스페이서 층(103E, 105) 및 활성층(104A)은 1 파장 공진기를 구성한다.
면 발광 레이저 소자(1E)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)는 도 4a 내지 도 6b의 제조 프로세스에 따라 제조된다.
이 경우, 도 4a의 프로세스에서, 공진기 스페이서 층(103E)의 Al0 .6Ga0 .4As, 우물층(1041A)의 Al0 .12Ga0 .88As 및 배리어층(1042A)의 Al0 .3Ga0 .7As는 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸 갈륨(TMG) 및 아르신(AsH3)을 원료로서 사용함으로써 형성된다.
공진기 스페이서 층(105)은 In을 함유하기 때문에, 이는 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성한다.
메사 구조체를 형성하기 위한 에칭은 면 발광 레이저 소자(1E)를 포함하는 면 발광 레이저 어레이(100)의 제조시에 공진기 스페이서 층(105)의 중간부에서 정지되기 때문에, 소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 간극의 차(Δd)가 작아지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 더미 소자를 사용하지 않고 기판(101)의 면내 방향(DR1)에서의 에칭 깊이의 차를 감소할 수 있다.
소자 배열부(120)와 평탄부(130) 사이의 에칭 깊이의 차(Δd)가 작기 때문에, 와이어(W1 내지 W32)의 단절의 가능성이 낮아질 수 있다. 패드(51 내지 82)는 평탄부(130)에 배열되기 때문에, 메사 구조체가 와이어 본딩시에 패드(51 내지 82)에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 면 발광 레이저 소자(1E)를 구성하는 반사층(102), 공진기 스페이서 층(103E), 활성층(104A), 공진기 스페이서 층(105), 반사층(106), 선택적 산화층(107) 및 콘택트층(108) 중에서, 단지 공진기 스페이서 층(105)만이 In을 함유한다. 대안적으로, 본 실시예는, 단지 공진기 스페이서 층(103E)만이 In을 함유하거나 또는 단지 활성층(104A)만이 In을 함유하도록 구성될 수도 있다.
단지 공진기 스페이서 층(103E)만이 In을 함유할 때, 공진기 스페이서 층(103E)은 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성하고, 메사 구조체의 바닥면은 공진기 스페이서 층(103E)의 중간부에 위치된다.
단지 활성층(104A)만이 In을 함유할 때, 활성층(104A)은 메사 구조체를 형성할 때 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하는 흡수층을 구성하고, 메사 구조체의 바닥면은 활성층(104A)의 중간부에 위치된다.
전술한 실시예에서, 반사층(102)의 저굴절률층(1021)은 AlAs로 구성된다. 대안적으로, 본 발명에 따르면, 저굴절률층(1021)은 AlxGa1 - xAs(0.9≤x≤1)로 구성될 수 있다.
본 발명의 면 발광 레이저 어레이는 4행×8열의 구조 이외의 2차원 구조로 배열된 복수의 면 발광 레이저 소자로 구성될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 수정 및 변형이 본 발명의 범주로부터 일탈하지 않고 이루어질 수 있다.
본 발명은 2006년 8월 23일 출원된 일본 특허 출원 제2006-226561호, 2006년 8월 23일 출원된 일본 특허 출원 제2006-226562호 및 2007년 5월 22일 출원된 일본 특허 출원 제2007-134856호에 기초하고 이들의 우선권의 이익을 청구하며, 이들 출원의 전체 내용은 그대로 본 명세서에 참조로서 인용되어 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 면 발광 레이저 소자를 포함하는 면 발광 레이저 어레이로서,
    상기 복수의 면 발광 레이저 소자의 각각은,
    반도체 브래그 반사기(Bragg reflector)를 구성하도록 기판 상에 형성된 제1 반사층과,
    상기 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층을 포함하는 공진기와,
    상기 반도체 브래그 반사기를 구성하도록 상기 제1 반사층 위에 형성되고 상기 공진기와 접촉하며, 내부에 선택적 산화층을 포함하는 제2 반사층
    을 포함하고,
    상기 제1 반사층은 상기 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 저굴절률층을 적어도 상기 활성층측에 포함하고, 상기 공진기는 적어도 In을 함유하는 AlGaInPAs계 재료로 제조되고, 각각의 면 발광 레이저 소자의 메사(mesa) 구조체의 바닥면은 상기 선택적 산화층 하부에 그리고 상기 제1 반사층의 상부에 위치되는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공진기는 상기 제2 반사층의 에칭 속도보다 작은 에칭 속도를 갖는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사층은 적어도 In을 함유하는 AlGaInPAs계 재료로 이루어진 층을 상기 활성층측에 포함하는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메사 구조체의 바닥면은 상기 공진기의 내부 또는 상기 제2 반사층과 상기 공진기 사이의 계면에 위치되는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사층은 AlAs로 이루어진 저굴절률층을 상기 면 발광 레이저 소자의 영역 전체에 걸쳐 포함하는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사층에 포함된 상기 선택적 산화층은 선택적 산화형 전류 협착부(current narrowing portion)를 구성하는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 면 발광 레이저 소자의 소자간 간극의 에칭 깊이와, 상기 복수의 면 발광 레이저 소자의 주변부의 에칭 깊이 사이의 차는 각각의 면 발광 레이저 소자의 발진(beam-emission) 파장의 1/2 이하인 것인 면 발광 레이저 어레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 면 발광 레이저 소자 중 두 개의 인접한 면 발광 레이저 소자 사이의 소자간 간극은, 상기 복수의 면 발광 레이저 소자의 두 개 의 메사 구조체의 상부면 위치 사이의 간극과, 상기 두 개의 메사 구조체의 바닥면 위치 사이의 간극 중 더 작은 간극으로 설정되고, 20 ㎛ 이하인 것인 면 발광 레이저 어레이.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사층의 측면은 보호막으로 덮여 있는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보호막은 SiO2, SiN 및 SiON 중 임의의 하나로 구성되는 것인 면 발광 레이저 어레이.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사층의 상기 공진기측에 배열된 저굴절률층의 알루미늄의 함량은 상기 선택적 산화층의 알루미늄의 함량보다 큰 것인 면 발광 레이저 어레이.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사층의 상기 공진기측에 배열된 저굴절률층의 알루미늄의 함량은 상기 선택적 산화층의 알루미늄의 함량과 동일하고, 상기 제1 반사층의 상기 공진기측에 배열된 저굴절률층의 두께는 상기 선택적 산화층의 두께보다 큰 것인 면 발광 레이저 어레이.
  13. 광학 주사 장치로서,
    제1항에 따른 면 발광 레이저 어레이와,
    상기 면 발광 레이저 어레이에 의해 방출된 복수의 레이저 빔을 편향시키는 편향 유닛과,
    상기 편향 유닛으로부터 광전도체(photoconductor)의 피주사면 상에 상기 레이저 빔을 유도하는 주사 광학 소자
    를 포함하는 광학 주사 장치.
  14. 제13항에 따른 광학 주사 장치가 제공되어 있는 화상 형성 장치.
  15. 제1항에 따른 면 발광 레이저 어레이가 복수의 레이저 빔을 방출하는 광원으로서 제공되어 있는 화상 형성 장치.
  16. 레이저 빔을 방출하는 메사 구조체를 갖는 면 발광 레이저 소자로서,
    기판과,
    반도체 브래그 반사기를 구성하도록 상기 기판 상에 형성된 제1 반사층과,
    상기 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층을 포함하는 공진기와,
    상기 반도체 브래그 반사기를 구성하도록 상기 제1 반사층 위에 형성되고 상기 공진기와 접촉하며, 내부에 선택적 산화층을 포함하는 제2 반사층과,
    상기 메사 구조체를 형성할 때 상기 기판의 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하도록 배열된 흡수층
    을 포함하고,
    상기 메사 구조체의 바닥면은 상기 기판에 수직인 방향으로 상기 흡수층에 위치되고,
    상기 제1 반사층은 상기 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 저굴절률층을 적어도 상기 활성층측에 포함하고, 상기 메사 구조체의 바닥면은 상기 선택적 산화층 하부에 그리고 상기 제1 반사층의 상부에 위치되는 것인 면 발광 레이저 소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 흡수층은 상기 공진기의 두께 방향으로 상기 공진기의 영역 전체에 형성되는 것인 면 발광 레이저 소자.
  18. 제16항에 있어서, 상기 흡수층은 상기 공진기의 두께 방향으로 상기 공진기의 영역 전체에 형성되고, 상기 제2 반사층의 두께 방향으로는 부분적으로 형성되는 것인 면 발광 레이저 소자.
  19. 제16항에 있어서, 상기 흡수층은 적어도 In을 함유하는 것인 면 발광 레이저 소자.
  20. 기판 상에 제공되고 복수의 면 발광 레이저 소자가 배열되어 있는 소자 배열부와, 상기 기판 상에 제공되고 상기 기판의 면내 방향으로 상기 소자 배열부의 주변에 배열된 평탄부를 포함하는 면 발광 레이저 어레이로서, 상기 복수의 면 발광 레이저 소자의 각각은 레이저 빔을 방출하는 메사 구조체를 포함하고, 상기 평탄부 및 상기 소자 배열부는 상기 메사 구조체를 형성할 때 상기 면내 방향에서의 에칭 깊이의 차를 흡수하도록 배열된 흡수층을 포함하는 것인 상기 면 발광 레이저 어레이를 제조하는 방법으로서,
    상기 기판 상에 다층 반도체막을 형성하는 단계와,
    상기 메사 구조체의 바닥면이 상기 흡수층에 배치되게 하여, 상기 소자 배열부 및 상기 평탄부가 형성되도록 상기 다층 반도체막을 에칭하는 단계를 포함하고,
    상기 다층 반도체막은,
    반도체 브래그 반사기를 구성하도록 기판 상에 형성된 제1 반사층과,
    상기 제1 반사층과 접촉하여 형성되고 활성층을 포함하는 공진기와,
    상기 반도체 브래그 반사기를 구성하도록 상기 제1 반사층 위에 형성되고 상기 공진기와 접촉하며, 내부에 선택적 산화층을 포함하는 제2 반사층을 포함하고,
    상기 제1 반사층은 상기 제2 반사층에 포함된 선택적 산화층의 산화 속도 이상의 산화 속도를 갖는 저굴절률층을 적어도 상기 활성층측에 포함하고, 상기 메사 구조체의 바닥면은 상기 선택적 산화층 하부에 그리고 상기 제1 반사층의 상부에 위치되는 것인 면 발광 레이저 어레이 제조 방법.
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