KR101020017B1 - 면 발광 레이저 및 면 발광 레이저 제조 방법 - Google Patents

면 발광 레이저 및 면 발광 레이저 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 긴 수명으로 신뢰성이 높은 면 발광 레이저의 구조를 제공하고, 이러한 면 발광 레이저를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
기판의 상부에 설치된 복수의 반도체층을 포함하는 하부 브래그 반사경과, 하부 브래그 반사경의 상부에 설치된 활성층 및 활성층의 하부에 설치된 개구부를 갖는 제1 절연층을 포함하는 하부 반도체층 및 상기 활성층의 상부에 설치된 개구부를 갖는 제2 절연층을 포함하는 상부 반도체층을 포함하는 공진기와, 공진기의 상부에 설치된 복수의 반도체층을 포함하는 상부 브래그 반사경을 구비하는, 면 발광 레이저가 제공된다. 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층이 제1 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하고, 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최하층이 제2 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성한다.

Description

면 발광 레이저 및 면 발광 레이저 제조 방법{SURFACE-EMITTING LASER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 반도체 레이저 기술에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 면 발광 레이저의 구조 및 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터의 처리 속도의 향상에 따라, 보다 고속이면서 대량인 복수의 컴퓨터 사이에서의 데이터 전송을 필요로 하고 있다. 이러한 데이터 전송을 실현하기 위해, 예컨대 하이엔드의 서버에 있어서, 소자 사이를 접속하기 위해 종래 사용되고 있었던 전기적 배선이 보다 고속인 광배선으로 대체되는 경향이 있다.
이러한 광배선을 사용하는 광 통신에 반도체 레이저가 종종 사용되고, 특히 장거리 통신에 사용되는 단면 발광 레이저보다도 저가격, 저소비 전력의 면 발광 레이저가 채용되는 경우가 많다.
그와 같은 면 발광 레이저의 수요에 대응하도록, 업계의 각 회사는 면 발광 레이저의 구조 및 제조 방법의 개선에 대해 활발하게 연구 개발을 행하고 있다. 그 결과, 예컨대 이하의 공개 특허 공보가 배경기술로서 발행되어 있다.
일본 특허 공개 평성 제11-97796호 공보는 GaN계 III-V족 질화물면 발광 레이저의 제작을 용이하게 하는 것을 목적으로, 반도체 기판 상에 한쌍의 분산 브래 그 반사경에 끼워져 위치하는 캐비티를 갖는 III-V족 화합물 면 발광 레이저 및 그 제조 방법을 개시한다. 이러한 면 발광 레이저에서는, 분산 브래그 반사경은 공기층 및 공기층보다도 높은 굴절율을 갖는 물질층이 교대로 적층하여 형성되어 있다.
일본 특허 공개 제2000-353858호 공보는, 장파장대(長波長帶)에서의 발진이 가능하고, 단일 횡 모드 동작이 가능하며, 막 두께가 얇고, 신뢰성이 높으며, 제작이 용이한 면 발광 레이저를 제공하는 것을 목적으로 하고, 활성층의 상하에 상부 다층 반도체층과 하부 다층 반도체층을 갖는 면 발광 레이저와 그 제작 방법을 개시한다. 이러한 면 발광 레이저에서는, 상부 다층 반도체층 및 하부 다층 반도체층을 각각 공기층/반도체층의 DBR 구조 및 공기층/반도체층의 DBR 구조로 한다.
일본 특허 공개 제2001-358403호 공보는 효율적으로 광 펌프에 의해 장파장대 면 발광 레이저를 여기하고, 또한 융착을 이용하지 않고 InP 기판 상에 모놀리식으로 고반사율의 DBR과 활성층을 제작하는 것을 가능하게 하는 면 발광 레이저를 개시한다. 이러한 면 발광 레이저에서는, 반도체 분포 브래그 반사경을 구성하는 반도체 중, 굴절율이 가장 작은 반도체와 가장 큰 반도체의 굴절율을 각각 nD1, nD2로 하고, 캐리어 차광층의 굴절율을 nS로 했을 때 nD1 < nS < nD2의 관계를 갖게 된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제11-97796호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-353858호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2001-358403호 공보
[비특허 문헌 1] B. M. Hawkins et al., "Reliability of various size oxide aperture VCELs", Electronic Components and Technology Conference(2002년 5월)
전술한 바와 같이, 면 발광 레이저는 단면 발광 레이저와 비교하여, 저가격, 저소비 전력이라는 장점이 있다. 그러나, 면 발광 레이저는 단부면 발광 레이저와 비교하여, 수명이 10분의 1 정도, 혹은 그 이하라는 과제가 있다. 이 과제는, 다수의 소자를 동시에 사용하는 컴퓨터 시스템 사이의 접속에 사용되는 경우, 시스템의 신뢰성이라는 관점에서 특히 중대한 과제가 된다.
그래서, 본 발명의 목적의 하나는 수명이 보다 길고 신뢰성이 높은 면 발광 레이저의 구조를 제공하고, 이러한 면 발광 레이저를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
반도체 기판의 상부에 설치된, 복수의 반도체층을 포함하는 하부 브래그 반사경과, 하부 브래그 반사경의 상부에 설치된 공진기로서, 활성층, 활성층의 하부에 설치된 개구부를 갖는 제1 절연층을 포함하는 하부 반도체층, 및 상기 활성층의 상부에 설치된 개구부를 갖는 제2 절연층을 포함하는 상부 반도체층을 포함하는 공진기와, 공진기의 상부에 설치된 복수의 반도체층을 포함하는 상부 브래그 반사경을 구비하는 면 발광 레이저가 제공된다. 면 발광 레이저에 있어서는, 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층이 제1 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하고, 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최하층이 제2 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성한다.
또한, 면 발광 레이저를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 제조 방법은, 하부 브래그 반사경을 형성하는 단계로서, 복수의 반도체층을 기판 상에 형성하는 단계와, 공진기를 형성하는 단계로서, 하부 반도체층을 하부 브래그 반사경의 상부에 형성하는 단계와, 활성층을 하부 반도체층의 상부에 형성하는 단계와, 상부 반도체층을 활성층의 상부에 형성하는 단계를 포함하는 단계와, 상부 브래그 반사경을 형성하는 단계로서, 복수의 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 제조 방법은, 전술한 단계 후에, 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층에 도달하는 에칭 홈을 형성하는 단계로서, 적어도 상기 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체, 상기 상부 반도체층, 상기 활성층 및 상기 하부 반도체층에 대해 에칭을 실시하는 단계와, 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층 및 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최하층에 에어 갭을 형성하는 단계로서, 에칭 홈으로부터의 가로 방향의 에칭을 상기 최상층 및 최하층에 대해 실시하는 단계와, 에어 갭에 의해 덮히는 개구부를 갖는 절연층을 형성하는 단계로서, 상부 및 하부 반도체층을 선택적으로 산화하는 단계를 포함한다.
상기한 발명의 개요는, 본 발명의 필요한 특징 모두를 열거한 것이 아니라, 이들의 구성 요소의 조합 또는 하위 조합도 또한 발명이 될 수 있는 것에 유의해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 면 발광 레이저의 단면 구조를 모식적 으로 표현한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 제조 방법을 모식적으로 표현한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 제조 방법을 모식적으로 표현한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 제조에 있어서의, 에어 갭 및 산화절연층의 형성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 가장 양호한 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명하지만, 이하의 실시예는 특허청구의 범위에 따른 발명을 한정할 만한 것이 아니고, 또한 실시예 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수적인 것으로 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은 많은 상이한 형태로 실시하는 것이 가능하고, 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되어야 하는 것이 아니다. 또한, 실시예 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 한정되지 않는 것에 유의한다. 실시예의 설명의 전체를 통해 동일한 요소에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
본 발명의 실시예로서, 기판의 상부에 설치된 하부 브래그 반사경, 공진기 및 상부 브래그 반사경을 구비하는 면 발광 레이저의 구조 및 면 발광 레이저를 제조하기 위한 방법을 개시한다.
본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 공진기는, 활성층의 상부 및 하부 각각에 개구부를 구비하는 산화 절연층을 구비한다. 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 하부 및 상부 브래그 반사경은 굴절율이 상이한 복수의 종류의 반도체층을 포함한다.
본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 하부 브래그 반사경에 포함되는 복수의 반도체층 중의 최상층은 공진기의 활성층의 하부에 존재하는 산화절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하고 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저의 상부 브래그 반사경에 포함되는 복수의 반도체층 중의 최하층은 공진기의 활성층의 상부에 존재하는 산화절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하고 있다.
여기서, 면 발광 레이저의 열화는, 주로 동작 전류 밀도의 크기에 의존하는 것이 알려져 있다[예컨대, 비특허 문헌 1: B. M. Hawkins et al., "Reliability of various size oxide aperture VCELs", Electronic Components and Technology Conference(2002년 5월)를 참조]. 따라서, 면 발광 레이저의 동작 전류 밀도가 커질수록, 면 발광 레이저의 수명은 짧아져 버린다.
한편, 반도체 레이저의 성능 지표인 전송 속도는, 주로 이하의 [수학식 1]에 의해 주어지는 광 응답의 완화 진동 주파수(fR)에 의존하는 것이 알려져 있다. 또, [수학식 1]에 있어서는, vg는 군 속도, a는 임계치 전류 밀도에서의 미분 이득, q는 단위 전하, L은 광 모드의 전류 주입 방향의 길이, ηi은 주입 효율, J는 구동 전류 밀도, Jth는 임계치 전류 밀도를 의미한다.
[수학식 1]
Figure 112009029629382-pct00001
따라서, 성능을 유지하면서 긴 수명의 면 발광 레이저를 실현하기 위해서는, 완화 진동 주파수(fR)를 고주파로 유지하면서, 동작 전류 밀도를 저감하는 것이 바람직하다. 높은 완화 진동 주파수(fR)를 얻으면서 동작 전류 밀도를 저감하기 위해서는 (1) 광 모드의 전류 주입 방향의 길이(L)를 작게 하는 것, (2) 임계치 전류 밀도(Jth)를 작게 하는 것, (3) 임계치 전류 밀도(Jth)에서의 미분 이득(a)을 크게 하는 것에 의해 실현할 수 있는 것이, [수학식 1]로부터 이해된다.
본 발명의 실시예의 면 발광 레이저에 있어서는, 「(1) 광 모드의 전류 주입 방향의 길이(L)를 작게 하는 것」이 특히 주목된다. 여기서, 면 발광 레이저에서는, 광 모드의 전류 주입 방향의 길이(L)는, 공진기의 광학 길이에 브래그 반사경의 전자계 침입 깊이를 더한 것이다. 면 발광 레이저 기술에서는, 공진기의 광학 길이는 최소의 길이(레이저광의 일파장)로 하는 것이 일반적이다. 따라서, 광 모드의 전류 주입 방향의 길이(L)를 더욱 작게 하기 위해서는, 브래그 반사경의 전자계 침입 깊이를 작게 하는 것이 유효하다.
그리고, 브래그 반사경의 전자계 침입 깊이는, 상기 브래그 반사경을 구성하는 저굴절율층과 고굴절율층의 굴절율의 차에 반비례한다. 그래서, 본 발명의 실시예에서는, 저굴절율층에 에어 갭을 설치하여 굴절율의 차를 최대로 함으로써, 브 래그 반사경의 전자계 침입 깊이를 최소로 하는 것을 실현하고 있다.
덧붙여, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저에서는, 공진기 내의 활성층의 상부 및 하부에 개구부를 갖는 산화절연층이 설치된다. 그리고, 전술한 에어 갭은 이러한 산화절연층의 개구부보다 큰 반경을 가지고, 또한 개구부를 덮도록 형성되어, 레이저광이 발진할 때 기판의 수평면 방향에 대해 광 모드 전부에 대해 최대의 굴절율차를 실현할 수 있도록 하고 있다. 또한 에어 갭 측면으로부터의 레이저광의 산란의 영향을 최소화하고 있다.
또한, 에어 갭을 설치함으로써 브래그 반사경을 구성하는 저굴절율층과 고굴절율층의 굴절율의 차를 최대로 하면, 상기 저굴절율층과 고굴절율층의 경계에 있어서 전자계의 침입은 급격히 감쇠한다. 따라서, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저에서는, 하부 브래그 반사경의 최상층 및 상부 브래그 반사경의 최하층에 에어 갭을 1쌍만 설치함으로써 원하는 목적을 달성할 수 있다.
또한, 그뿐만 아니라, 에어 갭을 2쌍 이상 설치한 경우, 하부 브래그 반사경 및 상부 브래그 반사경 각각의 내부에 있어 에어 갭 사이에서 공진기 유사의 구조가 형성되어 버리고, 그래서 생기는 발진에 의해 면 발광 레이저의 동작이 불안정하게 될 가능성이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저에서는, 브래그 반사경 내의 에어 갭은 1쌍만 설치하는 것이 단일 파장에서의 안정 동작을 실현하는 데에 있어서 바람직한 것에 유의해야 한다.
(면 발광 레이저의 구조)
도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 면 발광 레이저(100)의 단면 구조를 모 식적으로 표현한 도면이다. 도 1에 도시한 면 발광 레이저(100)의 구조는 n형 GaAs 기판(110) 상에, 하부 브래그 반사경(120), 공진기(130) 및 상부 브래그 반사경(140)을 구비한다. 면 발광 레이저(100)는 전류를 공급하기 위한 오믹 전극(152, 154)을 기판(110)의 바닥부 및 상부 브래그 반사경(140)의 상부에 구비한다. 또, 본 발명의 실시예에 있어서의 면 발광 레이저(100)는, 파장 850 ㎚에서 동작하는 것으로 한다.
하부 분산 브래그 반사경(120)은 복수의 반도체층을 포함한다. 구체적으로는, 하부 분산 브래그 반사경(120)은 25.5쌍의 n형 Al0.2Ga0.8As의 고굴절율층과 n형 Al0.9Ga0.1As의 저굴절율층이 교대로 놓인 적층(122) 및 공진기(130)에 접하는 최상층의 GaAs층(124)을 포함한다. 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)에서는, GaAs층(124)은 에어 갭(126)을 갖는 것에 유의한다. 또한, 본 발명의 실시예에 있어서는, 25.5쌍의 n형 Al0.2Ga0.8As와 n형 Al0.9Ga0.1As가 교대로 놓인 적층(122)은 3358 ㎚의 두께를 가지고, GaAs층(124)은 212 ㎚의 두께를 갖는 것으로 한다.
공진기(130)는 활성층(131) 및 활성층의 하부 및 상부에 설치된 반도체층(133, 137)을 포함한다. 활성층(131)은 Al0.12In0.22Ga0.66As로 이루어지는 변형 양자 우물 및 Al0.2Ga0.8As로 이루어지는 배리어로 구성된다. 하부 반도체층(133)은 Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 클래드층(132) 및 Al0.98Ga0.02As를 수증기 산화하여 얻어은, 개구부(134)를 포함하는 산화절연층(135)을 포함한다. 마찬가지로, 상부 반도체 층(137)은 Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 클래드층(136) 및 Al0.98Ga0.02As를 수증기 산화하여 얻은 개구부(138)를 포함하는 산화절연층(139)을 포함한다. 또, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 공진기(130)는 259 ㎚의 두께를 갖는 것으로 한다.
상부 분산 브래그 반사경(140)은 하부 분산 브래그 반사경(120)과 마찬가지로 복수의 반도체층을 포함한다. 구체적으로는, 상부 분산 브래그 반사경(140)은 공진기(130)에 접하는 최하층의 GaAs층(142)과, 15쌍의 p형 Al0.2Ga0.8As의 고굴절율층과 p형 Al0.9Ga0.1As의 저굴절율층이 교대로 놓인 적층(144)을 포함한다. 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)에서는, GaAs층(142)은 에어 갭(146)을 갖는 것에 유의한다. 또한, 본 발명의 실시예에 있어서는, GaAs층(142)은 212 ㎚의 두께를 갖고, Al0.2Ga0.8As와 Al0.9Ga0.1As가 교대로 놓인 적층(144)은 1962 ㎚의 두께를 각각 갖는 것으로 한다.
또, 하부 브래그 반사경(120) 및 상부 브래그 반사경(140)의 Al0.2Ga0.8As와 Al0.9Ga0.1As이 교대로 놓인 적층의 수를 각각 25.5쌍 및 15쌍으로 한 이유는, 99.9% 이상의 높은 평균 반사율을 실현하면서, 레이저광이 사출되는 상부 브래그 반사경으로부터 충분한 레이저광의 출력 강도를 얻기 위해서이다.
또한, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 특징으로서, 에어 갭은 하부 브래그 반사경(120)의 최상층인 GaAs층(124) 및 상부 브래그 반사경(140)의 최하층인 GaAs층(142)에만 형성되는 것에 유의한다. 즉, 에어 갭은 Al0.2Ga0.8As와 Al0.9Ga0.1As가 교대로 놓인 적층(122, 144)의 내부에는 형성되지 않는다.
본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 한층 더한 특징으로서, 공진기(130) 내의 활성층(131)의 상부 및 하부에 개구부(134, 138)를 갖는 산화절연층(135, 139)이 설치되고, 에어 갭(126, 146)은 이러한 개구부(134, 138)보다 큰 반경을 가지며, 또한 개구부(134, 138)를 덮도록 형성되어, 레이저광이 발진할 때 기판의 수평면 방향에 대해 광 모드 전부에 대해 최대의 굴절율차를 실현할 수 있도록 하고, 또한 에어 갭 측면으로부터의 레이저광의 산란의 영향을 최소화하고 있다.
구체적으로는, 본 발명의 실시예에 있어서는, 개구부(134, 138)는 직경 10 ㎛이고, 에어 갭(126, 146)은 직경 14 ㎛이며, 상부로부터 내려다보면 개구부가 에어 갭에 완전히 포함되도록 보인다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 제조 방법을 모식적으로 표현한 도면이다.
(기판의 준비)
본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 제조 방법은 우선 GaAs 기판(110)을 준비하는 단계로부터 개시된다(도 2a).
(하부 브래그 반사경의 형성)
다음으로, 하부 브래그 반사경(120)을 형성하기 위해, GaAs 기판(110) 상에, 결정 성장, 예컨대 MBE(분자선 에피택시)에 의해, 25.5쌍의 n형 Al0.2Ga0.8As의 고굴 절율층과 n형 Al0.9Ga0.1As의 저굴절율층이 교대로 놓인 적층(122)을 형성한다(도 2b). 그 후, 교대로 놓인 적층 상에 최상층이 되는 GaAs층(124)을 형성한다(도 2c).
(공진기의 형성)
다음으로, 공진기(130)를 형성하기 위해, Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 클래드층(132) 및 Al0.98Ga0.02As층(135)으로 구성되는 하부 반도체층(133)을 형성한다(도 2d). 다음으로, Al0.12In0.22Ga0.66As로 이루어지는 변형 양자 우물 및 Al0.2Ga0.8As로 이루어지는 배리어로 구성되는 활성층(131)을 형성한다(도 2e). 그 후, Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 클래드층(136) 및 Al0.98Ga0.02As층(135)으로 구성되는 상부 반도체층(137)을 형성한다(도 2f).
(상부 브래그 반사경의 형성)
다음으로, 상부 브래그 반사경(140)을 형성하기 위해, 최하층이 되는 GaAs층(142)을 형성한다(도 2g). 그 후, 결정 성장에 의해, 15쌍의 p형 Al0.2Ga0.8As의 고굴절율층과 p형 Al0.9Ga0.1As의 저굴절율층이 교대로 놓인 적층(144)을 형성한다(도 2h).
(에어 갭의 형성)
다음으로, 도 3으로 진행하여, 에어 갭을 형성하기 위해 건식 에칭을 실시하여, 하부 브래그 반사경(120)의 최상층(124)에 도달하는 에칭 홈(310)을 형성한다 (도 3a). 그 후, 하부 브래그 반사경(120)의 최상층(124) 및 상부 브래그 반사경(140)의 최하층(142)인 GaAs에 대해, NH4OH와 H2O2의 혼합 에칭액을 사용하여, 에칭 홈(310)으로부터 가로 방향의 선택적 습식 에칭을 실시함으로써, 에어 갭(126, 146)을 형성한다(도 3b).
(산화절연층의 형성)
다음으로, 산화절연층을 형성하기 위해 면 발광 레이저(100)의 주위(320)에 대해 에칭을 더 실시하고, 다른 반도체층보다도 산화 속도가 빠른 Al0.98Ga0.02As층(134, 138)을 노출시켜, 에어 갭(126, 146)에 의해 덮히는 개구부(134, 138)를 갖는 산화절연층(135, 139)이 형성되도록, Al0.98Ga0.02As층(134, 138)을 수증기 산화한다(도 3c).
또, 도 3c의 단계에 있어서의 수증기 산화에 대해서는, AlGaAs는 Al의 비율이 클수록 산화 속도가 빨라지고, 특히 Al의 비율이 95%를 넘으면 급격하게 산화 속도가 빨라지는 것이 알려져 있다. 그러나, Al의 비율을 100%로 하면(즉 AlAs를 사용하면), 수증기 산화 속도를 가장 빨리할 수 있지만, 반대로 신뢰성이 저하하는 것이 알려져 있다. 그래서 본 발명의 실시예에서는, 신뢰성을 유지하면서 선택적인 수증기 산화를 실현하기 위해, 수증기 산화에 의해 절연층이 되는 AlGaAs층의 Al의 비율을 98%로 하고 있다.
(오믹 전극의 형성)
마지막으로, 오믹 전극(152, 154)이 기판(110)의 하부 및 상부 브래그 반사 경(140)의 상부에 형성된다(도 3d).
도 4는 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 제조에 있어서의, 에어 갭 및 산화절연층의 형성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 4a, 도 4b, 도 4c 내지 도 4e는 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 각각 대응한다.
우선, 건식 에칭을 실시하여, 하부 브래그 반사경(120)의 최상층(124)에 돌달하는 폭 및 에칭 홈(310) 상호의 간격이 모두 14 ㎛인 2개의 에칭 홈(310)을 형성한다(도 4a).
다음으로, 하부 브래그 반사경(120)의 최상층(124) 및 하부 브래그 반사경(140)의 최하층(142)인 GaAs에 대해, NH4OH와 H2O2의 혼합 에칭액을 사용하여, 에칭 홈(310)으로부터 가로 방향의 선택적 습식 에칭을 7 ㎛만큼 실시함으로써, 에어 갭(126, 146)을 형성한다(도 4b).
또한, 에칭 홈(310)으로부터 Al0.98Ga0.02As층(134, 138)을 2 ㎛만큼 수증기 선택 산화한다(도 4c). 다음으로, 건식 에칭을 적어도 하위 브래그 반사경(120)의 최상층(124)까지 실시함으로써, 도 4d에 나타내는 바와 같은 50 ㎛× 14 ㎛의 섬을 형성한다(도 4d).
마지막으로, 50 ㎛× 14 ㎛의 섬을 수평 방향으로 20 ㎛만큼 수증기 선택 산화함으로써, 에어 갭(126, 146)으로 덮히는 10 ㎛× 10 ㎛의 개구부(134, 138)를 갖는 산화절연층(135, 139)이 형성된다(도 4e).
또, 수증기 산화를 실시한 Al0.98Ga0.02As층에 대해 재차 수증기 산화를 실시하 는 경우, 최초의 수증기 산화와 비교하여 산화 속도가 급격하게 감소하는 것이 알려져 있다. 이러한 성질에 의해, 본 발명의 실시예에 있어서는, 도 4d까지 형성된 산화층의 경계에서는 산화는 거의 진행하지 않는다. 그 결과로서, 도 4e의 산화층의 패턴이 형성되는 것이 이해된다.
이상, 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)의 구조 및 제조 방법을 개시했다. 본 발명의 실시예의 면 발광 레이저(100)는 브래그 반사경에의 전자계 침입 깊이가 최소로 되고 있기 때문에, 낮은 구동 전류 밀도에서 고속 동작이 가능하고, 따라서 고속 동작을 시킬 수 있었던 경우에도 신뢰성을 유지할 수 있다. 또한, 구동 전류 밀도를 작게 함으로써, 저소비 전력화도 실현된다.
상기한 실시예에, 여러 가지의 변경 또는 개량을 부가하는 것이 가능하다는 것이 이 명세서를 읽은 당업자에게 명확하다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 있어서는, n형 GaAs기판, n형 반도체를 사용하는 하부 브래그 반사경, p형 반도체를 사용하는 상부 브래그 반사경의 조합을 채용했지만, p형 GaAs 기판, p형 반도체를 사용하는 하부 브래그 반사경, n형 반도체를 사용하는 상부 브래그 반사경의 조합을 채용할 수도 있다.
또한, 전술한 조합에 있어서, n형 GaAs 기판 또는 p형 GaAs 기판을 절연형 GaAs 기판으로 대체하여도 좋다. 이러한 절연형의 기판을 채용하는 경우, 전류 패스를 확보하기 위해, 하부의 오믹 전극은 하부 브래그 반사경의 상부로서 공진기의 섬 주위에 형성하면 좋다. 그와 같은 변경 또는 개량을 부가한 형태도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것에 유의한다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판의 상부에 설치된, 복수의 반도체층을 포함하는 하부 브래그 반사경과,
    상기 하부 브래그 반사경의 상부에 설치된 공진기로서, 활성층, 상기 활성층의 하부에 설치된 개구부를 갖는 제1 절연층을 포함하는 하부 반도체층, 및 상기 활성층의 상부에 설치된 개구부를 갖는 제2 절연층을 포함하는 상부 반도체층을 포함하는 공진기와,
    상기 공진기의 상부에 설치된, 복수의 반도체층을 포함하는 상부 브래그 반사경
    을 포함하고, 상기 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층이 제1 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하며, 상기 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최하층이 제2 절연층의 개구부를 덮는 에어 갭을 형성하는 것인 면 발광 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층은 제1 반도체와 제2 반도체가 교대로 놓인 적층과, 제3 반도체의 최상층을 포함하는 것인 면 발광 레이저.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층은 제3 반도체 의 최하층과, 상기 제1 반도체와 제2 반도체가 교대로 놓인 적층을 포함하는 것인 면 발광 레이저.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 반도체, 제2 반도체 및 제3 반도체는, Al0.2Ga0.8As, Al0.9Ga0.1As 및 GaAs인 것인 면 발광 레이저.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공진기의 광학 길이는 면 발광 레이저가 발생시키는 레이저광의 일파장인 것인 면 발광 레이저.
  6. 면 발광 레이저를 제조하기 위한 면 발광 레이저 제조 방법으로서,
    하부 브래그 반사경을 형성하는 단계로서, 복수의 반도체층을 반도체 기판 상에 형성하는 단계와,
    공진기를 형성하는 단계로서, 하부 반도체층을 상기 하부 브래그 반사경의 상부에 형성하는 단계와, 활성층을 상기 하부 반도체층의 상부에 형성하는 단계, 그리고 상부 반도체층을 상기 활성층의 상부에 형성하는 단계를 포함하는 단계와,
    상부 브래그 반사경을 형성하는 단계로서, 복수의 반도체층을 형성하는 단계와,
    하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층에 도달하는 에칭 홈을 형성하는 단계로서, 적어도 상기 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체, 상부 반도 체층, 활성층 및 하부 반도체층에 대해 에칭을 실시하는 단계와,
    상기 하부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최상층 및 상부 브래그 반사경의 복수의 반도체층 중의 최하층에 에어 갭을 형성하는 단계로서, 상기 에칭 홈으로부터의 가로 방향의 에칭을 해당 최상층 및 최하층에 대해 실시하는 단계, 그리고
    상기 에어 갭에 의해 덮히는 개구부를 갖는 절연층을 형성하는 단계로서, 상기 하부 반도체층 및 상부 반도체층의 적어도 일부를 선택적으로 산화하는 단계
    를 포함하는 것인 면 발광 레이저 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 면 발광 레이저의 하부 브래그 반사경을 형성하는 단계는 제1 반도체와 제2 반도체를 교대로 적층하는 단계와, 제3 반도체를 최상층으로서 적층하는 단계를 포함하는 것인 면 발광 레이저 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 면 발광 레이저의 상부 브래그 반사경을 형성하는 단계는 제3 반도체를 최하층으로서 적층하는 단계와, 상기 제1 반도체와 제2 반도체를 교대로 적층하는 단계를 포함하는 것인 면 발광 레이저 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 상부 반도체층 및 하부 반도체층을 선택적으로 산화하는 단계는 상부 반도체층 및 하부 반도체층의 주위를 노출시키도록 에칭을 실시하는 단계와, 노출된 상기 상부 반도체층 및 하부 반도체층을 가로 방향으로부터 선 택적으로 산화하는 단계를 포함하는 것인 면 발광 레이저 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 기판의 하부 및 상부 브래그 반사경의 상부에 오믹 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 면 발광 레이저 제조 방법.
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