KR101626832B1

KR101626832B1 - 면발광 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101626832B1
Application number: KR1020140187300A
Authority: KR
Inventors: 김귀곤; 김상택; 김응권; 윤규도
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-06-02

Abstract

본 발명은 면발광 레이저 다이오드에 관한 것으로, 기판(100) 상에 제1 반사층(200), 활성층(250), 전류제어층, 제2 반사층(300), 개구부(400)로 구성된다. 상기 전류제어층은 전류가 차단되는 전류차단층(260)과 전류가 통과하는 전류통과층(270)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 반사층(200), 활성층(250), 전류제어층, 제2 반사층(300), 개구부(400), 전류 제어층은 주위가 식각된 원통형의 메사 형태로 형성될 수 있다. 상기 원통형의 메사 형태 주위에는 패시베이션층(500)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반사층의 일부는 오픈되어 제1 전극층(700)과 전기적으로 연결된다. 기판 상면 일부가 오픈되게 트렌치 형태로 식각된 부분에는 제2 전극층(800)과 전기적으로 연결되어 형성된다. 상기 제1 전극층(700) 일부분은 솔더 범프(850)와 전기적으로 연결되어 형성된다. 상기 개구부에 형성된 금속 배열층에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 광추출 효율이 향상되고 문턱전류가 감소되는 효과가 있다.

Description

면발광 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법{surface emitting laser diode and method for fabricating the same}

본 발명은 면발광 레이저 다이오드에 관한 발명으로서, 특히 표면 플라즈몬 공진 현상을 이용하여 광추출 효율을 향상시킨 면발광 레이저 다이오드에 관한 것이다.

측면 방향으로 발광되는 형태의 발광 레이저는 소자의 적층면과 평행 방향으로의 공진 구조를 가지고 적층면과 평행한 방향으로 레이저 광을 발진시키는 형태인 반면에, 면발광 레이저는 적층면에 수직한 방향으로의 공진 구조를 가지고 적층면과 수직한 방향으로 레이저 광을 발진시킨다.

면발광 레이저는 다층박막으로 구성되 두 개의 반사거울층이 존재하고, 상기 반사거울층 사이에 양자우물층을 포함하는 활성층이 배치된 구조로 이루어지며, 전류주입에 의해 이득을 얻는 레이저 장치로 정의될 수 있다. 면발광 레이저는 일반적인 측면발광 레이저와는 달리 웨이퍼의 표면에 수직 방향으로 빛을 발광하는 레이저이다. 수직공진 표면발광 레이저의 수직 방향으로 빛을 발광하는 특성은 다른 반도체 부품과의 집적화를 가능하게 하였다. 수직공진 표면발광 레이저장치는 다양한 형태의 센서에 응용되고 있다. 또한, 2차원 어레이(array) 제작이 용이하고, 수동 광 도파로와 함께 광전 회로로 집적시키기에 유리하여, 광컴퓨터, 광 통신, 광 교환기 등에 널리 이용될 수 있다.

플라즈몬은 전도성 금속 외곽 전자들의 집단적인 진동 현상을 가리키는 데 이때 전자들이 움직이면 양 전하에 의한 전자들에 대한 인력이 유도되어 원래의 위치로 돌아오는 쿨롱 상호작용이 여기된 전자들의 플라즈몬 진동을 발생시킨다.

표면 플라즈몬은 금속과 유전체의 계면에서 입사되는 전자기파와 금속의 상호 작용에 의해서 생성된다. 표면 플라즈몬은 금, 은, 백금 등과 같이 외부 자극에 의해 쉽게 전자가 발광되는 음의 유전상수를 갖는 금속에서 관찰되는 데 그 중에서 가장 표면 플라즈몬 공명이 우수한 금속인 은과 표면 안정성이 우수한 금이 보편적으로 이용되고 있다 금과 은의 두 장점을 이용하여 표면 안정성을 높이면서 감도를 향상시키고자하는 방법이 이종 금속 구조이다. 그리고 이종 금속 구조로는 금의 코어 쉘 나노 입자 형태가 이용될 수 있다.

면발광 레이저에서 문턱전류를 줄이고 광추출 효율을 향상시키는 연구는 지속적으로 수행되고 있고, 이러한 목적을 달성하기 위해 상기 플라즈몬 공명 현상이 이용될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 면발광 레이저의 문턱전류를 감소시키고, 광추출 효율을 향상시키는 것이다. 플라즈몬 공명 현상을 면발광 레이저에 적용하여, 문턱전류가 감소되고 광추출 효율이 향상된 면발광 레이저를 제공하는데 있다.

본 발명 광추출 효율을 향상시키고 문턱전류를 감소시키기 위한 면발광 레이저에 관한 것으로, 기판, 상기 기판 상에 형성된 제1 반사층, 상기 제1 반사층 상에 형성된 활성층, 상기 활성층 상에 형성된 전류 제어층, 상기 전류 제어층 상에 형성된 제2 반사층, 상기 제2 반사층에 형성된 절연층, 상기 절연층 상에 형성된 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 2차원 금속 배열층과 상기 2차원 금속 배열층을 둘러쌓는 유전체층을 포함하고, 상기 제2 반사층과 전기적으로 결합된 제1 전극, 상기 제1 반사층과 전기적으로 결합된 제2 전극, 상기 제1 전극 및 제2 전극 일부분과 각각 전기적으로 결합된 솔더 범프를 포함하고, 상기 제1 반사층, 활성층, 전류 제어층, 제2 반사층, 개구부는 주위가 에칭된 원통형의 메사 형태로 형성되고, 상기 에칭된 부분은 BCB로 코팅되어 경화되고, 상기 개구부에 형성된 금속 배열층에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 광추출 효율이 향상되고 문턱전류가 감소되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드의 기술적 특징을 가진다.

본 발명의 면발광 레이저 다이오드 제조방법으로, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판상에 제1 반사층을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층 상에 활성층을 형성하는 단계, 상기 활성층 상에 전류 제어층 형성하는 단계, 상기 전류 제어층 상에 제2 반사층을 형성하는 단계, 상기 제2 반사층에 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층, 활성층, 전류 제어층, 제2 반사층의 주위가 에칭된 원통형의 메사 형태로 형성되도록 에칭하는 단계, 상기 에칭된 부분은 BCB로 코팅되어 경화시키는 단계, 상기 제2 반사층 및 기판의 일부분과 전기적으로 연결되도록 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 상기 제2 반사층 상에 개구부를 형성하는 단계, 상기 개구부는 2차원 금속 배열층과 상기 2차원 금속 배열층을 둘러쌓는 유전체층을 포함하고, 상기 개구부에 형성된 금속 배열층에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 광추출 효율이 향상되고 문턱전류가 감소되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드의 제조 방법의 특징을 가진다.

본 발명에 의하면, 금속 배열층으로 인하여 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생하고, 이로 인하여 면발광 레이저의 문턱전류가 감소되고 광추출 효율이 향상되는 효과가 있다.

단일 모드로 출력이 가능하도록 선택적으로 형성된 산화층의 개구경을 조절할 수 있다.

솔더 범프가 형성되어 있어 플립칩(Flip-Chip) 형태로 본딩이 가능하여 광연결이 용이한 장점이 있다. 또한, 플립칩 구조의 면발광소자는 기존의 발광 소자에 비해서 열 발광 효율이 높고, 광의 차폐가 거의 없어 광효율이 기존의 발광 소자에 비해 50% 이상 증가하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 면발광 레이저 다이오드의 구성도.
도 2는 본 발명의 면발광 레이저 다이오드의 제조 방법.
도 3은 본 발명의 면발광 레이저 다이오드의 습식 산화 공정에 의해 형성된 전류차단층 및 전류구성도의 SEM 사진.
도 4는 본 발명의 금속배열층을 구비한 면발광 레이저 다이오드의 주입 전류에 따른 출력 광파워.

이하에서는 본 발명의 실시 예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면들을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 면발광 레이저 다이오드의 전체 구성도이다. 도 1과 같이, 기판(100) 상에 제1 반사층(200), 활성층(250), 전류제어층, 제2 반사층(300), 개구부(400)를 형성한다. 상기 전류제어층은 전류가 차단되는 전류차단층(260)과 전류가 통과하는 전류통과층(270)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 반사층(200), 활성층(250), 전류제어층, 제2 반사층(300), 개구부(400), 전류 제어층은 주위가 식각된 원통형의 메사 형태로 형성될 수 있다. 상기 원통형의 메사 형태 주위에는 패시베이션층(500)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(500)은 절연층(600)으로 둘러쌓인 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2 반사층의 일부는 오픈되어 제1 전극층(700)과 전기적으로 연결된다. 기판 상면 일부가 오픈되게 트렌치 형태로 식각된 부분에는 제2 전극층(800)과 전기적으로 연결되어 형성된다. 상기 제1 전극층(700) 일부분은 솔더 범프(850)와 전기적으로 연결되어 형성된다. 도면에는 표시되지 않았지만, 상기 활성층(250)과 제1 반사층(200)의 사이와 활성층(250)과 제2 반사층(300)의 사이 각각에는 전류가이드층이 더 형성될 수 있다.

기판(100)은 GaAs 기판 또는 InP 기판이 사용될 수 있다.

제1 반사층(200)은 n형의 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 서로 다른 Al(x1)GaAs층 및 Al(x2)GaAs층을 교대로 적층하여 형성하며, 20층 내지 40층 적층하여 형성한다. 상기 제1 반사층(200)은 유기금속화학기상증착법(MOCVD; Metal organic chemical vapor deposition)에 의해 형성할 수 있다. 제1 반사층(200)의 교대로 적층되는 층을 서로 다른 알루미늄 조성비를 가지게 형성함으로써 서로 다른 굴절률을 가지게 되면서 반사가 발생하게 된다. 제1 반사층(200)의 반사율은 99.5% 이상이 되도록 적층수 및 알루미늄 조성비(x1 및 x2)를 조절할 수 있다. x1은 0.1 내지 0.3에서 정해질 수 있고, x2는 0.9 내지 0.95에서 정해질 수 있다.

활성층(200)은 전자와 정공의 재결합에 따른 에너지 천이에 의하여 광을 생성하며, 다중 양자 우물(Quantum well)을 가지며, P-N 접합 구조를 가진다. 활성층(200)은 알루미늄 조성비가 서로 다른 층들의 다중층 구조로 형성할 수 있다.

전류차단층(260)은 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 0.95 이상인 층을 사용하고, 바람직하게는 0.98인 층을 사용한다. 노출된 측면으로부터 습식 산화되는 습식 산화 공정 기술을 사용하여 전류 차단층을 형성할 수 있다. 습식 산화되지 않은 부분에서는 전류가 활성층(250)으로 통과되는 전류통과층(270)이 형성된다. 전류통과층(270)의 직경이 5㎛ 내지 15㎛가 되도록 측면으로부터 습식 산화되는 깊이를 조절하여 전류차단층(260)을 형성한다.

제2 반사층(300)은 p형의 불순물이 도핑된 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 서로 다른 Al(y1)GaAs층 및 Al(y2)GaAs층을 교대로 적층하여 형성할 수 있으며, 적어도 20층 이상 적층하여 형성한다. y1, y2는 x1 및 x2와 각각 동일한 값으로 설정할 수 있다. 제2 반사층(300)은 제1 반사층(300)과 마찬가지로 유기금속화학기상증착법(MOCVD)에 의해 형성할 수 있다. 상기 제2 반사층(300)은 제1 반사층(300) 보다 적층된 수를 적게 형성하여 반사율 차이를 둠으로써 레이저 발진광이 제2 반사층(300)을 통해 발광되도록 할 수 있다.

활성층(250)과 제1 반사층(200)의 사이와 활성층(250)과 제2 반사층(300)의 사이 각각에는 전류가이드층이 더 형성될 수 있다. 전류 가이드층은 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)로 구성되고 알루미늄의 조성을 조절하여 밴드갭을 조절함으로써 주입된 전류가 활성층(200)에 잘 도달될 수 있도록 형성될 수 있다.

제1 전극층(700)은 제2 반사층(300) 상에 형성된다. 상기 제1 전극층(700)과 제2 반사층(300) 사이에 절연층(600)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반사층(300) 상에 형성된 상기 절연층(600)의 일부을 오픈하여 상기 제1 전극층(700)이 제2 반사층(300)과 전기적으로 연결될 수 있도록 형성될 수 있다. 상기 절연층(600)은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다.

솔더 범프(850)은 제1 전극층(700) 한쪽 부분에 형성된다. 솔더 범프(850)와제1 전극층(700) 사이에는 유전체층이 더 형성될 수 있다. 유전체층은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다. 솔더 범프(850)는 Au, Ti, Sn, Cu 등으로 형성될 수 있다. 상기 솔더 범프(850)를 형성함으로써 플립칩 구조의 형태로 제작이 가능하다. 이러한 플립칩 구조의 면발광 소자는 기존의 발광 소자에 비해서 열 발광 효율이 높고, 광의 차폐가 거의 없어 광효율이 기존의 발광 소자에 비해 50% 이상 증가하는 효과가 있다.

제2 전극층(800)은 메사 형태로 식각된 부분에서 기판(100)과 접촉되도록 형성될 수 있다. 상기 기판(100)과 접촉된 부분의 층은 n형 물질로 도핑될 수 있다.

원통형의 메사 형태로 형성된 상면에는 개구부(400)이 형성될 수 있다. 상기 개구부(400)은 유전체층(420)과 금속 배열층(430)으로 구성될 수 있다. 유전체층(420)은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다. 상기 금속 배열층(430)은 유전상수가 음인 금속으로 형성될 수 있고, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수 있다. 상기 금속 배열층(430)은 유전체층(420)으로 둘러쌓인 형태로 형성될 수 있다.

상기 금속 배열층(430)은 표면 플라즈몬 공명이 발생하도록 설계될 수 있다. 금속의 직경은 200nm 내지 400nm로 형성될 수 있다. 배열 주기는 400nm 내지 600nm로 형성될 수 있다. 상기 금속 배열층(430)에서 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인하여 850nm 발진 파장에서 투과되는 빛이 증가하게 된다. 이러한 결과는 문턱전류를 감소시키고, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.

개구부(400)와 제2 반사층(300) 사이에는 유전체층이 더 형성될 수 있다. 상기 유전체층은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다.

도 2은 본 발명의 면발광 레이저 다이오드의 개략적인 제조방법이다.

먼저 기판을 준비한다. 기판(100)은 GaAs 기판 또는 InP 기판이 사용될 수 있다.

상기 기판상에 제1 반사층(200)을 형성한다. 상기 제1 반사층(2000은 n형의 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 서로 다른 Al(x1)GaAs층 및 Al(x2)GaAs층을 교대로 적층하여 형성하며, 20층 내지 40층 적층하여 형성한다. 상기 제1 반사층(200)은 유기금속화학기상증착법(MOCVD; Metal organic chemical vapor deposition)에 의해 형성할 수 있다.

제1 반사층(200)상에, 활성층(250)을 형성하기 전에 전류가이드층을 형성할 수 있다. 상기 전류 가이드층은 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)로 구성되고 알루미늄의 조성을 조절하여 밴드갭을 조절함으로써 주입된 전류가 활성층(200)에 잘 도달될 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층(200) 또는 하부 전류가이드층 상에 활성층(250)을 형성한다. 상기 활성층(200)은 전자와 정공의 재결합에 따른 에너지 천이에 의하여 광을 생성하며, 다중 양자 우물(Quantum well)을 가지며, P-N 접합 구조를 가진다. 활성층(200)은 알루미늄 조성비가 서로 다른 층들의 다중층 구조로 형성할 수 있다.

상기 활성층(200) 상에 상부 전류가이드층을 형성할 수 있다. 상기 상부 전류가이드층은 하부 전류가이드층과 동일한 물질로 형성할 수 있다.

상기 활성층(200) 또는 상부 전류가이드층 상에 전류차단층(260) 및 전류통과층(250)으로 사용될 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 0.95 이상인 층을 사용하고, 바람직하게는 0.98인 층을 형성한다.

상기 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층 상에 제2 반사층을 형성한다. 상기 제2 반사층(300)은 p형의 불순물이 도핑된 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층으로 알루미늄(Al)의 조성비가 서로 다른 Al(y1)GaAs층 및 Al(y2)GaAs층을 교대로 적층하여 형성할 수 있으며, 적어도 20층 이상 적층하여 형성한다. y1, y2는 x1 및 x2와 각각 동일한 값으로 설정할 수 있다. 제2 반사층(300)은 제1 반사층(300)과 마찬가지로 유기금속화학기상증착법(MOCVD)에 의해 형성할 수 있다. 상기 제2 반사층(300)은 제1 반사층(300) 보다 적층된 수를 적게 형성하여 반사율 차이를 둠으로써 레이저 발진광이 제2 반사층(300)을 통해 발광되도록 할 수 있다.

다음으로 도 2에 나타난 바와 같이, 원통형의 메사 형태로 식각한다. 상기 원통형의 메사 형태를 이하에서는 포스트 에칭(post etching)이라 명명한다. 상기 포스트 에칭은 습식 또는 건식 방법으로 에칭할 수 있다. 상기 습식 또는 건식 방법으로 에칭시 마스크로 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx) 또는 포토레지스트를 사용할 수 있다. 건식 식각시 HBr과 Ar 가스를 사용하여 에칭할 수 있다.

포스트 에칭 후에 습식 산화 공정을 실시한다. 알루미늄(Al)의 조성비가 0.95 이상인 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs)층은 습식 산화를 통해 전류차단층(260)이 형성된다. 습식 산화되지 않은 부분, 즉 중앙부분은 전류통과층(270)이 된다. 도 3은 습식 산화 공정을 수행한 후 SEM 사진이다. 중앙부분의 전류통과층(270)의 직경은 약 7㎛이다. 상기 습식 산화 공정의 시간을 조절함으로써 전류통과층(270)의 직경을 조절할 수 있고, 상기 전류통과층(270)의 직경을 조절함으로서 면발광 레이저의 동작을 단일 모드로 동작시킬 수 있다.

상기 습식 산화 방법은 LPCVD (모델명: SJF-1000LP-T4, 성진세미텍) 장비를 사용하였다. 반응로의 온도는 450℃이고, 물의 수온은 90℃이며, 운반 가스 N2의 흐름양은 5000sccm이다. 산화 속도는 약 375nm/min로 측정되었다.

다음으로, benzocyclobutene(BCB) 평탄화 공정을 수행한다. 우선 BCB를 코팅하고 경화한다. BCB 모델명은 3022-57로서 코팅 두께는 코팅 속도에 따라 약 5~14㎛ 이다. BCB 평탄화 공정은 RIE 장비를 사용하여 BCB를 식각하였다. 식각 조건은 RIE 장비의 압력은 50mTorr, 파워는 100W, 가스는 O2, Ar, CF4 혼합된 가스를 사용하였다.

다음으로, 도 2에서와 같이 제1 전극층(700) 및 제2 전극층(800)층을 형성한다. 제1 전극층(700)은 제2 반사층(300) 상에 형성된다. 상기 제1 전극층(700)과 제2 반사층(300) 사이에 절연층(600)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반사층(300) 상에 형성된 상기 절연층(600)의 일부을 오픈하여 상기 제1 전극층(700)이 제2 반사층(300)과 전기적으로 연결될 수 있도록 형성될 수 있다. 상기 절연층(600)은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다. 상기 제2 전극층(800)은 메사 형태로 식각된 부분에서 기판(100)과 접촉되도록 BCB를 식각하여 형성될 수 있다. 상기 기판(100)과 접촉된 부분의 층은 n형 물질로 도핑될 수 있다.

다음으로 도 2에 제시된 바와 같이 원통형의 메사 형태로 형성된 상면에는 개구부(400)이 형성될 수 있다. 상기 개구부(400)은 유전체층(420)과 금속 배열층(430)으로 구성될 수 있다. 유전체층(420)은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성될 수 있다. 상기 금속 배열층(430)은 유전상수가 음인 금속으로 형성될 수 있고, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수 있다. 상기 금속 배열층(430)은 2차원 배열 형태로 형성될 수 있고, 유전체층(420)으로 둘러쌓인 형태로 형성될 수 있다. 상기 2차원 배열 형태의 금속 배열층(430)은 레이저 간섭 리소그라피 방법으로 형성할 수 있다. 상기 레이저 간섭 리소그라피 방법은 전자선 표화법, 나노임프린트, 주사탐침리소그라피 등의 방법에 비해 넓은 면적을 짧은 시간에 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 주입 전류에 따른 면발광 레이저 다이오드의 출력 파워를 나타낸다. A의 경우는 금속 배열층(430)이 형성되어 있는 경우이고, B의 경우는 금속 배열층(430)이 형성되지 않은 경우이다. 도 4에서 보는 바와 같이 주입 전류에 따른 출력 광파워, 즉 추출 효율이 A의 경우가 B의 경우보다 큼을 알 수 있다. 또한, 주입 전류에 따라 광출력이 발생하는 전류, 즉 문턱 전류도 A의 경우가 B의 경우에 비해 작음을 알 수 있다. 이는 금속 배열층(430)은 표면 플라즈몬 공명이 발생하도록 설계되어, 면발광 레이저가 발진하는 경우 표면 플라즈몬 현상이 발생하여 발진파장에서 투과되는 빛이 증가하기 때문이다. 이러한 결과로 금속 배열층(430)을 구비한 경우 문턱 전류는 작아지고, 광추출 효율은 증가하게 된다.

100 : 기판 200 : 제1 반사층
250 : 활성층 260 : 전류차단층
270 : 전류통과층
300 : 제2 반사층 400 : 개구부
420 : 유전체층 430 : 금속 배열층
500 : 패시베이션층 600 : 절연층
700 : 제1 전극층 800 : 제2 전극층
850 : 솔더 범프

Claims

기판;
상기 기판 상에 형성된 제1 반사층;
상기 제1 반사층 상에 형성된 활성층;
상기 활성층 상에 형성된 전류 제어층;
상기 전류 제어층 상에 형성된 제2 반사층;
상기 제2 반사층에 형성된 절연층;
상기 절연층 상에 형성된 개구부를 포함하고,
상기 개구부는 2차원 금속 배열층과 상기 2차원 금속 배열층을 둘러쌓는 유전체층을 포함하고,
상기 제2 반사층과 전기적으로 결합된 제1 전극;
상기 제1 반사층과 전기적으로 결합된 제2 전극;
상기 제1 전극 및 제2 전극 일부분과 각각 전기적으로 결합된 솔더 범프;를 포함하고,
상기 제1 반사층, 활성층, 전류 제어층, 제2 반사층, 개구부는 주위가 에칭된 원통형의 메사 형태로 형성되고,
상기 에칭된 부분은 BCB로 코팅되어 경화되고,
상기 개구부에 형성된 금속 배열층에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 광추출 효율이 향상되고 문턱전류가 감소되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 활성층과 제1 반사층의 사이와, 활성층과 제2 반사층 사이 각각에 전류가이드층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 기판은 GaAs 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 n형의 알루미늄 갈륨 아세나이드층으로 알루미늄의 조성비가 서로 다른 Al(x1)GaAs층 및 Al(x2)GaAs층을 교대로 적층하여 형성하고, x1은 0.1 내지 0.3이고, x2는 0.9 내지 0.95인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제4항에 있어서,
적층수는 20층 내지 40층으로 적층하여 반사율이 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 활성층은 전자와 정공의 재결합에 따른 에너지 천이에 의하여 광을 생성하며, 다중 양자 우물을 가지며, P-N 접합 구조인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 전류 제어층은 전류차단층과 전류통과층으로 구성되고, 상기 전류차단층은 알루미늄의 조성비가 0.95 이상인 알루미늄 갈륨 아세나이드층을 습식 산화시켜 형성되고, 전류통과층은 습식 산화되지 않은 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 절연층은 이산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx)로 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 솔더 범프와 제1 전극층 사이와, 솔더 범프와 제 2 전극층 사이에는 유전체층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 솔더 범프는 플립칩 구조의 형태로 제작되고, 상기 플립칩 구조로 열 발광 효율이 높고 광결합 효율이 증가되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제1항에 있어서,
상기 금속 배열층은 유전상수가 음인 금속으로, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 또는 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제11항에 있어서,
상기 금속 배열층은 레이저 간섭 리소그라피 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
청구항 제12항에 있어서,
상기 금속 배열층은 표면 플라즈몬 현상이 발생되도록 금속의 직경은 200nm 내지 400nm이고, 배열 주기는 400nm 내지 600nm인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드.
기판을 준비하는 단계;
상기 기판상에 제1 반사층을 형성하는 단계;
상기 제1 반사층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 전류 제어층 형성하는 단계;
상기 전류 제어층 상에 제2 반사층을 형성하는 단계;
상기 제2 반사층에 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 반사층, 활성층, 전류 제어층, 제2 반사층의 주위가 에칭된 원통형의 메사 형태로 형성되도록 에칭하는 단계;
상기 에칭된 부분은 BCB로 코팅되어 경화시키는 단계;
상기 제2 반사층 및 기판의 일부분과 전기적으로 연결되도록 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계;
상기 제2 반사층 상에 개구부를 형성하는 단계;
상기 개구부는 2차원 금속 배열층과 상기 2차원 금속 배열층을 둘러쌓는 유전체층을 포함하고,
상기 개구부에 형성된 금속 배열층에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 광추출 효율이 향상되고 문턱전류가 감소되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드의 제조 방법.
청구항 제14항에 있어서,
상기 전류 제어층은 전류차단층과 전류통과층으로 구성되고, 상기 전류차단층은 알루미늄의 조성비가 0.95 이상인 알루미늄 갈륨 아세나이드층을 습식 산화시켜 형성되고, 전류통과층은 습식 산화되지 않은 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드 제조 방법.
청구항 제15항에 있어서,
상기 습식 산화 공정은 LPCVD 장비에서 온도는 450℃이고, 물의 수온은 90℃이며, 운반 가스 N2의 흐름양이 5000sccm인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드 제조 방법.
청구항 제14항에 있어서,
상기 금속 배열층은 레이저 간섭 리소그라피 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드 제조 방법.
청구항 제17항에 있어서,
상기 금속 배열층은 표면 플라즈몬 현상이 발생되도록 금속의 직경은 200nm 내지 400nm이고, 배열 주기는 400nm 내지 600nm인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 다이오드 제조 방법.