KR102455090B1 - 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 제1 반사층; 상기 제1 반사층 상에 활성영역; 상기 활성영역 상에 제2 반사층; 상기 제2 반사층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은, 상기 제2 반사층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 오믹컨택층을 포함하며, 상기 오믹컨택층은 상기 제2 반사층과 직접 접할 수 있다.

Description

표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치{A SURFACE-EMITTING LASER DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다.
또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다. 예를 들어, 종래 반도체 광원소자 기술 중에, 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)가 있는데, 이는 광 통신, 광병렬 처리, 광연결 등에 사용되고 있다. 한편, 이러한 통신용 모듈에서 사용되는 레이저 다이오드의 경우, 저전류에서 작동하기 하도록 설계되어 있다.
그런데, 이러한 VCSEL을 구조광 센서, LDAF(Laser Diode Autofocus) 등에 적용하게 되면 고전류에서 작동하게 되므로 광도출력이 감소하거나 문턱 전류가 증가하는 등의 문제점이 발생한다.
즉, 종래 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)의 에피(Epi) 구조는 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 센서용 고전압 패키지(High Power PKG) 개발 시에는 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.
한편, 종래기술에서는 저전류에서 고전류로 인가됨에 따라 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 캐리어 밀도가 급격히 증가하는 전류밀집(current crowding)이 발생하고, 이러한 애퍼처 에지에서의 전류밀집에 의해 전류주입 효율이 저하되는 문제가 있으며, 이러한 문제는 에피층과 전극의 오믹특성이 저하되는 경우 저항(resistance) 증가에 의해 더욱 전기적인 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면 고전류 인가됨에 따라 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집(current crowding) 발생 시 레이저 출사영역인 애퍼처(apertures)의 손상(damage)이 발생할 수 있으며, 저 전류에서 주 모드(dominant mode)가 발진되다가 고전류가 인가됨에 따라 고차 모드(higher mode) 발진으로인해 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 광학적 문제가 발생되고 있다.
실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가를 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 제1 전극(215); 상기 제1 전극(215) 상에 제1 반사층(220); 상기 제1 반사층(220) 상에 활성영역(230); 상기 활성영역(230) 상에 제2 반사층(250); 상기 제2 반사층(250) 상에 제2 전극(280)을 포함할 수 있다.
실시예는 상기 제1 전극 상에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 활성영역은 캐비티 영역을 포함할 수 있다.
실시예는 상기 활성영역(230) 상에 배치되며, 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(280)은, 상기 제2 반사층(250)과 상기 제2 전극(280) 사이에 배치되는 오믹컨택층(291)을 포함하며, 상기 오믹컨택층(291)은 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
상기 제2 전극(280)은, 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 포함할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)은, 상기 오믹컨택층(291)을 관통하여 상기 제2 반사층(250)과 직접 접하는 컨택 전극(282)을 더 포함할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)은, 하부 컨택전극부(282a)와 상부 컨택전극부(282b)를 포함할 수 있다.
상기 하부 컨택전극부(282a)는 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
상기 상부 컨택전극부(282b)는 상기 오믹컨택층(291)과 직접 접할 수 있다.
상기 제2 전극(280)의 컨택 전극(282)은, 제1 수평 폭(W1)을 구비하는 하부 컨택전극부(282a); 및 상기 제1 수평 폭(W1)에 비해 큰 제2 수평 폭(W2)을 구비하는 상부 컨택전극부(282b);를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은 p형 반사층이며, 상기 오믹컨택층(291)은 n형 오믹컨택층일 수 있다.
상기 오믹컨택층(291)의 두께는 100nm 내지 250nm일 수 있다.
실시예는 상기 제2 반사층(250)과 상기 오믹컨택층(291) 사이에 전도성 도트(dot)를 더 포함할 수 있다.
또한 다른 실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 제1 전극(215); 상기 제1 전극(215) 상에 제1 반사층(220); 상기 제1 반사층(220) 상에 활성영역(230); 상기 활성영역(230) 상에 제2 반사층(250); 상기 제2 반사층(250) 상에 제2 전극(280); 및 상기 제2 반사층(250)과 상기 제2 전극(280) 사이에 패시베이션층(270);을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(280)은, 상기 제2 반사층(250)과 상기 제2 전극(280) 사이에 배치되는 제2 오믹컨택층(292); 및 상기 제2 오믹컨택층(292) 상에 컨택 전극(282);을 포함할 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층(292)은 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)은 상기 제2 오믹컨택층(292)을 관통하지 않고 상기 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 상기 제2 오믹컨택층(292)과 이격될 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층(292)은 중심부(292c)와 에지부(292e)를 포함할 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층(292)의 중심부(292c)는 상기 제2 반사층(250) 상에 상기 애퍼처(241)와 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층의 에지부(292e)는 상기 컨택 전극(282)과 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있다.
실시예의 발광장치는 상기 표면발광 레이저소자를 포함할 수 있다.
실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가하는 것을 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 단면도.
도 2a는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(B1)의 확대도.
도 2b는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제2 영역(B2)의 확대도.
도 3은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 오믹컨택층 두께에 따른 저항 데이터.
도 4는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 오믹특성 데이터.
도 5a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 광투광성 데이터.
도 5b와 도 5c는 비교예와 실시예에서 광투과 특성 비교예시.
도 6은 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 단면도.
도 7a는 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 단면도.
도 7b는 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제3 영역(B3)의 확대도.
도 8은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 평면도.
도 9a는 도 8에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분 확대도.
도 9b는 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분 단면도.
도 10a 내지 도 14c는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제조공정도.
도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용된 이동 단말기의 사시도.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 오믹컨택층(291), 제2 전극(280), 패시베이션층(270) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 애퍼처 영역(240)은 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 상기 절영영역(242)은 산화층으로 칭해질 수 있으며, 상기 애퍼처 영역(240)은 산화영역으로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 전극(280)은 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 포함할 수 있다. 또한 제2 전극(280)은 오믹컨택층(291)을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)는 제1 전극(215)과, 상기 제1 전극(215) 상에 제1 반사층(220)과, 상기 제1 반사층(220) 상에 활성영역(230)과, 상기 활성영역(230) 상에 제2 반사층(250)과, 상기 제2 반사층(250) 상에 제2 전극(280)을 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 제2 반사층(250)과 상기 제2 전극(280) 사이에 배치되는 오믹컨택층(291)을 포함할 수 있으며, 상기 오믹컨택층(291)은 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
이하 도 1을 중심으로 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)의 기술적 특징을 설명하기로 하며, 도 2a 내지 도 5c를 참조하여 기술적 효과도 함께 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.
<기판, 제1 전극>
도 1을 참조하면, 실시예에서 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판을 사용할 경우 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면발광 레이저소자(201) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
비전도성 기판을 사용할 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.
실시예에서 기판(210)의 하부에 제1 전극(215)이 배치될 수 있으며, 상기 제1 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(215)은 금속일 수 있고, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성되어 전기적 특성을 향상시켜 광출력을 높일 수 있다.
<제1 반사층, 제2 반사층>
도 1을 참조하면, 실시예는 기판(210) 상에 배치되는 제1 반사층(220), 활성영역(230), 절연영역(242), 제2 반사층(250)을 포함할 수 있다.
도 2a는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(B1)의 확대도이며, 이하 도 2a를 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면발광 레이저소자를 설명하기로 한다.
상기 제1 반사층(220)은 제1 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 반사층(220)은 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(220)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)은 서로 다른 굴절 률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 도 2a와 같이, 상기 제1 반사층(220)은 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 그룹 제1 반사층(221) 및 상기 제1 그룹 제1 반사층(221) 상에 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)을 포함할 수 있다.
제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어진 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.
그리고, 각각의 층의 두께는 λ/4n일 수 있고, λ는 활성영역(230)에서 발생하는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다. 여기서, λ는 650 내지 980나노미터(nm)일 수 있고, n은 각층의 굴절률일 수 있다. 이러한 구조의 제1 반사층(220)은 약 940 나노미터의 파장 영역의 광에 대하여 99.999%의 반사율을 가질 수 있다.
각 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 활성영역(230)에서 방출되는 광의 파장 λ에 따라 결정될 수 있다.
또한 도 2a와 같이, 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 그룹 제1 반사층(221)은 제1 그룹 제1-1 층(221a)과 제1 그룹 제1-2 층(221b)의 약 30~40 페어(pair)를 포함할 수 있다. 상기 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 상기 제1 그룹 제1-2 층(221b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제1 그룹 제1-2 층(221b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
또한, 제2 그룹 제1 반사층(222)도 제2 그룹 제1-1 층(222a)과 제2 그룹 제1-2 층(222b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. 상기 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 상기 제2 그룹 제1-2 층(222b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제2 그룹 제1-2 층(222b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
또한 도 2a와 같이, 상기 제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 한편, 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다.
상기 제2 반사층(250)도 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 그리고, 제2 반사층(250)의 각 층의 두께는 λ/4n이고, λ는 활성층에서 방출되는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다.
이러한 구조의 제2 반사층(250)은 약 940 나노미터의 파장 영역의 광에 대하여 99.9%의 반사율을 가질 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있으며, 이때 상술한 바와 같이 제1 반사층(220)의 반사율은 99.999% 정도로서 제2 반사층(250)의 반사율인 99.9%보다 클 수 있다.
실시예에서 제2 반사층(250)은 상기 활성영역(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 상기 활성영역(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.
도 2a와 같이, 제1 그룹 제2 반사층(251)과 제2 그룹 제2 반사층(252)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제1 그룹 제2-1 층(251a)과 제1 그룹 제2-2 층(251b)의 약 1~5 페어(pair)를 포함할 수 있다. 상기 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 상기 제1 그룹 제2-2 층(251b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제1 그룹 제2-2 층(251b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
또한, 제2 그룹 제2 반사층(252)도 제2 그룹 제2-1 층(252a)과 제2 그룹 제2-2 층(252b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. 상기 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 상기 제2 그룹 제2-2 층(252b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제2 그룹 제2-2 층(252b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
<활성영역>
계속하여 도 2a를 참조하면, 활성영역(230)이 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성영역(230)은 활성층(232)과 적어도 하나 이상의 캐비티(231, 233)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a와 같이, 상기 활성영역(230)은 활성층(232)과, 상기 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231), 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 활성영역(230)은 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
상기 활성층(232)은 단일 우물구조, 다중 우물구조, 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물(MQW: Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성층(232)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층(232a)과 장벽층(232b)을 포함할 수 있다. 상기 우물층(232a)은 상기 장벽층(232b)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 상기 활성층(232)은 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 활성층(232)에는 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
다음으로 상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 각각 AlyGa(1-y)As으로된 복수의 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)는 제1-1 캐비티층(231a)과 제1-2 캐비티층(231b)을 포함할 수 있다. 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 상기 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 상기 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 상기 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 제2 캐비티(233)는 제2-1 캐비티층(233a)과 제2-2 캐비티층(233b)을 포함할 수 있다. 상기 제2-2 캐비티층(233b)은 상기 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 상기 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 상기 제2-2 캐비티층(233b)은 상기 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제2-2 캐비티층(233b)이 약 60~70nm로 형성되고, 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 약 40~55nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
<애퍼처 영역>
다시 도 1을 참조하면, 실시예에서 애퍼처 영역(240)은 절연영역(242)과 애퍼처(241)를 포함할 수 있다. 상기 애퍼처 영역(240)은 개구영역으로 칭해질 수도 있다.
상기 절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄 산화물로 이루어져서 전류 차단영역으로 작용할 수 있으며, 절연영역(242)에 의해 광 발산 영역인 애퍼처(241)가 정의될 수 있다.
예를 들어, 상기 애퍼처 영역(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 애퍼처 영역(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변함에 따라 절연영역(242)이 형성될 수 있고, H2O와 반응하지 않은 중앙영역은 AlGaAs로 이루어진 애퍼처(241)가 될 수 있다.
실시예에 의하면, 애퍼처(241)를 통해 활성영역(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 방출할 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 애퍼처(241)의 광 투과율이 우수할 수 있다.
도 2a를 참조하면 상기 절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1 절연층(242a) 및 제2 절연층(242b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(242a)의 두께는 상기 제2 절연층(242b)과 서로 같거나 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
<제2 전극, 오믹컨택층, 패시베이션층>
다시 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 표면방출 레이저소자(201)는 애퍼처(241)의 둘레의 영역에서 제2 반사층(250)으로부터 절연영역(242)과 활성영역(230)까지 메사 식각 될 수 있다. 또한, 제1 반사층(220)의 일부까지도 메사 식각될 수 있다.
제2 반사층(250) 상에는 제2 전극(280) 배치될 수 있으며, 상기 제2 전극(280)은 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2 전극(280)은 오믹컨택층(291)을 포함할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역은 상술한 애퍼처(241)와 대응될 수 있다. 상기 컨택 전극(282)은 제2 반사층(250)과 패드 전극(284) 사이의 접촉특성을 향상시킬 수 있다.
제2 전극(280)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(280)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 1에서 메사 식각된 발광 구조물의 측면과 상부면 및 제1 반사층(220)의 상부면에 패시베이션층(270)이 배치될 수 있다. 패시베이션층(270)은 소자 단위로 분리된 표면방출 레이저소자(201)의 측면에도 배치되어, 표면방출 레이저소자(201)를 보호하고 절연시킬 수 있다. 패시베이션층(270)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(270)은 폴리이미드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패시베이션층(270)은 발광 구조물의 상부면에서의 두께가 컨택 전극(282)보다 얇을 수 있으며, 이를 통해 컨택 전극(282)이 패시베이션층(270) 상부로 노출될 수 있다. 노출된 컨택 전극(282)과 전기적으로 접촉하며 패드 전극(284)이 배치될 수 있는데, 패드 전극(284)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.
한편, 실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가를 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
도 2b는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제2 영역(B2)의 확대도이다.
도 2b를 참조하면, 실시예는 상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 상기 제2 반사층(250)과 상기 제2 전극(280) 사이에 배치되는 오믹컨택층(291)을 포함할 수 있으며, 상기 오믹컨택층(291)은 상기 제2 반사층(250)과 직접 접함으로써 제2 반사층(250)과 오믹컨택층(291) 간의 오믹접촉을 형성하여 전기적 특성을 개선할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(280)은 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 구비할 수 있으며, 상기 컨택 전극(282)이 오믹컨택층(291)을 통해 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 오믹컨택층(291)은 ITO, AZO, GZO, ZnO, Y2O3, ZrO2 등 중에 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 상기 제2 전극(280)의 일부는 상기 오믹컨택층(291)을 관통하여 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(280)은 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 구비할 수 있으며, 상기 컨택 전극(282)은 하부 컨택전극부(282a)와 상부 컨택전극부(282b)를 구비할 수 있으며, 상기 하부 컨택전극부(282a)는 제2 반사층(250)과 직접 접하며, 상부 컨택전극부(282b)는 오믹컨택층(291)과 직접 접할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(280)의 컨택 전극(282)은 제1 수평 폭(W1)을 구비하는 하부 컨택전극부(282a)와 제1 수평 폭(W1)에 비해 큰 제2 수평 폭(W2)을 구비하는 상부 컨택전극부(282b)를 포함할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)의 하부 컨택전극부(282a)는 상기 제2 반사층(250)과 직접 접촉할 수 있으며, 상기 컨택 전극(282)의 상부 컨택전극부(282b)는 오믹컨택층(291) 상에 배치되어 상기 오믹컨택층(291)이 제2 반사층(250)과 직접 접하여 상기 오믹컨택층(291)을 통해 상기 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시예에 의하면, 상기 제2 전극(280)에서 컨택 전극(282)의 하부 컨택전극부(282a)가 제2 반사층(250)과 접하여 제1 전류(C1)가 애퍼처(241)에 주입될 수 있으며, 컨택 전극(282)의 상부 컨택전극부(282b)가 오믹컨택층(291)을 통해 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결됨으로써 제2 전류(C2)가 애퍼처(241)에 효율적으로 주입될 수 있다.
도 3는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 오믹컨택층 두께에 따른 저항 데이터이다.
실시예에 의하면, 상기 오믹컨택층(291)의 두께를 약 100nm 내지 약 250nm인 제1 두께(T1)로 제어함으로써 오믹컨택층(291)과 제2 반사층(250) 간의 높은 오믹특성을 얻을 수 있으며, 면저항(Rs)이 현저히 저하될 수 있다.
한편, 비교예에서는 오믹컨택층(291)의 두께가 제2 두께(T2)인 경우 오믹특성의 구현이 되지 못하며 면저항이 높게 발생된다.
예를 들어, 아래 표 1 및 도 3와 같이 비교예에서 오믹컨택층의 두께가 20nm 내지 60m 경우, 면저항이 180 내지 37 ohm/sq로 높게 발생된다.
그런데, 실시예와 같이 오믹컨택층(291)의 두께를 100 nm 내지 250nm로 제어하는 경우 면저항을 현저히 낮게 제어가 가능하다. 예를 들어, 오믹컨택층(291)의 두께를 110 nm 내지 210nm로 제어하는 경우 면저항이 18 내지 7 ohm/sq로 현저히 낮게 제어가 가능하다.
ITO 두께(nm) 20 40 50 60 110 160 210
면저항(ohm/sq) 180 80 50 37 18 11 7
다음으로, 도 4와 아래 표2는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 오믹특성 데이터이다. 표 2에서 E-04은 10-4을 의미할 수 있다.
p-GaAs / ITO
열처리 As-dep(비교예) 250℃ 350℃ 450℃
컨택저항(ohm*cm2) Non-Ohmic 2.7E-04 1.0E-04 1.0E-04
우선 실시예에서 상기 제2 반사층(250)은 p형 반사층이며, 상기 오믹컨택층(291)은 n형의 도전성을 띌 수 있다.
이에 따라 종래기술에서는 n형의 도전성의 ITO를 p형 반사층 상에 오믹컨택층으로 채용하지 못하는 기술적 한계가 있었다.
예를 들, 표 2와 도 4에서 보듯이, p형 반사층, 예를 들어 p-GaAs 상에 ITO가 형성된 후 별다른 조치가 되지는 않는 비교예의 경우(As-dep)는 비-오믹(Non-Ohmic) 결과가 나오게 된다.
반면, 실시예와 같이 p형 반사층, 예를 들어 p-GaAs 상에 ITO가 형성된 후 소정의 어닐링(annealing) 처리를 진행하는 경우 100 nm 내지 250nm의 두께에서 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 제2 반사층(250)인 p-GaAs 상에 오믹컨택층(291)으로 ITO가 형성된 후 200℃ 내지 500℃에서 소정의 어닐링(annealing) 처리를 진행하는 경우 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 제2 반사층(250)인 p-GaAs 상에 오믹컨택층(291)으로 ITO가 형성된 후 250℃ 내지 450℃에서 어닐링(annealing) 처리를 진행하는 경우 더욱 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 오믹(Ohmic)의 물리적 조건으로 각 물질의 일함수(Φ: work function)를 고려하여야 하는데 오믹특성이 되기 위해서는 오믹층의 일함수가 p형 반사층의 일함수에 비해 커야 한다.
그런데, 일반적으로 ITO의 일함수는 약 4.3eV이고 p-GaAs의 일함수는 약 5.5eV이므로, p-GaAs 상에 TIO 증착시 오믹특성의 구현이 되지 않게 된다.
그런데, 실시예에서는 p-GaAs 상에 ITO를 증착 후 소정의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 p-GaAs 상에 ITO를 증착후 200℃ 내지 500℃ 범위 및 질소분위기에서 소정의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 p-GaAs 상에 ITO를 증착후 250℃ 내지 450℃ 범위에서 질소분위기에서 약 1분 내외의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 더욱 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 따라 p-GaAs 표면에 Ga과 ITO의 인듐(Indium)이 어닐링(annealing) 시, Ga-In 고용체(solid solution) 형성을 위해 Ga 아웃 디퓨젼(out-diffusion)이 발생하여 p-GaAs 표면에 Ga 베이컨시(vacancy), 즉 어셉터(acceptor)가 증가할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 어닐링(annealing) 시 Ga out-diffusion으로 인한 Ga-In-Sn-(Oxide) compound 형성으로 p-GaAs 상부 표면층은 deep acceptor like Ga vacancies 형성되어 캐리어 농도(Carrier Concentration)가 증가할 수 있고, 이에 따라 터널링(Tunneling)으로 인한 p-GaAs / ITO ohmic 형성이 가능할 수 있다.
다음으로 실시예의 기술적 과제 중 의 하나는, 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가를 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
도 5a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 광 투광성 데이터이다.
도 5a와 같이, 실시예에 의하면 제2 반사층(250) 상에 오믹컨택층(291)을 약 100nm 내지 250nm로 형성함으로써 광 투과성이 현저히 향상되는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용 가능한 파장(λ1)이 약 800nm 내지 1,000nm인 경우에, 오믹컨택층의 굴절률은 약 1.6 내지 2.2일 수 있으며, 유전율(k)은 약 0.1 이하일 수 있다.
도 5b와 도 5c는 비교예와 실시예에서 광투과 특성 비교예시이다.
예를 들어, 도 5b와 같이, 비교예인 LED 기술에서는 LED의 주요 파장(λ2)이 약 450nm 인 경우에, 도 5a와 같이 가장 높은 투과도(highest transmittance)의 두께는 약 100nm로 나타나지만, 도 5b와 같이 실제 LED 적용시 ITO 두께는 약 40nm가 된다. 이유는 LED는 볼륨(volume) 발광소자이므로 얇은(thin) ITO가 유리하며, 100nm 이상 적용 시 파워(Power) 하락의 이슈가 있다.
반면, 도 5c와 같이 실시예에 따른 표면발광 레이저소자 적용시에는 포톤(photon)의 레이징(lasing)으로 인한 수직성분의 두께만 고려하게 되므로 VCSEL 파장을 고려하여 두꺼운(thick) ITO의 고려가 가능하며, 실시예에 따라 약 100nm 내지 250nm의 두께에서 광투과성이 현저히 향상되는 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 제2 반사층(250) 상에 배치되는 오믹컨택층(291)에 의해 AR(anti-reflection) 코팅(Coating)으로 인한 광학적 특성 향상될 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가를 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 상기 오믹컨택층(291)의 두께를 약 100nm 내지 약 250nm인 제1 두께(T1)로 제어함으로써 오믹컨택층(291)과 제2 반사층(250) 간의 높은 오믹특성을 얻을 수 있으며, 면저항(Rs)이 현저히 저하될 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
(제2 실시예)
다음으로 도 6은 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(202)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(202)는 상기 제2 반사층(250)과 상기 오믹컨택층(291) 사이에 전도성 도트(dot)(295)를 포함하여 오믹특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 상기 제2 반사층(250)과 상기 오믹컨택층(291) 사이에 Ag, Pt 등의 전도성 도트(dot)(295)를 포함하여 오믹특성을 더욱 향상시켜 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 전도성 도트(dot)(295)는 약 3nm 내지 6nm의 직경으로 형성될 수 있으며, 3nm 미만의 직경의 경우 오믹컨택에 기여가 낮을 수 있고, 직경이 6nm 초과시 투과도에 영향을 줄 수 있다.
(제3 실시예)
도 7a는 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(203)의 단면도이며, 도 7b는 도 7a에 도시된 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(203)의 제3 영역(B3)에 대한 확대 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예와 제2 의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
제3 실시예에서 상기 제2 전극(280)은, 제2 오믹컨택층(292) 상에 제2 컨택 전극(283)을 포함하며, 상기 제3 컨택 전극(283)은 상기 제2 오믹컨택층(292)을 관통하지 않고 상기 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7a와 도 7b를 참조하면, 제3 실시예에 의하면, 상기 제2 오믹컨택층(292)은 중심부(292c)와 에지부(292e)를 포함하며, 제2 오믹컨택층의 중심부(292c)는 제2 반사층(250) 상에 상기 애퍼처(241)와 상하간에 중첩되도록 배치되며, 제2 오믹컨택층의 에지부(292e)는 상기 제2 컨택 전극(283)과 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층의 에지부(292e)는 상기 패드 전극(284)과는 상하간에 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
이때 패시베이션층(270)은 상기 제2 오믹컨택층(292)과 이격될 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 제2 컨택 전극(283)은 제2 반사층(250)과 최대한 넓게 직접 접촉하며, 제2 오믹컨택층(292)의 에지부(292e)는 패시베이션층(270)과 이격되도록 배치하여 애퍼처 외곽으로 전류가 확산되는 것을 방지하고 애퍼처(241)와 대응되는 영역을 중심으로 제2 오믹컨택층(292)이 배치되어 전류 주입효율을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
p-GaAs /ITO p-GaAs/p-Pad
열처리 As-dep 250℃ 350℃ 450℃ As-dep. ~ 350℃
컨택저항 (ohm*cm2) Non-Ohmic 2.7E-04 1.0E-04 1.0E-04 1.4E-05
위 표 3은 제2 반사층(250), 예를 들어, p-GaAs와 ITO 간의 오믹특성 데이터 및 p-GaAs와 p-Pad 간의 오믹특성 데이터이다.
실시예의 적용에 따라 제2 오믹컨택층(292)의 오믹특성이 향상이 됨을 활용함과 아울러, 외곽의 제2 컨택 전극(283)의 오믹특성을 더욱 복합적으로 활용할 수 있다.
즉, 애퍼처(241)와 대응되는 영역에는 제2 오믹컨택층(292)이 위치하는 전류 주입효율을 향상시키고, 애퍼처(241)와 대응되지 않는 영역에는 제2 컨택 전극(283)을 배치하여 저항을 낮춤으로써 전류 주입효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 7b를 참조하면, 제3 실시예에서 상기 제2 오믹컨택층(292)이 상기 제2 컨택 전극(283)과 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있으며, 제2 컨택 전극(283)의 제3 수평 폭(W3) 중에 상기 제2 오믹컨택층(292)과 중첩되는 제3-2 수평 폭(W3b)은 중첩되지 않는 제3-1 수평 폭(W3a)에 비해 크지 않도록 설계할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 컨택 전극(283) 중에 상기 제2 오믹컨택층(292)과 중첩되는 제3-2 수평 폭(W3b)은 상기 제2 컨택 전극(283)의 제3 수평 폭(W3)의 50% 이하로 제어될 수 있다.
이를 통해, 상기 제2 컨택 전극(283)이 상기 제2 반사층(250)과 최대한 넓게 직접 접촉하며, 제2 오믹컨택층(292)의 에지부(292e)는 패시베이션층(270)과 이격되도록 배치하여 애퍼처 외곽으로 전류가 확산되는 것을 방지하고 애퍼처(241)와 대응되는 영역을 중심으로 상기 제2 컨택 전극(292)과 중첩되며 제2 오믹컨택층(292)이 상기 제2 반사층(250) 상에 배치되어 전류 주입효율을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 8은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 평면도이며, 도 9a는 도 8에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분(C) 확대도이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 부분 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 발광부(E)와 패드부(P)를 포함할 수 있으며, 상기 발광부(E)에는 도 9a와 같이 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)가 배치될 수 있다.
도 9b는 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)의 제1 에미터(E1)의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
도 9b를 참조하면, 실시예에서 표면발광 레이저소자(201)는 제1 전극(115), 지지기판(110), 제1 반사층(120), 캐비티영역(130), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(150), 제2 전극(280), 패시베이션층(170) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 앞서 도 1을 기준으로 설명된 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)에 대응될 수 있다.
이하 도 10a 내지 도 14c을 참조하여 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제조공정을 설명하기로 한다.
우선, 도 10a와 같이, 기판(210) 상에 제1 반사층(220), 활성영역(230) 및 제2 반사층(250)을 포함하는 발광구조물을 형성시킨다.
상기 기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다.
예를 들어, 기판(210)이 전도성 기판인 경우, 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면발광 레이저소자(200) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
또한 기판(210)이 비전도성 기판인 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.
또한 실시예는 기판(210)으로 제1 반사층(220)과 동종의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(210)이 제1 반사층(220)과 동종인 GaAs 기판일 때 제1 반사층(210)과 격자 상수가 일치하여, 제1 반사층(220)에 격자 부정합 등의 결함이 발생하지 않을 수 있다.
다음으로, 기판(210) 상에 제1 반사층(220)이 형성될 수 있으며, 도 10b는 도 10a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1-2 영역(D2)의 확대도이다.
이하 도 10a와 도 10b를 함께 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면발광 레이저소자를 설명하기로 한다.
상기 제1 반사층(220)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시(MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 성장될 수 있다.
상기 제1 반사층(220)은 제1 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 제1 반사층(220)은 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(220)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)은 서로 다른 굴절 률을 가지는 물질로 이루어진 층들이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 도 10b와 같이, 상기 제1 반사층(220)은 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 그룹 제1 반사층(221) 및 상기 제1 그룹 제1 반사층(221) 상에 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)을 포함할 수 있다.
상기 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어진 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.
또한 도 10b와 같이, 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제1 반사층(221)은 제1 그룹 제1-1 층(221a)과 제1 그룹 제1-2 층(221b)의 약 30~40 페어(pair)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 그룹 제1 반사층(222)도 제2 그룹 제1-1 층(222a)과 제2 그룹 제1-2 층(222b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다.
다음으로, 제1 반사층(220) 상에 활성영역(230)이 형성될 수 있다.
도 10b와 같이, 상기 활성영역(230)은 활성층(232) 및 상기 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231), 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 활성영역(230)은 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
상기 활성층(232)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층(232a)과 장벽층(232b)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(232)은 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 활성층(232)에는 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 각각 AlyGa(1-y)As으로된 복수의 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)는 제1-1 캐비티층(231a)과 제1-2 캐비티층(231b)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2 캐비티(233)는 제2-1 캐비티층(233a)과 제2-2 캐비티층(233b)을 포함할 수 있다.
다음으로, 활성영역(230) 상에 애퍼처 영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)을 형성할 수 있다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 도전성 재료를 포함할 수 있으며, 제1 반사층(220) 및 제2 반사층(250)과 동종의 재료를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 AlGa 계열층(241a)이 AlGaAs 계열물질을 포함하는 경우, 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 Al0.98Ga0.02As의 조성식을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGa 계열층(241a)은 제1 AlGa 계열층(241a1)과 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 AlGa 계열층(241a)상에 제2 반사층(250)이 형성될 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 한편, 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다.
상기 제2 반사층(250)도 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 반사층(250)은 상기 활성영역(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 상기 활성영역(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)과 제2 그룹 제2 반사층(252)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제1 그룹 제2-1 층(251a)과 제1 그룹 제2-2 층(251b)의 약 1~5 페어(pair)를 포함할 수 있다 또한, 제2 그룹 제2 반사층(252)도 제2 그룹 제2-1 층(252a)과 제2 그룹 제2-2 층(252b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다.
다시 도 10a를 참조하면, 상기 제2 반사층(250) 상에 오믹컨택층(291)이 형성될 수 있다.
상기 오믹컨택층(291)은 ITO, AZO, GZO, ZnO, Y2O3, ZrO2 등 중에 어느 하나 이상일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 오믹컨택층(291)의 두께를 약 100nm 내지 약 250nm인 제1 두께(T1)로 제어함으로써 오믹컨택층(291)과 제2 반사층(250) 간의 높은 오믹특성을 얻을 수 있으며, 면저항(Rs)이 현저히 저하될 수 있다.
한편, 비교예에서는 오믹컨택층(291)의 두께가 제2 두께(T2)인 경우 오믹특성의 구현이 되지 못하며 면저항이 높게 발생된다. 예를 들어, 도 3와 같이 비교예에서 오믹컨택층의 두께가 20nm 내지 60m 경우, 면저항이 180 내지 37 ohm/sq로 높게 발생된다.
그런데, 실시예와 같이 오믹컨택층의 두께를 100 nm 내지 250nm로 제어하는 경우 면저항이 18 내지 7 ohm/sq로 현저히 낮게 제어가 가능하다.
다음으로, 도 4와 같이, p형 반사층, 예를 들어 p-GaAs 상에 ITO가 형성된 후 별다른 조치가 되지는 않는 경우(As-dep)는 비-오믹(Non-Ohmic) 결과가 나오게 된다.
반면, 실시예와 같이 p형 반사층, 예를 들어 p-GaAs 상에 ITO가 형성된 후 소정의 어닐링(annealing) 처리를 진행하는 경우 100 nm 내지 250nm의 두께에서 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 오믹(Ohmic)의 물리적 조건으로 각 물질의 일함수(Φ: work function)를 고려하여야 하는데 오믹특성이 되기 위해서는 오믹층의 일함수가 p형 반사층의 일함수에 비해 커야한다.
그런데, 일반적으로 ITO의 일함수는 약 4.3eV이고 p-GaAs의 일함수는 약 5.5eV이므로, p-GaAs 상에 TIO 증착시 오믹특성의 구현이 되지 않게 된다.
그런데, 실시예에서는 p-GaAs 상에 ITO를 증착후 소정의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 p-GaAs 상에 ITO를 증착후 200℃ 내지 500℃ 범위에서 질소분위기에서 소정의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 p-GaAs 상에 ITO를 증착후 250℃ 내지 450℃ 범위에서 질소분위기에서 약 1분 내외의 어닐링(annealing) 공정을 통해 100 nm 내지 250nm의 두께의 ITO에서 터널링(Tunneling) 효과에 의해 더욱 높은 오믹특성의 구현이 가능한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 따라 p-GaAs 표면에 Ga과 ITO의 인듐(Indium)이 어닐링(annealing) 시, Ga-In 고용체(solid solution) 형성을 위해 Ga 아웃 디퓨젼(out-diffusion)이 발생하여 p-GaAs 표면에 Ga 베이컨시(vacancy), 즉 어셉터(acceptor)가 증가할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 어닐링(annealing) 시 Ga out-diffusion으로 인한 Ga-In-Sn-(Oxide) compound 형성으로 p-GaAs 상부 표면층은 deep acceptor like Ga vacancies 형성되어 캐리어 농도(Carrier Concentration)가 증가할 수 있고, 이에 따라 터널링(Tunneling)으로 인한 p-GaAs / ITO ohmic 형성이 가능할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 도 5a와 같이, 제2 반사층(250) 상에 오믹컨택층(291)을 약 100nm 내지 250nm로 형성함으로써 광투과성이 현저히 향상되는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용가능한 파장(λ1)이 약 800nm 내지 1,000nm인 경우에, 오믹컨택층의 굴절률(n)은 약 1.6 내지 2.2일 수 있으며, 소광 계수(extinction coefficient) 또는 흡수 계수(absorption index) k값은 0.1이하일 수 있다.
실시예에 의하면, 제2 반사층(250) 상에 배치되는 오믹컨택층(291)에 의해 AR(anti-reflection) 코팅(Coating)으로 인한 광학적 특성 향상될 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처(apertures)의 손상이나 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가를 방지할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 앞서 기술한 바와 같이, 실시예에 의하면, 상기 오믹컨택층(291)의 두께를 약 100nm 내지 약 250nm인 제1 두께(T1)로 제어함으로써 오믹컨택층(291)과 제2 반사층(250) 간의 높은 오믹특성을 얻을 수 있으며, 면저항(Rs)이 현저히 저하될 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 11a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분(C) 확대도이고, 도 11b는 도 11a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 부분 단면도이다.
실시예는 도 11b와 같이, 소정의 마스크(300)를 사용하여 발광 구조물을 식각하여 메사영역(M)을 형성할 수 있다. 이때, 제2 반사층(250)으로부터 AlGa 계열층(241a)과 활성영역(230)까지 메사 식각될 수 있고, 제1 반사층(220)의 일부까지 메사 식각될 수도 있다. 메사 식각에서는 ICP(inductively coupled plasma) 에칭 방법으로, 주변 영역의 제2 반사층(250)으로부터 AlGa 계열층(241a)과 활성영역(230)을 제거할 수 있으며, 메사 식각 영역은 측면이 기울기를 가지고 식각될 수 있다.
다음으로 도 12a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분(C) 확대도이고, 도 12b는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 애퍼처(241) 형성을 위한 단위공정 도면이며, 12c는 도 12a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 부분 단면도이다.
실시예는 도 12c와 같이, AlGa 계열층(241a)의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수 있으며, 예를 들면 습식 산화(Wet Oxidation)으로 변화시킬 수 있다. 이를 통해 절연영역(242)과 비 산화영역인 애퍼처(241)를 포함하는 애퍼처 영역(240)을 형성할 수 있다.
예를 들어, AlGa 계열층(241a)의 가장 자리 영역으로부터 산소를 공급하면, AlGa 계열층의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 알루미늄 산화물(Al2O3)가 형성될 수 있다. 이때, 반응 시간 등을 조절하여, AlGa 계열층의 중앙 영역은 산소와 반응하지 않고 가장 자리영역만 산소와 반응하여 알루미늄 산화물의 절연영역(242)이 형성될 수 있도록 한다.
또한 실시예는 이온 주입(Ion implantation)을 통해 AlGa 계열층의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수도 있으며 이에 한정하지 않는다. 이온 주입 시에는 300keV 이상의 에너지로 포톤(photon)이 공급될 수 있다.
상술한 반응 공정 후에, 애퍼처 영역(240)의 중앙 영역은 도전성의 AlGaAs가 배치되고 가장 자리 영역에는 비도전성의 Al2O3가 배치될 수 있다. 중앙 영역의 AlGaAs는 활성영역(230)에서 방출되는 광이 상부 영역으로 진행되는 부분으로 애퍼처(241)로 정의될 수 있다.
다음으로 도 13a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분(C) 확대도이고, 도 13b는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 패시베이션층(270) 형성을 위한 단위공정 도면이며, 13c는 도 13a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 부분 단면도이다.
도 13c와 같이, 발광 구조물의 상부면에 패시베이션층(270)이 형성될 수 있으며, 상기 오믹컨택층(291)의 외측면 일부상에도 배치될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 제3 실시예에서는 오믹컨택층(291)의 에지가 제거되어 오믹컨택층(291)과 패시베이션층(270)은 상호 이격될 수도 있다.
다음으로 도 14a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 부분(C) 확대도이고, 도 14b는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 제2 전극(280) 형성을 위한 단위공정 도면이며, 14c는 도 14a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 부분 단면도이다.
실시예에 의하면 도 14c와 제2 반사층(250) 상에 컨택 전극(282)이 형성될 수 있으며, 컨택 전극(282)의 사이의 중앙영역은 애퍼처(241)와 대응될 수 있다. 상기 컨택 전극(282)은 제2 반사층(250)과의 오믹 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 컨택 전극(282)이 형성되기 전에, 컨택 전극(282)이 형성될 위치의 오믹컨택층(291)의 일부가 제거되어 제2 반사층(250)이 일부 노출될 수 있다.
다음으로, 컨택 전극(282)과 전기적으로 접촉되는 패드 전극(284)이 형성될 수 있으며, 패드 전극(284)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.
상기 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
잠시 도 2b를 참조하면, 상기 제2 전극(280)의 일부는 상기 오믹컨택층(291)을 관통하여 상기 제2 반사층(250)과 직접 접할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(280)은 컨택 전극(282)과 패드 전극(284)을 구비할 수 있으며, 상기 컨택 전극(282)은 하부 컨택전극부(282a)와 상부 컨택전극부(282b)를 구비할 수 있으며, 상기 하부 컨택전극부(282a)는 제2 반사층(250)과 직접 접하며, 상부 컨택전극부(282b)는 오믹컨택층(291)과 직접 접할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(280)의 컨택 전극(282)은 제1 수평 폭(W1)을 구비하는 하부 컨택전극부(282a)와 제1 수평 폭(W1)에 비해 큰 제2 수평 폭(W2)을 구비하는 상부 컨택전극부(282b)를 포함할 수 있다.
상기 컨택 전극(282)의 하부 컨택전극부(282a)는 상기 제2 반사층(250)과 직접 접촉할 수 있으며, 상기 컨택 전극(282)의 상부 컨택전극부(282b)는 오믹컨택층(291) 상에 배치되어 상기 오믹컨택층(291)이 제2 반사층(250)과 직접 접하여 상기 오믹컨택층(291)을 통해 상기 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 상기 제2 전극(280)에서 컨택 전극(282)의 하부 컨택전극부(282a)가 제2 반사층(250)과 접하여 제1 전류가 애퍼처(241)에 주입될 수 있으며, 컨택 전극(282)의 상부 컨택전극부(282b)가 오믹컨택층(291)을 통해 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결됨으로써 제2 전류가 애퍼처(241)에 효율적으로 주입될 수 있다.
또한 도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(202)는 상기 제2 반사층(250)과 상기 오믹컨택층(291) 사이에 전도성 도트(dot)(295)를 포함하여 오믹특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 상기 제2 반사층(250)과 상기 오믹컨택층(291) 사이에 Ag, Pt 등의 전도성 도트(dot)(295)를 포함하여 오믹특성을 더욱 향상시켜 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 전도성 도트(dot)(295)는 약 3nm 내지 6nm의 직경으로 형성될 수 있으며, 3nm 미만의 직경의 경우 오믹컨택에 기여가 낮을 수 있고, 직경이 6nm 초과시 투과도에 영향을 줄 수 있다.
또한 도 7을 참조하면, 제3 실시예에서 상기 제2 전극(280)은, 제2 오믹컨택층(292) 상에 제2 컨택 전극(283)을 포함하며, 상기 제2 컨택 전극(283)은 상기 제2 오믹컨택층(292)을 관통하지 않고 상기 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 상기 제2 오믹컨택층(292)은 중심부(292c)와 에지부(292e)를 포함하며, 제2 오믹컨택층(292)의 중심부(292c)는 제2 반사층(250) 상에 상기 애퍼처(241)와 상하간에 중첩되도록 배치되며, 제2 오믹컨택층의 에지부(292e)는 상기 제2 컨택 전극(283)과 상하간에 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 제2 오믹컨택층의 에지부(292e)는 상기 패드 전극(284)과는 상하간에 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 이때 패시베이션층(270)은 상기 제2 오믹컨택층(292)과 이격될 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 제2 컨택 전극(283)은 제2 반사층(250)과 최대한 넓게 직접 접촉하며, 제2 오믹컨택층(292)의 에지부(292e)는 패시베이션층(270)과 이격되도록 배치하여 애피처 외곽으로 전류가 확산되는 것을 방지하고 애퍼처(241)와 대응되는 영역을 중심으로 제2 오믹컨택층(292)이 배치되어 전류 주입효율을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예의 적용에 따라 오믹컨택층의 오믹특성이 향상이 됨을 활용함과 아울러, 외곽의 컨택 전극(282)의 오믹특성을 활용할 수 있다.
즉, 애퍼처(241)와 대응되는 영역에는 제2 오믹컨택층(292)이 위치하는 전류 주입효율을 향상시키고, 애퍼처(241)와 대응되지 않는 영역에는 제2 컨택 전극(283)을 배치하여 저항을 낮춤으로써 전류 주입효율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 14c를 참조하면, 상기 기판(210)의 아래에는 제1 전극(215)이 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(215)의 배치 전에 소정의 그라인딩 공정 등을 통해 상기 기판(210)의 저면 일부를 제거하여 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 전극(215)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(215)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상술한 반도체 소자는 레이저 다이오드일 수 있으며, 2개의 반사층 내부가 공진기로 작용할 수 있다. 이때, 제1 도전형의 제1 반사층(220)과 제2 도전형의 제2 반사층(250)으로부터 전자와 정공이 활성층으로 공급되어, 활성영역(230)에서 방출된 광이 공진기 내부에서 반사되어 증폭되고 문턱 전류에 도달하면, 상술한 애퍼처(241)를 통하여 외부로 방출될 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자에서 방출된 광은 단일 파장 및 단일 위상의 광일 수 있으며, 제1 반사층(220), 제2 반사층(250)과 활성영역(230)의 조성 등에 따라 단일 파장 영역이 변할 수 있다.
다음으로 도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자 가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 실시예의 이동 단말기(1500)는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 앞서 설명된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 패키지 중의 하나를 포함할 수 있다.
상기 플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다.
상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 상기 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자를 포함하는 발광부와, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
제1 전극(215); 제1 반사층(220); 활성영역(230);
제2 반사층(250); 제2 전극(280), 오믹컨택층(291),
컨택 전극(282); 패드 전극(284)

Claims (12)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티 영역을 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역;
    상기 애퍼처 영역 상에 배치되는 제2 반사층; 및
    상기 제2 반사층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극은,
    상기 제2 반사층과 상기 제2 전극 사이와 서로 인접한 제2 전극 사이에서 상기 제2 반사층의 상면에 배치되는 오믹컨택층을 포함하며,
    상기 오믹컨택층은 상기 제2 반사층 및 상기 제2 전극과 직접 접하는 표면발광 레이저소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 컨택 전극과 패드 전극을 포함하며,
    상기 컨택 전극은,
    상기 오믹컨택층을 관통하여 상기 제2 반사층과 직접 접하는 표면발광 레이저소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컨택 전극은, 하부 컨택전극부와 상부 컨택전극부를 포함하며,
    상기 하부 컨택전극부는 상기 제2 반사층과 직접 접하며,
    상기 상부 컨택전극부는 상기 오믹컨택층과 직접 접하는 표면발광 레이저소자.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 컨택 전극은,
    제1 수평 폭을 구비하는 하부 컨택전극부; 및
    상기 제1 수평 폭에 비해 큰 제2 수평 폭을 구비하는 상부 컨택전극부;를 포함하는 표면발광 레이저소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 p형 반사층이며,
    상기 오믹컨택층은 n형 오믹컨택층인 표면발광 레이저소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 오믹컨택층의 두께는
    100nm 내지 250nm인 표면발광 레이저소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 반사층과 상기 오믹컨택층 사이에 전도성 도트를 더 포함하는 표면발광 레이저소자.
  8. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 기판;
    상기 기판 상에 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처와 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역;
    상기 애퍼처 영역 상에 제2 반사층;
    상기 제2 반사층 상에 제2 전극; 및
    상기 제2 반사층과 상기 제2 전극 사이에 패시베이션층;을 포함하고,
    상기 제2 전극은,
    상기 제2 반사층과 상기 제2 전극 사이와 서로 인접한 제2 전극 사이에서 상기 제2 반사층 상에 배치되는 제2 오믹컨택층; 및
    상기 제2 오믹컨택층 상에 컨택 전극;을 포함하며,
    상기 제2 오믹컨택층은 상기 제2 반사층과 직접 접하며,
    상기 컨택 전극은 상기 제2 오믹컨택층을 관통하지 않고 상기 제2 반사층 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 표면발광 레이저소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 상기 제2 오믹컨택층과 이격된 표면발광 레이저소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 오믹컨택층은 중심부와 에지부를 포함하며,
    상기 제2 오믹컨택층의 중심부는 상기 제2 반사층 상에 상기 애퍼처와 중첩되도록 배치되며,
    상기 제2 오믹컨택층의 에지부는 상기 컨택 전극과 중첩되도록 배치되는 표면발광 레이저소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 컨택 전극 중에 상기 제2 오믹컨택층과 중첩되는 수평 폭은 상기 컨택 전극의 제3 수평 폭의 50% 이하인 표면발광 레이저소자.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나의 표면발광 레이저소자를 포함하는 발광장치.
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