KR102465334B1 - VCSEL with Improved Yield and Operating Efficiency - Google Patents

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KR102465334B1
KR102465334B1 KR1020220032929A KR20220032929A KR102465334B1 KR 102465334 B1 KR102465334 B1 KR 102465334B1 KR 1020220032929 A KR1020220032929 A KR 1020220032929A KR 20220032929 A KR20220032929 A KR 20220032929A KR 102465334 B1 KR102465334 B1 KR 102465334B1
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metal layer
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metal
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KR1020220032929A
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김승환
임종현
추연웅
박경욱
정명훈
고원석
여혜림
홍수진
이원주
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(주)에이프로
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Abstract

Disclosed is a vertical cavity surface emitting laser device with improved yield and operation efficiency. According to an aspect of the present embodiment, the vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) device comprises: a first reflector comprising a plurality of distributed bragg reflector (DBR) pairs; a second reflector comprising the relatively smaller number of DBR pairs than that of the first reflector; a cavity layer disposed between the first reflector and the second reflector to emit light while a hole generated from one of the first reflector and the second reflector and an electron generated from the other are coupled to each other; a first metal layer brought into contact with the second reflector to supply power to the second reflector; a second metal layer which supplies power to the first reflector; and a metal pad layer brought into contact with the first metal layer to supply power supplied from the outside to the first metal layer, wherein the first metal layer comprises a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a gold (Au) layer.

Description

수율과 동작 효율을 향상시킨 수직 공진 표면 발광 레이저 소자{VCSEL with Improved Yield and Operating Efficiency}Vertical resonance surface emitting laser device with improved yield and operating efficiency {VCSEL with Improved Yield and Operating Efficiency}

본 발명은 수율과 동작효율을 향상시킬 수 있는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL) 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL) device capable of improving yield and operating efficiency.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

일반적으로, 반도체 레이저 다이오드는 측면 발광 레이저 다이오드(EEL, Edge Emitting Laser Diode, 이하 'EEL'로 약칭함) 및 수직 공진형 표면 발광 레이저 다이오드(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 'VCSEL'로 약칭함)를 포함한다. EEL은 소자의 적층면과 평행 방향을 이루는 공진구조를 갖기 때문에, 레이저 빔을 적층면과 평행한 방향으로 발진시키며, VCSEL은 소자의 적층면과 수직 방향인 공진구조를 가짐으로써, 레이저 빔을 소자의 적층면과 수직 방향으로 발진시킨다.In general, semiconductor laser diodes are a side-emitting laser diode (EEL, Edge Emitting Laser Diode, hereinafter abbreviated as 'EEL') and a vertical resonance type surface emitting laser diode (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, hereinafter abbreviated as 'VCSEL'). ) is included. Since the EEL has a resonance structure that is parallel to the stacking surface of the device, it oscillates a laser beam in a direction parallel to the stacked surface, and the VCSEL has a resonance structure that is perpendicular to the stacked surface of the device, so that the laser beam is converted into an element. oscillate in a direction perpendicular to the lamination plane of

VCSEL은 EEL에 비해 광 이득 길이(Gain Length)가 짧아, 저전력 구현이 가능하며, 고밀도 집적화가 가능하므로 대량 생산에 유리하다는 장점이 있다. 또한, VCSEL은 단일 종단 모드(Single Longitudinal Mode)로 레이저 빔을 발진시킬 수 있으며, 웨이퍼 상에서의 테스트가 가능하다. VCSEL은 주로, 광통신, 광 인터커넥션 및 광 픽업 등에서의 광학장치 내의 광원으로 사용되어 왔다. VCSEL has a shorter optical gain length than EEL, so it can realize low power, and since high-density integration is possible, it is advantageous for mass production. In addition, the VCSEL can oscillate a laser beam in a single-ended mode (Single Longitudinal Mode) and can be tested on a wafer. VCSELs have been mainly used as light sources in optical devices in optical communication, optical interconnection, optical pickup, and the like.

최근들어, VCSEL은 라이다(LiDAR), 안면 인식, 모션 인식, AR(Augmented Reality) 또는 VR(Virtual Reality) 장치 등의 화상 형성장치 내의 광원으로까지 그 사용범위가 확대되고 있다.In recent years, the VCSEL is being used as a light source in an image forming apparatus, such as LiDAR, facial recognition, motion recognition, AR (Augmented Reality) or VR (Virtual Reality) device, the range of its use has been expanded.

VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일은 도 13에 도시되어 있다.The profile of the laser beam output from the VCSEL is shown in FIG. 13 .

도 13은 VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일을 도시한 도면이다.13 is a diagram illustrating a profile of a laser beam output from a VCSEL.

도 13을 참조하면, 상대적으로 낮은 전류가 VCSEL의 각 전극에 인가될 경우 도 13(a)와 같이 균일한 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔이 VCSEL로부터 출력된다. 이는 전류밀도가 낮은 상태이기 때문에, 출력되는 레이저 빔은 원형의 균일한 빔 프로파일을 갖는다. 다만, 출력되는 레이저 빔의 세기를 증가시키기 위해 인가되는 전류의 세기가 증가할 경우, 도 13(b) 내지 (d)와 같이 불균일해지며 분리되는 형태의 레이저 빔 프로파일을 갖는다. 인가되는 전류의 세기가 커지며 전류밀도가 증가할 경우, 전 극의 주변으로 전류가 집중되며 레이저 빔들이 분리되는 현상이 발생한다. 출력해야 할 레이저 빔의 세기가 결정될 경우, 종래의 VCSEL은 해당 세기를 출력하기 위해 인가해야 할 전류의 세기가 정해져 있기에 전술한 바와 같이 레이저 빔의 프로파일의 변화에 대응하기 곤란했다.Referring to FIG. 13 , when a relatively low current is applied to each electrode of the VCSEL, a laser beam having a uniform beam profile is output from the VCSEL as shown in FIG. 13( a ). Since this is a low current density, the output laser beam has a circular uniform beam profile. However, when the intensity of the current applied to increase the intensity of the output laser beam increases, the laser beam profile becomes non-uniform and separated as shown in FIGS. 13(b) to 13(d). When the strength of the applied current increases and the current density increases, the current is concentrated around the electrode and the laser beams are separated. When the intensity of the laser beam to be output is determined, the conventional VCSEL has difficulty in responding to the change in the profile of the laser beam as described above because the intensity of the current to be applied to output the intensity is determined.

종래의 VCSEL을 제조함에 있어, 이미터 상부에 전류가 인가될 양의 전극을 형성해야 한다. 이를 위해 보편적으로 전극 형태를 형성하기 위한 PR(Photo-Resist) 패터닝(patterning) 공정을 진행하고, 이후 E-beam 증착기(Evaporator)나 스퍼터(Sputter) 방식으로 전극 금속을 증착한 후, 리프트 오프(Lift-off) 공정을 진행하여 전극 외 영역에 증착된 금속을 제거 후 전극을 형성해왔다. 다만, 리프트 오프(Lift-off) 공정 진행 시, 설계된 전극의 구조나 형태로 인해 레이져 출력 영역에 PR 혹은 금속 부유물이 잔류하게 되는 경우가 발생한다. 해당 VCSEL에서는 잔여물에 의해 온전한 프로파일을 갖는 레이저 빔이 출력되기 곤란하여, VCSEL 제조공정에서의 수율을 떨어뜨리는 문제를 유발했다.In manufacturing a conventional VCSEL, it is necessary to form a positive electrode to which a current is to be applied on the emitter. To this end, a photo-resist (PR) patterning process is generally performed to form an electrode shape, and then electrode metal is deposited by an E-beam evaporator or sputter method, and then lift-off ( Lift-off) process was performed to remove the metal deposited on the area outside the electrode, and then the electrode was formed. However, during the lift-off process, PR or metal floating matter may remain in the laser output area due to the structure or shape of the designed electrode. In the VCSEL, it was difficult to output a laser beam having an intact profile due to the residue, which caused a problem of lowering the yield in the VCSEL manufacturing process.

본 발명의 일 실시예는, 수율을 향상시키며, 동작 효율을 증가시킨 VCSEL을 제공하는 데 일 목적이 있다.An embodiment of the present invention has an object to provide a VCSEL with improved yield and increased operating efficiency.

본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 페어를 포함하는 제1 반사부와 상기 제1 반사부보다 상대적으로 적은 DBR 페어를 포함하는 제2 반사부와 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부의 사이에 위치하여, 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부 중 어느 하나에서 생성된 홀(정공)과 나머지 하나에서 생성된 전자가 결합되며 광을 발진하는 캐비티층과 상기 제2 반사부와 접촉하여, 상기 제2 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제1 메탈층과 상기 제1 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제2 메탈층 및 상기 제1 메탈층과 접촉하여, 외부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 메탈층으로 전달하는 메탈 패드층을 포함하며, 상기 제1 메탈층은 티타늄층(Ti), 질화 티타늄층(TiN) 및 금층(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a first reflector including a plurality of DBR (Distributed Bragg Reflector) pairs, a second reflector including a DBR pair relatively smaller than the first reflector, and the first reflector; a cavity layer positioned between the second reflecting unit and oscillating light by combining a hole (hole) generated in any one of the first reflecting unit and the second reflecting unit and electrons generated in the other one; 2 In contact with the reflective part, the first metal layer for supplying power to the second reflective part and the second metal layer and the first metal layer for supplying power to the first reflective part, and a metal pad layer for transferring power supplied from the outside to the first metal layer, wherein the first metal layer includes a titanium layer (Ti), a titanium nitride layer (TiN), and a gold layer (Au). VCSEL is provided.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 VCSEL은 상기 캐비티층 내 또는 상기 캐비티층에 인접하여 형성되는 산화막층을 더 포함하는 According to one aspect of the present invention, the VCSEL further comprises an oxide layer formed in the cavity layer or adjacent to the cavity layer

상기 제1 메탈층은 상기 질화 티타늄층 및 상기 금층 사이에 백금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first metal layer may further include a platinum layer between the titanium nitride layer and the gold layer.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 메탈층은 하나 이상의 노치(Notch)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the first metal layer is characterized in that it includes one or more notches (notch).

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 상기 제1 메탈층의 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the notch is formed to penetrate inside and outside the first metal layer.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 복수 개로 구현되는 경우 기 설정된 간격마다 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, when the notch is implemented in plurality, it is characterized in that it is formed at predetermined intervals.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 기 설정된 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the notch is characterized in that it has a predetermined thickness.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수율이 향상되며, 동작 효율이 증가할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to one aspect of the present invention, there are advantages in that the yield is improved and the operation efficiency can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 단면도이다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 제조과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 금에 첨가되는 원소의 종류 및 양에 따라 변화하는 합금의 접촉저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.
도 11 및 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a VCSEL according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are diagrams illustrating a manufacturing process of a VCSEL according to an embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating a cross-section of a first metal layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating a change in the contact resistance of an alloy that varies according to the type and amount of an element added to gold.
9 is a graph illustrating a result of Auger electric spectroscopy of the first metal layer according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing the structure of the first metal layer according to the first embodiment of the present invention.
11 and 12 are views showing the structure of the first metal layer according to the second embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a profile of a laser beam output from a VCSEL.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that terms such as “comprise” or “have” in the present application do not preclude the possibility of addition or existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification in advance. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a VCSEL according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL(100)은 기판(110), 제1 반사부(120), 캐비티 층(130), 제2 반사부(140), 캡 층(150), 패시베이션 층(160, 164, 168), 제1 메탈층(170), 제2 메탈층(175) 및 메탈 패드층(180)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a VCSEL 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110 , a first reflector 120 , a cavity layer 130 , a second reflector 140 , and a cap layer 150 . ), passivation layers 160 , 164 , 168 , a first metal layer 170 , a second metal layer 175 , and a metal pad layer 180 .

기판(110)은 VCSEL(100) 내 각 레이어들이 성장하거나 증착될 수 있도록 한다. The substrate 110 allows each layer in the VCSEL 100 to be grown or deposited.

제1 반사부(120)는 p형 도펀트가 도핑된 반도체 물질로 구성될 수 있으며, Al을 포함하는 반도체 물질인 AlGaAs로 구성될 수 있다. 제1 반사부(120)는 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector, 또는 '분산 브래그 리플렉터') 페어로 구성된다. DBR 페어는 85 내지 100%의 높은 알루미늄(Al) 비율을 포함하는 고 알루미늄 구성층(High Al Composition Layer)과 0 내지 20%의 낮은 알루미늄 비율을 포함하는 저 알루미늄 구성층(High Al Composition Layer)을 하나의 페어로 하여 복수 개 구현된다. 제1 반사부(120)는 제2 반사부(140) 보다 더 많은 DBR 페어수를 포함하여, 상대적으로 더 높은 반사도(Reflectivity)를 갖는다. 이에, 캐비티 층(130)에서 발진되는 광 또는 레이저는 상대적으로 페어 수가 적어 낮은 반사도를 갖는 제2 반사부(140) 방향으로 발진된다.The first reflector 120 may be made of a semiconductor material doped with a p-type dopant, and may be made of AlGaAs, which is a semiconductor material including Al. The first reflector 120 includes a plurality of DBR (Distributed Bragg Reflector, or 'Distributed Bragg Reflector') pairs. The DBR pair consists of a High Al Composition Layer comprising a high Al ratio of 85 to 100% and a High Al Composition Layer comprising a low Al ratio of 0 to 20%. A plurality of them are implemented as one pair. The first reflector 120 includes a larger number of DBR pairs than the second reflector 140 , and has relatively higher reflectivity. Accordingly, the light or laser oscillated from the cavity layer 130 is oscillated in the direction of the second reflector 140 having a low reflectivity due to a relatively small number of pairs.

캐비티층(130)은 제1 반사부(120)에서 생성된 정공과 제2 반사부(140)에서 생성된 전자가 만나 재결합하는 층으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛이 생성된다. 캐비티층(130)은 단일양자우물(Single Quantum Well, SQW) 또는 복수 개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(Multiple Quantum Well, MQW) 구조를 포함할 수 있다. 다중양자우물 구조를 포함할 경우, 캐비티층(130)은 에너지 밴드가 서로 다른 우물층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 한번 또는 그 이상 적층되는 구조를 갖는다. 캐비티층(230)의 우물층(미도시)/장벽층(미도시)은 InGaAs/AlGaAs, InGaAs/GaAs 또는 GaAs/AlGaAs 등으로 구성될 수 있다. The cavity layer 130 is a layer in which holes generated by the first reflecting unit 120 and electrons generated by the second reflecting unit 140 meet and recombine, and light is generated by recombination of electrons and holes. The cavity layer 130 may include a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure having a plurality of quantum well layers. When a multi-quantum well structure is included, the cavity layer 130 has a structure in which well layers (not shown) and barrier layers (not shown) having different energy bands are alternately stacked once or more. The well layer (not shown)/barrier layer (not shown) of the cavity layer 230 may be formed of InGaAs/AlGaAs, InGaAs/GaAs, or GaAs/AlGaAs.

캐비티층(130)은 추가적으로 산화막층을 더 포함한다. 산화막층은 산화(Oxidation)공정을 거치며 일정 길이의 산화된 부분으로서, 산화된 부분의 길이에 따라 출력되는 레이저의 특성 및 개구부의 직경을 결정한다. 산화막층은 제1 반사부(120) 및 제2 반사부(140)보다 높은 농도의 알루미늄(Al)으로 구성된다. 알루미늄 농도가 높을수록, 산화되는 속도가 증가한다. 산화막층이 양 반사부(210, 240)보다 상대적으로 높은 알루미늄 농도로 구현됨에 따라, 추후 산화를 진행함에 있어 선택적으로 산화를 진행할 수 있게 된다. 예를 들어, 산화막층은 Al 비율이 98% 이상의 AlGaAs로 구현되며, 각 반사부(120, 140)는 Al 비율이 0%~100% 사이의 AlGaAs로 구현될 수 있다. The cavity layer 130 further includes an oxide layer. The oxide layer is an oxidized portion of a certain length through an oxidation process, and determines the characteristics of the laser output and the diameter of the opening according to the length of the oxidized portion. The oxide layer is made of aluminum (Al) having a higher concentration than that of the first and second reflectors 120 and 140 . The higher the aluminum concentration, the higher the rate of oxidation. As the oxide layer is implemented with a relatively higher aluminum concentration than both of the reflection units 210 and 240 , oxidation can be selectively performed during subsequent oxidation. For example, the oxide layer may be implemented with AlGaAs having an Al ratio of 98% or more, and each of the reflection units 120 and 140 may be implemented with AlGaAs having an Al ratio of 0% to 100%.

제2 반사부(140)는 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, Al을 포함하는 반도체 물질인 AlGaAs로 구성될 수 있다. 제2 반사부(140)도 마찬가지로 복수의 DBR 페어로 구성된다. 다만, 전술한 대로, 제1 반사부(120)보다 상대적으로 적은 개수의 DBR 페어를 포함하기에 상대적으로 낮은 반사도를 갖는다. 이에, 캐비티(130) 층에서 발진되는 광 또는 레이저는 상대적으로 페어 수가 적어 낮은 반사도를 갖는 제2 반사부(140) 방향으로 발진된다.The second reflector 140 may be implemented as an n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant, and may be formed of AlGaAs, which is a semiconductor material including Al. The second reflector 140 is also configured of a plurality of DBR pairs. However, as described above, since the first reflector 120 includes a relatively smaller number of DBR pairs, the reflectivity is relatively low. Accordingly, the light or laser oscillated from the cavity 130 layer is oscillated in the direction of the second reflector 140 having a low reflectivity due to a relatively small number of pairs.

캡층(150)은 제2 반사부(140) 상에 적층된다.The cap layer 150 is stacked on the second reflection unit 140 .

패시베이션층(160)은 캡층(150) 상에 도포되어 캡층(150)을 외부로부터 보호한다.The passivation layer 160 is applied on the cap layer 150 to protect the cap layer 150 from the outside.

패시베이션층(164)은 제1 반사층(120), 캐비티층(130) 및 제2 반사층(140)의 측면과 패시베이션층(160) 상에 도포되어, 각 구성들을 외부로부터 보호한다.The passivation layer 164 is applied on the side surfaces of the first reflective layer 120 , the cavity layer 130 , and the second reflective layer 140 , and on the passivation layer 160 , to protect each component from the outside.

패시베이션층(168)은 VCSEL(100)의 최외곽에 도포되어 각 구성들을 외부로부터 보호한다. 패시베이션층(168)은 메탈 패드층(180) 일부가 외부로 드러나도록 하는 구조를 가져, 외부에서 메탈 패드층(180)을 거쳐 제1 메탈층(170)으로 용이하게 전원이 공급될 수 있도록 한다.The passivation layer 168 is applied to the outermost portion of the VCSEL 100 to protect each component from the outside. The passivation layer 168 has a structure such that a part of the metal pad layer 180 is exposed to the outside, so that power can be easily supplied to the first metal layer 170 through the metal pad layer 180 from the outside. .

제1 메탈층(170)은 제2 반사부(140)와 접촉하여, 제2 반사부(140)로 전원이 공급될 수 있도록 한다. 제1 메탈층(170)은 티타늄층(Ti), 질화 티타늄층(TiN), 백금층(Pt) 및 금층(Au)을 포함하는 p-메탈로 구현된다. 제1 메탈층(170)이 제2 반사부(140)의 (도 1을 기준으로) 상단에 형성됨에 따라, 메탈 패드층(180)을 거쳐 인가되는 전원을 제2 반사부(140)로 전달한다. The first metal layer 170 is in contact with the second reflection unit 140 so that power can be supplied to the second reflection unit 140 . The first metal layer 170 is implemented as p-metal including a titanium layer (Ti), a titanium nitride layer (TiN), a platinum layer (Pt), and a gold layer (Au). As the first metal layer 170 is formed on the upper end of the second reflection unit 140 (with reference to FIG. 1 ), power applied through the metal pad layer 180 is transmitted to the second reflection unit 140 . do.

제2 메탈층(175)은 기판(110)의 하단에서 제1 반사부(120)로 전원이 공급될 수 있도록 한다. 제2 메탈층(175)은 외부로부터 인가되는 전원을 제1 반사부(120)로 전달한다. 제2 메탈층(175)은 제1 메탈층(170)과 반대로 n-메탈일 수 있다. The second metal layer 175 allows power to be supplied to the first reflector 120 from the lower end of the substrate 110 . The second metal layer 175 transmits power applied from the outside to the first reflector 120 . As opposed to the first metal layer 170 , the second metal layer 175 may be n-metal.

메탈 패드층(180)은 제1 메탈층(170)과 접촉하며, 외부로부터 공급되는 전원을 제1 메탈층(170)으로 전달한다.The metal pad layer 180 is in contact with the first metal layer 170 , and transmits power supplied from the outside to the first metal layer 170 .

이와 같은 구조를 갖는 VCSEL은 도 2 내지 6의 과정을 거치며 제조된다.VCSELs having such a structure are manufactured through the processes of FIGS. 2 to 6 .

도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 제조과정을 도시한 도면이다.2 to 6 are diagrams illustrating a manufacturing process of a VCSEL according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 반사층(120), 캐비티층(130), 제2 반사층(140) 및 캡층(150)이 성장하고, 캡층(150) 상에 제1 메탈층(170)이 증착된다.Referring to FIG. 2 , a first reflective layer 120 , a cavity layer 130 , a second reflective layer 140 , and a cap layer 150 are grown on a substrate 110 , and a first metal layer is formed on the cap layer 150 . 170 is deposited.

도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 성장한 각 레이어들이 메사구조로 식각되며, 캡층(150) 및 제1 메탈층(170) 상에 패시베이션층(160)이 도포된다.Referring to FIG. 3 , each layer grown on the substrate 110 is etched into a mesa structure, and a passivation layer 160 is applied on the cap layer 150 and the first metal layer 170 .

도 4를 참조하면, 캐비티층(130) 내 또는 캐비티층(130)에 인접하여 산화막층이 형성되도록 산화과정이 진행된다. 메사 구조로 식각된 각 레이어 및 패시베이션층(160) 상에 패시베이션층(164)이 도포된다. 제1 메탈층(170)이 외부로 드러날 수 있도록 제1 메탈층(170) 상의 패시베이션층(160, 164)이 식각된다.Referring to FIG. 4 , an oxidation process is performed to form an oxide layer in the cavity layer 130 or adjacent to the cavity layer 130 . A passivation layer 164 is applied on each layer etched in the mesa structure and on the passivation layer 160 . The passivation layers 160 and 164 on the first metal layer 170 are etched so that the first metal layer 170 is exposed to the outside.

도 5를 참조하면, 패시베이션층(164) 상으로 메탈 패드층(180)이 증착된다.Referring to FIG. 5 , a metal pad layer 180 is deposited on the passivation layer 164 .

도 6을 참조하면, 메탈 패드층(180) 상으로 패시베이션층(168)이 증착되며, 메탈 패드층(168)의 일부분이 드러나도록 패시베이션층(168)의 일부분이 식각된다. 한편, 제1 반사층(120) 등이 성장한 기판(110)의 일 면의 반대 면에 제2 메탈층(175)이 증착된다. 이때, 제2 메탈층(175)이 증착됨에 있어, 제2 메탈층(175)이 증착될 기판의 반대 면에 식각이 진행될 수 있다. Referring to FIG. 6 , a passivation layer 168 is deposited on the metal pad layer 180 , and a portion of the passivation layer 168 is etched to expose a portion of the metal pad layer 168 . On the other hand, the second metal layer 175 is deposited on the opposite surface of the one surface of the substrate 110 on which the first reflective layer 120 is grown. In this case, when the second metal layer 175 is deposited, etching may be performed on the opposite surface of the substrate on which the second metal layer 175 is to be deposited.

제2 메탈층(175)까지 증착된 후 어닐링 공정이 진행된다.After the second metal layer 175 is deposited, an annealing process is performed.

전술한 과정을 거치며 VCSEL이 제조될 수 있다. 다만, 발명의 배경이 되는 기술 부분에서도 지적하였듯이, 도 2, 도 4 및 도 6 등에서 언급되었듯이, 일부분만을 남겨두거나 일 부분을 식각함에 있어, 보통 PR(Photo Resist)를 이용한 식각이 진행된다. 그러나 종래의 VCSEL, 특히, 제1 메탈층의 구조나 형태를 PR 패터닝(Patterning)하고 전극 증착 공정 이후 PR 및 전극영역 이외의 금속을 제거하는 리프트 오프(Lift-off) 공정 시, 레이져 출력 영역의 레이어 상에 PR 및 금속 부유물들이 잔류하는 경우가 발생한다. 이처럼 PR 및 금속 부유물들이 레이어 상에 잔류할 경우, 출력될 레이저 빔의 품질에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제를 유발한다. Through the above-described process, the VCSEL may be manufactured. However, as pointed out in the technical part that is the background of the invention, as mentioned in FIGS. 2, 4 and 6, etc., when leaving only a part or etching a part, etching using PR (Photo Resist) is usually performed. However, in a conventional VCSEL, in particular, in a lift-off process of PR patterning the structure or shape of the first metal layer and removing metal other than the PR and electrode region after the electrode deposition process, the laser output region It happens that PR and metal floats remain on the layer. As such, when the PR and metal floats remain on the layer, it causes a problem that has a fatal effect on the quality of the laser beam to be output.

어닐링 공정은 통상 250℃ 내외의 온도에서 진행된다. 이때, 종래의 제1 메탈층은 티타늄층(Ti) 및 금층(Au)으로 구현되는데, 어닐링 공정과 같은 높은 온도에서 티타늄 원소는 금까지 확산되며 금과 반응하며 TiAu, TiAu2, Ti3Au 등의 합금으로 생성된다. 이처럼 생성되는 합금은 후술할 도 8과 같이 접촉 저항(Specific Resistance)을 상승시킨다. 접촉저항의 상승은 인가되어야 하는 전류의 상승을 야기하여, 출력될 레이저 빔 프로파일의 저하를 유발하고 많은 열을 발생시키는 문제를 유발한다.The annealing process is usually performed at a temperature of about 250 °C. At this time, the conventional first metal layer is implemented with a titanium layer (Ti) and a gold layer (Au). At a high temperature such as an annealing process, the titanium element diffuses to gold and reacts with gold, TiAu, TiAu 2 , Ti 3 Au, etc. made from an alloy of The alloy thus produced increases the contact resistance (Specific Resistance) as shown in FIG. 8, which will be described later. An increase in the contact resistance causes an increase in the current to be applied, which causes a decrease in the profile of a laser beam to be output and causes a problem of generating a lot of heat.

또한, 종래의 제1 메탈층의 구조는 출력될 레이저 빔 프로파일의 조정도 곤란한 문제가 있었다,In addition, the conventional structure of the first metal layer has a problem in that it is difficult to adjust the laser beam profile to be output.

이를 해결하기 위해 제1 메탈층은 도 7 내지 12에 도시된 구조를 갖는다. To solve this problem, the first metal layer has the structure shown in FIGS. 7 to 12 .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 단면을 도시한 도면이다.7 is a view illustrating a cross-section of a first metal layer according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층(170)은 티타늄층(710), 질화 티타늄층(720) 및 금층(740)을 포함한다. 나아가, 제1 메탈층(170)은 백금층(730)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the first metal layer 170 according to an embodiment of the present invention includes a titanium layer 710 , a titanium nitride layer 720 , and a gold layer 740 . Furthermore, the first metal layer 170 may further include a platinum layer 730 .

티타늄층(Ti, 710)은 반도체 기판 등 다른 레이어 성분 또는 다른 금속 성분과 금층(740) 사이에서 접착층 같은 역할을 수행한다.The titanium layer (Ti) 710 serves as an adhesive layer between another layer component such as a semiconductor substrate or another metal component and the gold layer 740 .

백금층(730)은 티타늄층(710)과 금층(740) 사이에서 위치하여, 티타늄과 금 간 금속간 화합물(Intermetallic)이 형성되는 것을 방지한다. 다만, 어닐링 공정 등 고온의 환경에서 티타늄(710) 입자는 결정 입계(Grain Boundary)를 거치며 백금층(730)으로 확산될 수 있다. 백금층(730)으로 확산이 진행될 경우, 티타늄(710) 입자는 백금층(730)을 거쳐 금(740)과 합금을 형성할 수 있다. 이에, 백금층(730)만으로는 충분히 티타늄(710) 입자의 금층(740)으로의 확산을 방지하기 부족했다.The platinum layer 730 is positioned between the titanium layer 710 and the gold layer 740 to prevent the formation of an intermetallic between titanium and gold. However, in a high temperature environment such as an annealing process, the titanium 710 particles may be diffused into the platinum layer 730 through grain boundaries. When diffusion proceeds to the platinum layer 730 , the titanium 710 particles may pass through the platinum layer 730 to form an alloy with the gold 740 . Accordingly, the platinum layer 730 alone was insufficient to sufficiently prevent the diffusion of the titanium 710 particles into the gold layer 740 .

이에, 티타늄층(710)과 백금층(730) 사이에 추가적으로 질화 티타늄층(TiN, 720)이 배치된다. 질화 티타늄층(720)은 해당 위치에서 기 설정된 두께 이상을 가짐으로써, 티타늄층(710)과 금층(740) 간의 반응을 방지한다. 여기서, 기 설정된 두께는 350Å 내외일 수 있다. 질화 티타늄층(720)이 기 설정된 두께를 가질 경우, 제1 메탈층(170)의 접촉 저항이 그렇지 않을 경우에 비해 수배 내지 십수배 감소한다. 질화 티타늄층(720)의 존재로 인한 제1 메탈층(170)의 변화는 도 8 및 9에 도시되어 있다.Accordingly, a titanium nitride layer (TiN) 720 is additionally disposed between the titanium layer 710 and the platinum layer 730 . The titanium nitride layer 720 has a predetermined thickness or more at the corresponding position, thereby preventing a reaction between the titanium layer 710 and the gold layer 740 . Here, the preset thickness may be about 350 Å. When the titanium nitride layer 720 has a predetermined thickness, the contact resistance of the first metal layer 170 is reduced several times to ten times compared to the case where it is not. Changes in the first metal layer 170 due to the presence of the titanium nitride layer 720 are illustrated in FIGS. 8 and 9 .

도 8은 금에 첨가되는 원소의 종류 및 양에 따라 변화하는 합금의 접촉저항의 변화를 도시한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과(Auger Electron Spectroscopy)를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing a change in the contact resistance of an alloy that changes according to the type and amount of element added to gold, and FIG. It is a graph showing electron spectroscopy).

도 8을 참조하면, 동일한 첨가량(예를 들어, 도 8에 도시된 2%)일 경우, 티타늄(Ti) 입자의 확산 속도가 다른 입자에 비해 현저히 빠른 것을 확인할 수 있다. 일정한 첨가량에서 티타늄 입자의 금으로의 확산으로 인한 접촉저항의 크기는 다른 입자에 비해 현저히 큰 것을 확인할 수 있다. 전술한 대로, 접촉 저항의 증가는 금과 다른 입자의 결합으로 인한 합금의 생성에 비례하기 때문에, 티타늄 입자의 확산 속도가 다른 입자들에 비해 현저히 빠름을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , in the case of the same amount of addition (eg, 2% shown in FIG. 8 ), it can be seen that the diffusion rate of titanium (Ti) particles is significantly faster than that of other particles. It can be seen that the size of the contact resistance due to diffusion of titanium particles into gold at a certain amount of addition is significantly larger than that of other particles. As described above, since the increase in contact resistance is proportional to the formation of an alloy due to bonding of gold and other particles, it can be seen that the diffusion rate of titanium particles is significantly faster than that of other particles.

도 9를 참조하면, 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과를 참조하면, 스퍼터링 시간(Sputtering Time)이 0 내지 8분 가량일 때, 검출되는 입자는 대부분 금인 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9 , referring to the results of Auger electro-spectroscopy of the first metal layer, when the sputtering time is about 0 to 8 minutes, it can be confirmed that most of the particles detected are gold.

한편, 13분 내지 18분 가량을 보면, 질화 티타늄과 티타늄 입자가 중첩되어 존재하는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, looking at about 13 to 18 minutes, it can be seen that titanium nitride and titanium particles are overlapped.

즉, 도 9에 도시된 그래프를 참조하면, 티타늄 입자는 질화 티타늄의 존재에 의해 질화 티타늄까지만 확산이 진행되며, 금까지는 확산이 진행되지 않음을 확인할 수 있다. 티타늄 입자는 질화 티타늄층에 의해 백금까지도 거의 확산이 진행되지 않음을 확인할 수 있다. That is, referring to the graph shown in FIG. 9 , it can be confirmed that the titanium particles diffuse only to titanium nitride due to the presence of titanium nitride, but not to gold. It can be seen that the titanium particles hardly diffuse even to platinum by the titanium nitride layer.

이처럼, 질화 티타늄층은 티타늄의 확산을 현저히 방지하기 때문에, 어닐링 과정 등을 거치며 티타늄이 고온에 노출되더라도, 티타늄층과 금층의 결합을 최소화하여 접촉 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.As such, since the titanium nitride layer significantly prevents the diffusion of titanium, even when titanium is exposed to high temperatures through an annealing process, etc., it is possible to prevent an increase in contact resistance by minimizing the bonding between the titanium layer and the gold layer.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이고, 도 11 및 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.10 is a view showing the structure of the first metal layer according to the first embodiment of the present invention, Figures 11 and 12 are views showing the structure of the first metal layer according to the second embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 제1 메탈층(170)은 하나 이상의 노치(Notch, 1010)를 포함한다. Referring to FIG. 10 , the first metal layer 170 includes one or more notches 1010 .

노치(1010)는 제1 메탈층(170) 내부와 외부를 관통하도록 제1 메탈층(170) 내에 형성된다. 노치(1010)는 하나 또는 둘 이상 형성될 수 있다. The notch 1010 is formed in the first metal layer 170 to penetrate inside and outside the first metal layer 170 . One or more than one notch 1010 may be formed.

노치(1010)가 둘 이상 형성될 경우, 기 설정된 간격마다 형성될 수 있다. When two or more notches 1010 are formed, they may be formed at preset intervals.

이처럼, 제1 메탈층(170) 내 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)에 의한 전류 밀도가 상대적으로 낮아지는 효과를 가져올 수 있다. 전류 밀도가 낮아질 경우, 출력될 레이저 빔의 빔 프로파일이 보다 균일해질 수 있다. As such, when the notch 1010 is formed in the first metal layer 170 , the current density caused by the first metal layer 170 may be relatively lowered. When the current density is lowered, the beam profile of the laser beam to be output can be made more uniform.

출력하여야 할 레이저 빔의 세기 및 그에 따라 인가되어야 할 전류의 세기를 고려하여, 제1 메탈층(170) 내 노치(1010)는 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다.One or more notch 1010 in the first metal layer 170 may be formed in consideration of the intensity of the laser beam to be output and the intensity of the current to be applied accordingly.

도 10에 도시된 바와 같이, 노치(1010)는 제1 메탈층(170)의 내부에 위치한 개구부와 외부에 위치한 개구부가 동일 선상에 위치한 형태를 가질 수도 있으나, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 메탈층(170)의 내부에 위치한 개구부(1010b)와 외부에 위치한 개구부(1010a)가 서로 다른 선상에 위치한 형태를 가질 수 있다. 개구부(1010a, 1010b) 간에는 서로 다른 위치에서 서로를 향하는 방향으로 일정 깊이만큼 식각되며, 단차 형태와 같이 양 개구부를 연결하는 연결부(1110)가 추가로 형성된다. As shown in FIG. 10 , the notch 1010 may have a shape in which the opening located inside the first metal layer 170 and the opening located outside the first metal layer 170 are located on the same line, but as shown in FIG. 1 The opening 1010b located inside the metal layer 170 and the opening 1010a located outside the metal layer 170 may have a shape located on different lines. A predetermined depth is etched between the openings 1010a and 1010b in directions facing each other at different positions, and a connection part 1110 connecting both openings is additionally formed as in a stepped shape.

도 10에 도시된 형태로 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)의 둘레 방향으로 제1 메탈층(170)이 존재하지 않는 부위가 존재하게 된다. 이에 따라, 상대적으로 전류의 밀도가 보다 더 낮아질 수 있다. 반면, 도 11에 도시된 형태로 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)의 둘레 방향으로 상대적으로 제1 메탈층(170)이 덜 존재하는 부위는 있을 수 있어도, 제1 메탈층(170)이 존재하지 않는다. 이에 따라, 상대적으로 제1 메탈층(170)에서 발생하는 전류 밀도는 상대적으로 증가할 수 있다. When the notch 1010 is formed in the shape shown in FIG. 10 , a portion where the first metal layer 170 does not exist exists in the circumferential direction of the first metal layer 170 . Accordingly, the density of the current may be relatively lower. On the other hand, when the notch 1010 is formed in the shape shown in FIG. 11 , there may be a portion where the first metal layer 170 is relatively less in the circumferential direction of the first metal layer 170 , but the first The metal layer 170 does not exist. Accordingly, a current density generated in the first metal layer 170 may be relatively increased.

따라서, 제1 메탈층(170)은 노치(1010)의 개수 및 노치(1010)의 형태에 따라 보다 세밀하게 (출력될 레이저 빔 프로파일이 균일한 원형을 갖도록) 전류 밀도를 조정할 수 있다.Accordingly, the current density of the first metal layer 170 may be more finely adjusted (so that the laser beam profile to be output has a uniform circular shape) according to the number of the notches 1010 and the shape of the notches 1010 .

다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 노치(1010)는 제1 메탈층(170) 내에서 대각선 형태로 구현됨에 따라, 도 11에 도시된 형태의 노치(1010)와 유사한 효과를 불러올 수 있다.However, the present invention is not necessarily limited thereto, and since the notch 1010 is implemented in a diagonal shape in the first metal layer 170 , an effect similar to the notch 1010 of the form shown in FIG. 11 may be brought about.

또한, 노치(1010)는 전술한 대로, 제1 메탈층(170) 내부와 외부를 어떠한 형태로든 관통하도록 형성되기 때문에, 식각공정에서 사용되는 PR이 손쉽게 제1 메탈층(170) 등에서 잔류하지 않고 제거될 수 있도록 한다. 이에 따라, 제조과정에서 PR의 잔류로 인한 출력 레이저 빔의 프로파일 저하를 방지할 수 있다.In addition, since the notch 1010 is formed to penetrate the inside and the outside of the first metal layer 170 in any shape as described above, the PR used in the etching process does not easily remain in the first metal layer 170 , etc. allow it to be removed. Accordingly, it is possible to prevent deterioration of the profile of the output laser beam due to the residual PR in the manufacturing process.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present embodiment by those of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

100: VCSEL
110: 기판
120: 제1 반사층
130: 캐비티층
140: 제2 반사부
150: 캡층
160, 164, 168: 패시베이션층
170, 175: 메탈층
180: 메탈 패드층
710: 티타늄층
720: 질화 티타늄층
730: 백금층
740: 금층
1010: 노치
1110: 연결부
1120: 개구부100: VCSEL
110: substrate
120: first reflective layer
130: cavity layer
140: second reflector
150: cap layer
160, 164, 168: passivation layer
170, 175: metal layer
180: metal pad layer
710: titanium layer
720: titanium nitride layer
730: platinum layer
740: gold layer
1010: notch
1110: connection
1120: opening

Claims (7)

복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 페어를 포함하는 제1 반사부;
상기 제1 반사부보다 상대적으로 적은 DBR 페어를 포함하는 제2 반사부;
상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부의 사이에 위치하여, 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부 중 어느 하나에서 생성된 홀(정공)과 나머지 하나에서 생성된 전자가 결합되며 광을 발진하는 캐비티층;
상기 제2 반사부와 접촉하여, 상기 제2 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제1 메탈층;
상기 제1 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제2 메탈층; 및
상기 제1 메탈층과 접촉하여, 외부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 메탈층으로 전달하는 메탈 패드층을 포함하고,
상기 제1 메탈층은 티타늄층(Ti), 금층(Au), 상기 타티늄과 상기 금층 사이에 위치하는 백금층(Pt) 및 상기 타티늄층과 상기 백금층 사이에 위치하는 질화티타늄층(TiN)을 포함하고,
상기 질화 티타늄층은 350Å을 기준으로 기 설정된 오차범위만큼의 두께를 가지며,
상기 제1 메탈층은 하나 이상의 노치(Notch)를 포함하되,
상기 노치는 상기 제1 메탈층의 내부에 위치한 개구부와 상기 제1 메탈층의 외부에 위치한 개구부가 서로 다른 위치에서 서로를 향하는 방향으로 기 설정된 깊이만큼 식각되며, 단차 또는 대각선 형태로 양 개구부를 연결하는 연결부가 형성된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 VCSEL.A first reflector including a plurality of DBR (Distributed Bragg Reflector) pairs;
a second reflector including a DBR pair that is relatively smaller than that of the first reflector;
It is located between the first reflector and the second reflector, and a hole (hole) generated in any one of the first reflecting part and the second reflecting part and electrons generated in the other one are combined to oscillate light. a cavity layer;
a first metal layer in contact with the second reflective part so that power can be supplied to the second reflective part;
a second metal layer for supplying power to the first reflecting unit; and
and a metal pad layer in contact with the first metal layer and transmitting power supplied from the outside to the first metal layer,
The first metal layer includes a titanium layer (Ti), a gold layer (Au), a platinum layer (Pt) positioned between the titanium and the gold layer, and a titanium nitride layer (TiN) positioned between the titanium layer and the platinum layer including,
The titanium nitride layer has a thickness as much as a preset error range based on 350 Å,
The first metal layer includes one or more notches,
The notch is etched by a predetermined depth in a direction in which the opening located inside the first metal layer and the opening located outside the first metal layer are facing each other at different positions, and both openings are connected in a stepped or diagonal shape. VCSEL, characterized in that it is formed in a form in which a connecting portion is formed. 제1항에 있어서,
상기 캐비티층 내 또는 상기 캐비티층에 인접하여 형성되는 산화막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL.According to claim 1,
The VCSEL of claim 1, further comprising an oxide layer formed in the cavity layer or adjacent to the cavity layer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 노치는,
복수 개로 구현되는 경우 기 설정된 간격마다 형성되는 것을 특징으로 하는 VCSEL.According to claim 1,
The notch is
VCSEL, characterized in that formed at predetermined intervals when implemented in plurality. 제1항에 있어서,
상기 노치는,
기 설정된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 VCSEL.According to claim 1,
The notch is
VCSEL, characterized in that it has a preset thickness.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010183071A (en) * 2009-01-08 2010-08-19 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2013021278A (en) * 2011-07-14 2013-01-31 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device and information processing device
JP2016025292A (en) * 2014-07-24 2016-02-08 富士ゼロックス株式会社 Plane emission semiconductor laser, plane emission semiconductor laser device, optical transmission device and information processing unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010183071A (en) * 2009-01-08 2010-08-19 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2013021278A (en) * 2011-07-14 2013-01-31 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device and information processing device
JP2016025292A (en) * 2014-07-24 2016-02-08 富士ゼロックス株式会社 Plane emission semiconductor laser, plane emission semiconductor laser device, optical transmission device and information processing unit

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