KR102484972B1 - 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Abstract

실시예는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는, 제1 반사층과, 상기 제1 반사층 상에 활성층을 포함하는 활성영역과, 상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역과, 상기 애퍼처 영역 상에 제2 반사층과,
상기 제2 반사층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 반사층은 p형의 반사층이며, 상기 제2 반사층은 n형의 반사층일 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 n형의 제2 반사층과 오믹컨택할 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 Lam)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, 저 전류에서 작동하기 하도록 설계되어 있다.
한편 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 최근 센서용 고전압 패키지(High Power PKG)에 적용되면서 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.
예를 들어, 3D 센싱 카메라는 객체의 심도 정보(Depth Informatio)를 포착할 수 있는 카메라로서, 최근 증강현실과 맞물려 각광을 받고 있다. 한편, 카메라 모듈의 심도 센싱을 위해서는 별도 센서를 탑재하며, 구조광(Structured Light: SL) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식 등 두 가지로 구분된다.
구조광(SL) 방식은 특정 패턴의 레이저를 피사체에 방사한 후 피사체 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 분석해 심도를 계산한 후 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다.
이에 비해 ToF 방식는 레이저가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 되는 방식이다.
이에 따라 SL 방식은 레이저가 매우 정확하게 위치해야 하는 반면에, ToF 기술은 향상된 이미지센서에 의존한다는 점에서 대량 생산에 유리한 장점이 있으며, 하나의 휴대폰에 어느 하나의 방식 또는 두 가지 방식 모두를 채용할 수도 있다.
예를 들어, 휴대폰의 전면에 트루뎁스(True Depth)라는 3D 카메라를 SL 방식으로 구현할 수 있고, 후면에는 ToF 방식으로 적용할 수도 있다.
한편, VCSEL을 구조광(Structured Light) 센서, ToF(Time of Flight)센서, 또는 LDAF(Laser Diode Autofocus) 등에 적용하게 되면 고 전류에서 작동하게 되므로 광도출력이 감소하거나 문턱 전류가 증가하는 등의 문제점이 발생한다.
이는 VCSEL에서는 LED 와 다르게 전류밀도(Current Density)가 매우 높아 고신뢰성 관점의 오믹설계가 필요한 실정이다. 예를 들어, LED에서는 전류밀도가 약 7~50 A/cm2 수준이나 VCSEL에서는 전류밀도가 약 7000 A/cm2 수준에 이른다.
특히 종래기술에서 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.
예를 들어, 종래기술의 VCSEL에서는 상측 반사층인 p형 DBR에 p측 패드 전극이 배치되며, 이러한 상부 p측 패드전극에서 주입된 전류는 p형 DBR의 p-AlGaAs 또는 p-GaAs를 통해 활성층에 주입되나, p-AlGaAs 또는 p-GaAs의 높은 면저항(sheet resistance)로 인해 애퍼처 에지 영역에서 전류밀집(Current Crowding) 현상이 발생하는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면 고전류 인가됨에 따라 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집(current crowding)이 발생함에 따라 레이저 출사영역인 애퍼처(apertures)의 손상(damage)이 발생하며, 이는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 등의 광학적 문제를 유발하게 된다.
예를 들어, 도 1은 종래 VCSEL의 애퍼처에서 인가 전류의 증가에 따라 발진 모드가 (a)에서 (d)로 고차모드로의 변화 현상이 발생하게 되며, 이에 따라 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열되는 문제가 발생되고 있다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 고전류 인가됨에 따라 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집(current crowding) 발생 시 레이저 출사영역인 애퍼처(apertures)의 손상(damage)이 발생함에 따라, 저 전류에서 주 모드(dominant mode)가 발진되다가 고전류가 인가됨에 따라 고차 모드(higher mode) 발진으로 인해 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 광학적 문제가 발생되고 있다.
다음으로, 도 2는 종래기술에서 문턱 전압(Vf3) 변화 데이터이다.
종래기술에 의하면 에피층과 전극의 오믹특성이 저하에 따라 저항(resistance) 증가에 의해 동작전압(VF3)의 증대나 신뢰성의 저하의 전기적 특성의 저하를 유발하기도 한다.
다음으로, 도 3은 종래기술에서 Au 확산(diffusio) 사진이다.
앞서 기술한 바와 같이, LED에서는 전류밀도가 약 7~50 A/cm2 수준이나 VCSEL에서는 전류밀도가 약 7000 A/cm2 수준으로 매우 높아 고신뢰성 관점의 Pad 강건 설계 필요한 실정이다.
예를 들어, 도 3과 같이, 종래기술에서 패드 영역의 높은 전류밀도(high current density)에 의한 발열 현상으로 패드 구조 물질인 Au 등이 확산(diffusio) 가능성 높으며, 이는 문턱전압(Vf3)의 상승 원인이 되고 있다.
또한 종래기술에서는 이러한 DBR에서 저항발생을 방지하기 위해 도핑농도를 증가시켜서 저항을 낮추어 전압효율을 향상시키려는 시도가 있으나, 도핑농도의 증가 시 도펀트에 의해 내부 광흡수가 발생되어 광출력 저하되는 기술적 모순상황이 발생하고 있다.
또한 종래기술에서 반사층인 DBR은 AlxGaAs 계열의 물질을 Al의 조성을 달리하여 교대로 배치하게 하여 반사율을 증대시킨다. 그런데, 이러한 인접하는 DBR층 사이 계면(interface)에서 에너지 밴드 벤딩(Energy Band Bending)에 의해 전기장(Electric Field)이 발생되고 있고, 이러한 전기장은 캐리어 장벽(Carrier Barrier)이 되어 광출력이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
또한 VCSEL의 고전압 패키지(High Power PKG) 개발 시에는 광출력과 전압 효율이 중요한 특성인데, 광출력과 전압효율을 동시에 향상시키는데 한계가 있다.
예를 들어, 종래기술의 VCSEL 구조는 발광층과 소정의 공진기(cavity) 영역을 구비하는데, 이러한 영역은 내부 저항이 높아 구동전압이 상승하여 전압효율이 저하되는 기술적 문제점이 있다.
실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 전압효율을 향상시키면서도 광출력도 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 전압효율을 향상시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는, 제1 반사층과, 상기 제1 반사층 상에 활성층을 포함하는 활성영역과, 상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역과, 상기 애퍼처 영역 상에 제2 반사층과,
상기 제2 반사층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 반사층은 p형의 반사층이며, 상기 제2 반사층은 n형의 반사층일 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 n형의 제2 반사층과 오믹컨택할 수 있다.
상기 n형의 제2 반사층은, 제1 굴절률의 제2-1 반사층과, 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률의 제2-2 반사층이 교대로 배치되며, 상기 제2-2 반사층의 제2 도핑농도는 상기 제2-1 반사층의 제1 도핑농도보다 높을 수 있다.
상기 n형의 제2 반사층은, 상기 활성영역과 인접하게 배치되는 제1 군의 제2 반사층과, 상기 제1 군의 제2 반사층보다 활성영역에서 이격되어 배치되는 제2 군의 제2 반사층을 포함하고, 상기 제2 군의 제2 반사층의 n형의 도핑농도가 상기 제1 군의 제2 반사층의 n형의 도핑농도보다 높을 수 있다.
상기 제2 전극은, 접합층과 배리어층을 포함하고, 상기 접합층은 상기 제2 반사층 상에 배치되며, 상기 배리어층은 상기 접합층 상에 배치되고, 상기 배리어층은, 교대로 적층되는 제1 배리어층 및 제2 배리어층을 포함하며, 상기 제2 배리어층은 Ti를 포함하고, 상기 제1 배리어층의 두께는 상기 제2 배리어층의 두께보다 얇을 수 있다.
실시예에서 Ti층을 포함하는 상기 제2 배리어층은 인장응력의 상태이며, Ni층을 포함하는 상기 제1 배리어층이 압축응력의 상태일 수 있다.
실시예의 발광장치는 상기 표면발광 레이저소자를 포함할 수 있다.
실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 전압효율을 향상시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 VCSEL에서 애퍼처에서 인가 전류의 증가에 따른 고차 모드로 변화(higher mode shift) 데이터.
도 2는 종래기술에서 문턱 전압(VF3) 변화 데이터.
도 3은 종래기술에서 Au 확산(diffusion) 사진.
도 4는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(C1) 확대도.
도 6은 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2 선을 따른 제1 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 에피영역의 부분(B1) 단면도.
도 8은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 n형 반사층에서의 n-오믹특성 데이터.
도 9는 비교기술의 표면발광 레이저소자의 p형 반사층에서의 p-오믹특성 데이터.
도 10은 실시예와 종래기술에 따른 표면발광 레이저소자의 오믹특성 데이터.
도 11은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 굴절률과 광에너지의 분포 데이터.
도 12는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 n형 반사층의 부분 확대도.
도 13은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)에 대한 단면도.
도 14는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 두께에 따른 응력 예시 데이터.
도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자와 비교예의 동작전압 데이터.
도 16은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)의 추가 실시예 단면도.
도 17 내지 도 24는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제조공정도.
도 25는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도.
도 26은 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 4는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)의 평면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(C1) 확대도이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)는 발광부(E)와 패드부(P)를 포함할 수 있으며, 상기 발광부(E)는 도 5와 같이 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)를 포함할 수 있으며, 수십에서 수백개의 발광 에미터를 포함할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 실시예에서 표면발광 레이저소자(201)는 개구부인 애퍼처(241) 외의 영역에 제2 전극(280)이 배치되며, 상기 애퍼처(241)에 대응되는 표면에는 패시베이션층(270)이 배치될 수 있다.
다음으로, 도 6은 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2 선을 따른 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 에피영역의 부분(B1)의 확대 단면도이다.
도 6을 참조하면, 실시예에서 표면발광 레이저소자(201)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280), 패시베이션층(270) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 애퍼처 영역(240)은 개구부인 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 상기 절영영역(242)은 전류차단 기능으로 하며 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.
이하 도 6와 도 7을 중심으로 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(201)의 기술적 특징을 설명하기로 하며, 도 8 내지 도 16을 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>
우선, 도 6을 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.
도 6에 도시된 기판(210)은 p형 도전형으로 도핑된 기판일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
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. 상기 제1 전극(215)은 p형 반사층의 기능을 하는 제1 반사층(220)에 대한 전극 기능을 할 수 있으므로 p형 전극으로 칭해질 수 있으나, 제1 전극(215) 자체에 도전형 원소가 도핑된 것은 아니다.
<제1 반사층, 제2 반사층>
다음으로 도 7을 참조하면, 상기 제1 반사층(220)은 제1 도전형으로 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 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 7과 같이, 상기 제1 반사층(220)은 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 7과 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 7과 같이, 상기 제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 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 7과 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.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
도 8은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 n형 반사층에서의 n-오믹특성 데이터이며, 도 9는 종래기술의 표면발광 레이저소자의 p형 반사층에서의 p-오믹특성 데이터이다.
실시예와 비교예에서 오믹특성을 측정하기 위해 면저항(Sheet resistance)을 측정하였으며, 면저항의 측정은 TLM(transmission line method)을 이용할 수 있으며, 기판(wafer) 상의 TLM 패턴의 스페이싱(Spacing)은 20㎛, 30㎛, 50㎛, 100㎛로 하여 I-V 데이터를 측정하였다. 면저항(Sheet resistance) 측정장치는 Keithley DC power supplies instrument를 사용하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 제2 반사층(250)이 n형 반사층으로 설계되고, 제2 전극(280)과 오믹컨택이 이루어지는 경우, 20㎛, 30㎛, 50㎛, 100㎛로 스페이싱(Spacing) 별 I-V 데이터는 동등 수준으로 우수하게 측정되었다.
반면, 도 9를 참조하면 비교예에서 p-Ohmic의 스페이싱(Spacing) 별 I-V는 상이하게 측정되었다.
이는 실시예에서 채용되는 n-GaAs에서의 전자 이동도(electron mobility, μn)가 비교예의 p-GaAs의 홀 이동도(hole mobility, μp)에 비해 현저히 빠르기 때문이다.
예를 들어, 비교예의 p-GaAs에서의 홀 이동도(μp)는 약 50 ~ 120 cm2/Vs 수준인데, 실시예의 n-GaAs에서의 전자 이동도(μn)는 약 1 X 103 ~ 2.5 X 103 cm2/Vs의 수준으로 현저히 높으므로 오믹특성의 현저한 상승을 가져올 수 있다.
한편, 도 10은 실시예와 종래기술에 따른 표면발광 레이저소자에서 동일 TLM Spacing (20㎛), 동일 Data Scale에서의 오믹특성 데이터로서, 비교예의 p-Ohmic의 면저항은 약 60 ~ 150 (Ω/sq.)인 반면에, 실시예의 n-Ohmic의 면저항은 약 0.1 ~ 1.0 (Ω/sq.)으로 현저히 낮아져서 오믹특성이 매우 향상되는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 11은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 굴절률과 광에너지의 분포 데이터이다.
잠시 도 7을 참조하면, 실시예의 n형의 제2 반사층(250)은, 상기 활성영역(230)과 인접하게 배치되는 제1 군의 제2 반사층(251)과, 상기 제1 군의 제2 반사층(251)보다 활성영역(230)에서 이격되어 배치되는 제2 군의 제2 반사층(252)을 포함할 수 있으며,
상기 제2 군의 제2 반사층(252)의 n형의 도핑농도가 상기 제1 군의 제2 반사층(251)의 n형의 도핑농도보다 높을 수 있다.
이를 통해 제2 전극(280)과 인접하게 배치되는 제2 군의 제2 반사층(252)에서 n형의 도핑농도를 높게 제어함으로써 캐리어의 농도를 높임으로써 캐리어 주입효율 개선으로 오믹특성이 향상될 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 위치에 따른 광 에너지(E) 분포를 알 수 있는데, 활성영역(230)에서 상대적으로 이격될수록 광 에너지 분포가 낮아지며, 실시예는 광 에너지 분포를 고려하여, 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도가 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 도펀트 농도보다 낮게 제어할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 도펀트의 농도는 약 6.00E17 내지 5.0E17 일 수 있으며, 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)에서는 약 5.0E17 내지 1.0E18으로 제어할 수 있다. 실시예에서 농도단위 1.00E18는 1.00X1018(atoms/cm3)를 의미할 수 있다.
이를 통해 실시예는 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 n형 도펀트의 농도가 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 도펀트 농도보다 높게 제어하고, 광 에너지가 상대적으로 높은 제1 그룹 제2 반사층(251) 영역에 n형 도펀트를 상대적으로 낮게 도핑 함으로써, 제1 그룹 제2 반사층(251)에서는 도펀트에 의한 광 흡수를 최소하여 광 출력을 향상시킴과 아울러 제2 그룹 제2 반사층(252)에서는 상대적으로 높은 도펀트에 의한 저항 개선으로 전압효율을 향상시켜, 광출력과 전압효율을 동시에 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 12는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 n형 반사층의 부분(250N) 확대도이며, 굴절률(n)의 데이터이다.
도 12를 참조하면, 실시예에서 제2 반사층(250)은 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제2-1 반사층(251p), 제2-2 반사층(251q), 제2-3 반사층(251r) 및 제2-4 반사층(251s)을 포함할 수 있다.
실시예에서 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제2-1 반사층(251p) 내지 제2-4 반사층(251s)을 하나의 페어(pair)로 하는 경우 복수의 페어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제2-1 반사층(251p) 내지 제2-4 반사층(251s)의 약 2~5 페어(pair)를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제2-5 반사층(252p), 제2-6 반사층(252q), 제2-7 반사층(252r) 및 제2-8 반사층(252s)을 포함할 수 있다.
상기 제2 그룹 제2 반사층(252)도 제2-5 반사층(252p) 내지 제2-8 반사층(252s)을 하나의 페어(pair)로 하는 경우 복수의 페어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 제2 그룹 제2 반사층(252)은 제2-5 반사층(252p) 내지 제2-8 반사층(252s)을 하나의 하나의 페어(pair)로 하는 경우 약 10~20 페어(pair)를 포함할 수 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
도 12를 참조하면, 실시예에서 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제2-1 반사층(251p), 제2-2 반사층(251q), 제2-3 반사층(251r) 및 제2-4 반사층(251s)을 포함할 수 있으며, 각 층은 굴절률이 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)은, 제1 굴절률을 가지는 제2-1 반사층(251p)과, 상기 제1 굴절률보다 낮은 제2 굴절률을 가지며 상기 제2-1 반사층(251p)의 일측에 배치되는 제2-2 반사층(251q) 및 상기 제1 굴절률과 상기 제2 굴절률 사이의 제3 굴절률을 가지며 상기 제2-1 반사층(251p)과 제2-2 반사층(251q)의 사이에 배치되는 제2-3 반사층(251r)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)은, 제1 알루미늄 농도를 가지는 제2-1 반사층(251p)과, 상기 제1 알루미늄 농도보다 높은 제2 알루미늄 농도를 가지며 상기 제2-1 반사층(251p)의 일측에 배치되는 제2-2 반사층(251q) 및 상기 제1 알루미늄 농도에서 상기 제2 알루미늄 농도로 변화하는 제3 알루미늄 농도를 가지며 상기 제2-1 반사층(251p)과 상기 제2-2 반사층(251q) 사이에 배치되는 제2-3 반사층(251r)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)이 AlxGa(1-x)As(0<x<1)를 포함하는 경우, 제2-1 반사층(251p)이 Al0.12Ga0.88As일 수 있으며, 제2-2 반사층(251q)은 Al0.88Ga0.12As일 수 있고, 제2-3 반사층(251r)은 Alx3Ga(1-x3)As(0.12≤X3≤0.88)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)은, 상기 제2-2 반사층(251q)의 외측에 배치되며 제1 알루미늄 농도에서 상기 제2 알루미늄 농도로 변화하는 제4 알루미늄 농도를 가지는 제2-4 반사층(251s)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)이 AlxGa(1-x)As(0<x<1)를 포함하는 경우, 제2-4 반사층(251s)은 Alx4Ga(1-x4)As(0.12≤X4≤0.88)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 실시예에 의하면 인접한 제2-1 반사층(251p)과 제2-2 반사층(251q) 사이에 중간 영역의 알루미늄 농도를 구비한 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-4 반사층(251s)을 구비함으로써 인접한 반사층 사이 계면(interface)에서 에너지 밴드 벤딩(Energy Band Bending)에 의한 전기장(Electric Field) 발생을 최소화하여 캐리어 장벽(barrier)을 낮춤으로써 광출력을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2-2 반사층(251q)의 두께는 상기 제2-1 반사층(251p)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 또한 상기 제2-1 반사층(251p) 또는 상기 제2-2 반사층(251q)의 두께는 상기 제2-3 반사층(251r) 또는 상기 제2-4 반사층(251s)의 두께보다는 두꺼울 수 있다.
이때 제2-2 반사층(251q)의 제2 알루미늄 농도는 제2-1 반사층(251p)의 제1 알루미늄 농도가 높을 수 있다. 또한 제2-1 반사층(251p)의 제1 알루미늄 농도는 제2-3 반사층(251r)의 제3 알루미늄 농도 또는 제2-4 반사층(251s)의 제4 알루미늄 농도보다 높을 수 있다.
이에 따라 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-2 반사층(251q)의 두께가 상기 제2-1 반사층(251p)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
또한 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-1 반사층(251p)의 두께가 상기 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-4 반사층(251s)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2-2 반사층(251q)의 두께는 약 50~55nm일 수 있으며, 상기 제2-1 반사층(251p)의 두께는 약 26~32nm일 수 있고, 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-2 반사층(251q)의 두께가 상기 제2-1 반사층(251p)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
또한 상기 제2-3 반사층(251r)의 두께는 약 22~27 nm일 수 있으며, 상기 제2-4 반사층(251s)의 두께는 약 22~27 nm일 수 있으며, 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-2 반사층(251q), 제2-1 반사층(251p)의 두께가 제2-3 반사층(251r), 제2-4 반사층(251s)보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
계속하여 도 12를 참조하면, 실시예에서 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)은 제2-5 반사층(252p), 제2-6 반사층(252q), 제2-7 반사층(252r) 및 제2-8 반사층(252s)을 포함할 수 있으며, 각 층은 굴절률이 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)은, 제5 굴절률을 가지는 제2-5 반사층(252p)과, 상기 제5 굴절률보다 낮은 제6 굴절률을 가지며 상기 제2-5 반사층(252p)의 일측에 배치되는 제2-6 반사층(252q) 및 상기 제5 굴절률과 상기 제6 굴절률 사이의 제7 굴절률을 가지며 상기 제2-5 반사층(252p)과 제2-6 반사층(252q)의 사이에 배치되는 제2-7 반사층(252r)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)은, 제5 알루미늄 농도를 가지는 제2-5 반사층(252p)과, 상기 제5 알루미늄 농도보다 높은 제6 알루미늄 농도를 가지며 상기 제2-5 반사층(252p)의 일측에 배치되는 제2-6 반사층(252q) 및 상기 제5 알루미늄 농도에서 상기 제6 알루미늄 농도로 변화하는 제7 알루미늄 농도를 가지며 상기 제2-5 반사층(252p)과 상기 제2-6 반사층(252q) 사이에 배치되는 제2-7 반사층(252r)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 그룹 제2 반사층(252)이 AlxGa(1-x)As(0<x<1)를 포함하는 경우, 제2-5 반사층(252p)이 Al0.12Ga0.88As일 수 있으며, 제2-6 반사층(252q)은 Al0.88Ga0.12As일 수 있고, 제2-7 반사층(252r)은 Alx3Ga(1-x3)As(0.12≤X3≤0.88)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)은, 상기 제2-6 반사층(252q)의 외측에 배치되며 제5 알루미늄 농도에서 상기 제6 알루미늄 농도로 변화하는 제8 알루미늄 농도를 가지는 제2-8 반사층(252s)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 그룹 제2 반사층(252)이 AlxGa(1-x)As(0<x<1)를 포함하는 경우, 제2-8 반사층(252s)은 Alx4Ga(1-x4)As(0.12≤X4≤0.88)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 실시예에 의하면 인접한 제2-5 반사층(252p)과 제2-6 반사층(252q) 사이에 중간 영역의 알루미늄 농도를 구비한 제2-7 반사층(252r) 또는 제2-8 반사층(252s)을 구비함으로써 인접한 반사층 사이 계면(interface)에서 에너지 밴드 벤딩(Energy Band Bending)에 의한 전기장(Electric Field) 발생을 최소화하여 캐리어 장벽(barrier)을 낮춤으로써 광출력을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2-6 반사층(252q)의 두께는 상기 제2-5 반사층(252p)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 또한 상기 제2-5 반사층(252p) 또는 상기 제2-6 반사층(252q)의 두께는 상기 제2-7 반사층(252r) 또는 상기 제2-8 반사층(252s)의 두께보다는 두꺼울 수 있다.
이때 제2-6 반사층(252q)의 제6 알루미늄 농도는 제2-5 반사층(252p)의 제5 알루미늄 농도보가 높을 수 있다. 또한 제2-5 반사층(252p)의 제5 알루미늄 농도는 제2-7 반사층(252r)의 제7 알루미늄 농도 또는 제2-8 반사층(252s)의 제8 알루미늄 농도보다 높을 수 있다.
이에 따라 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-6 반사층(252q)의 두께가 상기 제2-5 반사층(252p)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
또한 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-5 반사층(252p)의 두께가 상기 제2-7 반사층(252r) 또는 제2-8 반사층(252s)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2-6 반사층(252q)의 두께는 약 50~55nm일 수 있으며, 상기 제2-5 반사층(252p)의 두께는 약 40~45nm일 수 있고, 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-6 반사층(252q)의 두께가 상기 제2-5 반사층(252p)의 두께보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
또한 상기 제2-7 반사층(252r)의 두께는 약 22~27 nm일 수 있으며, 상기 제2-8 반사층(252s)의 두께는 약 22~27 nm일 수 있으며, 알루미늄 농도가 상대적으로 높은 제2-6 반사층(252q), 제2-5 반사층(252p)의 두께가 제2-7 반사층(252r), 제2-8 반사층(252s)보다 두꺼우므로 격자 품질을 향상시켜 광출력에 기여할 수 있다.
종래기술에 의하면 정상파(Standing wave)가 DBR과 계면(interference)에서 진행될 이러한 도펀트에 의하여 흡수가 일어날 가능성이 있다. 이에 따라 실시예는 정상파의 광학적 반사도(optical power reflectance)가 가장 작은 노드 포지션(node positio)에서는 많은 도핑을 진행하여 저항을 최소화하고, 안티노드 포지션(antinode positio)에서는 되도록이면 낮은 도핑을 진행함으로써 광흡수를 최소화할 수 있는 기술적 효과가 있다. 상기 노드 포지션은 각 층의 굴절률이 상승 또는 하강하여 변화하는 지점을 의미할 수 있다.
계속하여 도 12를 참조하면, 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)에서 제2-1 반사층(251p)과 제2-2 반사층(251q)의 굴절률은 상점 또는 하점으로 변화하지 않는 안티노드 포지션일 수 있다. 또한 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)에서 제2-3 반사층(251r)과 제2-3 반사층(251r)의 굴절률은 상승 또는 또는 하강하여 변화하는 노드 포지션일 수 있다.
이에 따라 실시예에서 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-3 반사층(251r)의 제2 도전형 도핑농도는 제2-1 반사층(251p) 또는 제2-2 반사층(251q)의 제2 도전형 도핑농도 보다 높게 제어할 수 있다.
예를 들어, 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-4 반사층(251s)의 제2 도전형 도핑농도는 약 1.00E18 내지 1.50E18일 수 있으며, 제2-1 반사층(251p) 또는 제2-2 반사층(251q)의 제2 도전형 도핑농도는 약 6.00E17 내지 8.00E17일 수 있다.
이에 따라 정상파의 광학적 반사도(optical power reflectance)가 낮은 노드 포지션(node positio)인 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-4 반사층(251s)에서는 많은 도핑을 진행하여 저항을 최소화하고, 안티노드 포지션(antinode positio)인 제2-1 반사층(251p) 또는 제2-2 반사층(251q)에서는 낮은 도핑을 진행함으로써 광흡수를 최소화할 수 있는 복합적인 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 노드 포지션인 제2-3 반사층(251r) 또는 제2-4 반사층(251s) 중에 활성영역(230)에서 멀어지는 방향으로 굴절률이 증가하는 노드 포지션인 제2-4 반사층(251s)의 제2 도전형 도펀트의 농도가 굴절률이 감소하는 노드 포지션인 제2-3 반사층(251r)의 제2 도전형 도펀트의 농도보다 높게 제어할 수 있다.
이를 통해 광학적 반사도가 상대적으로 더 낮은 굴절률이 증가하는 노드 포지션인 제2-4 반사층(251s)의 제2 도전형 도펀트의 농도를 높게 제어하여 전기적 특성을 개선할 수 있다.
계속하여 도 12를 참조하면, 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)에서 제2-5 반사층(252p)과 제2-6 반사층(252q)의 굴절률은 상점 또는 하점으로 변화하지 않는 안티노드 포지션일 수 있다. 또한 상기 제2 그룹 제2 반사층(252)에서 제2-7 반사층(252r)과 제2-8 반사층(252s)의 굴절률은 상승 또는 또는 하강하여 변화하는 노드 포지션일 수 있다.
실시예는 제2-7 반사층(252r) 또는 제2-8 반사층(252s)의 제2 도전형 도핑농도는 제2-5 반사층(252p) 또는 제2-6 반사층(252q)의 제2 도전형 도핑농도 보다 높게 제어할 수 있다.
이에 따라 정상파의 광학적 반사도(optical power reflectance)가 낮은 노드 포지션(node positio)인 제2-7 반사층(252r) 또는 제2-8 반사층(252s)에서는 많은 도핑을 진행하여 저항을 최소화하고, 안티노드 포지션(antinode positio)인 제2-5 반사층(252p) 또는 제2-6 반사층(252q)에서는 낮은 도핑을 진행함으로써 광흡수를 최소화할 수 있는 복합적인 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 노드 포지션인 제2-7 반사층(252r) 또는 제2-8 반사층(252s) 중에 활성영역(230)에서 멀어지는 방향으로 굴절률이 증가하는 노드 포지션인 제2-8 반사층(252s)의 제2 도전형 도펀트의 농도가 굴절률이 감소하는 노드 포지션인 제2-7 반사층(252r)의 제2 도전형 도펀트의 농도보다 높게 제어할 수 있다.
이를 통해 광학적 반사도가 상대적으로 더 낮은 굴절률이 증가하는 노드 포지션인 제2-8 반사층(252s)의 제2 도전형 도펀트의 농도를 높게 제어하여 전기적 특성을 개선할 수 있다.
<활성영역>
다시 도 7을 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)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 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 양자우물층(232a)과 양자벽층(232b)을 포함할 수 있다. 상기 양자우물층(232a)은 상기 양자벽층(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.
예를 들어, 상기 제1-1 캐비티층(231a)이 약 60~70nm로 형성되고, 상기 제1-2 캐비티층(231b)은 약 40~55nm로 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. 예를 들어, 상기 제2-2 캐비티층(233b)이 약 60~70nm로 형성되고, 상기 제2-1 캐비티층(233a)은 약 40~55nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
<애퍼처 영역>
다시 도 6을 참조하면, 실시예에서 애퍼처 영역(240)은 절연영역(242)과 애퍼처(241)를 포함할 수 있다. 상기 애퍼처(241)는 개구로 칭해질 수 있으며, 상기 애퍼처 영역(240)은 개구 영역으로 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 발산할 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 애퍼처(241)의 광 투과율이 우수할 수 있다.
도 7을 참조하면 상기 절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 절연영역(242)은 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 6을 참조하면, 실시예에 따른 표면방출 레이저소자(201)는 제2 반사층(250)으로부터 애퍼처 영역(240)과 활성영역(230)까지 메사 식각되어 에미터가 정의될 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.
상기 컨택 전극(282)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역에는 패시베이션층(270)이 배치될 수 있으며, 상술한 애퍼처(241)와 상하간에 대응될 수 있다. 상기 컨택 전극(282)은 제2 반사층(250)과 패드 전극(284) 사이의 오믹 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 6에서 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.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
도 13은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)에 대한 단면도이며, 도 14는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 두께에 따른 응력 예시 데이터이고, 도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자와 비교예의 동작전압 데이터이며, 도 16은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)의 추가 실시예 단면도이다.
도 13을 참조하면, 실시예에서 상기 제2 전극(280)은, 접합층(282c)과 배리어층(282b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 제2 전극(280)의 컨택 전극(282)은 접합층(282c)과 배리어층(282b)을 포함할 수 있다. 또한 컨택 전극(282)은 배리어층(282b) 상에 전류확산층(282d)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층(282d)은 Au층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 접합층(282c)은 상기 제2 반사층(250) 상에 배치될 수 있으며, 상기 접합층(282c)은 오믹특성과 더불어 접합특성이 우수한 금속물질을 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 접합층(282c)은 Ti층이 채용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 실시예에서 상기 배리어층(282b)은 상기 접합층(282c) 상에 배치되고, 상기 배리어층(282b)은, 제1 배리어층(282b1) 및 제2 배리어층(282b2)을 포함하며, 상기 제1 배리어층(282b1) 및 상기 제2 배리어층(282b2)은 하나의 쌍을 이루어 교대로 복수의 쌍으로 적층될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 제1 배리어층(282b1)은 Ni층을 포함하고, 상기 제2 배리어층(282b2)은 Ti층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 14는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 두께에 따른 응력 예시 데이터이다.
실시예에서 상기 Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께(Ta)는 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께(Tb)의 1/9 내지 1/3 범위일 수 있다.
예를 들어, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께는 약 10nm 내지 50nm일 수 있으며, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께는 약 30 nm 내지 90nm 범위일 수 있다.
도 14를 참조하면, 실시예에서, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께가 약 30 nm 내지 90nm(9000Å 범위일 때, 인장응력(Tensile stress, TS) 상태이며, 약 90nm(9000Å초과의 범위에서는 압축응력(Compressive stress, CS) 상태이다.
반면, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께가 약 약 10nm 내지 50nm 범위에서는 압축응력(Compressive stress, CS) 상태이다.
이에 따라 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)이 인장응력의 상태로, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)이 압축응력의 상태로 제어함으로써 제1 배리어층(282b1)과 제2 배리어층(282b2)을 포함하는 배리어층(282b)에서의 내부 스트레스(internal stress)의 발생을 방지함으로써 전류밀도가 높은 상태에서도 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자와 비교예의 동작전압 데이터이며, 비교예와 실시예에서 각 10개의 샘플을 통해 동작전압을 실험한 결과이다.
비교예에서의 동작전압 데이터(R)는 에이징 시간의 경과에 따라 약 0.1V 이상 증가하는 것에 반해, 실시예가 적용된 표면발광 레이저소자의 동작전압 데이터(E)는 거의 증가나 변화가 없는 높은 신뢰성을 나타내었다.
또한 실시예에서 상기 제1 배리어층(282b1) 및 상기 제2 배리어층(282b2)은 교대로 약 2 내지 25쌍을 이루어 적층됨에 따라 배리어층에서의 내부 스트레스 방지와 아울러 접합층과 전류확산층(282d) 사이의 거리 이격에 의해 전류확산층의 확산(diffsusio)을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 제2 전극(280)에서의 전류밀집 방지나 전극물질의 확산의 방지에 따라 전극영역의 신뢰성 향상 및 전류확산에 의해 빔 패턴(beam patter)이 분열이 방지되고, 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)의 증가를 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 16은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)의 추가 실시예 단면도이다.
도 16을 참조하면, 상기 배리어층(282b)은 상기 제2 배리어층(282b2) 상에 제3 배리어층(282b3)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 배리어층(282b)은 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2) 상에 Pt층을 포함하는 제3 배리어층(282b3)을 더 포함할 수 있고, Pt층의 우수한 전기적 특성, 접촉특성에 의해 신뢰성, 전기적 특성이 향상될 수 있다.
(제조방법)
이하 도 17 내지 도 24를 참조하여 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 한편, 아래 제조방법은 실시예의 제조방법을 중심으로 설명하나, 제조방법이 실시예의 제조에만 적용되는 것은 아니다.
예를 들어, 이하의 제조방법의 설명은 p형의 기판(210) 상에 p형의 제1 반사층(220), 활성영역(230) 및 n형의 제2 반사층(250)을 성장 후 메사공정이 진행되는 과정을 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예의 제조방법으로 n형의 기판(210) 상에 n형의 제2 반사층(250), 활성영역 및 p형의 제1 반사층(220)을 성장 후, p측 패드전극과 p측 플레이트를 본딩 후에 n형의 기판(210) 상을 제거하여 n형의 제2 반사층(250)이 노출되도록 하는 공정의 진행도 가능할 수 있다.
우선, 도 17과 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 18은 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제2 영역(B2)의 확대 단면도이다.
이하 도 17과 도 18을 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 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 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 18과 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 18과 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 18과 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 양자우물층(232a)과 양자벽층(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 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.
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.
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 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 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.
다음으로 도 19a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 19b는 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
실시예는 도 19b와 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 20a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 20b는 도 20a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
실시예는 도 20b와 같이, AlGa 계열층(241a)의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수 있으며, 예를 들면 습식 산화(Wet Oxidatio)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 implantatio)을 통해 AlGa 계열층의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수도 있으며 이에 한정하지 않는다. 이온 주입 시에는 300keV 이상의 에너지로 포톤(photo)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 21a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 21b는 도 21a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
도 21b와 같이, 발광 구조물의 상부면에 패시베이션층(270)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 이후 형성되는 제2 전극(280)과 전기적으로 연결되도록 제2 반사층(250)의 일부를 노출시킬 수 있다.
다음으로 도 22a는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역부분(C1) 확대도이고, 도 22b는 도 22a에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.
실시예에 의하면 도 22b와 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)과 상기 제2 반사층(250) 사이의 오믹접촉 특성을 향상시키기 위해 RTP(rapid thermal annealing)이 진행될 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.
다음으로, 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.
도 23은 도 22b에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)에 대한 단면도이며, 도 24는 도 22b에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)의 추가 실시예 단면도이다.
도 23을 참조하면, 실시예에서 상기 제2 전극(280)은, 접합층(282c)과 배리어층(282b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 제2 전극(280)의 컨택 전극(282)은 접합층(282c)과 배리어층(282b)을 포함할 수 있다. 또한 컨택 전극(282)은 배리어층(282b) 상에 전류확산층(282d)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층(282d)은 Au층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 접합층(282c)은 상기 제2 반사층(250) 상에 배치될 수 있으며, 상기 접합층(282c)은 오믹특성과 더불어 접합특성이 우수한 금속물질을 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 접합층(282c)은 Ti층이 채용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 실시예에서 상기 배리어층(282b)은 상기 접합층(282c) 상에 배치되고, 상기 배리어층(282b)은, 제1 배리어층(282b1) 및 제2 배리어층(282b2)을 포함하며, 상기 제1 배리어층(282b1) 및 상기 제2 배리어층(282b2)은 하나의 쌍을 이루어 교대로 복수의 쌍으로 적층될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 제1 배리어층(282b1)은 Ni층을 포함하고, 상기 제2 배리어층(282b2)은 Ti층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
잠시 도 14를 참조하면, 도 14는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자에서 두께에 따른 응력 예시 데이터이다.
실시예에서 상기 Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께(Ta)는 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께(Tb)의 1/9 내지 1/3 범위일 수 있다.
예를 들어, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께는 약 10nm 내지 50nm일 수 있으며, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께는 약 30 nm 내지 90nm 범위일 수 있다.
도 14를 참조하면, 실시예에서, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)의 두께가 약 30 nm 내지 90nm(9000Å범위일 때, 인장응력(Tensile stress, TS) 상태이며, 약 90nm(9000Å초과의 범위에서는 압축응력(Compressive stress, CS) 상태이다.
반면, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)의 두께가 약 약 10nm 내지 50nm 범위에서는 압축응력(Compressive stress, CS) 상태이다.
이에 따라 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)이 인장응력의 상태로, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)이 압축응력의 상태로 제어함으로써 제1 배리어층(282b1)과 제2 배리어층(282b2)을 포함하는 배리어층(282b)에서의 내부 스트레스(internal stress)의 발생을 방지함으로써 전류밀도가 높은 상태에서도 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 도 15는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자와 비교예의 동작전압 데이터이며, 비교예와 실시예에서 각 10개의 샘플을 통해 동작전압을 실험한 결과이다.
비교예에서의 동작전압 데이터(R)는 에이징 시간의 경과에 따라 약 0.1V 이상 증가하는 것에 반해, 실시예가 적용된 표면발광 레이저소자의 동작전압 데이터(E)는 거의 증가나 변화가 없는 높은 신뢰성을 나타내었다.
또한 실시예에서 상기 제1 배리어층(282b1) 및 상기 제2 배리어층(282b2)은 교대로 약 2 내지 25쌍을 이루어 적층됨에 따라 배리어층에서의 내부 스트레스 방지와 아울러 접합층과 전류확산층(282d) 사이의 거리 이격에 의해 전류확산층의 확산(diffsusio)을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 제2 전극(280)에서의 전류밀집 방지나 전극물질의 확산의 방지에 따라 전극영역의 신뢰성 향상 및 전류확산에 의해 빔 패턴(beam patter)이 분열이 방지되고, 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)의 증가를 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 24는 도 22b에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 제1 영역(P1)의 추가 실시예 단면도이다.
도 24를 참조하면, 상기 배리어층(282b)은 상기 제2 배리어층(282b2) 상에 제3 배리어층(282b3)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 배리어층(282b)은 Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2) 상에 Pt층을 포함하는 제3 배리어층(282b3)을 더 포함할 수 있고, Pt층의 우수한 전기적 특성, 접촉특성에 의해 신뢰성, 전기적 특성이 향상될 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.
도 25는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 수직형 외에 도 25와 같이 제1 전극(215)과 제2 전극(280)의 방향이 동일한 플립 칩 형태일 수 있다.
예를 들어, 도 25와 같이 다른 실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280), 제1 패시베이션층(271), 제2 패시베이션층(272), 비반사층(290) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때 제2 반사층(250)의 반사율이 제1 반사층(220)의 반사율 보다 높게 설계될 수 있다.
이때 제1 전극(215)은 제1 컨택 전극(216)과 제1 패드 전극(217)을 포함할 수 있으며, 소정의 메사 공정을 통해 노출된 제1 반사층(220) 상에 제1 컨택 전극(216)이 전기적으로 연결되며, 제1 컨택 전극(216)에 제1 패드 전극(217)이 전기적으로 연결될 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.
상기 제1 반사층(220)이 p형 반사층인 경우, 상기 제1 전극(215)은 p형 반사층에 대한 전극일 수 있다.
다음으로, 제2 전극(280)은 제2 컨택 전극(282)과 제2 패드 전극(284)을 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250) 상에 제2 컨택 전극(282)이 전기적으로 연결되며, 제2 컨택 전극(282)에 제2 패드 전극(284)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 반사층(250)이 n형 반사층인 경우, 상기 제2 전극(280)은 n형 반사층에 대한 전극일 수 있다.
앞서 기술한 실시예에 따른 표면발광 레이저 소자의 기술적 특징은 제2 전극(280)에 적용될 수 있다.
예를 들어, 신뢰성이 높은 제2 전극 구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 제2 전극(280)이 Ni층을 구비하는 제1 배리어층(282b1)과 Ti층을 구비하는 제2 배리어층(282b2)을 포함할 수 있다. 이때, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)이 인장응력의 상태로, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)이 압축응력의 상태로 제어함으로써 제1 배리어층(282b1)과 제2 배리어층(282b2)을 포함하는 배리어층(282b)에서의 내부 스트레스(internal stress)의 발생을 방지함으로써 전류밀도가 높은 상태에서도 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
상기 제1 절연층(271)과 제2 절연층(272)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam patter)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 전압효율을 향상시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
(이동 단말기)
다음으로 도 26은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
도 26에 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 앞서 기술된 실시예의 표면발광 레이저소자를 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.

Claims (6)

  1. 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 활성층을 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역;
    상기 애퍼처 영역 상에 제2 반사층;
    상기 제2 반사층 상에 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극은 n형의 제2 반사층과 오믹컨택하고,
    상기 제2 전극은, 접합층과 배리어층을 포함하고,
    상기 접합층은 상기 제2 반사층 상에 배치되며,
    상기 배리어층은 상기 접합층 상에 배치되고,
    상기 배리어층은, 교대로 적층되는 제1 배리어층 및 제2 배리어층을 포함하며,
    상기 제1 배리어층은 Ni를 포함하고,
    상기 제2 배리어층은 Ti를 포함하고,
    상기 제1 배리어층의 두께는 상기 제2 배리어층의 두께보다 얇은 표면발광 레이저소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사층 안에서,
    제1 굴절률의 제2-1 반사층과,
    상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률의 제2-2 반사층이 교대로 배치되며,
    상기 제2-2 반사층의 제2 도핑농도는 상기 제2-1 반사층의 제1 도핑농도보다 높은 표면발광 레이저소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 p형의 반사층이며, 상기 제2 반사층은 n형의 반사층이고,
    상기 제2 반사층은,
    상기 활성영역과 인접하게 배치되는 제1 군의 제2 반사층과,
    상기 제1 군의 제2 반사층보다 활성영역에서 이격되어 배치되는 제2 군의 제2 반사층을 포함하고,
    상기 제2 군의 제2 반사층의 n형의 도핑농도가 상기 제1 군의 제2 반사층의 n형의 도핑농도보다 높은 표면발광 레이저소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배리어층은, 상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층과 교대로 적층된 제3 배리어층을 더 포함하는 표면발광 레이저소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    Ti층을 포함하는 상기 제2 배리어층은 인장응력의 상태이며,
    Ni층을 포함하는 상기 제1 배리어층이 압축응력의 상태인 표면발광 레이저소자.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 하나의 표면발광 레이저소자를 포함하는 발광장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8031752B1 (en) * 2007-04-16 2011-10-04 Finisar Corporation VCSEL optimized for high speed data
KR20110085609A (ko) * 2010-01-21 2011-07-27 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 그 제조방법
KR102474696B1 (ko) * 2016-05-04 2022-12-06 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체 소자 및 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100232465A1 (en) * 2009-01-08 2010-09-16 Furukawa Electric Co., Ltd Semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof

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