KR102515674B1 - 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 표면방출 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 표면방출 레이저소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1 반사층; 상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역; 상기 활성영역 상에 배치되며 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 개구영역; 상기 개구영역 상에 배치된 제2 반사층; 상기 제2 반사층 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 개구영역에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer);을 포함할 수 있다.
상기 절연영역의 두께는 상기 애퍼처 방향으로 얇아질 수 있다.
상기 애퍼처에 상기 델타 도핑층이 배치될 수 있다.
상기 애퍼처는 AlGa 계열층을 포함하며, 상기 델타 도핑층은 상기 애퍼처의 AlGa 계열층에 배치될 수 있다.

Description

표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치{A SURFACE-EMITTING LASER DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 광방출 레이저 소자 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, 광 검출기나 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 표면 광방출 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.
특히 센서용 VCSEL 패키지에서는 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각(divergence angle of beams)과 확산판(diffuser)에서의 빔 각도(beam angle)의 조합으로 FOV(field-of-view)가 결정됨에 따라 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각의 제어가 중요한데, 아래와 같이 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각이 제어되지 못하고 증가하는 문제가 있다.
도 1a는 종래기술에서 고전류 인가 시 발생하는 고차 모드(higher mode) 발진 사진이며, 도 1b는 인가전류에 따른 빔의 발산각(divergence angle of beams) 데이터이다.
도 1a과 같이, 종래기술에서는 저 전류가 인가되는 경우 (a)와 같이 빔의 발산영역인 애퍼처(aperture)에서 주 모드(dominant mode)가 발진된다. 그런데, 고전류가 인가됨에 따라 (b) 내지 (d)와 같이 고차 모드(higher mode)가 발진된다.
또한 도 1b와 같이 인가 전류가 3mA에서 10mA로 저 전류에서 고 전류로 증가됨에 따라 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가됨을 알 수 있다.
이와 같이, 종래기술에서는 고전류 인가 시 발생하는 고차 모드(higher mode) 발진으로 인해 애퍼처 에지(aperture edge)에서 발광이 증가하면서 빔의 발산각이 의도하지 않게 증가되는 기술적 문제점이 있다.
또한 도 1b에 의하면, 고전류 인가시 빔의 발산각 증가뿐만 아니라 레이징 되는 에미터 영역의 전체의 광도(intensity)가 균일하지 못해지고, 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 광도는 비정상적으로 증가하며, 센터의 광도는 더욱 저하되는 기술적 문제가 있다.
도 1c는 종래기술(R)에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어 밀도 데이터이다. 도 1c에서 x축은 애퍼처 중심(aperture center)에서 애퍼처 에지(aperture edge) 방향으로의 거리(r)이며, y축은 그 위치에 따른 캐리어, 예를 들어 홀 밀도(hole density) 데이터이다.
도 1c에 의하면, 저전류에서 고전류로 인가됨에 따라 애퍼처 에지에서의 홀밀도가 급격히 증가하는 전류밀집(current crowding)(C)이 발생하고, 이러한 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집에 의해 고차 모드(higher mode)가 발진되고 이러한 고차 모드 발진이 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제가 있다.
또한 종래기술에서 애퍼처 에지(aperture edge)에서 빛의 회절 현상이 발생되며, 이러한 회절 현상으로 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제가 있다.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 표면방출 레이저소자는 제1 전극(215); 상기 제1 전극(215) 상에 배치된 기판(210); 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 반사층(220); 상기 제1 반사층(220) 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역(230); 상기 활성영역(230) 상에 배치되며 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함하는 개구영역(240); 상기 개구영역(240) 상에 배치된 제2 반사층(250); 상기 제2 반사층(250) 상에 배치된 제2 전극(280); 및 상기 개구영역(240)에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c);을 포함할 수 있다.
상기 절연영역(242)의 두께는 상기 애퍼처(241) 방향으로 얇아질 수 있다.
상기 애퍼처(241)에 상기 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
상기 애퍼처(241)는 AlGa 계열층(241a)을 포함하며, 상기 델타 도핑층(241c)은 상기 애퍼처(241)의 AlGa 계열층(241a)에 배치될 수 있다.
또한 실시예에 따른 발광장치는 상기 표면방출 레이저소자를 포함할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 종래기술에서 고전류 인가 시 발생하는 고차 모드(higher mode) 발진 사진.
도 1b는 종래기술에서 인가전류에 따른 빔의 발산각(divergence angle of beams) 데이터.
도 1c는 종래기술에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터.
도 2는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도.
도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제1 실시예의 확대도.
도 4b는 실시예에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터.
도 4c는 도 4a에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예의 제조 개념도.
도 5는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 도핑농도에 따른 산화정도 데이터.
도 6a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제2 실시예의 확대도.
도 6b는 도 6a에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예의 제조 개념도.
도 7a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제3 실시예의 확대도.
도 7b는 도 7a에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예의 제조 개념도.
도 7c는 도 7a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도.
도 8a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제4 실시예의 확대도.
도 8b는 도 8a에 도시된 제2 영역(B)의 제4 실시예의 제조 개념도.
도 9a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제5 실시예의 확대도.
도 9b는 도 9a에 도시된 제2 영역(B)의 제5 실시예의 제조 개념도.
도 10은 도 8a와 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도.
도 11a 내지 도 16은 실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정 단면도.
도 17은 실시예에 따른 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자가 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 2는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)의 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도이고, 도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제1 확대도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 개구영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 개구영역(240)은 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 상기 절영영역(242)은 산화층으로 칭해질 수 있으며, 상기 개구영역(240)은 산화영역으로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 상기 활성영역(230) 및 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 개구영역(240)은 절연영역(242), 애퍼처(241) 및 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)는 제1 전극(215)과, 상기 제1 전극(215) 상에 배치된 기판(210)과, 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 반사층(220)과, 상기 제1 반사층(220) 상에 배치되며 활성층(232)(도 3 참조)을 포함하는 활성영역(230)과, 상기 활성영역(230) 상에 배치되며 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함하는 개구영역(240)과, 상기 개구영역(240) 상에 배치된 제2 반사층(250)과, 상기 제2 반사층(250) 상에 배치된 제2 전극(280) 및 상기 활성영역(230)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다. 실시예는 제2 접촉 전극(255)과, 패시베이션층(270)을 더 포함할 수 있다. 이하 도 2를 중심으로 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)의 기술적 특징을 설명하기로 하며, 도 3 내지 도 10을 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 2를 참조하면, 실시예에서 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판을 사용할 경우 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면 광방출 레이저 소자(200) 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 2를 참조하면, 실시예는 기판(210) 상에 배치되는 제1 반사층(220), 활성영역(230), 절연영역(242), 제2 반사층(250)을 포함할 수 있다.도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도이며, 이하 도 3을 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자를 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 3과 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 3과 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 3과 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 3과 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 3을 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 3과 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.
<개구영역>
다시 도 2를 참조하면, 실시예에서 개구영역(240)은 절연영역(242), 애퍼처(241) 및 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 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 개구영역(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 개구영역(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 광투과율이 우수할 수 있다.
다시 도 3을 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.
다음으로 도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제1 실시예의 확대도이다.
실시예에 기술적 과제 중의 하나는, 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 빛의 회절현상을 완화시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 도 2 및 도 4a와 같이 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자는 상기 활성영역(230) 및 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4a와 같이, 상기 델타 도핑층(241c)은 애퍼처(241)에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑된 층일 수 있다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 에피층의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
도 4b는 실시예에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터(E)이다. 예를 들어, 도 4b의 x축은 애퍼처 중심으로부터 거리(r)에 따른 홀 농도(hole density)의 데이터이다.
종래기술(R)에서는 저전류에서 고전류로 인가됨에 따라 애퍼처 에지에서의 홀밀도가 급격히 증가하는 전류밀집(current crowding)(C)이 발생하고, 이러한 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집에 의해 고차 모드(higher mode)가 발진되고 이러한 고차 모드 발진이 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제가 있었다.
실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다. 실시예(E)에서 제2 도전형 원소는 카본(C)을 이용하였으며, 농도는 약 8X1018cm-3를 기준으로 실험이 진행되었다.
또한 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)에 의해 상기 제2 전극(280)에서부터 상기 제1 전극(215)으로 흐르는 전류가 상기 개구영역(240)의 중심부를 향하여 흐르게 하여 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지함과 아울러 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 4c는 도 4a에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예의 제조 개념도이다.
도 4c와 같이, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층(241a)의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 5는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 도핑농도에 따른 산화정도의 데이터이다.
도 5를 참조하면, 도핑농도가 제1 도핑농도(D1)에서 제2 도핑농도(D2)로 높아질수록 산화(oxidation)가 촉진되어 산화층의 두께가 증가됨을 알 수 있다.
이에 실시예는 이러한 원리를 이용하여 도 4c와 같이 AlGa 계열층(241a)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라, 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 x축 방향으로의 산화속도를 제어할 수 있으며, 도 4a와 같이 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
실시예에서 상기 절연층(242) 위치에 존재하던 델타 도핑층은 산화로 인해 도전층 기능을 하기는 어려우며, 산소와 결합된 산화물로 존재하거나 기공으로 존재하거나 또는 일부는 절연층(242) 내에 산화되지 않은 상태로 존재할 수도 있다.
도 4a를 참조하면, 실시예에서 상기 절연영역(242)의 내측 끝단은 상기 델타 도핑층(241c)과 제1 방향(x축 방향)으로 중첩될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 절연영역(242)의 최소 두께는 상기 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연영역(242)의 우세적인 산화에 의한 사프한 에지(sharp edge)는 상기 애퍼처(241)에 위치하는 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다.
실시예에 의하면, 도 4a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
실시예에서 절연영역(242)의 외측영역의 제1 두께(T1)는 약 5nm 내지 50 nm일 수 있다. 상기 절연영역(242)의 두께가 5nm 미만의 경우에 전류 및 광학적인 구속(confinement)에 문제가 생길 수 있다. 한편, 상기 절연영역(242)의 두께가 50nm 초과시 구동 전압의 증가 또는 빔 발산각 증대의 문제가 있다. 또한 상기 절연영역(242)의 두께가 10nm 내지 30 nm로 제어됨으로써 전류와 광학적 구속의 효과가 더욱 증대되며 빔의 발산각의 증대의 문제가 최소화될 수 있다.
실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 약 1X1016 ~ 1X1020 atoms/cm3일 수 있으며, 이러한 범위에서의 도핑농도를 통해 AlGa 계열층(241a)에 대해 산화공정을 진행 시, 델타 도핑층(241c)을 따라 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 도 4a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 백그라운드(Background) 캐리어 농도(carrier density)인 1X1016 atoms/cm3이상일 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도가 그 상한인 1X1020 atoms/cm3를 초과시 결정품질 저하가 발생할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 바람직하게는 약 1X1017~1X1019 atoms/cm3로 제어됨으로써, 델타 도핑층(241c)에서 더욱 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 내측이 샤프한 형태의 절연영역(242)이 구현됨으로써 애퍼처(241) 에지에서 빛의 회절현상을 현저히 완화시켜 빔의 발산각의 증가를 방지할 수 있으며, AlGa 계열층(241a)의 결정품질이 더욱 향상될 수 있다.
또한 실시예에서 델타 도핑층(241c)의 도펀트 농도는 다른 층에 도핑된 도펀트 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 델타 도핑층(241c)의 도펀트 농도는 제2 반사층(250)의 제2 도전형 도펀트 농도보다 높을 수 있으며, 이에 따라 델타 도핑층(241c)을 따라 산화가 우선적으로 진행됨에 따라 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 원자 단위두께로 형성될 수 있으며, SIMS 등의 분석장비로 확인될 수 있다. 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현하여 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로 도 6a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제2 실시예의 확대도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제2 실시예에서 애퍼처(241)는 복수의 AlGa 계열층(241a)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 AlGa 계열층(241a1)과 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있고, Al농도가 서로 다를 수 있다. 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)과 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 Alz1Ga(1- z1 )As(0<Z1<1)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)은 Alz2Ga(1- z2 )N(0<Z2<1)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)의 제1 Al의 농도보다 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 제2 Al 농도가 높을 수 있다. 또한 높은 Al 농도를 구비하는 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
이때, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 Alz2Ga(1- z2 )N(0<Z2<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 Al 농도는 그 중심에서 가장 높은 Al 농도를 구비할 수 있으며, 성장방향(y축 방향) 또는 그 반대방항(-y축 방향)으로 점차 농도가 낮아질 수 있다.
도 6b를 참조하여 도 6a에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예의 제조방법을 설명하기로 한다.
제2 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, AlGa 계열층(241a)은 제1 Al 농도의 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 제1 농도보다 높은 제2 Al 농도의 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에서 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 제1 Al 농도의 제1 AlGaAs층일 수 있으며, 제2 AlGa 계열층(241a2)은 제2 Al 농도의 제2 AlGaN층일 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 Al 농도가 높은 제2 AlGa 계열층(241a2)을 중심에 포함함으로써 산화공정에서 x축방향으로 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 우세하게 산화공정이 진행됨에 따라 도 6a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
또한 제2 실시예에서 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)이 AlzGa(1-z)N(0<z<1)를 포함하는 경우, 상기 AlzGa(1-z)N(0<z<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2) 자체의 중심부분에서 Al 농도가 가장 높을 수 있으며, y축 방향과 그 반대방향인 -y축 방향으로 점차 Al 농도가 낮아질 수 있다.
실시예에 의하면 Al 농도가 그레이딩되는 제2 AlGa 계열층(241a2)을 구비함으로써 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에서 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 6a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 Al 농도가 그레이딩됨에 따라 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 될 수 있고, 동시에 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에 의하면 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 더욱 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제2 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 7a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제3 실시예의 확대도이다.
제3 실시예는 제1 실시예, 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제3 실시예에서 상기 애퍼처(241)는 제1 AlGa 계열층(241a1)과 GaAs계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1)을 포함할 수 있으며, 상기 GaAs 계열층(241a3)은 GaAs층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 제3 실시예는 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
도 7b를 참조하여 도 7a에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예의 제조방법을 설명하기로 한다.
제3 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 GaAs 계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
이때 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
제3 실시예에 의하면 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제3 실시예에서 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 7a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제3 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
이때 도 7c는 도 7a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG(2 dimensional hole gas) 효과 개념도이다.
제3 실시예에 의하면 도 7a와 같이, 제1 AlGa 계열층(241a1) 사이에 GaAs 계열층(241a3)이 배치됨으로써, 도 7c와 같이 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예에 의하면 AlGa 계열층(241a)인 AlGaAs층 사이에 GaAs 계열층(241a3)인 GaAs층이 배치됨으로써 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 8a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제4 실시예 이며, 도 8b는 도 8a에 도시된 제5 실시예의 제조공정도이다.
제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제4 실시예에 의하면 델타 도핑층(241c)이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예에 의하면, 도 8a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 두께가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께가 외측영역에서의 두께보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
도 10은 도 8a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도이며, 상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 p-AlGaAs층을 포함할 수 있으며, 제2 캐비티(233)은 GaAs층를 포함할 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 반사층(250)과 제2 캐비티(233) 사이에 배치되어 2DHG 효과를 통한 전류확산이 가능할 수 있다.
실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 8a와 같이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 9a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제5 실시예 이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 제5 실시예의 제조공정도이다.
제5 실시예는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제5 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제5 실시예에 의하면 델타 도핑층(241c)이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도이며, 상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
예를 들어, 제2 반사층(250)은 p-AlGaAs층을 포함할 수 있으며, 제2 캐비티(233)은 GaAs층를 포함할 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 반사층(250)과 제2 캐비티(233) 사이에 배치되어 2DHG 효과를 통한 전류확산이 가능할 수 있다.
제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 9a와 같이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제5 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 상부영역(241t)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
<제2 접촉 전극, 패시베이션층, 제2 전극>
다시 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면방출 레이저소자(200)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 접촉 전극(255)이 배치될 수 있는데, 제2 접촉 전극(255)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역은 상술한 애퍼처(241)와 대응될 수 있다.
상기 접촉 전극(255)은 제2 반사층(250)과 후술되는 제2 전극(280)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
도 2에서 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(200)의 측면에도 배치되어, 표면방출 레이저소자(200)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 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패시베이션층(270)은 발광 구조물의 상부면에서의 두께가 제2 접촉 전극(255)보다 얇을 수 있으며, 이를 통해 제2 접촉 전극(255)이 패시베이션층(270) 상부로 노출될 수 있다. 노출된 제2 접촉 전극(255)과 전기적으로 접촉하며 제2 전극(280)이 배치될 수 있는데, 제2 전극(280)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 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.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
이하 도 11a 내지 도 16을 참조하여 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제조방법을 각 실시예의 제조방법 특징을 포함하여 설명하기로 한다.
우선, 도 11a와 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, 표면 광방출 레이저 소자(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 11b는 도 11a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1-2 영역(A2)의 확대도이다.
이하 도 11a와 도 11b를 함께 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자를 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 11b와 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 11b와 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 11b와 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 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)을 형성할 수 있다.
실시예에서는 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 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)과 상기 델타 도핑층(241c)에 대한 기술적 특징에 대해서는 이후에 도 13a 내지 도 13e를 참조하여 상술하기로 한다.
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.
다음으로 도 12와 같이, 소정의 마스크(300)를 사용하여 발광 구조물을 메사 식각할 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.
이때, 12를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 제2 영역(B)은 상기 AlGa 계열층(241a)과 상기 델타 도핑층(241c)을 나타내며, 제2 영역(B)에 대한 각 실시예는 도 13a 내지 도 13e에 도시되어 있으며 이후에 상술하기로 한다.
다음으로, 도 14와 같이, AlGa 계열층의 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 개구영역(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, 개구영역(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.
이때, 14를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 제2 영역(B)은 상기 절연영역(242)과 상기 델타 도핑층(241c)을 포함하며, 제2 영역(B)에 대한 각 실시예는 도 15a 내지 도 15e에 도시되어 있으며, 도 13a 내지 도 13e와 함께 이하 상술하기로 한다.
우선 도 13a와 도 15a는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예(B1)의 제조 개념도이다.
도 13a와 같이, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층(241a)의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 도핑농도가 높아질수록 산화(oxidation)가 촉진되어 산화층의 두께가 증가되는 원리를 이용하여 도 13a와 같이 AlGa 계열층(241a)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라, 도 15a와 같이 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 x축 방향으로의 산화속도를 제어할 수 있으며, 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
도 15a와 같이, 실시예에서 상기 절연영역(242)의 내측 끝단은 상기 델타 도핑층(241c)과 제1 방향(x축 방향)으로 중첩될 수 있다. 또한 실시예에서 상기 절연영역(242)의 최소 두께는 상기 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다.
제1 실시예에 의하면, 도 15a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 제1 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제1 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역의 제1 두께(T1)는 약 5nm 내지 50 nm일 수 있다. 상기 절연영역(242)의 두께가 5nm 미만의 경우에 전류 및 광학적인 구속(confinement)에 문제가 생길 수 있다. 한편, 상기 절연영역(242)의 두께가 50nm 초과시 구동 전압의 증가 또는 빔 발산각 증대의 문제가 있다. 또한 상기 절연영역(242)의 두께가 10nm 내지 30 nm로 제어됨으로써 전류와 광학적 구속의 효과가 더욱 증대되며 빔의 발산각의 증대의 문제가 최소화될 수 있다.
제1 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 약 1X1016 ~ 1X1020 atoms/cm3일 수 있으며, 이러한 범위에서의 도핑농도를 통해 AlGa 계열층(241a)에 대해 산화공정을 진행 시, 델타 도핑층(241c)을 따라 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 도 15a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 백그라운드(Background) 캐리어 농도(carrier density)인 1X1016 atoms/cm3이상일 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도가 그 상한인 1X1020 atoms/cm3를 초과시 결정품질 저하가 발생할 수 있다.
또한 제1 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 바람직하게는 약 1X1017~1X1019 atoms/cm3로 제어됨으로써, 델타 도핑층(241c)에서 더욱 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 내측이 샤프한 형태의 절연영역(242)이 구현됨으로써 애퍼처(241) 에지에서 빛의 회절현상을 현저히 완화시켜 빔의 발산각의 증가를 방지할 수 있으며, AlGa 계열층(241a)의 결정품질이 더욱 향상될 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 원자 단위두께로 형성될 수 있으며, SIMS 등의 분석장비로 확인될 수 있다.
제1 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현하여 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로 도 13b와 도 15b는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예(B2)의 제조 개념도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13b를 참조하면, 제2 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, AlGa 계열층(241a)은 제1 Al 농도의 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 제1 농도보다 높은 제2 Al 농도의 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에서 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 제1 Al 농도의 제1 AlGaAs층일 수 있으며, 제2 AlGa 계열층(241a2)은 제2 Al 농도의 제2 AlGaN층일 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 Al 농도가 높은 제2 AlGa 계열층(241a2)을 중심에 포함함으로써 산화공정에서 x축방향으로 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 우세하게 산화공정이 진행됨에 따라 도 15b와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
또한 제2 실시예에서 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)이 AlzGa(1-z)N(0<z<1)를 포함하는 경우, 상기 AlzGa(1-z)N(0<z<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2) 자체의 중심부분에서 Al 농도가 가장 높을 수 있으며, y축 방향과 그 반대방향인 -y축 방향으로 점차 Al 농도가 낮아질 수 있다.
실시예에 의하면 Al 농도가 그레이딩되는 제2 AlGa 계열층(241a2)을 구비함으로써 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
또한 제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에서 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 15b와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 제2 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 Al 농도가 그레이딩됨에 따라 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 될 수 있고, 동시에 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에 의하면 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 더욱 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제2 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13c와 도 15c는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예(B3)의 제조 개념도이다.
제3 실시예는 제1 실시예, 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제3 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 GaAs 계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 의하면 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제3 실시예에서 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 15c와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제3 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 제3 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제3 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
제3 실시예에 의하면 도 15c와 같이, 제1 AlGa 계열층(241a1) 사이에 GaAs 계열층(241a3)이 배치됨으로써, 도 7c와 같이 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예에 의하면 AlGa 계열층(241a)인 AlGaAs층 사이에 GaAs 계열층(241a3)인 GaAs층이 배치됨으로써 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13d와 도 15d는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제4 실시예(B4)의 제조 개념도이다.
제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13d를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 도 15d와 같이 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예에 의하면, 도 15d와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 두께가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께가 외측영역에서의 두께보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 15d와 같이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13e와 도 15e는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제5 실시예(B5)의 제조 개념도이다.
제5 실시예는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제5 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13e를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
도 15e와 같이, 제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 도 9a와 같이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제5 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 상부영역(241t)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 16과 같이, 제2 반사층(250) 상에 제2 접촉 전극(255)이 배치될 수 있는데, 제2 접촉 전극(255)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역은 상술한 개구영역(240)의 중앙 영역인 애퍼처(241)와 대응될 수 있다. 상기 접촉 전극(255)은 제2 반사층(250)과 후술하는 제2 전극(255)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 접촉 전극(255) 상에 배치되는 패시베이션층(270)은 발광 구조물의 상부면에서의 두께가 제2 접촉 전극(255)보다 얇을 수 있으며, 이때 제2 접촉 전극(255)이 패시베이션층(270) 상부로 노출될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 노출된 제2 접촉 전극(255)과 전기적으로 접촉되는 제2 전극(280)이 배치될 수 있는데, 제2 전극(280)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.
상기 제2 전극(255)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(255)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한 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 17은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자 가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
도 17에 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 표면 광방출 레이저 소자의 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), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230),
애퍼처(241)(aperture), 절연영역(242), 개구영역(240),
제2 반사층(250), 제2 전극(280), 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)

Claims (15)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치되고 제1 도전형 도펀트로 도핑된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 개구영역;
    상기 개구영역 상에 배치되고 제2 도전형 도펀트로 도핑된 제2 반사층;
    상기 제2 반사층 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 개구영역에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer);을 포함하고,
    상기 절연영역의 두께는 상기 애퍼처 방향으로 얇아지며,
    상기 애퍼처는 AlGa 계열층을 포함하고,
    상기 델타 도핑층은 상기 AlGa 계열층 내에 상기 제2 도전형 도펀트로 도핑된 층이고,
    상기 애퍼처는 제1 AlGa 계열층과 제2 AlGa 계열층을 포함하며,
    상기 제1 AlGa 계열층의 제1 Al의 농도보다 상기 제2 AlGa 계열층의 제2 Al 농도가 높고,
    상기 델타 도핑층은 상기 제2 AlGa 계열층에 배치된, 표면방출 레이저소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연영역의 외측영역에서의 제1 두께가 상기 애퍼처에 인접한 내측영역에서의 제2 두께보다 두꺼운 표면방출 레이저소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 절연영역의 내측 끝단은 제1 방향으로 상기 델타 도핑층과 중첩되는 표면방출 레이저소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 절연영역의 최소 두께는 상기 델타 도핑층과 접하는 표면방출 레이저소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 AlGa 계열층과 상기 제2 AlGa 계열층은 서로 다른 물질을 포함하는 표면방출 레이저소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 AlGa 계열층은 AlzGa(1-z)As(0<z<1)을 포함하며, 상기 제2 AlGa 계열층은 AlzGa(1-z)N(0<z<1)을 포함하는 표면방출 레이저소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 AlGa 계열층의 AlzGa(1-z)N(0<z<1)의 Al 농도는 그레이딩되는 표면방출 레이저소자.
  10. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치되고 제1 도전형 도펀트로 도핑된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 개구영역;
    상기 개구영역 상에 배치되고 제2 도전형 도펀트로 도핑된 제2 반사층;
    상기 제2 반사층 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 개구영역에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer);을 포함하고,
    상기 절연영역의 두께는 상기 애퍼처 방향으로 얇아지며,
    상기 애퍼처에 상기 델타 도핑층이 배치되고,
    상기 애퍼처는 AlGa 계열층 및 GaAs계열층을 포함하고,
    상기 델타 도핑층은 상기 AlGa 계열층에 상기 제2 도전형 도펀트가 도핑된 층이고,
    상기 GaAs계열층은 AlGa 계열층 사이에 배치되고,
    상기 델타 도핑층은 상기 GaAs계열층에 배치된, 표면방출 레이저소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 AlGa 계열층은 AlzGa(1-z)As(0<z<1)을 포함하고,
    상기 GaAs계열층은 GaAS 층을 포함하는, 표면방출 레이저소자.
  12. 삭제
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 델타 도핑층은 상기 애퍼처의 하부영역에 배치되는 표면방출 레이저소자.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 델타 도핑층은 상기 애퍼처의 상부영역에 배치되는 표면방출 레이저소자.
  15. 제1 항 내지 제4 항, 제7 항 내지 제11 항, 제13 항, 제14 항 중 어느 하나의 표면방출 레이저소자를 포함하는 발광장치.
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