KR20000055459A - 표면광 레이저 - Google Patents

Abstract

기판과, 기판 상에 일 형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 하부반사기층과, 하부반사기층 상에 형성되며 전자와 정공의 재결합으로 광을 생성하는 활성층과, 활성층 상에 하부반사기층과 반대형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 상부반사기층과, 기판의 하면에 형성된 하부전극과, 상부반사기층 상의 레이저빔이 출사되는 윈도우를 제외한 영역에 형성된 상부전극을 포함하며, 윈도우를 이루는 노출부분에 상부반사기층과 같은 형의 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어진 도핑부를 구비하여 상부 및/또는 하부전극을 통한 전류 주입이 균일하게 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저가 개시되어 있다.

이와 같은 표면광 레이저는 윈도우를 이루는 노출부분에 활성층쪽으로 캐리어가 균일하게 주입될 수 있어서 윈도우의 크기가 큰 경우에도 윈도우의 중심부 상에서부터 레이저 발진이 일어나므로, 출사 레이저빔의 위치 이동이 일어나지 않는다.

Description

표면광 레이저{Vertical cavity surface emitting laser}

본 발명은 표면광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)에 관한 것으로, 상세하게는 윈도우 크기가 커지거나 전류 흐름의 불균일에 기인하여 윈도우 외곽부로부터 레이저 발진이 일어나 레이저빔이 이동되는 단점을 보완할 수 있도록 구조가 개선된 표면광 레이저에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 표면광 레이저는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 순차로 적층형성된 하부반사기층(11), 활성층(12), 고저항부(13) 및 상부반사기층(14)과, 상기 상부반사기층(14)상의 광이 출사되는 윈도우(21)를 제외한 영역에 형성된 상부전극(16)과, 상기 기판(10)의 하면에 형성된 하부전극(1)으로 이루어져 있다.

상기 하부반사기층(11) 및 상부반사기층(14)은 조성이 다른 화합물 반도체를 교대로 적층하여 형성된 DBR(Distributed Bragg Reflector)로, 서로 다른 형으로 도핑되어 있다. 즉, 상기 기판(10)은 n형 도핑되어 있으며, 상기 하부반사기층(11)은 상기 기판(10)과 같은 형인 n형, 상기 상부반사기층(14)은 p형으로 도핑되어 있다.

상기 고저항부(13)는 상,하부전극(16)(17)을 통해 인가된 전류가 상기 활성층(12)의 중앙부(12a)쪽으로 흐르도록 전류의 흐름을 가이드한다.

상기한 바와 같은 종래의 표면광 레이저에서 전류는 윈도우(21) 주위에 형성된 상부전극(16)을 통해 모아지면서 활성층(12)쪽으로 주입된다. 상기 활성층(12)에서는 전자와 정공의 결합에 의해 광이 발생되며, 상기 상,하부반사기층(14)(11)에 의해 공진된 레이저빔이 상기 윈도우(21)를 통해 출사된다. 이때, 표면광 레이저에서 빔이 출사되는 위치는 상부전극(16)을 통해 주입되는 캐리어에 영향을 받는다.

그러므로 윈도우(21)의 크기가 커질 경우 캐리어가 균일하게 주입되지 않아 단일 모드 동작시에 상부전극(16)과 가까운 윈도우(21)의 외곽부부터 레이저 발진이 일어날 수 있으며, 이에 따라 출사되는 레이저빔의 위치가 이동되어 광축이 이동되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 활성층쪽으로 캐리어가 균일하게 주입되어 윈도우의 중심부부터 레이저 발진이 일어나 출사 레이저빔의 위치 이동이 발생하지 않도록 된 표면광 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 표면광 레이저의 구조를 개략적으로 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 구조를 개략적으로 보인 단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100...기판 110...하부반사기층

120...활성층 140..상부반사기층

160,170...상,하부전극 200...도핑부

210...윈도우

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판과; 상기 기판 상에 일 형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 하부반사기층과; 상기 하부반사기층 상에 형성되며 전자와 정공의 재결합으로 광을 생성하는 활성층과; 상기 활성층 상에 상기 하부반사기층과 반대형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 상부반사기층과; 상기 기판의 하면에 형성된 하부전극과; 상기 상부반사기층 상의 레이저빔이 출사되는 윈도우를 제외한 영역에 형성된 상부전극;을 포함하는 표면광 레이저에 있어서, 윈도우를 이루는 노출부분에 상기 상부반사기층과 같은 형의 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어진 도핑부를 구비하여, 상기 상부 및/또는 하부전극을 통한 전류 주입이 균일하게 이루어지도록 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도핑부는 윈도우를 이루는 상기 상부반사기층의 노출부분에 상기 상부반사기층과 같은 형의 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어지고, 그 도핑깊이는 상기 상부반사기층의 맨위층을 넘지 않도록 된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 도핑부는 Zn를 고농도로 도핑하여 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 표면광 레이저는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 하면에 형성된 하부전극(170), 상기 기판(100) 상에 순차로 적층 형성된 하부반사기층(110), 활성층(120), 상부반사기층(140), 상부전극(160) 및 윈도우(210)를 이루는 노출부분에 도핑 형성된 도핑부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 기판(100)은 예컨대, n형 불순물을 함유하는등의 반도체물질로 되어 있다.

상기 하부반사기층(110)은 상기 기판(100) 상에 형성되어 있으며, 상기 기판(100)과 같은 형의 불순물 예를 들면, n형의 불순물 반도체물질로 굴절율이 다른 두 화합물 반도체 예컨대,와또는와등이두께로 교대로 적층되어 이루어진다. 상기 상부반사기층(140)은 상기 하부반사기층(110)과 반대형의 불순물을 함유하는 같은 종류의 불순물 반도체 물질로 되어 있다. 즉, 활성층(120) 상에 p형의와또는와등이두께로 교대로 적층되어 이루어진다. 상기 상부반사기층(140)과 하부반사기층(110)은 상기 상,하부전극(160)(170)을 통해 인가된 전류에 의하여 전자와 정공의 흐름을 유도한다. 여기서,는 표면광 레이저의 출사 레이저빔 파장이다.

상기 활성층(120)은 상기 상,하부반사기층(140)(110)에서 제공된 전자와 정공의 재결합으로 인한 에너지 천이에 의하여 광을 생성하는 영역으로 단일 또는 다중 양자-우물 구조, 초격자(super lattice) 구조 등을 가진다. 여기서, 상기 활성층(120)은 표면광 레이저의 출사 파장에 따라 GaAs, AlGaAs, InGaAs 또는 AlGaInP 등으로 이루어진다.

한편, 상기 상부반사기층(140)과 상기 활성층(120) 사이에 상기 상,하부전극(160)(170)을 통해 인가된 전류가 상기 활성층(120)의 중앙부(120a)로 안내될 수 있도록 전류의 흐름을 가이드하는 고저항부(135)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 고저항부(135)는 전류의 가이드 영역을 제외한 주변 부분을 선택적으로 산화시키는 방법 또는 이온 또는 양성자 주입법에 의해 형성된다. 여기서, 선택적 산화법은 예비산화층을 증기 상태의에 의해 소정 시간동안 산화시켜 산화분위기와 접촉되는 외측부에서 소정 깊이만큼 절연 산화막을 형성하는 방법이다.

상기 상부전극(160)은 상기 상부반사기층(140) 상에 레이저빔이 출사되는 윈도우(210)를 제외한 영역에 형성된다. 상기 하부전극(170)은 상기 기판(100)의 하면에 형성된다.

본 실시예에 있어서, 상기 도핑부(200)는 상기 윈도우(210)를 이루는 노출부분에 상기 상부반사기층(140)과 같은 형의 불순물 예컨대, Zn 등의 p형 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어진 영역으로, 상기 윈도우(210) 주위에 형성된 상부전극(160)을 통해 인가된 전류가 상기 활성층(123)쪽으로 균일하게 주입될 수 있도록 한다.

상기 도핑부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 윈도우(210)를 이루는 상부반사기층(140)의 노출부분에 고농도의 불순물을 확산시키거나 주입함으로써 형성될 수 있다.

이와 같은 불순물을 확산 또는 주입하면 윈도우(210)를 이루는 노출부분 전체와 윈도우(210) 외곽부의 상부전극(160) 바로 아래부분까지 고농도로 도핑되게 된다. 이때, 상기 도핑 깊이는 상부반사기층(140) 맨위의 화합물 반도체층(140a)을 넘지 않게 형성함으로써, 결정의 디스오더링(disordering)을 방지하는 것이 바람직하다. 한편, 상부반사기층(140) 표면 일부의 디스오더링에 기인한 반사율 감소로 인해 레이저 출력은 증가된다.

상기한 바와 같이 도핑부(200)가 마련되면, 전류 주입 초기부터 전류가 전체적으로 균일하게 주입될 수 있다. 따라서, 레이저 발진이 윈도우(210) 중심부 상에서 일어나게 되어 출사빔 이동 현상이 없어진다.

여기서, 상기 상부반사기층(140) 상에 예비도핑층(미도시)을 더 형성하고, 상기 예비도핑층의 윈도우를 이루는 노출부분에 상기와 같은 도핑부(200)를 형성할 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 표면광 레이저는 고농도의 전류주입층인 도핑부(200)를 가지므로 예컨대, 상부전극(160)을 통해 인가된 전류가 전류주입 초기부터 상기 도핑부(200) 전체를 통해 균일하게 활성층(120)쪽으로 주입된다. 따라서, 레이저빔은 윈도우(210)의 중심부 상에서부터 안정되게 발진된다. 여기서, 상기 활성층(120)에서는 전자와 정공의 결합에 의해 광이 발생되며, 상기 상,하부반사기층(140)(110)에 의해 공진된 레이저빔은 상기 윈도우(210)를 통해 출사된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 표면광 레이저는 윈도우를 이루는 노출부분에 상부반사기층과 같은 형인 불순물을 고농도로 도핑한 도핑부를 구비하므로, 윈도우를 이루는 노출부분에 활성층쪽으로 캐리어가 균일하게 주입될 수 있어서, 윈도우의 크기가 큰 경우에도 윈도우의 중심부 상에서부터 레이저 발진이 일어나게 된다.

따라서, 출사 레이저빔의 위치 이동이 일어나지 않으며, 특히, 단일 모드로 동작되도록 마련되는 경우 레이저빔의 출력 변화에 따른 위치 이동 즉, 광축 이동이 발생하지 않는다. 따라서, 광커넥터용 광원이나 광픽업장치의 광원으로 채용시 매우 유용하다.

Claims (3)

1. 기판과; 상기 기판 상에 일 형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 하부반사기층과; 상기 하부반사기층 상에 형성되며 전자와 정공의 재결합으로 광을 생성하는 활성층과; 상기 활성층 상에 상기 하부반사기층과 반대형의 불순물을 함유하는 조성이 다른 화합물 반도체가 교대로 적층 형성된 상부반사기층과; 상기 기판의 하면에 형성된 하부전극과; 상기 상부반사기층 상의 레이저빔이 출사되는 윈도우를 제외한 영역에 형성된 상부전극;을 포함하는 표면광 레이저에 있어서,

   윈도우를 이루는 노출부분에 상기 상부반사기층과 같은 형의 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어진 도핑부를 구비하여, 상기 상부 및/또는 하부전극을 통한 전류 주입이 균일하게 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
2. 제1항에 있어서, 상기 도핑부는 윈도우를 이루는 상기 상부반사기층의 노출부분에 상기 상부반사기층과 같은 형의 불순물을 고농도로 도핑하여 이루어지고,

   그 도핑깊이는 상기 상부반사기층의 맨위층을 넘지 않도록 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도핑부는 Zn를 고농도로 도핑하여 이루어진 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.