KR20010062760A - 면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저어레이 - Google Patents

면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저어레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저광의 편광 방향의 제어가 가능한 면(面) 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저 어레이를 제공한다.
면 발광형 반도체 레이저(101)는, 공진기(120)가 반도체 기판(101)상에 수직방향으로 형성되고, 공진기(120)로부터 반도체 기판(101)에 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저이며, 공진기(120)의 일부인 기둥형부(110)와, 기둥형부(110)의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층(112)을 포함하고, 절연층(112)은 그 평면 형상에 기인한 이방적인 응력을 가지며, 상기 이방적인 응력에 의해 레이저광의 편광 방향의 제어를 행한다.

Description

면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저 어레이{Surface emission type semiconductor laser and surface emission type semiconductor laser array}
발명의 배경 기술
발명의 분야
본 발명은 반도체 기판에 대하여 수직으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저 및 상기 면 발광형 반도체 레이저를 사용한 면 발광형 반도체 레이저 어레이에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
면 발광형 반도체 레이저는, 반도체 기판에 대하여 수직으로 레이저광을 출사하는 반도체 레이저이고, 반도체 기판상에 수직방향으로 공진기가 설치되어 있다. 이 공진기는, 레이저광을 발진시킨 후 출사시키는 것이며, 반사층, 활성층,반사층이 차례로 퇴층되어 구성된다.
면 발광형 반도체 레이저는, 어레이화(동일 반도체 기판상에 다수의 레이저를 배치하는 것)가 용이하고, 임계치가 작으며, 발진 파장이 안정되면, 단면(端面) 레이저와 비교하여 레이저 방사각이 등방적이고, 또한 작은 등의 우수한 특징을 가진다. 따라서, 면 발광형 반도체 레이저는, 2차원 집적화가 가능한 반도체 레이저로서, 광배열 통신이나 광배열 연산, 레이저 빔 프린터 등으로의 응용이 기대되고 있다.
한편, 반도체 레이저를 사용하여 광학장치를 구축하는 경우, 편광자나 빔 스플리터 등의 기기를 사용하는 경우가 많다. 편광자나 빔 스플리터 등의 기기는, 반사율이 편광 방향에 의존한다. 이 때문에, 반도체 레이저를 광학장치에 장착하여 사용하는 경우, 레이저광의 편광 방향의 제어가 불충분하고, 방향에 따라 빛의 강도가 변화하는 등의 문제가 발생하기 때문에, 레이저광의 편광 방향을 제어하는 것이 중요하다.
그러나, 면 발광형 반도체 레이저는, 공진기가 등방적인 구조를 가지기 때문에, 공진기로부터 출사하는 레이저광의 방사각이 등방적이므로, 레이저광의 편광 방향의 제어가 곤란하였다. 이 때문에, 면 발광형 반도체 레이저에 있어서, 레이저광의 편광 방향을 제어하고자 하는 시도가 이루어지고 있고, 예를 들면, 일본 특개평8-116130호 공보나, 일본 특개평6-224515호 공보에 면 발광형 반도체 레이저의 편광 방향의 제어에 관한 기술이 개시되어 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 레이저광의 편광 방향의 제어가 가능한 면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저 어레이를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, B-B 단면에 따라서 절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 제조방법의 제 1 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 제조방법의 제 2 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 제조방법의 제 3 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 제조방법의 제 4 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 제조방법의 제 5 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 주요부의 평면도를 모식적으로 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, C-C 단면에 따라서 절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는 도 10에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, D-D 단면에 따라서 절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 주요부의 평면도를 모식적으로 도시하는 도면.
도 14는 도 13에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, E-E 단면에 따라서 절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 15는 도 13에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, F-F 단면에 따라서 절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저의 주요부의 평면도를 모식적으로 도시하는 도면.
도 17은 도 16에 도시하는 면 발광형 반도체 레이저를, G-G 단면에 따라서절단한 경우의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저 어레이의 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 면 발광 레이저 101 : 반도체 기판
102 : 버퍼층 120 : 공진기
109 : 콘택트층
본 발명에 따른 면 발광형 반도체 레이저는, 공진기가 반도체 기판상에 수직방향으로 형성되고, 해당 공진기에 의하여 해당 반도체 기판에 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저로서,
적어도 상기 공진기의 일부를 포함하는 기둥형의 반도체 퇴적체와,
상기 반도체 퇴적체의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층을 포함하며,
상기 절연층은, 그 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 가지고, 해당 이방적인 응력에 의해 레이저광의 편광 방향의 제어를 행할 수 있다.
여기서, 그 평면형상에 기인한 이방적인 응력이란, 상기 절연층의 평면형상이 유인으로 되어 생기는 이방적인 응력을 말하며, 이방적인 응력이란, 직교하는 2개의 방향으로의 응력이며, 또한, 서로 다른 크기를 가지는 응력을 말한다.
이 면 발광형 반도체 레이저에 의하면, 절연층으로부터, 상기 반도체 퇴적체중에 포함되는 활성층으로 이방적인 응력을 직접 가할 수 있다. 즉, 절연층이 해당 절연층의 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 가지는 것에 의해, 이러한 이방적인 응력이, 절연층과 접촉하고 있는 기둥형부중의 활성층에 가해져, 레이저광의 이득에 이방성이 발현된다. 이 결과, 특정한 편광 방향의 레이저광을 우선적으로 증폭시켜 발진시킬 수 있기 때문에, 레이저광의 편광 방향을 특정방향으로 제어할 수 있다.
이 경우, 본 발명의 면 발광형 반도체 레이저에 있어서는, 상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때, 상기 이방적인 응력은, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력을 포함하며, 해당 x축 방향으로의 응력과 해당 y축 방향으로의 응력이 다른 크기를 가지는 것이 바람직하다.
상기 구성을 가지는 상기 면 발광형 반도체 레이저에 의하면, 상기 이방적인 응력이, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력을 포함하고, 해당 x축 방향으로의 응력과 해당 y축 방향으로의 응력이 다른 크기를 가지는 것에 의해, 레이저광의 이득이, 상술한 2축중 응력이 큰 쪽의 축에 수직인 방향으로 우위(優位)로 되며, 상기 응력이 큰 쪽의 축에 수직인 방향으로 편광된 레이저광이 얻어진다. 이상에 의해, 레이저광의 편광 방향을 제어할 수 있다. 더욱이, 상기 절연층의 평면형상은 그 제막 과정에서 용이하게 조제할 수 있기 때문에, 편광 방향의 제어가 용이하고, 또한, 레이저 어레이를 작성하는 경우에도 균일한 특성으로 제어된 레이저를 얻을 수 있다.
상기 절연층의 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 발생시키는 절연층의 예로서는, 이하의 (1) 내지 (4)를 예시할 수 있다.
(1) 상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
상기 절연층의 외측면의 평면형상이,
상기 중심으로부터, 상기 x축과 상기 절연층의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와,
상기 중심으로부터, 상기 y축과 상기 절연층의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르도록 형성할 수 있다.
상기 중심으로부터, 상기 x축과 상기 절연층의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와, 해당 중심으로부터, 상기 y축과 절연층의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르도록 설치되어 있는 것에 의해, 절연층으로부터 상기 반도체 퇴적체중의 활성층으로 작용하는 응력에 이방성이 생긴다. 그 결과, 응력이 큰 쪽의 축에 수직인 방향의 이득이 우위로 되고, 응력이 큰 쪽의 축에 수직인 방향으로 편광된 레이저광이 얻어진다. 이상에 의해, 레이저광의 편광 방향을 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 면 발광형 반도체 레이저가 바람직한 예로서는,
공진기가 반도체 기판상에 수직방향으로 형성되고, 해당 공진기에 의해 해당 반도체 기판에 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저로서,
적어도 상기 공진기의 일부를 포함하는 기둥형의 반도체 퇴적체와,
상기 반도체 퇴적체의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층을 포함하고,
상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
상기 절연층의 외측면의 평면형상이,
상기 중심으로부터, 상기 x축과 상기 절연층의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와,
상기 중심으로부터, 상기 y축과 상기 절연층의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르도록 형성되어 있는, 면 발광형 반도체 레이저가 있다.
이 면 발광형 반도체 레이저에 의하면, 상술한 효과를 나타낼 수 있다.
(2) 상기 절연층의 외측면의 평면형상을, 상기 x축 및 상기 y축중 적어도 한쪽에 관하여 선대칭이도록 할 수 있다.
상기 면 발광형 반도체 레이저에 있어서, 상기 절연층의 외측면의 평면형상이, 상기 x축 및 상기 y축중 적어도 한쪽에 관하여 선대칭인 것에 의해, 상기 반도체중에 포함되는 활성층에 있어서, x축 또는 y축중 선대칭의 대칭축으로 되는 축에 관하여 한쪽의 측에 있는 부분에 작용하는 응력이, 다른 한쪽의 측에 있는 부분에 작용하는 응력과, 크기가 동일하고 동시에 방향이 180도 반대로 된다. 이 때문에, 상기 대칭축과 직교하는 축과 평행방향으로의 응력의 이방성을 보다 강화할 수 있고, 또한, 해당 대칭축과 직교하는 축과 평행방향으로의 레이저광의 편광을 보다 엄밀하게 제어할 수 있다.
(3) 상기 절연층의 외측면의 평면형상을, 상기 반도체 퇴적체를 중심으로 하여, 2회 회전대칭이도록 할 수 있다.
여기서, 2회 회전대칭이란, 상기 반도체 퇴적체를 중심으로서 상기 절연층의 외측면의 평면형상을 180도 회전시켰을 때, 회전후의 상기 절연층의 외측면의 평면형상이, 원래의 상기 절연층의 외측면의 평면형상과 일치하는 것을 말한다(1회 회전은 90°의 회전을 의미한다).
상기 면 발광형 반도체 레이저에 있어서, 상기 절연층의 외측면의 평면형상이, 상기 반도체 퇴적체를 중심으로 하여, 2회 회전대칭인 것에 의해, 상기 반도체 퇴적체내에 포함되는 활성층중 한쪽의 측에 있는 부분에 작용하는 응력이, 상기 활성층중 반대측에 있는 부분에 작용하는 응력과, 크기가 동일하고 또한 방향이 180도 반대이다. 이 때문에, 상기 축과 직교하는 축과 평행한 방향으로의 응력의 이방성을 보다 강화할 수 있다. 이상에 의해, 레이저광의 편광을 보다 엄밀하게 제어할 수 있다.
(4) 상기 절연층을, 매설하여 형성할 수 있다.
상기 면 발광형 반도체 레이저에 있어서, 상기 절연층이 매설되어 형성되어 있는 것에 의해, 상기 절연층에 생기는 이방적인 응력을 상기 반도체 퇴적체의 외측면으로부터 상기 활성층을 포함하는 상기 반도체 퇴적체 전체에 가할 수 있기 때문에, 레이저광의 편광을 확실하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 면 발광형 반도체 레이저에 있어서는, 상기 절연층은, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
이들의 수지로부터 상기 절연층을 형성하는 경우, 이들의 수지에 열 또는 빛 등의 에너지선을 조사하는 것에 의해 경화시킨다. 이러한 경화 시에 체적이 크게 수축하여, 상기 체적 수축에 따라서, 상기 절연층은 상기 반도체 퇴적체에 큰 인장 왜곡을 생기게 한다. 즉, 상기 절연층으로부터 활성층을 포함하는 상기 반도체 퇴적체에 대한 인장 응력이 작용한다. 이로써, 활성층에 큰 응력을 얻을 수 있기 때문에, 보다 안정된 레이저광의 편광 방향 제어를 행할 수 있다.
본 발명의 면 발광형 반도체 레이저에 있어서, 상기 절연층의 외측면의 평면형상으로서는, 예를 들면, 직사각형, 마름모형 등의 사각형이나, 타원형 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 면 발광형 반도체 레이저 어레이는, 상술한 본 발명의 면 발광형 반도체 레이저를 복수개 나란히 배열하는 것에 의해 형성된다.
상기 면 발광형 반도체 레이저 어레이에 의하면, 면 발광형 반도체 레이저를 복수개 나란히 배열하는 것에 의해 형성되기 때문에, 면 발광형 반도체 레이저를 소정수, 소정의 배열로 형성하는 것에 의해, 용도나 목적에 따라서 최적의 면 발광 레이저 어레이를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명이 적합한 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
발명의 바람직한 실시예의 설명
(제 1 실시예)
(디바이스의 구조)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저(100; 이하, 「면 발광 레이저」라고 한다)를, 도 2의 A-A선에 따라서 절단한 단면도이다. 도 2는, 도 1에 도시되는 면 발광 레이저(100)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시하는 구조를, B-B선에 따라서 절단한 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)는, 수직 공진기(이하,「공진기」라고 한다; 120)의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층(112)을 가지고, 절연층(112)이 이방적인 응력을 가지며, 이 이방적인 응력에 의해 레이저광의 편광 방향의 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
우선, 도 1 내지 도 3에 도시하는 면 발광 레이저(100)의 구조에 대하여 설명한다. 면 발광 레이저(100)는 반도체 기판(101), 반도체 기판(101)상에 형성된 n형 GaAs로 이루어지는 버퍼층(102), 공진기(120), 및 공진기(120)상에 형성된 p형 GaAs로 이루어지는 콘택트층(109)을 포함하여 구성된다.
공진기(120)는, 버퍼층(102)상에 형성되고, n형 AlAs층과 n형 Al0.15Ga0.85As층을 교대로 적층한 30페어의 분포 반사형 다층막 미러(이하,「하부 미러」라고 한다; 103), n형 Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 n형 클래드층(104), GaAs웰층과 Al0.3Ga0.7AS 배리어층으로 이루어지고, 웰층이 3층으로 구성되는 다중 우물 구조의 활성층(105), Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 p형 클래드층(106), p형 AlAs로 이루어지는 전류 협착층(107) 및 전류 협착층(107)의 주위에 형성된 절연체층(111), 및 p형 Al0.85Ga0.15As층과 p형Al0.15Ga0.85As층을 교대로 적층한 25 페어의 분포 반사형 다층막 미러(이하, 「상부 미러」라고 한다; 108)가 순차 적층되어 구성된다.
상부 미러(108)는, Zn이 도핑되는 것에 의해 p형으로 되고, 하부 미러(103)는, Se가 도핑되는 것에 의해 n배로 되어 있다. 따라서, 상부 미러(108), 불순물이 도핑되어 있지 않는 활성층(105), 및 하부 미러(103)에 의해, pin 다이오드가 형성된다.
또한, 공진기(120)중 면 발광 레이저(100)의 레이저광 출사측으로부터 n형 클래드층(104)에 걸친 부분이, 레이저광 출사측으로부터 보아 원형의 형상으로 에칭되어 기둥형부(110)가 형성되어 있다. 즉, 기둥형부(110)란, 공진기(120)의 일부로서, 기둥형의 반도체 퇴적체를 말한다. 또한, 본 실시예에서는, 기둥형부(110)의 평면형상을 원형으로 하였지만, 상기 형상은 임의의 형상을 잡는 것이 가능하다. 또한, 콘택트층(109)으로부터 n형 클래드층(104)에 이르기까지의 공진기(120)의 일부가 에칭되어 홈(117)이 형성되어 있다.
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 홈(117)에 절연층(112)이 매설되어 있다. 즉, 기둥형부(110)의 외측면에 접촉하고, 또한 하부 미러(103)의 상면을 덮도록 하여 절연층(112)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)은, 그 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 가지는 것을 특징으로 한다. 절연층(112)이 이방적인 응력을 가지는 것에 의해, 후술하는 이유에 의해, 레이저광의 편광 방향을 제어할 수 있다.
여기서, 절연층(112)의 외측면의 평면형상은 직사각형을 이루고, 다음의 특징을 가진다. 기둥형부(110) 상면의 중심(130)을 통과하여 서로 교차하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때, 도 2에 도시되는 바와 같이, 절연층(112)의 외측면의 평면형상에 있어서의 변의 길이가, x축 방향 및 y축 방향에서는 다르도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 중심(130)으로부터, x축과 절연층(112)의 외측면과의 교점까지의 거리(Lx1)가, 중심(130)으로부터, y축과 절연층(112)의 외측면과의 교점까지의 거리(Ly1)보다도 커지도록 형성할 수 있다. 마찬가지로,절연층(112)의 외측면의 평면형상에 있어서의 길이가, -x축 방향 및 -y축 방향에서는 다르도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 중심(130)으로부터,-x축과 절연층(112)의 외측면과의 교점까지의 거리(Lx1')가, 중심(130)으로부터, -y축과 절연층(112)의 외측면과의 교점까지의 거리(Ly1')보다도 커지도록 형성할 수 있다. 또한, 면 발광 레이저(100)에 있어서, 절연층(112)은, 거리(Lx1)와 거리(Lx1'), 및 거리(Ly1)와 거리(Ly1')는 각각 같아지도록 형성되어 있다. 면 발광 레이저(100)가 상기 구성을 가지는 것에 의해, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력을 포함하여, 상기 x축 방향으로의 응력과 상기 y축 방향으로의 응력이 다른 크기를 가지는 이방적인 응력이, 절연층(112)으로부터 활성층(105)을 포함하는 기둥형부(110)에 가해진다.
또한, 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, x축 및 y축의 양쪽에 대하여 선대칭인 경우를 도시하고 있지만, 절연층(112)의 외측면의 평면형상은, x축 및 y축중 적어도 한쪽에 대하여 선대칭인 것이 바람직하다. 그 이유는 후술한다.
절연층(112)을 형성하기 위한 재료로서는, 예를 들면, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 또는 에폭시계 수지 등, 열 또는 빛 등의 에너지선 조사에 의해 경화하는 수지를 사용할 수 있다.
또한, 기둥형부(110), 절연층(112), 및 기둥형부(110)를 구성하고 있지 않는 반도체층의 상면에는, 상부전극(113)이 형성되어 있다. 기둥형부(110)를 구성하고 있지 않는 반도체층의 상면에는, 상부전극(113)과 반도체층을 절연하기 위한 절연층(114)이 형성되어 있다.
더욱이, 기둥형부(110) 상면의 중앙부에는, 레이저광의 출사구로 되는 개구부 (116)가 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(101)에 있어서, 공진기(120)가 형성되어 있는 측과 반대측 면에는, 하부전극(115)이 형성되어 있다.
그리고, 상부전극(113)으로부터의 전류를 기둥형부(110)의 중앙부분에 집중시키기 위해서, 전류협착층(107)의 주위로부터 수 μm 정도의 영역에, 산화 알루미늄으로 이루어지는 절연체층(111)이 형성되어 있다.
(디바이스의 제조 프로세스)
다음에, 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 제조방법에 대하여, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 4 내지 도 8은 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 제조방법의 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 제조방법은, 이하의 공정(a 내지 c)으로 이루어진다.
공정(a)은, 반도체 기판(101)의 표면상에, 활성층(105)을 포함하는 반도체 퇴적층(150)을 형성하고, 반도체 퇴적층(150)으로부터, 반도체 기판(101)과 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 기둥형부(110)를 형성하는 공정이다.
공정(b)은, 기둥형부(110) 외측면에, 절연층(112)을 홈(117)에 매설하여 형성하는 공정이다.
공정(c)은 공진기(120)에 상부전극(113) 및 하부전극(115)을 설치하는 공정이다.
우선, 공정(a)에 대하여 설명한다.
(1) 도 4에 도시되는 n형 GaAs로 이루어지는 반도체 기판(101)의 표면상에, 조성을 변조시키면서 에피텍셜 성장시키는 것에 의해, 도 5에 도시되는 반도체 퇴적층(150)을 형성한다. 여기서, 반도체 퇴적층(150)이란, n형 GaAs로 이루어지는 버퍼층(102), n형 AlAs층과 n형 Al0.15Ga0.85As층을 교대로 적층한 하부 미러(103), n형 Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 n형 클래드층(104), GaAs 웰층과 Al0.3Ga0.7As 배리어층으로 이루어지고, 웰층이 3층으로 구성되는 다중 우물 구조의 활성층(105), Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 p형 클래드층(106), p형 AlAs로 이루어지는 전류 협착층(107), p형 Al0.85Ga0.15As층과 p형 Al0.15Ga0.85AS층을 교대로 적층한 상부 미러(108), 및 p형 GaAs로 이루어지는 콘택트층(109)을 말하며, 이들 층을 차례로 반도체 기판(101)상에 퇴층시켜, 반도체 퇴적층(150)을 형성한다. 또한, 반도체 기판(101)의 표면이란, 반도체 기판(101)에 있어서, 후의 공정에서 공진기(120)를 형성하는 측의 면을 말한다.
에피텍셜 성장을 행할 때의 온도는, 반도체 기판(101)의 종류, 또는 형성하는 반도체 퇴적층(150)의 종류나 두께에 따라서 적절하게 결정되지만, 일반적으로, 600℃ 내지 800℃인 것이 바람직하다. 또한, 에피텍셜 성장을 행할 때의 소요시간이나, 온도와 마찬가지로 적절하게 결정된다. 또한, 에피텍셜 성장시키는 방법으로서는, 유기금속 기상 성장(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)법이나, MBE 법(Molecular Beam Epitaxy)법, 또는 LPE 법(Liquid Phase Epitaxy)을 사용할수 있다.
(2) 계속해서, 콘택트층(109)상에, 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포한 후 포토리소그래피에 의해 해당 포토레지스트를 패터닝하는 것에 의해, 소정의 패턴의 레지스터층(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 레지스터층을 마스크로서 드라이 에칭법에 의해, 콘택트층(109), 상부 미러(108), 전류 협착층(107), p형 클래드층(106), 활성층(105), 및 n형 클래드층(104)을 에칭하여, 도 6에 도시하는 바와 같이, 외측면의 평면형상이 직사각형인 홈(117)을 형성하는 것에 의해, 기둥형의 반도체 퇴적체인 기둥형부(110)를 설치한다.
이 경우, 홈(117)의 평면형상 및 크기를 적절하게 설정하는 것에 의해, 나중의 공정에서 홈(117)에 매설하여 형성되는 절연층(112)의 형상을 적절하게 결정할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 기둥형부(110) 상면의 중심(130)을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때, 중심(130)으로부터, x축과 홈(117)의 외측면과의 교점까지의 거리가, 중심(130)으로부터, y축과 홈(117) 외측면과의 교점까지의 거리보다도 커지도록 형성한다. 마찬가지로, 중심(130)으로부터, -x축과 홈(117)의 외측면과의 교점까지의 거리가, 중심(130)으로부터, -y축과 홈(117)의 외측면과의 교점까지의 거리보다도 커지도록 형성한다.
(3) 계속하여, p형 AlAs층으로 이루어지는 전류 협착층(107)을, 400℃ 정도의 수증기 분위기하에서 노출한다. 상기 공정에 의해, AlAs 층이 그 노출면으로부터 내측으로 산화되어 가고, 절연체인 산화 알루미늄이 형성된다. 즉, 전류 협착층(107)의 외주부가 산화되어, 도 7에 도시되는 바와 같이, 산화 알루미늄으로 이루어지는 절연체층(111)이 형성된다. 이상에 의해, 반도체 기판(101)상에 공진기(120)가 형성된다.
계속해서, 공정(b)에 대하여 설명한다.
본 공정에서는, 수지의 액상물 또는 수지 전구체의 액상물을 홈(117)에 매설하는 것에 의해 절연층(112)을 형성한다.
우선, 수지의 액상물 또는 수지 전구체의 액상물을 홈(117)에 도포한 후, 건조시킨다. 도포방법으로서는, 스핀 피복법, 디핑법, 분사 피복법 등의 공지기술을 이용할 수 있다.
다음에, 홈(117)중의 수지원료에 열 또는 빛 등의 에너지선을 조사하여 경화시킨다. 상기 공정에 있어서, 수지의 체적 수축이 발생하고, 기둥형부(110)에 응력이 발생한다.
계속해서, 홈(117)에 매설되어 있는 부분 이외의 수지를 제거한다. 제거방법은, 포토리소그래피를 사용하여 수지를 패터닝하는 방법, 드라이 에칭을 사용하는 방법, CMP 법 등을 이용할 수 있다. 이상의 공정에 의해, 기둥형부(110) 외측면에, 홈(117)에 매설된 절연층(112)을 형성한다.
상기 공정에서는, 수지의 액상물 또는 수지 전구체의 액상물을 홈(117)에 매설하여 절연층(112)을 형성하기 때문에, 절연층(112)의 형상 및 크기는, 홈(117)의 형상 및 크기에 따라 결정된다. 따라서, 홈(117)의 평면형상은, 절연층(112)의 평면형상과 같아진다.
상기 공정에서 사용하는 수지의 액상물 또는 수지 전구체의 액상물로서는,열이나 빛 등의 에너지선을 조사하는 것에 의해 경화하는 수지를 사용한다. 수지의 액상물로서는, 예를 들면, 폴리아크릴계 수지, 에폭시계 수지를 들 수 있다. 또한, 수지 전구체의 액상물로서는, 폴리이미드 전구체를 들 수 있다. 이들의 수지의 액상물 또는 수지 전구체의 액상물은, 점성이 낮고, 또한 경화 시에 크게 체적 수축하는 특징을 가진다.
폴리이미드계 전구체로서는, 예를 들면, 폴리아믹산, 폴리아믹산의 장쇄(長鎖) 알킬에스테르 등을 들 수 있다. 수지 전구체의 액상물로서 폴리이미드계 수지를 사용하는 경우에는, 폴리이미드 전구체의 액상물을 홈(117)에 도포한 후 가열처리하는 것에 의해 이미드화 반응이 발생하고, 폴리이미드계 수지가 생성하여, 절연층(112)이 형성된다. 상기 가열처리의 온도는, 폴리이미드 전구체의 종류에 따라서 다르지만, 150 내지 400℃가 적당하다.
또한, 수지의 액상물로서 폴리아크릴계 수지, 에폭시계 수지를 사용하는 경우, 자외선 경화형의 폴리아크릴계 수지 및 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 자외선 경화형 수지는, 자외선 조사만으로 경화할 수 있기 때문에, 열에 의해 소자가 손상되는 등의 문제가 생기는 일은 없다.
이어서, 공정(c)에 대하여 설명한다.
우선, 기둥형부(110)를 구성하고 있지 않는 반도체층의 상면에, 상부전극(113)과 반도체층를 절연하기 위한 절연층(114)을 형성한다. 다음에, 진공 증착법에 의해, 절연층(112)의 상면에, 금 또는 아연으로 구성되는 합금층를 형성한 후, 포토리소그래피법을 사용하여 합금층을 패터닝하는 것에 의해,개구부(116)를 형성한다. 이상의 공정에 의해 상부전극(113)이 형성된다. 계속해서, 반도체 기판(101)의 이면(반도체 기판(101)에 있어서 공진기(120)를 형성하는 면과 반대측의 면)에, 진공 증착법에 의해, 금 및 게르마늄으로 구성되는 합금층으로 이루어지는 하부전극(115)을 형성한다. 이상의 프로세스를 거쳐서, 도 1 내지 도 3에 도시되는 면 발광 레이저(100)가 얻어진다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 일반적인 동작을 이하에 도시한다.
상부전극(113)과 하부전극(115)에서, pin 다이오드에 순방향의 전압을 인가하면, 활성층(105)에 있어서, 전자와 정공(hole)의 재결합이 발생하고, 상기 재결합에 의한 발광이 발생된다. 그렇게 발생된 빛이 상부 미러(108)와 하부 미러(103) 사이를 왕복할 때에 유도 방출이 발생하고, 빛의 강도가 증폭된다. 광이득이 광손실을 상회하면, 레이저 발진이 발생하며, 상부전극(113)의 개구부(116)로부터 반도체 기판(101)에 대하여 수직방향으로 레이저광이 출사된다.
다음에, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서의 작용 및 효과를 설명한다.
(1) 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)은, 기둥형부(110)의 외측면에 접촉하여 형성되어 있고, 상기 절연층의 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 가지며, 해당 이방적인 응력에 의해 레이저광의 편광 방향의 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 이방적인 응력이란, 직교하는 2개의 방향으로의 응력이고, 또한, 서로 다른 크기를 가지는 응력을 말한다. 환언하면, 이방적인 응력은, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력을 포함하며, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력이 다른 크기를 가진다.
절연층(112)이 이방적인 응력을 가지는 것에 의해, 절연층(112)으로부터, 기둥형부(110)중에 포함되는 활성층(105)으로 이방적인 응력을 직접 가할 수 있다. 즉, 절연층(112)이 이방적인 응력을 가지는 것에 의해, 이러한 이방적인 응력이, 절연층(112)과 접촉하고 있는 기둥형부(110)중의 활성층(105)에 가해져, 레이저광의 이득에 이방성이 발현된다. 이 결과, 특정한 편광 방의 레이저광을 우선적으로 증폭시켜 발진시킬 수 있기 때문에, 레이저광의 편광 방향을 특정방향으로 제어할 수 있다.
(2) 면 발광 레이저(100)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, 거리(Lx1) 및 거리(Lx1')가, 거리(Ly1) 및 거리(Ly1')보다도 커지도록 형성되어 있다.
즉, 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 중심(130)으로부터, x축과 절연층(112)의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와, 중심(130)으로부터, y축과 절연층(112)의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르게 설치되어 있다. 이 때문에, 절연층(112)으로부터 활성층(105)으로 작용하는 응력에 이방성이 생긴다. 그 결과, 활성층(105)의 이득이, 응력이 보다 큰 방향에 수직인 방향의 편광에 대하여 우위로 되어, 응력이 보다 큰 방향에 수직인 방향으로 편광된 레이저광이 얻어진다. 이상에 의해, 레이저광의 편광 방향을 제어할 수 있다.
여기서, 활성층(105)에 작용하는 응력중, +x축 방향으로의 응력을 tx1, +y축 방향으로의 응력을 ty1, -x축 방향으로의 응력을 tx1', -y축 방향으로의 응력을 ty1'라고 하면, 절연층(112)의 외측면의 평면형상에 있어서, 거리(Lx1 및 Lx1')가 각각 거리(Ly1 및 Ly1')보다 커지도록 형성되어 있기 때문에, 응력(tx1 및 tx1')은, 응력(ty1 및 ty1')보다 커진다. 즉, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서, 활성층(105)에 작용하는 응력은, x축에 평행한 방향으로의 응력이, y축에 평행한 방향으로의 응력보다도 커져, 그 결과, 활성층(105)의 이득이 x축에 수직인 방향의 편광에 대하여 우위로 되기 때문에, x축에 수직인 방향으로 편광된 레이저광이 얻어진다. 이로써, 레이저광의 편광 방향을 제어할 수 있다.
(3) 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)이 활성층(105)을 포함하는 기둥형부(110)의 외측면 전체와 접촉하도록 형성되어 있기 때문에, 활성층(105)에 이방적인 응력을 가지게 할 뿐만 아니라, 기둥형부(110)에 있어서의 활성층(105) 이외의 층에 이방적인 응력을 가지게 한 면 발광 레이저를 얻을 수 있다. 이와 같이, 공진기(120)에 있어서의 활성층(105) 이외의 층에 이방적인 응력을 가지게 하는 것에 의해, 왜곡이 가해진 방향에는 굴절율의 변화가 생기고, 왜곡이 가해진 방향과 그것과 직교하는 방향 사이에는 굴절율차가 생긴다. 이러한 굴절율 분포를 가지는 매체중에는, 굴절율차에 의해 일정한 편파성분을 가진 빛만이 전파될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 면 발광 레이저에 있어서는, 예를 들면, 편파면 보유 파이버의 일종인 타원형 코어 파이버(코어의 평면형상을 타원형으로 하는 것으로, 이러한 타원의 장축 방향과 단축 방향 사이에 굴절율차를 생기게 한 파이버)와 같은 효과가 얻어진다.
(4) 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이 직사각형인 것에 의해, 기둥형부(110)의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층(112)이 이방적인 응력을 가지게 된다. 절연층(112)의 외측면의 평면형상이 직사각형인 경우, 직사각형의 긴 변에 평행한 방향으로의 응력이, 직사각형의 짧은 변에 평행한 방향으로의 응력보다도 커지며, 그 결과, 활성층(105)의 이득이 직사각형의 짧은 변에 평행한 방향에 대하여 우위로 되기 때문에, 직사각형의 짧은 변에 평행한 방향으로 편광된 레이저광이 얻어진다. 이상에 의해, 특정한 편광 방향의 레이저광을 우선적으로 증폭시켜 발진시킬 수 있기 때문에, 레이저광의 편광 방향을 특정방향으로 제어할 수 있다.
(5) 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, x축 및 y축에 대하여 각각 선대칭이다. 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, x축에 대하여 선대칭인 것에 의해, y축 방향으로의 응력(ty1) 및 -y축 방향으로의 응력(ty1')은 크기가 같고 또한 방향이 180도 반대로 된다.
더욱이, 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, y축에 대해서도 선대칭이다. 이로써, x축 방향으로의 응력(tx1) 및 -x축 방향으로의 응력(tx1')은 크기가 동일하고 또한 방향이 180도 반대로 된다. 여기서, Lx1, Lx1'> Ly1, Ly1'이므로, 응력(tx1, tx1'＞ty1, ty1')으로 되기 때문에, y축방향으로 레이저광의 편광을 보다 엄밀하게 제어할 수 있다.
이상에 의해, 절연층(112)의 외측면의 평면형상이, x축 또는 y축중 적어도 한쪽에 대하여 선대칭인 것에 의해, 상술한 효과를 나타낼 수 있다.
(6) 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 절연층(112)이, 매설되어 형성되어 있다. 면 발광 레이저(100)가 상기 구성을 가지는 것에 의해, 기둥형부(110)의 외측면으로부터, 활성층(105)을 포함하는 기둥형부(110) 전체에, 절연층(112)에 생기는 이방적인 응력을 가할 수 있기 때문에, 레이저광의 편광을 확실하게 제어할 수 있다.
특히, 절연층(112)이, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지는 경우, 절연층(112) 형성시에, 이들의 수지는, 열 또는 빛 등의 에너지선 조사에 의해 경화하여 체적이 크게 수축하기 때문에, 이러한 체적 수축에 따라서, 절연층(112)은 기둥형부(110)에 커다란 왜곡을 발생시킨다. 즉, 절연층(112)으로부터, 활성층(105)을 포함하는 기둥형부(110)에 큰 인장 응력이 작용한다. 이로써, 활성층(105)에 큰 응력을 줄 수 있기 때문에, 보다 안정된 레이저광의 편광 방향 제어를 행할 수 있다.
(제 2 실시예)
(디바이스의 구조)
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
제 1 실시예에 있어서는, 면 발광 레이저에 있어서 절연층(112)의 외측면의평면형상이 직사각형인 경우를 제시하였지만, 절연층(112)의 외측면의 평면형상은 이것에 한정되지 않으며, 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)와 같이, 절연층(212)의 평면형상이 타원형인 면 발광 레이저로 할 수도 있다. 그 외에, 절연층(212)의 평면형상을 마름모형이나, 삼각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형으로 할 수도 있다.
또한, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)에 있어서는, 절연층(112)이 홈(117)에 매설되어 형성되어 있지만, 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)에 있어서는, 절연층(212)이 하부 미러(103)상에 패터닝에 의해 형성되어 있는 점이 다르다.
(디바이스의 제조 프로세스)
제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저의 제조방법은, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저의 제조방법과 거의 동일하다. 그러나, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 제조공정에 있어서, 반도체 퇴적층(150)을 에칭하는 것에 의해 홈(117)을 형성하고, 홈(117)에 절연층(112)을 매설하는 것에 의해 절연층(112)을 형성하는 대신에, 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)에 있어서는, 패터닝에 의해 외측면의 평면형상이 타원형인 절연층(212)을 하부 미러(103)상에 형성하는 점이 제 1 실시예와 다르다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작은, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작과 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
또한, 제 2 실시예에 있어서의 작용 및 효과는, 제 1 실시예에 있어서의 작용 및 효과와 거의 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
(제 3 실시예)
(디바이스의 구조)
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 면 발광 레이저(300)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 11은 도 10에 도시되는 면 발광 레이저(300)를 C-C선에 따라서 절단한 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 12는, 도 10에 도시되는 면 발광 레이저(300)를 D-D 선에 따라서 절단한 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다.
제 3 예에 따른 면 발광 레이저(300)의 구조는, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100) 및 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)의 구조와 거의 동일하다. 특히, 절연층(312)의 외측면의 평면형상이 직사각형인점에 대해서는 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)와 동일하고, 또한, 절연층(312)이 패터닝에 의해 형성되어 있는 점에 대해서는, 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)의 구조와 동일하다. 그러나, 제 3 예에 따른 면 발광 레이저(300)에 있어서는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 기둥형부(110) 상면의 중심(330)을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때, 중심(330)으로부터, 절연층(312)의 외측면과 y축과의 제 1 교점까지의 거리(Ly3), 중심(330)으로부터, 절연층(312)의 외측면과 y축과의 제 2 교점까지의 거리(Ly3'), 및 중심(330)으로부터, 절연층(312)의 외측면과 x축과의 제 2 교점까지의 거리(Lx3)가 동일한 길이이고, 또한, 중심(330)으로부터,절연층(312)의 외측면과 x축의 제 1 교점까지의 거리(Lx3')가, 상기 거리(Lx3)보다 커지는 위치에 기둥형부(310)가 형성되어 있는 점이, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100) 및 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)와 다르다.
(디바이스의 제조 프로세스)
제 3 실시예에 따른 면 발광 레이저(300)의 제조방법은, 절연층(312)의 형상, 및 절연층(312)에 대한 기둥형부(310)의 위치가 다른 점을 제외하고, 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저(200)의 제조방법과 기본적으로는 동일하다. 따라서, 설명은 생략한다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
제 3 예에 따른 면 발광 레이저(300)의 동작은, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작과 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
또한, 제 3 실시예에 있어서의 작용 및 효과는 제 1 실시예에 있어서의 작용 및 효과와 거의 동일하지만, 더욱이, 이하에 나타내는 작용 및 효과를 가진다.
제 3 실시예에 따른 면 발광 레이저(300)에 있어서는, 거리(Ly3), 거리(Ly3'), 및 거리(Lx3)가 같은 길이이더라도, 거리(Lx3)와 거리(Lx3')가 다른 길이인 것에 의해, 이방적인 응력, 즉 x축 방향 및 y축 방향에 다른 크기의 응력이 절연층(312)에 발현된다. 이 때문에, 이러한 이방적인 응력이 활성층(105)에 가해져, 레이저광의 이득의 이방성이 발현된다. 이로써, 특정한 편광 방향의 레이저광을 우선적으로 증폭시켜 발진시킬 수 있기 때문에, 레이저광의 편광 방향을 특정방향으로 제어할 수 있다.
(제 4 실시예)
(디바이스의 구조 및 동작)
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 14는, 도 13에 도시되는 면 발광 레이저(400)를 E-E선에 따라서 절단한 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 15는 도 13에 도시되는 면 발광 레이저(400)를 F-F 선에 따라서 절단한 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다.
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)의 구조는, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 구조와 기본적으로 동일하고, 홈(417)에 절연층(412)이 매설되어 형성되어 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)에 있어서는, 절연층(412)의 평면형상이 T자 형상을 가지고, T자의 「T」의 세로봉의 선단에 상당하는 부분에 기둥형부(410)가 형성되어 있다.
(디바이스의 제조 프로세스)
제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)의 제조방법은, 절연층(412)의 평면형상을 T자 형상으로 형성한 후, T자의 「T」의 세로봉의 선단에 상당하는 부분에 기둥형부(410)를 형성하는 점을 제외하고, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저의 제조방법과 기본적으로는 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)의 동작은, 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작과 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
또한, 제 4 실시예에 있어서의 작용 및 효과는, 제 1 실시예에 있어서의 작용 및 효과와 거의 동일하지만, 더욱이, 이하에 나타내는 작용 및 효과를 가진다.
제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)에 있어서는, T 자의 「T」의 세로봉의 선단에 상당하는 부분에 기둥형부(410)가 형성되어 있는 것에 의해, 기둥형부(110)를 구성하고 있지 않는 반도체층의 상면에 절연층을 설치하지 않아도, 상부전극(113)과 이러한 반도체층을 절연할 수 있다. 이로써, 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)에 있어서는, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)와 같이, 기둥형부(110)를 구성하고 있지 않는 반도체층의 상면에 절연층을 설치할 필요가 없기 때문에, 장치의 간략화를 도모할 수 있고, 또한 제조 공정의 단축화를 도모할 수 있다.
(제 5 실시예)
(디바이스의 구조 및 동작)
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 면 발광 레이저(500)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 17은 도 16에 도시되는 면 발광 레이저(500)를 G-G선에 따라서 절단한 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다.
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(500)의 구조는, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 구조와 기본적으로 같고, 홈(517)에 절연층(512)이 매설되어 형성되어 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 면 발광 레이저(500)에 있어서는, 절연층(512)의 평면형상이, 기둥형부(510)를 중심으로 하여 2회 회전대칭인 점이,제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)와 다르다. 구체적으로는, 면 발광 레이저(500)에 있어서는, 절연층(512)의 평면형상이 H자 형상이고, H자의 「H」의 가로봉의 중심에 상당하는 부분에 기둥형부(510)가 형성되어 있다.
(디바이스의 제조 프로세스)
제 5 실시예에 따른 면 발광 레이저(500)의 제조방법은, 절연층(512)의 평면형상을 H자 형상으로 형성한 후, H자의 「H」의 가로봉의 중심에 상당하는 부분에 기둥형부(510)를 형성하는 점을 제외하고, 제 1 실시예에 따른 면 발광 레이저(100)의 제조방법과 기본적으로는 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
본 실시예에 따른 면 발광 레이저(500)의 동작은, 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작과 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
또한, 제 5 실시예에 있어서의 작용 및 효과는, 제 4 실시예에 있어서의 작용 및 효과와 거의 동일하지만, 더욱이, 이하에 도시하는 작용 및 효과를 가진다.
절연층(512)의 외측면의 평면형상이, 기둥형부(510)를 중심으로 하여, 2회 회전대칭인 것에 의해, 활성층(105)중의 한쪽에 있는 부분에 작용하는 응력이, 활성층(105)중 반대측에 있는 부분에 작용하는 응력과, 크기가 같고 또한 방향이 180도 반대이다. 이로써, 중심(530)을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 할 때, y축에 평행한 방향으로의 응력이 x축에 대하여 상대적으로 커져, 절연층(105)에 작용하는 응력의 이방성을 보다 명확하게 제어할 수 있다. 이상에 의해, 레이저광의 편광을 보다 엄밀하게(본 실시예의 경우는 x축 방향에) 제어할수 있다.
(제 6 실시예)
(디바이스의 구조)
도 18은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 면 발광형 반도체 레이저 어레이(600; 이하, 「면 발광 레이저 어레이」라고 한다)를, 레이저광의 출사구에 대향하는 측에서 본 평면의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
제 6 실시예에 따른 면 발광 레이저 어레이(600)는, 도 18에 도시되는 바와 같이, 도 13에 도시되는 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)를 복수개 나란히 배열하는 것에 의해, 어레이화되어 형성되어 있다. 또한, 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)와 마찬가지로, 공진기(도시하지 않음) 주변에 홈(도시하지 않음)이 설치되고, 상기 홈에 절연층(612)이 매설되어 있으며, 이러한 절연층(612)에 의해서, 인접하는 면 발광 레이저(400)가 절연되어 있다.
(디바이스의 제조 프로세스)
제 6 실시예에 따른 면 발광 레이저 어레이600의 제조방법은, 제 4 실시예에 따른 면 발광 레이저(400)의 제조방법과 기본적으로는 동일하고, 면 발광 레이저(400)를 복수개 나란히 형성한 것이다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
(디바이스의 동작, 작용 및 효과)
제 6 예에 따른 면 발광 레이저 어레이(600)의 동작은, 제 1 내지 제 5 실시예에 따른 면 발광 레이저의 동작과 동일하다. 따라서, 그 설명을 생략한다.
또한, 제 6 실시예에 있어서의 작용 및 효과는, 제 4 실시예에 있어서의 작용 및 효과와 거의 동일하고, 더욱이, 이하의 효과를 가진다.
면 발광 레이저 어레이(600)를 형성할 때는, 한번에 복수개의 면 발광 레이저(400)를 동일 공정에 의해서 설치할 수 있다. 더욱이, 면 발광 레이저(400)를 소정수, 소정의 배열로 형성하는 것에 의해, 용도나 목적에 따른 면 발광 레이저 어레이(600)를 얻을 수 있다.
또, 상기 제 1 내지 제 6 실시예에 있어서, 각 반도체층에 있어서의 p형과 n형을 교체하더라도 본 발명의 취지를 일탈하지는 않는다. 상기의 제 1 내지 제 6 실시예에서는, AlGaAs계에 대하여 설명하였지만, 발진파장에 따라서 그 밖의 재료계, 예를 들면, GaInP계, ZnSSe계, InGaN계의 반도체 재료를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기의 면 발광 레이저의 구동방법은 일 예이고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한 여러 가지 변경이 가능하다. 또한, 상기 실시예에서는, 기둥형부를 한개 가지는 면 발광 레이저를 제시하고 있지만, 기판면상에 기둥형부가 복수개 설치되어 있어도 본 발명의 형태는 손상되지 않는다.
본 발명에 따르면 레이저광의 편광 방향의 제어가 가능한 면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저 어레이를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 공진기가 반도체 기판상에 수직방향으로 형성되고, 해당 공진기에 의해 해당 반도체 기판에 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저로서,
    적어도 상기 공진기의 일부를 포함하는 기둥형의 반도체 퇴적체와,
    상기 반도체 퇴적체의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은, 그 평면형상에 기인한 이방적인 응력을 가지며, 해당 이방적인 응력에 의해 레이저광의 편광 방향의 제어를 행하는 면 발광형 반도체 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
    상기 이방적인 응력은, x축 방향으로의 응력과 y축 방향으로의 응력을 포함하고, 해당 x축 방향으로의 응력과 해당 y축 방향으로의 응력이 다른 크기를 가지는 면 발광형 반도체 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 퇴적체 상면(上面)의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
    상기 절연층의 평면형상이,
    상기 중심으로부터, 상기 x축과 상기 절연층의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와,
    상기 중심으로부터, 상기 y축과 상기 절연층의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르게 형성되어 있는 면 발광형 반도체 레이저.
  4. 공진기가 반도체 기판상에 수직방향으로 형성되고, 해당 공진기에 의해 해당 반도체 기판에 수직인 방향으로 레이저광을 출사하는 면 발광형 반도체 레이저로서,
    적어도 상기 공진기의 일부를 포함하는 기둥형의 반도체 퇴적체와,
    상기 반도체 퇴적체의 외측면에 접촉하여 형성된 절연층을 포함하며,
    상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
    상기 절연층의 평면형상이,
    상기 중심으로부터, 상기 x축과 상기 절연층의 외측면과의 제 1 교점까지의 거리와,
    상기 중심으로부터, 상기 y축과 상기 절연층의 외측면과의 제 2 교점까지의 거리가 다르게 형성되어 있는 면 발광형 반도체 레이저.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 퇴적체 상면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 하였을 때,
    상기 절연층의 평면형상은 상기 x축 및 상기 y축중 적어도 한쪽에 관해서 선대칭인 면 발광형 반도체 레이저.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층의 평면형상은 상기 반도체 퇴적체를 중심으로 하고, 2회 회전대칭인 면 발광형 반도체 레이저.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 매설되어 형성되어 있는 면 발광형 반도체 레이저.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 또는 에폭시계 수지로 이루어지는 면 발광형 반도체 레이저.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 기재된 면 발광형 반도체 레이저를 복수개 나란히 배열하는 것에 의해 형성된 면 발광형 반도체 레이저 어레이.
KR10-2000-0082675A 1999-12-28 2000-12-27 면 발광형 반도체 레이저 및 면 발광형 반도체 레이저어레이 KR100462089B1 (ko)

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