KR20040100962A - 면발광형 반도체 레이저소자 - Google Patents

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KR20040100962A
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Abstract

면발광형 반도체 레이저소자는 기판, 기판에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 하부반사경, 하부반사경에 배치된 활성층, 활성층에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 상부반사경, 상부반사경을 노출하기 위한 제 1개구를 갖고 상부반사경위에 연장되어 있는 화합물 반도체층, 제 1개구의 내측에 배치되어 상부 반사경을 노출하기 위한 제 2개구를 가지고 화합물 반도체층위에 연장되어 있는 금속막을 구비하며, 금속막 및 화합물 반도체층이 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성한다. 또한, 단일피크 트랜스버스모드에서 레이저광을 출사하는 방법이 제공된다.

Description

면발광형 반도체 레이저소자{Surface light emitting semiconductor laser element}
본 발명은 면발광형 반도체 레이저소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 단일 피크 트랜스버스 모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
면발광형 반도체 레이저소자는 기판면에 직교하는 방향으로 레이저광을 출사하고, 여러 분야에서 이용가능한 주목되고 있는 광원이다.
면발광형 반도체 레이저소자는 반도체 기판과, 기판상에 서로 다른 굴절률을 갖는 화합물 반도체로 이루어진 상부 및 하부의 한쌍의 반사경 즉, DBR(Diffractive Bragg Reflectors), 및 한쌍의 반사경 사이에 발광영역을 이루는 활성층을 포함한다.
일반적으로, 면발광형 반도체 레이저소자는 상부 DBR이 전류협착영역을 갖는 포스트형 메사 구조를 가진다. 예를 들면, 일본 미심사 특허공개 번호 2001-210908은 상부 DBR을 드라이 에칭하여 얻어진 대략 30㎛의 메사지름을 갖는 원형의 포스트형 메사구조와, 활성층을 전류를 효과적으로 주입하기 위해 AlAs층을 선택 산화하여 형성된 원형의 포스트형 메사구조내에서 전류협착영역을 포함하는면발광형 반도체 레이저소자를 개시한다.
상기 서술된 일본 특허공개와 도 12를 참조하여, 포스트형 메사구조를 구비하는 일반적인 면발광형 반도체 레이저소자를 서술한다. 도 12는 상기 서술된 공개 특허에 개시된 종래의 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12에 나타낸 것같이, 면발광형 반도체 레이저소자(80)는 n형 GaAs 기판(82), n형 반도체 다층막을 포함하는 하부 반사경층구조(이하, "하부 DBR"이라 한다)(84), 넌도프(non-doped) AlGaAs를 포함하는 하부 클래드층(86), 발광층(활성층)(88), 넌도프 AlGaAs를 포함하는 상부클래드층(90), 넌도프 AlGaAs를 포함하는 상부 반사경층구조(이하, "상부 DBR"이라 한다)(92) 및 p형 GaAs 캡층(94)의 적층구조를 갖는다.
하부DBR(84)은 헤테로 경계면에 조성경사층을 갖는 n형 Al0.2Ga0.8As층 및 n형 Al0.9Ga0.1As층의 30.5쌍을 포함하는 반도체 다층구조를 갖는다. 상부 DBR(22)은 헤테로 경계면에 조성경사층을 갖는 p형 Al0.2Ga0.8As층 및 p형 Al0.9Ga0.1As층의 25쌍을 포함하는 반도체 다층구조를 갖는다.
원통형 메사포스트(96)는 캡층(94), 상부DBR(92) 및 상부클래드층(90), 활성층(88), 하부클래드층(86) 및 하부 DBR(84)을 에칭하여 형성된다.
활성층(88)에 가장 가까운 상부DBR(92)의 화합물 반도체층에 p형 AlAs층이 p형 Al0.9Ga0.1As층 대신에 형성된다. p형 AlAs층에 포함된 Al은 p형 AlAs층에 포함된 Al은 산화 Al 전류협착영역(98)을 설치하도록 중앙 원형영역을 제외하고 선택 산화된다.
중앙원형영역에 남겨진 p형 AlAs층은 전류주입영역(98A)으로서 기능하고, 산화Al 전류협착층은 높은 전기저항을 갖는 절연영역(98B)으로서 기능한다.
SiNx막(100)은 메사포스트(96) 및 하부DBR(84)에 걸쳐서 형성된다. SiNx막(100)은 메사 포스트(96)의 상부면에서 SiNx막(100)을 원형으로 제거하여 설치된 p형 GaAs 캡층(94)을 노출하는 개구를 갖는다. 원형 p측 전극(상부전극)(102)은 개구의 주위에 형성되어 있다. n형 GaAs 기판(82)의 대향면에, n측 전극(하부 전극)(104)이 형성된다. p측 전극(102)은 인출전극(106)을 갖는다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 면발광형 반도체 레이저소자(80)의 제조방법을 서술한다. 도 13a 및 도 13b는 면발광형 반도체 레이저소자(80)의 제조단계를 나타내는 단면도이다.
도 13a에 나타낸 것같이, 적층구조는 n형 GaAs기판(82)위에 하부DBR(84), 넌도프 AlGaAs를 포함하는 하부 클래드층(86), 활성층(88), 넌도프 AlGaAs를 포함하는 상부 클래드층(90), 상부DBR(92) 및 p형 GaAs캡층(94)을 순차적으로 적층하여 형성된다.
하부DBR(84)은 헤테로 경계면에 조성경사층을 갖는 n형 Al0.2Ga0.8As층 및 n형 Al0.9Ga0.1As층의 30.5쌍을 적층하여 형성된다. 상부DBR(92)은 헤테로 경계면에 조성경사층을 갖는 p형 Al0.2Ga0.8As층 및 p형 Al0.9Ga0.1As층의 25쌍을 적층하여 형성된다.
하부DBR(84)이 형성되기 전에, p형 AlAs층(108)은 활성층(88)에 가장 가깝거나 혹은 근접한 상부DBR(92)의 화합물 반도체층에 p형 Al0.9Ga0.1As층 대신에 형성된다.
도 13b에 나타낸 것같이, p형 GaAs캡층(94), 상부DBR(92), AlAs층(108), 상부 클래드층(90), 활성층(88) 및 하부 클래드층(86)은 하부DBR(84)의 상부면이 노출될 때까지 SiNx막 마스크(110)를 사용하여 부분적으로 에칭되므로, 메사포스트(96)가 형성된다.
메사포스트(96)를 갖는 적층구조는 증기 분위기하에서 약 25분동안 400℃로 가열되어 메사포스트(96)의 측면에서 중앙까지 p형 AlAs층만을 선택 산화한다.
그래서, 전류협착층(98)이 형성된다. 전류협착층(98)은 산화Al층을 포함하는 원통형 전류협착영역(98B) 및 산화되지 않고 남아 있는 p측 AlAs층(108)을 포함하는 원형 전류주입영역(98A)을 갖는다. 원형 전류주입영역(98A)은 전류협착영역(98B)에 의해 둘러싸여진다.
SiNx막(100)이 전체면에 걸쳐서 형성된 후, 메사포스트(96)의 상부면의 SiNx막(100)은 원형적으로 제거되어 원형 p측 전극이 형성된 p형 GaAs캡층(94)을 노출한다. n형 GaAs기판(82)의 대향면에서, n측 전극(104)이 형성된다. 그 결과, 종래의 면발광형 반도체 레이저소자(80)가 제공된다.
포스트형 메사 구조를 포함하는 면발광형 반도체 레이저소자에서, 전류협착층(98)은 활성층에 전류를 주입하는 경로의 일부를 제한한다. 그러므로, 전류는전류협착영역(28) 주위의 활성층(88)에 강하에 주입되고, 효과적인 레이저발진을 유도한다.
일반적으로, 종래 면발광형 반도체 레이저소자는 파필드패턴(FFP)에서 복수의 피크를 갖는 트랜스버스모드인 다중모드에서 발진한다.
면발광형 반도체 레이저소자가 통신계에서 광파이버와 같은 광도파로에 렌즈결합되고, 면발광형 반도체 레이저소자는 단일 피크 트랜스버스모드, 즉 가우션 분포모드에서 광결합효율을 개선시키기 위해 바람직하게 빔을 출사한다.
산화형 전류협착구조에서, 레이저광의 발진에서 모드의 수는 전류협착층의 크기에 거의 비례한다. 그러므로, 전류협착층의 전류주입영역이 감소할 때, 활성층의 좁은 영역에서 여기된 단일 모드에서 광을 출사하는 것이 가능하다.
따라서, 산화형 전류협착구조를 갖는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자에서, 산화 Al층을 포함하는 전류협착구조(전류 주입영역)의 크기가 감소될 때, 활성층의 발광영역이 감소될 수 있고, 광은 단일 피크 트랜스버스 모드에서 선택적으로 발진한다.
단일 피크 트랜스버스 모드를 제공하기 위해, IEEE. Photon. Tech. Lett Vol.9, No.10, p. 1304 M.Grabherr 등에 보고된 것같이 전류협착구조의 크기는 4㎛이하로 작아야한다. 그러나, 전류협착구조의 크기가 4㎛이하이면, 다음의 문제가 발생한다.
첫번째, 전류협착구조의 크기가 매우 작기때문에, 제조오차의 허용폭이 제한되게 된다. 제어성이 좋고 작은 지름의 전류협착구조를 갖는 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 것이 어렵다. 또한, 웨이퍼면내 균일성이 나쁘게 되어, 수율을 극히 악화시킨다.
두번째, 종래의 장치에 비해 크기가 일차 감소된 전류주입영역(AlAs)을 통하여 전류가 흐르므로, 소자의 저항은 높게 즉, 100Ω 이상, 높게 된다. 그 결과, 전류 뿐만 아니라 출력 및 광출사효율이 저하한다. 즉, 출력은 단일 피크 트랜스버스 모드에 의존하기 때문에, 단일 피크 트랜스버스 모드에서 면발광형 반도체 레이저소자로부터 고출력을 제공하는 것이 어렵다.
세번째, 전류협착에 의해 발생된 증가된 저항으로 인해, 임피던스가 부정합으로 된다. 면발광형 반도체 레이저소자가 고주파수에서 구동되면, 고주파수 성능이 크게 열화한다. 따라서, 면발광형 반도체 레이저소자를 통신분야에서 필요한 고주파수에서 구동된 광전송에 적용하는 것이 어렵다.
면발광형 반도체 레이저소자에서 레이저광의 트랜스버스 모드제어를 위해, 일본 미심사 공개특허 번호 2002-359432는 예를 들면 발광면을 처리하여 트랜스버스모드를 안정화하는 방법을 개시한다. 그러나, 이 공보는 단일 트랜스버스모드의 안정화뿐아니라 고차 트랜스버스모드의 안정화를 도모한다.
일본 미심사 공개특허 번호 2001-24277은 트랜스버스모드를 안정화시키기 위해 발광면에 대향하는 반사면에 반사율 분포가 설치된 것을 개시하고 있다. 그러나, 광이 기판을 통하여 주입되기 때문에, 이 발명은 면발광형 반도체 레이저소자에 적용하는 것이 어렵다. 또한, 양성자주입형이 전제가 되기 때문에, 이 발명을 산화형 전류협착구조에 적용하는 것은 곤란하다.
일본 미심사 공개특허 번호 9-246660은 레이저내에서 원형 회절격자를 포함하는 렌즈구조를 배치함으로써 트랜스버스를 안정화시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 화합물 반도체층이 재성장되어야 하기 때문에, 이 처리는 복잡하다. 따라서 기술적이고 경제적인 문제가 있었다.
상기 서술된 것같이, 종래의 기술을 사용하면, 단일 피크 트랜스버스 모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자를 제공하는 것이 어려웠다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 면발광형 반도체 레이저소자의 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 주요 부분을 나타내는 대략적인 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 대응하는 주요 부분의 기능을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 파필드패턴(FFP)을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 제 4실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 10c는 본 발명의 제 4실시예에 있어서, 트랜스버스 모드의 파형이다.
도 11은 비교예에서 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 13a는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 13b는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 주요 부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 14b는 도 14a에 나타낸 주요부분의 기능을 나타내는 개략 단면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 단일 피크 트랜스버스 모드에서 안정적으로 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 고차 모드에서 안정적으로 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
여러 가지 연구 실험을 반복하여, 본 발명자는 면발광형 반도체 레이저소자이 트랜스버스 모드의 발진은 전류협착구조의 크기뿐 아니라 상기 서술한 것같이, 발광면으로 기능하는 메사포스트의 상부면의 광학 구조에 의해 현저하게 영향을 받는 것을 발견하였다. 즉, 트랜스버스 모드는 굴절률 분포 및 전극의 형상에 크게 의존한다.
메사포스트의 다른 상부면 또는 형상을 갖는 각종 면발광형 반도체 레이저소자가 메사포스트의 상부면 구조와 트랜스버스 모드 사이의 관계를 결정하기 위해 시험적으로 제조되었다. 그 결과, 트랜스버스 모드가 메사포스트의 상면의 반도체층 즉, 컨택트층의 형상, 굴절률 및 막두께뿐만 아니라 접속층의 전극의 구조에 의해 크게 영향을 받는 것이 발견되었다.
강도 높은 연구를 통해, 본 발명자는 도 14a에 나타낸 것같이, 상부DBR을 노출하는 제 1개구를 가지고 상부 DBR를 통하여 연재하는 컨택트층과, 상부 DBR을 노출하는 제 1개구의 내측에 배치된 제 2개구를 갖는 금속막으로 형성된 전극과, 및 컨택트층을 노출하는 제 1개구의 외측에 배치된 제 3개구를 갖고 컨택트층 및 전극사이에 배치된 절연막을 포함하는 구조에 의해 단일 피크 트랜스버스 모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자가 제공될 수 있음을 발견하였다. 면발광형 반도체 레이저소자에서, 전류주입영역의 불순물농도가 높게 되고, 이 영역에서 전류주입밀도의 균일성이 개선된다.
상기 서술된 상부 DBR의 구조에서, 전극의 제 2개구의 주변영역, 컨택트층의 제 1개구의 주변영역 및 절연막의 제 3개구의 주변영역은 제 2개구의 중앙에서 외측으로 등방적으로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률 분포구조를 구성한다. 단일 피크 트랜스버스 모드는 복소굴절률 분포구조에 의해 제공된다.
즉, 컨택트층 및 전극은 복소굴절률 분포구조를 구성한다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자의 주요 부분을 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 14b는 도 14a에 나타낸 주요부의 기능을 나타내는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 일 구성은 기판, 상기 기판에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 하부반사경, 상기 하부반사경에 배치된 활성층, 상기 활성층에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 상부반사경, 상기 상부반사경을 노출하기 위한 제 1개구를 갖고 상부 반사경위에 연장되어 있는 화합물 반도체층, 상기 제 1개구의 내측에 배치되어 상부 반사경을 노출하기 위한 제 2개구를 가지고 상기 화합물 반도체층위에 연장되어 있는 금속막을 구비하며, 상기 금속막 및 상기 화합물 반도체층이 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자를 제공하는 것이다.
면발광형 반도체 레이저소자에 따르면, 복소굴절률분포구조에서, 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 등방적으로 변화한다. 단일피크 트랜스버스모드는 보다 용이하게 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 구성은 기판, 상기 기판에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 하부반사경, 상기 하부반사경에 배치된 활성층, 상기 활성층에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 상부반사경, 상기 상부반사경을 노출하기 위한 제 1개구를 갖고 상부 반사경위에 연장되어 있는 화합물 반도체층, 상기 제 1개구의 내측에 배치되어 상기 상부 반사경을 노출하기 위한 제 2개구를 가지고 상기 화합물 반도체층위에 연장되어 있는 환형막과 상기 제 2개구내에서 상기 상부반사경위에 섬처럼 배치되어 있는 섬형막을 갖는 금속막을 구비하며, 상기 금속막 및 상기 화합물 반도체층이 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자를 제공하는 것이다.
상기 서술된 바람직한 실시예에서, 면발광형 반도체 레이저소자는 상기 화합물 반도체층을 노출하는 제 1개구의 외측에 배치된 제 3개구를 갖고, 상기 화합물반도체층과 금속막 사이에 배치되는 절연막을 더 구비하고, 상기 금속막, 화합물 반도체층 및 절연막은 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성한다.
상기 서술된 구성의 특정 실시예에서, 금속막은 전극을 구성하고, 화합물 반도체층은 금속막과 옴으로 접촉하는 컨택트층을 구성한다. 전류협착층의 중앙에 형성된 전류주입영역은 제 1개구아래에 배치된다.
본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자는 화합물 반도체층 즉, 컨택트층, 절연층 및 전극의 3개의 구성요소를 갖고, 모두 도 14a에 나타낸 것같이 상부 DBR의 발광면에 배치되어 있는 전기구조를 포함한다. 또한, 전기구조는 광학기능을 제공한다.
상부DBR의 구조는 광학 소자와 관련하여 서술한다. 도 14b에 나타낸 것같이, 컨택트층은 제 1개구를 가지고, 절연층은 제 3개구를 갖는다. 링형상으로 연장되어 있는 컨택트층과 컨택트층위에 링형상으로 연장되어 있는 절연층은 계단형상으로 형성되어 있다. 복소굴절률은 제 1개구의 중앙 즉, 발광면의 중앙으로부터 외부로 크게 되므로, 복소굴절률분포구조는 오목렌즈로서 동작한다.
금속막으로 만들어진 전극은 발광면위에 형성되고, 제 1개구보다 작은 제 2개구를 갖는다. 전극은 광이 통과하는 간극을 가지므로, 복소굴절률분포구조는 금속의 복소굴절률이 고려되어 흡수개구뿐만 아니라 오목렌즈로서 동작한다.
즉, 본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자에서, 볼록렌즈, 흡수개구 및 오목렌즈가 결합 광학계는 발광면위에 설치된다. 또한, 결합광학계는 면발광형 반도체 레이저소자의 공진기에 배치되어 공진기의 일부로서 동작한다.
본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자에서, 레이저 공진모드가 전류협착층에 의해 어느 정도 선택된다. 넓은 발광각을 갖는 고차모드에서 광은 도 14b에 나타낸 것같이, 볼록렌즈에서 분산되고, 흡수개구에서 흡수되고, 볼록렌즈에서 수렴된다. 공진기의 공진조건은 이러한 구조에서 결정된다. 조건을 전류협착층의 간극의 효과와 결합하여, 거의 하나의 모드가 강제적으로 선택되어 단일피크 트랜스버스모드에서 발진한다.
본 발명의 일 구성의 진의에 따르면, 면발광형 반도체 레이저소자는 여러 가지 트랜스버스모드 즉, 고차모드에서 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 섬형금속막은 환형금속막내에 배치되고, 섬형금속막의 형상은 본 발명의 일 구성에서 동일 진의에 의거하여 복소굴절률분포에 적합하도록 변화하므로, 면발광형 반도체 레이저소자는 여러 가지 트랜스버스모드 즉, 고차모드에서 바람직하게 제어될 수 있다.
화합물 반도체층은 다른 불순물 농도를 갖는 다층으로 이루어진 제 1개구를 구비하고, 각 화합물 반도체층에 배치된 각각의 제 1개구는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 지름이 계단형으로 작아 지고, 각 화합물 반도체층의 각각의 불순물농도는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 계단형으로 감소한다.
일반적으로, 금속막은 전극을 구성하고, 화합물 반도체층은 금속막과 옴으로접촉하는 컨택트층을 구성한다.
바람직하게, 전류협착층은 중앙에 비산화 전류주입영역을 갖고, 비산화 전류주입영역은 제 1개구 아래에 배치되고, 5 x 1018cm-3의 불순물 농도를 갖고, 균일한 전류주입밀도를 갖는다. 상기 서술된 결합 광학계는 공진기의 일부로서 효과적으로 기능할 수 있다.
본 발명의 면발광형 반도체 레이저소자의 제조방법은 반도체 다층을 구비한 하부반사경, 활성층 및 고Al함유층을 갖는 반도체 다층으로 구성된 상부반사경 및 컨택트층을 기판상에 순차적으로 적층하는 단계, 메사포스트를 형성하기 위해 고Al함유층을 갖는 상부반사경을 에칭하는 단계, 메사포스트의 컨택트층위 및 메사포스트의 측면에 절연막을 형성하는 단계, 컨택트층을 노출하기 위해 컨택트층위의 절연막에 개구를 형성하는 단계, 상부 반사경을 노출하기 위해 절연막의 개구보다 작은 개구를 컨택트층위에 형성하는 단계, 전극을 구성하는 금속막을 상부 반사경 및 컨택트층위에 형성하는 단계, 및 상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층의 개구보다 작은 개구를 금속막위에 형성하는 단계를 구비한다.
상부반사층위에 컨택트층을 형성하는 단계에서, 각각의 불순물농도가 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 복수의 컨택트층이 형성된다.
상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층위에 절연막의 개구보다 작은 개구를 형성하는 단계에서, 각각의 Al조성이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하는 사실에 의한 에칭률의 차이를 이용하여 각각의 개구지름이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 상기 개구가 각각의 컨택트층위에 형성된다. 그래서, 복소굴절률분포구조가 용이하게 형성될 수 있다.
상부 반사층위에 컨택트층을 형성하는 단계에서, 각각의 Al조성이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 복수의 컨택트층이 형성된다.
상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층위에 절연막의 개구보다 작은 개구를 형성하는 단계에서, 각각의 Al조성이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하는 사실에 의한 에칭률의 차이를 이용하여 각각의 개구지름이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 상기 개구가 각각의 컨택트층위에 형성된다. 그래서, 복소굴절률분포구조가 용이하게 형성될 수 있다.
다음은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다음의 실시예에서 인용된 것은 전도유형, 막유형, 막두께, 성막법, 크기 등은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것으로서 그 범위를 한정하는 것으로 구성된 것은 아니다.
실시예1
도 1은 본 발명에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 단면도를 나타낸다. 도 2는 면발광형 반도체 레이저소자의 정면도이다. 도 3a는 면발광형 반도체 레이저소자의 주요 부분을 나타내는 대략적인 단면도이다. 도 3b는 도 3a에 대응하는 주요 부분의 기능을 나타내는 대략적인 단면도이다.
도 1에 나타낸 것같이, 면발광형 반도체 레이저소자(10)는 n형 GaAs 기판(12)을 순차적으로 구비한 박판구조, n형 반도체 멀티층을 구비한 하부 반사경층(여기서, "하부 DBR")(14), Al0.3Ga0.7As 하부 클래드층(16), GaAs 광출사층(활성층)(18), Al0.3Ga0.7As 상부 클래드층(20), p형 GaAs 캡층을 구비한 상부 반사경층(여기서, "상부DBR"), 5 x 1018cm-3의 불순물농도를 갖는 150nm의 막두께를 갖는 p형 GaAs 컨택트층(24)을 구비한다.
하부 DBR(14)은 n형 AlAs층 및 n형 GaAs층의 35쌍을 포함하는 약 4㎛의 전체 막두께를 갖는 반도체 다층구조를 갖는다. 상부 DBR(22)은 p형 Al0.9Ga0.1As층 및 p형 Al0.1Ga0.9As층의 25쌍을 포함하는 약 3㎛의 전체 막두께를 갖는 반도체 다층구조를 갖는다.
40㎛의 메사지름을 갖는 원통형 메사포스트(26)는 도 1 및 도 2에 나타낸 것같이, 컨택트층(24), 상부DBR(22) 및 상부클래드층(20), 활성층(18), 하부클래드층(16) 및 하부 DBR(14)을 에칭하여 형성된다.
상부DBR(22)의 활성층(18)에서, 산화전류협착층(28)이 p형 Al0.9Ga0.1As층 대신에 배치된다. AlAs층(28)은 30nm의 막두께를 갖고, 중앙에 배치된 12㎛의 지름을 갖는 원형 AlAs층(28A) 및 원형 AlAs층(28A)주위에 배치된 산화 Al층(28B)을 갖는다.
AlAs층(28A)은 p형 Al0.9Ga0.1As층 대신에 형성된 p형 AlAs층이다. 산화 Al층(28B)은 p형 AlAs층에서 Al을 선택적으로 산화함으로써 형성된다. 산화 Al층(28B)은 높은 전기저항을 가지고 전류협착영역으로 기능하고, 원형AlAs층(28A)은 산화 Al층(28B) 보다 낮은 전기저항을 갖는 전류주입영역으로서 기능한다.
메사포스트(26)에서, 컨택트층(24)은 중앙에서 20㎛의 내부지름을 갖는 제 1개구(30)를 갖는다. 컨택트층은 제 1개구(30)를 통하여 상부DBR(22)을 노출하도록 혼형이다.
절연층, 즉, 300nm의 막두께를 갖는 SiO2막(32)은 컨택트층(24), 메사포스트(26)의 측면 및 하부DBR(14)의 주변에 걸쳐서 연장되어 있다. 컨택트층(24)의 SiO2막(32)은 컨택트층(24)을 노출하도록 제 1개구(30)보다 큰 35㎛의 내부지름을 갖는 원형의 제 3개구(34)를 갖는다.
500nm의 막두께를 갖는 Ti/Pt/Au 금속 박막을 갖는 p측 전극(36)이 상부DBR(22), 컨택트층(24) 및 SiO2막(32)을 거쳐서 연장되고, 상부 DBR(22)을 노출하기 위한 상부 DBR(22)상의 내부 지름 14㎛를 갖는 원형 제 2개구(38)를 갖는다.
도 2에 나타낸 것같이, AlAs층(전류협착영역)(28A)는 p측 전극(36)의 제 3개구(38)보다 약간 작은 지름을 갖는다. AlAs층(28A)은 12㎛의 지름을 갖고, p측 전극은 14㎛의 내부지름을 갖는다.
n형 GaAs기판(12)의 대향면에서, AuGe/Ni/Au를 포함하는 n측 전극(40)이 형성된다.
도 3은 상부 DBR(22)의 광학소자를 개략적으로 나타낸다. 면발광형 반도체 레이저소자(10)에서, 상부 DBR(22)의 컨택트층(24), SiO2막(32) 및 p측전극(36)은 전기적으로 광학적인 기능을 제공한다.
도 3a에 나타낸 것같이, 링형상으로 연장된 제 1개구를 갖는 컨택트층(24) 및 컨택트층(24)상에 링형상으로 연장된 제 3개구(34)를 갖는 SiO2막(32)은 계단형상으로 형성된다. 따라서, 복합 굴절률은 제 1개구의 중앙, 즉 광출사면의 중앙으로부터 외부로 등방성으로 증가한다. 도 3b에 나타낸 것같이, 볼록렌즈로 동작하는 복합 굴절률 분포구조가 제공된다.
제 2개구(38)를 갖는 p측 전극(36)은 광이 통과하는 간극을 갖는다. 도 3b에 나타낸 것같이, p측 전극(36)에서 금속은 복합 굴절률을 제공하기 때문에, p측 전극(36)은 흡수개구(44) 및 볼록렌즈(46)를 갖는 복합 굴절률 분포구조와 유사한 광기능을 제공한다.
예를 들면, 금(Au)은 0.85㎛의 파장을 갖는 레이저광에 대하여 0.2의 실수부 굴절률과 5.6의 허수부(흡수계수) 굴절률을 가진다.
면발광형 반도체 레이저소자(10)에서, 제 1개구를 갖는 컨택트층(24)은 개구보다 큰 굴절률을 가진다. 제 2개구(38)를 갖는 p측 전극(36)은 개구보다 큰 흡수계수를 갖는다.
오목렌즈(42), 흡수개구(44) 및 볼록렌즈(46)가 결합 광학계가 출사면에 설치된다. 또한, 결합 광학계는 면발광형 반도체 레이저소자(10)의 공진기에 배치되어 공진기의 일부로서 기능한다.
면발광형 반도체 레이저소자(10)에서, 레이저 공진모드는 전류협착영역(28)의 전류협착영역에 의해 어느 정도 선택된다. 넓은 발광각을 갖는 고차 모드에서의 광은 도 3B에 나타낸 것같이, 오목렌즈(42)에서 분산되고, 흡수개구(44)에서 흡수되고, 볼록렌즈(46)에서 수렴된다.
전류협착영역(28)의 간극의 효과를 갖는 이들 조건을 결합함으로써, 거의 하나의 모드가 강제적으로 선택되므로, 단일 피크 트랜스버스 모드에서 발진한다.
광출력이 증가할 때, 거의 하나의 모드가 전류협착영역(28)의 간극뿐 아니라 볼록렌즈(46), 흡수개구(44) 및 오목렌즈(42)에 의해 강제적으로 선택되므로, 멀티 트랜스버스모드는 광이 멀티 트랜스버스모드에서 발진하더라도 단일 피크 트랜스버스 모드가 된다.
아래에 서술된 방법을 사용하여 생성된 방법면발광형 반도체 레이저소자(10)의 하프 맥시멈에서의 전체폭(FWHM)을 측정한다. 도 4에 나타낸 것같이, FWHM은 5.5°이고, 이것은 약 4㎛의 제한지름을 갖는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자의 절반이하이다. 그래서, 면발광형 반도체 레이저소자(10)는 단일 피크 트랜스버스모드이다. 도 4는 면발광형 반도체 레이저소자(10)의 파필드 패턴(FFP)을 나타내는 그래프이다. 그래프에서, H 및 V파는 서로 직교하는 평면에서 조사된 빔의 세기분포이다.
실시예 1에서, 컨택트층(24), SiO2막(32) 및 p측 전극(360은 계단형상으로 형성되므로, 제 2개구(38)의 중앙 즉, 광출사면의 중앙으로부터 외부를 향하여 변화하는 복합 굴절률은 단일 피크 트랜스버스 모드를 제공하도록 형성된다.
면발광형 반도체 레이저소자(10)는 종래의 멀티모드 면발광형 반도체 레이저소자에 의해 제공된 광출력의 레벨과 거의 동일한 레벨을 제공한다. 면발광형반도체 레이저소자(10)는 종래의 멀티모드 면발광형 반도체 레이저소자와 동이란 전기적인 구조를 갖기 때문에, 면발광형 반도체 레이저소자(10)는 거의 동일 레벨의 저항과 임피던스를 갖는다.
면발광형 반도체 레이저소자(10)는 단일 피크 트랜스버스모드에서 레이저광을 출사하므로 면발광형 반도체 레이저소자(10)는 높은 광학결합효율을 갖는 실제적인 광파이버와 광학적으로 결합될 수 있다.
실시예2
도 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b는 본 발명에 따른 면발광형 반도체 레이저소자의 제조공정을 나타내는 단면도를 나타낸다.
도 5a에 나타낸 것같이, 하부DBR(14), 하부클래드층(16), 발광층(활성층)(18), 상부클래드층(20), 상부DBR(22) 및 p형 GaAs컨택트층(24)이 MOCVD법 등을 사용하여 n형 GaAs 기판(12)위에 순차적으로 적층된다.
상부DBR(22)이 형성되기 전에, 활성층(18)에 가장 가까운 측에서 상부DBR(22)의 층에 p형 Al0.9Ga0.1As층 대신에 형성된다.
도 5b에 나타낸 것같이, 컨택트층(24), 상부DBR(22), 상부클래드층(20), 활성층(18), 하부클래드층(16) 및 하부 DBR(14)이 40㎛의 메사지름을 갖는 원통형 메사포스트(26)를 형성하기 위해 염소계가스를 사용하는 드라이에칭법에 의해 에칭된다.
메사포스트(26)를 갖는 적층구조는 주변으로부터 메사포스트(26)의 내부측까지 AlAs층(28)의 Al만을 선택 산화하기 위해 증기 분위기하에서 400℃로 가열되어, 중앙에 12㎛의 지름을 갖는 원형 AlAs층(28A)를 남기고, 원형 AlAs층(28A)주위에 산화Al층(26B)을 배치한다. 그래서, 전류협착층이 형성된다.
도 6a에 나타낸 것같이, SiO2막(32)은 메사포스트(26)의 컨택트층(24), 메사포스트(26)의 측면 및 하부 DBR(14)위에 형성된다.
도 6b에 나타낸 것같이, SiO2막(32)은 35㎛의 내부지름을 갖는 개구(34)를 설치하도록 에칭된다.
도 7a에 나타낸 것같이, 개구(34)에 노출된 컨택트층(24)은 20㎛의 내부지름을 갖는 개구(34)를 설치하도록 에칭된다.
도 7b에 나타낸 것같이, Ti/Pt/Au금속적층막(39)은 메사포스트(26)위에 형성된다.
또한, 금속적층막(39)은 개구(38)를 설치하도록 에칭되어, p측전극(36)이 형성된다. n형 GaAs 기판(12)이 소정 두께로 연마된 후, n측 전극(40)이 n형 GaAs 기판(12)의 대향면에 형성된다. 이와 같이, 도 1에 나타낸 면발광형 반도체 레이저소자(10)가 제조된다.
상기 서술한 것같이, 면발광형 반도체 레이저소자(10)는 컨택트층(24) 및 p측 전극(36)의 크기를 제외하고 종래의 면발광형 반도체 레이저소자에 대하여 사용된 것과 유사한 공정으로 제조될 수 있다.
실시예3
도 8은 본 발명에 따른 변형된 면발광형 반도체 레이저소자의 단면도를 나타낸다.
변형된 면발광형 반도체 레이저소자는 주요부분(50)에서 컨택트층(52) 및 p측 전극(54)이 다른 구조를 가지는 것을 제외하고 면발광형 반도체 레이저소자(10)와 유사한 구조를 갖는다.
도 8에 나타낸 것같이, 컨택트층(52)은 3개 층; 상부 컨택트층(52A), 중간 컨택트층(52B) 및 하부 컨택트층(52C)을 갖는다. 각각의 컨택트층의 불순물농도는 상부컨택트층에서 하부컨택트층으로 계단형상으로 점차 감소한다.
하부 컨택트층(52C)은 예를 들면 3개의 컨택트층에서 가장 낮은 5 x 1018의 불순물농도를 갖고, 가장 큰 개구인 개구(56C)를 갖는다. 중간 컨택트층(52B)은 예를 들면 하부컨택트층보다 높지만, 상부컨택트층보다 낮은 1 x 1019의 불순물농도를 갖고, 하부컨택트층(52C)의 개구(56C)보다 작지만, 상부컨택트층(52A)의 개구(56A)보다 큰 개구인 개구(56B)를 갖는다.
상부컨택트층(52A)은 예를 들면 3개의 컨택트층에서 가장 높은 3 x 1019의 불순물농도를 갖고, 3개의 컨택트층에서 가장 작은 개구(56A)를 갖는다.
p측 전극(54)은 개구(56A, 56B, 56C)뿐 아니라 컨택트층(52A, 52B, 52C)에 따라서 계단형으로 형성되어 있다.
컨택트층(52) 및 p측 전극(54)의 구성에 따르면, 효과적인 복소굴절률분포구조가 형성되어 광의 포커싱을 개선시키므로, 단일피크 트랜스버스모드가 보다 용이하게 제공된다.
상기 서술한 것같이, 3개 층은 계산형상방식으로 각각의 개구를 갖도록 형성된다. 특히, 에칭마스크(58)가 도 9에 나타낸 것같이 저불순물농도를 갖는 상부 컨택트층(52A)위에 배치된다. 3개의 컨택트층(52A, 52B, 52C)은 동일 에칭조건하에서 드라이 에칭된다. 에칭률이 다른 불순물농도로 인해 다르기 때문에, 원하는 크기를 갖는 개구(56A, 56B, 56C)는 3개의 컨택트층(52A, 52B, 52C)위에 형성된다.
또한, Al조성이 상부컨택트층에서 하부컨택트층으로 감소하도록 3개의 컨택트층이 형성될 수 있다. 3개의 컨택트층(52A, 52B, 52C)은 동일 에칭조건하에서 드라이에칭된다. 에칭률이 다른 Al조성으로 인해 다르기 때문에, 상부컨택트층에서 하부컨택트층으로 계단형상이 되는 지름을 갖는 개구(56A, 56B, 56C)가 3개의 컨택트층(52A, 52B, 52C)위에 형성된다.
실시예4
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따르는 고차모드에서 발진하는 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 각각 나타내는 단면도 및 평면도이다. 도 10c는 트랜스버스 모드의 파형이다.
면발광형 반도체 레이저소자는 TE01모드(도넛형 발광패턴)에서 발광한다. 도 10a 및 도 10b에 나타낸 것같이, 면발광형 반도체 레이저소자는 주요부분(60)으로서, 원형 중앙전극(64)과 실시예 1과 같이 환형의 출사창(66)을 통하여 배치된환형 전극(68)을 갖는 p측 전극을 포함하고 있다.
면발광형 반도체 레이저소자는 p측 전극(62)이 다른 구조를 갖는 것을 제외하고 실시예 1의 면발광형 반도체 레이저소자(10)와 유사한 구조를 갖는다.
컨택트층(24) 및 p측 전극(62)은 단일 모드에서 발진하는 면발광형 반도체 레이저소자에 기술된 복소굴절률분포구조와 동일한 효과를 제공한다. 소망의 고차모드보다 낮은 단일 기본모드가 억압되고, 동시에 소망의 고차모드보다 높은 모드가 억압된다.
이 실시예에서, 발광면의 중앙에 설치된 금으로 만들어진 원형 중앙전극(64)에서 기본모드가 흡수 억압된다. 전류협착층(28)(도 1참조)의 간극과 복소굴절률분포구조에서 컨택트층(24)의 오목렌즈를 사용하여 TE01모드보다 높은 모드가 분산된다. 그래서, 광은 선택적으로 TE01모드에서 출사된다.
전류협착층의 협착지름이 TE01모드 이외의 트랜스버스모드를 컷오프시키기 위해 설정되어 TE01모드의 선택성이 개선된다.
종래의 고차모드제어에 대하여, 일본 미심사 특허공개번호 2002-359432는 예를 들면 메사면위에 1/2 파장 또는 1/4파장의 깊이를 갖는 홈(또는 볼록-오목형상)을 형성하여 원하지 않은 여기된 모드를 배제시키고 소망의 모드는 포함시키도록 모드를 선택하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 이온빔 에칭 등의 포스트 가공을 사용하여 몇가지 기능을 메사에 부가시킬 수 있지만, 이 장치는 하나씩 처리되어, 제조효율을 감소시키고, 패터닝 에칭되어도 간섭광로차인 홈의 깊이가 정확하게 정의된다. 따라서, 이러한 종래의 반도체소자는 상업적으로 이용할 수 없었다.
한편, 본 발명에 따르는 공진기의 최상부에 복소굴절률분포구조를 설치하여 레이저 공진기 모드가 선택될 수 있다. 또한, 어떠한 공정을 추가하지 않고 일반적인 제조가공에서 메사위의 화합물 반도체층, 절연막 또는 전극의 형상 또는 굴절률을 적용함으로써 복소굴절률분포구조가 설치될 수 있다. 복소굴절률분포구조의 각각의 부분은 이와 같이 일반적인 면발광형 반도체 레이저소자에 필요한 정밀함으로 제조될 수 있다. 더 높은 정밀함이 요구되지는 않는다. 현재 가능한 일반적인 공정 정확성으로 본 발명에 따르는 복소굴절률분포구조를 제조하기에 충분하다. 그러므로, 복소굴절률분포구조는 양질의 제조 재현성으로 제조될 수 있다.
비교예
도 11은 비교예의 면발광형 반도체 레이저소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
비교예의 면발광형 반도체 레이저소자는 주요부분(70)으로서 메사면에 광을 랜덤하게 산란시키는 산란구조와 미세한 요철면을 갖는 컨택트층(72)으로 구성된다.
컨택트층(72)의 요철면에서 산란시키는 것은 발진모드에 영향을 준다. 모드의 수는 랜덤하게 발진한다. 출사된 광은 다수의 모드를 포함하여, 랜덤발광패턴에 영향을 준다.
본 발명의 일 구성에 따르면, 단일피크 트랜스버스모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자는 금속막의 중앙 즉, 발광면의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 환형금속막 및 화합물 반도체층으로 구성된 복소굴절률분포구조를 형성하여 제공될 수 있다.
본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자가 사용될 때, 광파이버 및 광도파로에 결합된 결합광학계를 현저하게 간소화한다. 또한, 본 발명의 면발광형 반도체 레이저소자는 종래의 단면 출사형 레이저소자에 비해 작은 출사각을 가지므로, 본 발명의 면발광형 반도체 레이저소자는 높은 광결합효율로 광파이버에 결합될 수 있다.
본 발명의 단일피크 트랜스버스모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자는 종래의 면발광형 반도체 레이저소자에 대하여 곤란한 석영의 단일모드 파이버에 결합될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 면발광형 반도체 레이저소자가 적외 1.3㎛ 밴드 및 1.55㎛ 밴드와 같은 장파장밴드에서 사용될 때, 장거리 전송 즉, 수십 킬로미터에 걸쳐서 이용될 수 있다.
본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자는 비용을 고려하여 결합광학계가 거의 사용되지 않는 광배선의 분야에서 사용될 때, 높은 광결합효율을 제공할 수 있다. 그래서, 본 발명의 일 구성에 따르는 면발광형 반도체 레이저소자가 효과적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 환형의 금속막, 섬형의 금속막 및 환형의 화합물반도체층으로 구성된 복소굴절률분포구조를 환형의 금속막의 개구 중앙 즉, 발광면에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 상부반사경상에 형성함으로써 소망의 고차 트랜스버스모드에서 레이저광을 출사하는 면발광형 반도체 레이저소자가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따른 면발광형 반도체 레이저소자는 각종 출사패턴을 요구하는 의료, 가공 및 센서등의 응용분야에 효과적으로 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 면발광형 반도체 레이저소자를 제조하는 바람직한 방법이 또한 제공된다.

Claims (14)

  1. 기판,
    상기 기판에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 하부반사경,
    상기 하부반사경에 배치된 활성층,
    상기 활성층에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 상부반사경,
    상기 상부반사경을 노출하기 위한 제 1개구를 갖고 상부 반사경위에 연장되어 있는 화합물 반도체층,
    상기 제 1개구의 내측에 배치되어 상부 반사경을 노출하기 위한 제 2개구를 가지고 상기 화합물 반도체층위에 연장되어 있는 금속막을 구비하며,
    상기 금속막 및 상기 화합물 반도체층이 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    복소굴절률분포구조에서, 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 등방적으로 변화하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  3. 기판,
    상기 기판에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 하부반사경,
    상기 하부반사경에 배치된 활성층,
    상기 활성층에 배치되고, 반도체 다중층을 구비하는 상부반사경,
    상기 상부반사경을 노출하기 위한 제 1개구를 갖고 상부 반사경위에 연장되어 있는 화합물 반도체층,
    상기 제 1개구의 내측에 배치되어 상기 상부 반사경을 노출하기 위한 제 2개구를 가지고 상기 화합물 반도체층위에 연장되어 있는 환형막과 상기 제 2개구내에서 상기 상부반사경위에 섬처럼 배치되어 있는 섬형막을 갖는 금속막을 구비하며,
    상기 금속막 및 상기 화합물 반도체층이 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층을 노출하는 제 1개구의 외측에 배치된 제 3개구를 갖고, 상기 화합물 반도체층과 금속막 사이에 배치되는 절연막을 더 구비하고, 상기 금속막, 화합물 반도체층 및 절연막은 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층을 노출하는 제 1개구의 외측에 배치된 제 3개구를 갖고, 상기 화합물 반도체층과 금속막 사이에 배치되는 절연막을 더 구비하고, 상기금속막, 화합물 반도체층 및 절연막은 상기 제 2개구의 중앙에서 외부로 복소굴절률이 변화하는 복소굴절률분포구조를 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층은 다른 불순물 농도를 갖는 다층으로 이루어진 제 1개구를 구비하고,
    각 화합물 반도체층에 배치된 각각의 제 1개구는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 지름이 계단형으로 작아 지고,
    각 화합물 반도체층의 각각의 불순물농도는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 계단형으로 감소하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층은 다른 불순물 농도를 갖는 다층으로 이루어진 제 1개구를 구비하고,
    각 화합물 반도체층에 배치된 각각의 제 1개구는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 지름이 계단형으로 작아 지고,
    각 화합물 반도체층의 각각의 불순물농도는 복수의 화합물 반도체층의 상층에서 하층으로 계단형으로 감소하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    금속막은 전극을 구성하고, 상기 화합물 반도체층은 상기 금속막과 옴으로 접촉하는 컨택트층을 구성하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상부반사경 또는 메사포스트로 형성된 하부 반사경상의 활성층에 근접한 전류협착층을 더 구비하는 면발광형 반도체 레이저소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전류협착층은 중앙에 비산화 전류주입영역을 갖고, 상기 비산화 전류주입영역은 제 1개구 아래에 배치되고, 5 x 1018cm-3의 불순물 농도를 갖고, 균일한 전류주입밀도를 갖는 면발광형 반도체 레이저소자.
  11. 반도체 다층을 구비한 하부반사경, 활성층 및 고Al함유층을 갖는 반도체 다층으로 구성된 상부반사경 및 컨택트층을 기판상에 순차적으로 적층하는 단계,
    메사포스트를 형성하기 위해 고Al함유층을 갖는 상부반사경을 에칭하는 단계,
    메사포스트의 컨택트층위 및 메사포스트의 측면에 절연막을 형성하는 단계,
    컨택트층을 노출하기 위해 컨택트층위의 절연막에 개구를 형성하는 단계,
    상부 반사경을 노출하기 위해 절연막의 개구보다 작은 개구를 컨택트층위에 형성하는 단계,
    전극을 구성하는 금속막을 상부 반사경 및 컨택트층위에 형성하는 단계, 및
    상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층의 개구보다 작은 개구를 금속막위에 형성하는 단계를 구비하는 면발광형 반도체 레이저소자의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    메사포스트를 형성한 뒤에, 수증기하에서 메사포스트의 고Al함유층을 산화하여 고Al함유층의 중앙영역을 비산화 고Al함유층을 갖는 제 1전류주입영역으로서 남기고,
    전류주입영역을 둘러싸는 산화Al층을 구비한 전류협착영역을 형성하는 단계를 구비하는 면발광형 반도체 레이저소자의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상부반사층위에 컨택트층을 형성하는 단계에서,
    각각의 불순물농도가 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 복수의 컨택트층이 형성되고,
    상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층위에 절연막의 개구보다 작은 개구를 형성하는 단계에서, 각각의 불순물 농도가 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하는 사실에 의한 에칭률의 차이를 이용하여 각각의 개구지름이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 상기 개구는 각각의 컨택트층위에 형성되는 면발광형 반도체 레이저소자의 제조방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상부반사층위에 컨택트층을 형성하는 단계에서,
    각각의 Al조성이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 복수의 컨택트층이 형성되고,
    상부 반사경을 노출하기 위해 컨택트층위에 절연막의 개구보다 작은 개구를 형성하는 단계에서, 각각의 Al조성이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하는 사실에 의한 에칭률의 차이를 이용하여 각각의 개구지름이 상층에서 하층으로 계단형상 또는 점차적으로 감소하도록 상기 개구는 각각의 컨택트층위에 형성되는 면발광형 반도체 레이저소자의 제조방법.
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