KR20060089740A - 도파관 구조를 갖는 표면 발광 반도체 레이저 - Google Patents

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KR20060089740A
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Abstract

본 발명의 목적은 매몰된 터널 접합을 포함하는 표면 발광 반도체 레이저의 단순 모드 전력을 증가시키고, 그리고 개구의 영역 내에 돌출된 깊이(d2) 및 돌출된 직경(w2)를 가지는 돌출부(15)를 수반하는 인접하는 전류-캐리어 층(7)인 n 도핑 된 전류-캐리어 층(7)으로 덮혀 있는, 개구의 직경(w1) 및 개구의 깊이(d1)을 가진 터널 접합 층(6)을 제공한다. 상기 목적은 적어도 전류-캐리어 층(7)상의 돌출부(15)의 측면 영역을 중심으로 한 구조화된 층(8; 9)을 제공하고, 상기 구조화된 층의 두께(d3; d4)는 돌출된 깊이(d2)의 영역 내의 전류-캐리어 층(7)의 광학 두께와 적어도 동일한 광학 두께로 선택되어 지는 것에 의하여 달성된다.
표면 발광 레이저 반도체

Description

도파관 구조를 갖는 표면 발광 반도체 레이저{SURFACE-EMITTING SEMICONDUCTOR LASER COMPRISING A STRUCTURED WAVEGUIDE}
본 발명은 도파관 구조를 갖는 표면 발광 반도체 레이저에 관한 것이다.
수직 공진기형 표면 발광 레이저 다이오드들(VCSELs)은 반도체 칩(chip)의 표면과 수직으로 빛을 방출하는 반도체 레이저들이다. 종래의 말단(edge) 발광 레이저 다이오드와 대비하여, 표면 발광 레이저 다이오드는 낮은 소비 전력, 웨이퍼(wafer) 상에서 상기 레이저 다이오드의 직접적인 검사(inspecting)가 가능하다는 점, 광섬유(fiber optic)와의 간단한 연결, 세로방향의 단일-모드 분광들 및 이차원적 매트릭스(matrix)와의 연결 가능성과 같은 여러 가지 장점들을 가지고 있다.
광섬유를 사용하는 통신기술 분야에 있어서, 파장에 종속적인 분산 또는 흡수 때문에 VCSELs에서 파장의 범위는 약 1.3 ㎛ 내지 2 ㎛, 자세하게는 1.31 ㎛ 또는 1.55 ㎛ 파장 범위일 것이 요구된다. 이러한 형태를 가진 장파장 레이저 다이오드들은, 종래에는, InP에 기초한 화합물 반도체들로 제조되고 있다. GaAs에 기초한 VCSELs는 1.3 ㎛보다 짧은 파장 범위에 적당하다.
기존의 해결 방법들을 하기와 같이 요약될 수 있다.
레이저 다이오드들 측면 빔(beam) 형태는 도파관에 대응하여 당연히 광범위하게 영향을 받는다. 갈륨-비소 VCSELs의 경우에는 약 1.3 ㎛이하의 방출 파장을 가지며, 상기 도파관은 선택적으로는 산화된 알루미늄-비소 층들에 의하여 제작된다(cf."Electrically Pumped 10 Gbit/s MOVPE Grown Monolithic 1.3 ㎛ VCSEL with GaInNAs", ELECTRONICS LETTERS, Vol.38, No.7(2002. 3. 28), pages 322 to 324).
전력, 조작 온도, 단순-모드 전력 및 대역폭 조절에 훨씬 더 좋은 결과를 얻기 위한, 1.3 ㎛이상 범위의 파장에서 장파장 VCSELs는 인듐-인에 기초한 매몰 터널 접합(BTJ)VCSELs에 의하여 달성된다.
매몰 터널 접촉의 생산과 구조가 도 1을 참조한 예시의 방법으로 먼저 기술될 것이다. 분자선 결정성장(MBE)은 낮은 밴드 간극을 갖고, 고도로 도핑 된(doped) p+/n+짝인 층 101, 102를 제조하는데 사용된다. 상기 터널 접촉 103 자체는 상기 두 개 층들 사이에 형성된다. 실질적으로 n+가 도핑 된 층 102에 의한 원형이나 타원형의 영역에 있어서, 상기 터널 접촉 층 103 및 상기 모든 p+가 도핑 된 층 101이나 그 일부분은 반응 이온 식각(RIE)에 의하여 구체화된다. 2차 박막 성장 기법 서클(cycle)에서, 상기 영역은 n도핑 된 InP(층 104)로 확장되어, 상기 터널 접촉은 "매몰" 된다. 확장된 층 104와 상기 p+도핑 된 층 101 간의 접촉 영역은 전압 인가시에 전위장벽(barrier)역할을 한다. 전류는 전형적으로 저항이 3×10-6Ω㎠일 때 터널 접촉을 통하여 흐른다. 그러나 전류의 흐름은 활성 영역 층 108의 실제 영역에 의하여 제한될 수 있다. 상기 전류가 저항이 높은 p도핑 된 층 에서 저항이 낮은 n도핑 된 층으로 흐르기 때문에 발생 되는 열량 또한 낮다
터널 접촉의 확장은 - 도 2에 나타낸 바와 같이 - 이것 위에 위치한 층들의 두께를 약간 변화시키는데, 이것은 측면 파장을 유도하는데 있어서 치명적인 작용을 한다.특히 큰 장치의 경우에 높은 측면 모드의 발생이 촉진된다. 오직 작은 장치들만이, 따라서 레이저 전력이 작은 경우가 단일모드 작동, 특히 광섬유 통신기술에 사용될 수 있다.
InP에 기초한 VCSEL의 완전한 구조는 도 2의 예를 참조하여 설명될 것이다.
이 구조에 있어서, 매몰 터널 접합(BTJ)은 상기 구조와 반대로 배치되는데, 상기 활성 영역 106은 상기 p+도핑 된 101층과 n+도핑 된 층 102 사이의 터널 접촉(직경 DBTJ) 상에 위치된다. 상기 레이저 빔은 화살표 116이 지시하는 방향으로 방출된다. 상기 활성 영역 106은 p도핑 된 층 105(예를 들면, InAlAs) 그리고 n도핑 된 층 108(예를 들면, InAlAs)에 의하여 에워 쌓인다. 활성 영역 106의 앞 측 거울 109는 대략 35 InGa(Al)As/InAlAs 짝들의 층을 포함하는 박막성장기법 분포형 브래그 반사기(DBR)로 구성되어, 약 99.4%의 반사도를 만들어낸다. 상기 가로로 길게 뻗치는 외측거울 112는 DBR에서 유전체 층들의 겹으로 구성되어있으며 금(gold) 층에 의하여 완성되는데, 거의 99.75%의 반사도를 만들어 낸다. 절연 층 113은 측면의 절연을 위하여 사용된다. 고리모양으로 구조화된 한층을 더한 p-측 접촉 층 111은 층 104와 접촉 층 114의 사이에 제공된다. 도 2는 더 많은 층들로 증식되는(이 경우, 아래쪽으로) 상기 확장 터널 접촉의 구성 형태를 나타낸다.
유전체 거울 112의 조합과 집적된 접촉 층 114 및 열 하감기(heat sink) 115는 박막성장기법 복합 층 구조들과 대비하여 열 전도도가 눈에 띄게 증가한다. 전류는 접촉 층 114를 통하거나 집적된 열 하감기 115 그리고 상기 n-측 접촉 포인트들 110을 통하여 인가된다. VCSEL같은 형태들의 제조와 특성에 대한 좀더 상세한 설명은 아래의 인용문헌에 설명되어 있다.
도 2에 보이는 구조를 가지는 VCSEL는, 2000년 4월 17일 발간된 Applied Physics Letters 제76권 제16호의 2179쪽부터 2181쪽의, "높은 효율을 가진 낮은 임계값 인텍스가 유도된 1.5 ㎛장파장의 수직 공진기형 표면 발광 레이저"에 공개된 내용의 형태이다. 7 mW (20℃, CW)이상의 출력 동력을 가진 동일 종류의 VCSEL는 2001년 10월 11일자 Electronics Letters 제37권 제21호의 1295쪽부터 1296쪽의, "1.55 ㎛에서 큰 출력동력 및 높은 작동 온도를 가진 수직 공진기형 표면 발광 레이저 다이오드들"에 개시되어 있다. 2000년 11월에 간행된 IEEE Photonics Technology Letters 제2권 제11호의 1435쪽부터 1437쪽의, "1.83 ㎛ 수직 공진기형 표면-발광 레이저들의 90℃에서의 연속적 파장 작동"은 1.83-㎛ InGaAlAs-InP VCSEL와 관련된다. 2002년 9월 8일부터 9월 12일까지의 제28차 광통신에 관한 유럽 회의의 논문 마감 후 논문의, "1.55 ㎛에서의 수직 공진기형 표면 발광 레이저를 가진 고속 정보 전송"에서는 변조 주파수 10 기가바이트/초 이상에서의 문제없는 정보 전송을 위한 BTJ-VCSEL의 사용에 대하여 논한다. 마지막으로, 2.1 ㎛ (CW) 의 방출 파장을 가진 VCSEL은, 2003년 1월 9일자 Electronics Letters 제39권 제1호의 57쪽부터 58쪽의. "2 ㎛의 방출 파장들을 가진 전자적으로 펌프된 룸 온도 CW-VCSELs"로부터 알려졌다.
1.3 ㎛이하의 방출 파장들을 가진 상기 GaAs에 기초한 VCSELs와는 반대로, 측면 산화 방법에서, 알루미늄 함량이 아주 낮은 재료들이 사용되어왔으며, AlAsSb와 같은 다른 가용한 재료들은 충분한 양질의 산화물 층들에 견뎌내야 한다는 논의에 따른다면 BTJ-VCSELs에 사용될 수 없을 것이다. 상기에서 논의된 BTJ-VCSELs에서, 제조공정으로부터의 결과에 따르는 측면 파장 유도는 공진기(resonator) 길이의 측면 변화에 의하여 이루어진다. 이것에 관한 다른 방안으로는, 식각 층들(cf. "1.55 ㎛ ImP-lattice-matched VCSELs with AlGaAsSb-AlAsSb DBRs", IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. Vol. 7, No. 2 (March/April 2001), pages 224 to 230), 양자주입(cf. "Metamorphic DBR and Tunnel-Junction Injection: a CW RT Monolithic Long Wavelength VCSEL", IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 5, No. 3 (May/June 1999), pages 520 to 529) 또는 선택적으로 산화된 변형의 AlAs 층들(cf. 1.5 - 1.6 ㎛ VCSEL for Metro WDM Application", 2001 International Conference Proceedings,13th IPRM (14 to 18 May 2001), Nara, Japan)을 가진, 예를 들면, 다른 장파장 VCSEL 형태들로 사용된다.
따라서 본 발명의 목적은 일반적으로 다중 모드 작동에 강하고 적합하나, 약한 인덱스 유도 또는 게인(gain) 유도 그리고 임의로 고도의 측면 모드들을 무디게 하는 BTJ-VCSELs의 경우에 있어서, 인덱스 유도를 제공하는 것이다. 측면 모드 형태의 조절은 기존의 BTJ-VCSELs보다 높은 단순-모드 전력을 가진 큰 장치에서조차 단순-모드 작동을 가능케 해야한다.
이러한 목적은 상기 발명에 따르는 본 발명의 표면 발광 반도체 레이저에 의하여 달성된다. 자세한 구성들은 각각의 종속항들 및 하기의 상세한 설명에 의하여 제시될 것이다
본 발명은 p-n접합을 가지고 제1 n도핑 된 반도체 층 및 적어도 하나 이상의 p도핑 된 반도체 층으로 둘러싸인 활성층, 활성 영역의 p측 위의 터널 접촉 층, 개구 직경과 개구 깊이를 가지며 n도핑 된 전류-캐리어 층에 의하여 덮혀 있는 개구(aperture)를 포함하는 터널 접촉 층, 개구 영역에 직경 및 깊이를 가진 돌출된 부분을 포함하는 인접한 전류-캐리어 층, 상기 구조화된 층의 광학적 두께와 같은 방법으로 선택되는 상기 두께는 적어도 돌출된 부분의 측면 영역 주변의 상기 전류-캐리어 층 상에 제공되는 상기 돌출 부분의 깊이 영역에서의 광학 두께와 적어도 동일한 것을 포함한다.
본 발명의 이해를 증진하기 위하여, 명세서의 서두 부분에서 전술한 문헌들과 같은 일반적인 표면 발광 반도체 레이저의 공지된 구조에서의 조건들이 먼저 기술될 것이다. 도 3을 참조하여, 개략적이고 일반적인 표면 발광 반도체 레이저의 공지된 기술에서의 상기 조건들을 설명한다. 도형은 전류-캐리어 층 7과 일반적으로 전류가 인가되고, 바람직하게 고도로 n도핑 된 InGaAs로부터 상기 전류-캐리어 층 7상으로 확장된, 두께가 d3인 도핑 된 접촉 층 8 사이의 경계지역을 보여준다. 상기 돌출된 부분은 터널 접촉이 더욱 확장되어 형성되었으며, 층 7에서 두께 d2(돌출된 부분 깊이)를 가지며, 이는 15에 의하여 지시된다. 상기 접촉 층 8은 일반적으로 박막성장기법 단계가 적용되며 돌출된 부분의 영역에서의 선택적인 식각에 의하여 제거된다. 구조화된 접촉 층 8은 전형적으로 50 내지 100 nm의 두께 d3를 가지며, 낮은 접촉 저항을 보장하고, 그리고, 이것의 내부 모서리는 상기 터널 접촉의 돌출된 부분 15에서부터 다양한 마이크로미터들(보통 4 내지 5 ㎛)의 거리상에 있다. 굴절의 효과적인 인덱스는 상기 외부 영역보다 중심에서(전형적으로 1%) 높으므로, 강한 인덱스 유도가 도출된다. 이것은 특별히 넓은 개구 들에서의 높은-모드 형성에 적합하다.
인덱스 유도를 약하게 하기 위하여, 본 발명은, 적어도 상기 돌출된 부분 15의 둘레의 측면 영역, 구조화된 층, 적어도 돌출된 부분 15의 영역에서의 상기 전류-캐리어 층 7의 광학 두께가 동일하게 적용되는 것을 제안하는데, 예를 들면, 두께 d2를 가지는 돌출된 부분 15의 광학 두께에 대하여 제안한다. 본 발명에 따르는 상기 구조화된 층은 중심에서와 돌출된 부분 15의 외부 영역에서의 굴절된 인덱스의 차이를 보상한다.
본 발명에 따르는 구조화된 층은 돌출된 부분 15 또는 상기 돌출된 부분으로부터 일정한 최대 거리 내에 인접해야할 필요성이 있다. 이 최대 거리는 2 ㎛보다 커서는 않 된다고 알려져 왔으나, 바람직하게는 1 ㎛이다. 이러한 최대 거리는 상기 돌출된 부분 15의 외부 모서리로부터 상기 접촉 층 8(선택적)의 기존의 전형적인 거리와 40 내지 50% 정도가 일치하나, 바람직하게는 20 내지 25% 정도이다.
만일, 본 발명에 따르는 구조화된 층이 n-도핑 된 접촉 층이면 유리하다는 것은 검증된 바이다.
이러한 타입의 접촉 층은 선행 기술분야로부터 본질적으로 알게 된다(도 3을 참조할 것). 이러한 실시 형태에서, 접촉 층의 두께는 그것의 광학 두께인데, 예를 들면, 돌출된 부분 15의 깊이가 d2영역의 상기 전류-캐리어 층의 광학 두께와 동일하고, 광학 필드(filed)의 충분한 정전유도라는 점에서, 상기 접촉 층은 돌출된 부분으로부터 1 내지 2 ㎛ 를 넘어서는 아니 된다.
또 다른 실시 형태에서, 본 발명에 따르는 구조화된 층은 선택적인 접촉 층과는 별도로 제공된다. 상기 구조화된 층의 재료는 자유롭게 선택될 수 있는 것으로 만들며, 상기 층은 바람직하게는 전류-캐리어 층에서의 돌출된 부분과 직접 인접하며, 그 점에서 동일한 원칙이 돌출된 부분으로부터의 모든 거리 및 상기 구조화된 층에 있어서, 접촉 층에서의 구조화된 층의 두께에 적용된다. 자유로운 재료선택은 특별히 간극의 모서리에서 더욱 철저하게 약화시키는데 사용되며, 외부 영역에서의 그들의 강력한 필드 확장에 기인한 높은-모드 같은 모드들이 진동하는 것을 방지한다. 재료들은 각 파장에 대한 두드러진 흡수 효과를 가진다. 말하자면 이런 목적에 적합하다. 1.3 그리고 1.55 ㎛사이의 파장들을 위해서는 특별히 비결정질 실리콘이 적합하다. 예를 들면, 티타늄은 모든 기존의 파장범위에 적합하다.
전술한 실시 형태에서, 본 발명에 따르는 구조화된 층 주위의 접촉 층 또한 제공될 수 있다. 상기한 접촉 층의 형상은 실질적으로 자유롭게 선택가능하며, 도파관의 효과는 이미 상기 발명에 따른 구조화된 층에 의하여 보상된다.
본 발명이 상기 인덱스 유도를 약하게 할 뿐만 아니라, 변환하게 한다는 것이 발견되었는바, 역-유도 효과 생성 역시 높은 모드들을 제거한다. 상기(광학) 본 발명에 따르는 구조화된 층의 두께는 터널 접촉에 의해 기인 된 돌출된 부분의 깊이보다 충분히 커지도록 하기 위하여 선택된다. 돌출된 부분은 다른 부분에서 생성될 수 있는데, 만일 상기 구조화된 층이 흡수 효과를 가지면, 높은 모드들의 제거는 더욱 효과적이다. 역-유도 효과를 가진 실시 예에서, 상기 구조화된 층은, 다시, n-도핑 된 접촉 층 또는 층들의 조합이 사용될 수 있으며, 재료들은 구조화된 층 및 선택적이고 추가적인 접촉 층으로 자유롭게 선택되어 질 수 있다.
본 발명은 다음의 도면들에 묘사된 다양한 실시 형태들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 공지된 표면 발광 반도체 레이저에 있어서 매몰된 터널 접촉 구조를 개략적으로 나타낸 것이다;
도 2는 실시 형태로 예시하는 방법에 의하여 알려진, 표면-발광 반도체의 완전한 구조를 개략적으로 나타낸 것이다;
도 3은 공지된 접촉 층 및 전류-캐리어 층과 관계된 표면-발광 반도체 레이저의 구조에 있어서의 조건들을 개략적으로 나타낸 것이다;
도 4는 본 발명에 따르는 표면-발광 반도체 레이저의 생산중에 형성된 구조적인 구성을 보여준다;
도 5는 본 발명에 따르는 구조화된 층으로서의 접촉 층의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다;
도 6은 본 발명에 따르는 구조화된 층에 있어서 접촉 층과 나란하게 제공되는 추가적인 실시 형태를 도시한다;
도 7은 역-유도 효과를 가진 실시 형태를 추가로 보여준다; 그리고
도 8은 마지막으로, 본 발명에 따라 생산된 표면 발광 반도체 레이저의 하나의 실시 형태를 보여준다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 이제까지의 설명이 이루어졌다.
도 4는, 이하에 묘사될 표면 발광 반도체 레이저의 제조 동안에 형성된 구조의 예를 보여준다. InP기판 1에서 시작하여, n도핑 된 박막성장기법 브래그 거울 2, n도핑 된 제한 층 3, 활성 영역 4 및 p도핑 된 제한 층 5는 제1 박막 성장 기법 성장 과정에 연속적으로 적용된다. 상기 구조는, 예를 들면, 고도로 p+ 및 n+ 도핑 된 InGaAs 층의 각각의 경우를 구성하는 터널 접촉 층 6의 성장에 의하여 완전해진다. 간극에서, 면적은 자유롭게 선택될 수 있으며 층 5 또는 층 6의 p도핑 된 부분 내의 끝단으로 연장되는데, 뒤따르는 석판술 및 식각 공정에서 형성된다. 전형적인 식각 깊이들은, 이 경우에, 20 nm이다.
제2 박막성장기법 단계에서, 위쪽의 n도핑 된 전류-공급 층 7은, 바람직하게는 InP로 구성되며, 선택적인 n도핑 된 접촉 층 8은, 바람직하게는 고도로 n도핑 된 InGaAs로 구성되며, 두께 d3로 성장된다. 이러한 제2 박막성장기법 단계에서, 측면 반축(semiaxis) 비율은, 공정 매개 변수들에 의하여 좌우되거나 또는 박막성장기법(예를 들면, 분자선 결정 성장(MBE), 화학적 빔 박막성장기법(CBE) 혹은 금속 유기물 기상 결정 성장(MOVPE))에 좌우되어, 수정되거나 유지될 수 있다. 수정은, 예를 들면, 앞의 원형 터널 접촉들의 타원형 간극에 의한다.
도 4에 보이는 결과는, 예를 들면, 직경 w1은 식각 깊이 d1을 가진 석판술로 제한된 간극에 의하여 얻어지며, 과성장 공정 후에, 높이가 d2인 직경 w2를 가진다. 값 w2 및 d2는 일반적으로 시작 데이터 w1 및 d1과 일치한다.
명확하게 주목해야될 것은, 본 발명은 다른 원형 간극들에 적용될 수 있다는 것이며, 상세한 설명에서 사용된, 상기 "직경" 또는 "반경"은, 원형 간극 형상들의 제한하지 않는다. 각도, 반원 또는 또 다른 모든 형상들 또한 가능하며, 이에 의하여 본 발명은 이 같은 형상들로 쉽게 변형될 수 있다.
도 4에 도시된 구조로부터 시작한, 접촉 층 8의 선택적인 식각 후에 얻어지는 구조는 첫 번째 실시 형태로서 도 5에 보여 질 것이다. 이 경우에, 상기 접촉 층 8은 본 발명에 따르는 구조화된 층으로서 역할을 한다. 접촉 층의 두께 d3는, 예를 들면, 그것의 광학 두께는 층 7의 식각 깊이 d2의 영역에서의 광학 두께와 일치하는 방법으로 도파관 효과의 보상을 완성하기 위하여 선택된다. 대부분의 평면-평행 배열이 그때 얻어진다. 상세한 영역들에서, 식각 직경 w3는 모든 의도된 방법으로 조정이 가능할 것이다. 그러나 광학 필드가 영향을 미치기 위하여는, 전형적으로 터널 접촉의 반지름보다는 큰 1 ㎛이하여야 한다. 더 유용한 최대 거리 들은 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 그리고 0.9 ㎛이다
도 5는 도 3에 도시된 선행 기술분야의 조건들과 대비하여 본 발명에 의하여 달성되는 다른 조건들을 명백하게 보여준다. 본 발명에 따르는 구조는, 중심에서부터 간극의 외부 영역들로의 굴절의 효과적인 인덱스의 도출을 야기하며, 이것은 도 3에서 제시한 강한 인덱스 유도가 약한 인덱스 유도로 대체되는 결과를 가져온다.
도 6은 본 발명에 따르는 도파관 구조의 또 다른 실시 형태를 보여준다. 이러한 배열에 있어서, 접촉 층 8은 단지 부가적으로 제공되며 이 경우에 있어서는 열린 직경이 d3인, 위에서 묘사된 것과 비슷한 방법으로, 선택적으로 구조화된다. 이 경우에, 도파관의 특징들은, 내부의 직경이 w4이고 외부의 직경이 w5이며 예를 들면 식각 공정 또는 리프트-오프(lift-off) 방법에 의하여 구조화된, 자유롭게 선택가능한 재료로부터 만들어질 수 있는 부가적인 층 9를 통하여 영향을 받는다. 동일한 원칙이 도 5에서 구조화된 층에서의 접촉 층의 경우에서처럼, 내부의 직경 w4 및 필수적인 두께 d4의 면적들에 적용된다. 이러한 실시 예의 장점은 구조화된 층 9 재료들의 자유로운 선택이다. 이것은 특별히, 간극의 말단부에서 대부분의 그들이 갖는 최대값인 더욱 강력한 높은 모드들을 약화시키는데 사용되었고, 이것은 진동으로부터의 이러한 모드들을 막는다. 비결정질 실리콘은 층 9의 재료로 적합하다.
끝으로, 도 7은 본 발명에 따르는 도파관 구조의 세 번째 실시 형태를 보여주는데, 이것은 역-유도 효과를 갖는다. 비록 접촉 층 8의 두께 d3가, 구조화된 층으로서, 돌출된 부분의 깊이 d2 또는 터널 접촉의 식각 깊이 d1보다 충분히 크기 위하여 선택되었지만, 본 실시 예는 도 5에 묘사된 것과 비슷하다. 이것은 외부 영역을 높여주고, 역-유도 효과를 이끌어 내며, 그리고 높은 모드들을 제거하는 결과를 가져온다. 만일 층 8이 흡수 효과를 지니고 있다면, 상기 모드들의 제거는 더욱더 효과적일 것이다. 또한 도 7에서 도시된 실시 형태는 도 6에서 보여 진 구조와 조합될 수 있다. 이 경우, 적어도 층 9는 도시된 돌출된 부분을 포함한다.
도 8은 본 발명에 따르는 완성된 BTJ-VCSEL을 보여주는데, 본 발명에 따른 완성된 반도체 레이저를 형성하기 위한 구조에 대한 차후의 공정은, 이미 명세서의 서두부분에서 관련된 도면 2에서 상세하게 설명되었다. 동일한 지시 번호들이 도 4에 따르는 구조와 동일한 층들에 표시된다. 이 경우 InP기저 층은 완전히 제거된다. 대신에 n측 접촉 14로 구성되는데, 예를 들면, Ti/Pt/Au가 전류 공급 수단으로 부착된다. 돌출된 부분 15에 붙어 있는 접촉 층 8을 보여주는 도 5와 일치하는 반도체 레이저의 도파관 구조는 도 8에 도시된다. 10은 절연되고 보호막을 입힌 층, 11은 p측 접촉(예를 들면, Ti/Pt/Au), 12는 유전체 거울, 그리고 13은 일체화된 열 하감기를 지시한다.
본 발명은 높은 단순 모드 전력을 가진 BTJ-VCSELs생산을 가능케 한다. 상기 간극 직경들은 높은 모드들의 촉발 없이, 전력을 높이기 위하여 확대될 수 있다.

Claims (10)

  1. 터널 접촉 층(6)이 n도핑 된 전류-캐리어 층(7)에 의하여 덮혀 있고 개구의 깊이(d1) 및 개구의 직경(w1)을 가진 개구를 포함하며, 그리하여 상기 인접한 전류-캐리어 층(7)이 간극 영역 내에 돌출된 부분의 직경(w2) 및 돌출된 부분의 깊이(d2)를 가진 돌출된 부분(15)을 포함하고, 상기 구조화된 층(8; 9)의 광학 두께(d3; d4)가 돌출된 부분(15)의 측면 영역을 중심으로 한 전류-캐리어 층(7)위에 제공되는 도출된 부분의 깊이(d2) 영역 내의 전류-캐리어 층(7)의 광학적 두께와 적어도 동일한 것과 같은 방식으로 선택되는, 적어도 하나의 p도핑 된 반도체 층(5) 및 제1 n도핑 된 반도체 층(3)에 의하여 둘러 쌓이고 p-n 접합을 가진 활성 영역(4), 그리고 활성영역(4)의 p 측 상에 터널 접촉 층(6)을 포함하는 표면 발광 반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구조화된 층(8; 9)의 내부 직경(w3; w4)이 돌출된 부분(15)의 직경(w2)보다 크거나 또는 동일한 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 직경(w3; w4)의 절반이 거의 2 ㎛이고, 바람직하게는 거의 1 ㎛이며, 돌출된 부분(15)의 직경(w2) 절반보다 큰 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화된 층(8)이 n도핑 된 접촉 층(8)인 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구조화된 층(8)이 n도핑 된 InGaAs로 구성된 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구조화된 층(9)이 반도체 레이저의 각 도파관을 위한 충분한 흡수 효과를 가진 재료들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  7. 제6항에 있어서, 비결정질 실리콘을 재료로 사용하며, 특별히 도파관의 범위가 1.3 내지 1.55 ㎛인 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  8. 제6항에 있어서, 티타늄을 재료로 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  9. 제1항 내지 제3항 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 측면으로 구조화된 층(9)을 에워싸며, 구조화된 층(9)과 나란하게 제공되는, n 도핑 된 접촉 층(8)인 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서, 접촉 층 (8)의 및/또는 구조화된 층(8; 9)의 두께가 돌출된 부분(15)의 깊이(d2)가 다양한 것을 특징으로 하는, 표면 발광 반도체 레이저.
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