KR20080099172A - 수직공진기형 면발광레이저 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 포토닉 결정미러 직하의 활성영역에 캐리어를 효율적으로 주입하는 것이 가능한 수직공진기형 면발광레이저를 제공한다. 상기 수직공진기형 면발광레이저는 하부 미러를 구성하는 제 1 반사미러(102), 상부 미러를 구성하는 제 2 반사미러(112), 및 기판(100) 상에 상기 미러 사이에 형성된 활성층(106)을 구비하고 있다. 상기 제 2 반사 미러(112)는 상기 기판의 면에 대해서 평행인 평면에 주기적으로 배열되고, 도전성을 가지는 제 1 매질(1100)과 상기 제 1 매질(1100)보다 굴절률이 낮은 제 2 매질(1102)로 이루어진 구조인 굴절률 주기구조를 구비하고 있다. 상기 제 1 매질(1100)보다 굴절률이 낮은 제 3 매질로 형성된 층 구조가, 상기 굴절률 주기구조의 하부 측에, 상기 제 1 매질(1100) 내에 매입되어 있다.

Description

수직공진기형 면발광레이저{VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER}
본 발명은 수직공진기형 면발광레이저에 관한 것이다.
면발광레이저의 하나의 구성으로서, 활성영역을 그 양측에 배치된 두 개의 반사미러 사이에 끼워놓고, 기판 면에 수직인 방향으로 공진기를 형성하고, 기판 면으로부터 수직방향으로 광을 출사하는 수직공진기형 면발광레이저가 알려져 있다.
상기 수직공진기형 면발광레이저는 이하의 많은 기술적인 이점을 가지고 있기 때문에, 이 수직공진기형 면발광레이저는 활발히 연구되고 있다.
즉, 이 면발광레이저는 저임계값 및 저소비 전력으로 동작하며, 또한 광학소자와 용이하게 커플링 해서 어레이화가 가능하도록 하기 위해서 원형상의 스폿광을 방출하도록 배치되어있다.
그러나, 한편, 이 면발광레이저는 활성영역이 작기 때문에 발진에 필요한 게인을 얻기 어렵다.
따라서, 공진기를 구성하는 한 쌍의 분포 브래그 리플렉터(Distributed　Bragg Reflector：이하, 이것을 DBR이라고 칭함)에 99％ 이상의 고반사율이 필요하 다.
상기 고반사율을 실현하기 위해서는, 반도체 미러의 경우, 수십 층의 적층층이 필요하다.
이 적층층의 층두께 때문에, 공진기 중에 쉽게 채워지는 열, 큰 임계값, 및 전류 주입을 곤란하게 하는 저항의 증가 등의 문제점을 가지고 있다.
이러한 DBR을 교체할 수 있는 공진기 미러로서, 비특허 문헌 1(V.Lousse　et al. : Opt.Express　12(2004) 1575)에서는 슬랩형 이차원 포토닉 결정을 미러로서 사용했을 경우의, 반사광 및 투과광의 파장 의존성 등에 대해 보고되어 있다.
포토닉 결정이란, 인공적으로 광의 파장 정도의 굴절률 변조를 형성한 구조, 즉 서로 굴절률이 다른 매질이 주기적으로 배열된 굴절률 주기구조이다.
상기 비특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 이차원 포토닉 결정으로서 고굴절률을 가지는 재료에 공공(空孔)을 주기적으로 형성하여 에어 홀(공공)형 이차원 포토닉 결정이 구성된다.
그리고, 이 이차원 포토닉 결정의 평면으로부터, 그것과 대략 수직인 방향으로부터 광을 입사시키면, 소정의 주파수의 광은 대략 100％의 효율로 반사되는 것이 보고되고 있다.
수직공진기형 면발광레이저의 반사미러로서 이러한 이차원(또는 일차원) 포토닉 결정을 광의 공진방향에 대해서 수직인 배치로 사용함으로써, 이 반사미러를 매우 얇은 막으로 구성할 수 있다.
즉, 종래 수㎛ 정도의 두꺼운 다층막으로 구성해 있던 반사미러를 수십nm에 서 수백nm 오더의 매우 얇은 막으로 구성할 수 있다.
그 때문에, 반사미러의 층두께에 의한 방열의 곤란함이나, 전기저항 등의 문제를 저감할 수 있다.
이하에, 이러한 반사 미러를 포토닉 결정미러로 기술한다.
비특허 문헌 2(H.T.Hattori　et　al.：Opt.　Express　11(2003) 1799)에는, 상기 일차원 포토닉 결정미러를 실제의 면발광레이저 디바이스로서, DBR 미러와 조합해서 공진기를 구성한 면발광레이저 구조의 수치계산 예가 개시되어 있다.
구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계산은 굴절률 주기구조에 형성한 층(코어층)의 상하의 층(클래드층)을 공기의 층이라고 가정하여 계산되어 있다.
도 2의 하부 측의 영역(206)은, 에어 갭층으로 부른다. 도 2에서, 면발광레이저는 반도체기판(200), DBR미러(202), 활성층(204), 에어갭층(클래드층)(206), 포토닉 결정미러(코어층)(208) 및 공공(210)을 포함하고 있다.
그러나, 도 2에 나타낸 비특허 문헌 2의 소자의 구성에서는, 전류주입에 의해 소자를 구동할 때에, 포토닉 결정미러(208) 직하에는 에어갭 층(206)이 형성되어 있기 때문에, 이 포토닉 결정미러(208) 직하의 활성 영역(204)에는, 캐리어를 주입하는 것이 곤란해진다.
본 발명은 면발광레이저의 반사미러를 포토닉 결정미러로 구성하는데 있어서, 이 포토닉 결정미러 직하의 활성영역에 캐리어를 효율적으로 주입하는 것이 가능해지는 수직공진기형 면발광레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 수직공진기형 면발광레이저는, 하부 미러를 구성하는 제 1 반사미러, 상부 미러를 구성하는 제 2 반사미러, 상기 제 1 반사미러와 제 2 반사미러 사이에 형성된 활성층; 및 상기 제 1 및 제 2 반사미러와 상기 활성층이 형성된 기판을 구비한 수직공진기형 면발광레이저로서, 상기 제 2 반사미러는 굴절률 주기구조를 가지고, 상기 굴절률 주기구조는 도전성을 가지는 제 1 매질과 상기 제 1 매질보다 굴절률이 낮은 제 2 매질로 이루어지고, 상기 제 2 매질이 상기 기판의 면에 평행한 평면에 주기적으로 배열되고, 상기 제 1 매질보다 굴절률이 낮은 제 3 매질로 형성된 층 구조가, 상기 굴절률 주기구조의 하부 측에, 상기 제 1 매질 내에 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저를 포함하고 있다.
본 발명에 의하면, 면발광레이저의 반사미러를 포토닉 결정미러로 구성하는데 있어서, 이 포토닉 결정미러 직하의 활성영역에 캐리어를 효율적으로 주입하는 것이 가능해지는 수직공진기형 면발광레이저를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 특징은 첨부도면을 참조한, 다음의 전형적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.　
다음에, 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 수직공진기형 면발광레이저에 대해 설명한다.
도 1에 본 실시형태의 수직공진기형 면발광레이저의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수직공진기형 면발광레이저는 기판(100), 제 1 반사미러(102), 제 1 클래드층(104), 활성층(106), 제 2 클래드층(108), 절연층(전류협착층)(110), 제 2 반사미러(112), 제 1 전극(114) 및 제 2 전극(116)을 포함하고 있다.
본 실시형태의 수직공진기형 면발광레이저는, 하부 미러를 구성하는 제 1 반사미러(102), 상부 미러를 구성하는 제 2 반사 미러(112), 제 1 반사미러(102)와 제 2 반사 미러(112) 사이에 형성된 활성층(106), 및 제 1 반사미러(102)와 제 2 반사 미러(112)와 활성층(106)이 형성된 기판을 구비하고 있다.
또한, 상기 제 2 반사 미러(112)는, 다음과 같은 슬랩형 이차원 포토닉 결정 미러에 의해 구성되어 있다.
즉, 제 2 반사미러(112)는 도전성을 가지는 제 1 매질(1100)과 상기 제 1 매질보다 굴절률이 낮은 제 2 매질(1102)을 포함하고 있는 굴절률 주기구조(포토닉 결정 구조)를 가지고 있다. 이 제 2 매질(1102)은 기판의 면에 대해서 평행한 평면에 주기적으로 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 제 2 반사미러(112)가 도전성을 가지는 매질(1100)에 의해 구성되어 있기 때문에, 캐리어 주입을 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 상기 굴절률 주기구조의 하부 측의 아래에는, 상기 제 1 매질(1100)보다 굴절률이 낮은 제 3 매질(1104)로 이루어진 층 구조가, 제 1 매질(1100) 내에 매입되도록 배치되어 있다.
제 3 매질(1104)의 굴절률은 제 1 매질(1100)보다 낮기 때문에, 굴절률 주기구조에 광이 제한되는 구성이 되고 있다. 즉, 굴절률 주기구조가 코어층으로서 기능하고, 제 3 매질(1104)이 클래드층으로서 기능한다.
또, 굴절률 구조를 구성하는 제 3 매질(1104)은 광의 제한을 고려하면, 상기 제 1 매질(1100)보다 10% 이상 굴절률이 낮은 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 매질(1100)은 상기 활성층(106)으로부터 발광되는 광에 대해서 투명하고 도전성을 가지는 재료에 의해 구성된다. 이 제 1 매질(1100)의 재료로서는, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화 주석, 산화 아연 등을 들 수 있다.
또, 제 2 매질(1102)의 재료로서는, 상기 활성층(106)으로부터 발광되는 광에 대해서 투명한 재료에 의해 구성된다. 이 제 2 매질(1102)로서는, 공기(공공)을 들 수 있다. 또, 제 2 매질(1102)을 질화 실리콘이나 불화 마그네슘 등을 매입해서 형성하여도 된다.
또한, 제 2 매질(1102)은 도전성을 가지는 재료로부터 형성되어도 된다. 이 경우, 제 1 매질(1100)로부터 주입된 캐리어가 제 2 매질(1102)을 개재하여 반도체층에 주입할 수도 있어서, 보다 효율이 좋은 캐리어 주입이 가능해진다.
또, 제 3 매질(1104)은 상기 활성층(106)으로부터 발광되는 광에 대해서 투명한 재료로 구성된다. 제 3 매질(1104)의 재료로서는, 도전체의 재료이어도 되고, 절연체의 재료이어도 된다.
이 제 3 매질(1104)의 재료로서는, 산화 실리콘, 질화 실리콘, 불화 마그네슘, 산화 주석 등을 들 수 있다.
다음에, 이차원 포토닉 결정 슬랩를 반사 미러로서 적용하는 원리에 대해 설명한다.
본 실시예에 의한 슬랩형 이차원 포토닉 결정은 GR효과(Guided　Resonance　효과)에 의해 미러로서 기능하고 있다.
상기 GR효과란, 슬랩면에 수직인 방향으로부터 슬랩형 이차원 포토닉 결정에 광이 입사하면, 소정의 주파수의 광이 대략 100％의 효율로 반사되는 현상을 의미한다.
즉, 상기 GR효과는 슬랩형 이차원 포토닉 결정을 개재하여 도파하는 모드가 특정의 방사 모드와 공명하는 것에 의해 발생한다.
또, 본 실시형태에서 형성된 굴절률 주기구조 중의 일부에 주기구조를 교란하는 부위(결함)를 도입한 구성을 채택하는 것도 가능하다.
이러한 결함의 형성에 의해 슬랩형 이차원 포토닉 결정의 발진모드 및 편광 모드를 제어하는 것이 가능해진다.
또, 이 구성에 있어서는, 결함을 도입하는 것으로 인한 구성의 포토닉 밴드중에 결함에 기인한 준위가 형성되고, 이차원 포토닉 결정미러에 입사한 광이 결함 준위에 기인한 모드에서만 기판의 표면에 평행한 평면에서 공진해서, 단일 모드화가 달성된다.
이 단일 모드화한 광이 입사광 측의 수직 방향으로 출사되어 활성층을 사이에 두도록 배치된 상하 두 개의 미러(이들 중의 적어도 한쪽이 결함을 가지는 슬랩형이차원 포토닉 결정미러임) 간을 공진해서, 최종적으로 면발광레이저의 코히런트인 광을 출사한다.
이 때, 공간적으로 국재한 단일 모드화한 광이 결합함으로써, 스폿직경이 큰 단일 모드광을 얻는 것이 가능해진다.
상기 특성은 이차원 포토닉 결정만이 아니라, 일차원 포토닉 결정에서도 발견될 수 있다.
이차원 포토닉 결정의 구성은 고굴절률 매질에 저굴절률 매질이 주기적으로 형성된 구성이 일반적이다.
이 경우에, 저굴절률 매질이 삼각 격자, 사각 격자, 벌집 격자 등의 형상으로 배열된 구성이 보고되어 있다. 저굴절률 매질의 주기나 체적을 변화시킴으로써, 미러의 반사 특성을 제어하는 것이 가능하다.
또한, 포토닉 결정의 굴절률 주기구조에 수직인 방향의 두께를 조정함으로써 반사특성을 제어하는 것도 가능하다.
또한, 이 두께는 포토닉 결정을 개재하여 이차원 평면으로 전반하는 광의 횡모드가 다중 모드가 되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 구성에 있어서, 저굴절률 매질과 고굴절률 매질을 서로 교체하는 구성도 채택할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 상기 제 1 반사미러(102)를 분포 브래그 반사미러로 구성하고, 상기 제 2 반사 미러를 상기 굴절률 주기구조체로 형성된 일차원 또는 이차원의 슬랩형 포토닉 결정으로 구성하는 형태를 채택하도록 하여도 된다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 전형적인 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에 있어서는, 본 발명을 적용해서 구성한 수직공진기형 면발광레이저에 대해서 설명한다.
도 3A 및 도 3B는 본 실시예의 수직공진기형 면발광레이저의 구성을 설명하는 개략도이다. 도 3A는 본 실시예의 수직공진기형 면발광레이저의 기판에 수직 방향의 개략적 단면도를 나타낸다.
또, 도 3B는 상부 공진기 미러를 그 면에 수직인 방향으로부터 본 개략적 평면도를 나타낸다.
도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 수직공진기형 면발광레이저는 사파이어 기판(300), AlGaN／GaN　DBR 미러(302), n형 GaN 클래드층(304), InGaN／GaN 다중 양자 우물(MQW) 활성층(306), 및 p형 GaN／AlGaN 클래드층(308)을 포함하고 있다.
상기 수직공진기형 면발광레이저는 산화 실리콘층(310), 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러(ITO층(3100), 공공(3102), 및 산화 실리콘층(3104)으로 구성됨)(312), n측 전극(314), 및 p측 전극(316)을 더 포함하고 있다.
본 실시형태의 수직공진기형 면발광레이저는, 공진기 중에 형성되는 정재파의 파복(波腹)이 활성층 위치 및 각 클래드층(304) 및 (308)과 상하 미러(DBR 미러(302) 및 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러(312))의 각각의 경계에서 형성되도록 배치되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제 1 반사 미러로서, 1／4 파장두께의 고굴절률 매질과 1／4 파장 두께의 저굴절률 매질을 교대로 적층한 Al0 .25Ga0 .75N／GaN(60 페어) DBR 미러를 사용한다.
또한, 제 2 반사 미러로서 본 실시예에 의한 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러(312)를 사용한다.
다음에, 본 실시형태에 의한 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러에 대해서 설명한다.
기판(300) 상에 성장된 반도체 적층 구조의 최상층에, 투명 도전층인 ITO층 (3100)(굴절률：2.2)을 형성한다. 이 ITO층(3100)에 공공(3102)을 형성함으로써 제작된 굴절률 주기구조는 ITO층(3100)의 상부면이 공기와 접촉하도록 형성되어 있다.
또한, 굴절률 주기구조는 하부면이 ITO층(3100)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 산화 실리콘층(3104)(굴절률：1.5)과 접촉하도록 배치되어 있다.
이러한 구성을 채택함으로써, 굴절률 주기구조를 형성한 층을 통한 광의 도파가 효율적으로 달성될 수 있다.
여기서, 각각의 공공(3102)은 원주 형상이며, 반경 40nm, 깊이 130nm이다.
또한, 공공(3102)은 240nm의 격자간격의 삼각격자의 형상으로 배열되어있다.
또, 산화 실리콘층(3104)의 두께는 100nm로 형성한다.
본 실시예에서 형성한 굴절률 주기구조(포토닉 결정) 영역은, 각각 20㎛의 길이를 가지는 변을 가지는 정방형의 형상으로 형성되어 있다.
본 실시예의 슬랩형 이차원 포토닉 결정은 상기한 GR효과를 이용해서 미러로서 기능하고 있다.
본 실시예에 있어서는, 최상면의 ITO층(3100) 상에 형성한 굴절률 주기구조(포토닉 결정)의 주위에 p측의 전극(316)을 링형상으로 형성하고 있다.
이 전극(316)으로부터 주입된 캐리어가 ITO층(3100)을 개재하여 반도체층에 주입되어 활성층(306)이 발광한다.
또, 본 실시예에 있어서는, 제 2 반사미러(슬랩형 이차원 포토닉결정미 러(312))와 p형 클래드층(p－GaN／AlGaN)(308)의 사이에 산화 실리콘층(310)을 형성하고, 산화 실리콘층의 일부를 제거하여 전류협착층을 형성한다. 이에 의해, 캐리어는 산화 실리콘층(3104)과 산화 실리콘층(310)의 사이를 통과해서, 활성층(306)의 중앙부에 주입된다. 이와 같이, 단일 횡모드 발진을 발생시키기 용이한 구성이 제공된다. 이러한 구성에 의해, 산화협착구조를 제작할 수 없는 GaN계의 레이저에 있어서도, 전류협착구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 GaN계의 레이저에 본발명을 적용하는 것을 상정하고 있다. 그러나, GaAs계의 레이저 등에 본 발명을 적용하는 경우, Al조성을 많이 포함하고 있는 AlGaAs 등의 수증기 산화에 의해 구성되는 산화협착구조를 사용함으로써 전류협착을 실현해도 된다.
다음에, 본 실시예의 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법에 대해서 설명한다.
도 4A 내지 도 6C에 본 실시예의 상기 면발광레이저의 제조방법을 설명하는 개략도가 예시되어있다.
도 4A 내지 도 4C는 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법의 제조공정의 일부를 설명하는 도면이다.
또, 도 5A 내지 도 5C는 도 4A 내지 도 4C의 제조공정의 일부에 계속되는 제조공정의 일부를 설명하는 도면이다.
또, 도 6A 내지 도 6C는 도 5A 내지 도 5C의 제조 공정의 일부에 계속되는 제조공정의 일부를 설명하는 도면이다.
우선, 도 4A에 도시된 바와 같이, GaN 기판(400) 상에 금속유기화학증착(MOCVD) 장치에 의해, 버퍼층을 개재하여 이하와 같이 각층을 성장시킨다.
AlGaN／GaN　DBR 미러층(402), n형 GaN 클래드층(404), InGaN／GaN　MQW 활성층(406), p형 GaN／AlGaN 클래드층(408)을 순차적으로 성장시킨다.
본 실시예에서는, 상기 각층을 이와 같이 성장시켜 반도체 적층층을 구성한다.
다음에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 GaN／AlGaN 클래드층(408) 상에 레지스트패턴(410)을 형성한다.
그 후, 도 4B에 도시된 바와 같이, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 에칭 장치를 사용하여, n형 GaN 클래드층(404)이 노출할 때까지 드라이 에칭해서, 높이 20㎛의 포스트를 형성한다.
다음에, 도 4C에 도시된 바와 같이, 플라즈마 CVD 장치를 사용해서 보호층으로서 산화 실리콘층(412)을 형성한다. 그 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 사용하여 전류협착구조를 형성한다.
다음에, 도 5A에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 장치를 사용해서 ITO층을 형성한다.
그 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 사용하여 ITO층(500)을 형성한다.
다음에, 도 5B에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 장치를 사용하여 산화 실리콘층을 형성한다.
그 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 사용하여 포스트 상에 형성된 ITO층 상에 산화 실리콘층(502)을 형성한다.
다음에, 도 5C에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 장치를 사용해서, ITO층을 형성한다.
그 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 사용하여 포스트 상에 형성한 산화 실리콘층을 덮도록 ITO층(504)을 형성한다.
다음에, 도 6A에 도시된 바와 같이, 전자빔 리소그래피 기술을 이용해서 ITO층(504) 위에 레지스트 패턴(600)을 형성한다.
다음에, 도 6B에 도시된 바와 같이, ICP 에칭 장치를 사용하여, ITO층(504)을 에칭한다. 이 때, 에칭 깊이는, 산화 실리콘층이 노출되도록 설정한다.
그 후, 잔류하는 레지스트를 산소 에싱에 의해 제거한다. 상기 공정의 이 부분에 있어서, 슬랩형 이차원 포토닉 결정(원주공, 삼각격자배열)이 형성된다.
다음에, 도 6C에 도시된 바와 같이, 리프트 오프 기술을 사용해서, n형 GaN 클래드층 상에 Ti／Al 캐소드를 형성한다.
마찬가지로, ITO층 상에 Au 어노드(602)를 형성한다.
상기 설명한 공정에 의해, 수직 공진기를 형성하는 반사미러로서 DBR미러와 슬랩형이차원 포토닉 결정미러를 사용한 구성의 수직공진기형 면발광레이저를 얻을 수 있다.
본 발명의 구성은 특히, 지금까지 전류 주입이 어렵다고 간주 되었던 III족 질화물반도체를 사용한 수직공진기형 면발광레이저에 유효하다.
물론, III－V족 화합물 반도체 또는 II－V족화합물 반도체를 사용하는 수직공진기형 면발광레이저에 적용하는 것도 가능하다.
이 구성에 의해, 본 실시예에 의한 슬랩형 이차원포토닉 결정을 미러로서 사용한 수직공진기형 면발광레이저는 종래의 면발광레이저보다 높은 반사율을 가지는 단일층의 미러를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 소자의 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 종래의 면발광레이저와 비교해서 발진임계치 전류가 작은 수직공진기형 면발광레이저를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 원주공의 주기를 삼각격자 배열로 배치했지만, 상기 주기의 배열은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 주기는 정방격자, 벌집격자 등 임의의 배열패턴으로 배열해도 된다. 또한, 상기 형상은 원주공으로 한정되는 것은 아니고, 타원주공, 사각주공, 삼각주공 등을 사용하여도 된다.
또한, 투명 도전막으로서 ITO층을 사용해도 되고, 또한 저굴절률 재료로서 도전성을 가지는 재료, 예를 들면 산화 주석 등의 재료를 이용해도 좋다.
또한, 본 실시예에서 나타낸, 성장, 리소그래피, 에칭, 에싱 및 증착에 사용한 수법(장치)은 상술한 수법(장치)으로 한정되는 것이 아니고, 동일한 효과를 얻을 수 있는 장치이면 어떠한 수법(장치)을 사용하여도 된다.
[실시예 2]
본 발명의 실시예 2의 수직공진기형 면발광레이저에 대해서 설명한다.
도 7은 본 실시예에 있어서의 수직공진기형 면발광레이저의 구성을 설명하기 위한 개략도를 나타낸다.
도 7에 예시된 수직공진기형 면발광레이저는 사파이어 기판(700), AlGaN／GaN　DBR미러(702), n형 GaN 클래드층(704), InGaN／GaN 다중양자 우물(MQW)활성층(706), 및 p형 GaN／AlGaN 클래드층(708)을 포함하고 있다.
수직공진기형 면발광레이저는 산화 실리콘막(710), 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러(712)(ITO층(7100), 공공(7102), 결함(7104), 산화 실리콘층(7106)를 포함함), n측 전극(714), 및 p측 전극(716)을 부가하여 포함하고 있다.
본 실시예에 있어서는, 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러의 구성을 제외하고 소자의 기본적인 구성은 실시예 1과 동일하다.
따라서, 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러에 대해서만, 도 7을 참조하면서 설명한다.
본 실시예의 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러는, 실시예 1과 마찬가지로, ITO(7100)를 제 1 매질로서 사용하고, 공공(7102)을 제 2 매질로서 사용하고, 산화 실리콘(7106)을 제 3 매질로서 사용하도록 구성된다.
본 실시예에서는, 공공(원주공)(7102)이 삼각격자 배열로 배치되어 있고, 공공의 일부에 공공(7102)의 주기를 교란하는 부위, 이른바 결함(7104)이 도입되어 있다.
본 실시예의 소자의 제조 방법은 실시예 1의 제조방법과 대략 동일하다.
상기 공정의 다른 부분은 제 1 매질인 ITO층(7100)에 굴절률 주기구조를 형성할 때에 사용하는 전자빔 리소그래피 패턴을 바꾸는 것이다. 상기 공정의 그외 부분은 기본적으로 실시예 1과 마찬가지이다.
본 실시예에서는, 결함(7104)의 도입에 의해 포토닉 밴드 중에 결함에 기인한 준위가 형성되어 이차원 포토닉 결정미러에 입사한 광이, 결함준위에 기인한 모드만으로 2차원 방향에서 공진한다. 그 결과, 광의 단일 모드화를 실현할 수 있다.
이 단일 모드화한 광이, 입사광측의 수직 방향으로 출사되어, 이들 사이에 활성층을 두도록 형성한 상하 두 개의 미러(미러의 적어도 한쪽이 결함(7104)을 가진 슬랩형 이차원 포토닉 결정미러(712)) 간을 공진한다. 다음에, 최종적으로 수직공진형 면발광레이저는 코히런트인 광을 출사한다.
이 때, 공간적으로 국재한 단일 모드화한 광을 결합함으로써, 스폿직경이 큰 단일 모드광을 얻는 것이 가능해진다.
도입된 결함의 주기적 배치나 이들의 비주기적 배치 중 어느 것도 결함의 형태로서 채택할 수 있다. 어느 경우에서도, 결함에 국재한 광이 서로 결합 가능한 거리내 에 있는 것이 필요하고, 이러한 거리는 2주기 이상, 10주기 이하의 범위가 바람직하다.
본 실시예에서는, 공공(7102)의 일부를 제거하여 결함(7104)을 형성했지만, 상기 결함(7104)의 형성은 이 방법으로 한정되는 것이 아니다. 상기 결함은 공공의 직경(원주공의 직경)을 변경(크게 하거나 작게)함으로써 결함을 형성해도 된다.
본 발명을 전형적인 실시예를 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다음의 특허청구 범위는, 모든 이러한 변경 및 균등한 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석되 어야 한다.
도 1은 본 발명의 전형적인 실시예의 수직공진기형 면발광레이저의 기본구성을 나타내는 개략적 단면도;
도 2는 비특허 문헌 2에 개시된 수직공진기형 면발광레이저의 기본구성을 나타내는 개략적 단면도;
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시예 1의 수직공진기형 면발광레이저의 구성을 설명하기 위한 개략도이며, 도 3A는 실시예 1의 수직공진기형 면발광레이저의 기판에 대한 수직방향의 개략적 단면도이고, 도 3B는 상부 공진기 미러를 상기 미러의 면에 대한 수직방향으로부터 본 개략적 평면도;
도 4A, 도 4B, 및 도 4C는 본 발명의 실시예 1의 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법을 설명하는 개략도이며, 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법의 제조공정의 각 부분을 각각 설명하는 도면;
도 5A, 도 5B, 및 도 5C는 본 발명의 실시예 1의 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법을 설명하는 도면이며, 도 4A 내지 도 4C의 제조공정의 부분에 계속되는 제조공정의 각 부분을 각각 설명하는 도면;
도 6A, 도 6B, 및 도 6C는 본 발명의 실시예 1의 수직공진기형 면발광레이저의 제조방법을 설명하는 도면이며, 도 5A 내지 도 5C의 제조공정의 일부에 계속되는 제조공정의 각 부분을 각각 설명하는 도면;
도 7은 본 발명의 실시예 2의 수직공진기형 면발광레이저의 구성을 나타내는 개략적 단면도.
[주요부분에 대한 도면부호의 설명]
100: 기판 102: 제 1 반사미러
104: 제 1 클래드층 104: 제 2 클래드층
106: 활성층 110: 절연층전류협착층
112: 제 2 반사미러 114: 제 1 전극
116: 제 2 전극 300: 사파이어 기판
310: 산화실리콘층 312,712: 슬랩형2차원 포토닉결정미러
314,714: n측전극 316,716: p측전극
1100: 제 1 매질 1102: 제 2 매질

Claims (9)

  1. 하부 미러를 구성하는 제 1 반사미러;
    상부 미러를 구성하는 제 2 반사미러;
    상기 제 1 반사미러와 제 2 반사미러 사이에 형성된 활성층; 및
    상기 제 1 및 제 2 반사미러와 상기 활성층이 형성된 기판;
    을 구비한 수직공진기형 면발광레이저로서,
    상기 제 2 반사미러는 굴절률 주기구조를 가지고, 상기 굴절률 주기구조는 도전성을 가지는 제 1 매질과 상기 제 1 매질보다 굴절률이 낮은 제 2 매질로 이루어지고, 상기 제 2 매질이 상기 기판의 면에 평행한 평면에 주기적으로 배열되고,
    상기 제 1 매질보다 굴절률이 낮은 제 3 매질로 형성된 층 구조가, 상기 굴절률 주기구조의 하부 측에, 상기 제 1 매질 내에 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 매질 및 제 2 매질의 각각은, 상기 활성층으로부터 발광되는 광에 대해서 투명한 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 매질은, 상기 제 1 매질보다 10% 이상 굴절률이 낮은 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 매질은, 상기 활성층에서 발광되는 광에 대해서 투명한 재료에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3의 매질은, 절연재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  6. 제 5 항에 있어서,
    전류협착구조는, 상기 제 1 매질 하부에 형성되어 있는 절연체와 상기 제 3 매질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 매질은, ITO로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 매질은, 산화 실리콘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절률 주기구조는, 상기 굴절률 주기구조 중의 주기를 교란하는 부위를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수직공진기형 면발광레이저.
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