KR20130112841A - 수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 레이저는, 실리콘 기판; 실리콘 기판 상의 하부 반사 층; 상기 하부 반사 층 상의 광 생성 층; 및 상기 광 생성 층 상의 상부 반사 층을 포함한다. 여기서, 상기 하부 반사 층, 상기 광 생성 층, 및 상기 상부 반사 층은 상기 제 1 불순물 층 상에 웨이퍼 접합에 의해 단일 집적된 Ⅲ-Ⅴ반도체 광원 활성층을 포함할 수 있다.

Description

수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법{VCSEL and manufacturing method of the same}
본 발명은 광원에 관한 것으로, 구체적으로 수직공진 표면방출 레이저에 관한 것이다.
고효율 저비용 광집적회로와 이를 구동하는 실리콘 전자소자는 실리콘 기판을 기반으로 한 레이저 광원의 집적화를 필수적으로 요구하고 있다. 실리콘과 같은 간접 밴드갭 (indirect bandgap) 물질은 광생성 효율이 낮아 실리콘만으로 이루어진 광원의 구현이 어렵다는 문제점이 있다. 일반적으로 다음과 같은 방법을 사용하여 실리콘 기판 상에 레이저 광원 칩을 실장하고 있다. 광생성 효율이 뛰어난 직접 밴드갭 (direct bandgap) 물질을 가지는 기판 위에 레이저 광원 칩을 제작할 수 있다. 이후, 레이저 광원 칩을 플립칩 (flip chip) 방법으로 실리콘 기판 상에 실장할 수 있다. 그러나, 일반적인 레이저 광원의 제조방법은 레이저 광원 칩을 정렬하고 본딩하는 공정의 단위 시간당 처리량 (throughput)이 느리기 때문에 생산성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 플립칩 본딩 후 개별 광원 칩과 실리콘 기판의 높이 차가 약100μm 이상 발생될 수 있다. 때문에 일반적인 레이저 광원의 제조방법은 전기적 배선등을 포함한 패키징 공정에 부가적인 어려움이 따를 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생산성을 향상시킬 수 있는 수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 효율적인 전기적 저항 특성의 전도성 접합 계면을 갖는 수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저는, 실리콘 기판; 실리콘 기판 상의 하부 반사 층; 상기 하부 반사 층 상의 광 생성 층; 및 상기 광 생성 층 상의 상부 반사 층을 포함한다. 여기서, 상기 하부 반사 층, 상기 광 생성 층, 및 상기 상부 반사 층은 상기 실리콘 기판 상에 웨이퍼 접합에 의해 단일 집적된 Ⅲ-Ⅴ반도체 광원 활성 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 기판은, 벌크 실리콘 층; 및 상기 벌크 실리콘 층 상의 제 1 불순물 층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층은 전도성 접합 계면(conductive bonding surface)을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 불순물 층은 제 1 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 상기 하부 반사 층은 상기 제 1 불순물 층과 동일한 도전형을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층 사이의 가장자리에 배치된 하부 전류 조리개를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 하부 전류 조리개는 상기 제 1 도전형 불순물로 도핑되고, 상기 제 1 불순물 층의 상기 도전형 불순물보다 작은 농도의 상기 도전형 불순물로 도핑된 제 2 불순물 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 생성 층은 상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층 사이의 가장자리에 배치된 상부 전류 조리개(current aperture)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 상부 전류 조리개는 산화막 또는 언더 컷을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층 사이의 접합 박막 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 접합 박막 층은 금속 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하부 반사 층 외곽의 상기 제 1 불순물 층 상의 하부 전극; 및 상기 상부 반사 층 상의 상부 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법은, 실리콘 기판을 제공하는 단계; Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판 및 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판 상의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 포함하는 웨이퍼를 상기 실리콘 기판에 접합(bonding)하는 단계; 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 기판의 가장자리 상의 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 제거하여 하부 반사 층, 광 생성 층, 및 상부 반사 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 웨이퍼 접합 단계는, 표면 활성화 접합 방법 또는 소수성 직접 접합 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 패터닝 단계는, 상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층 사이의 상기 광 생성 층의 가장자리에 상부 전류 조리개를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 기판의 제공 단계는, 상기 실리콘 기판의 상부 표면에 제 1 불순물 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 하부 반사 층의 둘레에 대응되는 상기 제 1 불순물 층의 가장자리에 하부 전류 조리개를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하부 전류 조리개는 상기 제 1 불순물 층에 도핑된 제 1 도전형 불순물보다 높은 농도의 상기 제 1 도전형 불순물로 도핑된 제 2 불순물 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 웨이퍼 접합 단계는, 상기 실리콘 기판과 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층 사이에 금속 접합 층을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 수직공진 표면방출 레이저는 전도성 접합 계면을 갖는 실리콘 기판과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 포함할 수 있다. 실리콘 기판과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층은 웨이퍼 본딩에 의해 용이하게 접합될 수 있다. 웨이퍼 본딩은 실리콘 기판과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층 사이에 열적 및 전기적 저항을 효율적 및 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들에 따른 수직공진 표면방출 레이저 및 그의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1에 근거하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 도 7를 근거로 하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다
도 12는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
(제 1 실시 예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 보여준다. 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저는 실리콘 기판(10), Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20), 하부 전극(32), 및 상부 전극(34)을 포함할 수 있다.
실리콘 기판(10)은 4족 반도체 기판으로 단결정 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 실리콘 기판(10)은 벌크 실리콘 층(12), 제 1 불순물 층(14)을 포함할 수 있다. 제 1 불순물 층(14)은 벌크 실리콘 층(12)의 상부에 배치될 수 있다. 제 1 불순물 층(14)은 제 1 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 1 도전형 불순물은 억셉터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형 불순물은 보론(boron) 또는 갈륨(Gallium)을 포함할 수 있다.
Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 웨이퍼 접합(wafer bonding)에 의해 실리콘 기판(10) 상에 단일 집적(monolithically integrated)될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 메사(mesa) 모양을 가질 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 하부 반사 층(22), 광 생성 층(24), 상부 반사 층(26), 및 상부 전류 조리개(28)를 포함할 수 있다.
하부 반사 층(22)은 제 1 불순물 층(14) 상에 배치될 수 있다. 제 1 불순물 층(14)과 하부 반사 층(22)은 전도성 접합 계면(conductive bonding surface, 42)을 가질 수 있다. 전도성 접합 계면(42)은 제 1 불순물 층(14)과 하부 반사 층(22)의 오믹 접촉 저항(Ohmic contact resistance) 특성을 제공할 수 있다. 오믹 접촉 저항 특성은 바이어스 전압 대비 출력 전류가 선형적으로 나타나는 것으로 정의될 수 있다. 바이어스 전압은 제 1 불순물 층(14)와 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 사이에 제공될 수 있다. 출력 전류는 제 1 불순물 층(14)에서 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)으로 흐를 수 있다. 하부 반사 층(22)은 제 1 도전형 불순물로 도핑된 InP, AlGaAs, 또는InGaP을 포함할 수 있다.
광 생성 층(24)은 하부 반사 층(22) 상에 배치될 수 있다. 광 생성 층(24)은 양자우물 구조(quantum well structure) 및 양자점 구조(quantum dot) 의 InGaAsP, InGaAlAs, AlGaAs, InAlAs, InGaP, GaAs, 또는 InGaAs를 포함할 수 있다.
상부 반사 층(26)은 광 생성 층(24) 상에 배치될 수 있다. 상부 반사 층(26)은 제 2 도전형 불순물로 도핑된 InP, AlGaAs, 또는 InGaP를 포함할 수 있다. 제 2 도전형 불순물은 제 1 도전형 불순물과 반대되는 도전형을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 2 도전형 불순물은 도너일 수 있다. 예를 들어, 제 2 도전형 불순물은 인(phosphorus) 또는 아세닉(arsenic)을 포함할 수 있다.
상부 전류 조리개(28)는 하부 반사 층(22)과 상부 반사 층(26) 사이의 광 생성 층(24)의 가장자리에 배치될 수 있다. 상부 전류 조리개(28)은 산화막 또는 언더 컷(under cut)을 포함할 수 있다. 산화막은 광 생성 층(24)의 가장자리가 산화된 것일 수 있다. 언더 컷은 광 생성 층(24)의 가장자리가 상부 반사 층(26)과 하부 반사 층(22)의 가장자리보다 줄어든 것이다.
상부 전극(34)은 상부 반사 층(26) 상에 배치될 수 있다. 하부 전극(32)은 하부 반사 층(22) 외곽의 제 1 불순물 층(14) 상에 배치될 수 있다. 하부 전극(32)과 상부 전극(34) 금속 층을 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 6은 도 1에 근거하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다.
도 2를 참조하면, 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 제 1 불순물 층(14)을 형성한다. 제 1 불순물 층(14)의 형성 공정은 제 1 도전형 불순물의 이온주입 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 불순물 층(14)은 약 1X1018EA/cm3 이상의 제 1 도전형 불순물을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 웨이퍼(60)를 접합(bonding)한다. 웨이퍼(60)는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)과, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50) 상의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 포함할 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 하부 반사 층(22), 광 생성 층(24), 및 상부 반사 층(26)을 포함할 수 있다.
웨이퍼(60) 접합 단계는 표면 활성화 접합(surface activated bonding) 방법 또는 소수성 직접 접합(hydrophobic direct bonding) 방법을 포함할 수 있다. 웨이퍼(60) 접합은 하부 반사 층(22)과 실리콘 기판(10) 사이에 전도성 접합 계면(42)을 형성시킬 수 있다. 웨이퍼(60) 접합은 실리콘 기판(10)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 사이에 열적 및 전기적 저항을 효율적 및 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)을 제거한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)의 제거 단계는 건식식각방법, 습식식각방법, 또는 레이저 식각방법을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 불순물 층(14) 외곽의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 제거한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 제 1 불순물 층(14) 상에 메사 모양으로 형성될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)의 제거 단계는, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 하부 반사 층(22)과 상부 반사 층(26) 사이의 광 생성 층(24)의 가장자리에 상부 전류 조리개(28)를 형성한다. 상부 전류 조리개(28)는 산화막, 또는 언더 컷을 포함할 수 있다. 산화막은 광원 활성 층(24)의 제거 공정 후 열처리 공정에 의해 형성될 수 있다. 광 생성 층(24)의 박막 구조 중 일부 층은 하부 반사 층(22)과 상부 반사 층(26)에 비해 고온 환경에서 산소와 빠르게 반응될 수 있다. 따라서, 열처리 공정 중 하부 반사 층(22)과 상부 반사 층(26)에 비하여 광 생성 층(24) 내의 산화용 박막 층은 중심부로 빠르게 산회되어 상부 전류 조리개(28)를 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 산화막은 포토리소그래피 공정 또는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 언더 컷은 광 생성 층(24)의 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 상부 반사 층(26)과 제 1 불순물 층(14) 상에 상부 전극(34)과 하부 전극(32)을 각각 형성한다. 상부 전극(34) 및 하부 전극(32)의 형성 단계는 금속 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 및 식각 공정을 포함할 수 있다.
(제 2 실시 예)
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 보여준다. 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저는 제 1 불순물 층(14)과 하부 반사 층(22) 사이에 배치된 제 2 불순물 층(16)을 포함할 수 있다. 제 2 불순물 층(16)은 제 1 도전형 불순물로 도핑될 수 있다. 제 2 불순물 층(16)은 하부 조리개일 수 있다. 제 2 불순물 층(16)은 제 1 불순물 층(14)의 상부 표면의 가장자리에 배치될 수 있다.
제 1불순물 층(14)의 상부 표면의 중심은 제 2불순물 층(16)의 상부 표면과 동일한 레벨을 가질 수 있다. 제 1불순물 층(14)의 상부 표면의 중심과 하부 반사 층(22)은 전도성 접합 계면(42)을 갖고 연결될 수 있다. 제 2 불순물 층(16)의 제 1 도전형 불순물 농도는 제 1 불순물 층(14)의 제 1 도전형 불순물 농도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제 2 불순물 층(16)은 약 1X1017 EA/cm3 이하의 제 1 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 전류는 제 1 불순물 층(14) 및 하부 반사 층(22) 사이의 전도성 접합 계면(42)을 통하여 전달될 수 있다.
제 2 실시 예는 제 1 실시 예에서의 상부 전류 조리개(28)가 생략되고, 하부 조리개의 제 2 불순물 층(16)을 갖는 것이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다.
도 8을 참조하면, 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16)을 형성한다. 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16)의 형성 단계는 제 1 도전형 불순물의 이온주입 공정을 포함할 수 있다. 이온주입 공정은 복수 회에 걸쳐 수행될 수 있다. 제 1 불순물 층(14)이 형성된 후에 제 2 불순물 층(16)은 형성될 수 있다. 먼저, 실리콘 기판(10)에 제 1 도전형 불순물을 이온주입하여 제 1 불순물 층(14)을 형성할 수 있다. 이후, 제 1 불순물 층(14) 내에 제 2 도전형 불순물을 이온주입하여 제 2 불순물 층(16)을 형성할 수 있다. 제 2 불순물 층(16) 내의 일부의 제 1 도전형 불순물은 제 2 도전형 불순물과 결합하여 제 1 도전 형을 상실하고, 나머지의 제 1 도전형 불순물은 잔존하여 제 2 불순물 층(16)에 제 1 도전형을 부여할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16) 상에 웨이퍼(60)를 접합(bonding)한다. 웨이퍼(60)는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 포함할 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16)에 접합될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)과 제 1 불순물 층(14)은 전도성 접합 계면(42)을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)을 제거한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)의 제거 단계는 건식식각방법, 습식식각방법, 또는 레이저 식각방법을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 1 불순물 층(14) 외곽의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 제거한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)의 제거 단계는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함할 수 있다. 식각 공정은 건식식각방법 또는 습식식각방법을 포함할 수 있다.
도 7을 다시 참조하면, 상부 반사 층(26)과 제 1 불순물 층(14) 상에 상부 전극(34)과 하부 전극(32)을 각각 형성한다.
(제 3 실시 예)
도 12는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 보여준다. 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저는 제 2 불순물 층(16)과 상부 전류 조리개(28)을 포함할 수 있다. 제 2 불순물 층(16)은 실리콘 기판(10) 내에 배치될 수 있다. 상부 전류 조리개(28)는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 내에 배치될 수 있다. 제 2 불순물 층(16) 및 상부 전류 조리개(28)은 각각 실리콘 기판(10)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 내에서의 전류를 조절할 수 있다. 제 3 실시 예는 제 1 실시 예에서의 상부 전류 조리개(28)와 제 2 실시 예에서의 하부 전류 조리개의 제 2 불순물 층(16)을 포함한 것이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도 8을 다시 참조하면, 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16)을 형성한다. 제 1 불순물 층(14) 및 제 2 불순물 층(16)은 이온주입 공정에 의해 순차적으로 형성될 수 있다.
도 9를 다시 참조하면, 제 1 불순물 층(14)과 제 2 불순물 층(16) 상에 웨이퍼(60)를 접합(bonding)한다.
도 10을 다시 참조하면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)을 제거한다.
도 11을 다시 참조하면, 제 1 불순물 층(14) 외곽의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 제거한다.
도 13을 참조하면, 광 생성 층(24)의 가장자리에 상부 전류 조리개(28)를 형성한다.
도 12를 다시 참조하면, 상부 반사 층(26)과 제 1 불순물 층(14) 상에 상부 전극(34)과 하부 전극(32)을 각각 형성한다.
(제 4 실시 예)
도 14는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저를 보여준다. 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저는 실리콘 기판(10)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 사이의 금속 접합 층(40)을 포함할 수 있다. 금속 접합 층(40)은 접합 박막 층일 수 있다. 금속 접합 층(40)과 실리콘 기판(10)은 오믹 접촉 저항(Ohmic contact resistance) 특성을 갖고 접합될 수 있다. 금속 접합 층(40)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 오믹 접촉 저항 특성을 갖고 접합될 수 있다. 따라서, 실리콘 기판(10)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제 4 실시 예는 제 1 실시 예의 실리콘 기판(10)과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20) 사이의 금속 접합 층(40)을 포함한 것이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법을 나타내는 공정단면도들이다.
도 2를 다시 참조하면, 실리콘 기판(10)의 상부 표면에 제 1 불순물 층(14)을 형성한다.
도 15를 참조하면, 실리콘 기판(10), 금속 접합 층(40), 및 웨이퍼(60)를 접합한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 금속 접합 층(40)은 실리콘 기판(10) 상에 접합될 수 있다. 또한, 금속 접합 층(40)은 웨이퍼(60) 상에 접합될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경 가능하다. 예를 들어, 금속 접합 층(40)은 실리콘 기판(10)과 웨이퍼(60) 상에 각각 접합된 후에 다시 상기 금속 접합 층(40)들이 접합될 수 있다. 금속 접합 층(40)은 웨이퍼(60)의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)에 접합될 수 있다.
도 16을 참조하면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(50)을 제거한다.
도 17을 참조하면, 제 1 불순물 층(14) 외곽의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)을 제거한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층(20)은 메사 모양으로 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 광 생성 층(24) 가장자리에 상부 전류 조리개(28)을 형성한다.
도 14를 다시 참조하면, 상부 반사 층(26)과 제 1 불순물 층(14) 상에 상부 전극(34)과 하부 전극(32)을 각각 형성한다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 실리콘 기판 12: 벌크 실리콘 층
14: 제 1 불순물 층 16: 제 2 불순물 층
20: Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층 22: 하부 반사 층
24: 광 생성 층 26: 상부 반사 층
28: 상부 전류 조리개 32: 하부 전극
34: 상부 전극 40: 금속 접합 층
42: 전도성 접합 계면 50: Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판
60: 웨이퍼

Claims (17)

  1. 실리콘 기판;
    실리콘 기판 상의 하부 반사 층;
    상기 하부 반사 층 상의 광 생성 층; 및
    상기 광 생성 층 상의 상부 반사 층을 포함하되,
    상기 하부 반사 층, 상기 광 생성 층, 및 상기 상부 반사 층은 상기 제 1 불순물 층 상에 웨이퍼 접합에 의해 단일 집적된 Ⅲ-Ⅴ반도체 광원 활성층을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판은,
    벌크 실리콘 층; 및
    상기 벌크 실리콘 층 상의 제 1 불순물 층을 포함하되,
    상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층은 전도성 접합 계면(conductive bonding surface)을 갖는 수직공진 표면방출 레이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 불순물 층은 도전형 불순물로 도핑된 실리콘 기판을 포함하되,
    상기 하부 반사 층은 상기 제 1 불순물 층과 동일한 도전형을 갖는 수직공진 표면방출 레이저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층 사이의 가장자리에 배치된 하부 전류 조리개를 더 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 전류 조리개는 상기 제 1 도전형 불순물로 도핑되고, 상기 제 1 불순물 층의 상기 제 1 도전형 불순물보다 작은 농도의 상기 제 1 도전형 불순물로 도핑된 제 2 불순물 층을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 생성 층은 상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층 사이의 가장자리에 배치된 상부 전류 조리개(current aperture)를 갖는 수직공진 표면방출 레이저.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 전류 조리개는 산화막 또는 언더 컷을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 불순물 층과 상기 하부 반사 층 사이의 접합 박막 층을 더 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접합 박막 층은 금속 층을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 반사 층 외곽의 상기 제 1 불순물 층 상의 하부 전극; 및
    상기 상부 반사 층 상의 상부 전극을 더 포함하는 수직공진 표면방출 레이저.
  11. 실리콘 기판을 제공하는 단계;
    Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판 및 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판 상의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 포함하는 웨이퍼를 상기 실리콘 기판에 접합(bonding)하는 단계;
    상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판 가장자리 상의 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 제거하여 하부 반사 층, 광 생성 층, 및 상부 반사 층을 형성하는 단계를 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 접합 단계는, 표면 활성화 접합 방법 또는 소수성 직접 접합 방법을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층을 패터닝 단계는,
    상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층 사이의 상기 광 생성 층의 가장자리에 상부 전류 조리개를 형성하는 단계를 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 제공 단계는,
    상기 실리콘 기판의 상부 표면에 제 1 불순물 층을 형성하는 단계를 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부 반사 층의 둘레에 대응되는 상기 제 1 불순물 층의 가장자리에 하부 전류 조리개를 형성하는 단계를 더 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하부 전류 조리개는 상기 제 1 불순물 층에 도핑된 제 1 도전형 불순물보다 높은 농도의 상기 제 1 도전형 불순물로 도핑된 제 2 불순물 층을 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 접합 단계는,
    상기 실리콘 기판과 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 광원 활성 층 사이에 금속 접합 층을 제공하는 단계를 포함하는 수직공진 표면방출 레이저의 제조방법.
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