KR20200001177A - A vertical-cavity surface-emitting laser device and light emitting device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.Embodiments relate to a surface emitting laser device and a light emitting device including the same.
GaAs, AlGaAs 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 이용하여 다양한 파장대역의 광을 방출할 수 있어, 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.A semiconductor device including a compound such as GaAs or AlGaAs may emit light of various wavelength bands by using a wide and easy to adjust band gap energy, and thus may be variously used as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
특히, 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선의 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.In particular, light emitting devices such as light emitting diodes or laser diodes using Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductor materials have been developed using thin film growth technology and device materials. Various colors such as ultraviolet rays can be realized, and efficient white light can be realized by using fluorescent materials or by combining colors.Low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, It has the advantages of safety and environmental friendliness.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자는 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장대역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장대역에 이르는 다양한 파장대역의 빛을 수광할 수 있다. 또한 반도체 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 채택될 수 있다.In addition, when a light receiving device such as a photodetector or a solar cell is manufactured by using a group 3-5 or group 2-6 compound semiconductor material, the development of device materials absorbs light in various wavelength bands, thereby generating a photocurrent. It can receive light in various wavelength bands, ranging from radio wavelength bands. In addition, semiconductor devices have the advantages of fast response speed, safety, environmental friendliness, and easy control of device materials, so that they can be easily adopted in power control or microwave circuits or communication modules.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 시스템의 송수신 모듈, 액정표시장치LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 유닛, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드와 같은 조명 장치, 자동차의 헤드 라이트, 신호등 또는 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다.Therefore, the semiconductor device may replace a transmission / reception module of an optical communication system, a light emitting unit that replaces a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) constituting a backlight of a liquid crystal display (LCD), a fluorescent lamp, or an incandescent bulb. Applications are expanding to lighting devices such as white light emitting diodes, automotive headlights, traffic lights or sensors to detect gas or fire.
또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자로서 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL) 소자가 있다. 표면발광레이저 소자는 광 통신, 광병렬 처리, 광연결 등에 사용되고 있다. 한편, 이러한 통신용 모듈에서 사용되는 레이저 다이오드의 경우, 저전류에서 작동하기 용이하도록 설계되어 있다. In addition, the semiconductor device may be extended to high frequency application circuits, other power control devices, and communication modules. For example, there is a surface-emitting laser (VCSEL) device as a semiconductor device. Surface emitting laser devices are used in optical communication, optical parallel processing, optical connection, and the like. On the other hand, the laser diode used in such a communication module is designed to be easy to operate at a low current.
한편 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 최근 표면발광레이저 소자가 센서용 고전압 패키지(High Power PKG)에 적용되면서 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.On the other hand, the response speed is important in the existing data optical communication structure, but recently, as the surface emitting laser device is applied to a high power package for a sensor, light output and voltage efficiency become important characteristics.
표면발광레이저 소자는 3D 센싱 카메라에 채택된다. 예를 들어, 3D 센싱 카메라는 객체의 심도 정보(Depth Information)를 포착할 수 있는 카메라로서, 최근 증강현실과 맞물려 각광을 받고 있다. 한편, 카메라 모듈의 심도 센싱을 위해서는 별도 센서를 탑재하며, 구조광(Structured Light: SL) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식 등 두 가지로 구분된다.Surface-emitting laser devices are employed in 3D sensing cameras. For example, a 3D sensing camera is a camera capable of capturing depth information of an object, and has recently been in the spotlight in conjunction with augmented reality. On the other hand, a depth sensor of the camera module is equipped with a separate sensor, it is divided into two types, such as a structured light (SL) method and ToF (Time of Flight) method.
구조광(SL) 방식은 특정 패턴의 레이저를 피사체에 방사한 후, 피사체 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 바탕으로 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다. In the structured light (SL) method, a laser of a specific pattern is emitted to a subject, the depth of field is calculated based on the degree of deformation of the pattern according to the shape of the subject surface, and then synthesized with the photograph taken by the image sensor to display the 3D photographing result. You get
이에 비해 ToF 방식는 레이저가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다.In contrast, the ToF method calculates the depth by measuring the time when the laser is reflected back to the subject, and then synthesizes it with the photograph taken by the image sensor to obtain a 3D photographing result.
이에 따라 SL 방식은 레이저가 매우 정확하게 위치해야 하는 반면에, ToF 기술은 향상된 이미지센서에 의존한다는 점에서 대량 생산에 유리한 장점이 있으며, 하나의 휴대폰에 어느 하나의 방식 또는 두 가지 방식 모두를 채용할 수도 있다.As a result, the SL method has an advantage in mass production in that the laser has to be positioned very precisely, while the ToF technology relies on an improved image sensor, and it is possible to employ either method or both in one mobile phone. It may be.
예를 들어, 휴대폰의 전면에 트루뎁스(True Depth)라는 3D 카메라를 SL 방식으로 설치되고, 후면에는 ToF 방식으로 설치될 수 있다.For example, a 3D camera called True Depth may be installed in the SL method on the front of the mobile phone, and may be installed in the ToF method on the back of the mobile phone.
종래의 표면발광레이저 소자는 다음가 같은 문제가 있다.The conventional surface emitting laser device has the following problems.
첫번째로, VCSEL 구조에서는 많은 수의 반사층, 예를 들어 DBR(distributed Bragg reflector)을 통해 반사율을 증대시킨다. 예를 들어, DBR은 AlxGaAs 계열의 물질을 Al의 농도를 달리하여 교대로 배치하게 하여 반사율을 증대시킨다. 그런데, 이러한 DBR에서 직렬 저항(series resistance)이 발생하는 문제를 해결하기 위해, DBR의 도핑농도를 증가시켜서 저항을 낮추어 전압효율을 향상시키려는 시도가 있다. 그러나 도핑농도의 증가 시 도펀트에 의해 내부 광흡수가 발생되어 광출력 저하되는 기술적 모순상황이 발생하고 있다.First, the VCSEL structure increases reflectance through a large number of reflective layers, for example, distributed Bragg reflectors (DBRs). For example, DBR increases the reflectivity by alternately arranging AlxGaAs-based materials with different Al concentrations. However, in order to solve a problem in which series resistance occurs in the DBR, an attempt is made to improve the voltage efficiency by increasing the doping concentration of the DBR to lower the resistance. However, when the doping concentration is increased, there is a technical contradiction in which the internal light absorption is generated by the dopant and the light output is lowered.
또한, DBR은 AlxGaAs 계열의 물질을 Al의 농도를 달리하여 교대로 배치함에 따라 DBR 내의 인접하는 층 사이의 계면(interface)에서 발생되는 에너지 밴드 벤딩(Energy Band Bending)에 의해 전기장(Electric Field)이 발생되고 있고, 이러한 전기장은 캐리어 장벽(Carrier Barrier)으로 작용하여 광출력이 저하되는 문제가 발생되고 있다. In addition, the DBR is arranged by alternating AlxGaAs-based materials with different Al concentrations, thereby reducing the electric field by the energy band bending generated at the interface between adjacent layers in the DBR. The electric field acts as a carrier barrier, resulting in a decrease in light output.
두번째로, VCSEL 소자가 채택된 고출력 패키지(high power package)의 개발 시에는 광 출력과 전압 효율이 중요한 특성인데, 광 출력과 전압효율을 동시에 향상시키는데 한계가 있다. 예를 들어, VCSEL 소자는 활성층과 캐비티(cavity)를 포함하는 활성 영역을 구비하는데, 이러한 활성 영역은 내부 저항이 높아 구동전압이 상승하여 전압효율이 저하되는 기술적 문제점이 있다.Second, optical power and voltage efficiency are important in the development of a high power package employing a VCSEL device, and there is a limit to improving the optical power and the voltage efficiency simultaneously. For example, the VCSEL device has an active region including an active layer and a cavity, and the active region has a technical problem in that the internal resistance is high and the driving voltage is increased to decrease the voltage efficiency.
세번째로, 종래기술에서 광출력을 향상시키기 위해서는 활성층 주변에서 광집중(optical confinement)이 필요한데, 종래기술에서는 이에 대한 적절한 해결책이 없는 실정이다.Third, in order to improve light output in the prior art, optical confinement is required around the active layer, and there is no suitable solution for this in the prior art.
네번째로, 표면발광레이저 소자에 전류가 인가되는 경우, 전류가 애퍼처 에지(aperture edge)를 따라 밀집되는 전류밀집(current crowding) 현상이 발생된다. 이러한 전류밀집 현상에 의해 레이저 출사영역인 애퍼처의 막질이 손상될 수 있다. 또한, 전류밀집 현상에 의해 애퍼처의 온도가 상승되어 애퍼처를 지나가는 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제가 발생되고 있다. 전류밀집 현상에 의해 애퍼처를 지나가는 빔의 발산각에 영향을 주는 효과를 열적 렌즈(thermal lens) 효과라 한다.Fourth, when a current is applied to the surface emitting laser device, a current crowding phenomenon occurs in which the current is concentrated along an aperture edge. Due to the current density phenomenon, the film quality of the aperture, which is the laser emission region, may be damaged. In addition, due to the current density phenomenon, the temperature of the aperture is raised, an optical problem that the divergence angle (beam) of the beam passing through the aperture is increased. The effect of affecting the divergence angle of the beam passing through the aperture by the current density phenomenon is called the thermal lens effect.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The embodiment aims to solve the above and other problems.
실시예의 다른 목적은 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공한다.Another object of the embodiment is to provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same.
실시예의 또 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공한다.Still another object of the embodiment is to provide a surface emitting laser device having a novel structure and a light emitting device including the same.
실시예의 또 다른 목적은 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공한다.Still another object of the embodiment is to provide a surface emitting laser device capable of improving light output, and a light emitting device including the same.
실시예의 또 다른 목적은 광집중 효율을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공한다.Still another object of the embodiment is to provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same, which can improve light concentration efficiency.
실시예의 또 다른 목적은 전류밀집을 완화하여 빔의 발산각의 변동을 방지할 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공한다.Still another object of the embodiment is to provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same, which can alleviate current density to prevent variations in the divergence angle of the beam.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 제1 측면에 따르면, 표면발광레이저 소자는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층; 상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되며 개구부 및 절연영역을 포함하는 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치되는 제2 반사층;을 포함한다. 상기 개구부는, 제1 반도체영역; 상기 제1 반도체영역 상에 제2 반도체영역; 및 상기 제2 반도체영역 상에 제3 반도체영역;을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 반도체영역은 Al을 포함하고, 상기 제2 반도체영역의 Al 농도는 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 Al 농도보다 낮을 수 있다.According to a first aspect of the embodiment to achieve the above or another object, the surface emitting laser device, the substrate, a first reflective layer disposed on the substrate; An active layer disposed on the first reflective layer; An oxide layer disposed on the active layer and including an opening and an insulating region; And a second reflective layer disposed on the oxide layer. The opening may include a first semiconductor region; A second semiconductor region on the first semiconductor region; And a third semiconductor region on the second semiconductor region. The first to third semiconductor regions may include Al, and an Al concentration of the second semiconductor region may be lower than an Al concentration of the first or third semiconductor region.
실시예의 제2 측면에 따르면, 표면발광레이저 소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층; 상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되며 개구부 및 절연영역을 포함하는 산화층; 상기 산화층 상에 배치되는 제2 반사층;을 포함한다. 상기 개구부는, 제1 반도체영역; 상기 제1 반도체영역 상에 제2 반도체영역; 및 상기 제2 반도체영역 상에 제3 반도체영역;을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 반도체영역은 Al을 포함하고, 상기 제2 반도체영역의 Al 농도는 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 Al 농도보다 높을 수 있다.According to a second aspect of the embodiment, the surface emitting laser device comprises: a substrate; A first reflective layer disposed on the substrate; An active layer disposed on the first reflective layer; An oxide layer disposed on the active layer and including an opening and an insulating region; And a second reflective layer disposed on the oxide layer. The opening may include a first semiconductor region; A second semiconductor region on the first semiconductor region; And a third semiconductor region on the second semiconductor region. The first to third semiconductor regions may include Al, and the Al concentration of the second semiconductor region may be higher than the Al concentration of the first or third semiconductor region.
실시예의 제3 측면에 따르면, 발광장치는 상기 표면발광레이저소자를 포함할 수 있다. According to the third aspect of the embodiment, the light emitting device may include the surface light emitting laser element.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the surface emitting laser device and the light emitting device including the same according to the embodiment will be described below.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 산화층이 복수 층, 예컨대 제1 내지 제3 산화층으로 구성됨으로써, 산화층이 단일층으로 구성될 때 발생되는 산화층의 수축응력(strain stress)이 완화되는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments, the oxide layer is composed of a plurality of layers, for example, the first to third oxide layer, there is an advantage that the stress stress of the oxide layer generated when the oxide layer is composed of a single layer is alleviated.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 내지 제3 반도체영역을 포함하는 개구부에서 밴드갭이 작은 제2 반도체영역이 밴드갭이 큰 제1 반도체영역과 제3 반도체영역 사이에 배치됨으로써, 제1 내지 제3 반도체영역에서의 전류 집중이 완화되고 회절효과도 감소될 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments, in the openings including the first to third semiconductor regions, a second semiconductor region having a small band gap is disposed between the first semiconductor region and the third semiconductor region having a large band gap, thereby providing a first semiconductor region. The current concentration in the third semiconductor region can be relaxed and the diffraction effect can be reduced.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 밴드갭이 작은 제2 반도체영역(241b)이 밴드갭이 큰 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 사이에 배치되는 샌드위치 구조에 의해 수축응력이 완화되어 표면발광레이저소자의 휨 특성으로 레이저빔 발광특성의 저하가 방지될 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments, the shrinkage stress is caused by a sandwich structure in which the
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 내지 제3 반도체영역을 포함하는 제2 반도체영역에 In이 추가되어 밴드갭이 더욱 더 작아지는 경우, 제2 반사층에서 생성된 정공이 제3 반도체영역을 경유하여 제2 반도체영역에서 횡방향을 따라 이동될 수 있다. 이에 따라, 전류가 제2 반도체영역에서 수직방향을 따라 제1 반도체영역을 경유하여 발광층으로 흐를 뿐만 아리나 제2 반도체영역에서 횡방향을 따라 흐를 수 있다. 즉, 전류가 제2 반도체영역에서 수직방향과 횡방향으로 분산됨으로써, 전류가 애퍼처 에지를 따라 밀집되는 전류밀집 현상이 완화될 수 있다.According to at least one of the embodiments, when In is added to the second semiconductor region including the first to third semiconductor regions to further reduce the band gap, holes generated in the second reflective layer may cause the third semiconductor region. It may be moved along the transverse direction in the second semiconductor region via. Accordingly, the current may not only flow to the light emitting layer via the first semiconductor region along the vertical direction in the second semiconductor region, but may also flow along the transverse direction in the second semiconductor region. That is, since current is distributed in the vertical direction and the lateral direction in the second semiconductor region, the current density phenomenon in which the current is concentrated along the aperture edge can be alleviated.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 내지 제3 산화층이 구비되고 제1 산화층이 제1 반도체영역과 제1 절연영역을 포함하고, 제2 산화층이 제2 반도체영역과 제2 절연영역을 포함하며, 제3 산화층이 제3 반도체영역과 제3 절연영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제2 반사층에서 생성된 정공이 제3 절연영역의 제2 방해영역에 의해 제3 반도체영역을 경유하여 제2 반도체영역으로의 이동이 억제될 수 있다. 또한, 제2 반도체영역으로 이동된 정공이 제1 절연영역의 제1 방해영역에 의해 제1 반도체영역을 경유하여 발광층으로의 이동이 억제될 수 있다. 아울러, 제2 반도체영역으로 이동된 정공은 수직 방향뿐만 아니라 횡방향으로 분산 이동될 수 있다. 따라서, 산화층의 개구부, 즉 제1 내지 제3 반도체영역을 포함하는 개구부의 에지에서 정공의 이동이 억제되고 정공이 수직방향과 횡방향으로 분산됨으로써, 전류밀집 현상이 방지되어 빔의 발산각이 변동되지 않아 정밀한 레이저빔의 출력이 가능하다.According to at least one of the embodiments, a first to third oxide layer is provided, the first oxide layer comprises a first semiconductor region and a first insulating region, and the second oxide layer comprises a second semiconductor region and a second insulating region. The third oxide layer may include a third semiconductor region and a third insulating region. In this case, movement of holes generated in the second reflective layer to the second semiconductor region via the third semiconductor region may be suppressed by the second disturbing region of the third insulating region. In addition, movement of holes moved to the second semiconductor region to the light emitting layer through the first semiconductor region may be suppressed by the first interference region of the first insulating region. In addition, holes moved to the second semiconductor region may be dispersed and moved not only in the vertical direction but also in the transverse direction. Accordingly, the movement of holes is suppressed at the openings of the oxide layer, that is, at the edges of the openings including the first to third semiconductor regions, and the holes are dispersed in the vertical direction and the horizontal direction, thereby preventing the current dense phenomenon and changing the divergence angle of the beam. It is not possible to output a precise laser beam.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. Further scope of the applicability of the embodiments will become apparent from the detailed description below. However, various changes and modifications within the spirit and scope of the embodiments can be clearly understood by those skilled in the art, and therefore, specific embodiments, such as the detailed description and the preferred embodiments, are to be understood as given by way of example only.
도 1는 제1 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역(C1) 확대도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선을 따른 제1 단면도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선을 따른 제2 단면도이다.
도 4는 도 3a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 부분(B1) 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자에서 굴절률과 광에너지의 제1 분포 데이터이다.
도 6는 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자에서 굴절률의 제2 분포 데이터이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이다.
도 8은 제3 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여준다.
도 9는 제3 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 10은 제4 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이다.
도 11은 제4 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여준다.
도 12는 제4 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 13은 제5 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이다.
도 14는 제5 실시예에서 홀의 흐름을 보여준다.
도 15는 제5 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 16a 내지 도 20b는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제조공정도이다.
도 21은 제6 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이다.
도 22는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.1 is a plan view of a surface emitting laser device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of a first region C1 of the surface emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 1.
3A is a first cross-sectional view taken along line A1-A2 of the surface emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
3B is a second cross-sectional view taken along line A3-A4 of the surface emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
4 is a cross-sectional view of a first portion B1 of the surface emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 3A.
5 is first distribution data of refractive index and light energy in the surface emitting laser device according to the second embodiment.
6 is second distribution data of refractive indices in the surface emitting laser device according to the second embodiment.
7 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the third embodiment.
FIG. 8 shows a band gap that varies depending on whether In is added in the third embodiment.
9 shows the degree of current density according to the third embodiment.
10 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the fourth embodiment.
FIG. 11 shows a bandgap that varies depending on whether In is added in the fourth embodiment.
12 shows a current density level according to the fourth embodiment.
13 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the fifth embodiment.
14 shows the flow of holes in the fifth embodiment.
15 shows the current density level according to the fifth embodiment.
16A to 20B are manufacturing process diagrams of the surface emitting laser device according to the embodiment.
21 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the sixth embodiment.
22 is a perspective view of a mobile terminal to which a surface emitting laser device is applied according to an embodiment.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiments, when described as being formed on the "on or under" of each element, the on or under is It includes both the two elements are in direct contact with each other (directly) or one or more other elements are formed indirectly between the two elements (indirectly). In addition, when expressed as "on" or "under", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
(제1 실시예)(First embodiment)
도 1는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역(C1) 확대도이다.1 is a plan view of a surface emitting
도 1를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 발광층(E)와 패드부(P)를 포함할 수 있다. 발광층(E)는 도 2와 같이 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)를 포함할 수 있다. 예컨대, 발광층(E)는 수십에서 수백개의 발광 에미터를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the surface emitting
도 2를 참조하면, 실시예에서 표면발광레이저 소자(201)는 개구부를 정의하는 제2 전극(280)을 포함할 수 있다. 즉, 제2 전극(280)은 개구부(aperture, 241)에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극(280)은 제2 반사층(250)의 제2 영역에 배치될 수 있다. 제2 반사층(250)의 제1 영역은 제2 영역에 의해 둘러싸이고, 개구부(241)의 사이즈와 동일하거나 이보다 클 수 있다. 따라서, 발광층(도 3a의 230)에서 생성된 빔이 개구부(241)을 통과하여 제2 전극부(280)에 의해 정의된 개구부를 통해 외부로 방출될 수 있다. Referring to FIG. 2, in an embodiment, the surface emitting
도 3a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선을 따른 제1 단면도이며, 도 3b는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선을 따른 제2 단면도이다.3A is a first cross-sectional view taken along line A1-A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a line A3-A4 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. Second cross section according to.
도 3a와 도 3b를 참조하면, 실시예에서 표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 발광층(230), 산화층(240), 제2 반사층(250), 패시베이션층(270), 제2 전극(280) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.3A and 3B, in an embodiment, the surface light emitting
산화층(240)은 개구부(241) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 개구부(241)은 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다. The
산화층(240)은 전류의 흐름이나 밀도를 제한하여 보다 응집된 레이저빔이 방출되도록 하므로, 전류제한층(current confinement layer)으로 지칭될 수 있다. The
제2 전극(280)은 컨택전극(282)과 패드전극(284)을 포함할 수 있다. The
도 4는 도 3a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 부분(B1)의 확대 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view of the first portion B1 of the surface emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 3A.
이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)의 기술적 특징을 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.Hereinafter, technical features of the surface emitting
<기판, 제1 전극><Substrate, first electrode>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 기판(210)을 제공한다. 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판으로는 전기 전도도가 우수한 금속이 사용될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)의 동작시 발생되는 열이 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로, 전도성 기판으로는 열전도도가 높은 GaAs 기판 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등이 사용될 수 있다. 비전도성 기판으로는 AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판 등이 사용될 수 있다.The surface emitting
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극(215)을 제공한다. 제1 전극(215)은 기판(210)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(215)은 금속일 수 있고, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성되어, 전기적 특성을 향상시켜 광출력을 높일 수 있다.The surface emitting
<제1 반사층><1st reflective layer>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제1 반사층(220)를 제공한다. 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 두께를 줄이기 위해 기판(210)이 생략되는 경우, 제1 반사층(220)의 하면은 제1 전극(215)의 상면과 접촉될 수 있다. The surface emitting
제1 반사층(220)는 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.The first
제1 반사층(220)는 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 반사층(220)는 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질를 포함하는 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.The first
예를 들어, 도 4와 같이, 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치된 제1 그룹 제1 반사층(221) 및 제1 그룹 제1 반사층(221) 상에 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)을 포함할 수 있다. For example, as shown in FIG. 4, the first
제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질를 포함하는 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 각각의 층의 두께는 λ/4n일 수 있고, λ는 발광층(230)에서 발생하는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다. 여기서, λ는 650 내지 980나노미터(nm)일 수 있고, n은 각층의 굴절률일 수 있다. 이러한 구조의 제1 반사층(220)는 약 940 나노미터의 파장의 광에 대하여 99.999%의 반사율을 가질 수 있다.The first group first reflecting
각 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 발광층(230)에서 방출되는 광의 파장 λ에 따라 결정될 수 있다.The thickness of the layer in each first
도 4와 같이, 제1 그룹 제1 반사층(221)은 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제1 반사층(221)은 제1 그룹 제1-1 층(221a)과 제1 그룹 제1-2 층(221b)의 약 30~40 페어(pair)를 포함할 수 있다. 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 제1 그룹 제1-2 층(221b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 제1 그룹 제1-2 층(221b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the first group first
또한, 제2 그룹 제1 반사층(222)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 제2 그룹 제1 반사층(222)은 제2 그룹 제1-1 층(222a)과 제2 그룹 제1-2 층(222b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 제2 그룹 제1-2 층(222b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 제2 그룹 제1-2 층(222b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.In addition, each of the second group first
<활성층><Active layer>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 발광층(230)를 포함할 수 있다. 발광층(230)는 제1 반사층(220) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 발광층(230)는 제2 그룹 제1 반사층(222) 상에 배치될 수 있다. 발광층(230)는 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다.The surface emitting
발광층(230)는 활성층(232)과 적어도 하나 이상의 캐비티(231, 233)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(230)는 활성층(232), 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231) 및 활성층(232)의 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 발광층(230)는 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.The
활성층(232)은 단일 우물구조, 다중 우물구조, 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물(MQW: Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The
활성층(232)은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 양자우물층(232a)과 양자벽층(232b)을 포함할 수 있다. 양자우물층(232a)은 양자벽층(232b)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 활성층(232)은 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 활성층(232)에는 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.The
제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)는 각각 AlyGa(1-y)As로된 복수의 층을 포함할 수 있다. The
예를 들어, 제1 캐비티(231)는 제1-1 캐비티층(231a)과 제1-1 캐비티층(231a) 상에 배치된 제1-2 캐비티층(231b)을 포함할 수 있다. 제1-1 캐비티층(231a)은 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 제1-1 캐비티층(231a)은 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1-1 캐비티층(231a)이 약 60~70nm로 형성되고, 제1-2 캐비티층(231b)은 약 40~55nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the
또한 제2 캐비티(233)는 제2-1 캐비티층(233a)과 제2-1 캐비티층(233a) 상에 배치된 제2-2 캐비티층(233b)을 포함할 수 있다. 제2-2 캐비티층(233b)은 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 제2-2 캐비티층(233b)은 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2-2 캐비티층(233b)이 약 60~70nm로 형성되고, 제2-1 캐비티층(233a)은 약 40~55nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the
<산화층><Oxide layer>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. 절연영역(242)는 개구부(241)을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 개구부(241)은 발광층(230)의 제1 영역(중심영역) 상에 배치되고, 절연영역(242)는 발광층(230)의 제2 영역(가장자리영역) 상에 배치될 수 있다. 제2 영역은 제1 영역을 둘러쌀 수 있다. The surface emitting laser device according to the embodiment may provide the
개구부(241)은 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다. The
개구부(241)의 사이즈에 의해 제2 전극(280)에서 발광층(230)으로 공급되는 전류의 양, 즉 전류밀도가 결정될 수 있다. 개구부(241)의 사이즈는 절연영역(242)에 의해 결정될 수 있다. 절연영역(242)의 사이즈가 커질수록 개구부(241)의 사이즈는 작아지고, 이에 따라 발광층(230)으로 공급되는 전류밀도는 증가될 수 있다. 아울러, 개구부(241)은 발광층(230)에서 생성된 빔이 상측 방향, 즉 제2 반사층(250)의 방향으로 진행되는 통로일 수 있다. 즉, 개구부(241)의 사이즈에 따라, 발광층(230)의 빔의 발산각이 달라질 수 있다.The amount of current supplied from the
절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산화층(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 산화층(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변해져 절연영역(242)으로 형성되고, H2O와 반응하지 않은 중심영역은 AlGaAs를 포함하는 개구부(241)가 될 수 있다.The
실시예에 의하면, 개구부(241)을 통해 발광층(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 발산할 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 개구부(241)의 광 투과율이 우수할 수 있다.According to the embodiment, the light emitted from the
도 4를 참조하면 절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 절연영역(242)은 제1 절연영역(242a), 제1 절연영역(242a) 상에 배치된 제2 절연영역(242b) 및 제2 절연영역(242b) 사에 배치된 제3 절연영역(242c)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 중 하나의 절연영역은 다른 절연영역과 동일한 두께를 갖거나 상이한 두께를 가질 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)은 적어도 산화(oxidation) 물질을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)은 적어도 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
<제2 반사층><Second reflective layer>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자는 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 제2 반사층(250)는 산화층(240) 상에 배치될 수 있다. The surface emitting laser device according to the embodiment may include a second
제2 반사층(250)는 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)는 제2 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 한편, 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다.The second
제2 반사층(250)도 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질를 포함하는 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.The second reflecting
제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 제2 반사층(250)의 각 층의 두께는 λ/4n이고, λ는 활성층에서 방출되는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다.Each layer of the second
이러한 구조의 제2 반사층(250)는 약 940 나노미터의 파장의 광에 대하여 99.9%의 반사율을 가질 수 있다.The second
제2 반사층(250)는 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 반사층(220)의 반사율은 99.999%로서 제2 반사층(250)의 반사율인 99.9%보다 클 수 있다. The second
실시예에서 제2 반사층(250)는 발광층(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 발광층(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the second reflecting
제1 그룹 제2 반사층(251)과 제2 그룹 제2 반사층(252)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.The first group second reflecting
예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제1 그룹 제2-1 층(251a)과 제1 그룹 제2-2 층(251b)의 약 1~5 페어(pair)를 포함할 수 있다. 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 제1 그룹 제2-2 층(251b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 제1 그룹 제2-2 층(251b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.For example, the first group second
또한, 제2 그룹 제2 반사층(252)도 제2 그룹 제2-1 층(252a)과 제2 그룹 제2-2 층(252b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 제2 그룹 제2-2 층(252b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 제2 그룹 제2-2 층(252b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.In addition, the second group
<패시베이션층, 제2 전극>Passivation layer, second electrode
실시예에 따른 표면발광레이저 소자는 패시베이션층(270)을 제공할 수 있다. 패시베이션층(270)은 발광구조물의 일부 영역의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 발광구조물의 일부 영역은 예컨대, 발광층(230), 산화층(240) 및 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 패시베이션층(270)은 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. 패시베이션층(270)은 제2 반사층(250)의 에지 영역 상에 배치될 수 있다. 발광구조물이 부분적으로 메사 식각되는 경우, 제1 반사층(220)의 상면의 일부는 노출되고, 발광구조물의 일부 영역이 형성될 수 있다. 패시베이션층(270)이 발광구조물의 일부 영역의 둘레와 상기 노출된 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. The surface emitting laser device according to the embodiment may provide the
패시베이션층(270)은 외부로부터 발광구조물을 보호하고, 제1 반사층(220)와 제2 반사층(250)의 전기적인 쇼트를 차단할 수 있다. 패시베이션층(270)은 SiO2와 같은 무기 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The
실시예에 따른 표면발광레이저 소자는 제2 전극(280)을 제공할 수 있다. 제2 전극(280)은 컨택전극(282)와 컨택전극(282)에 연결되는 패드전극(284)를 포함할 수 있다. 컨택전극(282)는 제2 반사층(250)의 상면의 일부분에 접촉될 수 있다. 컨택전극(282)는 제2 반사층(250)와의 오믹 특성을 향상시키기 위해 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 패드전극(284)는 컨택전극(282)와 패드부(도 1의 P)를 연결시켜 줄 수 있다. The surface emitting laser device according to the embodiment may provide the
상기 컨택전극(282)과 패드전극(284)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 컨택전극(282)과 패드전극(284)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The
(제2 실시예)(2nd Example)
도 5 및 도 6을 참조하여 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(202)의 기술적 효과를 상세히 설명하기로 한다. 제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.5 and 6, the technical effects of the surface emitting
도 5는 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(202)에서 굴절률과 광에너지의 제1 분포 데이터이다.5 is first distribution data of refractive index and light energy in the surface emitting
제2 실시예에 의하면, 표면발광레이저 소자에서 발광된 광 에너지의 분포(E)는 도 5에 도시된 바와 같이, 발광층(230)을 중심으로 최대 값을 가지며, 발광층(230)으로부터 멀어질수록 소정의 주기로 감소할 수 있다. 한편, 실시예에서 광 에너지 분포(E)는 도 5에 도시된 분포 데이터에 한정되는 것은 아니며 각 층에서의 광 에너지 분포는 각 층의 조성, 두께 등에 의해 도 5에 도시된 것과 다를 수 있다.According to the second embodiment, the distribution E of the light energy emitted from the surface emitting laser device has a maximum value around the
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(202)는 제1 반사층(220), 제2 반사층(250) 및 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치되는 발광층(230)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(202)는 제1 반사층(220), 발광층(230) 및 제2 반사층(250) 각각의 물질에 따라 굴절률(n)이 도 5에 도시된 것과 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 5, the surface emitting
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.One of the technical problems of the embodiment is to provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same capable of improving the light output by minimizing the influence of the carrier barrier caused by the generation of the electric field in the reflective layer.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(202)에서 위치에 따른 광 에너지 분포(E)를 알 수 있는데, 앞서 설명한 바와 같이 발광층(230)에서 상대적으로 이격될수록 광 에너지 분포(E)가 낮아질 수 있다. 제2 실시예는 광 에너지 분포(E)를 고려하여, 제1 그룹 제1 반사층(221)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도가 제2 그룹 제1 반사층(222)에서의 도펀트 농도보다 높게 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5, the light energy distribution E according to the position of the surface light emitting
예를 들어, 도 4ㅇ 도시한 바와 같이, 실시예에서 제1 반사층(220)는, 발광층(230) 일측에 배치된 제1 그룹 제1 반사층(221) 및 제1 그룹 제1 반사층(221)보다 발광층(230)에서 근접하여 배치 된 제2 그룹 제1 반사층(222)을 포함할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, in the embodiment, the first
이때, 발광층(230)에 인접하게 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)에서의 광 에너지가 제1 그룹 제1 반사층(221)에서의 광 에너지보다 높게 된다.In this case, the light energy of the second group
실시예는 광 에너지 분포(E)를 고려하여, 제2 그룹 제1 반사층(222)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도가 제1 그룹 제1 반사층(221)에서의 도펀트 농도보다 낮게 제어하고, 광 에너지가 상대적으로 낮은 제1 그룹 제1 반사층(221) 영역에 제1 도전형 도펀트를 상대적으로 높게 도핑할 수 있다. 이에 따라, 제2 그룹 제1 반사층(222)에서는 도펀트에 의한 광 흡수를 최소하여 광 출력을 향상시킴과 아울러 제1 그룹 제1 반사층(221)에서는 상대적으로 높은 도펀트에 의한 저항 개선으로 전압효율을 향상시켜, 광출력과 전압효율을 동시에 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.The embodiment controls the concentration of the first conductivity type dopant in the second group first
예를 들어, 제1 그룹 제1 반사층(221)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도는 약 2.00E18 일 수 있으며, 제2 그룹 제1 반사층(222)에서는 약 1.00E18 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the concentration of the first conductivity type dopant in the first group first
또한 실시예에서 제2 반사층(250)는, 발광층(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 발광층(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.In addition, in the exemplary embodiment, the second
이때 발광층(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 광 에너지가 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 광 에너지보다 높게 된다.In this case, the light energy of the first group second
이를 통해, 실시예는 광 에너지 분포를 고려하여, 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 제2 도전형 도펀트의 농도가 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 도펀트 농도보다 낮게 제어하고, 광 에너지가 상대적으로 낮은 제2 그룹 제2 반사층(252) 영역에 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 높게 도핑할 수 있다. 이에 따라, 제1 그룹 제2 반사층(251)에서는 도펀트에 의한 광 흡수를 최소하여 광 출력을 향상시킴과 아울러 제2 그룹 제2 반사층(252)에서는 도펀트에 의한 저항 개선으로 전압효율을 향상시켜, 광출력과 전압효율을 동시에 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.Accordingly, the embodiment controls the concentration of the second conductivity type dopant in the first group second
실시예는 광 에너지 분포(E)를 고려하여, 광 에너지가 높은 영역에서는 도핑농도를 낮게 할 수 있고, 광 에너지가 낮은 영역에서는 도핑농도를 높게 제어함으로써, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.In the embodiment, in consideration of the light energy distribution (E), the doping concentration can be lowered in the region where the light energy is high, and the doping concentration is controlled in the region where the light energy is low, thereby affecting the carrier barrier caused by the generation of the electric field in the reflective layer. It is possible to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can minimize light emission and improve light output.
다음으로 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.Next, one of the technical problems of the embodiment is to provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same capable of improving the light output by minimizing the influence of the carrier barrier caused by the generation of the electric field in the reflective layer.
다시 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 소자에서 위치에 따른 광 에너지(E) 분포를 알 수 있는데, 발광층(230)에서 상대적으로 이격될수록 광 에너지 분포가 낮아지며, 실시예는 광 에너지 분포를 고려하여, 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도가 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 도펀트 농도보다 낮게 제어할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the distribution of light energy (E) according to position in the surface emitting laser device according to the embodiment can be seen. As the relative distance from the
예를 들어, 실시예는 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 제1 도전형 도펀트의 농도는 약 7.00E17 내지 1.50E18 일 수 있으며, 제2 그룹 제2 반사층(252)에서는 약 1.00E18 내지 3.00E18으로 제어할 수 있다. 실시예에서 농도단위 1.00E18는 1.00X1018(atoms/cm3)를 의미할 수 있다. 실시예에서 p형 도펀트는 C(Carbon)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the concentration of the first conductivity type dopant in the first group second
이를 통해 실시예는 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 제2 도전형 도펀트의 농도가 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 도펀트 농도보다 높게 제어하고, 광 에너지가 상대적으로 높은 제1 그룹 제2 반사층(251) 영역에 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮게 도핑 함으로써, 제1 그룹 제2 반사층(251)에서는 도펀트에 의한 광 흡수를 최소하여 광 출력을 향상시킴과 아울러 제2 그룹 제2 반사층(252)에서는 상대적으로 높은 도펀트에 의한 저항 개선으로 전압효율을 향상시켜, 광출력과 전압효율을 동시에 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.Accordingly, the embodiment controls the concentration of the second conductivity type dopant in the second group second reflecting
(제3 실시예)(Third embodiment)
도 7은 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이고, 도 8은 제3 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여주며, 도 9는 제3 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.FIG. 7 is a cross-sectional view of the surface-emitting laser device according to the third embodiment, FIG. 8 shows a band gap which varies depending on whether In is added in the third embodiment, and FIG. 9 shows a current density degree according to the third embodiment. Shows.
도 7는 도 3a에 도시된 표면발광레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다. FIG. 7 is an enlarged view of an
제3 실시예는 개구부(241)와 절연영역(242)을 제외하고 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일할 수 있다. 제3 실시예에서 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일한 구조, 형상 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하의 설명에서 생략된 기술적 사항은 상술된 제1 실시예 및 제2 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있다. The third embodiment may be the same as the first and second embodiments except for the
도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(203)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. 절연영역(242)는 개구부(241)을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 개구부(241)은 발광층(230)의 제1 영역(중심영역) 상에 배치되고, 절연영역(242)는 발광층(230)의 제2 영역(가장자리영역) 상에 배치될 수 있다. 제2 영역은 제1 영역을 둘러쌀 수 있다. Referring to FIG. 7, the surface emitting
개구부(241)은 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 개구부(241)의 사이즈에 의해 제2 전극(280)에서 발광층(230)으로 공급되는 전류의 양, 즉 전류밀도가 결정될 수 있다. 산화층(240)의 사이즈가 고정되므로, 개구부(241)의 사이즈는 절연영역(242)의 사이즈에 의해 결정될 수 있다. 즉, 절연영역(242)의 사이즈가 커질수록 개구부(241)의 사이즈는 작아지고, 이에 따라 발광층(230)으로 공급되는 전류밀도는 증가될 수 있다. 아울러, 개구부(241)은 발광층(230)에서 생성된 빔이 상측 방향, 즉 제2 반사층(250)의 방향으로 진행되는 통로일 수 있다. 즉, 개구부(241)의 사이즈에 따라, 발광층(230)의 빔의 발산각이 달라질 수 있다.The
개구부(241)은 반도체 물질, 예컨대 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. Opening 241 may include a semiconductor material, such as a Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductor material.
절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층(oxidation layer)으로 지칭될 수 있다. 절연영역(242)는 산화 물질을 포함할 수 있다. 절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다.The
절연영역(242)는 개구부(241)을 산화시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화층(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 산화층(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응시키는 산화 공정을 통해 산화층(240)의 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변해져 절연영역(242)으로 형성될 수 있다. 또한, H2O와 반응하지 않은 중심영역은 AlGaAs를 포함하는 개구부(241)로 형성될 수 있다. 산화 공정시 산화층(240)의 측면을 통해 침투되는 H2O와 AlGaAs가 산화 반응하여 알루미늄산화물(Al2O3)로 변경될 수 있다. 따라서, 산화층(240)의 두께, 산화층(240)의 물질 종류나 조성 등에 의해 H2O의 침투 깊이가 달라져 알루미늄산화물(Al2O3)로 변경된 절연영역(242)의 사이즈가 달라질 수 있다. The
실시예에 의하면, 발광층(230)에서 발광된 광이 개구부(241)을 통해 상부 영역으로 발산될 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 개구부(241)의 광 투과율이 우수할 수 있다.According to the embodiment, the light emitted from the
개구부(241)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 반도체영역(241a), 제1 반도체영역(241a) 상에 배치되는 제2 반도체영역(241b) 및 제2 반도체영역(241b) 상에 배치되는 제3 반도체영역(241c)을 포함할 수 있다. 제1 반도체영역(241a)은 발광층(230)의 상면과 접촉되고, 제3 반도체영역(241c)은 제2 반사층(250)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 절연영역(242)은 제1 절연영역(242a), 제1 절연영역(242a) 상에 배치된 제2 절연영역(242b) 및 제2 절연영역(242b) 사에 배치된 제3 절연영역(24c)을 포함할 수 있다. 제1 절연영역(242a)은 발광층(230)의 상면과 접촉되고, 제3 절연영역(242c)은 제2 반사층(250)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The
절연영역(242)의 제1 절연영역(242a)은 개구부(241)의 제1 반도체영역(241a)을 둘러쌀 수 있다. 절연영역(242)의 제2 절연영역(242b)은 개구부(241)의 제2 반도체영역(241b)을 둘러쌀 수 있다. 절연영역(242)의 제3 절연영역(242c)은 개구부(241)의 제3 반도체영역(241c)을 둘러쌀 수 있다. The first
예컨대, 제1 절연영역(242a)과 제1 반도체영역(241a)이 제1 산화층으로 지칭되고, 제2 절연영역(242b)과 제2 반도체영역(241b)이 제2 산화층으로 지칭되며, 제3 절연영역(242c)과 제3 반도체영역(241c)이 제3 산화층으로 지칭될 수 있다. 따라서, 산화층(240)은 제1 산화층, 제1 산화층 상에 배치되는 제2 산화층 및 제2 산화층 상에 배치되는 제3 산화층을 포함할 수 있다. 실시예는 이에 한정하지 않으며, 산화층(240)이 복수개 구비될 수도 있다. For example, the first
예컨대, 제1 산화층의 전 영역 상에 예컨대, 제1 반도체 물질을 포함하는 제1 반도체막이 형성되고, 산화공정을 통해 제1 반도체막의 가장자리영역이 산화되어 제1 절연영역(242a)으로 정의되고 산화되지 않은 중심영역이 제1 반도체영역(241a)으로 정의될 수 있다. 예컨대, 제2 산화층의 전 영역 상에 예컨대, 제2 반도체 물질을 포함하는 제2 반도체막이 형성되고, 산화공정을 통해 제2 반도체막의 가장자리영역이 산화되어 제2 절연영역(242b)으로 정의되고 산화되지 않은 중심영역이 제2 반도체영역(241b)으로 정의될 수 있다. 예컨대, 제3 산화층의 전 영역 상에 예컨대, 제3 반도체 물질을 포함하는 제3 반도체막이 형성되고, 산화공정을 통해 제3 반도체막의 가장자리영역이 산화되어 제3 절연영역(242c)으로 정의되고 산화되지 않은 중심영역이 제3 반도체영역(241c)으로 정의될 수 있다. For example, a first semiconductor film including, for example, a first semiconductor material is formed on the entire region of the first oxide layer, and an edge region of the first semiconductor film is oxidized through an oxidation process to be defined as the first
제3 실시예에 따르면, 산화층(240)이 복수 층, 예컨대 제1 내지 제3 산화층으로 구성됨으로써, 산화층이 단일층으로 구성될 때 발생되는 산화층의 수축응력(strain stress)이 완화될 수 있다. According to the third embodiment, the
제1 반도체영역(241a), 제2 반도체영역(241b) 및 제3 반도체영역(241c)에서 두께, 농도 또는 사이즈는 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. In the
제3 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 두께는 동일할 수 있다. According to the third embodiment, the thickness of each of the first to
제3 실시예에 따르면, 제2 반도체영역(241b)의 두께는 제1 반도체영역(241a)의 두께 또는 제3 반도체영역(241c)의 두께보다 작을 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 두께의 비는 1:0.3:1 내지 1:1:1일 수 있다. 예컨대, 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 두께는 10nm이고, 제2 반도체영역(241b)의 두께는 대략 3nm 내지 대략 10nm일 수 있다. According to the third embodiment, the thickness of the
제1 반도체영역(241a)의 두께는 제3 반도체영역(241c)의 두께보다 크거나 작을 수 있다.The thickness of the
상술한 바와 같이, 제1 반도체막이 부분적으로 산화되어 제1 반도체영역(241a)과 제1 절연영역(242a)이 형성되고, 제2 반도체막이 부분적으로 산화되어 제2 반도체영역(241b)과 제2 절연영역(242b)이 형성되며, 제3 반도체막이 부분적으로 산화되어 제3 반도체영역(241c)과 제3 절연영역(242c)이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 절연영역(242a)의 두께는 제1 반도체영역(241a)의 두께와 동일하고, 제2 절연영역(242b)의 두께는 제2 반도체영역(241b)의 두께와 동일하며, 제3 절연영역(242c)의 두께는 제3 반도체영역(241c)의 두께와 동일할 수 있다. As described above, the first semiconductor film is partially oxidized to form the
제3 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 농도는 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도는 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도보다 낮고, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도는 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도보다 높을 수 있다.According to the third embodiment, the concentration of each of the first to
예컨대, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각이 AlGaAs을 포함하는 경우, 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도는 0.9 이상 0.99 이하이고, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 0.8 이상 0.9 미만일 수 있다. For example, when each of the first to
구체적으로, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도는 0.99이고, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 0.84이며, 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도는 0.98일 수 있다. In detail, the Al concentration of the
통상 Al 농도가 높을수록 H2O가 제1 내지 제3 반도체막의 측면으로부터 내부로 침투되기 용이하다. In general, the higher the Al concentration, the more easily H 2 O penetrates into the interior from the side surfaces of the first to third semiconductor films.
도 7에서는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도가 동일하여 H2O의 침투 깊이가 동일하므로, 산화 결과로 형성된 제1 절연영역(242a)과 제3 절연영역(242c) 각각의 사이즈가 동일할 수 있다. 만일 위에 상술된 바와 같이, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도(0.99)가 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도(0.98)보다 높은 경우, 제1 반도체영역(241a)의 사이즈가 제3 반도체영역(241c)의 사이즈보다 클 수 있다. 사이즈는 폭으로 지칭될 수도 있다. In FIG. 7, since the Al concentrations of the
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도에 의해 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 각각의 사이즈가 결정되므로, 도 7에 도시한 바와 같이 Al 농도가 높은 제1 절연영역(242a) 및 제3 절연영역(242c) 각각의 사이즈가 Al 농도가 낮은 제2 절연영역(242b)의 사이즈보다 클 수 있다. Since the size of each of the first to third insulating
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다. The diameter of each of the first to
Al 농도가 높은 제1 절연영역(242a) 및 제3 절연영역(242c) 각각의 사이즈가 크므로, 제1 절연영역(242a)과 동일층에 배치되는 제1 반도체영역(241a) 그리고 제3 절연영역(242c)과 동일층에 배치되는 제3 반도체영역(241c) 각각의 직경(D1)은 작다. Al 농도가 낮은 제2 절연영역(242b)의 사이즈가 작으므로, 제2 절연영역(242b)과 동일층에 배치되는 제2 반도체영역(241b)의 직경(D2)는 크다. 따라서, 제2 반도체영역(241b)의 직경(D2)는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 직경(D1)보다 클 수 있다. Since the size of each of the first
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 관점에서 볼 때, 제2 반도체영역(241b)은 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)의 끝단으로부터 외측 방향으로 따라 돌출될 수 있다. 제2 반도체영역(241b)의 돌출영역은 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 제2 반도체영역(241b)의 돌출영역은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c)의 일부와 수직으로 중첩될 수 있다.From the perspective of the first to
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 관점에서 볼 때, 제1 절연영역(242a) 또는 제3 절연영역(242c)은 제2 절연영역(242b)의 내측 끝단으로부터 내측 방향을 따라 돌출될 수 있다. 따라서, 제1 및 제3 절연영역(242a, 242c) 각각의 돌출영역은 서로 수직으로 중첩되고, 제1 및 제3 절연영역(242a, 242c) 각각의 돌출영역은 제2 반도체영역(241b)의 돌출영역과 수직으로 중첩되며, 제1 절연영역(242a) 또는 제3 절연영역(242c)의 돌출된 영역은 제2 절연영역(242b)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. From the perspective of the first to third insulating
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 외측면은 수직으로 일치되고, 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 내측면은 수직으로 일치되지 않을 수 있다. 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 측면은 수직으로 일치되지 않을 수 있다. 제1 반도체영역(241a)의 측면은 제1 절연영역(242a)의 내측면과 접촉되고, 제2 반도체영역(241b)의 측면은 제2 절연영역(242b)의 내측면과 접촉되며, 제3 반도체영역(241c)의 측면은 제3 절연영역(242c)의 내측면과 접촉될 수 있다. The outer surfaces of the first to third insulating
도 9에 도시한 바와 같이, 전류가 제2 반사층(250), 발광층(230) 및 제1 반사층(220)으로 흐르는 경우, 제2 반도체영역(241b)의 직경(D2)이 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)의 직경(D2)보다 크므로, 전류가 제3 반도체영역(241c)을 통과한 후, 제3 반도체영역(241c)의 직경(D1)보다 큰 직경(D2)을 갖는 제2 반도체영역(241b)에서 전류의 일부는 수직방향을 따라 제1 반도체영역(241a)으로 흐르고 전류의 다른 일부는 제2 반도체영역(241b)의 횡방향(in-plane direction) 즉, 외측 방향을 따라 흐를 수 있다. 이에 따라, 전류가 개구부(241)에서 밀집되지 않도록 하여 전류밀집 현상을 억제할 수 있다. As shown in FIG. 9, when a current flows into the second
도 8a에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 밴드갭은 상이할 수 있다. 밴드갭은 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)에 포함된 Al 농도에 따라 달라질 수 있다. As shown in FIG. 8A, the band gaps of the first to
예컨대, Al 농도가 증가될수록 밴드갭이 커질 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도가 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도 또는 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도보다 작으므로, 제2 반도체영역(241b)의 밴드갭은 제1 반도체영역(241a)의 밴드갭 또는 제3 반도체영역(241c)의 밴드갭보다 작을 수 있다. For example, as the Al concentration increases, the band gap may increase. As described above, since the Al concentration of the
따라서, 밴드갭이 작은 제2 반도체영역(241b)이 밴드갭이 큰 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 사이에 배치됨으로써, 산화층(240)의 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)에서의 전류 집중이 완화되고 회절효과도 감소될 수 있다. 아울러, 이와 같은 샌드위치 구조(밴드갭이 작은 제2 반도체영역(241b)이 밴드갭이 큰 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 사이에 배치되는 구조)에 의해 수축응력이 완화되어 표면발광레이저소자의 휨 특성으로 레이저빔 발광특성의 저하가 방지될 수 있다. Accordingly, the
도 8b에 도시한 바와 같이, 밴드갭을 상대적으로 더 작게 하여 주기 위해, 예컨대 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가될 수 있다. In이 추가될수록 밴드갭은 작아질 수 있다. 제2 반도체영역(241b)에 추가되는 In 농도는 0.05이상 0.18이하일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제2 반도체영역(241b)에 추가되는 In 농도는 0.1일 수 있다.As shown in FIG. 8B, In may be added to the
도 8a에 도시한 바와 같이 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가되지 않은 경우에 비해 도 8b에 도시한 바와 같이 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가됨으로써, 밴드갭이 소정의 폭(Δd)만큼 더 작아질 수 있다. As shown in FIG. 8A, when In is added to the
따라서, 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가되어 밴드갭이 더욱 더 작아지는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 제2 반사층(250)에서 생성된 제1 캐리어, 즉 정공이 제3 반도체영역(241c)을 경유하여 제2 반도체영역(241b)에서 횡방향을 따라 이동될 수 있다. 이에 따라, 전류가 제2 반도체영역(241b)에서 수직방향을 따라 제1 반도체영역(241a)을 경유하여 발광층(230)으로 흐를 뿐만 아리나 제2 반도체영역(241b)에서 횡방향을 따라 흐를 수 있다. 즉, 전류가 제2 반도체영역(241b)에서 수직방향과 횡방향으로 분산됨으로써, 전류가 애퍼처 에지를 따라 밀집되는 전류밀집 현상이 완화될 수 있다. Therefore, when In is added to the
(제4 실시예)(Example 4)
도 10은 제4 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이고, 도 11은 제4 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여주며, 도 12는 제4 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.FIG. 10 is a cross-sectional view of the surface-emitting laser device according to the fourth embodiment, FIG. 11 shows a band gap which varies depending on whether In is added in the fourth embodiment, and FIG. 12 shows the current density according to the fourth embodiment. Shows.
도 10은 도 3a에 도시된 표면발광레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다. FIG. 10 is an enlarged view of an
제4 실시예는 개구부(241)와 절연영역(242)을 제외하고는 제1 내지 제3 실시예와 동일할 수 있다. 특히, 제4 실시예에서 산화층(240)의 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)과 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 두께, 농도 또는 사이즈가 제3 실시예와 상이하다.The fourth embodiment may be the same as the first to third embodiments except for the
제4 실시예에서 제1 내지 제3 실시예와 동일한 구조, 형상 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하의 설명에서 생략된 기술적 사항은 상술된 제1 내지 제3 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있다. In the fourth embodiment, components having the same structure, shape, and / or function as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Technical matters omitted in the following description can be easily understood from the above-described first to third embodiments.
도10을 참조하면, 제4 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(204)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10, the surface emitting
산화층(240)은 복수층으로 구성될 수 있다. 즉, 절연영역(242)은 복수의 절연영역으로 구성되고, 개구부(241)은 복수의 반도체영역으로 구성될 수 있다.The
예컨대, 산화층(240)은 제1 내지 제3 산화층을 포함할 수 있다. 제1 산화층은 발광층(230) 상에 배치되고, 제2 산화층은 제1 산화층 상에 배치되며, 제3 산화층은 제2 산화층 상에 배치될 수 있다. 제1 산화층은 발광층(230)의 상면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제3 산화층은 제2 반사층(250)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. For example, the
개구부(241)은 제1 반도체영역(241a), 제2 반도체영역(241b) 및 제3 반도체영역(241c)을 포함할 수 있다. 절연영역(242)은 제1 절연영역(242a), 제2 절연영역(242b) 및 제3 절연영역(242c)을 포함할 수 있다. The
제1 반도체영역(241a)과 제1 절연영역(242a)은 동일층에 배치되어 제1 산화층으로 정의될 수 있다. 제2 반도체영역(241b)과 제2 절연영역(242b)은 동일층에 배치되어 제2 산화층으로 정의될 수 있다. 제3 반도체영역(241c)과 제3 절연영역(242c)은 동일층에 배치되어 제3 산화층으로 정의될 수 있다. The
제4 실시예에 따르면, 산화층(240)이 복수 층, 예컨대 제1 내지 제3 산화층으로 구성됨으로써, 산화층이 단일층으로 구성될 때 발생되는 산화층의 수축응력이 완화될 수 있다. According to the fourth embodiment, since the
제1 반도체영역(241a), 제2 반도체영역(241b) 및 제3 반도체영역(241c)에서 두께, 농도 또는 사이즈는 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. In the
제4 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 두께는 동일할 수 있다. According to the fourth embodiment, each of the first to
제4 실시예에 따르면, 제1 반도체영역(241a)의 두께 또는 제3 반도체영역(241c)의 두께는 제2 반도체영역(241b)의 두께보다 작을 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 두께의 비는 0.3:1:0.3 내지 1:1:1일 수 있다. 예컨대, 제2 반도체영역(241b) 각각의 두께는 10nm이고, 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)의 두께는 대략 3nm 내지 대략 10nm일 수 있다. According to the fourth embodiment, the thickness of the
제4 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 농도는 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도보다 높고, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도는 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도와 동일하거나 상이할 수 있다.According to the fourth embodiment, the concentration of each of the first to
예컨대, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각이 AlGaAs을 포함하는 경우, 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도는 0.8 이상 0.9 미만 이고, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 0.9 이상 0.99 이하일 수 있다. For example, when each of the first to
구체적으로, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도는 0.84이고, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 0.99이며, 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도는 0.84일 수 있다. In detail, the Al concentration of the
통상 Al 농도가 높을수록 H2O가 제1 내지 제3 반도체막의 측면으로부터 내부로 침투되기 용이하다. In general, the higher the Al concentration, the more easily H 2 O penetrates into the interior from the side surfaces of the first to third semiconductor films.
도 10에서는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도가 동일하여 H2O의 침투 깊이가 동일하므로, 산화 결과로 형성된 제1 절연영역(242a)과 제3 절연영역 각각의 사이즈가 동일할 수 있다. 만일 위에 상술된 바와 같이, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도(0.99)가 제1 및 제3 반도체영역(241a, 241c) 각각의 Al 농도(0.84)보다 높은 경우, 제2 반도체영역(241b)의 사이즈가 제1 및 제3 반도체영역(241a, 241c) 각각의 사이즈보다 클 수 있다. In FIG. 10, since the Al concentrations of the
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 외측면이 수직으로 일치되는 경우, 제2 반도체영역(241b)의 내측면은 제1 및 제3 반도체영역(241a, 241c) 각각의 내측면으로부터 내측 방향으로 돌출될 수 있다. When the outer surfaces of the first to third insulating
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도에 의해 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 각각의 사이즈가 결정되므로, 도 10에 도시한 바와 같이 Al 농도가 높은 제2 절연영역(242b) 각각의 사이즈가 Al 농도가 낮은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c)의 사이즈보다 클 수 있다. Since the size of each of the first to third insulating
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다. The diameter of each of the first to
Al 농도가 높은 제2 절연영역(242b) 각각의 사이즈가 크므로, 제2 반도체영역(241b)의 직경 (D1)은 작다. Al 농도가 낮은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c)의 사이즈가 작으므로, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 직경(D2)는 크다. 따라서, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 직경(D2)는 제2 반도체영역(241b)의 직경(D1)보다 클 수 있다. Since the size of each of the second insulating
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 관점에서 볼 때, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)은 제2 반도체영역(241b)의 끝단으로부터 외측 방향으로 따라 돌출될 수 있다. 따라서, 제1 반도체영역(241a)의 돌출영역과 제3 반도체영역(241c)의 돌출영역은 수직으로 중첩되고, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 돌출영역은 제2 반도체영역(241b)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 돌출영역은 제2 절연영역(242b)의 일부와 수직으로 중첩될 수 있다.From the perspective of the first to
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 관점에서 볼 때, 제2 절연영역(242b)은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c)의 내측 끝단으로부터 내측 방향을 따라 돌출될 수 있다. 제2 절연영역(242b)의 돌출된 영역은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 제2 절연영역(242b)의 돌출영역은 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 돌출영역과 수직으로 중첩될 수 있다.In view of the first to third insulating
제1 반도체영역(241a)의 측면은 제1 절연영역(242a)의 내측면과 접촉되고, 제2 반도체영역(241b)의 측면은 제2 절연영역(242b)의 내측면과 접촉되며, 제3 반도체영역(241c)의 측면은 제3 절연영역(242c)의 내측면과 접촉될 수 있다. The side surface of the
도 11a에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 밴드갭은 상이할 수 있다. 밴드갭은 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)에 포함된 Al 농도에 따라 달라질 수 있다. As shown in FIG. 11A, the band gaps of the first to
예컨대, Al 농도가 증가될수록 밴드갭이 커질 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 Al 농도가 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도보다 작으므로, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 Al 농도의 밴드갭은 제2 반도체영역(241b)의 밴드갭보다 작을 수 있다. For example, as the Al concentration increases, the band gap may increase. As described above, since the Al concentration of the first or
따라서, 밴드갭이 작은 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)이 밴드갭이 큰 제2 반도체영역(241b) 사이에 배치됨으로써, 산화층(240)의 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)에서의 전류 집중이 완화되고 회절효과도 감소될 수 있다. 아울러, 이와 같은 샌드위치 구조(밴드갭이 작은 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)이 밴드갭이 큰 제2 반도체영역(241b) 사이에 배치되는 구조)에 의해 수축응력이 완화되어 표면발광레이저소자의 휨 특성으로 레이저빔 발광특성의 저하가 방지될 수 있다. Therefore, the first or the
도 11b에 도시한 바와 같이, 밴드갭을 상대적으로 더 작게 하여 주기 위해, 예컨대 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가될 수 있다. In이 추가될수록 밴드갭은 작아질 수 있다. 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 추가되는 In 농도는 0.05이상 0.18이하일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 추가되는 In 농도는 0.1일 수 있다.As shown in FIG. 11B, In may be added to the first or
도 11a에 도시한 바와 같이 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가되지 않은 경우에 비해 도 11b에 도시한 바와 같이 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가됨으로써, 밴드갭이 소정의 폭(Δd)만큼 더 작아질 수 있다. As shown in FIG. 11A, when In is not added to the first or
따라서, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가되어 밴드갭이 더욱 더 작아지는 경우, 도 12에 도시한 바와 같이 제2 반사층(250)에서 생성된 정공이 제3 반도체영역(241c)뿐만 아니라 제1 반도체영역(241a)에서 횡방향을 따라 이동될 수 있다. 이에 따라, 전류가 수직방향을 따라 발광층(230)으로 흐를 뿐만 아리나 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에서 횡방향을 따라 흐를 수 있다. 즉, 전류가 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에서 수직방향과 횡방향으로 분산됨으로써, 전류가 애퍼처 에지를 따라 밀집되는 전류밀집 현상이 완화될 수 있다. Therefore, when In is added to the first or
(제5 실시예)(Example 5)
도 13은 제5 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이고, 도 14는 제5 실시예에서 홀의 흐름을 보여주며, 도 15는 제5 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.FIG. 13 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the fifth embodiment, FIG. 14 shows the flow of holes in the fifth embodiment, and FIG. 15 shows the degree of current density according to the fifth embodiment.
도 13은 도 3a에 도시된 표면발광레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다. FIG. 13 is an enlarged view of an
제5 실시예는 개구부(241)와 절연영역(242)을 제외하고는 제1 내지 제4 실시예와 동일할 수 있다. 특히, 제5 실시예에서 산화층(240)의 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)과 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 형상이 제3 실시예와 상이하다.The fifth embodiment may be the same as the first to fourth embodiments except for the
제5 실시예에서 제1 내지 제3 실시예와 동일한 구조, 형상 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하의 설명에서 생략된 기술적 사항은 상술된 제1 내지 제4 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있다. In the fifth embodiment, components having the same structure, shape, and / or function as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Technical matters omitted in the following description can be easily understood from the above-described first to fourth embodiments.
도13을 참조하면, 제5 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(205)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 13, the surface emitting
산화층(240)은 복수층으로 구성될 수 있다. 즉, 절연영역(242)은 복수의 절연영역으로 구성되고, 개구부(241)은 복수의 반도체영역으로 구성될 수 있다.The
예컨대, 산화층(240)은 제1 내지 제3 산화층을 포함할 수 있다. 제1 산화층은 발광층(230) 상에 배치되고, 제2 산화층은 제1 산화층 상에 배치되며, 제3 산화층은 제2 산화층 상에 배치될 수 있다. 제1 산화층은 발광층(230)의 상면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제3 산화층은 제2 반사층(250)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. For example, the
제5 실시예에 따르면, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도보다 낮고, 제1 반도체영역(241a)의 Al 농도는 제3 반도체영역(241c)의 Al 농도보다 높을 수 있다.According to the fifth embodiment, the Al concentration of the
예컨대, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각이 AlGaAs을 포함하는 경우, 제1 반도체영역(241a)과 제3 반도체영역(241c) 각각의 Al 농도는 0.9 이상 0.99 이하이고, 제2 반도체영역(241b)의 Al 농도는 0.8 이상 0.9 미만일 수 있다. For example, when each of the first to
Al 농도가 높을수록 H2O의 침투깊이가 깊어지므로, Al 농도가 높은 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)의 사이즈는 Al 농도가 낮은 제2 반도체영역(241b)의 사이즈보다 작을 수 있다. The higher the Al concentration, the deeper the penetration depth of H 2 O. Therefore, the size of the first or
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도에 의해 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 각각의 사이즈가 결정되므로, Al 농도가 높은 제1 또는 제3 절연영역(242a, 242c) 각각의 사이즈가 Al 농도가 낮은 제2 절연영역(242b)의 사이즈보다 클 수 있다. Since the size of each of the first to third insulating
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다. The diameter of each of the first to
제2 반도체영역(241b)의 직경은 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 직경보다 클 수 있다. The diameter of the
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c)의 관점에서 볼 때, 제2 반도체영역(241b)은 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)의 끝단으로부터 외측 방향으로 따라 돌출될 수 있다. 따라서, 제2 반도체영역(241b)의 돌출영역은 제1 반도체영역(241a) 또는 제3 반도체영역(241c)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. From the perspective of the first to
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 관점에서 볼 때, 제1 절연영역(242a) 또는 제3 절연영역(242c)은 제2 절연영역(242b)의 내측 끝단으로부터 내측 방향을 따라 돌출될 수 있다. 따라서, 제1 절연영역(242a)의 돌출영역과 제3 절연영역(242c)의 돌출영역은 수직으로 중첩되고, 제1 절연영역(242a) 또는 제3 절연영역(242c)의 돌출된 영역은 제2 절연영역(242b)과 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. From the perspective of the first to third insulating
한편, 제5 실시예에 따르면, 제1 산화층 및/또는 제3 산화층은 그레이딩 가변되는 Al 농도를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 산화층의 Al 농도는 제1 발광층(230)에서 제2 반사층(250)의 방향으로 갈수록 선형적으로 또는 비선형적으로 증가될 수 있다. 예컨대, 제3 산화층의 Al 농도는 발광층(230)에서 제2 반사층(250)의 방향으로 갈수록 선형적으로 또는 비선형적으로 증가될 수 있다. Meanwhile, according to the fifth embodiment, the first oxide layer and / or the third oxide layer may include an Al concentration varying in grading. For example, the Al concentration of the first oxide layer may increase linearly or nonlinearly in the direction of the second
이와 같은 Al 농도 분포를 갖는 제1 내지 제3 산화층이 산화 공정이 수행되는 경우, 제1 또는 제3 산화층에서 Al 농도가 증가될수록 산화가 용이하므로, 제1 산화층에서 형성되는 제1 절연영역(242a)과 제3 산화층에서 형성되는 제3 절연영역(242c)의 내측 끝단은 발광층(230)에서 제2 반사층(250)의 방향으로 갈수록 내측 방향으로 점진적으로 돌출되는 형상을 갖는 방해영역(241_1, 241_2)이 형성될 수 있다. 즉, 제1 산화층에서 제1 반도체영역(241a)에 접하는 제1 절연영역(242a)의 내측영역에 발광층(230)에서 제2 반사층(250)의 방향으로 갈수록 내측 방향으로 점진적으로 돌출되는 형상을 갖는 제1 방해영역(241_1)을 가질 수 있다. 제3 산화층에서 제3 반도체영역(241c)에 접하는 제3 절연영역(242c)의 내측영역에 발광층(230)에서 제2 반사층(250)의 방향으로 갈수록 내측 방향으로 점진적으로 돌출되는 형상을 갖는 제2 방해영역(241_2)이 형성될 수 있다. When the oxidation process of the first to third oxide layers having such an Al concentration distribution is performed, as the Al concentration increases in the first or third oxide layer, the first
도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 제2 반사층(250)에서 생성된 정공이 제3 절연영역(242c)의 제2 방해영역(242_2)에 의해 제3 반도체영역(241c)을 경유하여 제2 반도체영역(241b)으로의 이동이 억제될 수 있다. 또한, 제2 반도체영역(241b)으로 이동된 정공이 제1 절연영역(242a)의 제1 방해영역(242_1)에 의해 제1 반도체영역(241a)을 경유하여 발광층(230)으로의 이동이 억제될 수 있다. 아울러, 제2 반도체영역(241b)으로 이동된 정공은 수직 방향뿐만 아니라 횡방향으로 분산 이동될 수 있다. 이와 같이 산화층(240)의 개구부(241)의 에지에서 정공의 이동이 억제되고 정공이 수직방향과 횡방향으로 분산됨으로써, 전류밀집 현상이 방지되어 빔의 발산각이 변동되지 않아 정밀한 레이저빔의 출력이 가능하다.As shown in FIGS. 14 and 15, holes generated in the second
한편, 제5 실시예에 따른 방해영역(241_1, 241_2)은 제4 실시예(도 10 내지 도 12)에 설명된 제2 반도체영역(241b)에도 형성될 수 있다. 이를 위해, 제4 실시예에서 제2 반도체영역(241b)을 둘러싸는 제2 절연영역(242b)의 내측 끝단은 발광층(230)에서 제2 반사층(250)으로 갈수록 내측 방향으로 점진적으로 돌출되는 방해영역을 가질 수 있다.Meanwhile, the interference regions 241_1 and 241_2 according to the fifth embodiment may also be formed in the
(제조방법)(Manufacturing method)
이하 도 16a 내지 도 20b를 참조하여 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 한편, 아래 제조방법은 제1 실시예의 제조방법을 중심으로 설명하나, 제조방법이 제1 실시예의 제조에만 적용되는 것은 아니며, 제2 실시예 내지 제5 실시예의 제조방법에도 적용될 수 있다.Hereinafter, a method of manufacturing a surface emitting laser device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 16A to 20B. Meanwhile, the following manufacturing method will be described with reference to the manufacturing method of the first embodiment, but the manufacturing method is not only applied to the manufacturing of the first embodiment, but may also be applied to the manufacturing methods of the second to fifth embodiments.
우선, 도 16a와 같이, 기판(210) 상에 제1 반사층(220), 발광층(230) 및 제2 반사층(250)을 포함하는 발광구조물을 형성시킨다.First, as shown in FIG. 16A, a light emitting structure including a first
상기 기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 기판(210)이 전도성 기판인 경우, 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면발광레이저 소자(201) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.For example, when the
또한 기판(210)이 비전도성 기판인 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.In addition, when the
또한 실시예는 기판(210)으로 제1 반사층(220)과 동종의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(210)이 제1 반사층(220)과 동종인 GaAs 기판일 때 제1 반사층(210)과 격자 상수가 일치하여, 제1 반사층(220)에 격자 부정합 등의 결함이 발생하지 않을 수 있다.In addition, in the exemplary embodiment, a substrate of the same type as the first
다음으로, 기판(210) 상에 제1 반사층(220)이 형성될 수 있으며, 도 16b는 도 16a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제2 영역(B2)의 확대 단면도이다.Next, a first
이하 도 16a와 도 16b를 함께 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면발광레이저 소자를 설명하기로 한다.Hereinafter, a surface light emitting laser device according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 16A and 16B.
상기 제1 반사층(220)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시(MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 성장될 수 있다.The first
상기 제1 반사층(220)은 제1 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.The first
상기 제1 반사층(220)은 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(220)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)은 서로 다른 굴절 률을 가지는 물질를 포함하는 층들이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.The first
예를 들어, 도 16b와 같이, 상기 제1 반사층(220)은 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 그룹 제1 반사층(221) 및 상기 제1 그룹 제1 반사층(221) 상에 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)을 포함할 수 있다. For example, as shown in FIG. 16B, the first
상기 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질를 포함하는 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.The first group first
또한 도 16b와 같이, 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제1 반사층(221)은 제1 그룹 제1-1 층(221a)과 제1 그룹 제1-2 층(221b)의 약 30~40 페어(pair)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 그룹 제1 반사층(222)도 제2 그룹 제1-1 층(222a)과 제2 그룹 제1-2 층(222b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 16B, the first group first
다음으로, 제1 반사층(220) 상에 발광층(230)이 형성될 수 있다.Next, the
도 16b와 같이, 상기 발광층(230)은 활성층(232) 및 상기 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231), 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 발광층(230)은 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.As shown in FIG. 16B, the
상기 활성층(232)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 양자우물층(232a)과 양자벽층(232b)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(232)은 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 활성층(232)에는 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다. The
상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)와 상기 제2 캐비티(233)는 각각 AlyGa(1-y)As으로된 복수의 층을 포함할 수 있다. The
예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)는 제1-1 캐비티층(231a)과 제1-2 캐비티층(231b)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2 캐비티(233)는 제2-1 캐비티층(233a)과 제2-2 캐비티층(233b)을 포함할 수 있다. For example, the
다음으로, 발광층(230) 상에 산화층(240)을 형성하기 위한 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c)을 형성할 수 있다. 반도체막(240a, 240b, 240c)은 AlGa 계열 물질을 포함할 수 있다. Next, a plurality of
다음으로, 상기 AlGa 계열층(241a)상에 제2 반사층(250)이 형성될 수 있다. Next, a second
상기 제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. The second
상기 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 한편, 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다.The second
상기 제2 반사층(250)도 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 서로 다른 굴절률을 가지는 물질를 포함하는 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.The second
예를 들어, 상기 제2 반사층(250)은 상기 발광층(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 상기 발광층(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.For example, the second
또한 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)과 제2 그룹 제2 반사층(252)도 각각 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 제2 반사층(251)은 제1 그룹 제2-1 층(251a)과 제1 그룹 제2-2 층(251b)의 약 1~5 페어(pair)를 포함할 수 있다 또한, 제2 그룹 제2 반사층(252)도 제2 그룹 제2-1 층(252a)과 제2 그룹 제2-2 층(252b)의 약 5~15 페어(pair)를 포함할 수 있다. In addition, the first group second reflecting
다음으로 도 17a는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 17b는 도 17a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.Next, FIG. 17A is an enlarged view of the first region C1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17A.
실시예는 도 17b와 같이, 소정의 마스크(300)를 사용하여 발광 구조물을 식각하여 메사영역(M)을 형성할 수 있다. 이때, 제2 반사층(250)으로부터 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c)과 발광층(230)까지 메사 식각될 수 있고, 제1 반사층(220)의 일부까지 메사 식각될 수도 있다. 메사 식각에서는 ICP(inductively coupled plasma) 에칭 방법으로, 주변 영역의 제2 반사층(250)으로부터 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c)과 발광층(230)을 제거할 수 있으며, 메사 식각 영역은 측면이 기울기를 가지고 식각될 수 있다.17B, the light emitting structure may be etched using a
다음으로 도 18a는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 18b는 도 18a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다. Next, FIG. 18A is an enlarged view of the first region C1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 18A.
실시예는 도 18b와 같이, 습식 산화 공정에 의해 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c )에서 H2O와 반응하여 변경된 제1 내지 제3 절연영역(도 7 내지 도 15의 242a, 242b, 242c)를 포함하는 절연영역(242)와 H2O와 반응되지 않고 반도체 물질을 그대로 포함하는 제1 내지 제3 반도체영역(도 7 내지 도 15의 241a, 241b, 241c)을 포함하는 개구부(241)을 포함할 수 있다. 절연영역(242)은 H2O가 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c )의 외측면으로부터 내부로 침투되어 반도체막(240a, 240b, 240c)에 포함된 Al과 반응하여 변경된 알루미늄산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 개구부는 H2O가 복수의 반도체막(240a, 240b, 240c )의 내부에 침투되지 못하는 영역으로서, H2O가 Al과 반응하지 못하므로 반도체 물질, 즉 AlGa 계열 물질을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 18B, the first to third insulating regions (242a, 242b of FIGS. 7 to 15, modified by reacting with H 2 O in the plurality of
또한 실시예는 이온 주입(Ion implantation)을 통해 AlGa 계열층의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수도 있으며 이에 한정하지 않는다. 이온 주입 시에는 300keV 이상의 에너지로 포톤(photon)이 공급될 수 있다.In addition, the embodiment may change the edge region of the AlGa based layer into the
상술한 반응 공정 후에, 산화층(240)의 중앙 영역은 도전성의 개구부(241)이 배치되고 가장 자리 영역에는 비도전성의 절연영역(242)이 배치될 수 있다. After the reaction process described above, a
실시예의 기술적 과제중의 하나는 고전류 인가시 또는 애퍼처 사이즈의 증대에도 불구하고 고차 모드 이동(higher mode shift)에 따른 출사 빔 패턴(beam pattern)이 분열되는 문제를 방지할 수 있는 표면발광레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다. One of the technical problems of the embodiment is a surface emitting laser device capable of preventing the problem of the beam pattern splitting due to a higher mode shift even when a high current is applied or the aperture size is increased. And to provide a light emitting device comprising the same.
다음으로 도 19a는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역(C1) 확대도이고, 도 19b는 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.Next, FIG. 19A is an enlarged view of the first region C1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 19A.
도 19b와 같이, 발광 구조물의 상부면에 패시베이션층(270)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 19B, a
상기 패시베이션층(270)은 이후 형성되는 제2 전극(280)과 전기적으로 연결되도록 제2 반사층(250)의 일부를 노출시킬 수 있다.The
다음으로 도 20a는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 제1 영역부분(C1) 확대도이고, 도 20b는 도 20a에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2선을 따른 단면도이다.Next, FIG. 20A is an enlarged view of a first area portion C1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment, and FIG. 20B is a cross-sectional view along the line A1-A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 20A. .
실시예에 의하면 도 20b와 제2 반사층(250) 상에 컨택전극(282)이 형성될 수 있으며, 컨택전극(282)의 사이의 중앙영역은 개구부(241)와 대응될 수 있다. 상기 컨택전극(282)은 제2 반사층(250)과의 오믹 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment, the
다음으로, 컨택전극(282)과 전기적으로 접촉되는 패드전극(284)이 형성될 수 있으며, 패드전극(284)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.Next, a
상기 컨택전극(282)과 패드전극(284)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 컨택전극(282)과 패드전극(284)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The
다음으로, 상기 기판(210)의 아래에는 제1 전극(215)이 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(215)의 배치 전에 소정의 그라인딩 공정 등을 통해 상기 기판(210)의 저면 일부를 제거하여 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 전극(215)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(215)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.Next, a
상술한 표면발광레이저 소자를 포함하는 반도체 소자는 레이저 다이오드일 수 있으며, 2개의 반사층 내부가 공진기(resonator)로 작용할 수 있다. 이때, 제1 도전형의 제1 반사층(220)과 제2 도전형의 제2 반사층(250)으로부터 정공과 제2 캐리어, 즉 전자가 활성층으로 공급되어, 발광층(230)에서 방출된 광이 공진기 내부에서 반사되어 증폭되고 문턱 전류에 도달하면, 상술한 개구부(241)를 통하여 외부로 방출될 수 있다.The semiconductor device including the surface-emitting laser device described above may be a laser diode, and the two reflective layers may act as a resonator. At this time, holes and a second carrier, that is, electrons, are supplied to the active layer from the first
실시예에 따른 표면발광레이저 소자에서 방출된 광은 단일 파장 및 단일 위상의 광일 수 있으며, 제1 반사층(220), 제2 반사층(250)과 발광층(230)의 조성 등에 따라 단일 파장 영역이 변할 수 있다.The light emitted from the surface emitting laser device according to the embodiment may be light of a single wavelength and a single phase, and a single wavelength region may vary according to the composition of the first
(제6 실시예)(Example 6)
도 21은 제6 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 단면도이다.21 is a cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the sixth embodiment.
제1 내지 제5 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 도 21에 도시된 플립칩 형태의 표면발광레이저소자에 적용될 수 있다.The surface emitting laser device according to the first to fifth embodiments may be applied to the surface emitting laser device of the flip chip type shown in FIG. 21.
도 21은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.21 is another cross-sectional view of the surface emitting laser device according to the embodiment.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 수직형 외에 도 21와 같이 제1 전극(215)과 제2 전극(280)의 방향이 동일한 플립 칩 형태일 수 있다.In addition to the vertical type, the surface emitting laser device according to the exemplary embodiment may have a flip chip shape in which the directions of the
예를 들어, 도 21과 같이 다른 실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280), 제1 패시베이션층(271), 제2 패시베이션층(272), 비반사층(290) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때 제2 반사층(250)의 반사율이 제1 반사층(220)의 반사율 보다 높게 설계될 수 있다.For example, as shown in FIG. 21, the surface-emitting laser device according to another embodiment may include a
이때 제1 전극(215)은 제1 컨택 전극(216)과 제1 패드 전극(217)을 포함할 수 있으며, 소정의 메사 공정을 통해 노출된 제1 반사층(220) 상에 제1 컨택 전극(216)이 전기적으로 연결되며, 제1 컨택 전극(216)에 제1 패드 전극(217)이 전기적으로 연결될 수 있다.In this case, the
상기 제1 전극(215)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(215)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The
상기 제1 반사층(220)이 n형 반사층인 경우, 상기 제1 전극(215)은 n형 반사층에 대한 전극일 수 있다.When the first
다음으로, 제2 전극(280)은 제2 컨택 전극(282)과 제2 패드 전극(284)을 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250) 상에 제2 컨택 전극(282)이 전기적으로 연결되며, 제2 컨택 전극(282)에 제2 패드 전극(284)이 전기적으로 연결될 수 있다.Next, the
상기 제2 반사층(250)이 p형 반사층인 경우, 상기 제2 전극(280)은 p형 반사층에 대한 전극일 수 있다.When the second
앞서 기술한 실시예에 따른 표면발광 레이저 소자의 기술적 특징은 제2 전극(280)에 적용될 수 있다.Technical features of the surface-emitting laser device according to the above-described embodiment may be applied to the
예를 들어, 신뢰성이 높은 제2 전극 구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.For example, there is a technical effect of providing a surface emitting laser device having a highly reliable second electrode structure and a light emitting device including the same.
예를 들어, 제2 전극(280)이 Ni층을 구비하는 제1 배리어층(282b1)과 Ti층을 구비하는 제2 배리어층(282b2)을 포함할 수 있다. 이때, Ti층을 포함하는 제2 배리어층(282b2)이 인장응력의 상태로, Ni층을 포함하는 제1 배리어층(282b1)이 압축응력의 상태로 제어함으로써 제1 배리어층(282b1)과 제2 배리어층(282b2)을 포함하는 배리어층(282b)에서의 내부 스트레스(internal stress)의 발생을 방지함으로써 전류밀도가 높은 상태에서도 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.For example, the
상기 제1 절연층(271)과 제2 절연층(272)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first insulating
실시예는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.The embodiment has a technical effect of providing a surface emitting laser device having a highly reliable electrode structure and a light emitting device including the same.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam pattern)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.In addition, the embodiment can provide a surface-emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the optical problem that the beam pattern of the exit beam is split or the divergence angle of the beam is increased. There is a technical effect.
또한 실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.In addition, the embodiment has a technical effect that can provide a surface emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the ohmic characteristics.
(이동 단말기)(Mobile terminal)
도 22는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.22 is a perspective view of a mobile terminal to which a surface emitting laser device is applied according to an embodiment.
제1 내지 제5 실시예에 따른 수직형 표면발광레이저 소자와 도 21에 도시된 플립형 표면발광레이저 소자는 도 22에 도시된 이동 단말기에 적용될 수 있다. The vertical surface emitting laser device and the flip surface emitting laser device shown in FIG. 21 according to the first to fifth embodiments may be applied to the mobile terminal shown in FIG.
도 22에 도시된 바와 같이, 실시예의 이동 단말기(1500)는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 자동 초점 장치(1510)는 발광층으로서 앞서 설명된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 패키지 중의 하나를 포함할 수 있다.As illustrated in FIG. 22, the
플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다. The
카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.The
자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 자동 초점 장치(1510)는 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 자동 초점 장치(1510)는 앞서 기술된 실시예의 표면발광레이저 소자를 포함하는 발광층과, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.The
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered as illustrative. The scope of the embodiments should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the embodiments are included in the scope of the embodiments.
201: 표면발광레이저 소자
210: 기판
215: 제1 전극
220: 제1 반사층
221: 제1 그룹 제1 반사층
221a: 제1 그룹 제1-1 층
221b: 제1 그룹 제1-2 층
222: 제2 그룹 제1 반사층
222a: 제2 그룹 제1-1 층
222b: 제2 그룹 제1-2 층
230: 발광층
231: 제1 캐비티층
231a: 제1-1 캐비티층
231b: 제1-2 캐비티층
232: 활성층
232a: 양자우물
232b: 양자배리어
233: 제2 캐비티층
233a: 제2-1 캐비티층
233b: 제2-2 캐비티층(233b)
240: 산화층
241: 개구부
241a, 241b, 241c: 반도체영역
241_1, 241_2: 방해영역
242: 절연영역
242a, 242b, 242c: 절연영역
250: 제2 반사층
251: 제1 그룹 제2 반사층
251a: 제1 그룹 제2-1 층
251b: 제1 그룹 제2-2 층
252: 제2 그룹 제2 반사층
252a: 제2 그룹 제2-1 층
252b: 제2 그룹 제2-2 층
270: 패시베이션층
280: 제2 전극
282: 컨택 전극
284: 패드 전극
300: 마스크
E: 발광층
E1, E2, E3: 에미터
M: 메사영역
n, N1, N2: 굴절률
P: 패드부
D1, D2: 직경201: surface emitting laser device
210: substrate
215: first electrode
220: first reflective layer
221: first group first reflective layer
221a: first group first-first layer
221b: first group 1-2 layers
222: second group first reflective layer
222a: second group first-first layer
222b: second group 1-2 layers
230: light emitting layer
231: first cavity layer
231a: 1-1st cavity layer
231b: 1-2th cavity layer
232: active layer
232a: quantum well
232b: a quantum barrier
233: second cavity layer
233a: 2-1st cavity layer
233b: Second-2
240: oxide layer
241: opening
241a, 241b, and 241c: semiconductor region
241_1, 241_2: obstruction
242: insulation area
242a, 242b, 242c: insulation region
250: second reflective layer
251: First group second reflective layer
251a: first group 2-1 layers
251b: layer 2-2, first group
252: second group second reflective layer
252a: second group second-2-1
252b: second group second-2 layers
270: passivation layer
280: second electrode
282: contact electrode
284: pad electrode
300: mask
E: light emitting layer
E1, E2, E3: Emitter
M: mesa area
n, N1, N2: refractive index
P: Pad part
D1, D2: Diameter
Claims (15)
상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층;
상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치되며 개구부(aperture) 및 절연영역을 포함하는 산화층;
상기 산화층 상에 배치되는 제2 반사층;을 포함하고,
상기 개구부는,
제1 반도체영역;
상기 제1 반도체영역 상에 제2 반도체영역; 및
상기 제2 반도체영역 상에 제3 반도체영역;을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 반도체영역은 Al을 포함하고,
상기 제2 반도체영역의 Al 농도는 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 Al 농도보다 낮은 표면발광레이저 소자.Board;
A first reflective layer disposed on the substrate;
An active layer disposed on the first reflective layer;
An oxide layer disposed on the active layer and including an aperture and an insulating region;
A second reflective layer disposed on the oxide layer;
The opening is,
A first semiconductor region;
A second semiconductor region on the first semiconductor region; And
And a third semiconductor region on the second semiconductor region,
The first to third semiconductor regions include Al,
The Al concentration of the second semiconductor region is lower than the Al concentration of the first or third semiconductor region.
상기 제1 반도체영역의 Al 농도는 상기 제3 반도체영역의 Al 농도와 동일한 표면발광레이저 소자.The method of claim 1,
The Al concentration of the first semiconductor region is the same as the Al concentration of the third semiconductor region.
상기 제2 반도체영역은 In을 더 포함하는 표면발광레이저소자.The method of claim 1,
And the second semiconductor region further comprises In.
상기 제2 반도체영역의 두께는 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 두께보다 작은 표면발광레이저 소자.The method of claim 1,
The thickness of the second semiconductor region is less than the thickness of the first or third semiconductor region.
상기 제1 내지 제3 반도체영역의 두께의 비는 1:0.3:1 내지 1:1:1인 표면발광레이저 소자.The method of claim 4, wherein
The ratio of the thicknesses of the first to third semiconductor regions is 1: 0.3: 1 to 1: 1: 1.
상기 제2 반도체영역의 두께는 3nm 내지 100nm인 표면발광레이저 소자.The method of claim 4, wherein
The thickness of the second semiconductor region is 3nm to 100nm surface light emitting laser device.
상기 제2 반도체영역의 직경은 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 직경보다 큰 표면발광레이저소자.The method of claim 1,
The diameter of the second semiconductor region is greater than the diameter of the first or third semiconductor region.
상기 절연영역은,
상기 제1 반도체영역을 둘러싸는 제1 절연영역;
상기 제1 절연영역 상에 배치되고 상기 제2 반도체영역을 둘러싸는 제2 절연영역; 및
상기 제2 절연영역 상에 배치되고 상기 제3 반도체영역을 둘러싸는 제3 절연영역;을 포함하는 표면발광레이저 소자.The method of claim 1,
The insulating region,
A first insulating region surrounding the first semiconductor region;
A second insulating region disposed on the first insulating region and surrounding the second semiconductor region; And
And a third insulating region disposed on the second insulating region and surrounding the third semiconductor region.
상기 제2 반도체영역은 제1 또는 제3 반도체영역의 끝단으로부터 외측 방향을 따라 돌출된 제1 돌출영역을 가지고,
상기 제1 돌출영역은 상기 제1 또는 제3 절연영역의 일부와 수직으로 중첩되는 표면발광레이저 소자.The method of claim 8,
The second semiconductor region has a first protruding region protruding in an outward direction from an end of the first or third semiconductor region,
And the first protruding region vertically overlaps a part of the first or third insulating region.
상기 제1 또는 제3 절연영역은 상기 제2 절연영역의 내측 끝단으로부터 내측 방향을 따라 돌출된 제2 돌출영역을 가지고,
상기 제2 돌출영역은 상기 제1 돌출영역과 수직으로 중첩되는 표면발광레이저 소자.The method of claim 9,
The first or third insulating region has a second protruding region protruding inward from the inner end of the second insulating region,
And the second protruding region overlaps the first protruding region vertically.
상기 제1 및 제3 반도체영역 중 적어도 하나의 반도체영역은 그레이딩 가변되는 Al 농도를 포함하는 표면발광레이저 소자.The method of claim 8,
And at least one semiconductor region of the first and third semiconductor regions includes an Al concentration of varying grading.
상기 Al 농도는 상기 활성층으로부터 상기 제2 반사층의 방향으로 갈수록 증가되는 표면발광레이저 소자.The method of claim 11,
The Al concentration is increased in the direction of the second reflective layer from the active layer.
상기 적어도 하나의 반도체영역을 둘러싸는 절연영역의 내측 끝단은 상기 활성층으로부터 상기 제2 반사층의 방향으로 갈수록 내측 방향으로 점진적으로 돌출되는 방해영역을 가지는 표면발광레이저 소자.The method of claim 11,
And an inner end portion of the insulating region surrounding the at least one semiconductor region has an obstructing region that gradually protrudes inward toward the second reflective layer from the active layer.
상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층;
상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치되며 개구부(aperture) 및 절연영역을 포함하는 산화층;
상기 산화층 상에 배치되는 제2 반사층;을 포함하고,
상기 개구부는,
상기 활성층 상에 제1 반도체영역;
상기 제1 반도체영역 상에 제2 반도체영역; 및
상기 제2 반도체영역 상에 제3 반도체영역;을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 반도체영역은 Al을 포함하고,
상기 제2 반도체영역의 Al 농도는 상기 제1 또는 제3 반도체영역의 Al 농도보다 높은 표면발광레이저 소자.Board;
A first reflective layer disposed on the substrate;
An active layer disposed on the first reflective layer;
An oxide layer disposed on the active layer and including an aperture and an insulating region;
A second reflective layer disposed on the oxide layer;
The opening is,
A first semiconductor region on the active layer;
A second semiconductor region on the first semiconductor region; And
And a third semiconductor region on the second semiconductor region,
The first to third semiconductor regions include Al,
The Al concentration of the second semiconductor region is higher than the Al concentration of the first or third semiconductor region.
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