KR20210118849A - 레이저 복사선 발생 장치 - Google Patents

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한스 벤첼
슈테펜 크니게
크리스티안 도미니크 마르틴
안드레 마스도르프
카사 피에트로 델라
안드레아 크니게
파울 크룸프
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페르디난드-브라운-인스티튜트 게게엠바하, 라이브니츠-인스티튜트 푸어 훼스트후리퀀즈테크닉
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Abstract

본 발명은 레이저 복사선선 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 높은 효율, 및 낮은 원거리장 발산도(degree of far field divergence)를 동시에 갖는 레이저 다이오드를 제시하는 것이다. 본 발명에 따른 다이오드 레이저는 전류 장벽(5)을 포함하되, 상기 전류 장벽(5)은 제3 축(X)을 따라 연장하고, 상기 전류 장벽(5)은 적어도 하나의 개구부를 가지며, 상기 제3 축(X)을 따른 상기 전류 장벽(5)의 상기 개구부의 제1 폭(W1)은 상기 제3 축(X)을 따른 금속 p-접촉부(8)의 제2 폭(W2)보다 작다.

Description

레이저 복사선 발생 장치
본 발명은 레이저 복사선 발생 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 에지 방출 레이저 다이오드(다이오드 레이저)는, 그것들의 밴드갭, 굴절률 및 도핑을 서로 달리하는 반도체 층들에 내장된 활성층을 가지고 있다. 활성층 아래 및 위의 층들은, 특히 전도 유형(n 또는 p)으로 인해, 서로 다르다. 전자와 정공이 활성층으로 이동하고 거기에서 자극된 방식으로 재결합하여 레이저 복사선을 발생하도록 하는 것을 보장하는 것과 더불어, 이 층들은 레이저 광을 수직으로 안내하는 역할을 한다. 활성층에 인접한 층들은 도파로층(waveguide layers)으로 지정되고, 도파로층에 인접한 층들은 클래딩층(cladding layers)으로 지정된다. 전형적으로, 활성층의 굴절률은 도파로층의 굴절률보다 높고, 도파로층의 굴절률은 클래딩층의 굴절률보다 높다[E. Kapon (Ed.): "Semiconductor Lasers I: Fundamentals", Academic Press 1998]. 그러나, 다른 구성들도 가능하다(예를 들어, 수직 애로우(Vertical ARROW) [H. Wenzel et al: "High-power diode lasers with small vertical beam divergence emitting at 808 nm", Electronics Letters vol. 37 (2001)], 광자 밴드 결정(Photonic Band Crystal) [M.V. Maximum et al: "Longitudinal photonic bandgap crystal laser diodes with ultra-narrow vertical beam divergence", Proc. SPIE vol. 6115 (2006)]).
에지 방출 다이오드 레이저의 에피택셜 성장된 반도체 층 구조는, 대면적 금속 n-접촉부 및 한정된 금속 p-접촉부에 의해 전기적으로 접촉된다. 두 접촉부들 사이에 전류가 흐르는 방식으로 두 접촉부들 사이에 전압이 인가되고, 이에 의해, 활성층 내로 정공 및 전자가 주입된다. 빈번하게도, n-접촉부의 폭은 레이저 칩의 폭과 동일하다. p-접촉부의 치수는 원하는 방출 개구(emission aperture)에 따라 선택된다. p-접촉부와 활성층 사이의 전류 경로의 측방향 확장(lateral widening)으로 인해, 전기적으로 펌핑된 표면은 p-접촉부보다 일정하게(constantly) 더 넓다. 소위 전류 경로 확장은, 무엇보다도, 고농도로 도핑된 접촉층에서 발생하지만, 그 아래에 있는 p-도핑된 층들에서도 발생한다.
DE102008014093A1은 감소된 빔 발산(beam divergence)을 갖는 레이저 복사선을 발생하기에 적합한 레이저 다이오드를 개시하고 있다.
그러나, 좁은 p-접촉부로 인해 전기저항이 높고 열전도도가 낮은 것은 불리하다. 또한, 상대적으로 좁은 p-접촉층으로 인해 외부로부터 가해지는 기계적 장력에 의해 결정 결함이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 낮은 빔 발산에도 불구하고 p-접촉부의 낮은 전기 저항을 실현하는 것이다.
이러한 목적들은 청구항 1(장치) 및 청구항 12(방법)의 특징들에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 구성들(expedient configurations)은 종속항들에 포함된다.
본 발명에 따른 다이오드 레이저는: 제1 n형 기능층들; 금속 n-접촉부; 전자기 복사선을 발생하기에 적합하고 상기 제1 기능층들 상에 배열된 활성층; 상기 활성층 상에 배열된 제2 p형 기능층들로서, 제1 p형 층들 및 제2 p형 층들을 포함하는 제2 p형 기능층들; 금속 p-접촉부; 상기 제1 p형 층들과 상기 제2 p형 층들 사이에 배열된 전류 장벽; 및 제1 축을 따라 전자기 복사선을 결합(coupling out)하기 위한 적어도 하나의 면(facet);을 포함하고, 여기서, 상기 제1 n형 기능층들, 상기 활성층 및 제2 p형 기능층들은 제2 축을 따라 적층되고, 상기 전류 장벽은 제3 축을 따라 연장하고, 상기 전류 장벽은 적어도 하나의 개구부를 갖고, 상기 제3 축을 따른 상기 개구부의 제1 폭은 상기 제3 축을 따른 상기 금속 p-접촉부의 제2 폭보다 작다.
본 발명의 아이디어는, 금속 p-접촉부의 접촉 표면의 크기 및 금속 p-접촉부 아래에 놓인 제2 p-형 층들의 두께가 증가될 수 있는 방식으로, 다이오드 레이저 내에 전류 장벽을 도입하는 것이다. 이의 장점은, 큰 p-접촉부 표면에 의해 전기 저항이 크게 감소될 수 있으면서도 빔 특성에는 부정적인 영향이 미치지 않고, 더 두꺼운 제2 p-형 층들이 기계적 장력이 더 쉽게 완화되는 것을 가능하게 하며, 이는 레이저의 서비스 수명 및 빔 품질에 긍정적인 영향을 미친다는 것이다.
전류 장벽은 제1 p형 층들의 일부 영역들 내로만 도입되는 것이 바람직하다.
제1 n형 기능층들은 바람직하게는, n-클래딩층, n-도파로층 및 n-접촉층을 포함하고, 더욱더 바람직하게는, 제1 n형 기능층들은 정확히 하나의 n-클래딩층, 하나의 n-도파로층 및 하나의 n-접촉층으로 이루어진다.
제1 p형 층들은 바람직하게는 p-도파로층 및 p-클래딩층을 포함하고, 더욱더 바람직하게는 제1 p형 층들은 정확히 하나의 p-도파로 층 및 하나의 p-클래딩층으로 이루어진다.
제2 p-형 층들은 바람직하게는 p-접촉층을 포함하고, 더욱더 바람직하게는 제2 p-형 층들은 정확히 하나의 p-접촉층으로 이루어진다.
제1 p형 층들의 두께는 제2 p형 층들의 두께보다 작은 것이 바람직하다. 이는, 결과적으로 반도체 층들의 기계적 장력이 완화될 수 있기 때문에, 유리하다.
바람직한 일 구현예에서, 제2 축을 따른 전류 장벽의 개구부의 투영(projection)은 금속 p-접촉부와 완전히 중첩된다. 이것의 장점은, 전류 팽창이 감소되고, 결과적으로 레이저가 더 효율적이 된다는 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 전류 장벽은 복수의 개구부들을 가지며, 여기서, 제2 축을 따른 개구부들의 투영은 금속 p-접촉부와 완전히 중첩된다. 이것은, 전류 밀도 및, 결과적으로, 활성층에 주입된 전하 캐리어를 변조(modulating)함으로써, 광학 레이저 빔 필드의 성형(shaping) 및, 결과적으로, 빔 품질의 개선이 달성될 수 있기 때문에 유리하다.
전류 장벽의 모든 개구부들은 동일한 폭인 것이 바람직하다. 이것은 활성층의 전류 밀도의 불일치(disparities)를 방지하여, 빔 품질에 대한 추가적인 이점을 제공한다.
측방향 (제3) 축을 따라 전류 장벽의 개구부들이 균일하게 분포되는 것이 더욱 바람직하다. 이는, 활성 영역이 가능한 한 완전히 활용되는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 추가 구현예에서, 바람직하게는, 제2 축을 따라 서로 이격되어 구성되는 적어도 2개의 활성층들이 제공되며, 또한, 적어도 2개의 전류 장벽들(즉, 적어도 2개의 활성층들을 위한, 제2 축을 따라 서로 이격된 적어도 2개의 전류 장벽들)이 제공된다. 이는, 두 개의 주파수를 위한 또는 동일한 전류에서 두 배의 출력 전력을 갖는 다이오드 레이저를, 전류 장벽의 장점과 결합하는 것을 가능하게 한다. 이 경우, 두 개의 에미터들(emitters)이 적층된다.
본 발명에 따른 추가 구현예에서, 바람직하게는, 제2 축을 따라 서로 이격되어 구성되는 적어도 2개의 활성층들이 제공되되, 단 하나의 전류 장벽 만이 제공된다. 이 구현예의 장점은, 단 하나의 전류 장벽 만이 구성되면 되기 때문에, 제조가 더 간단해진다는 것이다.
본 발명에 따른 추가 구현예에 따르면, 제1 축을 따라 서로 이격되는 적어도 2개의 전류 장벽들이 제공된다. 그 결과, 활성 영역을 최대한 완전하게 추가적으로 활용되고, 레이저의 빔 특성이 향상된다.
본 발명에 따른 일 구현예에서, 전류 장벽의 개구부의 폭은 제1 축을 따라 변한다. 여기서, 레이저 빔 특성은 제1 축을 통해 변화될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 전류 장벽들은 면들(facets)의 영역에서 제1 축을 따라 제공된다.
금속 p-접촉부의 제2 폭과 전류 장벽의 개구의 제1 폭 사이의 차이는 바람직하게는 1 ㎛보다 크고, 훨씬 더 바람직하게는 5 ㎛보다 크고, 더욱더 바람직하게는 20 ㎛보다 크고, 더욱더 바람직하게는 50 ㎛보다 크다. 금속 p-접촉부의 제2 폭과 전류 장벽의 개구부의 제1 폭 사이의 차이가 증가함에 따라, 더 넓은 금속 p-접촉부으로 인해 더 낮은 전기 저항이 달성되고, 열 방출이 더 효율적으로 이루어지며, 또한 동시에, 전류 팽창이 방지된다.
전류 장벽의 개구부의 제1 폭은 바람직하게는 0.5 ㎛ 초과, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 5 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 10 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 30 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 50 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 100 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 200 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 400 ㎛ 초과이다. 전류는, 전류 장벽의 더 큰 개구부 덕분에, 전류 장벽을 통해 더 효율적으로, 그러나 전류 확장은 허용하지 않은 채, 전도된다.
전류 장벽의 두께는 바람직하게는 0.10 μm 초과, 더욱 바람직하게는 0.15 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.20 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.25 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.30 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.40 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.50 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 1.00 ㎛ 초과이다. 더 두꺼운 전류 장벽으로 인해, 전기 전도에 대한 저항이 더 커진다.
활성층으로부터 전류 장벽의 거리는 바람직하게는 1 μm 미만, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.2 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.1 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.01 ㎛ 미만이다. 전류 팽창은, 활성층으로부터 전류 장벽의 더 작은 거리에 의해, 더 잘 방지될 수 있다.
제1 p형 층들의 두께는 바람직하게는 5 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 1 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.5 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.2 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 0.1 ㎛ 미만이다. 전류 장벽의 도입은, 제1 p형 층들의 더 얇은 층 두께에 의해, 촉진될 수 있다.
제2 p형 층들의 두께는 바람직하게는 0.05 ㎛ 초과, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.5 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 1 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 5 ㎛ 초과이다. 결정 결함을 유발하는 기계적 응력은, 제2 p형 층들의 더 두꺼운 층 두께로 인해, 더 잘 완화될 수 있다.
제1 p형 층의 두께에 대한 제2 p형 층의 두께의 몫(quotient)은 바람직하게는 0.1 초과, 더욱 바람직하게는 0.2 초과, 더욱더 바람직하게는 1 초과, 더욱더 바람직하게는 2 초과, 더욱더 바람직하게는 10 초과이다. 이는, 전류가 전류 장벽을 넘어간 후에, 전류 팽창이 최소화된다는 이점을 가져온다.
다이오드 레이저는 바람직하게는 에지 방출 다이오드 레이저로서 구성된다. 다이오드 레이저는 바람직하게는 광 증폭기(optical amplifier)로서 구성된다. 이는, 레이저 다이오드가 가능한 한 쉽게 구성될 수 있다는 이점을 가져온다.
바람직하게는, 캐리어 기재(예를 들어, GaAs, InP, GaSb 또는 GaN)가 제공되며, 이때, 상기 캐리어 기재 상에는, 표시된 층 구조가 구축된다.
제1 n형 기능층들은 바람직하게는 캐리어 기재를 향하는 활성층의 측면 상에 배열되고, 반면에, 제2 p형 기능층들은 캐리어 기재로부터 멀어지는 쪽을 향하는 활성층의 측면 상에 배열된다.
금속 n-접촉부는 바람직하게는 제1 n-형 기능층들으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 캐리어 기재의 측면 상에 배열된다.
전류 장벽은 바람직하게는, 사용된 층 구조체의 비전기저항(specific electrical resistance)(이하 σc로 지칭됨)(예를 들어, σc = 5.5 x 10-5 Ω-cm2)보다 상당히 더 큰 비전기저항을 갖는다. 저항 요소들의 비전기저항은 바람직하게는 2 σc 초과(예를 들어, 1.1 × 10-4 Ω-cm2), 더욱 바람직하게는 10 σc 초과(예를 들어, 5.5 × 10-4 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 102 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 10-3 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 103σc 초과(예를 들어, 5.5 x 10-2 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 104 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 10-1 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 105 σc 초과(예를 들어, 5.5 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 106 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 101 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 107 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 102 Ω-cm2), 더욱더 바람직하게는 108 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 103 Ω-cm2), 특히 바람직하게는 109 σc 초과(예를 들어, 5.5 x 104 Ω-cm2)이다.
추가의 바람직한 구성에서, 사용된 층 구조체의 비저항에 대한 전류 장벽의 비저항의 비율은 2 초과, 더욱 바람직하게는 10 초과, 더욱더 바람직하게는 102 초과, 더욱더 바람직하게는 103 초과, 더욱더 바람직하게는 104 초과, 더욱더 바람직하게는 105 초과, 더욱더 바람직하게는 106 초과, 더욱더 바람직하게는 107 초과, 더욱더 바람직하게는 108 초과, 특히 바람직하게는 109 초과이다.
제1 p형 층들과 제2 p형 층들은 바람직하게는 상이한 재료들로 이루어진다.
더욱 바람직하게는, 전류 장벽 및 제1 p형 층들은 동일한 베이스 재료로 이루어지며, 여기서 전류 장벽은 외래 원자들로 도핑되어 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면은 레이저 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.
표시된 레이저 다이오드 제조 방법은: 제1 n형 기능층들을 구성하는 단계; 전자기 복사선을 발생하기에 적합하고 상기 제1 n형 기능층들 상에 배열된 활성층을 구성하는 단계; 상기 활성층 상에 제1 p형 층들을 구성하는 단계; 전류 장벽을 구성하기 위해 상기 제1 p형 층들 내로 외래 원자들(foreign atoms)을 도입하는 단계; 후속적으로, 상기 제1 p형 층들 상에 제2 p형 층들을 구성하는 단계; 및 상기 제1 n형 기능층들 아래에 금속 n-접촉부를 구성하고, 상기 제2 p-형 층들 상에 금속 p-접촉부를 구성하는 단계;를 포함하고, 상기 외래 원자들은 단지 상기 제1 p형 층들의 일부 영역들 내로만 도입되고, 외래 원자가 도입되지 않은, 상기 제1 p형 층들의 일부 영역의 폭은 상기 금속 p-접촉부의 폭 보다 작다.
바람직한 구현예에서, 외래 원자는 구조화된 마스크에 의해 도입되고, 마스크는 더욱 바람직하게는 외래 원자의 도입 전에 제1 p형 층들 상에 구성되고, 제1 p형 층들 내로의 외래 원자의 도입 후에 다시 제거된다. 이는, 예를 들어 주입(implantation) 또는 확산(diffusion)에 의해, 제1 p-형 층들 내로 외래 원자를 도입하는 것을 용이하게 만든다.
전류 장벽을 구성하기 위해, 바람직하게는, 규소, 산소, 철 또는 셀레늄이 외래 원자로서 제1 p형 층들 내로 도입된다. 이는, 장기적으로 안정적이고 저항력 있는 전류 장벽을 생성한다.
제1 n형 기능층들, 활성층, 제1 p형 층들 및 제2 p형 층들은 바람직하게는 에피택셜 공정에 의해 구성된다.
상기 방법에서, 제1 p형 층들의 두께는 바람직하게는 제2 p형 층들의 두께보다 작게 구성된다.
상기 방법에서, 전류 장벽의 두께는 바람직하게는 0.10 ㎛ 초과, 더욱 바람직하게는 0.15 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.20 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.25 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.30 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.40 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 0.50 ㎛ 초과, 더욱더 바람직하게는 1.00 μm 초과로 구성된다. 더 두꺼운 전류 장벽으로 인해 전기 전도도는 더욱 탄력적(resilient)이 된다.
더 넓은 금속 p-접촉부는 전기 저항을 낮추어, 레이저를 더 효율적으로 작동시킨다. 레이저의 p-바닥부 장착(p-bottom mounting) 동안 열 소산(heat dissipation)이, 더 큰 접촉 표면에 의해, 추가적으로 향상된다. 제2 p형 층들이 두꺼울수록, 금속 p-접촉부로부터 활성층까지의 거리가 증가되어, 면 코팅(facet coating) 및 p-바닥부 장착에 대한 허용 오차 범위가 더 커진다. 반도체 층들의 실장으로 인해 도입되는 기계적 장력은 두꺼운 제2 p형 층들을 통해 더 잘 완화되며, 그 결과, 활성층 부근에서 발생하는 결정 결함이 감소되어, 수명이 향상된다. 제2 p형 층들이 두꺼울수록, 편광 정도, 및 열 렌즈의 형태, 그리고, 결과적으로 빔 품질에 대해 긍정적인 영향을 미친다.
개별적인 경우에서 달리 언급되지 않는 한, 본 출원에 표시된 본 발명의 다양한 구현예들 및 측면들은 서로 유리하게 조합될 수 있다. 특히, 상기 방법의 바람직한 구성들 및 구현예들에 관한 표현 및 설명은 그에 따라 장치에 지속적으로 전달될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
이하에서, 본 발명은 관련된 도면을 참조하여 예시적 구현예들에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개략적인 단면도를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 추가 레이저 다이오드의 개략적인 단면도를 보여준다.
도 3a는 본 발명에 따른 또 다른 레이저 다이오드의 개략적인 단면도를 보여준다.
도 3b는 본 발명에 따른 또 다른 레이저 다이오드의 개략적인 단면도를 보여준다.
도 4는 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개략적인 평면도를 보여준다.
도 5는 도 2의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개랴적인 평면도를 보여준다.
도 6은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 변형예의 개략적인 평면도를 보여준다.
도 7은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 추가 변형예의 개략적인 평면도를 보여준다.
도 8은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 또 다른 변형예의 개략적인 평면도를 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제1 구현예의 개략적인 단면도를 보여준다. 레이저 다이오드는 금속 n-접촉부(1), 그 위에 배열된 제1 n형 기능층들(2)(n형 캐리어 기재 포함), 그 위에 배열된 활성층(3), 그 위에 배열된 제1 p형 층들(4), 전류 장벽(5), 그 위에 배열된 제2 p형 층들(7), 및 그 위에 배열된 금속 p-접촉부(8)를 갖는 층 구성을 가지며, 여기서, 경계면(6)은 제1 p형 층들(4)과 제2 p형 층들(7) 사이에 구성된다. 도 1의 구현예에서, 전류 장벽(5)은 외래 원자가 주입된 제1 p형 층들(4)의 일 부분으로서 구성되고, 여기서, 제1 p형 층들(4)의 주입되지 않은 부분은 제1 두께(h1)로 구성되고, 전류 장벽(5)은 두께(d1)로 구성되고, 제2 p형 층들(7)은 제2 두께(h2)로 구성된다. 전류 장벽(5)은 제1 폭(W1)을 갖는 개구부를 갖도록 구성되고, 금속 p-접촉부은 제2 폭(W2)을 갖도록 구성된다. 금속 n-접촉부의 폭은 레이저 다이오드 칩의 제3 폭(W3)에 해당하도록 구성된다. 이 구현예에서, 그것의 개구부를 갖는 전류 장벽(5)은 전류 경로를 제한하기 위해 이용된다. 전류는, 금속 p-접촉부(8)로부터, 전류 장벽(5)의 개구부를 통해, 활성층(3)의 방향으로, 흐른다. 전류 장벽(5)은 전류의 팽창을 억제한다. 이는, 넓은 p-접촉부(8)가 활용될 수 있도록 보장한다. 전류 팽창이 억제되기 때문에, 제2 p형 층들(7)은 또한, 전류 팽창에 대해 부정적인 영향을 미치지 않은 채, 그것들의 층 두께가 팽창될 수 있다.
920 nm의 파장을 갖는 레이저 복사선을 발생하기 위한 바람직한 예시적인 구현예에서, 활성층(3)은, 예를 들어, 7 nm의 두께 및 10%의 In 몰비 y를 갖는 InyGa1-yAs로 바람직하게 구성된다. 제1 n형 기능층들(2), 제1 p형 층들(4), 전류 장벽(5), 및 제2 p형 층들(7)은 AlxGa1-xAs로부터 생성된다. 제1 n형 기능층들(2)은 바람직하게는 다음으로 이루어진다: 35%의 AlxGa1-xAs에서의 Al 몰비 x 및 1.5 ㎛의 층 두께를 갖는 n-클래딩층; 및 2.5 ㎛의 층 두께를 갖는 n-도파로층으로서, n-클래딩층과의 경계에서의 35%의 Al 몰비가 활성층(3)과의 하부 경계에서 20%로 떨어지는, n-도파로층. 층 두께(h3)를 갖는 제1 p형 층들(4)은 다음으로 이루어진다: 0.25 ㎛의 층 두께를 갖는 p형 도파로층으로서, 활성층(3)과의 경계에서의 20%의 Al 몰비가 70%로 증가하는, p형 도파로층; 및 0.6 ㎛의 층 두께 및 70%의 Al 몰비를 갖는 인접한 p-클래딩층; 두께(h2)가 1 ㎛인 제2 p형 층들(7)에서 Al의 몰비는 0%이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구현예의 개략적인 단면도를 보여준다. 이 구현예에서, 전류 장벽(5)은, 예로서, 폭(W11, W12, W13, 및 W14)을 갖는 4개의 개구부를 갖도록 구성된다. 이는, 제3 축 X를 따른 활성층 내의 전류 밀도의 변조 및, 결과적으로, 주입된 전하 캐리어의 변조를 달성하며, 그 결과, 광학 레이저 빔 필드가 성형(shaped)되고, 빔 품질의 개선이 달성될 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 전류 실드의 개구부의 폭들(W11, W12, W13 및 W14)은 서로 동일한 크기이고, 그 결과, 제2 축 Y를 따라 특히 균일한 전력 분포가 달성된다.
도 3a는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구현예의 개략적인 단면도를 보여준다. 이 구현예에서, 레이저 다이오드는 제2 축(Y)을 따라 2개의 에미터들(a, b)이 적층되도록 구성되며, 전류 장벽(5a, 5b)이 각각의 에미터를 위해 구성된다. 이 2개의 에미터들은 바람직하게는 터널 다이오드(10)에 의해 서로 이격된다. 이 구현예에서, 전류의 팽창에 억제하기 위한 전류 장벽(5a, 5b)의 일정한(constant) 활용으로 인해, 접촉부(1, 8)에 의해 동일한 전류로 2배의 광 출력이 발생될 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구현예의 개략적인 단면도를 보여준다. 제2 축 Y를 따라 2개의 에미터들(a, b)이 적층되어 있는 레이저 다이오드의 이 구현예에서, 전류의 팽창은 가장 낮은 에미터를 위한 전류 장벽(5a)에 의해서만 방지된다. 도 3a의 이점과 대비되는 이 구현예의 이점은, 단지 하나의 전류 장벽이 구성되면 되기 때문에, 제조가 더 간단해진다는 것이다.
도 4는 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개략적인 평면도를 보여준다. 금속 p-접촉부(8)는, 전류 장벽(5)의 밑에 있는 개구부를 숨기지 않도록, 물결 패턴으로서 투명한 방식으로 묘사되어 있다. 이 구현예에서, 전류 장벽(5)은 개구부를 갖는다. 개구부의 폭(W1)은 제1 축(Z) 방향으로 변화되지 않는 방식으로 연장한다.
도 5는 도 2의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개략적인 평면도를 보여준다. 이 구현예에서, 전류 장벽(5)은 폭들(W11, W12, W13, 및 W14)을 갖는 4개의 개구부들을 갖는다. 개구부의 폭들(W11, W12, W13, 및 W14)은 제1 축(Z) 방향으로 일정하게 유지된다. 바람직한 일 구현예에서, 전류 실드의 개구부들의 폭들(W11, W12, W13 및 W14)은 서로 동일한 크기이고, 그 결과, 제2 축(Y)를 따라 특히 균일한 전력 분포가 달성된다.
도 6은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 추가 구현예의 개략적인 평면도를 보여준다. 이 구현예에서, 6개의 전류 장벽들(5)은 제1 축(Z)을 따라 거리(L1, L2, L3, L4, 및 L5)로 서로 이격되어 있다. 전류 장벽들의 각각은, 동일한 폭(W1)을 가지며 제3 축(X)에 대해 동일한 위치에 있는 개구부를 갖는다. 바람직한 일 구현예에서, 전류 장벽들(5)의 거리는 등거리이며, 즉, 거리들(L1, L2, L3, L4 및 L5)은 서로 동일한 크기이다. 그 결과, 제1 축(Z)를 따른 활성층 내의 전류 밀도의 주기적인 변조, 및, 결과적으로, 주입된 전하 캐리어의 변조가 달성되고, 그 결과, 광학 레이저 빔 필드도 마찬가지로 주기적으로 변조된다. 이는 넓은 줄무늬 레이저(broad-stripe lasers)에서 필라멘테이션(filamentation)을 억제할 수 있고, 결과적으로 빔 품질을 향상시킬 수 있다.
도 7은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구현예의 개략적인 평면도를 보여준다. 이 구현예에서, 개구부를 갖는 전류 장벽(5)이 존재한다. 개구부는, 제1 축(Z)를 따라, 제3 축(X)의 방향으로의 그것의 폭(W1r로부터 W1f까지)이 변화된다. 이는, 제1 축(Z)을 따라 광출력 밀도를 변화시키는 데 사용될 수 있다.
도 8은 도 1의 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구현예의 개략적인 평면도를 보여준다. 이 구현예에서, 전류 장벽은 또한, 면들(facets)(21, 22)의 영역을 따라, Lf 및 Lr의 제1 축 Z를 따른 확장과 함께, 연장한다. 이것은 레이저의 서비스 수명을 단축시킬 수 있다.
1: 금속 n-접촉부
2: n형 캐리어 기재를 포함하는 제1 n형 기능층들
3: 활성층
4: 제1 p형 기능층들
5: 전류 장벽
6: 제1 p형 기능층들과 제2 p형 기능층들 사이의 경계면
7: 제2 p형 기능층들
8: 금속 p-접촉부
X: 제3 축
Y: 제2 축
Z: 제1 축
h1: 활성층으로부터 전류 장벽의 거리(제1 p형 층들의 주입되지 않은 부분의 두께)
d1: 전류장벽의 두께
h2: 제2 p형 층들의 두께
h3: 제1 p형 층들의 두께
W1: 전류 장벽의 개구부의 제1 폭
W2: 금속 p-접촉부의 제2 폭
W3: 금속 n-접촉부의 제3 폭
W11 내지 W14: 전류 장벽의 개구부들의 폭
W1a: 제1 전류 장벽의 개구부의 폭
W1b: 제2 전류 장벽의 개구부의 폭
W1r: 제1 면(facet) 상의 전류 장벽의 개구부의 폭
W1f: 제2 면 상의 전류 장벽의 개구부의 폭
L: 면들(facets)의 거리(공진기의 길이)
L1 내지 L5: 전류 장벽들의 거리
10: 터널 다이오드
21: 제1 면
22: 제2 면
2a 내지 7a: 제1 레이저의 층들
2b 내지 7b: 제2 레이저의 층들

Claims (20)

  1. 다이오드 레이저로서,
    상기 다이오드 레이저는:
    a) 제1 n형 기능층(2);
    b) 금속 n-접촉부(1);
    c) 전자기 복사선을 발생하기에 적합하고 상기 제1 기능층(2) 상에 배열된 활성층(3);
    d) 상기 활성층(3) 상에 배열된 제2 p형 기능층(4, 7)으로서, 제1 p형 층(4) 및 제2 p형 층(7)을 포함하는 제2 p형 기능층;
    e) 금속 p-접촉부(8);
    f) 상기 제1 p형 층(4)과 상기 제2 p형 층(7) 사이에 배열된 전류 장벽(5); 및
    g) 제1 축(Z)을 따라 전자기 복사선을 결합(coupling out)하기 위한 적어도 하나의 면(facet);을 포함하고, 여기서, 상기 제1 n형 기능층(2), 상기 활성층(10) 및 제2 p형 기능층(4, 7)은 제2 축(Y)을 따라 적층되고,
    h) 상기 전류 장벽(5)은 제3 축(X)을 따라 연장하고,
    i) 상기 전류 장벽(5)은 적어도 하나의 개구부를 갖고,
    j) 상기 제3 축(X)을 따른 상기 전류 장벽(5)의 상기 개구부의 제1 폭(W1)은 상기 제3 축(X)을 따른 상기 금속 p-접촉부(8)의 제2 폭(W2)보다 작으며,
    k) 상기 전류 장벽(5)의 두께는 0.25 μm보다 더 큰,
    다이오드 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 장벽은 상기 제1 p형 층의 일부 영역 내로만 도입되는, 다이오드 레이저.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 n형 기능층(2)은 정확히 하나의 n-클래딩층(n-cladding layer), 하나의 n-도파로층(n-waveguide layer) 및 하나의 n-접촉층(n-contact layer)으로 이루어지는, 다이오드 레이저.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 p형 층(4)은 정확히 하나의 p-도파로 층 및 하나의 p-클래딩층으로 이루어지는, 다이오드 레이저.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 p형 층은 정확히 하나의 p-접촉층으로 이루어지는, 다이오드 레이저.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 장벽(5)의 비전기저항(specific electrical resistance)은, 사용된 층 구조체의 비전기저항 크기의 2배를 초과하는, 다이오드 레이저.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 p형 층(4)과 상기 제2 p형 층(7)은 상이한 재료로 이루어지는, 다이오드 레이저.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 p형 층(4)의 두께(h3)는 상기 제2 p형 층(7)의 두께(h2)보다 작은, 다이오드 레이저.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 장벽(5)는 복수의 개구부를 갖고, 상기 제2 축(Y)을 따른 상기 개구부의 투영(projection)은 상기 금속 p-접촉부(8)와 완전히 중첩되는, 다이오드 레이저.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 활성층(3a, 3b)이 상기 제2 축(Y)을 따라 서로 이격되어 구성되고, 적어도 2개의 전류 장벽(5a, 5b)이 제공되되, 상기 적어도 2개의 전류 장벽(5a, 5b)은 상기 제2 축(Y)을 따라 서로 이격되어 구성되는, 다이오드 레이저.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 활성층(3a, 3b)이 상기 제2 축(Y)을 따라 서로 이격되어 구성되고, 단지 하나의 전류 장벽(5a) 만이 제공되는, 다이오드 레이저.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 전류 장벽(5)이 제공되되, 상기 적어도 2개의 전류 장벽(5)은 상기 제1 축(Z)을 따라 서로 이격되어 구성되는, 다이오드 레이저.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 장벽(5)의 상기 개구부의 폭(W1r, W1f)은 상기 제1 축(Z)을 따라 변하는, 다이오드 레이저.
  14. 다이오드 레이저의 제조 방법으로서,
    상기 제조 방법은:
    a) 제1 n형 기능층(2)을 구성하는 단계;
    b) 전자기 복사선을 발생하기에 적합하고 상기 제1 n형 기능층(2) 상에 배열된 활성층(3)을 구성하는 단계;
    c) 상기 활성층(3) 상에 제1 p형 층(4)을 구성하는 단계;
    d) 전류 장벽(5)을 구성하기 위해 상기 제1 p형 층(4) 내로 외래 원자(foreign atoms)을 도입하는 단계;
    e) 후속적으로, 상기 제1 p형 층(4) 상에 제2 p형 층(7)을 구성하는 단계; 및
    f) 상기 제1 n형 기능층(2) 아래에 금속 n-접촉부(1)을 구성하고, 상기 제2 p-형 층(7) 상에 금속 p-접촉부(8)를 구성하는 단계;를 포함하고,
    g) 상기 외래 원자는 단지 상기 제1 p형 층(4)의 일부 영역 내로만 도입되고,
    h) 외래 원자가 도입되지 않은, 상기 제1 p형 층(4)의 일부 영역의 폭(W1)은 상기 금속 p-접촉부(8)의 폭(W2) 보다 작고,
    상기 전류 장벽(5)의 두께는 0.25 ㎛보다 크게 구성되는,
    제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 외래 원자는 구조화된 마스크(structured mask)에 의해 도입되는, 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 마스크는 상기 외래 원자의 도입 전에 상기 제1 p형 층(4) 상에 구성되고, 상기 제1 p형 층(4) 내로의 상기 외래 원자의 도입 후에 다시 제거되는, 제조 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 규소, 산소, 철 또는 셀레늄이 외래 원자로서 상기 제1 p형 층(4) 내로 도입되는, 제조 방법.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 n형 기능층(2), 상기 활성층(3), 상기 제1 p형 층(4) 및 상기 제2 p형 층은 에피택셜 공정(epitaxial processes)에 의해 구성되는, 제조 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 p형 층(4)의 두께(h3)는 상기 제2 p형 층(7)의 두께(h2)보다 더 작게 구성되는, 제조 방법.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 다이오드 레이저가 제조되는, 제조 방법.
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