KR970011148B1 - 다공질 규소를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자 - Google Patents

다공질 규소를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

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Description

다공질 규소를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자
제1도는 본 발명에 따른 소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 이득층 2 : 무난반사층
3 : 결정질 규소기판 4 : 제1유전체의 브레그 반사판
5 : 제2유전체의 브레그 반사판 6 : 금속 거울층
7 : 위상 일치층
본 발명은 다공질 규소(porous silicon)를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자에 관한 것으로서, 구체적으로, 다공질 규소를 이득층으로 하고 유전체의(dielectric) 거울과 금속거울로 구성된 광 펌핑 수직진공형 표면방출 반도체 레이저 소자에 관한 것이다.
현재, 반도체 레이저는 종래의 벌크(bulk) 레이저에 비하여 고집적 및 소형화의 장점으로 광 교환 및 통신 그리고 디스플레이(display) 등에 많은 가능성을 보이고 있다.
특히, 표면방출 반도체 레이저는 이차원 어레이가 가능하다는 점에서 이차원 집적이란 측면에 더욱 큰 장점을 갖고 있다.
그러나, 가시광선 영역 등의 넓은 파장 영역에 있어서는 고 양자효율의 적당한 반도체 물질의 선정 등의 제약으로 레이저 소자가 별로 개발되지 못하고 있다.
즉, 종래의 표면 방출 레이저는 발광층의 재료로 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체의 재료를 사용하였으나, 본 발명에서는 여러가지 공정이 잘 발달된 규소 재료를 사용함으로써 대 구경의 웨이퍼를 사용할 수 있고, 화합물 반도체 보다 안정된 공정기술을 활용할 수 있는 점이다.
본 발명에서 이용되는 다공질 규소는 결정질 규소와는 상이하게 상온에서 높은 양자효율의 광 루미네센스(photolumines-cense)를 보이며, 또한 발광 파장영역도 적외선에서 청색의 가시광선 영역까지 넓은 에너지 영역에서 발광 특성을 갖고 있다.
따라서, 본 발명은 높은 양자효율을 갖는 다공질 규소와 유전체의 브레그(bragg) 거울층을 단일 소자로 집적한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자이다.
이에따라, 본 발명은 다공질 규소를 이용한 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 첨부된 제1도에 의거하여 상세한 설명을 한다.
제1도는 이득을 주기 위한 다공질 규소의 이득층(1)과, 이 위에 다공질 규소 표면의 요철에 의한 난 반사를 막는 다공질 규소와 유사한 굴절율을 갖는 무난반사층(2)과, 상기 이득층(1) 밑에 다공질 규소제작에 사용한 결정질규소(3)와, 상기 무난반사층(2) 위에 상부 거울로 사용되는 제1유전체의 브레그(bragg) 반사판(4)과, 상기 결정질 규소(3) 밑에 하부 거울의 일부로 사용되는 제2유전체의 브레그 반사판(5)과, 이 제2유전체의 브레그 반사판(5) 밑에 반사율을 증가시키기 위한 금속 거울층(6)과, 그리고 상기 제2유전체의 브레그 반사판(5)과 상기 금속 거울층(6)간의 반사위상을 일치시키기 위한 위상 일치층(7)으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 상부의 거울층으로 사용되는 제1유전체의 브레그 반사판(4)을 통하여 펌프 광을 입사시켜 이 펌프 광에 의하여 다공질 규소에 레이저 발진을 위한 반전 분포(population inversion)의 조건을 만족하는 전자와 정공을 발생시키면 이득영역이 된다.
이때, 상기 발생된 광은 상부와 하부 거울층들(4, 5, 6, 7)과의 공진 조건을 만족시키는 모드에서 발진특성을 갖게 된다.
이때 다공질 규소는 제작에 따라 가시광선 영역을 포함하는 넓은 파장영역에서 이득을 갖을 수 있으므로, 다양한 파장영역의 레이저 발진 특성을 얻을 수 있다.
결정질 규소 기판(3)은 손실층으로 기여하므로 규소기판의 두께를 얇게하여 손실을 가능한 한 적게 하여야 한다.
상부 거울층은 레이저 발진영역에서 손실이 적고, 굴절율 차이가 상대적으로 큰 두 유전체 물질들을 λ/4의 두께로 교대로 증착한 제1유전체의 브레그 반사판(4)을 사용하였다. 이때, 유전체는 통상적으로 굴절율 차이가 심한 SiO2, TiO2등을 사용한다.
그리고, 펌프 광의 파장은 상기 제1유전체의 브레그 반사판(4)의 반사가 상대적으로 적은 파장을 이용하였다.
그리고, 하부의 거울층은 상기 상부의 거울층보다는 상대적으로 높은 반사율을 갖고 레이저 출력이 상부로 방출되도록 하기 위하여, 상기 상부의 거울층(4)과 동일한 구조인 λ/4의 두께로 교대로 증착한 제2유전체의 브레그 반사판(5)과 금속 거울층(6)의 반사를 이용하였다.
이때, 상기 금속 거울층(6)의 반사파의 위상이 효율적으로 상기 제2유전체의 브레그 반사판(5)의 반사파 위상과 합쳐지게 되도록 위상 일치층(7)이 사이에 형성되었다.
그리고, 무난반사층(2)은 다공질 규소의 표면의 요철 등에서 발생될 수 있는 난반사를 제거하기 위한 것으로, 다공질 규소와 유사한 굴절율을 갖는 물질로 구성되었다.
이상과 같은 본 발명은 가시광선을 포함한 다양한 파장영역에서 발진 특성을 갖고 있으므로, 디스플레이 및 광 메모리 등에 사용될 수 있는 핵심소자로서 사용할 수 있다.

Claims (1)

  1. 상부 및 하부 거울층 사이에 발광층이 삽입되는 광 펌핑 수직공진형 표면 방출 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 상부 거울층으로 사용하기 위한 제1유전체의 브레그 반사판(4)과; 상기 하부 거울층으로 사용하기 위한 제2유전체의 브레그 반사판(5)과; 상기 제1유전체의 브레그 반사판(4)과 제2유전체의 브레그 반사판(5) 사이에 삽입되어 발광층으로 사용되는 다공질 규소를 사용한 이득층(1)과; 상기 이득층(1) 밑에 다공질 규소 제작에 사용한 결정질 규소기판(3)과; 상기 이득층(1) 위에 다공질 규소 표면의 요철에 의한 난반사를 막는 무난반사층(2)과; 상기 제2유전체의 브레그 반사판(5) 밑에 반사율을 증가시키기 위한 금속 거울층()과; 그리고 상기 제2유전체의 브레그 반사판(5)과 상기 금속 거울층(6) 사이에서 일어나는 각 반사파의 위상을 일치시키기 위해 삽입되는 위상 일치층(7)으로 형성된 것을 특징으로 하는 다공질 규소를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면 방출 반도체 레이저 소자.
KR1019930027633A 1993-12-14 1993-12-14 다공질 규소를 이용한 광 펌핑 수직공진형 표면방출 반도체 레이저 소자 KR970011148B1 (ko)

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