KR980012739A

KR980012739A - 표면광 레이저

Info

Publication number: KR980012739A
Application number: KR1019960028876A
Authority: KR
Inventors: 신현국; 이용희
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-04-30

Abstract

광출력 특성을 개선한 표면광 레이저가 개시되어 있다.

이 표면광 레이저는 하부전극층과, 하부전극층 상에 위치된 기판과, 기판 상에 형성되며 복수층의 불순물을 함유한 반도체물질로 된 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 형성되고 레이저 광을 생성하는 활성층과, 활성층 상에 형성되고 제1반사기층과 다른 반도체형의 복수층의 불순물 반도체물질로 된 제2반사기층과, 제2반사기층 상에 형성되고 제2반사기층을 통과한 광이 출사될 수 있는 윈도우를 가지는 상부전극층을 구비하며, 전극층의 공동으로 출사되는 광량을 증대시키기 위하여 왼도우로부터 이격되게 제2반사기층과 활성층의 중앙부를 제외한 일부 영역에 이온주입 또는 양성자 주입에 의해 형성된 전류제한층을 포함하는 표면광 레이저에 있어서, 왼도우의 직경은 전류제한층이 형성되지 않은 활성층 중앙부의 직경에 비해 상대적으로 크게 형성되어 활성층에서 생성되고 제2반사기층을 투과한 광이 상부전극층에 의해 재반사되지 않도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

표면광 레이저

본 발명은 표면광 레이저(VCSBL:vortical cavity suiface emitting laser)에 관한 것으로, 상세하게는 출사광의 광 특성을 향상할 수 있도록 그 구조를 개선한 표면광 레이저에 관한 것이다.

일반적으로 표면광 레이저는 모서리 발광레이저와는 달리 적층된 반도체 물질층에 대하여 수직한 방향으로 원형에 가까운 가우시안빔을 출사하므로, 출사광의 형상 보정을 위한 광학계가 붙필요하다. 그리고, 그 크기를 작게 할 수 있으므로, 일 반도체 웨이퍼 상에 복수개의 표면광 레이저가 집적 가능하다. 따라서 이차원 배열이 용이하다. 이러한 잇점으로 인해, VCSEL은 전자계산기, 음향 영상기기, 레이저 프린터, 레이저 스캐너, 의료장비 및 통신분야등 광응용 분야에서 널리 응용될 수 있다.

도 1은 종래 표면광 레이저를 도시한 것이다.

이 표면광 레이저는 기판(12)과, 이 기판(12) 위에 순차로 형성된 제1반사기층(13), 활성층(14), 제2반사기층(16) 및 상부전극층(17) 그리고, 상기 기판의 하부면에 부착된 하부전극층(11)으로 이루어겨 있다. 상기 기판(12)은 n형 불순물을 함유하는 반도체물질 예를 들면, n형 GaAs 등으로 도핑 되어 있다. 상기 제1반사기층(13)은 상기 기판(12) 상에 형성되어 있으며, 상기 기판(12)과 같은 형의 불순물 예를 들면, n형 AlxGa₁-xAs 와 AlAs 가 교대로 20 내지 30층 적층되어 이루어진다. 이 제1반사기층(13)은 전체적으로 대략 99.9% 이상의 높은 반사율을 가지며, 상기 활성층(14)에서 레이징 된 광중 일부 광을 투과시킨다. 상기 제 2반사기층(16)은 상기 제1반사기층(13)과 반대형의 불순물을 함유하는 같은 종류의 불순물 반도체 물질로 되어 있다. 즉, 활성층(14) 상에 P형 AlxGa₁-xAs 와 AlAs 가 교대로 적층되어 이루어진다. 이 제2반사기층(16)은 상기 활성층(14)에서 레이징 된 광이 출사될 수 있도록 상기 제1반사기충(13) 보다는 반사율이 낮은 대략 99.6%의 반사율을 가진다. 또한, 상기 제1반사기충(13) 및 제2반사기층(16)은 각각 외부전원과 접속된 상기 하부전극층(11)과 상부전극층(17)을 통해 인가되는 전압에 의하여 상기 활성층(14) 쪽으로 전자와 정공의 흐름을 유도한다. 상기 활성층(14)은 전자와 정공의 재결합으로 인한 에너지 천이에 의하여 광을 발생시킨다.

상기 상부전극층(17)에는 상기 제2반사기층(16)을 부과하는 출사광이 통과할 수 있도록 윈도우(18)가 형성 되어 있다. 이 상부전극층(17)은 외부 전원과의 전기전달이 용이하도록 높은 전기전도도를 가지는 금속으로 되어있다. 상기 상부전극층(17)과 상기 하부전극층(11) 사이에 전원이 인가되어 상기 표면광 레이저의 내부로 전류가 흐르게 된다.

상기 윈도우(18)에서 출사되는 광출력을 향상시키기 위하여 상기 윈도우(18)의 저면을 제외한 상기 제2반사기층(16)과 활성층(14) 내부에 이온주입 또는 양성자 주입에 의하여 전류제한층(15)이 형성되어 있다. 이 전류제한층(15)은 표면광 레이저 내의 전류의 흐름을 제한하여 상기 활성층(14)에서 레이징되어 상기 윈도우 (18)로 출사되는 광의 출력을 향상시킨다.

이와 같이, 구비된 통상의 표면광 레이저는 상기 윈도우의 직경(D1)과 상기 전류제한층(15)이 형성되지 않은 부분의 직경(D2)을 서로 비교하여 볼 때, 상기 윈도우의 직경(D1)이 상대적으로 작게 형성되어 있다. 따라서, 상기 활성층(14)에서 생성되어 상기 제2반사기층(16)의 상기 전류제한층(15)이 형성되지 않은 부분을 통과한 광중 그 일부는 상기 윈도우(18)를 통과하지 않고 상기 상부전극층(17)의 돌출부(17')으로 향한다. 상기 상부전극층(17)은 전기전도도가 높은 금, 구리 등의 금속으로 되어 있어서, 상기 돌출부(17')에 입사되는 광은 대부분 반사되어 상기 제2반사기층(16)으로 향하게된다. 제2반사기층(16)쪽으로 향하는 광은 투과 및 재반사되어 상기 윈도우(18)를 통하여 출사되는 광에 영향을 미치게 된다. 즉, 레이징되는 광의 단일 모드 유지 및 균일 출사광량 유지에 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 개선하기 위하여 인출된 것으로써, 윈도우의 직경을 변경하여 활성층에서 생성되 전류제한층을 통과한 광이 재반사되는 것을 방지할 수 있도록 된 표면광 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11,21‥‥하부전극층 12,22‥‥기판

13,23‥‥제 1반사기층 14,24‥‥활성층

15,25‥‥전류제한층 16,26‥‥제2반사기층

17,27‥‥상부전극층 18,28‥‥윈도우

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하부전극층과, 상기 하부전극층 상에 위치된 기판과, 상기 기판상에 형성되며 복수층의 불순물을 함유한 반도체물질로 된 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 형성되고 레이저 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되고 상기 제1반사기층과 다른 반도체형의 복수층의 불순물 반도체물질로 된 제2반사기층과, 상기 제2반사기층 상에 형성되고 상기 제2반사기층을 통과한 광이 출사될 수 있는 윈도우를 가지는 상부전극층을 구비하며, 상기 전극층의 공동으로 출사되는 광량을 증대시키기 위하여 상기 윈도우로부터 이격되게 상기 제2반사기층과 상기 호라성층의 중앙부를 제외한 일부 영역에 이온 주입 또는 양성자 주입에 의해 형성된 전류제한층을 포함하는 표면광 레이저에 있어서, 상기 윈도우의 직경은 상기 전류제한층이 형성되지 않은 상기 활성층 중앙부의 직경에 비해 상대적으로 크게 형성되어 상기 활성층에서 생성되고 상기 제2반사기층을 투과한 광이 상기 상부전극층에 의해 재반사되지 않도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 표면광 레이저의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.

이 표면광 레이전느 기판(22)과, 이 기판(22) 위에 순차로 형성된 제1반사기층(23), 활성층(24), 제2반사기층(26) 및 상부전극층(27) 그리고, 상기 기판(22)의 하부면에 부착된 하부전극층(21)으로 이루어져 있다.

상기 제1반사기층(23)과 제2반사기층(26)은 상기 활성층(34)에서 출사되는 광의 대부분을 반사시키고 일부를 투과시키도록 되어 있다. 특히, 제2반사기층(26)에서의 반사율이 상기 제1반사기층(23)의 반사율 보다 낮아 상기 활성층(25\4)에서 생성 투과하는 광의 대부분이 제2반사기층(26)의 일부와 상기 활성층 924)의 일부에는 이온주입 또는 양성자주입에 의하여 전류제한층(25)이 형성된다. 상기 전류제한층(25)은 상기 하부전극층(21_과 상부 전극층(27) 각각에 인가된 전원에 의해 야기된 전자와 정공의 흐름을 가이드하여 광출력을 향상시킨다. 이를 위하여 상기 전류제한층(25)은 상기 활성층(24)의 중앙부에는 형성되지 않는다.

여기서, 상기 기판(22)과, 제1 및 제2반사기층(23(26) 그리고 활성층(24)은 도 1를 참조하여 앞서 언급한 바와 같은 반도체 물질들로 이루어져 있다.

상기 상부전극층(27)은 상기 제2반사기층(26) 상에 적층되어 있으며, 상기 제2반사기층(26)을 투과한 광이 출사되도록 소정의 직경(Dl)을 가지는 왼도우(28)가 그 중앙부에 형성되어 있다. 여기서, 상기 윈도우(28)의 직경(Dl)은 상기 제2반사기층(26)과 활성층(24)의 내부 일부에 전류제한층(25)이 형성되지 않은 부분의 직경(D2)보다 크게 형성된다.

따라서 상기 상부전극층(27) 및 하부전극층(21)에 전원의 인가시 상기 제1 및 제2반사기층(23)(26) 각각에서 생성된 전자와 정공이 상기 전류제한층(25)에 의해 가이드되어 이동되고, 상기 활성층(24)에서 결합되어 에너지 준위가 안정화되면서, 광을 생성한다. 이 생성된 광은 상기 제1 및 제2반사기층(23)(26) 사이에서 공진된 후 소정 파장의 광으로 변조되어 상기 윈도우(28)를 통해 외부로 방출된다. 이때, 상기 왼도우(28)의 직경(Dl)이 층분히 크므로 상기 제2전극층을 통과한 광이 상기 왼도우(28)를 통해 모두 출사된다.

따라서, 본 발명에 따른 표면광 레이저는 윈도우를 통하여 출사되는 광이 TEM 의 단일모드를 유지함으로 출사광의 광특성을 대폭 개선할 수 있다.

Claims

하부전극층과, 상기 하부전극층 상에 위치된 기판과, 상기 기판 상에 형성되며 복수층의 불순물을 함유한 반도체물질로 된 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 형성되고 레이저 괌을 생성하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되고 상기 제1반사기층과 다른 반도체형의 복수층의 불순물 반도체물질로 된 제2반사기층과, 상기 제2반사기층 상에 형성되고 상기 제2반사기층을 통과한 광이 출사될 수 있는 윈도우를 가지는 상부전극층을 구비하며, 상기 전극층의 공동으로 출사되는 광량을 증대시키기 위하여 상기 윈도우로부터 이격되게 상기 제 2반사기층과 상기 활성층의 중앙부를 제외한 일부 영역에 이온주입 또는 양성자 주입에 의해 형성된 전류제한층을 포함하는 표면광 레이저에 있어서, 상기 윈도우의 직경은 상기 전류제한층이 형성되지 않은 상기 활성층 중앙부의 직경에 비해 상대적으로 크게 형성되어 상기 활성 층에서 생성되고 상기 제2반사기층을 투과한 광이 상기 상부전극층에 의해 재반사되지 않도록 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.
제1항에 있어서, 상기 윈도우의 중심과 상기 전류제한층이 형성되지 않은 영역의 중심이 동축 상에 위치 된 것을 특징으로 하는 표면광 레이저.

※참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.