WO2019194600A1 - 표면 광방출 레이저 소자 - Google Patents

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이정식
한상헌
박근욱
윤여제
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • Embodiments relate to semiconductor devices, and more particularly, to a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same.
  • a semiconductor device including a compound such as GaN, AlGaN, etc. has many advantages, such as having a wide and easy-to-adjust band gap energy, and can be used in various ways as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
  • light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes using semiconductors of Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductors have been developed through the development of thin film growth technology and device materials.
  • Various colors such as blue and ultraviolet light can be realized, and efficient white light can be realized by using fluorescent materials or combining colors, and low power consumption, semi-permanent life, and quick response compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps. It has the advantages of speed, safety and environmental friendliness.
  • a light-receiving device such as a photodetector or a solar cell
  • a group 3-5 or 2-6 compound semiconductor material of a semiconductor the development of device materials absorbs light in various wavelength ranges to generate a photocurrent.
  • light in various wavelengths can be used from gamma rays to radio wavelengths. It also has the advantages of fast response speed, safety, environmental friendliness and easy control of device materials, making it easy to use in power control or microwave circuits or communication modules.
  • a white light emitting device that can replace a fluorescent light bulb or an incandescent bulb that replaces a Cold Cathode Fluorescence Lamp (CCFL) constituting a backlight of a transmission module of an optical communication means and a liquid crystal display (LCD) display device.
  • CCFL Cold Cathode Fluorescence Lamp
  • LCD liquid crystal display
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • the laser diode used in such a communication module is designed to operate at a low current.
  • the response speed was important in the existing data optical communication structure, but as it is recently applied to a high power package (High Power PKG) for a sensor, optical output and voltage efficiency become important characteristics.
  • 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.
  • 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.
  • SL structured light
  • ToF Time of Flight
  • SL structured light
  • 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.
  • 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.
  • a 3D camera called True Depth can be implemented in the SL method on the front of the mobile phone and can be applied in the ToF method on the back.
  • the VCSEL when the VCSEL is applied to a ToF sensor, a structured light sensor, or a LDAF (laser diode autofocus), the VCSEL operates at a high current, thereby causing problems such as reduced light output or increased threshold current.
  • a ToF sensor a structured light sensor
  • a LDAF laser diode autofocus
  • the epitaxial structure of the conventional VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is important in the structure of the existing data optical communication, but the response speed is important, but when developing the high power PKG for the sensor, the light output and voltage Efficiency is an important characteristic.
  • the field-of-view is determined by the combination of the divergence angle of the beams in the VCSEL chip and the beam angle in the diffuser. It is important to control the divergence angle of the beam in the chip, but there is a problem that the divergence angle of the beam in the VCSEL chip is uncontrolled and increases.
  • the dominant mode is oscillated in the aperture which is the diverging region of the beam when low current is applied.
  • the higher mode gradually starts to oscillate.
  • FIG. 1A shows the divergence angle of beams data according to an applied current, and the divergence angle of beams increases as the applied current is increased from 3 mA to 10 mA from low to high current. Can be.
  • FIG. 1A not only increases the divergence angle of the beam when high current is applied, but also the intensity of the entire emitter region is not uniform, and the luminance at the aperture edge increases abnormally. However, there is a technical problem that the brightness of the center is further lowered.
  • an oxidation layer is disposed to define an aperture, which is a divergence region of the beam, and when the oxide layer has an abrupt interface at the aperture edge region, the divergence angle of the beam is intended.
  • the stress is increased due to a sudden difference in composition, causing problems in current characteristics and reliability.
  • FIG. 1B is carrier density data according to the position of the aperture region in the prior art R.
  • the x-axis is the distance r from the aperture center in the direction of the aperture edge
  • the y-axis is the carrier, for example, hole density data according to the position.
  • current crowding C occurs in which the hole density at the aperture edge increases rapidly as it is applied from a low current to a high current, and the current density at this aperture edge is generated.
  • the higher mode is oscillated and such higher order oscillation increases the divergence angle of beams.
  • the divergence angle may be influenced by the position of an oxidation layer that defines an aperture in the prior art.
  • the divergence angle is determined as the position of the oxide layer is disposed between a node and an antinode in the optical field. ) There is a problem of widening.
  • the conventional surface light emitting laser device has the following problems.
  • the VCSEL structure increases reflectance through a large number of reflective layers, for example, distributed Bragg reflectors (DBRs).
  • DBR distributed Bragg reflectors
  • DBR increases the reflectivity by alternately arranging AlxGaAs-based materials with different Al concentrations.
  • an attempt is made to improve the voltage efficiency by increasing the doping concentration of the DBR to lower the resistance.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Embodiments provide a surface light emitting laser device capable of preventing a current crowding phenomenon at an aperture edge and a light emitting device including the same.
  • the embodiment is to provide a surface light emitting laser device capable of alleviating the diffraction of light at the aperture edge and a light emitting device including the same.
  • the embodiment is to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the problem that the divergence angle (beam) of the beam is increased.
  • the embodiment provides a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the light output.
  • the embodiment is to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the light concentration efficiency.
  • the embodiment is to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can alleviate the current density to prevent the variation of the divergence angle of the beam.
  • the surface emitting laser device may include a first electrode 215; A substrate 210 disposed on the first electrode 215; A first reflective layer 220 disposed on the substrate 210; An active region 230 disposed on the first reflective layer 220 and including a cavity; An opening region 240 disposed on the active region 230 and including an aperture 241 and an insulating region 242; A second reflective layer 250 disposed on the opening region 240; A second electrode 280 disposed on the second reflective layer 250; And a delta doping layer 241c disposed in the opening region 240.
  • the thickness of the insulating region 242 may be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the aperture 241.
  • the aperture 241 may include an AlGa-based layer 241a, and the delta doped layer 241c may be disposed on the AlGa-based layer 241a of the aperture 241.
  • the surface emitting laser device may include a substrate, a first reflective layer disposed on the substrate, an active layer disposed on the first reflective layer, and a second reflective layer disposed on the active layer and including an aperture region.
  • the aperture region may include a first insulating layer and a second insulating layer disposed on the first insulating layer.
  • the length of the first insulating layer may be longer than the length of the second insulating layer.
  • the length of the first insulating layer may range from 1.1 times to 2.0 times longer than the length of the second insulating layer.
  • a third insulating layer disposed inward from the outside of the second reflective layer by a predetermined distance, wherein the length of the second insulating layer is longer than that of the third insulating layer and may be shorter than the length of the first insulating layer.
  • the thickness of the second insulating layer may be thinner than the thickness of the first insulating layer.
  • AlGa-based transition layer disposed between the active layer and the second reflective layer and having an Al composition graded, wherein the AlGa-based transition layer is a first AlGa-based transition layer disposed in an upper first region of the first insulating layer It may include a layer and a second AlGa series transition layer disposed below the first insulating layer.
  • composition of Al in the first AlGa series transition layer may be graded in a first range of 0.12 to 0.80, and the composition of Al in the second AlGa series transition layer may be graded in a second range of 0.30 to 0.65.
  • the surface emitting laser device includes a first reflective layer 220, an active layer 232, a first insulating layer 242b, and an aperture 241 on the first reflective layer 220, and the active layer.
  • An aperture region 240 disposed on 232, a second reflective layer 250 on the aperture region 240, and an active layer 232 and the second reflective layer 250.
  • the Al composition may include an AlGa-based transition layer 242 to be graded and a second insulating layer 242e disposed between the active layer 232 and the second reflective layer 250.
  • the second insulating layer 242e may extend from the end of the first insulating layer 242b in the direction of the aperture 241 and be disposed on the first insulating layer 242b.
  • the second insulating layer 242e may be an insulating layer in which a part of the AlGa series transition layer is oxidized.
  • the AlGa series transition layer 242 includes a first AlGa series transition layer 242a1 disposed in an upper first region of the first insulating layer 242b, and the second insulating layer 242e includes the first insulating layer 242e. It may include a 2-1 insulating layer 242e1 disposed in the second upper region of the insulating layer 242b.
  • the AlGa series transition layer 242 may further include a second AlGa series transition layer 242a2 disposed under the first insulating layer 242b.
  • the second insulating layer 242e may further include a second-2 insulating layer 242e2 disposed under the first insulating layer 242b.
  • the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 may be shorter than the first length L1 of the first insulating layer 242b.
  • the second-second length L22 of the second-second insulating layer 242e2 may be shorter than the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1.
  • the second reflective layer 250 is the second reflective layer 250.
  • a third insulating layer 243 disposed inward from the outer side of the second reflective layer 250 by a predetermined distance, and the second length of the second insulating layer 242e has a length of the third insulating layer 243. It may be longer than the third length L3.
  • the second-first thickness T21 of the second-first insulating layer 242e1 may be thinner than the first thickness T1 of the first insulating layer 242b.
  • the first thickness T1 of the first insulating layer 242b may be thinner than the third thickness T3 of the third insulating layer 243.
  • a composition of Al in the first AlGa series transition layer 242a1 may be graded in a first range of 0.12 to 0.80.
  • a composition of Al in the second AlGa series transition layer 242a2 may be graded in a second range of 0.30 to 0.65.
  • the second composition range graded in the second AlGa series transition layer 242a2 may be within a first composition range of Al graded in the first AlGa series transition layer 242a1.
  • the first insulating layer 242b may be located at a node position of the laser oscillated by the active layer 232.
  • the second insulating layer 242e may be located at a node position of the laser oscillated by the active layer 232.
  • the surface light emitting laser device includes 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 an Al concentration of the second semiconductor region may be lower than an Al concentration of the first or third semiconductor region.
  • the surface light 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 the Al concentration of the second semiconductor region may be higher than the Al concentration of the first or third semiconductor region.
  • the light emitting device may include the surface emitting laser device.
  • the embodiment can solve the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing current crowding at the aperture edge to prevent higher mode oscillation.
  • a light emitting laser device and a light emitting device including the same can be provided.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can prevent a current density at the aperture edge to give a uniform light output in the entire aperture area as the current spreads.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the problem that the diffraction phenomenon of the light at the aperture edge to increase the divergence angle of the beam.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the problem of increasing the divergence angle of the beam at the aperture edge.
  • the first insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b, the first insulating layer 242e is insulated from the first insulating layer 242b.
  • the interface between the first insulating layer 242b at the boundary between the layer 242b and the aperture 241 may be sharp, and the divergence angle may be prevented from being increased by the sharp interface SI.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the reliability by improving the crystal quality at the aperture edge to give a uniform light output in the entire aperture area.
  • the first insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b in the direction of the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b
  • the first insulating layer 242e is disposed on the first insulating layer 242b.
  • the crystal quality of the insulating layer 242b can be maintained or improved compared to the conventional one, and in particular, the crystal quality of the aperture 241 can be maintained or improved, which is more uniform in the entire aperture including the center as well as the aperture edge.
  • a surface light emitting laser device capable of emitting light output and a light emitting device including the same can be provided.
  • the second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b.
  • the expansion of the DLs to the first insulating layer 242b, which is an oxide layer defining the aperture 241, is blocked by the current confinement so that the first insulating layer 242b is protected to determine the first insulating layer 242b.
  • the quality can be maintained or improved compared to the conventional one, so that the electrical reliability is improved, and therefore, acceleration in a higher mode even when a high current is applied can be prevented than in the prior art.
  • the second insulating layer 242e extends a predetermined distance from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b. It is possible to solve the problem of increasing the divergence angle of the beam at the aperture edge, and to improve the reliability by improving the crystal quality of the first insulating layer 242b and the aperture 241 at the aperture edge, thereby improving uniformity in the entire aperture area. There is a complex technical effect that can produce a light output.
  • 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. .
  • 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 forming a first semiconductor region.
  • the current concentration in the first to third semiconductor regions can be relaxed and the diffraction effect can be reduced.
  • the second semiconductor region 241b having a small band gap is contracted by a sandwich structure disposed between the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c having a large band gap.
  • the stress is alleviated, and there is an advantage in that deterioration of the laser beam emission characteristics can be prevented due to the bending characteristics of the surface-emitting laser device.
  • holes generated in the second reflective layer may be formed in the third semiconductor region. It may be moved along the transverse direction in the second semiconductor region via the. 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.
  • the first to third oxide layers are 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.
  • 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.
  • 1A shows divergence angle of beams data according to an applied current in the prior art.
  • 1B shows carrier density data according to the position of an aperture region in the prior art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a surface light emitting laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a first region A of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 4A is an enlarged view of the first embodiment of the second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • 4B shows carrier density data according to the position of the aperture region in an embodiment.
  • FIG. 4C is a manufacturing conceptual diagram of the first embodiment of the second region B shown in FIG. 4A.
  • 5 is oxidation degree data according to the doping concentration in the surface light emitting laser device according to the embodiment.
  • 6A is an enlarged view of a second embodiment of a second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 6B is a manufacturing conceptual diagram of the second embodiment of the second region B shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A is an enlarged view of a third embodiment of a second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 7B is a manufacturing conceptual diagram of the third embodiment of the second region B shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a conceptual diagram of the 2DHG effect in the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8A is an enlarged view of a fourth embodiment of a second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 8B is a manufacturing conceptual diagram of the fourth embodiment of the second region B shown in FIG. 8A.
  • 9A is an enlarged view of a fifth embodiment of a second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 9B is a manufacturing conceptual diagram of the fifth embodiment of the second region B shown in FIG. 9A.
  • FIGS. 8A and 9A are conceptual diagram of a 2DHG effect in the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIGS. 8A and 9A.
  • 11A to 16 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
  • 17 is a cross-sectional view of a surface light emitting laser device according to the embodiment.
  • FIG. 18 is an enlarged view of the first region A1 of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • 19A is a first enlarged view of a second area A2B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • FIG. 19B is an enlarged photograph of the third region A3 of the second region A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 19A.
  • 20 is a partially enlarged view of a surface light emitting laser device according to the background art.
  • 21A and 21B illustrate Near field image and Far field spectrum of a surface light emitting laser device according to the background art.
  • 22A and 22B are Near field image and Far field spectrum of the surface light emitting laser device according to the embodiment.
  • FIG. 23 is an enlarged view illustrating the composition of the fourth region A4 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 19A.
  • FIG. 24 is a second enlarged view of a second area A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • FIG. 25 is a third enlarged view of a second area A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • 26 is a surface light emitting laser package to which the surface light emitting laser device according to the embodiment is applied.
  • 27 is a sectional view of a surface light emitting laser device according to another embodiment.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view of the first portion B13 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 28.
  • 30 is first distribution data of refractive index and light energy in the surface light emitting laser device according to the second embodiment.
  • 31 is second distribution data of refractive indices in the surface light emitting laser device according to the second embodiment.
  • 35 is a sectional view of a surface light emitting laser device according to the fourth embodiment.
  • 41 is a perspective view of a mobile terminal to which a surface light emitting laser device is applied according to an embodiment.
  • the on or under 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, or one or more other elements are formed indirectly between the two elements.
  • the on or under 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.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the surface light emitting laser device 200 according to the embodiment
  • FIG. 3 is an enlarged view of the first region A of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2, and
  • FIG. 4A Is a first enlarged view of a second region B of the surface light emitting laser element according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • the surface light emitting laser device 200 may include a first electrode 215, a substrate 210, a first reflective layer 220, an active region 230, an opening region 240, One or more of the second reflective layer 250 and the second electrode 280 may be included.
  • the opening area 240 may include an aperture 241 and an insulating area 242.
  • the saving region 242 may be referred to as an oxide layer, and the opening region 240 may be referred to as an oxidation region, but is not limited thereto.
  • the embodiment may include a delta doping layer 241c disposed between the active region 230 and the second reflective layer 250.
  • the opening region 240 may include an insulating region 242, an aperture 241, and a delta doping layer 241c.
  • the surface light emitting laser device 200 may be disposed on the first electrode 215, the substrate 210 disposed on the first electrode 215, and the substrate 210.
  • the embodiment may further include a second contact electrode 255 and a passivation layer 270.
  • the direction of the x-axis may be a direction parallel to the longitudinal direction of the substrate 210
  • the y-axis may be a direction perpendicular to the x-axis.
  • the substrate 210 may be a conductive substrate or a non-conductive substrate.
  • a metal having excellent electrical conductivity may be used, and since the heat generated when operating the surface light emitting laser device 200 should be sufficiently dissipated, a GaAs substrate having a high thermal conductivity, or a metal substrate may be used. Si) substrate etc. can be used.
  • an AlN substrate, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, or a ceramic substrate may be used.
  • the first electrode 215 may be disposed below the substrate 210, and the first electrode 215 may be disposed in a single layer or multiple layers with a conductive material.
  • the first electrode 215 may be a metal and at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au). Including a single layer or a multi-layer structure to improve the electrical characteristics can increase the light output.
  • the embodiment may include a first reflective layer 220, an active region 230, an insulating region 242, and a second reflective layer 250 disposed on the substrate 210.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the first area A of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • the surface light emitting laser device according to the embodiment of the embodiment will be described with reference to FIG. 3. do.
  • the first reflective layer 220 may be doped with a first conductivity type.
  • the first conductivity type dopant may include an n type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the first reflective layer 220 may include a gallium-based compound, for example, AlGaAs, but is not limited thereto.
  • the first reflective layer 220 may be a distributed bragg reflector (DBR).
  • DBR distributed bragg reflector
  • the first reflective layer 220 may have a structure in which a first layer and a second layer made of materials having different refractive indices are alternately stacked at least once.
  • the first reflective layer 220 is disposed on the first group first reflective layer 221 and the first group first reflective layer 221 disposed on the substrate 210.
  • the second group first reflective layer 222 may be included.
  • the first group first reflective layer 221 and the second group first reflective layer 222 may include a plurality of layers made of a semiconductor material having a compositional formula of Al x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1). As the Al in each layer increases, the refractive index of each layer may decrease, and as Ga increases, the refractive index of each layer may increase.
  • each layer may be ⁇
  • ⁇ may be a wavelength of light generated in the active region 230
  • n may be a refractive index of each layer with respect to light having the aforementioned wavelength.
  • ⁇ may be 650 to 980 nanometers (nm)
  • n may be the refractive index of each layer.
  • the first reflective layer 220 having such a structure may have a reflectance of 99.999% for light in a wavelength region of about 940 nanometers.
  • the thickness of the layer in each of the first reflective layers 220 may be determined according to the refractive index and the wavelength ⁇ of the light emitted from the active region 230.
  • first group first reflective layer 221 and the second group first reflective layer 222 may also be formed of a single layer or a plurality of layers, respectively.
  • the first group first reflective layer 221 may include about 30-40 pairs of the first group first-first layer 221a and the first group first-second layer 221b. have.
  • the first group first-first layer 221a may be formed thicker than the first group first-second layer 221b.
  • the first group first-first layer 221a may be formed at about 40 to 60 nm
  • the first group first-2 layer 221b may be formed at about 20-30 nm.
  • the second group first reflective layer 222 may also include about 5 to 15 pairs of the second group first-first layer 222a and the second group first-second layer 222b.
  • the second group first-first layer 222a may be formed thicker than the second group first-second layer 222b.
  • the second group 1-1 layer 222a may be formed at about 40 nm to about 60 nm
  • the second group 1-2 layer 222 b may be formed at about 20 nm to about 30 nm.
  • the second reflective layer 250 may include a gallium-based compound, for example, AlGaAs, and the second reflective layer 250 may be doped with a second conductivity type dopant.
  • the second conductivity type dopant may be a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like.
  • the first reflective layer 220 may be doped with a p-type dopant, and the second reflective layer 250 may be doped with an n-type dopant.
  • the second reflective layer 250 may also be a distributed Bragg reflector (DBR).
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the second reflective layer 250 may have a structure in which a plurality of layers made of materials having different refractive indices are alternately stacked at least once.
  • Each layer of the second reflective layer 250 may include AlGaAs, and in detail, may be formed of a semiconductor material having a compositional formula of Al x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • Al increases, the refractive index of each layer may decrease, and when Ga increases, the refractive index of each layer may increase.
  • the thickness of each layer of the second reflective layer 250 may be ⁇ , ⁇ may be a wavelength of light emitted from the active layer, and n may be a refractive index of each layer with respect to light having the aforementioned wavelength.
  • the second reflective layer 250 having such a structure may have a reflectance of 99.9% with respect to light in a wavelength region of about 940 nanometers.
  • the second reflective layer 250 may be formed by alternately stacking layers, and the number of pairs of layers in the first reflective layer 220 may be greater than the number of pairs of layers in the second reflective layer 250.
  • the reflectance of the first reflective layer 220 may be about 99.999%, which may be greater than 99.9% of the reflectance of the second reflective layer 250.
  • the second reflective layer 250 is spaced apart from the first region second reflecting layer 251 and the first group second reflecting layer 251 adjacent to the active region 230 in the active region 230.
  • the second group second reflective layer 252 may be disposed.
  • the first group second reflective layer 251 and the second group second reflective layer 252 may also be formed of a single layer or a plurality of layers, respectively.
  • the first group second reflective layer 251 may include about 1 to 5 pairs of the first group 2-1 layer 251a and the first group 2-2 layer 251b. have.
  • the first group 2-1 layer 251a may be formed thicker than the first group 2-2 layer 251b.
  • the first group 2-1 layer 251a may be formed at about 40-60 nm
  • the first group 2-2 layer 251b may be formed at about 20-30 nm.
  • the second group second reflection layer 252 may also include about 5 to 15 pairs of the second group 2-1 layer 252a and the second group 2-2 layer 252b.
  • the second group 2-1 layer 252a may be formed thicker than the second group 2-2 layer 252b.
  • the second group 2-1 layer 252a may be formed at about 40 to 60 nm
  • the second group 2-2 layer 252b may be formed at about 20 to 30 nm.
  • the active region 230 may be disposed between the first reflective layer 220 and the second reflective layer 250.
  • the active region 230 may include an active layer 232 and at least one cavity 231 and 233.
  • the active region 230 includes an active layer 232, a first cavity 231 disposed below the active layer 232, and a second cavity 233 disposed above the active layer 232. It may include.
  • the active region 230 may include both the first cavity 231 and the second cavity 233, or may include only one of the two.
  • the active layer 232 may include any one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, and a quantum line structure.
  • a single well structure a multi well structure
  • a single quantum well structure a single quantum well structure
  • a multi quantum well (MQW) structure a quantum dot structure
  • a quantum line structure a quantum line structure
  • the active layer 232 may include a well layer 232a and a barrier layer 232b using a compound semiconductor material of a group IIIV element.
  • the well layer 232a may be formed of a material having an energy band gap smaller than the energy band gap of the barrier layer 232b.
  • the active layer 232 may be formed in a 1 to 3 pair structure such as InGaAs / AlxGaAs, AlGaInP / GaInP, AlGaAs / AlGaAs, AlGaAs / GaAs, GaAs / InGaAs, but is not limited thereto. Dopants may not be doped in the active layer 232.
  • the first cavity 231 and the second cavity 233 may be formed of Al y Ga (1-y) As (0 ⁇ y ⁇ 1) material, but is not limited thereto.
  • the first cavity 231 and the second cavity 233 may each include a plurality of layers made of Al y Ga (1-y) As.
  • the first cavity 231 may include a first-first cavity layer 231a and a first-second cavity layer 231b.
  • the first-first cavity layer 231a may be further spaced apart from the active layer 232 than the first-second cavity layer 231b.
  • the first-first cavity layer 231a may be formed thicker than the first-second cavity layer 231b, but is not limited thereto.
  • the second cavity 233 may include a 2-1 cavity layer 233a and a 2-2 cavity layer 233b.
  • the 2-2 cavity layer 233b may be further spaced apart from the active layer 232 than the 2-1 cavity layer 233a.
  • the 2-2 cavity layer 233b may be formed thicker than the 2-1 cavity layer 233a, but is not limited thereto.
  • the second-second cavity layer 233b may be formed to about 60 to 70 nm
  • the first-first cavity layer 231a may be formed to about 40 to 55 nm, but is not limited thereto.
  • the opening region 240 may include an insulating region 242, an aperture 241, and a delta doping layer 241c.
  • the insulating region 242 may be formed of an insulating layer, for example, aluminum oxide, to act as a current blocking region, and the aperture 241 may be defined by the insulating region 242.
  • the opening region 240 includes aluminum gallium arsenide (AlGaAs)
  • AlGaAs of the opening region 240 reacts with H 2 O to change its edge into aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • An insulating region 242 may be formed, and a central region that does not react with H 2 O may be an aperture 241 made of AlGaAs.
  • the light emitted from the active region 230 through the aperture 241 may be emitted to the upper region, and the light transmittance of the aperture 241 may be superior to that of the insulating region 242. have.
  • the insulating region 242 may include a plurality of layers, for example, a first insulating layer 242a and a second insulating layer 242b.
  • the first insulating layer 242a may have a thickness that is the same as or different from that of the second insulating layer 242b.
  • FIG. 4A is an enlarged view of the first embodiment of the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • One of the technical problems in the embodiment is to provide a surface light emitting laser device capable of preventing current crowding at the aperture edge and a light emitting device including the same.
  • Another object of the embodiments is to provide a surface light emitting laser device capable of alleviating diffraction of light at an aperture edge, and a light emitting device including the same.
  • the surface light emitting laser device is a delta doping layer disposed between the active region 230 and the second reflective layer 250. ) 241c.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the aperture 241.
  • the delta doped layer 241c may be a layer doped with a second conductivity type element.
  • the delta doped layer 241c may be doped with any one or more of Be, Mg, C, and Zn, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be a delta functional doping in the y-axis direction, which is the growth direction of the epi layer, and there may be no difference in the doping concentration in the x-axis direction, which is the plane direction.
  • FIG. 4B is carrier density data E according to the position of the aperture region in the embodiment.
  • the x-axis of FIG. 4B is data of hole density according to the distance r from the center of the aperture.
  • a current crowding occurs in which the hole density at the aperture edge rapidly increases as it is applied from a low current to a high current, and the current density at this aperture edge is generated.
  • the higher mode is oscillated, and this higher order oscillation has a problem of increasing the divergence angle of beams.
  • the current density is concentrated at the aperture edge by distributing the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element to the aperture 241 by the even current diffusion in the aperture 241.
  • the second conductivity type element was carbon (C)
  • the concentration was about 8 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the embodiment arranges the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the aperture 241 so that the current crowding in the aperture by current diffusion in the aperture 241.
  • the phenomenon can be prevented.
  • the embodiment prevents a current crowding phenomenon at the aperture edge to prevent higher mode oscillation, thereby increasing the divergence angle of the beams. There is a technical effect.
  • a current flowing from the second electrode 280 to the first electrode 215 flows toward the center of the opening region 240 by the delta doped layer 241c doped with a second conductivity type element. Therefore, there is a technical effect to prevent the current density phenomenon at the aperture edge to prevent higher mode oscillation and to increase the divergence angle of the beams.
  • FIG. 4C is a manufacturing conceptual diagram of the first embodiment of the second region B shown in FIG. 4A.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and is doped by a second conductivity type element during the growth of the AlGa-based layer 241a.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the AlGa based layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be a delta functional doping with respect to the y-axis direction, which is the growth direction of the AlGa-based layer 241a, and there may be no difference in doping concentration in the x-axis direction, which is the plane direction. .
  • the delta doped layer 241c may be doped with a second conductivity type element, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with any one or more of Be, Mg, C, and Zn, but is not limited thereto.
  • Figure 5 is the data of the degree of oxidation according to the doping concentration in the surface light emitting laser device according to the embodiment.
  • oxidation may be promoted to increase the thickness of the oxide layer.
  • the oxidized process is performed after the delta doped layer 241c is formed on the AlGa series layer 241a as shown in FIG. 4C, and thus the insulating region 242 is delta-doped with the second conductivity type element.
  • the oxidation rate in the x-axis direction can be controlled, and sharp edges can be realized by selective or predominant oxidation of the delta-doped region as shown in FIG. 4A.
  • the delta doped layer which was present at the insulating layer 242, is difficult to function as a conductive layer due to oxidation, and may exist as an oxide combined with oxygen, exist as pores, or partially oxidize in the insulating layer 242. It may be present in an unassigned state.
  • an inner end of the insulating region 242 may overlap the delta doped layer 241c in a first direction (x-axis direction).
  • the minimum thickness of the insulating region 242 may be in contact with the delta doped layer 241c.
  • sharp edges due to dominant oxidation of the insulating region 242 may be in contact with the delta doped layer 241c positioned in the aperture 241.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the insulating region 242 may have the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 to be thinner than the first thickness T1 in the outer region.
  • the first thickness T1 of the outer region of the insulating region 242 may be about 5 nm to 50 nm. If the thickness of the insulating region 242 is less than 5 nm, problems may occur in current and optical confinement. On the other hand, when the thickness of the insulating region 242 exceeds 50nm, there is a problem of increasing the driving voltage or increasing the beam divergence angle. In addition, since the thickness of the insulating region 242 is controlled to 10 nm to 30 nm, the effects of current and optical restraint may be further increased, and the problem of increase in the divergence angle of the beam may be minimized.
  • the doping concentration of the delta doping layer 241c may be about 1X10 16 to 1X10 20 atoms / cm 3.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241 as shown in FIG. 4A.
  • the dope concentration of the delta-doped layer 241c may be 1 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or more, which is a background carrier density, and the dope concentration of the delta-doped layer 241c may be 1 ⁇ 10 20 atoms /. If cm 3 is exceeded, deterioration of crystal quality may occur.
  • the doping concentration of the delta doped layer 241c is preferably controlled at about 1X10 17 to 1X10 19 atoms / cm 3 , so that the oxidation is more preferentially performed in the delta doped layer 241c, so that the inner side is sharper.
  • the insulating region 242 the diffraction phenomenon of light at the edge of the aperture 241 may be remarkably alleviated to prevent an increase in the divergence angle of the beam, and the crystal quality of the AlGa series layer 241a may be further improved. Can be.
  • the dopant concentration of the delta doped layer 241c may be higher than the dopant concentration doped in another layer.
  • the dopant concentration of the delta doped layer 241c may be higher than that of the second conductivity type dopant of the second reflective layer 250, so that oxidation proceeds preferentially along the delta doped layer 241c.
  • the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the delta doped layer 241c may be formed in atomic unit thickness, and may be confirmed by an analytical device such as SIMS.
  • the oxidation rate of the insulating region 242 is controlled by delta doping of the second conductivity type element to implement sharp edges by selective or predominant oxidation of the delta-doped region.
  • the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, thereby alleviating the diffraction of light in the aperture 241 to reduce the beam The problem of increasing the divergence angle of beams can be solved.
  • 6A is an enlarged view of the second embodiment of the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • the second embodiment may employ the technical features of the first embodiment, and will be described below with reference to the technical features of the second embodiment.
  • the aperture 241 may include a plurality of AlGa-based layers 241a, and may include, for example, a first AlGa-based layer 241a1 and a second AlGa-based layer 241a2. And the Al concentration may be different.
  • the first AlGa-based layer 241a1 and the second AlGa-based layer 241a2 may include different materials.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may include Al z1 Ga (1-z1) As (0 ⁇ Z1 ⁇ 1), and the second AlGa-based layer 241a2 may be Al z2 Ga ( 1-z2) N (0 ⁇ Z2 ⁇ 1) may be included, but is not limited thereto.
  • the second Al concentration of the second AlGa-based layer 241a2 may be higher than that of the first Al of the first AlGa-based layer 241a1.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the second AlGa-based layer 241a2 having a high Al concentration.
  • the Al concentration of Al z2 Ga (1-z2) N (0 ⁇ Z2 ⁇ 1) of the second AlGa-based layer 241a2 may be graded.
  • the Al concentration of the second AlGa-based layer 241a2 may have the highest Al concentration at its center, and gradually increase in the growth direction (y-axis direction) or the opposite direction (-y-axis direction). Can be lowered.
  • a manufacturing method of the second embodiment of the second region B shown in FIG. 6A will be described with reference to FIG. 6B.
  • the AlGa-based layer 241a includes a first AlGa-based layer 241a1 having a first Al concentration, and at the center thereof, a second higher than the first concentration.
  • the Al concentration may include the second AlGa-based layer 241a2.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may be a first AlGaAs layer having a first Al concentration
  • the second AlGa-based layer 241a2 may be a second AlGaN layer having a second Al concentration. have.
  • the second embodiment may include a delta doping layer 241c in the second AlGa-based layer 241a2.
  • the oxidation process is predominantly performed in the second AlGa-based layer 241a2 in the x-axis direction in the oxidation process.
  • the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the Al z Ga (1-z) N (0 ⁇ z ⁇ 1)
  • the Al z Ga (1-z) N (0 ⁇ The Al concentration of z ⁇ 1) can be graded.
  • the Al concentration may be the highest in the central portion of the second AlGa-based layer 241a2 itself, and the Al concentration may gradually decrease in the -y axis direction opposite to the y axis direction.
  • the second AlGa-based layer 241a2 in which the Al concentration is graded, oxidization is predominantly performed at the center thereof, so that sharper edges can be realized.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the second AlGa-based layer 241a2.
  • the delta doped layer 241c exists in the aperture 241 as shown in FIG. 6A.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed in a sharp edge shape toward the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region. Accordingly, in the embodiment, the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, so that the light in the aperture 241 is reduced.
  • the problem of increasing the divergence angle of the beams can be solved by alleviating the diffraction phenomenon of the beam.
  • oxidation may be predominantly performed at the center thereof, and at the same time, delta doping is performed in the second AlGa-based layer 241a2.
  • the layer 241c may be disposed to implement sharper edges.
  • the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region.
  • light diffraction may be alleviated to increase the divergence angle of beams.
  • the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the aperture 241 so that current is concentrated in the aperture by current diffusion in the aperture 241.
  • Surface light emitting laser device capable of solving the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing high mode oscillation at the aperture edge by preventing crowding phenomenon and the same It can provide a light emitting device comprising.
  • FIG. 7A is an enlarged view of the third embodiment of the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2.
  • the third embodiment may employ the technical features of the first and second embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the third embodiment.
  • the aperture 241 may include a first AlGa-based layer 241a1 and a GaAs-based layer 241a3.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may include Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), and the GaAs-based layer 241a3 may include a GaAs layer.
  • the GaAs-based layer 241a3 may include a GaAs layer.
  • the third embodiment may include a delta doping layer 241c in the GaAs-based layer 241a3.
  • a manufacturing method of the third embodiment of the second region B shown in FIG. 7A will be described with reference to FIG. 7B.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may be included, and a GaAs-based layer 241a3 may be included at the center thereof.
  • a delta doped layer 241c may be disposed on the GaAs-based layer 241a3.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the GaAs-based layer 241a3.
  • the delta doped layer 241c is present in the aperture 241 as shown in FIG. 7A.
  • the thickness of the region 242 may be formed in the shape of a sharp edge in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region. Accordingly, in the embodiment, the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, so that the light in the aperture 241 is reduced.
  • the problem of increasing the divergence angle of the beams can be solved by alleviating the diffraction phenomenon of the beam.
  • the third embodiment arranges the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the aperture 241 so that current is concentrated in the aperture by current diffusion in the aperture 241.
  • Surface light emitting laser device capable of solving the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing high mode oscillation at the aperture edge by preventing crowding phenomenon and the same It can provide a light emitting device comprising.
  • FIG. 7C is a conceptual diagram of 2DHG (2D hole gas) effect in the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 7A.
  • a GaAs-based layer 241a3 is disposed between the first AlGa-based layers 241a1, thereby forming 2D dimensional hole gas (2DHG) as shown in FIG. 7C to spread current through 2DHG. (current spreading) can significantly improve carrier distribution uniformity in the aperture region.
  • the GaAs layer which is the GaAs series layer 241a3
  • the AlGaAs layers which are the AlGa series layer 241a
  • 2DHG 2D dimensional hole gas
  • FIG. 8A is a fourth embodiment of a second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 8B is a manufacturing process diagram of the fifth embodiment shown in FIG. 8A.
  • the fourth embodiment may employ the technical features of the first to third embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the fourth embodiment.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the lower region 241b of the aperture 241.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and the doping of the second conductivity type element during the growth of the AlGa-based layer 241a is performed.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the lower region 241b of the AlGa series layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with a second conductivity type element, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with any one or more of Be, Mg, C, and Zn, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the lower region 241b of the aperture 241 so that the aperture edge can be spread evenly in the aperture 241.
  • the present invention can provide a surface light emitting laser device capable of generating a uniform light output in the entire aperture according to current diffusion by preventing a current density phenomenon at the aperture edge, and a light emitting device including the same.
  • the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the lower region 241b of the aperture 241 so as to be apertured by current diffusion in the aperture 241.
  • Can prevent current crowding Accordingly, the embodiment prevents a current crowding phenomenon at the aperture edge to prevent higher mode oscillation, thereby increasing the divergence angle of the beams.
  • the present invention provides a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the thickness in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the thickness in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the insulating region 242 has a thickness in the inner region adjacent to the aperture 241 to be thinner than the thickness in the outer region, thereby alleviating the diffraction of light in the aperture 241 to reduce the beam
  • the problem of increasing the divergence angle of beams can be solved.
  • FIG. 10 is a conceptual view of a 2DHG effect in the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 8A, wherein the delta doping layer 241c is between an AlGa-based layer and a p-AlGaAs layer.
  • the second reflective layer 250 may include a p-AlGaAs layer
  • the second cavity 233 may include a GaAs layer
  • the delta doped layer 241c may have a second reflective layer 250. It is disposed between the second cavity 233 may be able to spread the current through the 2DHG effect.
  • the oxidization rate of the insulating region 242 may be controlled by delta doping of the second conductivity type element to implement sharp edges by selective or predominant oxidation of the delta doped region.
  • a 2D dimensional hole gas (2DHG) is formed by the growth of a delta doping layer (241c) in the lower region 241b of the aperture 241, and the current spreading through the 2DHG is performed. Carrier distribution uniformity can be improved in the aperture region.
  • the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the lower region 241b of the aperture 241 so that the aperture can be spread evenly in the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device capable of improving current injection efficiency by improving current injection efficiency by preventing current condensation at an edge and a light emitting device including the same can be provided.
  • the aperture doped by the current diffusion in the aperture 241 by disposing the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the lower region 241b of the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device capable of solving a problem of increasing divergence angle of beams by preventing higher mode oscillation at an edge and a light emitting device including the same can be provided.
  • FIG. 9A is a fifth embodiment of the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 9B is a manufacturing process diagram of the fifth embodiment shown in FIG. 9A.
  • the fifth embodiment may employ the technical features of the first to fourth embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the fifth embodiment.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the upper region 241t of the aperture 241.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and the doping of the second conductivity type element during the growth of the AlGa-based layer 241a is performed.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the upper region 241t of the AlGa series layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • FIG. 10 is a conceptual view of a 2DHG effect in the second region B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 9A, wherein the delta doping layer 241c is between an AlGa-based layer and a p-AlGaAs layer. Can be placed in.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the upper region 241t of the AlGa series layer 241a.
  • the second reflective layer 250 may include a p-AlGaAs layer
  • the second cavity 233 may include a GaAs layer
  • the delta doped layer 241c may have a second reflective layer 250. It is disposed between the second cavity 233 may be able to spread the current through the 2DHG effect.
  • the stiff edge may be implemented by selective or predominant oxidation of the delta-doped region by controlling the oxidation rate of the insulating region 242 by delta doping of the second conductivity type element.
  • 2D dimensional hole gas (2DHG) is formed in the upper region 241t of the aperture 241 by the growth of a delta doping layer 241c, and current spreading through the 2DHG is performed.
  • carrier distribution uniformity may be improved in the aperture region.
  • the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the aperture 241 so that even current spreading in the aperture 241 is performed at the edge of the aperture 241. It is possible to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can improve current injection efficiency by preventing current condensation of the light, thereby improving light output and voltage efficiency.
  • an aperture edge is formed by the current diffusion in the aperture 241 by placing the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the upper region 241t of the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device capable of solving a problem of increasing divergence angle of beams by preventing higher mode oscillation at an edge and a light emitting device including the same can be provided.
  • the surface-emitting laser device 200 is mesa etched from the second reflective layer 250 to the insulating region 242 and the active region 230 in the region around the aperture 241. Can be.
  • even a part of the first reflective layer 220 may be mesa etched.
  • the second contact electrode 255 may be disposed on the second reflective layer 250, and the area where the second reflective layer 250 is exposed in the area between the second contact electrodes 255 is the aperture 241 described above. May correspond to
  • the contact electrode 255 may improve the contact property between the second reflective layer 250 and the second electrode 280 described later.
  • a passivation layer 270 may be disposed on the side and top surfaces of the mesa-etched light emitting structure and the top surface of the first reflective layer 220.
  • the passivation layer 270 may also be disposed on the side surface of the surface emission laser device 200 separated by device units to protect and insulate the surface emission laser device 200.
  • the passivation layer 270 may be made of an insulating material, for example, nitride or oxide.
  • the passivation layer 270 may include at least one of polymide, silica (SiO 2 ), or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • the passivation layer 270 may be thinner than the second contact electrode 255 at the top surface of the light emitting structure, and thus the second contact electrode 255 may be exposed to the upper portion of the passivation layer 270.
  • the second electrode 280 may be disposed in electrical contact with the exposed second contact electrode 255.
  • the second electrode 280 extends above the passivation layer 270 to supply current from the outside. I can receive it.
  • the second electrode 280 may be made of a conductive material, for example, may be a metal.
  • the second electrode 280 may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au). It may be formed into a structure.
  • the embodiment can solve the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing current crowding at the aperture edge to prevent higher mode oscillation.
  • a light emitting laser device and a light emitting device including the same can be provided.
  • Embodiments can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can prevent current condensation at the aperture edge to produce a uniform light output in the entire aperture area according to current diffusion.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the problem that the diffraction phenomenon of the light at the aperture edge to increase the divergence angle of the beam.
  • FIGS. 11A through 16 including the method of each embodiment.
  • a light emitting structure including a first reflective layer 220, an active region 230, and a second reflective layer 250 is formed on a substrate 210.
  • the substrate 210 may be formed of a material suitable for growth of a semiconductor material or a carrier wafer, may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may include a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 210 is a conductive substrate
  • a metal having excellent electrical conductivity may be used, and a GaAs substrate having high thermal conductivity because it must be able to sufficiently dissipate heat generated when the surface light emitting laser device 200 is operated.
  • a metal substrate, or a silicon (Si) substrate or the like may be used.
  • the substrate 210 is a non-conductive substrate
  • an AlN substrate, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, or a ceramic substrate may be used.
  • a substrate of the same type as the first reflective layer 220 may be used as the substrate 210.
  • the substrate 210 is a GaAs substrate of the same type as the first reflective layer 220
  • the lattice constant coincides with the first reflective layer 210, so that a defect such as lattice mismatch does not occur in the first reflective layer 220. Can be.
  • FIG. 11B is an enlarged view of the first-second area A2 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 11A. to be.
  • FIGS. 11A and 11B a surface light emitting laser device according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 11A and 11B.
  • the first reflective layer 220 may be grown using a chemical vapor deposition method (CVD) or a molecular beam epitaxy (MBE) or a sputtering or hydroxide vapor phase epitaxy (HVPE).
  • CVD chemical vapor deposition method
  • MBE molecular beam epitaxy
  • HVPE hydroxide vapor phase epitaxy
  • the first reflective layer 220 may be doped with a first conductivity type.
  • the first conductivity type dopant may include an n type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the first reflective layer 220 may include a gallium-based compound, for example, AlGaAs, but is not limited thereto.
  • the first reflective layer 220 may be a distributed bragg reflector (DBR).
  • DBR distributed bragg reflector
  • the first reflective layer 220 may have a structure in which layers made of materials having different refractive indices are alternately stacked at least once.
  • the first reflective layer 220 is disposed on the first group first reflective layer 221 and the first group first reflective layer 221 disposed on the substrate 210.
  • the second group first reflective layer 222 may be included.
  • the first group first reflective layer 221 and the second group first reflective layer 222 may include a plurality of layers made of a semiconductor material having a compositional formula of Al x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1). If the Al in each layer increases, the refractive index of each layer may decrease, and if the Ga increases, the refractive index of each layer may increase.
  • the first group first reflective layer 221 and the second group first reflective layer 222 may also be formed of a single layer or a plurality of layers, respectively.
  • the first group first reflective layer 221 may include about 30-40 pairs of the first group first-first layer 221a and the first group first-second layer 221b. have.
  • the second group first reflective layer 222 may also include about 5 to 15 pairs of the second group first-first layer 222a and the second group first-second layer 222b.
  • the active region 230 may be formed on the first reflective layer 220.
  • the active region 230 may include an active layer 232, a first cavity 231 disposed under the active layer 232, and a second cavity 233 disposed above.
  • the active region 230 may include both the first cavity 231 and the second cavity 233, or may include only one of the two.
  • the active layer 232 may include a well layer 232a and a barrier layer 232b using a compound semiconductor material of a group IIIV element.
  • the active layer 232 may be formed in a 1 to 3 pair structure such as InGaAs / AlxGaAs, AlGaInP / GaInP, AlGaAs / AlGaAs, AlGaAs / GaAs, GaAs / InGaAs, but is not limited thereto. Dopants may not be doped in the active layer 232.
  • the first cavity 231 and the second cavity 233 may be formed of Al y Ga (1-y) As (0 ⁇ y ⁇ 1) material, but is not limited thereto.
  • the first cavity 231 and the second cavity 233 may each include a plurality of layers made of Al y Ga (1-y) As.
  • the first cavity 231 may include a first-first cavity layer 231a and a first-second cavity layer 231b.
  • the second cavity 233 may include a 2-1 cavity layer 233a and a 2-2 cavity layer 233b.
  • an AlGa series layer 241a for forming the opening region 240 may be formed on the active region 230.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the AlGa based layer 241a by the doping of the second conductivity type element during the growth of the AlGa based layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the AlGa-based layer 241a may include a conductive material, and may include the same material as the first reflective layer 220 and the second reflective layer 250, but is not limited thereto.
  • the AlGa-based layer 241a when the AlGa-based layer 241a includes an AlGaAs-based material, the AlGa-based layer 241a is a semiconductor material having a composition formula of Al x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1). It may be made, for example, but may have a composition formula of Al 0.98 Ga 0.02 As, but is not limited thereto.
  • a second reflective layer 250 may be formed on the AlGa-based layer 241a.
  • the second reflective layer 250 may include a gallium-based compound, for example AlGaAs.
  • each layer of the second reflective layer 250 may include AlGaAs, and in detail, may be formed of a semiconductor material having a compositional formula of Al x Ga (1-x) As (0 ⁇ x ⁇ 1). .
  • the second reflective layer 250 may be doped with a second conductivity type dopant.
  • the second conductivity type dopant may be a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba.
  • the first reflective layer 220 may be doped with a p-type dopant, and the second reflective layer 250 may be doped with an n-type dopant.
  • the second reflective layer 250 may also be a distributed Bragg reflector (DBR).
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the second reflective layer 250 may have a structure in which a plurality of layers made of materials having different refractive indices are alternately stacked at least once.
  • the second reflective layer 250 may be disposed in the active region 230 than the first group second reflective layer 251 and the first group second reflective layer 251 disposed adjacent to the active region 230.
  • the second group may include a second reflective layer 252 spaced apart from.
  • first group second reflecting layer 251 and the second group second reflecting layer 252 may be formed of a single layer or a plurality of layers, respectively.
  • first group second reflective layer 251 may include about 1 to 5 pairs of the first group 2-1 layer 251a and the first group 2-2 layer 251b.
  • second group second reflective layer 252 may also include about 5 to 15 pairs of the second group 2-1 layer 252a and the second group 2-2 layer 252b. .
  • the light emitting structure may be mesa-etched using a predetermined mask 300.
  • the mesa may be etched from the second reflective layer 250 to the AlGa series layer 241a and the active region 230, and may be mesa etched to a part of the first reflective layer 220.
  • the AlGa-based layer 241a and the active region 230 may be removed from the second reflective layer 250 in the peripheral region by an inductively coupled plasma (ICP) etching method. It can be etched.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the second region B represents the AlGa series layer 241a and the delta doped layer 241c, and Each embodiment is shown in FIGS. 13A-13E and will be described in detail later.
  • the edge region of the AlGa-based layer may be changed to the insulating region 242, and may be changed to, for example, wet oxidation.
  • the opening region 240 including the insulating region 242 and the aperture 241 which is a non-oxidation region may be formed.
  • AlGaAs of the AlGa-based layer may react with H 2 O to form aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the center region of the AlGa-based layer does not react with oxygen, and only the edge region reacts with oxygen to form an insulating region 242 of aluminum oxide.
  • the embodiment may change the edge region of the AlGa based layer into the insulating region 242 through ion implantation, but is not limited thereto.
  • photons may be supplied with energy of 300 keV or more.
  • conductive AlGaAs may be disposed in the central region of the opening region 240 and non-conductive Al 2 O 3 may be disposed in the edge region.
  • AlGaAs in the central region may be defined as the aperture 241 as a portion where the light emitted from the active region 230 proceeds to the upper region.
  • the second region B includes the insulating region 242 and the delta doped layer 241c, and Each embodiment is shown in FIGS. 15A-15E, which will be described below in conjunction with FIGS. 13A-13E.
  • FIGS. 13A and 15A are conceptual views of the first embodiment B1 of the second region B shown in FIGS. 12 and 14.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and is doped by a second conductivity type element during the growth of the AlGa-based layer 241a.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the AlGa based layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be a delta functional doping with respect to the y-axis direction, which is the growth direction of the AlGa-based layer 241a, and there may be no difference in doping concentration in the x-axis direction, which is the plane direction. .
  • the delta doped layer 241c may be doped with a second conductivity type element, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with any one or more of Be, Mg, C, and Zn, but is not limited thereto.
  • the oxidation process is performed after the oxidization is promoted as the doping concentration is increased to form the delta doping layer 241c on the AlGa-based layer 241a using the principle that the thickness of the oxide layer is increased.
  • the oxidation rate in the x-axis direction of the insulating region 242 can be controlled by the delta doping of the second conductivity type element, and the saffron can be selected by the selective or predominant oxidation of the delta-doped region. Sharp edges can be implemented.
  • an inner end of the insulating region 242 may overlap the delta doped layer 241c in a first direction (x-axis direction).
  • the minimum thickness of the insulating region 242 may be in contact with the delta doped layer 241c.
  • the thickness of the insulating region 242 may be made thinner in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the insulating region 242 is formed such that the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 is thinner than the first thickness T1 in the outer region.
  • light diffraction may be alleviated to increase the divergence angle of beams.
  • the first thickness T1 of the outer region of the insulating region 242 may be about 5 nm to 50 nm. If the thickness of the insulating region 242 is less than 5 nm, problems may occur in current and optical confinement. On the other hand, when the thickness of the insulating region 242 exceeds 50nm, there is a problem of increasing the driving voltage or increasing the beam divergence angle. In addition, since the thickness of the insulating region 242 is controlled to 10 nm to 30 nm, the effects of current and optical restraint may be further increased, and the problem of increase in the divergence angle of the beam may be minimized.
  • the doping concentration of the delta doping layer 241c may be about 1X10 16 to 1X10 20 atoms / cm 3 , and the oxidation process is performed on the AlGa-based layer 241a through the doping concentration in this range.
  • the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241 as shown in FIG. 15A.
  • the dope concentration of the delta-doped layer 241c may be 1 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or more, which is a background carrier density, and the dope concentration of the delta-doped layer 241c may be 1 ⁇ 10 20 atoms /. If cm 3 is exceeded, deterioration of crystal quality may occur.
  • the doping concentration of the delta doped layer 241c is preferably controlled at about 1 ⁇ 10 17 to 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 , so that oxidation is more preferentially performed in the delta doped layer 241c, so
  • the sharp insulating region 242 the diffraction phenomenon of light at the edge of the aperture 241 can be remarkably alleviated to prevent an increase in the divergence angle of the beam, and the crystal quality of the AlGa series layer 241a is further improved. Can be improved.
  • the delta doped layer 241c may be formed in atomic unit thickness, and may be confirmed by an analytical device such as SIMS.
  • the oxidization rate of the insulating region 242 is controlled by the delta doping of the second conductivity type element, so that the sharp edge is implemented by the selective or predominant oxidation of the delta-doped region.
  • the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, thereby alleviating the diffraction of light in the aperture 241. The problem of increasing the divergence angle of beams can be solved.
  • FIGS. 12 and 14 are conceptual views of the second embodiment B2 of the second region B shown in FIGS. 12 and 14.
  • the second embodiment may employ the technical features of the first embodiment, and will be described below with reference to the technical features of the second embodiment.
  • the AlGa-based layer 241a includes a first AlGa-based layer 241a1 having a first Al concentration, and is formed at the center thereof.
  • the second AlGa-based layer 241a2 having a second Al concentration higher than one concentration may be included.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may be a first AlGaAs layer having a first Al concentration
  • the second AlGa-based layer 241a2 may be a second AlGaN layer having a second Al concentration. have.
  • the second embodiment may include a delta doping layer 241c in the second AlGa-based layer 241a2.
  • the oxidation process is predominantly performed in the second AlGa-based layer 241a2 in the x-axis direction in the oxidation process, and thus, FIG.
  • the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the Al z Ga (1-z) N (0 ⁇ z ⁇ 1)
  • the Al z Ga (1-z) N (0 ⁇ The Al concentration of z ⁇ 1) can be graded.
  • the Al concentration may be the highest in the central portion of the second AlGa-based layer 241a2 itself, and the Al concentration may gradually decrease in the -y axis direction opposite to the y axis direction.
  • the second AlGa-based layer 241a2 in which the Al concentration is graded, oxidization is predominantly performed at the center thereof, so that sharper edges can be realized.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the second AlGa-based layer 241a2.
  • the delta doped layer 241c exists in the aperture 241 as shown in FIG. 15B.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed in a sharp edge shape toward the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region. Accordingly, in the second embodiment, the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, thereby opening the aperture 241.
  • the problem of increasing the divergence angle of the beams can be solved by alleviating the diffraction of the light.
  • oxidation may be predominantly performed at the center thereof, and at the same time, delta doping is performed in the second AlGa-based layer 241a2.
  • the layer 241c may be disposed to implement sharper edges.
  • the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region.
  • light diffraction may be alleviated to increase the divergence angle of beams.
  • the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the aperture 241 so that current is concentrated in the aperture by current diffusion in the aperture 241.
  • Surface light emitting laser device capable of solving the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing high mode oscillation at the aperture edge by preventing crowding phenomenon and the same It can provide a light emitting device comprising.
  • FIGS. 12 and 14 are conceptual views of the third embodiment B3 of the second region B shown in FIGS. 12 and 14.
  • the third embodiment may employ the technical features of the first and second embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the third embodiment.
  • the first AlGa-based layer 241a1 may be included, and a GaAs-based layer 241a3 may be included at the center thereof.
  • the delta doped layer 241c may be disposed on the GaAs-based layer 241a3.
  • the delta doped layer 241c exists in the aperture 241 and is insulated.
  • the thickness of the region 242 may be formed in the shape of a sharp edge in the direction of the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the first thickness T1 in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the second thickness T2 in the inner region. Accordingly, in the third embodiment, the second thickness T2 in the inner region adjacent to the aperture 241 of the insulating region 242 is formed to be thinner than the first thickness T1 in the outer region, thereby opening the aperture 241. The problem of increasing the divergence angle of the beams can be solved by alleviating the diffraction of the light.
  • the third embodiment arranges the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the aperture 241 so that current is concentrated in the aperture by current diffusion in the aperture 241.
  • Surface light emitting laser device capable of solving the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing high mode oscillation at the aperture edge by preventing crowding phenomenon and the same It can provide a light emitting device comprising.
  • a GaAs-based layer 241a3 is disposed between the first AlGa-based layers 241a1, thereby forming a 2D dimensional hole gas (2DHG) as shown in FIG. 7C to spread current through 2DHG. (current spreading) can significantly improve carrier distribution uniformity in the aperture region.
  • the GaAs layer which is the GaAs series layer 241a3
  • the AlGaAs layers which are the AlGa series layer 241a
  • 2DHG 2D dimensional hole gas
  • FIGS. 12 and 14 are conceptual views of the fourth embodiment B4 of the second region B shown in FIGS. 12 and 14.
  • the fourth embodiment may employ the technical features of the first to third embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the fourth embodiment.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and as shown in FIG. 15D, a second conductivity type is formed during the growth of the AlGa-based layer 241a.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the lower region 241b of the AlGa-based layer 241a by the element doping.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with a second conductivity type element, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be doped with any one or more of Be, Mg, C, and Zn, but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the lower region 241b of the aperture 241 so that the aperture edge can be spread evenly in the aperture 241.
  • the present invention can provide a surface light emitting laser device capable of generating a uniform light output in the entire aperture according to current diffusion by preventing a current density phenomenon at the aperture edge, and a light emitting device including the same.
  • a current crowding phenomenon is performed at an aperture edge by disposing a delta doped layer 241c doped with a second conductivity type element in the lower region 241b of the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same may be provided to prevent a problem of increasing divergence angle of beams by preventing higher mode oscillation.
  • the thickness of the insulating region 242 may be formed to be thinner in the direction of the aperture 241.
  • the thickness in the outer region of the insulating region 242 may be thicker than the thickness in the inner region adjacent to the aperture 241.
  • the insulating region 242 has a thickness in the inner region adjacent to the aperture 241 to be thinner than the thickness in the outer region, thereby alleviating the diffraction of light in the aperture 241 to reduce the beam
  • the problem of increasing the divergence angle of beams can be solved.
  • the oxidization rate of the insulating region 242 may be controlled by delta doping of the second conductivity type element to implement sharp edges by selective or predominant oxidation of the delta doped region.
  • 2D dimensional hole gas (2DHG) is formed in the lower region 241b of the aperture 241 by the growth of a delta doping layer 241c, and current spreading through the 2DHG is performed.
  • carrier distribution uniformity may be improved in the aperture region.
  • the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the aperture 241 so that even current spreading in the aperture 241 is performed at the edge of the aperture 241. It is possible to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can improve current injection efficiency by preventing current condensation of the light, thereby improving light output and voltage efficiency.
  • the aperture doped by the current diffusion in the aperture 241 by disposing the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the lower region 241b of the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device capable of solving a problem of increasing divergence angle of beams by preventing higher mode oscillation at an edge and a light emitting device including the same can be provided.
  • FIGS. 12 and 14 are conceptual views of the fifth embodiment B5 of the second region B shown in FIGS. 12 and 14.
  • the fifth embodiment may employ the technical features of the first to fourth embodiments, and will be described below with reference to the technical features of the fifth embodiment.
  • an AlGa-based layer 241a for forming the opening region 240 is formed on the active region 230, and the doping of the second conductivity type element during the growth of the AlGa-based layer 241a is performed.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the upper region 241t of the AlGa series layer 241a.
  • the AlGa-based layer 241a may include a material such as Al z Ga (1-z) As (0 ⁇ z ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the delta doped layer 241c may be disposed between the p-AlGaAs layer and the GaAs layer, which are AlGa series layers.
  • the delta doped layer 241c may be disposed in the upper region 241t of the AlGa series layer 241a.
  • the oxidative rate of the insulating region 242 is controlled by the delta doping of the second conductivity type element so that sharp edges are selected by selective or predominant oxidation of the delta doped region. ) Can be implemented.
  • a 2D dimensional hole gas (2DHG) is formed by growing a delta doping layer (241c) in the upper region 241t of the aperture 241, and current spreading through 2DHG is performed. May improve carrier distribution uniformity in the aperture region.
  • the delta-doped layer 241c doped with the second conductivity type element is disposed in the aperture 241 so that the current at the edge of the aperture 241 can be spread evenly in the aperture 241. It is possible to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can improve current injection efficiency by preventing a compaction phenomenon, thereby improving light output and voltage efficiency.
  • an aperture edge is formed by the current diffusion in the aperture 241 by placing the delta doped layer 241c doped with the second conductivity type element in the upper region 241t of the aperture 241.
  • a surface light emitting laser device capable of solving a problem of increasing divergence angle of beams by preventing higher mode oscillation at an edge and a light emitting device including the same can be provided.
  • the second contact electrode 255 may be disposed on the second reflective layer 250, and the second reflective layer 250 is exposed in an area between the second contact electrodes 255.
  • the area may correspond to the aperture 241 which is the center area of the opening area 240 described above.
  • the contact electrode 255 may improve contact characteristics between the second reflective layer 250 and the second electrode 255, which will be described later.
  • the passivation layer 270 disposed on the contact electrode 255 may have a thickness at the top surface of the light emitting structure to be thinner than the second contact electrode 255, where the second contact electrode 255 is the passivation layer. 270 may be exposed to the top.
  • the passivation layer 270 may include at least one of polymide, silica (SiO 2 ), or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • a second electrode 280 that is in electrical contact with the exposed second contact electrode 255 may be disposed, the second electrode 280 is extended to the top of the passivation layer 270 is disposed from the outside Current can be supplied.
  • the second electrode 255 may be made of a conductive material, for example, may be a metal.
  • the second electrode 255 may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au). It can be formed as.
  • a first electrode 215 may be disposed under the substrate 210. Before disposing the first electrode 215, a portion of the bottom surface of the substrate 210 may be removed through a predetermined grinding process to improve heat dissipation efficiency.
  • the first electrode 215 may be made of a conductive material, for example, metal.
  • the first electrode 215 may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au). It may be formed into a structure.
  • the above-described semiconductor device may be a laser diode, and two reflection layers may act as resonators. At this time, electrons and holes are supplied to the active layer from the first reflective layer 220 of the first conductivity type and the second reflective layer 250 of the second conductivity type, and the light emitted from the active region 230 is reflected inside the resonator. When amplified and the threshold current is reached, it can be emitted to the outside through the aperture 241 described above.
  • the light emitted from the semiconductor device according to the embodiment may be light of a single wavelength and a single phase, and the single wavelength region may vary according to the composition of the first reflective layer 220, the second reflective layer 250, and the active region 230. have.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the surface light emitting laser device 202B according to the embodiment, and FIG. 18 is an enlarged view of the first region A1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • the surface light emitting laser device 202 may include a first electrode 215, a substrate 210, a first reflective layer 220, an active layer 232, an aperture region 240, One or more of the second reflective layer 250 and the second electrode 280 may be included.
  • the aperture region 240 may include an aperture 241 and a first insulating layer 242b.
  • the first insulating layer 242b may be referred to as an oxide layer, and the aperture region 240 may be referred to as an oxide region or an opening region, but is not limited thereto.
  • the embodiment may include an AlGa-based transition layer 242 and a second insulating layer 242e.
  • the AlGa series transition layer 242 may include a first AlGa series transition layer 242a1 and a second AlGa series transition layer 242a2.
  • the second insulating layer 242e may include a 2-1st insulating layer 242e1 and a 2-2nd insulating layer 242e2.
  • the surface light emitting laser device 202 may include a first reflective layer 220, an active layer 232 disposed on the first reflective layer 220, and a first insulating layer.
  • An aperture region 240 having a layer 242b and an aperture 241 disposed on the active layer 232, a second reflective layer 250 disposed on the aperture region 240, and An AlGa series transition layer 242 disposed between the active layer 232 and the second reflective layer 250 and having an Al composition graded, and a second insulating layer disposed between the active layer 232 and the second reflective layer 250.
  • the embodiment may further include a second contact electrode 255 and a passivation layer 270.
  • the direction of the x-axis may be a direction parallel to the longitudinal direction of the substrate 210
  • the y-axis may be a direction perpendicular to the x-axis.
  • FIG. 18 is an enlarged view of the first area A1 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • the substrate 210, the first electrode 215, the first reflective layer 220, the second reflective layer 250, the active layer 232, the cavities 231 and 233, the contact electrodes 255, and the passivation layer ( 270) may employ the technical features of the embodiments described above.
  • the aperture region 240 may include a first insulating layer 242b and an aperture 241.
  • the aperture region 240 may be referred to as an opening region or an oxidation region.
  • the first insulating layer 242b may be formed of an insulating layer, for example, aluminum oxide, to serve as a current blocking region, and an aperture 241 may be defined by the first insulating layer 242b. .
  • the aperture region 240 includes aluminum gallium arsenide (AlGaAs)
  • AlGaAs of the aperture region 240 reacts with H 2 O to change the edge to aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the first insulating layer 242b may be formed, and the central region not reacted with H 2 O may be an aperture 241 made of AlGaAs.
  • the light emitted from the active layer 232 through the aperture 241 may be emitted to the upper region, and the light transmittance of the aperture 241 may be superior to that of the first insulating layer 242b. Can be.
  • the first insulating layer 242b may include a plurality of layers, for example, the first-first insulating layer 242b1 and the first-second insulating layer 242b2. have.
  • the first-first insulating layer 242b1 may have the same thickness as or different from the first-second insulating layer 242b2.
  • one of the technical problem of the embodiment is to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can solve the problem that the divergence angle (beam divergence angle of beams) is increased.
  • one of the technical problems in the embodiment is to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can prevent the current crowd (current crowding) phenomenon at the aperture edge (aperture edge).
  • 19A is a first enlarged view of a second area A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • an embodiment is disposed on an active layer 232, and a second AlGa-type transition layer 242 in which an Al composition is graded, and a second layer disposed between the active layer 232 and the second reflective layer 250.
  • Including the insulating layer 242e has a technical effect that can solve the problem of increasing the divergence angle of the beam (beams).
  • the embodiment includes an AlGa-type transition layer 242 and a second insulating layer 242e to which the Al composition is graded, thereby improving reliability by improving crystal quality at the aperture edge, thereby providing uniform light output in the entire aperture area. It is possible to provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same.
  • the second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b.
  • the second insulating layer 242e may be an insulating layer in which a part of the AlGa series transition layer 242 is oxidized.
  • the AlGa series transition layer 242 may include a first AlGa series transition layer 242a1 disposed above the first insulating layer 242b.
  • the AlGa series transition layer 242 may include a second AlGa series transition layer 242a2 disposed under the first insulating layer 242b.
  • the second insulating layer 242e may include a 2-1 insulating layer 242e1 disposed above the first insulating layer 242b.
  • the second-1 insulating layer 242e1 may be an insulating layer in which a part of the first AlGa series transition layer 242a1 is oxidized.
  • the second insulating layer 242e may further include a second-2 insulating layer 242e2 disposed under the first insulating layer 242b.
  • the second-second insulating layer 242e2 may be an insulating layer in which a portion of the second AlGa-based transition layer 242a2 is oxidized.
  • the second reflective layer 250 may include a third insulating layer 243 disposed at an inner side from the outside of the second reflective layer 250 by a predetermined distance.
  • the third insulating layer 243 is an insulating part in which an outer part of the first group second-second layer 251b and an outer part of the second group second-second layer 252b are oxidized in the second reflective layer 250. It may be a layer.
  • FIG. 19B is an enlarged view of the third region A3 of the second region A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment illustrated in FIG. 19A, wherein the second insulating layer 242e is the first insulating layer.
  • the second insulating layer 242e1 disposed above the layer 242b and the second insulating layer 242e2 disposed below the first insulating layer 242b may be included.
  • the second reflective layer 250 may include a third insulating layer 243 disposed inward from the outside of the second reflective layer 250 by a predetermined distance.
  • the second AlGa series transition layer 242a2 and the first AlGa series transition layer 242a1, which are Al grading layers, are formed before and after the first insulating layer 242b, which is an oxide layer, in the embodiment. 19b, a portion of the second AlGa-based transition layer 242a2 and a portion of the second AlGa-based transition layer 242a2 is oxidized from the mesa etching interface to the front and back of the high Al oxidation layer.
  • 2-2 insulating layer 242e2 and 2-1 insulating layer 242e1 may be formed.
  • the second reflective layer 50 is formed at the mesa (MESA) etching interface.
  • MEA mesa
  • a portion of the outer insulating layer 43 is oxidized, and the outer insulating layer 43 has a defect (DL) due to a thickness of 50 nm or more and stress due to oxidation.
  • defects DL may affect the oxidation layer 42b defining the aperture 41, so that cracks may be generated due to oxidation layer damage.
  • an oxide layer 42b should be thinly formed.
  • the oxide layer 42b is thickly formed, and in this case, an abrupt interface AI is provided at the boundary region with the aperture 41, and the abrupt oxide layer interface AI has a design angle of divergence. There is a problem of increasing the coverage.
  • FIGS. 21A and 21B illustrate a near field image and a far field spectrum of a surface light emitting laser device according to the background art.
  • the defects DL damage the oxidation layer 42b
  • the crystal quality of the oxide layer 42b defining the aperture 41 is degraded by current confinement, thereby reducing electrical reliability.
  • the defects DL damage the oxidation layer 42b
  • the crystal quality of the oxide layer 42b defining the aperture 41 is degraded by current confinement, thereby reducing electrical reliability.
  • the divergence angle of beams increases to about 29 °.
  • 22A and 22B are near field images and far field spectrums of the surface light emitting laser device according to the embodiment.
  • a second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is formed on the first insulating layer 242b.
  • the defects DL are blocked from being extended to the first insulating layer 242b, which is an oxide layer defining the aperture 241, by the current confinement, thereby protecting the first insulating layer 242b, thereby protecting the first insulating layer.
  • the crystal quality of the layer 242b can be maintained or improved compared to the conventional one, so that the electrical reliability is improved, thereby accelerating to a higher mode even when a high current is applied.
  • the second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b in the direction of the aperture 241 so as to be on the first insulating layer 242b.
  • the thickness of the first insulating layer on the inner side may be thinner than the outside according to the degree of oxygen supply during the oxidation process by supplying oxygen inward from the mesa etching interface as it is disposed on the first insulating layer.
  • the interface between the first insulating layer 242b at the boundary between 242b and the aperture 241 may be sharp.
  • the divergence angle may be prevented from being increased by such a rough interface SI of the first insulating layer 242b.
  • a divergence angle of beams may be controlled to about 21 °.
  • the second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b.
  • the crystal quality of the first insulating layer 242b can be maintained or improved compared to the existing one, and in particular, the crystal quality of the aperture 241 can be maintained or improved.
  • a surface light emitting laser device capable of producing a uniform light output and a light emitting device including the same may be provided.
  • FIG. 23 is an enlarged view illustrating the composition of the fourth region A4 of the surface light emitting laser device according to the embodiment illustrated in FIG. 19A
  • FIG. 24 is a view of the surface light emitting laser device according to the embodiment illustrated in FIG. 17.
  • the second insulating layer 242e extends a predetermined distance from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b. It is possible to solve the problem of increasing the divergence angle of the beam at the aperture edge, and to improve the reliability by improving the crystal quality of the first insulating layer 242b and the aperture 241 at the aperture edge, thereby improving uniformity in the entire aperture area. There is a complex technical effect that can produce a light output.
  • the length of the second insulating layer 242e may be controlled according to the Al composition of the AlGa series transition layer 242.
  • the AlGa series transition layer 242 may have an Al x Ga 1-x As composition.
  • the composition of Al in the first AlGa series transition layer 242a1 may be graded in the range of 0.01 to 0.99.
  • the composition of Al in the first AlGa series transition layer 242a1 may be graded in a first range (12% to 80%) of 0.12 to 0.80.
  • the composition of Al in the first AlGa series transition layer 242a1 may be reduced in the first range of 0.80 to 0.12 in the direction of the first group 2-1 layer 251a in the active layer 232.
  • composition of Al in the second AlGa series transition layer 242a2 may be graded in the range of 0.01 to 0.99.
  • the composition of Al in the second AlGa series transition layer 242a2 may be graded in a second range of 0.30 to 0.65.
  • the composition of Al in the second AlGa series transition layer 242a2 may be graded in the second range of 0.30 to 0.65 in the direction of the first group 2-1 layer 251a in the active layer 232.
  • the second composition range graded in the second AlGa series transition layer 242a2 may be within the first composition range of Al graded in the first AlGa series transition layer 242a1.
  • the composition of Al in the aperture 241 region may be about 0.99, but is not limited thereto.
  • the composition of Al in the first group 2-1 layer 251a may be 0.12, but is not limited thereto. no.
  • the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 may be controlled to be shorter than the first length L1 of the first insulating layer 242b.
  • the second-second length L22 of the second-second insulating layer 242e2 may be controlled to be shorter than the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1.
  • the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 may be controlled to be less than or equal to the remaining length L1r in addition to the first length L1 of the first insulating layer 242b.
  • the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 is 0.1 to 1 times the remaining length L1r in addition to the first length L1 of the first insulating layer 242b. Can be controlled to twice the range.
  • second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 may be longer than the third length L3 of the third insulating layer 243.
  • second lengths L21 and L22 of the second insulating layer 242e may be greater than five times or less than a third length L3 of the third insulating layer 243.
  • the 2-1 length L21 of the 2-1nd insulating layer 242e1 may be 0.5 to 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the 2-1st insulating layer 242e1 extends from the end of the first insulating layer 242b by the length of 2-1 in the direction of the aperture 241 to extend the first insulating layer ( As it is disposed on 242b, the defect DL is effectively blocked to improve reliability by improving the crystal quality of the first insulating layer 242b and the aperture 241 at the aperture edge, thereby improving uniformity in the entire aperture area. It is possible to produce a light output, and the divergence angle of the beam at the aperture edge is controlled by controlling the first insulating layer 242b to the sharp interface SI at the interface between the first insulating layer 242b and the aperture 241. Solve the growing problem.
  • the beam divergence may be increased. If the second-first length L21 of the second-first insulating layer 242e1 is shorter than the third length L3 of the third insulating layer 243, the protection function from the defect DL may be weakened.
  • FIG. 25 is a third enlarged view A23 of the second area A2B of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 17.
  • the second-first thickness T21 of the second-first insulating layer 242e1 may be thinner than the first thickness T1 of the first insulating layer 242b.
  • the second-second thickness T22 of the second-second insulating layer 242e2 may be thinner than the first thickness T1 of the first insulating layer 242b.
  • the first thickness T1 of the first insulating layer 242b may be about 5 nm to about 50 nm, but is not limited thereto.
  • first thickness T1 of the first insulating layer 242b may be thinner than the third thickness T3 of the third insulating layer 243.
  • the first insulating layer 242b may be positioned at the node position NP of the laser oscillated by the active layer 232 to reduce the beam divergence.
  • the second insulating layer 242e may be positioned at the node position of the laser oscillated by the active layer 232 to reduce the beam divergence.
  • the insulating region 242 Is closer to the optical node position (NP), which has a technical effect of reducing beam divergence.
  • the first to first defects DL may be formed from the defect DL.
  • the effect of protecting the insulating layer 242b can be enhanced.
  • the second-first thickness T21 of the second-first insulating layer 242e1 may be controlled to be 0.2 to 3 times the second-second thickness T22 of the second-second insulating layer 242e2.
  • the thickness of the second insulating layer 242e may range from 1 nm to 150 nm, but is not limited thereto.
  • the first insulating layer 242b or the second insulating layer 242e may be located between about 100 nm to about 250 nm from the top of the active layer 232.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same, which can solve the problem of increasing the divergence angle of a beam at an aperture edge.
  • the first insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b, the first insulating layer 242e is insulated from the first insulating layer 242b.
  • the interface between the first insulating layer 242b at the boundary between the layer 242b and the aperture 241 may be sharp, and the divergence angle may be prevented from being increased by the sharp interface SI.
  • the embodiment can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the reliability by improving the crystal quality at the aperture edge to give a uniform light output in the entire aperture area.
  • the second insulating layer 242e extends from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b, 1
  • the crystal quality of the insulating layer 242b can be maintained or improved compared to the existing one, and in particular, the crystal quality of the aperture 241 can be maintained or improved, so that not only the aperture edge but also the entire aperture including the center can be uniform. It is possible to provide a surface light emitting laser device capable of producing a light output and a light emitting device including the same.
  • the embodiment may solve the problem of increasing the divergence angle of beams by preventing current crowding at the aperture edge to prevent higher mode oscillation.
  • a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same can be provided.
  • the defect The expansion of the DLs to the first insulating layer 242b is blocked by the current confinement so that the first insulating layer 242b is protected to determine the first insulating layer 242b.
  • the quality can be maintained or improved compared to the conventional one, so that the electrical reliability is improved, and therefore, acceleration in a higher mode even when a high current is applied can be prevented than in the prior art.
  • the second insulating layer 242e extends a predetermined distance from the end of the first insulating layer 242b toward the aperture 241 and is disposed on the first insulating layer 242b. It is possible to solve the problem of increasing the divergence angle of the beam at the aperture edge, and to improve the reliability by improving the crystal quality of the first insulating layer 242b and the aperture 241 at the aperture edge, thereby improving uniformity in the entire aperture area. There is a complex technical effect that can produce a light output.
  • FIG. 26 is a surface light emitting laser package to which the surface light emitting laser device according to the embodiment is applied.
  • the surface light emitting laser package 100 may include a housing 110, a surface light emitting laser device 201, and a diffusion unit 140.
  • the surface emitting laser package 100 according to the embodiment includes a housing 110 having a cavity C, a surface light emitting laser element 201 and the housing 110 disposed in the cavity C. It may include a diffusion unit 140 disposed on).
  • the surface light emitting laser device 201 may be applied to the surface light emitting laser device 202B according to the above-described embodiment.
  • the housing 110 of an embodiment may comprise a single or a plurality of bodies.
  • the housing 110 may include a first body 110a, a second body 110b, and a third body 110c.
  • the second body 110b may be disposed on the first body 110a
  • the third body 110c may be disposed on the second body 110b.
  • the embodiment may include a first electrode portion 181 and a second electrode portion 182.
  • the first electrode part 181 and the second electrode part 182 may be disposed in the housing 110.
  • the first electrode 181 and the second electrode 182 may be spaced apart from each other on the upper surface of the first body 110a.
  • the surface light emitting laser device 201 may be electrically connected to the second electrode part 182 by a predetermined wire 187.
  • the embodiment may include a third electrode portion 183 and a fourth electrode portion 184 spaced apart from the lower side of the first body (110a), and also penetrating the first body (110a)
  • the fifth electrode part 185 and the sixth electrode part 186 may be included.
  • the housing 110 may include a seating part 110bt in which the diffusion part 140 is disposed.
  • a portion of the upper surface of the second body 110b may function as a seating portion 110bt.
  • the embodiment may include an adhesive member 155 disposed between the seating portion 110bt and the diffusion portion 140 of the housing 110.
  • the diffusion part 140 may include a glass layer 141 having a first thickness and a polymer layer 145 having a second thickness and disposed on the glass layer 141.
  • the polymer layer 145 is illustrated below the glass layer 141 in FIG. 26, the polymer layer 145 may be disposed above the glass layer 141 in the manufacturing process by a printing process.
  • the polymer layer 145 may include a pattern including a curved surface, and the pattern may be regular or irregular.
  • the pattern may be absent in the contact portion of the adhesive member 155, and may be formed in a relatively flat surface than the pattern.
  • FIG. 27 is another sectional view of the surface emitting laser device 202C according to the embodiment.
  • the surface light emitting laser device according to the embodiment can be applied to the flip chip type surface light emitting laser device shown in FIG. 27.
  • the surface emitting laser device may be a flip chip type in which the first electrode 215 and the second electrode 282 face the same direction as shown in FIG. 27.
  • the flip chip type surface emitting laser device 202C illustrated in FIG. 27 may include a first electrode part 215 and 217, a substrate 210, a first reflective layer 220, an active layer 232, and an aperture region ( One or more of 240, second reflective layer 250, second electrode portions 280 and 282, first passivation layer 271, second passivation layer 272, and anti-reflective layer 290 may be included. .
  • the reflectance of the second reflecting layer 250 may be designed to be higher than that of the first reflecting layer 220.
  • the flip chip type surface emitting laser device is disposed between the active layer 232 and the second reflecting layer 250, and an AlGa series transition layer (not shown) and an active layer 232 and the second layer, which are graded Al composition.
  • the second insulating layer 242e may be disposed between the reflective layers 250.
  • the first electrode parts 215 and 217 may include a first electrode 215 and a first pad electrode 217, and the first electrode on the first reflective layer 220 exposed through a predetermined mesa process.
  • the 215 may be electrically connected
  • the first pad electrode 217 may be electrically connected to the first electrode 215.
  • the first electrode portions 215 and 217 may be made of a conductive material, for example, metal.
  • the first electrode 215 may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au). It can be formed as.
  • the first electrode 215 and the first pad electrode 217 may include the same metal or different metals.
  • the first electrode 215 may be an electrode for the n-type reflective layer.
  • the second electrode parts 280 and 282 may include a second electrode 282 and a second pad electrode 280, and the second electrode 282 is electrically connected to the second reflective layer 250.
  • the second pad electrode 280 may be electrically connected to the second electrode 282.
  • the second electrode 282 may be a p-type electrode.
  • the second electrode according to the above-described embodiment may be equally applied to the second electrode 282 of the flip chip surface light emitting laser device.
  • the first insulating layer 271 and the second insulating layer 272 may be made of an insulating material, for example, may be made of nitride or oxide, for example, polyimide, silica (SiO 2 ), Or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • the second further embodiment may employ the technical features of the above-described embodiments and the first further embodiments, and will be described below with reference to the main features of the second further embodiment.
  • the first to fifth embodiments described below are descriptions of technical features different from those described above.
  • the surface light emitting laser device 203 may include a first electrode 215, a substrate 210, a first reflective layer 220, a light emitting layer 230, an oxide layer 240, One or more of the second reflective layer 250, the passivation layer 270, and the second electrode 280 may be included.
  • the oxide layer 240 may include an opening 241 and an insulating region 242.
  • the opening 241 may be a passage area through which current flows.
  • the insulating region 242 may be a blocking region that blocks the flow of current.
  • the insulating region 242 may be referred to as an oxide layer or an oxide layer.
  • the oxide layer 240 may be referred to as a current confinement layer because it restricts the flow or density of the current to emit a more coherent laser beam.
  • the second electrode 280 may include a contact electrode 282 and a pad electrode 284.
  • FIG. 29 is an enlarged cross-sectional view of the first portion B13 of the surface light emitting laser device according to the embodiment shown in FIG. 28.
  • the direction of the x-axis may be a direction parallel to the longitudinal direction of the substrate 210
  • the y-axis may be a direction perpendicular to the x-axis.
  • the passivation layer 270 may employ the technical features of the embodiments described above.
  • the surface light emitting laser device may provide the oxide layer 240.
  • the oxide layer 240 may include an insulating region 242 and an opening 241.
  • the insulating region 242 may surround the opening 241.
  • the opening 241 may be disposed on the first area (center area) of the light emitting layer 230
  • the insulating area 242 may be disposed on the second area (edge area) of the light emitting layer 230.
  • the second region may surround the first region.
  • the opening 241 may be a passage area through which current flows.
  • the insulating region 242 may be a blocking region that blocks the flow of current.
  • the insulating region 242 may be referred to as an oxide layer or an oxide layer.
  • the amount of current supplied from the second electrode 280 to the light emitting layer 230 may be determined by the size of the opening 241.
  • the size of the opening 241 may be determined by the insulating region 242. As the size of the insulating region 242 increases, the size of the opening 241 decreases, and accordingly, the current density supplied to the light emitting layer 230 may increase.
  • the opening 241 may be a passage through which the beam generated in the emission layer 230 travels in an upward direction, that is, in a direction of the second reflective layer 250. That is, the divergence angle of the beam of the light emitting layer 230 may vary according to the size of the opening 241.
  • the insulating region 242 may be formed of an insulating layer, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • AlGaAs aluminum gallium arsenide
  • the AlGaAs of the oxide layer 240 reacts with H 2 O to change the edge to aluminum oxide (Al 2 O 3 ), thereby insulating the region 242.
  • the central region formed of) and not reacted with H 2 O may be an opening 241 including AlGaAs.
  • the light emitted from the light emitting layer 230 through the opening 241 may be emitted to the upper region, and the light transmittance of the opening 241 may be excellent compared to the insulating region 242.
  • the insulation region 242 may include a plurality of layers.
  • the insulation region 242 may be formed on the first insulation region 242a and the first insulation region 242a.
  • the second insulating region 242b and the third insulating region 242c may be disposed between the second insulating region 242b.
  • One insulating region of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c may have the same thickness or different thickness as the other insulating region.
  • the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c may include at least an oxidation material.
  • the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c may include at least a group 3-5 or a group 2-6 compound semiconductor material.
  • 30 is first distribution data of refractive index and light energy in the surface light emitting laser device 203C according to the embodiment.
  • the distribution E of the light energy emitted from the surface light emitting laser device has a maximum value around the light emitting layer 230, as shown in FIG. 30, and the predetermined distance increases from the light emitting layer 230. Can be reduced by the period of.
  • the light energy distribution E is not limited to the distribution data shown in FIG. 30, and the light energy distribution in each layer may be different from that shown in FIG. 30 by the composition, thickness, etc. of each layer.
  • the surface light emitting laser device 203C according to the second embodiment may include the first reflective layer 220, the second reflective layer 250, and the first reflective layer 220 and the second reflective layer 250.
  • the light emitting layer 230 may be disposed.
  • the refractive index n is shown in FIG. 30 according to the material of each of the first reflective layer 220, the light emitting layer 230, and the second reflective layer 250. May be the same as, but is not limited to.
  • One of the technical problems of the embodiment is to provide a surface light emitting laser device capable of improving the light output by minimizing the influence of the carrier barrier caused by the generation of an electric field in the reflective layer and a light emitting device including the same.
  • the light energy distribution E according to the position of the surface light emitting laser device 203C according to the embodiment may be known. As described above, the light energy distribution (E) is relatively spaced apart from the light emitting layer 230. E) can be lowered.
  • the second embodiment controls the concentration of the first conductivity type dopant in the first group first reflection layer 221 to be higher than the dopant concentration in the second group first reflection layer 222 in consideration of the light energy distribution (E). can do.
  • the first reflective layer 220 includes the first group first reflective layer 221 and the first group first reflective layer 221 disposed on one side of the light emitting layer 230. It may include a second group first reflective layer 222 disposed closer to the light emitting layer 230.
  • the light energy of the second group first reflection layer 222 disposed adjacent to the emission layer 230 is higher than the light energy of the first group first reflection layer 221.
  • the embodiment controls the concentration of the first conductivity type dopant in the second group first reflective layer 222 to be lower than the dopant concentration in the first group first reflective layer 221 in consideration of the light energy distribution E,
  • the first conductivity type dopant may be relatively doped in the region of the first group first reflective layer 221 where the light energy is relatively low. Accordingly, in the second group first reflective layer 222, the light absorption by the dopant is minimized to improve the light output, and in the first group first reflective layer 221, the voltage efficiency is improved by improving the resistance by the relatively high dopant.
  • the concentration of the first conductivity type dopant in the first group first reflective layer 221 may be about 2.00E18 and about 1.00E18 in the second group first reflective layer 222, but is not limited thereto. no.
  • the second reflective layer 250 may be formed to be spaced apart from the first group second reflective layer 251 and the first group second reflective layer 251 disposed adjacent to the light emitting layer 230.
  • the second group second reflection layer 252 may be included.
  • the light energy of the first group second reflective layer 251 disposed adjacent to the light emitting layer 230 is higher than the light energy of the second group second reflective layer 252.
  • the embodiment controls the concentration of the second conductivity type dopant in the first group second reflective layer 251 to be lower than the dopant concentration in the second group second reflective layer 252 in consideration of the light energy distribution,
  • the second conductivity type dopant may be relatively doped in the region of the second group second reflective layer 252 where the light energy is relatively low. Accordingly, in the first group second reflective layer 251, the light absorption by the dopant is minimized to improve the light output, and in the second group second reflective layer 252, the voltage efficiency is improved by the resistance improvement by the dopant.
  • There is a specific technical effect that can provide a surface light emitting laser device and a light emitting device including the same that can improve the light output and voltage efficiency at the same time.
  • the doping concentration in consideration of the light energy distribution (E), 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 that can minimize the light output to improve the light output.
  • one of the technical problems of the embodiment is to provide a surface light emitting laser device capable of improving the light output by minimizing the influence of the carrier barrier caused by the generation of an electric field in the reflective layer and a light emitting device including the same.
  • the distribution of light energy (E) according to the position may be known. As the relative distance from the light emitting layer 230 is relatively reduced, the light energy distribution is lowered. In consideration of the energy distribution, the concentration of the first conductivity type dopant in the first group second reflection layer 251 may be controlled to be lower than that of the dopant concentration in the second group second reflection layer 252.
  • the concentration of the first conductivity type dopant in the first group second reflective layer 251 may be about 7.00E17 to 1.50E18 and about 1.00E18 to about the second group second reflective layer 252. Can be controlled by 3.00E18.
  • the concentration unit 1.00E18 may mean 1.00 ⁇ 10 18 (atoms / cm 3 ).
  • the p-type dopant may be C (Carbon), but is not limited thereto.
  • the embodiment controls the concentration of the second conductivity type dopant in the second group second reflection layer 252 to be higher than the concentration of the dopant in the first group second reflection layer 251 and has a relatively high light energy.
  • the first group second reflective layer 251 minimizes light absorption by the dopant, thereby improving light output and making the second group agent.
  • a surface light emitting laser device capable of simultaneously improving light output and voltage efficiency by improving voltage efficiency by improving resistance by a relatively high dopant and providing a light emitting device including the same There is a technical effect.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view of the surface light emitting laser device 203 according to the embodiment
  • FIG. 33 shows a band gap that varies depending on whether In is added in the embodiment
  • FIG. 34 shows the current density according to the embodiment. Shows.
  • FIG. 32 is an enlarged view of the opening 241 and the insulating region 242 of the surface light emitting laser device illustrated in FIG. 28.
  • the embodiment may be the same as the above-described embodiment except for the opening 241 and the insulating region 242.
  • the surface light emitting laser device 203 may provide an oxide layer 240.
  • the oxide layer 240 may include an insulating region 242 and an opening 241.
  • the insulating region 242 may surround the opening 241.
  • the opening 241 may be disposed on the first area (center area) of the light emitting layer 230
  • the insulating area 242 may be disposed on the second area (edge area) of the light emitting layer 230.
  • the second region may surround the first region.
  • the opening 241 may be a passage area through which current flows.
  • the insulating region 242 may be a blocking region that blocks the flow of current.
  • the amount of current supplied from the second electrode 280 to the light emitting layer 230, that is, the current density may be determined by the size of the opening 241. Since the size of the oxide layer 240 is fixed, the size of the opening 241 may be determined by the size of the insulating region 242. That is, as the size of the insulating region 242 increases, the size of the opening 241 decreases, and accordingly, the current density supplied to the light emitting layer 230 may increase.
  • the opening 241 may be a passage through which the beam generated in the emission layer 230 travels in an upward direction, that is, in a direction of the second reflective layer 250. That is, the divergence angle of the beam of the light emitting layer 230 may vary according to the size of the opening 241.
  • Opening 241 may include a semiconductor material, such as a Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductor material.
  • the insulating region 242 may be referred to as an oxide layer or an oxidation layer.
  • the insulating region 242 may include an oxidizing material.
  • the insulating region 242 may be formed of an insulating layer, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the insulating region 242 may be formed by oxidizing the opening 241.
  • the oxide layer 240 is AlGaAs if it contains (aluminum gallium arsenide), the oxide layer 240 is AlGaAs is H 2 O and the edge is an aluminum oxide of the reaction layer of oxide 240 over the oxidation step of (Al 2 O of 3 ) may be formed as an insulating region 242.
  • a central region that does not react with H 2 O may be formed as an opening 241 including AlGaAs.
  • H 2 O and AlGaAs penetrated through the side of the oxide layer 240 may be oxidized and converted into aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Therefore, the penetration depth of H 2 O varies depending on the thickness of the oxide layer 240, the type or composition of the oxide layer 240, and thus, the size of the insulating region 242 changed to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) may vary.
  • the light emitted from the light emitting layer 230 may be emitted to the upper region through the opening 241, and the light transmittance of the opening 241 may be excellent compared to the insulating region 242.
  • the opening 241 may include a plurality of layers.
  • the opening 241 may include a first semiconductor region 241a, a second semiconductor region 241b and a second semiconductor region disposed on the first semiconductor region 241a. It may include a third semiconductor region 241c disposed on the 241b.
  • the first semiconductor region 241a may be in contact with the top surface of the emission layer 230, and the third semiconductor region 241c may be in contact with the bottom surface of the second reflective layer 250, but the embodiment is not limited thereto.
  • the insulating region 242 may include a plurality of layers.
  • the insulating region 242 may include a first insulating region 242a and a second insulating region 242b disposed on the first insulating region 242a.
  • a third insulating region 24c disposed between the second insulating region 242b.
  • the first insulating region 242a may be in contact with the top surface of the emission layer 230
  • the third insulating region 242c may be in contact with the bottom surface of the second reflective layer 250, but the embodiment is not limited thereto.
  • the first insulating region 242a of the insulating region 242 may surround the first semiconductor region 241a of the opening 241.
  • the second insulating region 242b of the insulating region 242 may surround the second semiconductor region 241b of the opening 241.
  • the third insulating region 242c of the insulating region 242 may surround the third semiconductor region 241c of the opening 241.
  • the first insulating region 242a and the first semiconductor region 241a are referred to as a first oxide layer
  • the second insulating region 242b and the second semiconductor region 241b are referred to as a second oxide layer
  • the third The insulating region 242c and the third semiconductor region 241c may be referred to as a third oxide layer.
  • the oxide layer 240 may include a first oxide layer, a second oxide layer disposed on the first oxide layer, and a third oxide layer disposed on the second oxide layer.
  • the embodiment is not limited thereto, and a plurality of oxide layers 240 may be provided.
  • 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 insulating region 242a and is oxidized.
  • An uncentered center region may be defined as the first semiconductor region 241a.
  • a second semiconductor film including, for example, a second semiconductor material is formed on the entire region of the second oxide layer, and an edge region of the second semiconductor film is oxidized through an oxidation process to be defined as the second insulating region 242b and is oxidized.
  • An uncentered center region may be defined as the second semiconductor region 241b.
  • a third semiconductor film including, for example, a third semiconductor material is formed over the entire region of the third oxide layer, and an edge region of the third semiconductor film is oxidized through an oxidation process to define the third insulating region 242c and to oxidize it.
  • An uncentered center region may be defined as the third semiconductor region 241c.
  • the oxide layer 240 is composed of a plurality of layers, for example, the first to third oxide layer, so that the stress stress of the oxide layer generated when the oxide layer is composed of a single layer can be alleviated.
  • the thickness, the concentration, or the size may or may not be the same.
  • each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may have the same thickness.
  • the thickness of the second semiconductor region 241b may be smaller than the thickness of the first semiconductor region 241a or the thickness of the third semiconductor region 241c.
  • the ratio of the thicknesses of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be 1: 0.3: 1 to 1: 1: 1.
  • the thickness of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c may be about 10 nm, and the thickness of the second semiconductor region 241b may be about 3 nm to about 10 nm.
  • the thickness of the first semiconductor region 241a may be larger or smaller than the thickness of the third semiconductor region 241c.
  • the first semiconductor film is partially oxidized to form the first semiconductor region 241a and the first insulating region 242a
  • the second semiconductor film is partially oxidized to form the second semiconductor region 241b and the second.
  • the insulating region 242b may be formed, and the third semiconductor layer may be partially oxidized to form the third semiconductor region 241c and the third insulating region 242c. Therefore, the thickness of the first insulating region 242a is the same as the thickness of the first semiconductor region 241a, the thickness of the second insulating region 242b is the same as the thickness of the second semiconductor region 241b, and the third The thickness of the insulating region 242c may be the same as the thickness of the third semiconductor region 241c.
  • concentrations of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be different.
  • the Al concentration of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be different.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b is lower than that of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c
  • the Al concentration of the first semiconductor region 241a is the third semiconductor region. It may be higher than the Al concentration of (241c).
  • each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c includes AlGaAs
  • the Al concentration of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c is 0.9 or more and 0.99 or less.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b may be 0.8 or more and 0.9 or less.
  • the Al concentration of the first semiconductor region 241a may be 0.99
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b may be 0.84
  • the Al concentration of the third semiconductor region 241c may be 0.98.
  • the first insulation region 242a and the third insulation formed as a result of oxidation may have the same size.
  • the size of the first semiconductor region 241a is third. It may be larger than the size of the semiconductor region 241c. The size may be referred to as the width.
  • each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c is determined by the Al concentration of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c, as shown in FIG.
  • Each of the first insulating region 242a and the third insulating region 242c having a high concentration may be larger than the size of the second insulating region 242b having a low Al concentration.
  • the diameter of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be determined by the size of each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c.
  • the diameter D1 of each of the third semiconductor regions 241c disposed on the same layer as the region 242c is small. Since the size of the second insulating region 242b having a low Al concentration is small, the diameter D2 of the second semiconductor region 241b disposed on the same layer as the second insulating region 242b is large. Therefore, the diameter D2 of the second semiconductor region 241b may be larger than the diameter D1 of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c.
  • the second semiconductor region 241b extends outward from an end of the first semiconductor region 241a or the third semiconductor region 241c. It may protrude.
  • the protruding region of the second semiconductor region 241b may not vertically overlap the first semiconductor region 241a or the third semiconductor region 241c.
  • the protruding regions of the second semiconductor regions 241b may vertically overlap with portions of the first or third insulating regions 242a and 242c.
  • the first insulating region 242a or the third insulating region 242c may move inward from the inner end of the second insulating region 242b. Can protrude along. Accordingly, the protruding regions of each of the first and third insulating regions 242a and 242c overlap each other perpendicularly, and the protruding regions of each of the first and third insulating regions 242a and 242c are formed of the second semiconductor region 241b. The protruding region of the first insulating region 242a or the third insulating region 242c may not overlap with the second insulating region 242b.
  • the outer surfaces of the first to third insulating regions 242a, 242b and 242c may be vertically aligned, and the inner surfaces of the first to third insulating regions 242a, 242b and 242c may not vertically coincide. Side surfaces of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may not vertically coincide with each other.
  • the side surface of the first semiconductor region 241a is in contact with the inner surface of the first insulating region 242a
  • the side surface of the second semiconductor region 241b is in contact with the inner surface of the second insulating region 242b.
  • Side surfaces of the semiconductor region 241c may contact inner surfaces of the third insulating region 242c.
  • the diameter D2 of the second semiconductor region 241b is determined by the first semiconductor region ( Since it is larger than the diameter D2 of the 241a or the third semiconductor region 241c, the diameter D2 is larger than the diameter D1 of the third semiconductor region 241c after the current passes through the third semiconductor region 241c.
  • Part of the current flows in the first semiconductor region 241a along the vertical direction, and the other part of the current flows in the in-plane direction of the second semiconductor region 241b. , Can flow along the outward direction.
  • the current density can be suppressed by preventing the current from dense in the opening 241.
  • the band gaps of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be different.
  • the band gap may vary depending on the Al concentration included in the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c.
  • the band gap may increase.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b is smaller than the Al concentration of the first semiconductor region 241a or the Al concentration of the third semiconductor region 241c, the band of the second semiconductor region 241b.
  • the gap may be smaller than the band gap of the first semiconductor region 241a or the band gap of the third semiconductor region 241c.
  • the second semiconductor region 241b having a small band gap is disposed between the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c having a large band gap, thereby forming the first to third semiconductor regions of the oxide layer 240.
  • Current concentration at 241a, 241b and 241c can be relaxed and the diffraction effect can be reduced.
  • the shrinkage stress is alleviated by such a sandwich structure (a structure in which the second semiconductor region 241b having a small band gap is disposed between the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c having a large band gap). The deterioration of the laser beam emission characteristics can be prevented due to the bending characteristics of the surface-emitting laser element.
  • In may be added to the second semiconductor region 241b to make the band gap relatively smaller. As In is added, the band gap may be reduced.
  • An In concentration added to the second semiconductor region 241b may be 0.05 or more and 0.18 or less, but is not limited thereto. For example, the In concentration added to the second semiconductor region 241b may be 0.1.
  • the bandgap can be made smaller by a predetermined width ⁇ .
  • the first carrier that is, the hole generated in the second reflective layer 250
  • the second semiconductor region 241b may move along the transverse direction via 241c. Accordingly, the current may not only flow to the light emitting layer 230 via the first semiconductor region 241a along the vertical direction in the second semiconductor region 241b but may also flow along the transverse direction in the second semiconductor region 241b. . That is, since the current is distributed in the vertical direction and the lateral direction in the second semiconductor region 241b, the current density phenomenon in which the current is concentrated along the aperture edge can be alleviated.
  • FIG. 35 is a cross-sectional view of the surface light emitting laser device according to the fourth embodiment
  • FIG. 36 shows a band gap which varies depending on whether In is added in the fourth embodiment
  • FIG. 37 shows the fourth embodiment according to the fourth embodiment. Show the current density.
  • FIG. 35 is an enlarged view of the opening 241 and the insulating region 242 of the surface light emitting laser device illustrated in FIG. 28.
  • the fourth embodiment may be the same as the first to third embodiments except for the opening 241 and the insulating region 242.
  • the thicknesses, concentrations, or sizes of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c and the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c of the oxide layer 240 may have a third thickness. It differs from an Example.
  • the surface light emitting laser device 204 may provide an oxide layer 240.
  • the oxide layer 240 may include an insulating region 242 and an opening 241.
  • the oxide layer 240 may be composed of a plurality of layers. That is, the insulating region 242 may be composed of a plurality of insulating regions, and the opening 241 may be composed of a plurality of semiconductor regions.
  • the oxide layer 240 may include first to third oxide layers.
  • the first oxide layer may be disposed on the emission layer 230, the second oxide layer may be disposed on the first oxide layer, and the third oxide layer may be disposed on the second oxide layer.
  • the first oxide layer may be in contact with the top surface of the emission layer 230, but is not limited thereto.
  • the third oxide layer may be in contact with the bottom surface of the second reflective layer 250, but is not limited thereto.
  • the opening 241 may include a first semiconductor region 241a, a second semiconductor region 241b, and a third semiconductor region 241c.
  • the insulation region 242 may include a first insulation region 242a, a second insulation region 242b, and a third insulation region 242c.
  • the first semiconductor region 241a and the first insulating region 242a may be disposed on the same layer to be defined as a first oxide layer.
  • the second semiconductor region 241b and the second insulating region 242b may be disposed on the same layer to be defined as a second oxide layer.
  • the third semiconductor region 241c and the third insulating region 242c may be disposed on the same layer to be defined as a third oxide layer.
  • the oxide layer 240 is composed of a plurality of layers, for example, the first to third oxide layers, the shrinkage stress of the oxide layer generated when the oxide layer is composed of a single layer can be alleviated.
  • the thickness, the concentration, or the size may or may not be the same.
  • each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may have the same thickness.
  • the thickness of the first semiconductor region 241a or the thickness of the third semiconductor region 241c may be smaller than the thickness of the second semiconductor region 241b.
  • the ratio of the thicknesses of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be 0.3: 1: 0.3 to 1: 1: 1.
  • the thickness of each of the second semiconductor regions 241b may be 10 nm
  • the thickness of the first semiconductor region 241a or the third semiconductor region 241c may be about 3 nm to about 10 nm.
  • the concentration of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be different.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b is higher than the Al concentration of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c
  • the Al concentration of the first semiconductor region 241a is the third semiconductor region. It may be the same as or different from the Al concentration of 241c.
  • each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c includes AlGaAs
  • the Al concentration of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c is 0.8 or more and less than 0.9
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b may be 0.9 or more and 0.99 or less.
  • the Al concentration of the first semiconductor region 241a may be 0.84
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b may be 0.99
  • the Al concentration of the third semiconductor region 241c may be 0.84.
  • the first insulation region 242a and the third insulation formed as a result of oxidation may have the same size.
  • the Al concentration (0.99) of the second semiconductor region 241b is higher than the Al concentration (0.84) of each of the first and third semiconductor regions 241a and 241c, the second semiconductor region 241b. ) May be larger than the size of each of the first and third semiconductor regions 241a and 241c.
  • the inner surface of the second semiconductor region 241b may be formed in each of the first and third semiconductor regions 241a and 241c. It may protrude in the inward direction from the side.
  • each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c is determined by the Al concentration of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c, as shown in FIG.
  • Each size of the second insulating region 242b having a high concentration may be larger than that of the first or third insulating regions 242a and 242c having a low Al concentration.
  • the diameter of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be determined by the size of each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c.
  • the diameter D1 of the second semiconductor region 241b is small. Since the size of the first or third insulating regions 242a and 242c having a low Al concentration is small, the diameter D2 of the first or semiconductor regions 241a and 241c is large. Therefore, the diameter D2 of the first or semiconductor regions 241a and 241c may be larger than the diameter D1 of the second semiconductor region 241b.
  • the first or semiconductor regions 241a and 241c may protrude in an outward direction from an end of the second semiconductor region 241b. Therefore, the protruding region of the first semiconductor region 241a and the protruding region of the third semiconductor region 241c overlap vertically, and the protruding regions of the first or semiconductor regions 241a and 241c are the second semiconductor region 241b. May not overlap vertically with the. The protruding regions of the first or semiconductor regions 241a and 241c may vertically overlap with a portion of the second insulating region 242b.
  • the second insulating region 242b may protrude along an inner direction from an inner end of the first or third insulating regions 242a and 242c. Can be.
  • the protruding regions of the second insulating regions 242b may not vertically overlap with the first or third insulating regions 242a and 242c.
  • the protruding regions of the second insulating regions 242b may vertically overlap the protruding regions of the first or semiconductor regions 241a and 241c.
  • the side surface of the first semiconductor region 241a is in contact with the inner surface of the first insulating region 242a, and the side surface of the second semiconductor region 241b is in contact with the inner surface of the second insulating region 242b.
  • Side surfaces of the semiconductor region 241c may contact inner surfaces of the third insulating region 242c.
  • the band gaps of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be different.
  • the band gap may vary depending on the Al concentration included in the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c.
  • the band gap may increase.
  • the band gap of the Al concentration of the first or semiconductor regions 241a and 241c is It may be smaller than the band gap of the second semiconductor region 241b.
  • the first or the semiconductor regions 241a and 241c having a small band gap are disposed between the second semiconductor regions 241b having a large band gap, whereby the first to third semiconductor regions 241a and 241b of the oxide layer 240 are formed.
  • the current concentration at 241c can be relaxed and the diffraction effect can be reduced.
  • the shrinkage stress is alleviated by such a sandwich structure (a structure in which the first or the semiconductor regions 241a and 241c having a small band gap are disposed between the second semiconductor regions 241b with a large band gap) and thereby the surface light emitting laser device. Deterioration of the laser beam emission characteristic can be prevented due to the bending characteristic of the.
  • In may be added to the first or semiconductor regions 241a and 241c, for example, to make the band gap relatively smaller. As In is added, the band gap may be reduced.
  • the In concentration added to the first or semiconductor regions 241a and 241c may be 0.05 or more and 0.18 or less, but is not limited thereto.
  • the In concentration added to the first or semiconductor regions 241a and 241c may be 0.1.
  • the first or semiconductor regions 241a and 241c are compared with the case where In is not added to the first or semiconductor regions 241a and 241c as shown in FIG. 36A.
  • the bandgap can be made smaller by a predetermined width ⁇ .
  • the current may not only flow to the light emitting layer 230 along the vertical direction, but may also flow along the transverse direction in the first or semiconductor regions 241a and 241c. That is, since current is distributed in the vertical direction and the transverse direction in the first or semiconductor regions 241a and 241c, the current density phenomenon in which the current is concentrated along the aperture edge can be alleviated.
  • FIG. 38 is a cross-sectional view of the surface light emitting laser device according to the fifth embodiment
  • FIG. 39 shows the flow of holes in the fifth embodiment
  • FIG. 40 shows the degree of current density according to the fifth embodiment.
  • FIG. 38 is an enlarged view of the opening 241 and the insulating region 242 of the surface light emitting laser device illustrated in FIG. 28.
  • the fifth embodiment may be the same as the first to fourth embodiments except for the opening 241 and the insulating region 242.
  • the shapes of the first to third semiconductor regions 241a, 241b and 241c and the first to third insulating regions 242a, 242b and 242c of the oxide layer 240 are different from those of the third embodiment in the fifth embodiment. Do.
  • the surface light emitting laser device 205 may provide an oxide layer 240.
  • the oxide layer 240 may include an insulating region 242 and an opening 241.
  • the oxide layer 240 may be composed of a plurality of layers. That is, the insulating region 242 may be composed of a plurality of insulating regions, and the opening 241 may be composed of a plurality of semiconductor regions.
  • the oxide layer 240 may include first to third oxide layers.
  • the first oxide layer may be disposed on the emission layer 230, the second oxide layer may be disposed on the first oxide layer, and the third oxide layer may be disposed on the second oxide layer.
  • the first oxide layer may be in contact with the top surface of the emission layer 230, but is not limited thereto.
  • the third oxide layer may be in contact with the bottom surface of the second reflective layer 250, but is not limited thereto.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b is lower than the Al concentration of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c, and the Al concentration of the first semiconductor region 241a is reduced. May be higher than the Al concentration of the third semiconductor region 241c.
  • each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c includes AlGaAs
  • the Al concentration of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c is 0.9 or more and 0.99 or less.
  • the Al concentration of the second semiconductor region 241b may be 0.8 or more and 0.9 or less.
  • the size of the first or semiconductor regions 241a and 241c having a high Al concentration may be smaller than that of the second semiconductor region 241b having a low Al concentration.
  • each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c is determined by the Al concentration of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c, the first or third Al concentration is high.
  • Each of the third insulating regions 242a and 242c may have a size larger than that of the second insulating region 242b having a low Al concentration.
  • the diameter of each of the first to third semiconductor regions 241a, 241b, and 241c may be determined by the size of each of the first to third insulating regions 242a, 242b, and 242c.
  • the diameter of the second semiconductor region 241b may be larger than the diameter of each of the first semiconductor region 241a and the third semiconductor region 241c.
  • the second semiconductor region 241b extends outward from an end of the first semiconductor region 241a or the third semiconductor region 241c. It may protrude. Therefore, the protruding region of the second semiconductor region 241b may not overlap with the first semiconductor region 241a or the third semiconductor region 241c.
  • the first insulating region 242a or the third insulating region 242c may move inward from the inner end of the second insulating region 242b. Can protrude along. Accordingly, the protruding region of the first insulating region 242a and the protruding region of the third insulating region 242c vertically overlap each other, and the protruding region of the first insulating region 242a or the third insulating region 242c is formed in a first direction. 2 may not overlap vertically with the insulating region 242b.
  • the first oxide layer and / or the third oxide layer may include an Al concentration varying in grading.
  • the Al concentration of the first oxide layer may increase linearly or nonlinearly in the direction of the second reflective layer 250 in the first emission layer 230.
  • the Al concentration of the third oxide layer may increase linearly or nonlinearly toward the second reflective layer 250 in the emission layer 230.
  • the first insulating region 242a is formed in the first oxide layer.
  • the inner end of the third insulating region 242c formed from the third oxide layer are obstructed regions 241_1 and 241_2 protruding gradually inward from the light emitting layer 230 toward the second reflective layer 250.
  • the third oxide layer has a shape that gradually protrudes inwardly toward the inner side of the third insulating region 242c in contact with the third semiconductor region 241c toward the second reflective layer 250 in the light emitting layer 230. 2 interfering region 241_2 may be formed.
  • holes generated in the second reflective layer 250 are formed through the third semiconductor region 241c by the second interference region 242_2 of the third insulating region 242c. 2 Movement to the semiconductor region 241b can be suppressed. In addition, the holes moved to the second semiconductor region 241b are suppressed from moving to the light emitting layer 230 via the first semiconductor region 241a by the first disturbing region 242_1 of the first insulating region 242a. Can be. In addition, holes moved to the second semiconductor region 241b may be dispersed and moved in the horizontal direction as well as in the vertical direction.
  • the interference regions 241_1 and 241_2 according to the fifth embodiment may also be formed in the second semiconductor region 241b described in the fourth embodiment (FIGS. 35 to 37).
  • the inner end of the second insulating region 242b surrounding the second semiconductor region 241b gradually obstructs the inner side toward the second reflective layer 250 from the light emitting layer 230. It can have an area.
  • 41 is a perspective view of a mobile terminal to which a surface light emitting laser device is applied according to an embodiment.
  • the mobile terminal 1500 of the embodiment may include a camera module 1520, a flash module 1530, and an auto focusing device 1510 provided at a rear surface thereof.
  • the auto focus device 1510 may include one of a package of the surface light emitting laser device according to the above-described embodiment as a light emitting unit.
  • the flash module 1530 may include a light emitting device that emits light therein.
  • the flash module 1530 may be operated by camera operation of a mobile terminal or control of a user.
  • the camera module 1520 may include an image capturing function and an auto focus function.
  • the camera module 1520 may include an auto focus function using an image.
  • the auto focus device 1510 may include an auto focus function using a laser.
  • the auto focus device 1510 may be mainly used in a condition in which the auto focus function using the image of the camera module 1520 is degraded, for example, a proximity or a dark environment of 10 m or less.
  • the auto focus device 1510 may include a light emitting unit including a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) semiconductor device, and a light receiving unit converting light energy such as a photodiode into electrical energy.
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser

Abstract

실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 배치된 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 반사층과, 상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역과, 상기 활성영역 상에 배치되며 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 개구영역과, 상기 개구영역 상에 배치된 제2 반사층과, 상기 제2 반사층 상에 배치된 제2 전극 및 상기 개구영역에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)을 포함할 수 있다. 상기 절연영역의 두께는 상기 애퍼처 방향으로 얇아지며, 상기 애퍼처에 상기 델타 도핑층이 배치될 수 있다.

Description

표면 광방출 레이저 소자
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 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 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다.
또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다. 예를 들어, 종래 반도체 광원소자 기술 중에, 수직공진형 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)가 있는데, 이는 광 통신, 광병렬 처리, 광연결 등에 사용되고 있다. 한편, 이러한 통신용 모듈에서 사용되는 레이저 다이오드의 경우, 저전류에서 작동하기 하도록 설계되어 있다.
한편 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 최근 센서용 고전압 패키지(High Power PKG)에 적용되면서 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.
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.
구조광(SL) 방식은 특정 패턴의 레이저를 피사체에 방사한 후 피사체 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 분석해 심도를 계산한 후 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다.
이에 비해 ToF 방식는 레이저가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 되는 방식이다.
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.
예를 들어, 휴대폰의 전면에 트루뎁스(True Depth)라는 3D 카메라를 SL 방식으로 구현할 수 있고, 후면에는 ToF 방식으로 적용할 수도 있다.
그런데, 이러한 VCSEL을 ToF 센서, 구조광 센서 또는 LDAF(Laser Diode Autofocus) 등에 적용하게 되면 고전류에서 작동하게 되므로 광도출력이 감소하거나 문턱 전류가 증가하는 등의 문제점이 발생한다.
즉, 종래 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)의 에피(Epi) 구조는 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 센서용 고전압 패키지(High Power PKG) 개발 시에는 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.
특히 센서용 VCSEL 패키지에서는 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각(divergence angle of beams)과 확산판(diffuser)에서의 빔 각도(beam angle)의 조합으로 FOV(field-of-view)가 결정됨에 따라 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각의 제어가 중요한데, 아래와 같이 VCSEL 칩에서의 빔의 발산각이 제어되지 못하고 증가하는 문제가 있다.
종래기술에서 고전류 인가 시 발생하는 고차 모드(higher mode) 발진 데이터에 의하면, 저 전류가 인가되는 경우 빔의 발산영역인 애퍼처(aperture)에서 주 모드(dominant mode)가 발진된다. 그런데, 고전류가 인가됨에 따라 점차 고차 모드(higher mode)가 발진된다.
도 1a는 인가전류에 따른 빔의 발산각(divergence angle of beams) 데이터이며, 인가 전류가 3mA에서 10mA로 저 전류에서 고 전류로 증가됨에 따라 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가됨을 알 수 있다.
이와 같이, 종래기술에서는 고전류 인가 시 발생하는 고차 모드(higher mode) 발진으로 인해 애퍼처 에지(aperture edge)에서 발광이 증가하면서 빔의 발산각이 의도하지 않게 증가되는 기술적 문제점이 있다.
또한 도 1a에 의하면, 고전류 인가시 빔의 발산각 증가뿐만 아니라 레이징 되는 에미터 영역의 전체의 광도(intensity)가 균일하지 못해지고, 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 광도는 비정상적으로 증가하며, 센터의 광도는 더욱 저하되는 기술적 문제가 있다.
특히 종래기술에서는 빔의 발산영역인 애퍼처(aperture)를 정의하기 위해 산화층(oxidation layer)이 배치되는데, 이러한 산화층이 애퍼처 에지영역에서 급격한 계면(abrupt interface)를 가질 경우 빔의 발산각이 의도하지 않게 증가됨과 아울러 급격한 조성 차이에 의한 스트레스(stress)가 생기게 되어 전류 특성이나 신뢰성 등에 문제가 발생하고 있다.
도 1b는 종래기술(R)에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어 밀도 데이터이다. 도 1b에서 x축은 애퍼처 중심(aperture center)에서 애퍼처 에지(aperture edge) 방향으로의 거리(r)이며, y축은 그 위치에 따른 캐리어, 예를 들어 홀 밀도(hole density) 데이터이다.
도 1b에 의하면, 저전류에서 고전류로 인가됨에 따라 애퍼처 에지에서의 홀밀도가 급격히 증가하는 전류밀집(current crowding)(C)이 발생하고, 이러한 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집에 의해 고차 모드(higher mode)가 발진되고 이러한 고차 모드 발진이 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제가 있다.
또한 종래기술에서 애퍼처 에지(aperture edge)에서 빛의 회절 현상이 발생되며, 이러한 회절 현상으로 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제가 있다.
또한 종래기술에서 애퍼처를 정의하는 산화층(oxidation layer)의 위치에 따라 발산 각이 영향을 받을 수 있는데, 종래기술에서는 산화층의 위치가 optical field에서 node와 antinode 중간에 배치됨에 따라 발산각(beam divergence)이 넓어지는 문제가 있다.
또한 종래의 표면 광방출 레이저 소자는 다음가 같은 문제가 있다.
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.
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.
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.
세번째로, 종래기술에서 광출력을 향상시키기 위해서는 활성층 주변에서 광집중(optical confinement)이 필요한데, 종래기술에서는 이에 대한 적절한 해결책이 없는 실정이다.
네번째로, 표면 광방출 레이저 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.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광출력을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고 한다.
또한 실시예는 광집중 효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 전류밀집을 완화하여 빔의 발산각의 변동을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 표면방출 레이저소자는 제1 전극(215); 상기 제1 전극(215) 상에 배치된 기판(210); 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 반사층(220); 상기 제1 반사층(220) 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역(230); 상기 활성영역(230) 상에 배치되며 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함하는 개구영역(240); 상기 개구영역(240) 상에 배치된 제2 반사층(250); 상기 제2 반사층(250) 상에 배치된 제2 전극(280); 및 상기 개구영역(240)에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c);을 포함할 수 있다.
상기 절연영역(242)의 두께는 상기 애퍼처(241) 방향으로 얇아질 수 있다.
상기 애퍼처(241)에 상기 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
상기 애퍼처(241)는 AlGa 계열층(241a)을 포함하며, 상기 델타 도핑층(241c)은 상기 애퍼처(241)의 AlGa 계열층(241a)에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 표면방출 레이저소자는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층, 상기 활성층 상에 배치되고, 애퍼처 영역을 포함하는 제2 반사층;을 포함하고,상기 애퍼처 영역은, 제1 절연층과 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층을 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층의 길이는 상기 제2 절연층의 길이보다 길 수 있다.
상기 제1 절연층의 길이는 상기 제2 절연층의 길이보다 1.1 배 내지 2.0배 범위일 수 있다.
상기 제2 반사층의 외곽에서 내측으로 소정 거리만큼 배치된 제3 절연층을 더 포함하고, 상기 제2 절연층의 길이는 상기 제3 절연층의 보다 길고, 상기 제1 절연층의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 제2 절연층의 두께는 상기 제1 절연층의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 활성층과 상기 제2 반사층 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층을 더 포함하고, 상기 AlGa계열 전이층은 상기 제1 절연층의 상측 제1 영역에 배치되는 제1 AlGa계열 전이층 및 상기 제1 절연층의 하측에 배치되는 제2 AlGa계열 전이층을 포함할 수 있다.
상기 제1 AlGa계열 전이층에서 Al의 조성이 0.12 내지 0.80의 제1 범위에서 그레이딩되며, 상기 제2 AlGa계열 전이층에서 Al의 조성이 0.30 내지 0.65의 제2 범위에서 그레이딩될 수 있다.
실시예에 따른 표면방출 레이저소자는 제1 반사층(220)과, 상기 제1 반사층(220) 상에 활성층(232)과, 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)를 구비하며 상기 활성층(232) 상에 배치되는 애퍼처 영역(240)과, 상기 애퍼처 영역(240) 상에 제2 반사층(250)과, 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층(242) 및 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되는 제2 절연층(242e)을 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 절연층(242e)은 상기 AlGa계열 전이층의 일부가 산화된 절연층일 수 있다.
상기 AlGa계열 전이층(242)은 상기 제1 절연층(242b)의 상측 제1 영역에 배치되는 제1 AlGa계열 전이층(242a1)을 포함하고, 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 상측 제2 영역에 배치되는 제2-1 절연층(242e1)을 포함할 수 있다.
상기 AlGa계열 전이층(242)은 상기 제1 절연층(242b)의 하측에 배치되는 제2 AlGa계열 전이층(242a2)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 하측에 배치되는 제2-2 절연층(242e2)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1길이(L21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 길이(L1)보다 짧을 수 있다.
상기 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 길이(L22)는 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)보다 짧을 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은
상기 제2 반사층(250)의 외곽에서 내측으로 소정 거리만큼 배치된 제3 절연층(243)을 포함하고, 상기 제2 절연층(242e)의 제2 길이는 상기 제3 절연층(243)의 제3 길이(L3)보다 길 수 있다.
상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 두께(T21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)보다 얇을 수 있다.
상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)는 상기 제3 절연층(243)의 제3 두께(T3)보다 얇을 수 있다.
상기 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 Al의 조성이 0.12 내지 0.80의 제1 범위에서 그레이딩될 수 있다.
상기 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 Al의 조성이 0.30 내지 0.65의 제2 범위에서 그레이딩될 수 있다.
상기 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 그레이딩되는 제2 조성범위는 상기 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 그레이딩되는 Al의 제1 조성범위 내에 있을 수 있다.
상기 제1 절연층(242b)은 상기 활성층(232)에서 발진되는 레이저의 노드 포지션에 위치할 수 있다.
상기 제2 절연층(242e)은 상기 활성층(232)에서 발진되는 레이저의 노드포지션에 위치할 수 있다.
또한 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 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.
또한 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 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.
또한 실시예에 따른 발광장치는 상기 표면방출 레이저소자를 포함할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241) 경계에서의 제1 절연층(242b) 계면이 샤프한 상태를 구현할 수 있고, 이러한 사프한 계면(SI)에 의해 발산각이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있고 특히 애퍼처(241)의 결정품질도 유지 내지 향상시킬 수 있어 종래보다 애퍼처 에지뿐만아니라 센터를 포함한 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 디펙트(DL)들이 전류구속에 의해 애퍼처(241)를 정의하는 산화층인 제1 절연층(242b)으로 확장되는 것이 차단되어 제1 절연층(242b)이 보호됨으로써 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있어 전기적 신뢰성이 향상되고, 이에 따라 고전류 인가 시에도 고차 모드(higher mode)로 가속되는 것이 종래보다 방지될 수 있다.
실시예에서 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 일정거리 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있고, 애퍼처 에지에서 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)의 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
또한 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.
또한 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.
또한 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.
또한 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.
또한 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.
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.
도 1a는 종래기술에서 인가전류에 따른 빔의 발산각(divergence angle of beams) 데이터.
도 1b는 종래기술에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터.
도 2는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도.
도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제1 실시예의 확대도.
도 4b는 실시예에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터.
도 4c는 도 4a에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예의 제조 개념도.
도 5는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 도핑농도에 따른 산화정도 데이터.
도 6a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제2 실시예의 확대도.
도 6b는 도 6a에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예의 제조 개념도.
도 7a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제3 실시예의 확대도.
도 7b는 도 7a에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예의 제조 개념도.
도 7c는 도 7a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도.
도 8a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제4 실시예의 확대도.
도 8b는 도 8a에 도시된 제2 영역(B)의 제4 실시예의 제조 개념도.
도 9a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제5 실시예의 확대도.
도 9b는 도 9a에 도시된 제2 영역(B)의 제5 실시예의 제조 개념도.
도 10은 도 8a와 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도.
도 11a 내지 도 16은 실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정 단면도.
도 17은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도.
도 18은 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A1)의 확대도.
도 19a는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제1 확대도.
도 19b는 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B) 중 제3 영역(A3)에 대한 확대사진.
도 20은 배경 기술에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 부분 확대도.
도 21a와 도 21b는 배경 기술에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 Near field image와 Far field spectrum.
도 22a와 도 22b는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 Near field image와 Far field spectrum.
도 23은 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제4 영역(A4)에 대한 조성 예시 확대도.
도 24는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제2 확대도.
도 25는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제3 확대도.
도 26은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자가 적용된 표면 광방출 레이저 패키지.
도 27은 다른 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도.
도 28은 제2 추가 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이다.
도 29는 도 28에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 부분(B13) 단면도이다.
도 30은 제2 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 굴절률과 광에너지의 제1 분포 데이터이다.
도 31은 제2 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 굴절률의 제2 분포 데이터이다.
도 32은 제3 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이다.
도 33은 제3 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여준다.
도 34는 제3 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 35는 제4 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이다.
도 36은 제4 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여준다.
도 37은 제4 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 38은 제5 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이다.
도 39는 제5 실시예에서 홀의 흐름을 보여준다.
도 40은 제5 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 41은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
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 상기 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.
(실시예)
도 2는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)의 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도이고, 도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제1 확대도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 개구영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 개구영역(240)은 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 상기 절영영역(242)은 산화층으로 칭해질 수 있으며, 상기 개구영역(240)은 산화영역으로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 상기 활성영역(230) 및 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 개구영역(240)은 절연영역(242), 애퍼처(241) 및 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)는 제1 전극(215)과, 상기 제1 전극(215) 상에 배치된 기판(210)과, 상기 기판(210) 상에 배치된 제1 반사층(220)과, 상기 제1 반사층(220) 상에 배치되며 활성층(232)(도 3 참조)을 포함하는 활성영역(230)과, 상기 활성영역(230) 상에 배치되며 애퍼처(241)(aperture) 및 절연영역(242)을 포함하는 개구영역(240)과, 상기 개구영역(240) 상에 배치된 제2 반사층(250)과, 상기 제2 반사층(250) 상에 배치된 제2 전극(280) 및 상기 활성영역(230)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다. 실시예는 제2 접촉 전극(255)과, 패시베이션층(270)을 더 포함할 수 있다. 이하 도 2를 중심으로 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(200)의 기술적 특징을 설명하기로 하며, 도 3 내지 도 10을 참조하여 기술적 효과도 함께 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.
<기판, 제1 전극>
도 2를 참조하면, 실시예에서 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판을 사용할 경우 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면 광방출 레이저 소자(200) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
비전도성 기판을 사용할 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.
실시예에서 기판(210)의 하부에 제1 전극(215)이 배치될 수 있으며, 상기 제1 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 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.
<제1 반사층, 제2 반사층>
도 2를 참조하면, 실시예는 기판(210) 상에 배치되는 제1 반사층(220), 활성영역(230), 절연영역(242), 제2 반사층(250)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A)의 확대도이며, 이하 도 3을 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자를 설명하기로 한다.
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.
또한 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 물질로 이루어진 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 도 3과 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.
제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어진 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.
그리고, 각각의 층의 두께는 λ일 수 있고, λ는 활성영역(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)은 약 940 나노미터의 파장 영역의 광에 대하여 99.999%의 반사율을 가질 수 있다.
각 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 활성영역(230)에서 방출되는 광의 파장 λ에 따라 결정될 수 있다.
또한 도 3과 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. 상기 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 상기 제1 그룹 제1-2 층(221b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹 제1-1 층(221a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제1 그룹 제1-2 층(221b)은 약 20~30nm로 형성될 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. 상기 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 상기 제2 그룹 제1-2 층(222b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 그룹 제1-1 층(222a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제2 그룹 제1-2 층(222b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
또한 도 3과 같이, 상기 제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 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.
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 물질로 이루어진 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
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. 그리고, 제2 반사층(250)의 각 층의 두께는 λ이고, λ는 활성층에서 방출되는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다.
이러한 구조의 제2 반사층(250)은 약 940 나노미터의 파장 영역의 광에 대하여 99.9%의 반사율을 가질 수 있다.
상기 제2 반사층(250)은 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있으며, 이때 상술한 바와 같이 제1 반사층(220)의 반사율은 99.999% 정도로서 제2 반사층(250)의 반사율인 99.9%보다 클 수 있다.
실시예에서 제2 반사층(250)은 상기 활성영역(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 상기 활성영역(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.
도 3과 같이, 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. 상기 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 상기 제1 그룹 제2-2 층(251b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹 제2-1 층(251a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제1 그룹 제2-2 층(251b)은 약 20~30nm로 형성될 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. 상기 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 상기 제2 그룹 제2-2 층(252b)보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 그룹 제2-1 층(252a)은 약 40~60nm로 형성될 수 있고, 상기 제2 그룹 제2-2 층(252b)은 약 20~30nm로 형성될 수 있다.
<활성영역>
계속하여 도 3을 참조하면, 활성영역(230)이 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성영역(230)은 활성층(232)과 적어도 하나 이상의 캐비티(231, 233)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이, 상기 활성영역(230)은 활성층(232)과, 상기 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231), 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 활성영역(230)은 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
상기 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.
상기 활성층(232)은 ⅢⅤ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층(232a)과 장벽층(232b)을 포함할 수 있다. 상기 우물층(232a)은 상기 장벽층(232b)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 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.
다음으로 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.
예를 들어, 상기 제1 캐비티(231)는 제1-1 캐비티층(231a)과 제1-2 캐비티층(231b)을 포함할 수 있다. 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 상기 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 상기 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 상기 제1-2 캐비티층(231b)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 제2 캐비티(233)는 제2-1 캐비티층(233a)과 제2-2 캐비티층(233b)을 포함할 수 있다. 상기 제2-2 캐비티층(233b)은 상기 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 상기 활성층(232)에서 더 이격될 수 있다. 상기 제2-2 캐비티층(233b)은 상기 제2-1 캐비티층(233a)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제2-2 캐비티층(233b)이 약 60~70nm로 형성되고, 상기 제1-1 캐비티층(231a)은 약 40~55nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
<개구영역>
다시 도 2를 참조하면, 실시예에서 개구영역(240)은 절연영역(242), 애퍼처(241) 및 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
상기 절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄 산화물로 이루어져서 전류 차단영역으로 작용할 수 있으며, 절연영역(242)에 의해 광 발산 영역인 애퍼처(241)가 정의될 수 있다.
예를 들어, 상기 개구영역(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 개구영역(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변함에 따라 절연영역(242)이 형성될 수 있고, H2O와 반응하지 않은 중앙영역은 AlGaAs로 이루어진 애퍼처(241)가 될 수 있다.
실시예에 의하면, 애퍼처(241)를 통해 활성영역(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 방출할 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 애퍼처(241)의 광투과율이 우수할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면 상기 절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1 절연층(242a) 및 제2 절연층(242b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(242a)의 두께는 상기 제2 절연층(242b)과 서로 같거나 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
다음으로 도 4a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제1 실시예의 확대도이다.
실시예에 기술적 과제 중의 하나는, 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 빛의 회절현상을 완화시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 도 2 및 도 4a와 같이 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자는 상기 활성영역(230) 및 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4a와 같이, 상기 델타 도핑층(241c)은 애퍼처(241)에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑된 층일 수 있다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 에피층의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
도 4b는 실시예에서 애퍼처(aperture) 영역의 위치에 따른 캐리어밀도 데이터(E)이다. 예를 들어, 도 4b의 x축은 애퍼처 중심으로부터 거리(r)에 따른 홀 농도(hole density)의 데이터이다.
종래기술(R)에서는 저전류에서 고전류로 인가됨에 따라 애퍼처 에지에서의 홀밀도가 급격히 증가하는 전류밀집(current crowding)(C)이 발생하고, 이러한 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집에 의해 고차 모드(higher mode)가 발진되고 이러한 고차 모드 발진이 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제가 있었다.
실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다. 실시예(E)에서 제2 도전형 원소는 카본(C)을 이용하였으며, 농도는 약 8X1018cm-3를 기준으로 실험이 진행되었다.
또한 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)에 의해 상기 제2 전극(280)에서부터 상기 제1 전극(215)으로 흐르는 전류가 상기 개구영역(240)의 중심부를 향하여 흐르게 하여 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지함과 아울러 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 4c는 도 4a에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예의 제조 개념도이다.
도 4c와 같이, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층(241a)의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 5는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 도핑농도에 따른 산화정도의 데이터이다.
도 5를 참조하면, 도핑농도가 제1 도핑농도(D1)에서 제2 도핑농도(D2)로 높아질수록 산화(oxidation)가 촉진되어 산화층의 두께가 증가됨을 알 수 있다.
이에 실시예는 이러한 원리를 이용하여 도 4c와 같이 AlGa 계열층(241a)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라, 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 x축 방향으로의 산화속도를 제어할 수 있으며, 도 4a와 같이 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
실시예에서 상기 절연층(242) 위치에 존재하던 델타 도핑층은 산화로 인해 도전층 기능을 하기는 어려우며, 산소와 결합된 산화물로 존재하거나 기공으로 존재하거나 또는 일부는 절연층(242) 내에 산화되지 않은 상태로 존재할 수도 있다.
도 4a를 참조하면, 실시예에서 상기 절연영역(242)의 내측 끝단은 상기 델타 도핑층(241c)과 제1 방향(x축 방향)으로 중첩될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 절연영역(242)의 최소 두께는 상기 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연영역(242)의 우세적인 산화에 의한 사프한 에지(sharp edge)는 상기 애퍼처(241)에 위치하는 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다.
실시예에 의하면, 도 4a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
실시예에서 절연영역(242)의 외측영역의 제1 두께(T1)는 약 5nm 내지 50 nm일 수 있다. 상기 절연영역(242)의 두께가 5nm 미만의 경우에 전류 및 광학적인 구속(confinement)에 문제가 생길 수 있다. 한편, 상기 절연영역(242)의 두께가 50nm 초과시 구동 전압의 증가 또는 빔 발산각 증대의 문제가 있다. 또한 상기 절연영역(242)의 두께가 10nm 내지 30 nm로 제어됨으로써 전류와 광학적 구속의 효과가 더욱 증대되며 빔의 발산각의 증대의 문제가 최소화될 수 있다.
실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 약 1X1016 ~ 1X1020 atoms/cm3일 수 있으며, 이러한 범위에서의 도핑농도를 통해 AlGa 계열층(241a)에 대해 산화공정을 진행 시, 델타 도핑층(241c)을 따라 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 도 4a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 백그라운드(Background) 캐리어 농도(carrier density)인 1X1016 atoms/cm3이상일 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도가 그 상한인 1X1020 atoms/cm3를 초과시 결정품질 저하가 발생할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 바람직하게는 약 1X1017~1X1019 atoms/cm3로 제어됨으로써, 델타 도핑층(241c)에서 더욱 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 내측이 샤프한 형태의 절연영역(242)이 구현됨으로써 애퍼처(241) 에지에서 빛의 회절현상을 현저히 완화시켜 빔의 발산각의 증가를 방지할 수 있으며, AlGa 계열층(241a)의 결정품질이 더욱 향상될 수 있다.
또한 실시예에서 델타 도핑층(241c)의 도펀트 농도는 다른 층에 도핑된 도펀트 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 델타 도핑층(241c)의 도펀트 농도는 제2 반사층(250)의 제2 도전형 도펀트 농도보다 높을 수 있으며, 이에 따라 델타 도핑층(241c)을 따라 산화가 우선적으로 진행됨에 따라 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 원자 단위두께로 형성될 수 있으며, SIMS 등의 분석장비로 확인될 수 있다. 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현하여 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로 도 6a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제2 실시예의 확대도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제2 실시예에서 애퍼처(241)는 복수의 AlGa 계열층(241a)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 AlGa 계열층(241a1)과 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있고, Al농도가 서로 다를 수 있다. 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)과 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 Alz1Ga(1-z1)As(0<Z1<1)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)은 Alz2Ga(1-z2)N(0<Z2<1)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)의 제1 Al의 농도보다 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 제2 Al 농도가 높을 수 있다. 또한 높은 Al 농도를 구비하는 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
이때, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 Alz2Ga(1-z2)N(0<Z2<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)의 Al 농도는 그 중심에서 가장 높은 Al 농도를 구비할 수 있으며, 성장방향(y축 방향) 또는 그 반대방항(-y축 방향)으로 점차 농도가 낮아질 수 있다.
도 6b를 참조하여 도 6a에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예의 제조방법을 설명하기로 한다.
제2 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, AlGa 계열층(241a)은 제1 Al 농도의 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 제1 농도보다 높은 제2 Al 농도의 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에서 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 제1 Al 농도의 제1 AlGaAs층일 수 있으며, 제2 AlGa 계열층(241a2)은 제2 Al 농도의 제2 AlGaN층일 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 Al 농도가 높은 제2 AlGa 계열층(241a2)을 중심에 포함함으로써 산화공정에서 x축방향으로 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 우세하게 산화공정이 진행됨에 따라 도 6a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
또한 제2 실시예에서 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)이 AlzGa(1-z)N(0<z<1)를 포함하는 경우, 상기 AlzGa(1-z)N(0<z<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2) 자체의 중심부분에서 Al 농도가 가장 높을 수 있으며, y축 방향과 그 반대방향인 -y축 방향으로 점차 Al 농도가 낮아질 수 있다.
실시예에 의하면 Al 농도가 그레이딩되는 제2 AlGa 계열층(241a2)을 구비함으로써 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에서 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 6a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 Al 농도가 그레이딩됨에 따라 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 될 수 있고, 동시에 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에 의하면 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 더욱 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제2 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 7a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에 대한 제3 실시예의 확대도이다.
제3 실시예는 제1 실시예, 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제3 실시예에서 상기 애퍼처(241)는 제1 AlGa 계열층(241a1)과 GaAs계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1)을 포함할 수 있으며, 상기 GaAs 계열층(241a3)은 GaAs층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 제3 실시예는 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
도 7b를 참조하여 도 7a에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예의 제조방법을 설명하기로 한다.
제3 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 GaAs 계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
이때 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)이 배치될 수 있다.
제3 실시예에 의하면 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제3 실시예에서 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 7a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제3 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
이때 도 7c는 도 7a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG(2 dimensional hole gas) 효과 개념도이다.
제3 실시예에 의하면 도 7a와 같이, 제1 AlGa 계열층(241a1) 사이에 GaAs 계열층(241a3)이 배치됨으로써, 도 7c와 같이 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예에 의하면 AlGa 계열층(241a)인 AlGaAs층 사이에 GaAs 계열층(241a3)인 GaAs층이 배치됨으로써 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 8a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제4 실시예 이며, 도 8b는 도 8a에 도시된 제5 실시예의 제조공정도이다.
제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제4 실시예에 의하면 델타 도핑층(241c)이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예에 의하면, 도 8a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 두께가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께가 외측영역에서의 두께보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
도 10은 도 8a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도이며, 상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 p-AlGaAs층을 포함할 수 있으며, 제2 캐비티(233)은 GaAs층를 포함할 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 반사층(250)과 제2 캐비티(233) 사이에 배치되어 2DHG 효과를 통한 전류확산이 가능할 수 있다.
실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 8a와 같이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 9a는 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)의 제5 실시예 이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 제5 실시예의 제조공정도이다.
제5 실시예는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제5 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제5 실시예에 의하면 델타 도핑층(241c)이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 도 9a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(B)에서 2DHG 효과 개념도이며, 상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
예를 들어, 제2 반사층(250)은 p-AlGaAs층을 포함할 수 있으며, 제2 캐비티(233)은 GaAs층를 포함할 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 반사층(250)과 제2 캐비티(233) 사이에 배치되어 2DHG 효과를 통한 전류확산이 가능할 수 있다.
제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 9a와 같이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제5 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 상부영역(241t)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
<제2 접촉 전극, 패시베이션층, 제2 전극>
다시 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면방출 레이저소자(200)는 애퍼처(241)의 둘레의 영역에서 제2 반사층(250)으로부터 절연영역(242)과 활성영역(230)까지 메사 식각 될 수 있다. 또한, 제1 반사층(220)의 일부까지도 메사 식각될 수 있다.
제2 반사층(250) 상에는 제2 접촉 전극(255)이 배치될 수 있는데, 제2 접촉 전극(255)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역은 상술한 애퍼처(241)와 대응될 수 있다.
상기 접촉 전극(255)은 제2 반사층(250)과 후술되는 제2 전극(280)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
도 2에서 메사 식각된 발광 구조물의 측면과 상부면 및 제1 반사층(220)의 상부면에 패시베이션층(270)이 배치될 수 있다. 패시베이션층(270)은 소자 단위로 분리된 표면방출 레이저소자(200)의 측면에도 배치되어, 표면방출 레이저소자(200)를 보호하고 절연시킬 수 있다. 패시베이션층(270)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패시베이션층(270)은 발광 구조물의 상부면에서의 두께가 제2 접촉 전극(255)보다 얇을 수 있으며, 이를 통해 제2 접촉 전극(255)이 패시베이션층(270) 상부로 노출될 수 있다. 노출된 제2 접촉 전극(255)과 전기적으로 접촉하며 제2 전극(280)이 배치될 수 있는데, 제2 전극(280)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.
제2 전극(280)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(280)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지에서 전류밀집 현상을 방지하여 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
이하 도 11a 내지 도 16을 참조하여 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제조방법을 각 실시예의 제조방법 특징을 포함하여 설명하기로 한다.
우선, 도 11a와 같이, 기판(210) 상에 제1 반사층(220), 활성영역(230) 및 제2 반사층(250)을 포함하는 발광구조물을 형성시킨다.
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.
예를 들어, 기판(210)이 전도성 기판인 경우, 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면 광방출 레이저 소자(200) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
또한 기판(210)이 비전도성 기판인 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.
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.
다음으로, 기판(210) 상에 제1 반사층(220)이 형성될 수 있으며, 도 11b는 도 11a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1-2 영역(A2)의 확대도이다.
이하 도 11a와 도 11b를 함께 참조하여 실시예의 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자를 설명하기로 한다.
상기 제1 반사층(220)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시(MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 성장될 수 있다.
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.
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 물질로 이루어진 층들이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 도 11b와 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.
상기 제1 그룹 제1 반사층(221)과 제2 그룹 제1 반사층(222)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어진 복수의 층을 구비할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.
또한 도 11b와 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.
다음으로, 제1 반사층(220) 상에 활성영역(230)이 형성될 수 있다.
도 11b와 같이, 상기 활성영역(230)은 활성층(232) 및 상기 활성층(232)의 하측에 배치되는 제1 캐비티(231), 상측에 배치되는 제2 캐비티(233)를 포함할 수 있다. 실시예의 활성영역(230)은 제1 캐비티(231)와 제2 캐비티(233)를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
상기 활성층(232)은 ⅢⅤ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층(232a)과 장벽층(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.
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.
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.
다음으로, 활성영역(230) 상에 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)을 형성할 수 있다.
실시예에서는 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 도전성 재료를 포함할 수 있으며, 제1 반사층(220) 및 제2 반사층(250)과 동종의 재료를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 AlGa 계열층(241a)이 AlGaAs 계열물질을 포함하는 경우, 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 Al0.98Ga0.02As의 조성식을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 AlGa 계열층(241a)과 상기 델타 도핑층(241c)에 대한 기술적 특징에 대해서는 이후에 도 13a 내지 도 13e를 참조하여 상술하기로 한다.
다음으로, 상기 AlGa 계열층(241a)상에 제2 반사층(250)이 형성될 수 있다.
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.
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.
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 물질로 이루어진 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 반사층(250)은 상기 활성영역(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251) 및 상기 제1 그룹 제2 반사층(251)보다 상기 활성영역(230)에서 이격배치 된 제2 그룹 제2 반사층(252)을 포함할 수 있다.
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.
다음으로 도 12와 같이, 소정의 마스크(300)를 사용하여 발광 구조물을 메사 식각할 수 있다. 이때, 제2 반사층(250)으로부터 AlGa 계열층(241a)과 활성영역(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 AlGa 계열층(241a)과 활성영역(230)을 제거할 수 있으며, 메사 식각 영역은 측면이 기울기를 가지고 식각될 수 있다.
이때, 12를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 제2 영역(B)은 상기 AlGa 계열층(241a)과 상기 델타 도핑층(241c)을 나타내며, 제2 영역(B)에 대한 각 실시예는 도 13a 내지 도 13e에 도시되어 있으며 이후에 상술하기로 한다.
다음으로, 도 14와 같이, AlGa 계열층의 가장 자리 영역을 절연영역(242)으로 변화시킬 수 있으며, 예를 들면 습식 산화(Wet Oxidation)으로 변화시킬 수 있다. 이를 통해 절연영역(242)과 비 산화영역인 애퍼처(241)를 포함하는 개구영역(240)을 형성할 수 있다.
예를 들어, AlGa 계열층(241a)의 가장 자리 영역으로부터 산소를 공급하면, AlGa 계열층의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 알루미늄 산화물(Al2O3)가 형성될 수 있다. 이때, 반응 시간 등을 조절하여, AlGa 계열층의 중앙 영역은 산소와 반응하지 않고 가장 자리영역만 산소와 반응하여 알루미늄 산화물의 절연영역(242)이 형성될 수 있도록 한다.
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.
상술한 반응 공정 후에, 개구영역(240)의 중앙 영역은 도전성의 AlGaAs가 배치되고 가장 자리 영역에는 비도전성의 Al2O3가 배치될 수 있다. 중앙 영역의 AlGaAs는 활성영역(230)에서 방출되는 광이 상부 영역으로 진행되는 부분으로 애퍼처(241)로 정의될 수 있다.
이때, 14를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자에서 제2 영역(B)은 상기 절연영역(242)과 상기 델타 도핑층(241c)을 포함하며, 제2 영역(B)에 대한 각 실시예는 도 15a 내지 도 15e에 도시되어 있으며, 도 13a 내지 도 13e와 함께 이하 상술하기로 한다.
우선 도 13a와 도 15a는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제1 실시예(B1)의 제조 개념도이다.
도 13a와 같이, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a) 내에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층(241a)의 성장방향인 y축 방향에 대한 델타(delta) 함수적인 도핑일 수 있으며, 면 방향인 x축 방향으로의 도핑농도의 차이는 없을 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 도핑농도가 높아질수록 산화(oxidation)가 촉진되어 산화층의 두께가 증가되는 원리를 이용하여 도 13a와 같이 AlGa 계열층(241a)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라, 도 15a와 같이 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 x축 방향으로의 산화속도를 제어할 수 있으며, 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
도 15a와 같이, 실시예에서 상기 절연영역(242)의 내측 끝단은 상기 델타 도핑층(241c)과 제1 방향(x축 방향)으로 중첩될 수 있다. 또한 실시예에서 상기 절연영역(242)의 최소 두께는 상기 델타 도핑층(241c)과 접할 수 있다.
제1 실시예에 의하면, 도 15a와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 제1 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제1 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역의 제1 두께(T1)는 약 5nm 내지 50 nm일 수 있다. 상기 절연영역(242)의 두께가 5nm 미만의 경우에 전류 및 광학적인 구속(confinement)에 문제가 생길 수 있다. 한편, 상기 절연영역(242)의 두께가 50nm 초과시 구동 전압의 증가 또는 빔 발산각 증대의 문제가 있다. 또한 상기 절연영역(242)의 두께가 10nm 내지 30 nm로 제어됨으로써 전류와 광학적 구속의 효과가 더욱 증대되며 빔의 발산각의 증대의 문제가 최소화될 수 있다.
제1 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 약 1X1016 ~ 1X1020 atoms/cm3일 수 있으며, 이러한 범위에서의 도핑농도를 통해 AlGa 계열층(241a)에 대해 산화공정을 진행 시, 델타 도핑층(241c)을 따라 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 도 15a와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다.
상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 백그라운드(Background) 캐리어 농도(carrier density)인 1X1016 atoms/cm3이상일 수 있으며, 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도가 그 상한인 1X1020 atoms/cm3를 초과시 결정품질 저하가 발생할 수 있다.
또한 제1 실시예에서 상기 델타 도핑층(241c)의 도핑농도는 바람직하게는 약 1X1017~1X1019 atoms/cm3로 제어됨으로써, 델타 도핑층(241c)에서 더욱 우선적으로 산화가 진행됨에 따라 내측이 샤프한 형태의 절연영역(242)이 구현됨으로써 애퍼처(241) 에지에서 빛의 회절현상을 현저히 완화시켜 빔의 발산각의 증가를 방지할 수 있으며, AlGa 계열층(241a)의 결정품질이 더욱 향상될 수 있다.
실시예에서 델타 도핑층(241c)은 원자 단위두께로 형성될 수 있으며, SIMS 등의 분석장비로 확인될 수 있다.
제1 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현하여 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로 도 13b와 도 15b는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제2 실시예(B2)의 제조 개념도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13b를 참조하면, 제2 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, AlGa 계열층(241a)은 제1 Al 농도의 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 제1 농도보다 높은 제2 Al 농도의 제2 AlGa 계열층(241a2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에서 상기 제1 AlGa 계열층(241a1)은 제1 Al 농도의 제1 AlGaAs층일 수 있으며, 제2 AlGa 계열층(241a2)은 제2 Al 농도의 제2 AlGaN층일 수 있다.
또한 제2 실시예는 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 Al 농도가 높은 제2 AlGa 계열층(241a2)을 중심에 포함함으로써 산화공정에서 x축방향으로 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 우세하게 산화공정이 진행됨에 따라 도 15b와 같이 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
또한 제2 실시예에서 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)이 AlzGa(1-z)N(0<z<1)를 포함하는 경우, 상기 AlzGa(1-z)N(0<z<1)의 Al 농도는 그레이딩될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 AlGa 계열층(241a2) 자체의 중심부분에서 Al 농도가 가장 높을 수 있으며, y축 방향과 그 반대방향인 -y축 방향으로 점차 Al 농도가 낮아질 수 있다.
실시예에 의하면 Al 농도가 그레이딩되는 제2 AlGa 계열층(241a2)을 구비함으로써 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
또한 제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에서 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 15b와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 제2 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제2 실시예에 의하면 상기 제2 AlGa 계열층(241a2)에서 Al 농도가 그레이딩됨에 따라 그 중심에서 가장 우세적인 산화(oxidation)진행이 될 수 있고, 동시에 제2 AlGa 계열층(241a2)에 델타 도핑층(241c)이 배치됨으로써 더욱 사프한 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 제2 실시예에 의하면 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 더욱 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제2 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13c와 도 15c는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제3 실시예(B3)의 제조 개념도이다.
제3 실시예는 제1 실시예, 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제3 실시예에 의하면 개구영역(240)을 형성하기 위해, 제1 AlGa 계열층(241a1)을 포함하며, 그 중심에 GaAs 계열층(241a3)을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 의하면 상기 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 배치할 수 있다.
이에 따라 제3 실시예에서 GaAs 계열층(241a3)에 델타 도핑층(241c)을 형성한 후에 산화공정을 진행함에 따라 도 15c와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 샤프한 에지 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제3 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 절연영역(242)의 외측영역에서의 제1 두께(T1)가 내측영역에서의 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 이에 따라 제3 실시예에서 절연영역(242)의 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 제2 두께(T2)가 외측영역에서의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
또한 제3 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
제3 실시예에 의하면 도 15c와 같이, 제1 AlGa 계열층(241a1) 사이에 GaAs 계열층(241a3)이 배치됨으로써, 도 7c와 같이 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예에 의하면 AlGa 계열층(241a)인 AlGaAs층 사이에 GaAs 계열층(241a3)인 GaAs층이 배치됨으로써 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처(aperture)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13d와 도 15d는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제4 실시예(B4)의 제조 개념도이다.
제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13d를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 도 15d와 같이 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 하부영역(241b)에 배치될 수 있다.
상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 델타 도핑층(241c)은 제2 도전형 원소로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 델타 도핑층(241c)은 Be, Mg, C, Zn 중 어느 하나 이상으로 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류확산에 따라 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지되어 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예에 의하면, 도 15d와 같이 애퍼처(241) 내에 델타 도핑층(241c)이 존재하면서 절연영역(242)의 두께가 애퍼처(241) 방향으로 얇아지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 절연영역(242)의 외측영역에서의 두께가 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 절연영역(242)은 애퍼처(241)에 인접한 내측영역에서의 두께가 외측영역에서의 두께보다 얇게 형성됨으로써 애퍼처(241)에서 빛의 회절현상을 완화시켜 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있으며, 도 15d와 같이 애퍼처(241)의 하부영역(241b)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
이에 따라 제4 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제4 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 하부영역(241b)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 도 13e와 도 15e는 도 12, 도 14에 도시된 제2 영역(B)의 제5 실시예(B5)의 제조 개념도이다.
제5 실시예는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제5 실시예의 기술적 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 13e를 참조하면, 개구영역(240)을 형성하기 위한 AlGa 계열층(241a)이 활성영역(230) 상에 형성되며, 상기 AlGa 계열층(241a) 성장과정에서 제2 도전형 원소의 도핑에 의해 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다. 상기 AlGa 계열층(241a)은 AlzGa(1-z)As(0<z<1) 등의 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 델타 도핑층(241c)은 AlGa 계열층인 p-AlGaAs층과 GaAs층 사이에 배치될 수 있다. 상기 델타 도핑층(241c)이 AlGa 계열층(241a)의 상부영역(241t)에 배치될 수 있다.
도 15e와 같이, 제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소의 델타 도핑으로 절연영역(242)의 산화속도를 제어하여 델타 도핑된 영역의 선택적 또는 우세적인 산화(oxidation)로 사프 에지(sharp edge)를 구현할 수 있다.
이에 따라 도 9a와 같이 애퍼처(241)의 상부영역(241t)에 델타 도핑층(delta doping layer)(241c)의 성장으로 2DHG(2 dimensional hole gas) 형성하여 2DHG를 통한 전류스프레딩(current spreading)으로 애퍼처 영역에서 캐리어 분포 균일성(carrier distribution uniformity)을 개선할 수 있다.
제5 실시예에 의하면 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 고른 전류확산에 의해 애퍼처(241) 에지에서의 전류밀집 현상을 방지함으로써 전류 주입효율을 향상시켜 광출력과 전압효율을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 제5 실시예는 제2 도전형 원소로 도핑된 델타 도핑층(241c)을 애퍼처(241) 상부영역(241t)에 배치함으로써 애퍼처(241)에서의 전류확산에 의해 애퍼처 에지(aperture edge)에서의 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 16과 같이, 제2 반사층(250) 상에 제2 접촉 전극(255)이 배치될 수 있는데, 제2 접촉 전극(255)의 사이의 영역에서 제2 반사층(250)이 노출되는 영역은 상술한 개구영역(240)의 중앙 영역인 애퍼처(241)와 대응될 수 있다. 상기 접촉 전극(255)은 제2 반사층(250)과 후술하는 제2 전극(255)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 접촉 전극(255) 상에 배치되는 패시베이션층(270)은 발광 구조물의 상부면에서의 두께가 제2 접촉 전극(255)보다 얇을 수 있으며, 이때 제2 접촉 전극(255)이 패시베이션층(270) 상부로 노출될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 폴리마이드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 노출된 제2 접촉 전극(255)과 전기적으로 접촉되는 제2 전극(280)이 배치될 수 있는데, 제2 전극(280)은 패시베이션층(270)의 상부로 연장되어 배치되어 외부로부터 전류를 공급받을 수 있다.
상기 제2 전극(255)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(255)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한 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.
상술한 반도체 소자는 레이저 다이오드일 수 있으며, 2개의 반사층 내부가 공진기로 작용할 수 있다. 이때, 제1 도전형의 제1 반사층(220)과 제2 도전형의 제2 반사층(250)으로부터 전자와 정공이 활성층으로 공급되어, 활성영역(230)에서 방출된 광이 공진기 내부에서 반사되어 증폭되고 문턱 전류에 도달하면, 상술한 애퍼처(241)를 통하여 외부로 방출될 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자에서 방출된 광은 단일 파장 및 단일 위상의 광일 수 있으며, 제1 반사층(220), 제2 반사층(250)과 활성영역(230)의 조성 등에 따라 단일 파장 영역이 변할 수 있다.
(제1 추가 실시예)
이하 제1 추가 실시예에 대해 설명하기로 한다. 하기 설명되는 추가 실시예들은 앞서 기술된 실시예들의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 추가 실시예들의 주된 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
도 17은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(202B)의 단면도이며, 도 18은 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A1)의 확대도이다.
도 17을 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(202)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성층(232), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극(280) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 애퍼처 영역(240)은 애퍼처(241)(aperture) 및 제1 절연층(242b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(242b)은 산화층으로 칭해질 수 있으며, 상기 애퍼처 영역(240)은 산화영역 또는 개구영역으로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 실시예는 AlGa계열 전이층(242) 및 제2 절연층(242e)을 포함할 수 있다. 상기 AlGa계열 전이층(242)은 제1 AlGa계열 전이층(242a1)과 제2 AlGa계열 전이층(242a2)을 포함할 수 있다. 상기 제2 절연층(242e)은 제2-1 절연층(242e1) 및 제2-2 절연층(242e2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 17을 참조하면 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(202)는 제1 반사층(220)과, 상기 제1 반사층(220) 상에 배치되는 활성층(232)과, 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)를 구비하며 상기 활성층(232) 상에 배치되는 애퍼처 영역(240)과, 상기 애퍼처 영역(240) 상에 배치되는 제2 반사층(250)과, 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층(242) 및 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되는 제2 절연층(242e)을 포함할 수 있다. 실시예는 제2 접촉 전극(255)과, 패시베이션층(270)을 더 포함할 수 있다.
이하 도 17 및 이후 도면들을 참조하여 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(202)의 기술적 특징을 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.
도 18은 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 영역(A1)의 확대도이다.
실시예에서 기판(210), 제1 전극(215), 제1 반사층(220), 제2 반사층(250), 활성층(232), 캐비티(231, 233), 접촉 전극(255), 패시베이션층(270) 등은 앞서 기술된 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
<애퍼처 영역, AlGa계열 전이층 및 절연영역>
도 17을 참조하면, 실시예에서 애퍼처 영역(240)은 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)를 포함할 수 있다. 상기 애퍼처 영역(240)은 개구영역 또는 산화영역으로 칭해질 수도 있다.
상기 제1 절연층(242b)은 절연층, 예를 들어 알루미늄 산화물로 이루어져서 전류 차단영역으로 작용할 수 있으며, 제1 절연층(242b)에 의해 광 발산 영역인 애퍼처(241)가 정의될 수 있다.
예를 들어, 상기 애퍼처 영역(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 애퍼처 영역(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변함에 따라 제1 절연층(242b)이 형성될 수 있고, H2O와 반응하지 않은 중앙영역은 AlGaAs로 이루어진 애퍼처(241)가 될 수 있다.
실시예에 의하면, 애퍼처(241)를 통해 활성층(232)에서 발광된 광을 상부 영역으로 방출할 수 있으며, 제1 절연층(242b)과 비교하여 애퍼처(241)의 광투과율이 우수할 수 있다.
다시 도 18을 참조하면 상기 제1 절연층(242b)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1-1 절연층(242b1) 및 제1-2 절연층(242b2)을 포함할 수 있다. 상기 제1-1 절연층(242b1)의 두께는 상기 제1-2 절연층(242b2)과 서로 같거나 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
한편, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예에 기술적 과제 중의 하나는, 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
이하 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 실시의 기술적 특징을 도 19a 내지 도 25를 참조하여 상술하기로 한다.
우선 도 19a는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제1 확대도이다.
도 19a를 참조하면, 실시예는 활성층(232)상에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층(242) 및 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되는 제2 절연층(242e)을 포함하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층(242) 및 제2 절연층(242e)을 포함함으로써 애퍼처 에지에서 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
구체적으로 도 19a를 참조하면, 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치될 수 있다. 실시예에서 상기 제2 절연층(242e)은 상기 AlGa계열 전이층(242)의 일부가 산화된 절연층일 수 있다.
이때, 상기 AlGa계열 전이층(242)은 제1 절연층(242b)의 상측에 배치되는 제1 AlGa계열 전이층(242a1)을 포함할 수 있다. 또한 상기 AlGa계열 전이층(242)은 상기 제1 절연층(242b)의 하측에 배치되는 제2 AlGa계열 전이층(242a2)을 포함할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 상측에 배치되는 제2-1 절연층(242e1)을 포함할 수 있다. 상기 제2-1 절연층(242e1)은 상기 제1 AlGa계열 전이층(242a1)의 일부가 산화된 절연층일 수 있다.
또한 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 하측에 배치되는 제2-2 절연층(242e2)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2-2 절연층(242e2)은 상기 제2 AlGa계열 전이층(242a2)의 일부가 산화된 절연층일 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 반사층(250)은 상기 제2 반사층(250)의 외곽에서 내측으로 소정 거리만큼 배치된 제3 절연층(243)을 포함할 수 있다. 상기 제3 절연층(243)은 상기 제2 반사층(250) 중에 제1 그룹 제2-2 층(251b)의 외측 일부와 제2 그룹 제2-2 층(252b)의 외측 일부가 산화된 절연층일 수 있다.
도 19b는 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B) 중 제3 영역(A3)에 대한 확대 사진으로서, 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 상측에 배치되는 제2-1 절연층(242e1)과 상기 제1 절연층(242b)의 하측에 배치되는 제2-2 절연층(242e2)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2 반사층(250)은 상기 제2 반사층(250)의 외곽에서 내측으로 소정 거리만큼 배치된 제3 절연층(243)을 포함할 수 있다.
다시 도 19a를 참조하면 실시예에서 산화층인 제1 절연층(242b)의 전후로 Al 그레이딩층(grading layer)인 제2 AlGa계열 전이층(242a2)과 제1 AlGa계열 전이층(242a1)을 형성하게 되면, 도 19b와 같이 메사(MESA) 에칭 경계면으로부터 높은 Al 산화층(high Al oxidation layer) 전후로 제2 AlGa계열 전이층(242a2)과 제2 AlGa계열 전이층(242a2)의 일부가 산화된 산화층(oxidation layer)인 제2-2 절연층(242e2)과 제2-1 절연층(242e1)이 형성될 수 있다.
한편, 도 20은 배경 기술에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 부분 확대도이다.
배경기술에 의하면 제2 반사층(50)인 p-DBR 중 88% 이상의 높은 Al 조성을 가지는 DBR 층(51, 52)의 경우, 도 20과 같이 메사(MESA) 에칭 경계면에서 제2 반사층(50)의 일부가 산화된 외곽 절연층(43)이 생기며, 이러한 외곽 절연층(43)은 50nm 이상의 두께와 산화(oxidation)에 따른 스트레스(stress)로 인하여 디펙트(defect)(DL)가 발생하게 된다.
이러한 디펙트(DL)들이 애퍼처(41)를 정의하는 산화층(oxidation layer)(42b)에 영향을 주어 산화층의 대미지(oxidation layer damage)에 따른 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
특히 발산 각(beam divergence)를 작게 하기 위해서는 산화층(oxidation layer)(42b)을 얇게 형성해야 하는 데, 산화층(42b) 얇을 수록 디펙트(defect)(DL)에 의한 대미지(damage)를 크게 받을 수 있는 기술적 모순이 발생하고 있다.
이에 따라 배경기술에서는 산화층(42b)을 두껍게 형성하게 되며 이 경우 애퍼처(41)와의 경계 영역에서 급격한 계면(abrupt interface)(AI)을 구비하게 되고 이러한 급격한 산화층 계면(AI)은 발산 각을 설계치보도 증가시키는 문제가 있다.
예를 들어, 도 21a와 도 21b는 배경 기술에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 Near field image와 Far field spectrum이다.
도 21a를 참조하면 디펙트(DL)들이 산화층(oxidation layer)(42b)에 대미지를 줌에 따라 전류구속에 의해 애퍼처(41)를 정의하는 산화층(42b)의 결정품질이 저하되어 전기적 신뢰성의 문제가 발생하고 이에 따라 고전류 인가 시 고차 모드(higher mode)가 더욱 유발되는 문제가 있다.
또한 도 21b를 참조하면, 배경기술에 산화층(42b)이 급격한 계면(abrupt interface)(AI)을 구비함에 따라 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 약 29˚정도로 증가하는 문제가 있다.
한편, 도 22a와 도 22b는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 Near field image와 Far field spectrum이다.
도 22a와 도 19a를 함께 참조하면, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 디펙트(DL)들이 전류구속에 의해 애퍼처(241)를 정의하는 산화층인 제1 절연층(242b)으로 확장되는 것이 차단되어 제1 절연층(242b)이 보호됨으로써 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있어 전기적 신뢰성이 향상되고, 이에 따라 고전류 인가 시에도 고차 모드(higher mode)로 가속되는 것이 종래보다 방지될 수 있다.
또한 도 22a와 도 19a를 함께 참조하면, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 메사(MESA) 에칭 경계면에서 내측으로 산소 공급에 의해 산화공정 진행시 산소공급의 정도에 따라 외곽보다 내측의 제1 절연층의 두께가 얇게 형성될 수 있고, 이를 통해 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241) 경계에서의 제1 절연층(242b) 계면이 샤프한 상태를 구현할 수 있다. 실시예는 제1 절연층(242b)의 이러한 사프한 계면(SI)에 의해 발산각이 증대되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 22a를 참조하면 제1 절연층(242b)이 사프한 계면(SI)을 구비함에 따라 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 약 21˚정도로 제어 가능한 기술적 효과가 있다.
또한 도 22b 를 참조하면, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있고 특히 애퍼처(241)의 결정품질도 유지 내지 향상시킬 수 있어 종래보다 애퍼처 에지뿐만아니라 센터를 포함한 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 23은 도 19a에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제4 영역(A4)에 대한 조성 예시 확대도이고, 도 24는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제2 확대도(A22)이다.
실시예에서 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 일정거리 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있고, 애퍼처 에지에서 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)의 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
실시예에서 제2 절연층(242e)의 길이는 AlGa계열 전이층(242)의 Al 조성에 따라 제어될 수 있다. 상기 AlGa계열 전이층(242)은 AlxGa1-xAs 조성을 구비할 수 있다.
우선 도 23을 참조하면, 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 Al의 조성이 0.01 내지 0.99 범위에서 그레이딩 될 수 있다. 예를 들어, 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 Al의 조성이 0.12 내지 0.80의 제1 범위(12% 내지 80%)에서 그레이딩 될 수 있다. 예를 들어, 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 Al의 조성이 활성층(232)에서 제1 그룹 제2-1 층(251a) 방향으로 0.80 내지 0.12의 제1 범위에서 감소될 수 있다.
또한 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 Al의 조성이 0.01 내지 0.99 범위에서 그레이딩 될 수 있다. 예를 들어, 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 Al의 조성이 0.30 내지 0.65의 제2 범위에서 그레이딩 될 수 있다. 예를 들어, 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 Al의 조성이 활성층(232)에서 제1 그룹 제2-1 층(251a) 방향으로 0.30 내지 0.65의 제2 범위에서 그레이딩 될 수 있다.
이에 따라 실시예에서 상기 제2 AlGa계열 전이층(242a2)에서 그레이딩되는 제2 조성범위는 상기 제1 AlGa계열 전이층(242a1)에서 그레이딩되는 Al의 제1 조성범위 내에 있을 수 있다.
실시예에서 애퍼처(241) 영역의 Al의 조성은 약 0.99일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 그룹 제2-1 층(251a)에서 Al의 조성은 0.12일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 도 24를 참조하면 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1길이(L21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 길이(L1)보다 짧게 제어될 수 있으며, 상기 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 길이(L22)는 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)보다 짧게 제어될 수 있다.
또한 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1길이(L21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 길이(L1) 외에 잔존 길이(L1r) 이하로 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1길이(L21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 길이(L1) 외에 잔존 길이(L1r)의 0.1 배 내지 1배 범위로 제어될 수 있다.
또한 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)는 상기 제3 절연층(243)의 제3 길이(L3)보다 길 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 절연층(242e)의 제2 길이(L21,L22)는 상기 제3 절연층(243)의 제3 길이(L3)보다 크되 5배 이하일 수 있다.
상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)는 0.5~10㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 실시예에서 상기 제2-1 절연층(242e1)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 제2-1길이만큼 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 디펙트(DL)를 효과적으로 차단하여 애퍼처 에지에서 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)의 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있으며, 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241) 사이의 계면에서 제1절연층(242b)을 샤프한 계면(SI)으로 제어함으로써 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있다.
실시예에서 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)가 상기 제1 절연층(242b)의 잔존 길이(L1r)보다도 길게되면 발산 각(beam divergence)이 커질 수 있고, 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 길이(L21)가 제3 절연층(243)의 제3 길이(L3)보다 짧으면 디펙트(DL)로부터 보호 기능이 약해 질 수 있다.
다음으로 도 25는 도 17에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제2 영역(A2B)에 대한 제3 확대도(A23)이다.
실시예에서 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 두께(T21)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)보다 얇을 수 있다. 상기 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 두께(T22)는 상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)보다 얇을 수 있다. 상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)는 약 5~50nm 일수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 제1 절연층(242b)의 제1 두께(T1)는 상기 제3 절연층(243)의 제3 두께(T3)보다 얇을 수 있다.
실시예에서 상기 제1 절연층(242b)은 상기 활성층(232)에서 발진되는 레이저의 노드 포지션(NP)에 위치하여 발산각(beam divergence)을 줄일 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 상기 제2 절연층(242e)은 상기 활성층(232)에서 발진되는 레이저의 노드포지션에 위치하여 발산각(beam divergence)을 줄일 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 상기 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 두께(T22)가 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 두께(T21)보다 두꺼울 경우, 절연영역(242)이 optical NP(node position)에 가까워져서 발산각(beam divergence)을 줄일 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 두께(T21)가 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 두께(T22)보다 두꺼울 경우 디펙트(DL)로부터 제1 절연층(242b)을 보호하는 효과를 높일 수 있다.
이에 따라 상기 제2-1 절연층(242e1)의 제2-1 두께(T21)는 제2-2 절연층(242e2)의 제2-2 두께(T22)의 0.2 ~ 3배로 제어할 수 있다.
상기 제2 절연층(242e)의 두께는 1~150nm 범위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시에서 제1 절연층(242b) 또는 제2 절연층(242e)은 활성층(232) 상부로부터 약 100 ~ 250nm 사이에 위치할 수 있다.
실시예는 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241) 경계에서의 제1 절연층(242b) 계면이 샤프한 상태를 구현할 수 있고, 이러한 사프한 계면(SI)에 의해 발산각이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지에서 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 예를 들어, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있고 특히 애퍼처(241)의 결정품질도 유지 내지 향상시킬 수 있어 종래보다 애퍼처 에지뿐만아니라 센터를 포함한 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 애퍼처 에지(aperture edge)에서 전류밀집(current crowding) 현상을 방지하여 고차 모드(higher mode) 발진을 방지하여 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 문제를 해결할 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제2 절연층(242e)이 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라, 디펙트(DL)들이 전류구속에 의해 애퍼처(241)를 정의하는 산화층인 제1 절연층(242b)으로 확장되는 것이 차단되어 제1 절연층(242b)이 보호됨으로써 제1 절연층(242b)의 결정품질을 유지 내지 기존보다 향상시킬 수 있어 전기적 신뢰성이 향상되고, 이에 따라 고전류 인가 시에도 고차 모드(higher mode)로 가속되는 것이 종래보다 방지될 수 있다.
실시예에서 상기 제2 절연층(242e)은 상기 제1 절연층(242b)의 끝 단에서부터 상기 애퍼처(241) 방향으로 일정거리 연장되어 상기 제1 절연층(242b) 상에 배치됨에 따라 애퍼처 에지에서 빔의 발산각이 증가되는 문제를 해결할 수 있고, 애퍼처 에지에서 제1 절연층(242b)과 애퍼처(241)의 결정품질의 향상에 의해 신뢰성을 향상시켜 애퍼처 전체영역에서 균일한 광출력을 낼 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
<패키지>
다음으로, 도 26은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자가 적용된 표면 광방출 레이저 패키지이다.
도 26을 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 패키지(100)는 하우징(110), 표면 광방출 레이저 소자(201) 및 확산부(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 캐비티(C)를 구비하는 하우징(110)과, 상기 캐비티(C) 내에 배치되는 표면 광방출 레이저 소자(201) 및 상기 하우징(110) 상에 배치되는 확산부(140)를 포함할 수 있다.
상기 표면 광방출 레이저 소자(201)는 앞서 기술한 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(202B)가 적용될 수 있다.
실시예의 하우징(110)은 단일 또는 복수의 바디를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(110)은 제1 바디(110a), 제2 바디(110b), 및 제3 바디(110c) 를 포함할 수 있다. 제2 바디(110b)는 제1 바디(110a) 상에 배치되고, 제3 바디(110c)는 제2 바디(110b) 상에 배치될 수 있다.
다음으로, 실시예는 제1 전극부(181)와 제2 전극부(182)를 포함할 수 있다. 제1 전극부(181)와 제2 전극부(182)는 하우징(110)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극부(181)와 제2 전극부(182)는 제1 바디(110a)의 상면에 각각 이격되어 배치될 수 있다. 상기 표면 광방출 레이저 소자(201)는 제2 전극부(182)와 소정의 와이어(187)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 실시예는 상기 제1 바디(110a)의 하측에 이격되어 배치되는 제3 전극부(183)와 제4 전극부(184)를 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 바디(110a)를 관통하는 제5 전극부(185) 및 제6 전극부(186)를 포함할 수 있다.
실시예에서 하우징(110)은 확산부(140)가 배치되는 안착부(110bt)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 바디(110b)의 상면 일부가 안착부(110bt) 기능을 할 수 있다. 실시예는 하우징(110)의 안착부(110bt)와 확산부(140) 사이에 배치되는 접착부재(155)를 포함할 수 있다.
다음으로 실시예에서 확산부(140)는 제1 두께를 구비하는 글라스층(141)과 제2 두께를 구비하며 상기 글라스층(141) 상에 배치되는 폴리머층(145)을 포함할 수 있다. 도 26에서 폴리머층(145)이 글라스층(141) 아래에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 제조공정에서 글라스층(141) 상측에 폴리머층(145)이 프린팅 공정으로 배치될 수 있다. 상기 폴리머층(145)는 곡면을 포함하는 패턴을 포함할 수 있으며, 상기 패턴은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 또한, 접착부재(155)가 접촉되는 부분에는 상기 패턴은 없을 수 있으며, 상기 패턴보다 상대적으로 평평한 면으로 형성될 수 있다.
<플립칩형 표면발광레이저소자>
다음으로 도 27은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(202C)의 다른 단면도이다.
실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자가 도 27에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 수직형 외에 도 27와 같이 제1 전극(215)과 제2 전극(282)이 동일 방향을 향하는 플립칩형일 수 있다.
예를 들어, 도 27에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자(202C)는 제1 전극부(215, 217), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성층(232), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극부(280, 282), 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.
또한 상기 플립칩형 표면발광레이저소자는 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층(미도시) 및 상기 활성층(232)과 상기 제2 반사층(250) 사이에 배치되는 제2 절연층(242e)을 포함할 수 있다.
이때 제1 전극부(215, 217)는 제1 전극(215)과 제1 패드전극(217)을 포함할 수 있으며, 소정의 메사 공정을 통해 노출된 제1 반사층(220) 상에 제1 전극(215)이 전기적으로 연결되며, 제1 전극(215)에 제1 패드전극(217)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극부(215, 217)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 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. 제1 전극(215)와 제1 패드전극(217)은 서로 동일한 금속 또는 상이한 금속을 포함할 수 있다.
제1 반사층(220)이 n형 반사층인 경우, 제1 전극(215)은 n형 반사층에 대한 전극일 수 있다.
제2 전극부(280, 282)는 제2 전극(282)과 제2 패드전극(280)을 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250) 상에 제2 전극(282)이 전기적으로 연결되며, 제2 전극(282)에 제2 패드전극(280)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 반사층(250)이 p형 반사층인 경우, 제2 전극(282)은 p형 전극일 수 있다.
상술한 실시예에 따른 제2 전극은 플립칩형 표면 광방출 레이저 소자의 제2 전극(282)에 동일하게 적용될 수 있다.
제1 절연층(271)과 제2 절연층(272)은 절연성 재질로 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.
(제2 추가 실시예)
이에 제2 추가 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자를 설명하기로 한다.
제2 추가 실시예는 앞서 기술한 실시예들 및 제1 추가 실시예들의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 추가 실시예의 주된 특징을 중심으로 기술하기로 한다. 또한 이하 기술되는 제1 실시예 내지 제5 실시예는 앞서 기술된 실시예들과는 다른 기술적 특징에 대한 설명이다.
도 28은 제2 추가 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이다.
도 28을 참조하면, 제2 추가 실시예에서 표면 광방출 레이저 소자(203)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.
산화층(240)은 개구부(241) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 개구부(241)는 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.
산화층(240)은 전류의 흐름이나 밀도를 제한하여 보다 응집된 레이저빔이 방출되도록 하므로, 전류제한층(current confinement layer)으로 지칭될 수 있다.
제2 전극(280)은 컨택전극(282)과 패드전극(284)을 포함할 수 있다.
도 29는 도 28에 도시된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 제1 부분(B13)의 확대 단면도이다.
이하 도 28 및 도 29를 참조하여 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203)의 기술적 특징을 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.
제2 추가 실시예에서 기판(210), 제1 전극(215), 제1 반사층(220), 제2 반사층(250), 활성층(232), 캐비티(231, 233), 접촉 전극(255), 패시베이션층(270) 등은 앞서 기술된 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
<산화층>
실시예에 따른 표면 광방출 레이저 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)는 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.
개구부(241)는 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.
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)는 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.
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.
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.
도 29를 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.
도 30 및 도 31을 참조하여 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203C)의 기술적 효과를 상세히 설명하기로 한다.
도 30은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203C)에서 굴절률과 광에너지의 제1 분포 데이터이다.
실시예에 의하면, 표면 광방출 레이저 소자에서 발광된 광 에너지의 분포(E)는 도 30에 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 30에 도시된 분포 데이터에 한정되는 것은 아니며 각 층에서의 광 에너지 분포는 각 층의 조성, 두께 등에 의해 도 30에 도시된 것과 다를 수 있다.
도 30을 참조하면, 제2 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203C)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 표면 광방출 레이저 소자(203C)는 제1 반사층(220), 발광층(230) 및 제2 반사층(250) 각각의 물질에 따라 굴절률(n)이 도 30에 도시된 것과 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
도 30을 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203C)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.
예를 들어, 도 29에 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.
이때, 발광층(230)에 인접하게 배치된 제2 그룹 제1 반사층(222)에서의 광 에너지가 제1 그룹 제1 반사층(221)에서의 광 에너지보다 높게 된다.
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 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
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.
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.
이때 발광층(230)에 인접하게 배치된 제1 그룹 제2 반사층(251)에서의 광 에너지가 제2 그룹 제2 반사층(252)에서의 광 에너지보다 높게 된다.
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 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
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 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
다음으로 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 반사층에서의 전기장 발생에 따른 캐리어 배리어 영향을 최소화하여 광출력을 향상시킬 수 있는 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하고자 함이다.
다시 도 30을 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 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.
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.
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 표면 광방출 레이저 소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 32는 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(203)의 단면도이고, 도 33은 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여주며, 도 34는 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 32는 도 28에 도시된 표면 광방출 레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다.
실시예는 개구부(241)와 절연영역(242)을 제외하고 앞서 설명된 실시예와 동일할 수 있다.
도 32를 참조하면, 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 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)는 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.
개구부(241)는 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)는 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.
개구부(241)는 반도체 물질, 예컨대 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
개구부(241)는 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.
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.
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.
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.
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.
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.
제1 반도체영역(241a), 제2 반도체영역(241b) 및 제3 반도체영역(241c)에서 두께, 농도 또는 사이즈는 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 두께는 동일할 수 있다.
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.
제1 반도체영역(241a)의 두께는 제3 반도체영역(241c)의 두께보다 크거나 작을 수 있다.
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.
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.
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.
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.
통상 Al 농도가 높을수록 H2O가 제1 내지 제3 반도체막의 측면으로부터 내부로 침투되기 용이하다.
도 32에서는 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.
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도에 의해 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 각각의 사이즈가 결정되므로, 도 32에 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.
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
도 34에 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.
도 33의 (a)에 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.
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.
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.
도 33의 (b)에 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.
도 33의 (a)에 도시한 바와 같이 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가되지 않은 경우에 비해 도 33의 (b)에 도시한 바와 같이 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가됨으로써, 밴드갭이 소정의 폭(Δ만큼 더 작아질 수 있다.
따라서, 제2 반도체영역(241b)에 In이 추가되어 밴드갭이 더욱 더 작아지는 경우, 도 34에 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.
다음으로 도 35는 제4 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이고, 도 36은 제4 실시예에서 In의 추가 여부에 따라 달라지는 밴드갭을 보여주며, 도 37은 제4 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 35는 도 28에 도시된 표면 광방출 레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다.
제4 실시예는 개구부(241)와 절연영역(242)을 제외하고는 앞서 기술한 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.
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.
도 35를 참조하면, 제4 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(204)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다.
산화층(240)은 복수층으로 구성될 수 있다. 즉, 절연영역(242)은 복수의 절연영역으로 구성되고, 개구부(241)는 복수의 반도체영역으로 구성될 수 있다.
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.
개구부(241)는 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.
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.
제4 실시예에 따르면, 산화층(240)이 복수 층, 예컨대 제1 내지 제3 산화층으로 구성됨으로써, 산화층이 단일층으로 구성될 때 발생되는 산화층의 수축응력이 완화될 수 있다.
제1 반도체영역(241a), 제2 반도체영역(241b) 및 제3 반도체영역(241c)에서 두께, 농도 또는 사이즈는 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
제4 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 두께는 동일할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
통상 Al 농도가 높을수록 H2O가 제1 내지 제3 반도체막의 측면으로부터 내부로 침투되기 용이하다.
도 35에서는 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.
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.
제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 Al 농도에 의해 제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c)의 각각의 사이즈가 결정되므로, 도 35에 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.
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
도 36의 (a)에 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.
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.
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.
도 36의 (b)에 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.
도 36의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가되지 않은 경우에 비해 도 36의 (b)에 도시한 바와 같이 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가됨으로써, 밴드갭이 소정의 폭(Δ만큼 더 작아질 수 있다.
따라서, 제1 또는 반도체영역(241a, 241c)에 In이 추가되어 밴드갭이 더욱 더 작아지는 경우, 도 37에 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.
다음으로 도 38은 제5 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 단면도이고, 도 39는 제5 실시예에서 홀의 흐름을 보여주며, 도 40은 제5 실시예에 따른 전류밀집 정도를 보여준다.
도 38은 도 28에 도시된 표면 광방출 레이저 소자 중에서 개구부(241)와 절연영역(242)을 중심으로 확대된 도면이다.
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.
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.
도 38을 참조하면, 제5 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자(205)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다.
산화층(240)은 복수층으로 구성될 수 있다. 즉, 절연영역(242)은 복수의 절연영역으로 구성되고, 개구부(241)는 복수의 반도체영역으로 구성될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
제1 내지 제3 절연영역(242a, 242b, 242c) 각각의 사이즈에 의해 제1 내지 제3 반도체영역(241a, 241b, 241c) 각각의 직경이 결정될 수 있다.
제2 반도체영역(241b)의 직경은 제1 반도체영역(241a) 및 제3 반도체영역(241c) 각각의 직경보다 클 수 있다.
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.
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.
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.
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.
도 39 및 도 40에 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.
한편, 제5 실시예에 따른 방해영역(241_1, 241_2)은 제4 실시예(도 35 내지 도 37)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.
도 41은 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자 가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
도 41에 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, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 앞서 설명된 실시예에 따른 표면 광방출 레이저 소자의 패키지 중의 하나를 포함할 수 있다.
상기 플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다.
상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 상기 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자를 포함하는 발광부와, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 캐비티를 포함하는 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며 애퍼처(aperture) 및 절연영역을 포함하는 개구영역;
    상기 개구영역 상에 배치된 제2 반사층;
    상기 제2 반사층 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 개구영역에 배치된 델타 도핑층(delta doping layer);을 포함하고,
    상기 절연영역의 두께는 상기 애퍼처 방향으로 얇아지며,
    상기 애퍼처에 상기 델타 도핑층이 배치되는 표면방출 레이저소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연영역의 외측영역에서의 제1 두께가 상기 애퍼처에 인접한 내측영역에서의 제2 두께보다 두꺼운 표면방출 레이저소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 절연영역의 내측 끝단은 제1 방향으로 상기 델타 도핑층과 중첩되며,
    상기 절연영역의 최소 두께는 상기 델타 도핑층과 접하는 표면방출 레이저소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 애퍼처는 제1 AlGa 계열층과 제2 AlGa 계열층을 포함하며,
    상기 제1 AlGa 계열층의 제1 Al의 농도보다 상기 제2 AlGa 계열층의 제2 Al 농도가 높으며,
    상기 제2 Al 농도를 구비하는 상기 제2 AlGa 계열층에 상기 델타 도핑층이 배치되는 표면방출 레이저소자.
  5. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치되고, 애퍼처 영역을 포함하는 제2 반사층;을 포함하고,상기 애퍼처 영역은, 제1 절연층과 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층을 포함하고,
    상기 제1 절연층의 길이는 상기 제2 절연층의 길이보다 긴 표면광방출 레이저소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 반사층의 외곽에서 내측으로 소정 거리만큼 배치된 제3 절연층을 더 포함하고,
    상기 제2 절연층의 길이는 상기 제3 절연층의 보다 길고, 상기 제1 절연층의 길이보다 짧은 표면광방출 레이저소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 제2 반사층 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층을 더 포함하고,
    상기 AlGa계열 전이층은 상기 제1 절연층의 상측 제1 영역에 배치되는 제1 AlGa계열 전이층 및 상기 제1 절연층의 하측에 배치되는 제2 AlGa계열 전이층을 포함하고,
    상기 제1 AlGa계열 전이층에서 Al의 조성이 0.12 내지 0.80의 제1 범위에서 그레이딩되며,
    상기 제2 AlGa계열 전이층에서 Al의 조성이 0.30 내지 0.65의 제2 범위에서 그레이딩되는 표면광방출 레이저소자.
  8. 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 활성층;
    제1 절연층과 애퍼처를 구비하며 상기 활성층 상에 배치되는 애퍼처 영역;
    상기 애퍼처 영역 상에 제2 반사층;
    상기 활성층과 상기 제2 반사층 사이에 배치되며, Al조성이 그레이딩되는 AlGa계열 전이층; 및
    상기 활성층과 상기 제2 반사층 사이에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층의 끝 단에서부터 상기 애퍼처 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층 상에 배치되며,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층의 상측 제2 영역에 배치되는 제2-1 절연층을 포함하며,
    상기 제2-1 절연층의 제2-1길이는 상기 제1 절연층의 제1 길이보다 짧은 표면 광방출 레이저 소자.
  9. 기판;
    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 표면 광방출 레이저 소자.
  10. 기판;
    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 표면 광방출 레이저 소자.
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