KR100331441B1 - Vertical cavity surface emitting laser diode - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A vertical cavity surface emitting laser diode(VCSEL) is provided to improve the characteristics of a device by etching a part of a deactivated region of an upper mirror layer to decrease a reflectance ratio, and forming an aluminum oxide layer on the deactivated region as a current blocking layer. CONSTITUTION: An etching layer is formed by exposing a central active region of an ohmic layer(GaAs)(15) by etching a deactivated region of both-side edges of the ohmic layer(GaAs)(15) and a part of an activate region of both-side edges of an upper mirror layer(14). An upper electrode(p-metal)(20) is deposited on the etching layer and the whole upper surface of the ohmic layer(GaAs)(15). A lower electrode(n-metal)(10) is formed on a lower surface of a substrate(n-GaAs)(11).

Description

수직 공진기 면발광 레이저 다이오드Vertical Resonator Surface Emitting Laser Diode

본 발명은 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드(vertical cavity surfaceemitting laser diode: VCSEL)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GaAs기판을 투과하여 빛이 방사되는 980nm 이상의 파장대를 가지는 횡모드(Transverse Mode) 단일화 구현을 위한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL), and more particularly, to realize transverse mode unification having a wavelength range of 980 nm or more through which a light is transmitted through a GaAs substrate. A vertical resonator surface emitting laser diode and a method of manufacturing the same.

종래의 모서리 발광 레이저 다이오드는 소자의 적층면과 평행 방향의 공진 구조를 가지고 적층면과 평행한 방향으로 레이저 빔을 발진시키는데 반하여, 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 소자의 적층면에 수직인 공진 구조를 가지고 소자의 적층면의 수직 방향으로 레이저 빔을 발진한다. 이러한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드(VCSEL)는 모서리 발광 레이저 다이오드(edge emitting laser diode)에 비해 구동 캐리어값이 낮고, 안정된 기본 횡모드 동작을 하며, 발진 빔의 발산(beam divergence)이 작아서 광통신이나 광정보기록, 그리고 홀로그래픽 메모리(holographic memory) 등에 널리 이용된다. 또한, 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드(VCSEL)는 종모드 간격(longitudinal mode spacing)이 넓어 기본적으로 단일 종모드(single longitudinal mode)를 나타내며, 발진개시 캐리어가 매우 낮고 결합 효율(coupling efficiency)이 좋다는 등의 장점으로 인하여 점차 그 응용범위가 확대되고 있다.Conventional edge-emitting laser diodes have a resonant structure parallel to the stacked surface of the device and oscillate the laser beam in a direction parallel to the stacked surface, whereas a vertical resonator surface-emitting laser diode has a resonant structure perpendicular to the stacked surface of the device. And oscillate the laser beam in the vertical direction of the stacked surface of the device. The vertical resonator surface emitting laser diode (VCSEL) has a lower driving carrier value, a stable basic lateral mode operation than the edge emitting laser diode, and has a small beam divergence, so that optical communication or optical Widely used for information recording and holographic memory. In addition, the vertical resonator surface-emitting laser diode (VCSEL) has a long longitudinal mode spacing, which basically shows a single longitudinal mode, and the oscillation start carrier is very low and the coupling efficiency is good. Due to its advantages, its application range is gradually expanding.

현재 연구되고 있는 수직공진 방식의 면발광 레이저는 그 종류가 다수 있으나, 제작 방식에 따라 출수 MBE형 면발광 레이저 다이오드와 복합형 면발광 레이저 다이오드로 분류된다.There are many kinds of vertical resonance type surface emitting lasers currently under study, but they are classified into MBE type surface emitting laser diodes and composite surface emitting laser diodes depending on the manufacturing method.

순수 MBE형 면발광 레이저 다이오드는 레이저 다이오드의 전체구조(상,하의 레이저 반사경과 레이저 활성영역)가 MBE(또는 MOCVD)에 의해서 완성되는 것으로서, MBE 결정성장 후의 공정은 부식 또는 양성자 주입, 그리고 전극 부착 등이 매우 간단하게 이루어진다는 장점이 있다. 그리고, 제작된 MBE형 면발광 레이저 다이오드는 물리적으로 상당히 견고하다는 장점을 가진다.Pure MBE type surface emitting laser diode is the whole structure of laser diode (upper and lower laser reflector and laser active area) is completed by MBE (or MOCVD). After MBE crystal growth, corrosion or proton injection, electrode attachment The back is very simple. In addition, the fabricated MBE type surface-emitting laser diode has the advantage of being physically quite robust.

복합형의 면발광 레이저 다이오드는 레이저 반사경이 결정성장 완료 후 별도로 진공증착에 의해서 GaAs/AlGaAs가 아닌 물질 SiO2/TiO2, Au, Ag 등에 의해서 이루어지는 경우이다. 이와 같은 경우에 결정성장 후의 공정이 비교적 복잡하고, 견고성 등에 있어서 문제가 있으나, 레이저 다이오드 자체에서의 전기 저항값을 줄일 수 있다는 장점이 있다.The complex surface emitting laser diode is a case in which the laser reflector is made of a material SiO 2 / TiO 2 , Au, Ag, etc., instead of GaAs / AlGaAs by vacuum deposition after crystal growth is completed. In such a case, the process after crystal growth is relatively complicated, and there is a problem in the robustness, etc., but there is an advantage that the electric resistance value in the laser diode itself can be reduced.

또한, 캐비티를 식각하여 만드는 에어 포스트(air post)형과 H+를 주입(implantation)하여 캐리어 제한을 하는 평탄화(planar)구조로 크게 대별된다.In addition, it is roughly classified into an air post type that is formed by etching a cavity and a planar structure that restricts carriers by implanting H + .

에어 포스트(air post)형은 누설캐리어가 없어 발진개시 캐리어가 낮은 장점이 있으나, 캐비티와 에어 사이의 굴절률 차이가 너무 커서 근본적으로 기본 횡모드(Fundamental transverse mode)를 만들지 못하는 단점이 있다.The air post type has the advantage of low carrier starting when there is no leakage carrier, but the difference in refractive index between the cavity and the air is too large to fundamentally create a fundamental transverse mode (Fundamental transverse mode).

제1도는 종래 기술에 의한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도로서, H+주입 평탄화 구조의 일예를 나타내 보인 것이다.FIG. 1 is a vertical sectional view of a vertical resonator surface emitting laser diode according to the prior art, showing an example of an H + injection planarization structure.

상기 종래의 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 n-GaAs기관(11) 위에 형성된 In0.2Ga0.8As 활성층(13)의 상, 하부에 수직 공진기가 되는 미러(mirror)면을 만들어 주기 위해 MOCVD 또는 MBE 등의 에피택시 기술을 이용하여 GaAs(또는 AlGaAs)층과 AlGaAs(또는 AlAs)층을 각각 적층한 하부 미러층(이하, 하부 DBR층: distributed Bragg reflector)(12) 및 상부 미러층(이하, 상부 DBR층)(14)을 성장시키고, 상부 DBR층(14) 위에 GaAs 오우믹층(15)을 형성한 후, 상기 GaAs 오우믹층(15)의 상면 양측 가장자리로부터 하부 DBR층(12)의 일부에 이르기까지 H+를 선택적으로 주입(implantation)시켜 캐리어통로를 형성하여 제작된다. 제1도에서 참조부호 16는 H+주입(implantation) 영역을 나타낸 것이고, 10과 20은 오우믹 금속(ohmic metal)을 나타낸 것이다.The conventional vertical resonator surface-emitting laser diode is a MOCVD or MBE, etc. to create a mirror surface that becomes a vertical resonator on and under the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 13 formed on the n-GaAs engine 11. A lower mirror layer (hereinafter referred to as a distributed Bragg reflector) 12 and an upper mirror layer (hereinafter referred to as an upper DBR) in which a GaAs (or AlGaAs) layer and an AlGaAs (or AlAs) layer are stacked, respectively, using Layer) 14, forming a GaAs Omic layer 15 on the upper DBR layer 14, and then from both edges of the upper surface of the GaAs Omic layer 15 to a portion of the lower DBR layer 12. It is manufactured by forming a carrier passage by selectively implanting H + . In FIG. 1, reference numeral 16 denotes an H + implantation region, and 10 and 20 denote ohmic metals.

상기한 H+주입 평탄화구조는 비교적 제작이 용이하고 이득도파형 구조가 되므로 빛이 방출되는 윈도우의 크기가 작을 경우(5μmφ이하) 기본 횡모드 발진을 하게 되는 잇점이 있다.Since the H + injection planarization structure is relatively easy to fabricate and becomes a gain waveguide structure, there is an advantage in that the basic transverse mode oscillation is performed when the size of the light emitting window is small (5 μmφ or less).

그러나, 상기 평탄화 구조 역시 도파로와 주변간의 굴절률 차이가 너무 작아 최초에는 주입된 캐리어 분포에 따른 굴절률 차이로 인하여 광도파를 하게 되고, 이후 발생된 열에 의한 굴절률 차이가 웨이브 가이드(wave guide)의 주된 역할을 하게 된다. 통상, DBR층의 저항성분이 매우 높아 캐리어 주입시 불균일하게 되는 즉, 원형의 중앙부는 캐리어가 소모되고 주변으로 이득(gain)이 쌓이는 현상(spacial hole burning)이 발생하게 된다. 이러한 현상으로 인해 기본 횡모드 발진은 통상 0.1mW 수준에서 그치고 고차수 모드가 발진하게 되어 소자의 실용화에 있어서 문제점으로 작용하게 된다.However, the planarization structure also has a small difference in refractive index between the waveguide and the periphery, which causes optical waveguide due to the difference in refractive index according to the carrier distribution injected at first, and the difference in refractive index due to heat generated afterwards plays a major role in the wave guide. Will be In general, the resistance component of the DBR layer is very high, resulting in non-uniformity during carrier injection, that is, the circular center portion is depleted of the carrier, and the gain accumulation around (spacial hole burning) occurs. Due to this phenomenon, the basic lateral mode oscillation stops at a level of 0.1 mW, and the high order mode oscillates, which causes a problem in the practical use of the device.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이를개선하고자 창안된 것으로서,Therefore, the present invention was devised to improve this in consideration of the problems of the prior art as described above,

본 발명의 목적은 H+를 주입하여 전류를 차단시키는 평탄화 구조의 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드에 있어서 고차수 모드발진을 억제하고 기본 횡모드 발진을 유지시켜 안정된 모드 특성을 가지도록 한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to suppress the high-order mode oscillation and to maintain the basic lateral mode oscillation in the planarized vertical resonator surface emitting laser diode which injects H + to block the current. It is to provide a laser diode and a method of manufacturing the same.

상기한 목적을 발성하기 위하여 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는,In order to achieve the above object, the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention,

레이저 발진을 위해 기판 상부에 활성층을 포함하여 형성된 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층에서 발진된 광을 공진시키기 위한 수직 공진기로서의 상기 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 미러층과, 상기 상부 미러층의 상부에 형성된 오우믹층과, 활성영역의 제한을 위해 상기 오우믹층 및 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역에 각각 H+의 선택적 주입에 의해 캐리어 통로를 형성하여 이루어진 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드에 있어서,A laser oscillation layer including an active layer on the substrate for laser oscillation, upper and lower mirror layers respectively formed on and under the active layer as vertical resonators for resonating the light oscillated in the laser oscillation layer, Vertical resonator surface-emitting laser diode formed by forming carrier paths by selective injection of H + into the ohmic layer formed on the upper mirror layer and the inactive regions on both sides of the ohmic layer and the upper mirror layer to limit the active region, respectively. To

상기 오우믹층의 양측 가장자리 비활성영역과, 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역의 일부를 식각하여 상기 오우믹층의 중앙부 활성영역을 노출시켜 형성된 식각단층과,An etch monolayer formed by etching a portion of both edge inactive regions of the ohmic layer and a portion of both edge inactive regions of the upper mirror layer to expose a central active region of the ohmic layer;

상기 식각단층과 오우믹층의 상면 전체에 걸쳐서 증착된 상부 전극과,An upper electrode deposited over the entire upper surface of the etch monolayer and the ohmic layer;

상기 기판의 저면에 형성된 하부 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a lower electrode formed on the bottom surface of the substrate.

상기 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드에 있어서, 특히 상기 식각단층의 상면에는 캐리어 차단을 위해 형성한 자연산화막이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 자연산화막은 Al2O3를 성장하여 형성한 것이 바람직하다. 그리고, 상기 중앙부 활성영역은 5μmφ 원형으로 형성된 것이 바람직하고, 상기 식각단층은 상기 오우믹층의 양측 가장자리 비활성영역 전부와 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역의 발진파장 λ의 λ/4두께를 식각하여 형성된 것이 바람직하다.In the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention, in particular, the upper surface of the etching monolayer is preferably provided with a natural oxide film formed to block the carrier, the natural oxide film is formed by growing Al 2 O 3 desirable. The center active region may be formed in a circular shape of 5 μmφ, and the etch monolayer may be formed by etching λ / 4 thickness of the oscillation wavelength λ of both edge inactive regions of the ohmic layer and both edge inactive regions of the upper mirror layer. It is preferable that it is formed.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 제조방법은,In addition, the manufacturing method of the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention for achieving the above object,

기판 상면에 하부 미러층, 레이저 발진층, 상부 미러층 및 오우믹층을 순차적으로 성장시켜 적층하는 성장 단계;A growth step of sequentially growing and stacking a lower mirror layer, a laser oscillation layer, an upper mirror layer, and an ohmic layer on an upper surface of the substrate;

상기 오우믹층의 비활성영역인 양측 가장자리를 식각하여 중앙부의 활성영역을 노출시키는 제1식각 단계;A first etching step of exposing both edges, which are inactive regions of the ohmic layer, to expose the active region of the center portion;

상기 상부 미러층 양측 가장자리 비활성영역의 일부를 식각하여 식각단층을 형성하는 제2식각단계:A second etching step of forming an etch monolayer by etching a portion of the edge inactive region at both sides of the upper mirror layer:

상기 상부 미러층의 상면으로부터 상기 하부 미러층의 일부에 이르기까지 각각 H+를 선택적으로 주입하여 캐리어 통로를 형성하는 H+주입 단계 ;H + injection step of selectively injecting H + from each of the upper surface of the upper mirror layer to a part of the lower mirror layer to form a carrier passage;

상기 상부 미러층의 양측 가장자리에 각각 형성된 식각단층에 자연산화막을 형성하는 산화막 형성 단계;An oxide film forming step of forming a natural oxide film on an etch monolayer formed on both edges of the upper mirror layer;

상기 제1식각 단계에서 중앙부의 활성영역이 노출된 오우믹층과 상기 자연산화막의 상면 전체에 걸쳐서 상부 전극을 증착하고, 상기 기판의 저면에 하부 전극을 증착하는 전극 증착 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And depositing an upper electrode over the entire upper surface of the OHIC layer and the natural oxide film in which the active region of the center is exposed in the first etching step, and depositing a lower electrode on the bottom surface of the substrate. It is done.

상기 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서, 특히 상기 산화막 형성 단계에서 상기 자연산화막은 Al2O3를 성장하여 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제1식각 단계에서 중앙부 활성영역은 5μmφ 원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고. 상기 제2식각 단계에서 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역의 발진파장 λ의 λ/4두께를 식각하여 식각단층을 형성하는 것이 바람직하다.In the method of manufacturing a vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention, in particular, in the forming of the oxide film, the natural oxide film is preferably formed by growing Al 2 O 3 , and in the first etching step, the center active region is It is preferable that it is formed in a 5 micrometer round. And. In the second etching step, it is preferable to form an etch monolayer by etching the λ / 4 thickness of the oscillation wavelength λ of both edge inactive regions of the upper mirror layer.

이하, 침부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a vertical resonator surface emitting laser diode and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the immersed drawings.

제2도는 본 발명에 따른 수직공진기 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도로서, 이를 참조하여 그 구조 및 제작 공정을 살펴보면 다음과 같다.2 is a vertical cross-sectional view of a vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention. The structure and manufacturing process thereof will be described below with reference to the drawing.

n-GaAs 기판(11) 위에 굴절률이 높은 GaAs(또는 Al함량이 낮은 AlGaAs)와 굴절률이 낮은 AlAs(또는 Al함량이 높은 AlGaAs)층을 발진파장 λ의 λ/4두께로 교대로 적층하여 반사율이 99.5% 이상되는 하부 미러층(12: n-GaAs 또는 n-AlGaAs DBR층)을 형성한다. 다음에 λ/2n'(n'는 굴절률)의 정수배가 되는 캐비터(cavity) 내에 활성층(13)을 삽입한 후, 다시 반사율이 99.9% 이상되는 상부 미러층(14: p-AlGaAs 또는 p-AlAs DBR층)을 순차적으로 성장시켜 적층하고, 상기 상부 미러층(14) 위에 GaAs 오우믹층(15: phase matching layer)을 적층시킨 구조를 형성한다.A high refractive index GaAs (or AlGaAs having a low Al content) and an AlAs having a low refractive index (or AlGaAs having a high Al content) are alternately stacked on the n-GaAs substrate 11 at a λ / 4 thickness of the oscillation wavelength λ, thereby reflecting A lower mirror layer 12 (n-GaAs or n-AlGaAs DBR layer) of 99.5% or more is formed. Next, after inserting the active layer 13 into a cavity that is an integer multiple of λ / 2n '(where n' is the refractive index), the upper mirror layer 14 (p-AlGaAs or p-) having a reflectance of 99.9% or more is again inserted. An AlAs DBR layer) is sequentially grown and stacked, and a structure is formed by stacking a GaAs ohmic layer 15 on the upper mirror layer 14.

상기 구조에서 상기 오우믹층(15)의 활성영역이 되는 5μmφ 원형 이외의 영역 즉, 비활성영역이 되는 양측 가장자리를 식각하고, 상기 상부 미러층(14)의 반사율을 감소시키기 위해 양측 가장자리 비활성영역을 발진파장 λ의 λ/4두께로 식각하여 식각단층을 형성한다. 다음에 활성영역을 제한하기 위해 상기 상부 미러층(14)의 양측 가장자리에 형성된 식각단층의 상면으로부터 상기 하부 미러층의 일부에 이르기까지 각각 H+를 선택적으로 주입하여 캐리어 통로를 형성하고, 산화분위기에서 상기 식각단층에 Al2O3를 성장시켜 자연산화막(21)을 형성한다. 최종적으로, 상기 오우믹층과 상기 자연산화막의 상면 전체에 걸쳐서 상부 전극을 증착하고, 상기 기판의 저면에 하부 전극을 증착하여 소자의 제작을 완료하게 된다.In this structure, an area other than the 5 μmφ circular area, which is the active area of the ohmic layer 15, that is, an inactive area is etched, and both side edge inactive areas are oscillated to reduce the reflectance of the upper mirror layer 14. An etch monolayer is formed by etching with a thickness of λ / 4 of the wavelength λ. Next, in order to limit the active region, H + is selectively injected into each of the lower mirror layers from the upper surface of the etch monolayer formed at both edges of the upper mirror layer 14 to form a carrier passage. In to form a natural oxide film 21 by growing Al 2 O 3 in the etching monolayer. Finally, the upper electrode is deposited over the entire upper surface of the ohmic layer and the natural oxide film, and the lower electrode is deposited on the bottom surface of the substrate to complete the fabrication of the device.

상기와 같이 제작 완료된 구조의 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 특징에 의하면, 공진기가 되는 원통형의 활성영역 내에서만 정상적인 반사율(99.9% 이상)을 나타내어 공진이 일어나 레이징(lazing)에 기여하며, 그 외의 공진기 영역 밖에서는 상부 미러층(14)이 발진파장 λ의 λ/4층 만큼 감소됨에 따라 반사율이 감소되어 공진하지 못하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 구조의 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 윈도우 규격을 적절한 규격(5μmφ전후)으로 유지하였을 경우에 안정된 기본 횡모드 발진 조건을 만족시킬 수 있게 되므로 안정된 모드 특성을 유지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 구조의 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 H+의 선택적 주입에 의한 전류차단 뿐만 아니라 상부 미러층(14)의 일부를 식각하여 형성한 Al자연산화막(21)을 전류차단층으로 활용함으로써 전류가 제한되어 전류의 퍼짐으로 인하여 발생하는 스페이셜 홀 버닝(spacial hole burning) 현상이 억제되어 발진개시 전류가 낮아짐에 따른 효율 증가에 의해 소자의 특성 향상을 기대할 수 있다.According to the characteristics of the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention having the structure as described above, it exhibits a normal reflectance (99.9% or more) only in the cylindrical active region which becomes the resonator, so that resonance occurs and contributes to lazing. Outside the resonator region, as the upper mirror layer 14 is reduced by the λ / 4 layer of the oscillation wavelength λ, the reflectance decreases to prevent resonance. Therefore, the vertical resonator surface emitting laser diode of the structure according to the present invention can satisfy the stable basic lateral mode oscillation condition when the window size is maintained at the proper size (around 5μmφ), thereby maintaining stable mode characteristics. In addition, the vertical resonator surface-emitting laser diode of the structure according to the present invention uses the Al natural oxide film 21 formed by etching part of the upper mirror layer 14 as a current blocking layer as well as the current blocking by the selective injection of H + . As a result, the current is limited, thereby suppressing the spherical hole burning phenomenon caused by the spread of the current, and the improvement of the characteristics of the device can be expected by increasing the efficiency as the start current is lowered.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드는 상부 미러층(DBR층)의 비활성영역 일부를 식각하여 반사율을 낮추고, 비활성영역에 Al 자연산화막을 형성하여 전류차단층으로 활용함으로써 기본 횡모드의 발진만 가능케 하고, 고차수모드는 발진을 억제하도록 하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.As described above, the vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention reduces the reflectance by etching a portion of the inactive region of the upper mirror layer (DBR layer), and forms an Al natural oxide film in the inactive region to utilize the current blocking layer. Only oscillation in the lateral mode is possible, and high-order mode allows the oscillation to be suppressed to improve device characteristics.

제1도는 종래 기술에 의한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도이고,1 is a vertical sectional view of a vertical resonator surface emitting laser diode according to the prior art,

제2도는 본 발명에 의한 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view of a vertical resonator surface emitting laser diode according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10. 제1오우믹 메탈(n-금속전극) 11. n-GaAs 기판10. First Ohmic Metal (n-Metal Electrode) 11.n-GaAs Substrate

12. n-GaAs/AlGaAs 하부 미러(DBR)층 13. In0.2Ga0.8As활성층12.n-GaAs / AlGaAs bottom mirror (DBR) layer 13.In 0.2 Ga 0.8 As active layer

14. p-AlAs/AlGaAs 상부 미러(DBR)층 15. GaAs 오우믹층14.p-AlAs / AlGaAs Top Mirror (DBR) Layer 15.GaAs Omic Layer

16. H+주입영역16.H + injection zone

20. 제2오우믹 메탈(p-금속전극)20. Second Omic Metal (p-Metal Electrode)

21. 자연산화막(Al2O3)21. Natural oxide film (Al 2 O 3 )

Claims (9)

레이저 발진을 위해 기판 상부에 활성층을 포함하여 형성된 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층에서 발진된 광을 공진시키기 위한 수직 공진기로서의 상기 활성층의 상부 및 하부에 각각 형성되는 상부 및 하부 미러층과, 상기 상부 미러층의 상부에 형성된 오우믹층과, 활성영역의 제한을 위해 상기 오우믹층 및 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역에 각각 H+의 선택적 주입에 의해 캐리어 통로를 형성하여 이루어진 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드에 있어서,A laser oscillation layer including an active layer on the substrate for laser oscillation, upper and lower mirror layers respectively formed on and under the active layer as vertical resonators for resonating the light oscillated in the laser oscillation layer, Vertical resonator surface-emitting laser diode formed by forming carrier paths by selective injection of H + into the ohmic layer formed on the upper mirror layer and the inactive regions on both sides of the ohmic layer and the upper mirror layer to limit the active region, respectively. To 상기 오우믹층의 양측 가장자리 비활성영역과, 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역의 일부를 식각하여 상기 오우믹층의 중앙부 활성영역을 노출시켜 형성된 식각단층과,An etch monolayer formed by etching a portion of both edge inactive regions of the ohmic layer and a portion of both edge inactive regions of the upper mirror layer to expose a central active region of the ohmic layer; 상기 식각단층과 오우믹층의 상면 전체에 걸쳐서 증착된 상부 전극과,An upper electrode deposited over the entire upper surface of the etch monolayer and the ohmic layer; 상기 기판의 저면에 형성된 하부 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드.And a lower electrode formed on the bottom surface of the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식각단층의 상면에는 캐리어 차단을 위해 형성한 자연산화막을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드.A vertical resonator surface emitting laser diode, characterized in that the upper surface of the etch single layer is provided with a natural oxide film formed to block the carrier. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 자연산화막은 Al2O3를 성장하여 형성한 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드.The natural oxide film is a vertical resonator surface emitting laser diode, characterized in that formed by growing Al 2 O 3 . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중앙부 활성영역은 5μmφ원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드.The center active region is a vertical resonator surface emitting laser diode, characterized in that formed in a 5μmφ circle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식각단층은 상기 오우믹층의 양측 가장자리 비활성영역 전부와 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역의 발진파장 λ의 λ/4두께를 식각하여 형성된 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드The etch monolayer is formed by etching all the edge inactive regions of both sides of the ohmic layer and the λ / 4 thickness of the oscillation wavelength λ of both edge inactive regions of the upper mirror layer. 기판 상면에 하부 미러층, 레이저 발진층, 상부 미러층 및 오우믹층을 순차적으로 성장시켜 적층하는 성장 단계;A growth step of sequentially growing and stacking a lower mirror layer, a laser oscillation layer, an upper mirror layer, and an ohmic layer on an upper surface of the substrate; 상기 오우믹층의 비활성영역인 양측 가장자리를 식각하여 중앙부의 활성 영역을 노출시키는 제1식각 단계;A first etching step of exposing both sides of the inactive region of the ohmic layer to expose the active region of the center portion; 상기 상부 미러층 양측 가장자리 비활성영역의 일부를 식각하여 식각단층을 형성하는 제2식각단계;A second etching step of forming an etch monolayer by etching a portion of the edge inactive region at both sides of the upper mirror layer; 상기 상부 미러층의 상면으로부터 상기 하부 미러층의 일부에 이르기까지 각각 H+를 선텍적으로 주입하여 캐리어 통로를 형성하는 H+주입 단계;An H + injection step of selectively injecting H + from an upper surface of the upper mirror layer to a part of the lower mirror layer to form a carrier passage; 상기 상부 미러층의 양측 가장자리에 각각 형성된 식각단층에 자연산화막을 형성하는 산화막 형성 단계;An oxide film forming step of forming a natural oxide film on an etch monolayer formed on both edges of the upper mirror layer; 상기 제1식각 단계에서 중앙부의 활성영역이 노출된 오우믹층과 상기 자연산화막의 상면 전체에 걸쳐서 상부 전극을 증착하고, 상기 기판의 저면에 하부 전극을 증착하는 전극 증착 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 제조방법.And depositing an upper electrode over the entire upper surface of the OHIC layer and the natural oxide film in which the active region of the center is exposed in the first etching step, and depositing a lower electrode on the bottom surface of the substrate. A method of manufacturing a vertical resonator surface emitting laser diode. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 산화막 형성 단계에서 상기 자연산화막은 Al2O3를 성장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 제조방법.In the oxide film forming step, the natural oxide film is a method of manufacturing a vertical resonator surface emitting laser diode, characterized in that formed by growing Al 2 O 3 . 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1식각 단계에서 중앙부 활성영역은 5μmφ원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 레이저 다이오드의 제조방법.In the first etching step, the center active region is formed in a 5μmφ circle manufacturing method of a vertical resonator surface light emitting laser diode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2식각 단계에서 상기 상부 미러층의 양측 가장자리 비활성영역을 발진파장 λ의 λ/4두께로 식각하여 식각단층을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 공진기 면발광 례이저 다이오드.And forming an etch monolayer by etching both edge inactive regions of the upper mirror layer to the λ / 4 thickness of the oscillation wavelength λ in the second etching step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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