KR101251042B1 - 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자 - Google Patents

단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자 Download PDF

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Abstract

표면방출 레이저는 단/중거리용 광배선 및 광통신용 광원으로 사용되고 있는데, 통신용 광원으로 보다 저소모전력 대용량 단/중거리에 응용을 위하여서는 고속변조 표면방출 레이저의 필요성이 증가되고 있다. 특히 고화질 TV와 같이 고화질 영상 증가에 따라서 단/중거리 영역의 대용량 연결에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있어 광섬유 등을 이용한 신호 전달 거리를 늘릴 수 있는 단일모드와 10 Gbps 이상의 대용량 고속변조 특성을 갖는 광원이 요구된다. 본 발명은 단일모드 고속변조 표면방출 레이저에 관한 것으로, 전극 패드간의 캐패시터를 최소화하고, 소자의 캐패시터 감소 및 모드 조절을 위한 두 개의 전류 및 모드 제한 구경으로 구성되어 단일모드 발진과 고속변조가 가능한 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 소자이다.

Description

단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자{single-mode high-speed vertical-cavity surface-emitting laser}
본 발명은 단일모드 고속변조 표면방출 반도체 레이저 소자에 관한 것으로, 특히, 전극 패드 간의 캐패시터를 최소화하고, 소자의 캐패시터 감소 및 모드 조절을 위한 두 개의 전류 및 모드 제한 구경 구조를 특징으로 하는 표면방출 레이저 소자에 관한 것이다.
표면방출 레이저는 단/중거리 통신용 광원으로 활용되고 있으며, 광연결, 광센서, 광통신 등에 활용이 빠르게 증가하고 있다. 특히, 표면방출 레이저가 갖는 높은 광섬유 커플링 효율(fiber-coupling efficiency), 웨이퍼 단위의 제작 공정에 의한 낮은 단가, 낮은 실장 비용, 저전력의 광원 효율(low electrical power consumption), 이차원 어레이(two-dimensional array) 특성 등으로 인하여 차세대 광통신 및 신호 처리용 광원으로 빠르게 자리를 잡을 것으로 예측된다. 특히, 최근에 와서는 고화질 TV와 같이 고화질 영상 증가에 따라서 단/중거리 영역의 대용량 연결에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있어 광섬유 등을 이용한 신호 전달 거리를 늘릴 수 있는 단일모드와 10 Gbps 이상의 대용량 고속변조 특성을 갖는 광원이 요구된다. 이에 따라서 전송 거리의 특성 및 전광 변환 효율 등을 높여 중거리 및 장거리용 송신소자로 응용을 하기 위하여서는 표면방출 레이저의 신호 전달을 위한 광섬유에서의 손실이 적고 분산에 의한 손실이 없는 단일모드 특성을 바탕으로 하는 고속변조 표면방출 레이저 소자 구조의 개발이 필요하다.
표면방출 레이저의 단일모드와 고속변조 특성을 얻기 위하여서는 원하는 영역의 전류의 흐름에 의한 운반자 분포와 레이저 발진시 내부에 형성되는 가우시안의 세기 분포를 갖는 빛의 기본 횡모드 사이의 커플링 효율을 높인 특성과 함께 전류 주입을 위한 전극과 전극패드간의 캐패시터에 의한 고속 변조시 손실을 줄일 수 있는 저 임피던스(low impedance)특성이 필요하다. 따라서 소자의 전류 및 모드 제한을 위한 구조와 더불어 소자의 캐패시턴스(capacitance)를 줄이기 위한 전극 간의 구조가 필요하다.
종래의 표면방출 레이저 구조 및 제작 방법으로는 활성층 바로 위의 AlGaAs 층의 일부를 습식 식각으로 산화하여 산화되지 않은 영역만으로 전류가 흐르도록 하는 oxide-confined 구조와 proton 등의 이온을 일정한 영역에 주입하여 절연층 역할을 하도록 하여 전류가 원하는 영역으로 흐르도록 하는 ion-implanted 구조, 그리고 일부 영역을 식각하여 전류의 흐름을 조절하는 air-gap 구조, 재성장을 통하여 전류 흐름을 조절하는 재성장 구조 등이 있다.
Oxide-confined 방법은 전류의 흐름을 효과적으로 조절할 수 있는 장점이 있으나, GaAs 기판의 AlGaAs 물질을 사용하는 경우에만 효과적인 적용이 가능하여 다양한 파장 대역에 적용이 어려운 단점이 있다.
그리고 ion-implanted 방법은 ion-implantation에 따른 저항의 증가 등의 특성을 지니고 있으며, 정확한 전류 aperture 크기의 조절이 어려운 단점이 있다.
Air-gap 방법은 식각이 용이한 여러 물질에 적용이 가능하여 다양한 파장 대역의 표면방출 레이저 구조로 사용될 수 있으나, 전압 증가에 따른 air-gap을 통한 누설 전류 발생 등의 단점이 있다.
그리고 재성장 방법은 효과적인 전류 흐름 조절이 가능하나 구조가 복잡하고, 웨이퍼 성장을 두 번 이상 수행하여야 하는 단점을 지니고 있다. 또한, 이와 같은 구조는 전류 제한에 국한한 구조로 전류 제한 및 모드 제한을 위한 구조를 가지지 못한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 두 개의 전류 및 모드 제한 구경을 통하여 단일모드 및 저 커패시터 특성이 있고, 반절연 기판까지의 식각을 통하여 전극패드 간의 캐패시터를 최소화하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고효율 고속변조 표면방출 레이저 소자는, 반절연 반도체 기판상에 차례로 적층된 반도체 DBR(distributed Bragg reflector)로 구성된 하부거울층 및 n형 반도체로 구성된 하부접촉층; 상기의 하부접촉층 상에 양자우물층으로 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 반도체로 구성된 전류주입층; 상기 전류주입층 상에 반도체로 구성되어 전류 제한을 위한 제한층; 상기 제한층 상에 도핑된 반도체로 구성된 상부접촉층; 상부접촉층 상에 차례로 적층된 반도체나 유전체 DBR로 구성된 상부거울층; 을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서는 상기 상부거울층과 상부접촉층의 일부 영역을 식각한 후 제한층 일부를 제거하고, 굴절률이 낮은 절연유전체층으로 채워넣어 전류 및 모드 제한을 위한 절연2층을 구성하고, 전류주입층의 일부 영역을 식각한 후 활성층의 일부를 제거하고 굴절률이 낮은 절연유전체층으로 채워넣어 전류 및 모드 제한을 위한 절연1층을 구성하여 전류의 분포 및 내부 빛의 공진 모드간의 커플링을 최적화하고 저 캐패시터의 구조를 갖는다.
또, 상기 상부거울층의 일부를 제거한 상부접촉층 상에 상부 전극을 연결하고, 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층, 활성층을 일부 제거하고 하부접촉층에 하부전극을 연결하여 전류가 주입되도록 한다. 그리고 전극 간의 저 캐퍼시턴스를 위하여 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층, 활성층, 하부접촉층, 하부거울층과 반절연 반도체 기판의 일부를 식각하고, 전극간의 절연을 위한 유전체 절연층을 상부 전극과 빛이 방출되는 영역의 상부거울층 및 하부전극을 제외한 부분에 형성한 후, 상부전극과 연결된 상부전극패드를 형성하고, 하부전극과 연결하여 하부전극패드를 형성하여 전극패드간의 저 임피던스의 구조를 갖는다. 따라서 저 임피던스의 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 발진 특성이 있다.
본 발명의 단일모드 고효율 고속변조 표면방출 레이저는 전극 패드 간의 캐패시터를 최소화하고, 소자의 캐패시터 감소 및 모드 조절을 위한 두 개의 전류 및 모드 제한 구경으로 구성되어 단일모드 발진과 고속변조가 가능하여 대용량의 단/중거리용 광원 소자에 활용될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 두 개의 전류 및 모드제한 구경에 의한 전류 흐름 및 그에 따른 운반자 분포와 방출 빔의 세기 분포도,
도 3은 본 발명의 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자의 단면도로, 부호 21은 반절연 반도체기판, 22는 반도체 DBR로 구성된 하부거울층, 23은 n 형 반도체로 구성된 하부접촉층, 24는 이득을 주기 위한 다층 양자 우물로 이루어진 활성층, 25는 반도체로 구성된 전류주입층, 26은 반도체로 구성된 전류제한을 위한 제한층, 27은 반도체로 구성된 상부접촉층, 28은 반도체나 유전체 DBR로 구성된 상부거울층, 29는 활성층의 일부 영역을 제거하고 채워진 절연1층, 30은 제한층을 일부 제거하고 채워진 절연2층, 31은 하부접촉층 상에 전류 주입을 위해 형성된 하부전극, 32는 상부접촉층 상에 전류 주입을 위해 형성된 상부전극, 33은 전극 간의 절연을 위한 유전체절연층을 각각 나타낸다. 그리고 34, 35는 각각 상부전극과 하부전극에 연결되어 있는 상부전극패드와 하부전극패드를 나타낸다.
도 2는 도 1에서 반절연 반도체 기판(21), 하부거울층(22), 하부접촉층(23), 활성층(24), 전류주입층(25), 제한층(26), 상부접촉층(27), 상부거울층(28), 절연1층(29), 절연2층(30), 하부전극(31), 상부전극(32)을 도시화하여 표시한 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 두 개의 전류 및 모드제한 구경에 의한 전류 흐름 및 그에 따른 운반자 분포와 방출 빔의 세기 분포 특성을 나타낸 단면도이다.
상부전극(32)과 하부전극(31) 사이에 전류를 인가하여 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자가 구동하게 되는데, 여기서 상부전극(32)으로 주입된 전류는 상부접촉층(27)을 통하여 제한층(26)으로 흐르게 되는데, 이때 절연2층(30)으로는 전류가 흐르지 못하므로 절연2층(30)이 없는 제한층(26) 구경을 통하여 전류가 주입된다. 제한층(26)을 통한 전류는 전류주입층(25)를 통하면서 전류가 퍼지며 활성층(24)에 주입되고, 또한 활성층(24)의 절연1층(29)으로는 전류가 흐르지 못하게 된다. 따라서 화살표(43)로 표시한 바와 같이 전류가 주입된다.
절연2층(30)과 절연1층(29)으로 형성된 두 개의 전류제한 구경에 의하여 전류 흐름 화살표(43)와 그에 따른 운반자의 분포(44)가 가우시안의 빛의 세기 분포를 갖는 기본 횡모드와 같은 분포를 유지하도록 한다. 이때 절연2층(30)에 의하여 형성된 전류 흐름 구경이 절연1층(29)에 의하여 형성된 전류 흐름 구경보다 작게 형성하여 전류의 퍼짐이 확산에 의한 분포를 이루도록 구성한다. 그리고 형성된 절연2층(30)과 절연1층(29)의 물질의 굴절률이 제한층(26)과 활성층(24)에 비하여 작도록 하여 광모드가 제한을 받도록 구성하여 빛이 방출하는 방향(41)의 가우시안의 세기분포(42)의 단일 횡모드와 운반자 분포간의 커플링이 최적화된 구조로 단일양식 방출 특성을 갖게 된다.
도 3은 도 1에서 반절연 반도체 기판(21), 하부거울층(22), 하부접촉층(23), 활성층(24), 전류주입층(25), 제한층(26), 상부접촉층(27), 상부거울층(28), 절연1층(29), 절연2층(30), 하부전극(31), 상부전극(32), 유전체절연층(33), 상부전극패드(34)를 도시화하여 표시한 단일모드 고속변조 표면방출 레이저의 임피던스 특성을 나타낸 단면도이다.
소자의 임피던스는 다음과 같이 구성된다. 즉, 상부접촉층(27)에서 활성층(24)으로 전류 인가를 위한 직렬저항(Rt), 하부전극(31)에서 하부접촉층(27)을 거쳐 활성층(24)으로 전류 인가를 위한 직렬저항(Rb2), 하부 접촉층(23)에서 활성층(24)으로 전류 인가를 위한 직렬저항(Rb2), 제한층(26), 전류주입층(25), 활성층(24) 내의 직렬 저항(Rj)과 전극 사이의 캐피시턴스로 활성층(24) 내의 캐퍼시턴스(Cj)와 절연1층(29)에서의 캐패시턴스(Ci1), 절연2층(30)에서의 캐패시턴스(Ci2) 그리고 상부전극패드(34)와 하부전극(31) 사이에 의한 캐패시턴스(Cp)로 구성되어진다. 변조 속도를 결정하는 주요한 인자는 전극 간의 임피던스로 인가한 고속 변조 시그널에 의한 반응 속도를 결정한다. 즉, 임피던스에 의한 손실 및 반사파를 줄이기 위하여서는 직렬 저항(Rj, Rt, Rb1, Rb2)을 적게 하고, 특히 캐패시턴스(Cj, Ci1, Ci2, Cp)를 줄이는 것이 필요하다. 캐패시터 중 가장 크게 기여하는 것은 상부전극패드(34)의 Cp와 소자의 절연층에 의한 Ci1, Ci2인데, 본 단일모드 고속변조 표면방출 레이저는 Cp를 최소화하기 위하여 반절연기판을 통하여 상부전극패드(34)와 하부전극(31) 및 하부전극패드(35)가 연결되도록 구성하여 최소화된 캐패시터(Cp) 특성을 갖고, 두 개의 절연1층과 절연2층의 캐패시터 Ci1과 Ci2가 직렬로 연결되어 전체 캐패시터(Ci = (Ci1xCi2)/(Ci1+Ci2))를 줄이도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 반절연형의 InP 반도체 기판(21) 위에 하부거울층(22)으로서 반도체 DBR층이 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1) 등으로 형성되어 있고, 그 위에 하부 전극 접촉을 위한 하부접촉층(23)을 n형의 InP로 구성하며, 그 위에 레이저 이득을 위한 InP에 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1) 다중양자우물층으로 구성된 활성층(24)이 형성되어 있다. 활성층(24) 상에는 전류인가를 위한 도핑된 InP로 구성된 전류주입층(25), 전류 제한 및 전류 인가와 전류 제한을 위한 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs(0 < x, y, z, w < 1)로 구성된 제한층(26), 상부 전극 접촉을 위한 상부 접촉층(27)이 도핑된 InP 등으로 구성되어 있다. 그리고 그 위에 상부거울층(28)으로 반도체나 유전체 DBR층이 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1) 나 TiOx/SIOx 또는 Si/SiOx, Si/TiOx 등으로 형성되어 있다. 제한층(26)은 전류 및 모드 제한을 위하여 일부가 제거되고 제거된 부분은 AlOx 또는 AlNx등의 절연2층(30)으로 채워져 있다. 그리고 활성층(24)은 전류 및 모드 제한을 위하여 일부가 제거되고 제거된 부분은 AlOx 또는 AlNx등의 절연1층(29)으로 채워져 있다. 상부전극(32)은 상부거울층(28)을 일부 식각 또는 제거한 후 상부접촉층(27) 상에 금속 전극을 증착하여 형성되어 있으며, 하부전극(31)은 상부거울층(28), 상부접촉층(27), 제한층(26), 전류주입층(25), 활성층(24)의 일부를 제거한 후 하부접촉층(23) 상에 금속 전극을 증착하여 형성된다. 그리고 상부전극패드(34)와 하부전극(30)간의 저 캐패시턴스를 위하여 상부거울층(28), 상부접촉층(27), 제한층(26), 전류주입층(25), 활성층(24), 하부접촉층(23), 하부거울층(22)과 반절연 반도체 기판(21)을 일부 식각하여 상부전극패드(34)와 상부전극(32) 사이를 연결하여 반절연 기판을 통하여 하부전극(31)과 임피던스가 형성되는 구조를 갖는다.
따라서 전류 흐름은 상부전극패드(34)-상부전극(32)-상부접촉층(27)-제한층(26)-전류주입층(25)-활성층(24)-하부접촉층(23)-하부전극(30)으로 유도되며, 이때 제한층(26)의 전류 및 모드 제한 구경을 형성하는 절연2층(30)과 절연1층(29)에 의하여 전류 및 운반자의 분포와 내부 공진 빛의 세기 분포를 조절하여 커플링이 효과적으로 이루어져 단일 모드 특성을 가지며, 커패시터 특성은 상부전극패드(34)-반절연 반도체 기판(21)-하부거울층(22)-하부접촉층(23)-하부전극(30)-하부전극패드(35)에 의한 낮은 Cp 특성과 절연1층(29)와 절연2층(30)의 직렬 연결을 통한 낮은 Ci(Ci = (Ci1xCi2)/(Ci1+Ci2)) 특성을 갖게 된다.
여기서 표면방출 레이저의 하부거울층(22)을 구성하는 반도체 DBR층은 InP에 격자 정합된 구조로 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1) 등과 같이 굴절률이 다른 반도체 박막층을 교대로 성장하여 제작하는데 한 주기의 두께가 광학길이(물질의 두께x발진파장에서의 굴절률)로 레이저 발진 파장의 반이 되도록 구성한다. 상부거울층(28)은 반도체나 유전체 DBR층이 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1) 나 TiOx/SIOx 또는 Si/SiOx, Si/TiOx 등으로 형성되어 굴절률이 다른 반도체 박막층을 교대로 성장하여 제작하는데 한 주기의 두께가 광학길이(물질의 두께x발진파장에서의 굴절률)로 레이저 발진 파장의 반이 되도록 구성한다. 그리고 활성층(24)은 전체 두께가 광학길이로 발진파장 반의 정수배가 되도록 구성한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
21 : 반절연 반도체 기판 (semi-insulating substrate)
22 : 반도체 DBR로 구성된 하부거울층 (bottom mirror)
23 : n 형 반도체로 구성된 하부접촉층 (bottom contact layer)
24 : 활성층 (active region)
25 : 반도체로 구성된 전류주입층
26 : 반도체로 구성된 제한층
27 : 반도체로 구성된 상부접촉층 (top contact layer)
28 : 상부거울층 (top mirror)
29 : 전류 및 모드 제한을 위한 절연1층
30 : 전류 및 모드 제한을 위한 절연2층
31 : 하부전극
32 : 상부전극
33 : 전극간의 절연을 위한 유전체절연층
34 : 상부전극패드
35 : 하부전극패드
41 : 빛의 방출 방향을 나타내는 표시
42 : 빛의 방출 세기 분포를 나타내는 표시
43 : 전류의 흐름을 나타내는 표시
44 : 전류에 의한 운반자 분포를 나타내는 표시
Rt : 상부접촉층에서 활성층 전류 주입을 위한 직렬 저항
Rj : 활성층에서의 전류 주입을 위한 직렬 저항
Rb1: 하부접촉층에서 활성층 전류 주입을 위한 직렬 저항
Rb2: 하부전극에서 하부접촉층 및 활성층 전류 주입을 위한 직렬 저항
Cj : 활성층에서의 캐패시턴스
Ci1 : 절연1층에 의한 캐패시턴스
Ci2 : 절연2층에 의한 캐패시턴스
Cp : 전극패드에 의한 전극간의 캐패시턴스

Claims (9)

  1. 표면방출 레이저 소자에 있어서,
    반절연 반도체 기판상에 차례로 적층된 반도체 DBR(distributed Bragg reflector)로 구성된 하부 거울층 및 n 형 반도체로 구성된 하부 접촉층; 상기 하부 접촉층 상에 양자우물층으로 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 반도체로 구성된 전류주입층; 상기 전류주입층 상에 반도체로 구성된 제한층; 상기 제한층 상에 반도체로 구성된 상부접촉층; 상기 상부접촉층 상에 차례로 적층된 반도체나 유전체 DBR로 구성된 상부거울층; 을 포함하며,
    상기 상부거울층, 상부접촉층의 일부 영역을 식각한 후 제한층을 일부를 제거한 후 그 사이를 채워넣어 전류 및 모드 제한을 위한 절연2층; 상기 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층의 일부 영역을 식각한 후 활성층을 일부를 제거한 후 그 사이를 채워넣어 전류 및 모드 제한을 위한 절연1층; 상기 상부거울층의 일부를 제거하고 상부 접촉층 상에 연결된 상부전극; 상기 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층, 활성층을 일부 제거하고 하부접촉층 상에 연결된 하부전극; 상기 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층, 활성층, 하부접촉층, 하부거울층과 반절연 반도체 기판의 일부를 제거하고 반절연 반도체 기판 및 하부접촉층, 상부접촉층 상에 형성한 유전체절연층; 상기 상부전극과 하부전극을 각각 연결하는 상부전극패드와 하부전극패드를 형성하여 반절연 반도체 기판을 통하여 전극 간에 고속 캐패시터 특성의 고속 변조가 되는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 절연2층에 의하여 형성된 전류 흐름 구경이 상기 절연1층에 의하여 형성된 전류 흐름 구경보다 작게 형성하여 전류의 퍼짐이 확산에 의한 분포를 이루도록 구성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  3. 청구항 1에 있어서
    상기 절연2층과 절연1층의 굴절률이 상기 제한층과 활성층에 비하여 작도록 하여 광모드가 제한을 받도록 구성하는 것을 특징으로 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  4. 표면방출 레이저 소자에 있어서,
    반절연 형의 InP 반도체 기판상에 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1)의 반도체 DBR층으로 구성된 하부거울층; 상기 하부거울층 상에 n형의 InP로 구성된 하부접촉층; 상기 하부접촉층 상에 InP에 양자우물층으로 구성된 활성층; 상기 활성층 상에 도핑된 반도체로 구성된 전류주입층; 상기 전류주입층 상에 도핑된 반도체로 구성된 제한층; 상기 제한층 상에 도핑된 반도체로 구성된 상부접촉층; 상기 상부접촉층 상에 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1)의 반도체 DBR층이나 TiOx/SIOx 또는 Si/SiOx, Si/TiOx의 유전체 DBR층으로 이루어진 상부거울층; 을 포함하며,
    상기 제한층의 일부 영역을 제거하고 제한층에 비하여 굴절률이 작은 물질로 형성된 절연2층과 활성층의 일부 영역을 제거하고 활성층에 비하여 굴절률이 작은 물질로 형성된 형성된 절연1층으로 전류 및 모드 제한 구경을 구성하고;
    상기 상부거울층을 일부 식각한 후 상기 상부접촉층 상에 금속 전극을 증착하여 형성한 상부전극; 상기 상부거울층, 상부접촉층, 전류주입층, 활성층의 일부를 제거한 후 상기 하부접촉층 상에 금속 전극을 증착하여 형성한 하부전극; 상기 상부거울층, 상부접촉층, 제한층, 전류주입층, 활성층, 하부접촉층, 하부거울층과 반절연 반도체 기판의 일부를 제거하고 반절연 반도체 기판 및 하부접촉층, 상부접촉층 상에 형성한 유전체절연층; 상기 상부전극과 하부전극을 각각 연결하는 상부전극패드와 하부전극패드를 형성하여 반절연 반도체 기판을 통하여 전극간에 낮은 캐패시터 특성의 고속 변조가 되는 것을 특징으로 하는 장파장 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전류주입층은 p형의 InP으로 구성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제한층은 p형의 Iny(AlxGa1 -x) 1- yAs (0 < x, y < 1)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 절연1층과 절연2층은 AlOx 또는 AlNx를 포함하는 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부접촉층은 n형의 InP으로 구성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 활성층은 InP에 Iny(AlxGa1-x) 1-yAs/ Inz(AlwGa1-w) 1-zAs s (0 < x, y, z, w < 1) 또는 InP/ Iny(AlxGa1-x) 1-yAs (0 < x, y < 1)의 다중양자우물로 구성하는 것을 특징으로 하는 단일모드 고속변조 표면방출 레이저 소자.
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