KR102465334B1 - 수율과 동작 효율을 향상시킨 수직 공진 표면 발광 레이저 소자 - Google Patents

Abstract

수율과 동작 효율을 향상시킨 수직 공진 표면 발광 레이저 소자를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 페어를 포함하는 제1 반사부와 상기 제1 반사부보다 상대적으로 적은 DBR 페어를 포함하는 제2 반사부와 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부의 사이에 위치하여, 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부 중 어느 하나에서 생성된 홀(정공)과 나머지 하나에서 생성된 전자가 결합되며 광을 발진하는 캐비티층과 상기 제2 반사부와 접촉하여, 상기 제2 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제1 메탈층과 상기 제1 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제2 메탈층 및 상기 제1 메탈층과 접촉하여, 외부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 메탈층으로 전달하는 메탈 패드층을 포함하며, 상기 제1 메탈층은 티타늄층(Ti), 질화 티타늄층(TiN) 및 금층(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL을 제공한다.

Description

수율과 동작 효율을 향상시킨 수직 공진 표면 발광 레이저 소자{VCSEL with Improved Yield and Operating Efficiency}

본 발명은 수율과 동작효율을 향상시킬 수 있는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL) 소자에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 반도체 레이저 다이오드는 측면 발광 레이저 다이오드(EEL, Edge Emitting Laser Diode, 이하 'EEL'로 약칭함) 및 수직 공진형 표면 발광 레이저 다이오드(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 'VCSEL'로 약칭함)를 포함한다. EEL은 소자의 적층면과 평행 방향을 이루는 공진구조를 갖기 때문에, 레이저 빔을 적층면과 평행한 방향으로 발진시키며, VCSEL은 소자의 적층면과 수직 방향인 공진구조를 가짐으로써, 레이저 빔을 소자의 적층면과 수직 방향으로 발진시킨다.

VCSEL은 EEL에 비해 광 이득 길이(Gain Length)가 짧아, 저전력 구현이 가능하며, 고밀도 집적화가 가능하므로 대량 생산에 유리하다는 장점이 있다. 또한, VCSEL은 단일 종단 모드(Single Longitudinal Mode)로 레이저 빔을 발진시킬 수 있으며, 웨이퍼 상에서의 테스트가 가능하다. VCSEL은 주로, 광통신, 광 인터커넥션 및 광 픽업 등에서의 광학장치 내의 광원으로 사용되어 왔다.

최근들어, VCSEL은 라이다(LiDAR), 안면 인식, 모션 인식, AR(Augmented Reality) 또는 VR(Virtual Reality) 장치 등의 화상 형성장치 내의 광원으로까지 그 사용범위가 확대되고 있다.

VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일은 도 13에 도시되어 있다.

도 13은 VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일을 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 상대적으로 낮은 전류가 VCSEL의 각 전극에 인가될 경우 도 13(a)와 같이 균일한 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔이 VCSEL로부터 출력된다. 이는 전류밀도가 낮은 상태이기 때문에, 출력되는 레이저 빔은 원형의 균일한 빔 프로파일을 갖는다. 다만, 출력되는 레이저 빔의 세기를 증가시키기 위해 인가되는 전류의 세기가 증가할 경우, 도 13(b) 내지 (d)와 같이 불균일해지며 분리되는 형태의 레이저 빔 프로파일을 갖는다. 인가되는 전류의 세기가 커지며 전류밀도가 증가할 경우, 전 극의 주변으로 전류가 집중되며 레이저 빔들이 분리되는 현상이 발생한다. 출력해야 할 레이저 빔의 세기가 결정될 경우, 종래의 VCSEL은 해당 세기를 출력하기 위해 인가해야 할 전류의 세기가 정해져 있기에 전술한 바와 같이 레이저 빔의 프로파일의 변화에 대응하기 곤란했다.

종래의 VCSEL을 제조함에 있어, 이미터 상부에 전류가 인가될 양의 전극을 형성해야 한다. 이를 위해 보편적으로 전극 형태를 형성하기 위한 PR(Photo-Resist) 패터닝(patterning) 공정을 진행하고, 이후 E-beam 증착기(Evaporator)나 스퍼터(Sputter) 방식으로 전극 금속을 증착한 후, 리프트 오프(Lift-off) 공정을 진행하여 전극 외 영역에 증착된 금속을 제거 후 전극을 형성해왔다. 다만, 리프트 오프(Lift-off) 공정 진행 시, 설계된 전극의 구조나 형태로 인해 레이져 출력 영역에 PR 혹은 금속 부유물이 잔류하게 되는 경우가 발생한다. 해당 VCSEL에서는 잔여물에 의해 온전한 프로파일을 갖는 레이저 빔이 출력되기 곤란하여, VCSEL 제조공정에서의 수율을 떨어뜨리는 문제를 유발했다.

본 발명의 일 실시예는, 수율을 향상시키며, 동작 효율을 증가시킨 VCSEL을 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 페어를 포함하는 제1 반사부와 상기 제1 반사부보다 상대적으로 적은 DBR 페어를 포함하는 제2 반사부와 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부의 사이에 위치하여, 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부 중 어느 하나에서 생성된 홀(정공)과 나머지 하나에서 생성된 전자가 결합되며 광을 발진하는 캐비티층과 상기 제2 반사부와 접촉하여, 상기 제2 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제1 메탈층과 상기 제1 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제2 메탈층 및 상기 제1 메탈층과 접촉하여, 외부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 메탈층으로 전달하는 메탈 패드층을 포함하며, 상기 제1 메탈층은 티타늄층(Ti), 질화 티타늄층(TiN) 및 금층(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 VCSEL은 상기 캐비티층 내 또는 상기 캐비티층에 인접하여 형성되는 산화막층을 더 포함하는

상기 제1 메탈층은 상기 질화 티타늄층 및 상기 금층 사이에 백금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 메탈층은 하나 이상의 노치(Notch)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 상기 제1 메탈층의 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 복수 개로 구현되는 경우 기 설정된 간격마다 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 노치는 기 설정된 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수율이 향상되며, 동작 효율이 증가할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 단면도이다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 제조과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 금에 첨가되는 원소의 종류 및 양에 따라 변화하는 합금의 접촉저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.
도 11 및 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 VCSEL에서 출력되는 레이저 빔의 프로파일을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL(100)은 기판(110), 제1 반사부(120), 캐비티 층(130), 제2 반사부(140), 캡 층(150), 패시베이션 층(160, 164, 168), 제1 메탈층(170), 제2 메탈층(175) 및 메탈 패드층(180)을 포함한다.

기판(110)은 VCSEL(100) 내 각 레이어들이 성장하거나 증착될 수 있도록 한다.

제1 반사부(120)는 p형 도펀트가 도핑된 반도체 물질로 구성될 수 있으며, Al을 포함하는 반도체 물질인 AlGaAs로 구성될 수 있다. 제1 반사부(120)는 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector, 또는 '분산 브래그 리플렉터') 페어로 구성된다. DBR 페어는 85 내지 100%의 높은 알루미늄(Al) 비율을 포함하는 고 알루미늄 구성층(High Al Composition Layer)과 0 내지 20%의 낮은 알루미늄 비율을 포함하는 저 알루미늄 구성층(High Al Composition Layer)을 하나의 페어로 하여 복수 개 구현된다. 제1 반사부(120)는 제2 반사부(140) 보다 더 많은 DBR 페어수를 포함하여, 상대적으로 더 높은 반사도(Reflectivity)를 갖는다. 이에, 캐비티 층(130)에서 발진되는 광 또는 레이저는 상대적으로 페어 수가 적어 낮은 반사도를 갖는 제2 반사부(140) 방향으로 발진된다.

캐비티층(130)은 제1 반사부(120)에서 생성된 정공과 제2 반사부(140)에서 생성된 전자가 만나 재결합하는 층으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛이 생성된다. 캐비티층(130)은 단일양자우물(Single Quantum Well, SQW) 또는 복수 개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(Multiple Quantum Well, MQW) 구조를 포함할 수 있다. 다중양자우물 구조를 포함할 경우, 캐비티층(130)은 에너지 밴드가 서로 다른 우물층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 한번 또는 그 이상 적층되는 구조를 갖는다. 캐비티층(230)의 우물층(미도시)/장벽층(미도시)은 InGaAs/AlGaAs, InGaAs/GaAs 또는 GaAs/AlGaAs 등으로 구성될 수 있다.

캐비티층(130)은 추가적으로 산화막층을 더 포함한다. 산화막층은 산화(Oxidation)공정을 거치며 일정 길이의 산화된 부분으로서, 산화된 부분의 길이에 따라 출력되는 레이저의 특성 및 개구부의 직경을 결정한다. 산화막층은 제1 반사부(120) 및 제2 반사부(140)보다 높은 농도의 알루미늄(Al)으로 구성된다. 알루미늄 농도가 높을수록, 산화되는 속도가 증가한다. 산화막층이 양 반사부(210, 240)보다 상대적으로 높은 알루미늄 농도로 구현됨에 따라, 추후 산화를 진행함에 있어 선택적으로 산화를 진행할 수 있게 된다. 예를 들어, 산화막층은 Al 비율이 98% 이상의 AlGaAs로 구현되며, 각 반사부(120, 140)는 Al 비율이 0%~100% 사이의 AlGaAs로 구현될 수 있다.

제2 반사부(140)는 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, Al을 포함하는 반도체 물질인 AlGaAs로 구성될 수 있다. 제2 반사부(140)도 마찬가지로 복수의 DBR 페어로 구성된다. 다만, 전술한 대로, 제1 반사부(120)보다 상대적으로 적은 개수의 DBR 페어를 포함하기에 상대적으로 낮은 반사도를 갖는다. 이에, 캐비티(130) 층에서 발진되는 광 또는 레이저는 상대적으로 페어 수가 적어 낮은 반사도를 갖는 제2 반사부(140) 방향으로 발진된다.

캡층(150)은 제2 반사부(140) 상에 적층된다.

패시베이션층(160)은 캡층(150) 상에 도포되어 캡층(150)을 외부로부터 보호한다.

패시베이션층(164)은 제1 반사층(120), 캐비티층(130) 및 제2 반사층(140)의 측면과 패시베이션층(160) 상에 도포되어, 각 구성들을 외부로부터 보호한다.

패시베이션층(168)은 VCSEL(100)의 최외곽에 도포되어 각 구성들을 외부로부터 보호한다. 패시베이션층(168)은 메탈 패드층(180) 일부가 외부로 드러나도록 하는 구조를 가져, 외부에서 메탈 패드층(180)을 거쳐 제1 메탈층(170)으로 용이하게 전원이 공급될 수 있도록 한다.

제1 메탈층(170)은 제2 반사부(140)와 접촉하여, 제2 반사부(140)로 전원이 공급될 수 있도록 한다. 제1 메탈층(170)은 티타늄층(Ti), 질화 티타늄층(TiN), 백금층(Pt) 및 금층(Au)을 포함하는 p-메탈로 구현된다. 제1 메탈층(170)이 제2 반사부(140)의 (도 1을 기준으로) 상단에 형성됨에 따라, 메탈 패드층(180)을 거쳐 인가되는 전원을 제2 반사부(140)로 전달한다.

제2 메탈층(175)은 기판(110)의 하단에서 제1 반사부(120)로 전원이 공급될 수 있도록 한다. 제2 메탈층(175)은 외부로부터 인가되는 전원을 제1 반사부(120)로 전달한다. 제2 메탈층(175)은 제1 메탈층(170)과 반대로 n-메탈일 수 있다.

메탈 패드층(180)은 제1 메탈층(170)과 접촉하며, 외부로부터 공급되는 전원을 제1 메탈층(170)으로 전달한다.

이와 같은 구조를 갖는 VCSEL은 도 2 내지 6의 과정을 거치며 제조된다.

도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL의 제조과정을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 반사층(120), 캐비티층(130), 제2 반사층(140) 및 캡층(150)이 성장하고, 캡층(150) 상에 제1 메탈층(170)이 증착된다.

도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 성장한 각 레이어들이 메사구조로 식각되며, 캡층(150) 및 제1 메탈층(170) 상에 패시베이션층(160)이 도포된다.

도 4를 참조하면, 캐비티층(130) 내 또는 캐비티층(130)에 인접하여 산화막층이 형성되도록 산화과정이 진행된다. 메사 구조로 식각된 각 레이어 및 패시베이션층(160) 상에 패시베이션층(164)이 도포된다. 제1 메탈층(170)이 외부로 드러날 수 있도록 제1 메탈층(170) 상의 패시베이션층(160, 164)이 식각된다.

도 5를 참조하면, 패시베이션층(164) 상으로 메탈 패드층(180)이 증착된다.

도 6을 참조하면, 메탈 패드층(180) 상으로 패시베이션층(168)이 증착되며, 메탈 패드층(168)의 일부분이 드러나도록 패시베이션층(168)의 일부분이 식각된다. 한편, 제1 반사층(120) 등이 성장한 기판(110)의 일 면의 반대 면에 제2 메탈층(175)이 증착된다. 이때, 제2 메탈층(175)이 증착됨에 있어, 제2 메탈층(175)이 증착될 기판의 반대 면에 식각이 진행될 수 있다.

제2 메탈층(175)까지 증착된 후 어닐링 공정이 진행된다.

전술한 과정을 거치며 VCSEL이 제조될 수 있다. 다만, 발명의 배경이 되는 기술 부분에서도 지적하였듯이, 도 2, 도 4 및 도 6 등에서 언급되었듯이, 일부분만을 남겨두거나 일 부분을 식각함에 있어, 보통 PR(Photo Resist)를 이용한 식각이 진행된다. 그러나 종래의 VCSEL, 특히, 제1 메탈층의 구조나 형태를 PR 패터닝(Patterning)하고 전극 증착 공정 이후 PR 및 전극영역 이외의 금속을 제거하는 리프트 오프(Lift-off) 공정 시, 레이져 출력 영역의 레이어 상에 PR 및 금속 부유물들이 잔류하는 경우가 발생한다. 이처럼 PR 및 금속 부유물들이 레이어 상에 잔류할 경우, 출력될 레이저 빔의 품질에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제를 유발한다.

어닐링 공정은 통상 250℃ 내외의 온도에서 진행된다. 이때, 종래의 제1 메탈층은 티타늄층(Ti) 및 금층(Au)으로 구현되는데, 어닐링 공정과 같은 높은 온도에서 티타늄 원소는 금까지 확산되며 금과 반응하며 TiAu, TiAu₂, Ti₃Au 등의 합금으로 생성된다. 이처럼 생성되는 합금은 후술할 도 8과 같이 접촉 저항(Specific Resistance)을 상승시킨다. 접촉저항의 상승은 인가되어야 하는 전류의 상승을 야기하여, 출력될 레이저 빔 프로파일의 저하를 유발하고 많은 열을 발생시키는 문제를 유발한다.

또한, 종래의 제1 메탈층의 구조는 출력될 레이저 빔 프로파일의 조정도 곤란한 문제가 있었다,

이를 해결하기 위해 제1 메탈층은 도 7 내지 12에 도시된 구조를 갖는다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 단면을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층(170)은 티타늄층(710), 질화 티타늄층(720) 및 금층(740)을 포함한다. 나아가, 제1 메탈층(170)은 백금층(730)을 더 포함할 수 있다.

티타늄층(Ti, 710)은 반도체 기판 등 다른 레이어 성분 또는 다른 금속 성분과 금층(740) 사이에서 접착층 같은 역할을 수행한다.

백금층(730)은 티타늄층(710)과 금층(740) 사이에서 위치하여, 티타늄과 금 간 금속간 화합물(Intermetallic)이 형성되는 것을 방지한다. 다만, 어닐링 공정 등 고온의 환경에서 티타늄(710) 입자는 결정 입계(Grain Boundary)를 거치며 백금층(730)으로 확산될 수 있다. 백금층(730)으로 확산이 진행될 경우, 티타늄(710) 입자는 백금층(730)을 거쳐 금(740)과 합금을 형성할 수 있다. 이에, 백금층(730)만으로는 충분히 티타늄(710) 입자의 금층(740)으로의 확산을 방지하기 부족했다.

이에, 티타늄층(710)과 백금층(730) 사이에 추가적으로 질화 티타늄층(TiN, 720)이 배치된다. 질화 티타늄층(720)은 해당 위치에서 기 설정된 두께 이상을 가짐으로써, 티타늄층(710)과 금층(740) 간의 반응을 방지한다. 여기서, 기 설정된 두께는 350Å 내외일 수 있다. 질화 티타늄층(720)이 기 설정된 두께를 가질 경우, 제1 메탈층(170)의 접촉 저항이 그렇지 않을 경우에 비해 수배 내지 십수배 감소한다. 질화 티타늄층(720)의 존재로 인한 제1 메탈층(170)의 변화는 도 8 및 9에 도시되어 있다.

도 8은 금에 첨가되는 원소의 종류 및 양에 따라 변화하는 합금의 접촉저항의 변화를 도시한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과(Auger Electron Spectroscopy)를 도시한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 동일한 첨가량(예를 들어, 도 8에 도시된 2%)일 경우, 티타늄(Ti) 입자의 확산 속도가 다른 입자에 비해 현저히 빠른 것을 확인할 수 있다. 일정한 첨가량에서 티타늄 입자의 금으로의 확산으로 인한 접촉저항의 크기는 다른 입자에 비해 현저히 큰 것을 확인할 수 있다. 전술한 대로, 접촉 저항의 증가는 금과 다른 입자의 결합으로 인한 합금의 생성에 비례하기 때문에, 티타늄 입자의 확산 속도가 다른 입자들에 비해 현저히 빠름을 확인할 수 있다.

도 9를 참조하면, 제1 메탈층의 오거 전기 분광 결과를 참조하면, 스퍼터링 시간(Sputtering Time)이 0 내지 8분 가량일 때, 검출되는 입자는 대부분 금인 것을 확인할 수 있다.

한편, 13분 내지 18분 가량을 보면, 질화 티타늄과 티타늄 입자가 중첩되어 존재하는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 9에 도시된 그래프를 참조하면, 티타늄 입자는 질화 티타늄의 존재에 의해 질화 티타늄까지만 확산이 진행되며, 금까지는 확산이 진행되지 않음을 확인할 수 있다. 티타늄 입자는 질화 티타늄층에 의해 백금까지도 거의 확산이 진행되지 않음을 확인할 수 있다.

이처럼, 질화 티타늄층은 티타늄의 확산을 현저히 방지하기 때문에, 어닐링 과정 등을 거치며 티타늄이 고온에 노출되더라도, 티타늄층과 금층의 결합을 최소화하여 접촉 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이고, 도 11 및 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 메탈층의 구조를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 제1 메탈층(170)은 하나 이상의 노치(Notch, 1010)를 포함한다.

노치(1010)는 제1 메탈층(170) 내부와 외부를 관통하도록 제1 메탈층(170) 내에 형성된다. 노치(1010)는 하나 또는 둘 이상 형성될 수 있다.

노치(1010)가 둘 이상 형성될 경우, 기 설정된 간격마다 형성될 수 있다.

이처럼, 제1 메탈층(170) 내 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)에 의한 전류 밀도가 상대적으로 낮아지는 효과를 가져올 수 있다. 전류 밀도가 낮아질 경우, 출력될 레이저 빔의 빔 프로파일이 보다 균일해질 수 있다.

출력하여야 할 레이저 빔의 세기 및 그에 따라 인가되어야 할 전류의 세기를 고려하여, 제1 메탈층(170) 내 노치(1010)는 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 노치(1010)는 제1 메탈층(170)의 내부에 위치한 개구부와 외부에 위치한 개구부가 동일 선상에 위치한 형태를 가질 수도 있으나, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 메탈층(170)의 내부에 위치한 개구부(1010b)와 외부에 위치한 개구부(1010a)가 서로 다른 선상에 위치한 형태를 가질 수 있다. 개구부(1010a, 1010b) 간에는 서로 다른 위치에서 서로를 향하는 방향으로 일정 깊이만큼 식각되며, 단차 형태와 같이 양 개구부를 연결하는 연결부(1110)가 추가로 형성된다.

도 10에 도시된 형태로 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)의 둘레 방향으로 제1 메탈층(170)이 존재하지 않는 부위가 존재하게 된다. 이에 따라, 상대적으로 전류의 밀도가 보다 더 낮아질 수 있다. 반면, 도 11에 도시된 형태로 노치(1010)가 형성될 경우, 제1 메탈층(170)의 둘레 방향으로 상대적으로 제1 메탈층(170)이 덜 존재하는 부위는 있을 수 있어도, 제1 메탈층(170)이 존재하지 않는다. 이에 따라, 상대적으로 제1 메탈층(170)에서 발생하는 전류 밀도는 상대적으로 증가할 수 있다.

따라서, 제1 메탈층(170)은 노치(1010)의 개수 및 노치(1010)의 형태에 따라 보다 세밀하게 (출력될 레이저 빔 프로파일이 균일한 원형을 갖도록) 전류 밀도를 조정할 수 있다.

다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 노치(1010)는 제1 메탈층(170) 내에서 대각선 형태로 구현됨에 따라, 도 11에 도시된 형태의 노치(1010)와 유사한 효과를 불러올 수 있다.

또한, 노치(1010)는 전술한 대로, 제1 메탈층(170) 내부와 외부를 어떠한 형태로든 관통하도록 형성되기 때문에, 식각공정에서 사용되는 PR이 손쉽게 제1 메탈층(170) 등에서 잔류하지 않고 제거될 수 있도록 한다. 이에 따라, 제조과정에서 PR의 잔류로 인한 출력 레이저 빔의 프로파일 저하를 방지할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: VCSEL
110: 기판
120: 제1 반사층
130: 캐비티층
140: 제2 반사부
150: 캡층
160, 164, 168: 패시베이션층
170, 175: 메탈층
180: 메탈 패드층
710: 티타늄층
720: 질화 티타늄층
730: 백금층
740: 금층
1010: 노치
1110: 연결부
1120: 개구부

Claims (7)

1. 복수의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 페어를 포함하는 제1 반사부;
   상기 제1 반사부보다 상대적으로 적은 DBR 페어를 포함하는 제2 반사부;
   상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부의 사이에 위치하여, 상기 제1 반사부 및 상기 제2 반사부 중 어느 하나에서 생성된 홀(정공)과 나머지 하나에서 생성된 전자가 결합되며 광을 발진하는 캐비티층;
   상기 제2 반사부와 접촉하여, 상기 제2 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제1 메탈층;
   상기 제1 반사부로 전원이 공급될 수 있도록 하는 제2 메탈층; 및
   상기 제1 메탈층과 접촉하여, 외부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 메탈층으로 전달하는 메탈 패드층을 포함하고,
   상기 제1 메탈층은 티타늄층(Ti), 금층(Au), 상기 타티늄과 상기 금층 사이에 위치하는 백금층(Pt) 및 상기 타티늄층과 상기 백금층 사이에 위치하는 질화티타늄층(TiN)을 포함하고,
   상기 질화 티타늄층은 350Å을 기준으로 기 설정된 오차범위만큼의 두께를 가지며,
   상기 제1 메탈층은 하나 이상의 노치(Notch)를 포함하되,
   상기 노치는 상기 제1 메탈층의 내부에 위치한 개구부와 상기 제1 메탈층의 외부에 위치한 개구부가 서로 다른 위치에서 서로를 향하는 방향으로 기 설정된 깊이만큼 식각되며, 단차 또는 대각선 형태로 양 개구부를 연결하는 연결부가 형성된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 VCSEL.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐비티층 내 또는 상기 캐비티층에 인접하여 형성되는 산화막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 노치는,
   복수 개로 구현되는 경우 기 설정된 간격마다 형성되는 것을 특징으로 하는 VCSEL.
7. 제1항에 있어서,
   상기 노치는,
   기 설정된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 VCSEL.

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