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KR100384598B1 - 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저 - Google Patents

질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저 Download PDF

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KR100384598B1
KR100384598B1 KR10-2000-0071563A KR20000071563A KR100384598B1 KR 100384598 B1 KR100384598 B1 KR 100384598B1 KR 20000071563 A KR20000071563 A KR 20000071563A KR 100384598 B1 KR100384598 B1 KR 100384598B1
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Abstract

본 발명에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층 및 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 서로 접합된 터널접합 영역으로 구성된 전류주입구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 에피택셜 질화물반도체층에 매몰된 메사구조의 터널접합층을 전류주입구로 도입함으로써 상부 및 하부 오믹금속전극을 모두 n형 질화물반도체 표면에 형상시킬 수 있게 된다. n형 질화물반도체는 p형 질화물반도체보다 전기전도도가 훨씬 좋기 때문에 전류주입구 전 면적에 걸쳐 균일하게 전류를 주입시킬 수 있게 된다. 즉, 터널접합의 도입으로 전류퍼짐을 유도할 수 있게 되어 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

Description

질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저{Nitride compound semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser}
본 발명은 수직공진 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, 이하 'VCSEL')에 관한 것으로서, 특히 터널접합(tunnel junction) 구조를 가지는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저에 관한 것이다.
최근, VCSEL에 대한 관심이 증가되고 있다. VCSEL은 기판 표면에 수직으로 광을 방출하며, 2차원 배열이 가능하다는 등의 여러 장점을 갖고 있다. VCSEL은 통상적으로 하부 및 상부 미러스택(mirror stack)과, 그 사이에 개재된 활성영역을 포함하여 이루어진다.
VCSEL에 미러스택을 이용하는 것은 기술적으로 널리 확립되어 있다. 그러나, 미러스택을 이용할 경우 미러스택의 저 반사율로 인해 자외선 또는 가시광선 방출에 관련된 여러 가지 문제점이 나타난다. 일반적으로, 미러스택은 종종 미러쌍으로서 언급되기도 하는 다수 쌍의 층으로 이루어진다. 적층쌍은 굴절률이 서로 다르고 VCSEL의 다른 부분에 대해 격자 정합이 용이한 대개 두 가지의 재료로 구성된 재료계로 형성된다.
질화물반도체 VCSEL의 경우, 미러스택으로 AlGaN/GaN 재료계를 일반적으로이용한다. 그런데, Al 조성비가 증가하면 AlGaN와 GaN 간에 격자 부정합(lattice mismatch)이 커지게 되어 균열(crack)이 생기게 되기 때문에, Al 조성비를 크게 증가시킬 수 없다는 한계가 있다. 반대로, 작은 Al 조성비를 가진 AlGaN/GaN 미러스택을 사용할 경우는 AlGaN와 GaN 사이의 굴절률의 차이가 작기 때문에, 고 반사율을 얻기 어렵다. 따라서, 에피택셜 AlGaN/GaN 미러스택 대신 전자빔이나 스퍼터링으로 증착되는 SiO2/HfO2, SiO2/ZrO2등의 유전체 미러스택을 사용하기도 한다.
AlGaN/GaN 미러스택의 경우, Al 조성비가 증가할수록 AlGaN에 도핑이 어려워진다. GaN에 p형 도핑을 하더라도 정공농도는 1×1018cm-3를 넘기가 어려우며, Al 조성비가 20% 이상인 AlGaN에 p형 도핑은 거의 불가능하다. 설사 p형으로 도핑된다 하더라도 비저항이 수십 Ωcm 이상이기 때문에 AlGaN/GaN 미러스택을 통해서 광이 방출되는 활성 영역까지 전류를 흘려보낼 수 없다. 유전체 미러스택의 경우도, 유전체 미러스택이 부도체이기 때문에 유전체 미러스택을 통해 전류를 활성 영역까지 흘려보낼 수 없다.
이러한 미러스택의 제조 및 전류주입의 어려움에도 불구하고, 자외선/청색/녹색 발광이 가능한 질화물반도체 VCSEL은, 측면발광 레이저와는 달리 초소형의 레이저로서, 원형의 빔을 방출하고 2차원 배열이 가능하기 때문에, 고밀도 광학 데이터 기억 장치, 의학 기기 등에 매우 유용하게 응용할 수 있다.
기판 상에 에피택셜 AlGaN/GaN 로 이루어진 하부미러스택을 형성하고, 상기 하부미러스택 상에 InGaN/GaN 활성 영역과, 유전체로 이루어진 상부 미러스택을순차적으로 형성하여 VCSEL를 만든 다음에, 광 펌핑으로 VCSEL를 동작시키는 보고가 있다. 또한, 기판 상에 InGaN/GaN 활성 영역을 에피택셜로 형성한 후, 기판을 제거한 다음, 상기 활성 영역 양쪽 면 모두 SiO2/HfO2로 형성된 유전체 미러스택을 증착함으로써 VCSEL 구조를 완성하여, 광펌핑으로 VCSEL을 동작시키는 보고도 있다.
상기 두 보고의 경우 모두 전류주입에 의한 VCSEL 동작이 아니라, 광펌핑에 의한 동작이다. 즉, 아직까지 전류주입에 의한 VCSEL 개발이 제대로 이루어지지 못하고 있다. 그 이유는 상기에서 서술한 것처럼, AlGaN/GaN 나 유전체 미러스택을 통해서 전류를 활성 영역까지 주입시킬 수 없기 때문이다. 따라서, 활성 영역에 전류를 주입시키는 방법이 질화물반도체 VCSEL 개발의 핵심기술로 자리매김하고 있다.
전류주입을 위해서는 활성 영역이 있는 케비티 내(intra-cavity)에 오믹금속접촉을 형성해야 하며, 원하는 부분으로만 전류를 유도하여 주입하는 전류주입구(current aperture)가 있어야 한다. 이 경우, 전류는 오믹접촉층의 측면에서 주입되어 전류주입구를 통해 활성 영역으로 주입되게 되는데, 오믹접촉층이 p형 질화물반도체인 경우 비저항이 크기 때문에, 전류주입구 전 면적에 걸쳐 고루 전류가 주입되지 못하고, 전류주입구 가장자리로만 전류가 주입되어 VCSEL 구동이 불가능해지게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고농도로 도핑된 얇은 p-n 터널접합층을 전류주입구로 도입함으로써 하부오믹접촉층 및 상부오믹접촉층 모두 n형 질화물반도체층으로 형성하여 전류주입구 전 면적에 걸쳐 고루 전류주입이 가능하도록 하는 질화물반도체 VCSEL을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 11은 본 발명의 제11 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도;
도 12는 본 발명의 제12 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL를 설명하기 위한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10: 기판 10': n형 기판
10": 도전성 보조판 20: 하부미러스택
20': n형 하부미러스택 20": 유전체 하부미러스택
30: n형 하부오믹접촉층 40: n형 하부클래드층
40': p형 하부클래드층 50: 활성층
60: p형 상부클래드층 60': n형 상부클래드층
65: n형 보조클래드층 70, 70': 터널접합층
72: p형 질화물반도체층 74: n형 질화물반도체층
80: n형 상부오믹접촉층 90: 상부미러스택
90': n형 상부미러스택 100: n형 하부오믹금속전극
110: n형 상부오믹금속전극
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층 및 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 서로 접합된 터널접합 영역으로 구성된 전류주입구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 순차적으로 적층된 하부미러스택 및 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제3 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층의 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과; 상기 기판의 뒷면에 형성되는 하부미러스택; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제4 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 하부오믹접촉층 상에 순차적으로 적층된 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과,5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 메사형으로 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 하면에 메사형으로 형성된 하부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 상면 및 상기 n형 하부오믹접촉층의 하면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과; 상기 n형 상부오믹접촉층 상에 형성된 n형 오믹금속전극 및 상기 상부미러스택에 부착되는 도전성 보조판; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제5 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리 상에 형성된 n형 상부오믹금속전극과; 상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 기판, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제6 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 보조클래드층 및 n형 상부미러스택과; 상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 보조클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부미러스택 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과; 상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극;을 포함하며, 상기 n형 기판, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 보조클래드층, 터널접합층 및 n형 상부미러스택이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제7 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 순차적으로 적층된 하부미러스택 및 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제8 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제9 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과; 상기 기판의 뒷면에 형성되는 하부미러스택; 을 포함하며,
상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제10 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 하부오믹접촉층 상에 순차적으로 적층된 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과,5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 메사형으로 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 하면에 메사형으로 형성된 하부미러스택과; 상기 n형 하부오믹접촉층 하면 및 상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과; 상기 n형 상부오믹접촉층 상에 형성된 n형 오믹금속전극 및 상기 상부미러스택에 부착되는 도전성 보조판; 을 포함하며, 상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제11 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과; 상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과; 상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과; 상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 기판, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제12 예에 따른 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저는; n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부미러스택과; 상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과; 상기 n형 상부미러스택 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과; 상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며, 상기 n형 기판, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, 터널접합층 및 n형 상부미러스택이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 예에서, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층의 두께는 각각 10~1000Å인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층 사이에 델타도핑층이 더 개재될 수도 있다. 여기서, 상기 델타도핑층은 Si이 델타도핑되어 형성되는 Si 델타도핑층일 수도 있으며, Mg가 델타도핑되어 형성되는 Mg 델타도핑층과 Si이 델타도핑되어 형성되는 Si 델타도핑층의 복합층일 수도 있다.
제3예, 제4예, 제9예, 제10예에서, 상기 하부미러스택은 유전체로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1예 또는 제7예에서는 상기 하부미러스택이 에피택셜 질화물반도체로 이루어지거나 유전체로 이루어질 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서, 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며, 반복적인 설명은 생략한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 여기서, 질화물반도체라 함은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, x + y ≤1)을 말하며, n형 질화물반도체는 질화물반도체에 Si, O, Ge 또는 Sn 등이 도핑된 것을 말하고, p형 질화물반도체는 Mg, Zn, Cd 또는 Be 등이 도핑된 것을 말한다.
도 1을 참조하면, 사파이어 기판(10) 상에는 하부미러스택(20) 및 하부오믹접촉층(30)이 순차적으로 적층되어 있다. 기판(10)은 사파이어 이외에 SiC, GaN, Si, GaAs, ZnO, 또는 MgO로 만들어진 것일 수도 있다. 하부미러스택(20)은 기판(10) 상에 에피택셜로 성장된다. 전형적으로, 미러스택은 굴절율이 서로 다른 층을 교대로 적층시켜 구성한다. 일반적으로, 에피택셜로 형성된 미러스택은 AlN층과 GaN층 또는 AlGaN층을 교대로 적층시켜 구성한다. 원하는 반사율을 얻기 위해서는 일반적으로 20 내지 40쌍의 층이 필요하다.
n형 하부오믹접촉층(30)은 n형 질화물반도체로 이루어지는데, 보통 GaN층으로 형성되며, 이 외에도 AlGaN층 또는 InGaN층으로 형성될 수도 있다. n형 하부오믹접촉층(30)의 n형 도펀트의 도핑농도는 5×1017∼1×1019cm-3범위일 수 있다. 하부오믹접촉층(30)에 n형 도펀트를 너무 고농도로 도핑하면, 결정성이 나빠지고 표면이 거칠어지기 때문에, n형 하부오믹접촉층(30) 상에 형성되는 활성층(50)의 특성이 나빠져서 레이저 발진이 어려워진다. 또한, 도핑농도가 높으면, 전자의 농도가 많아지면서 전자에 의한 광손실도 많아진다. 반대로, n형 하부오믹접촉층(30)의 도핑농도가 너무 낮으면, 오믹접촉금속전극(100)으로부터 주입된 전류가 저항을 크게 느끼게 된다.
n형 하부오믹접촉층(30)의 중앙 상면에는 n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60) 및 n형 상부오믹접촉층(80)이 순차적으로 적층되어 메사(mesa)구조를 이룬다. 여기서, n형 하부클래드층(40)은 n형 질화물반도체로 이루어지는데, 단일층 또는 여러층으로 구성될 수 있으며, 통상 AlxGa1-xN(0 ≤x ≤0.5)층으로 형성된다. 그리고, p형 상부클래드층(60)은 p형 질화물반도체로 이루어지는데, 단일층 또는 여러층으로 구성될 수 있으며, 통상 AlxGa1-xN(0 ≤x ≤0.5)층으로 형성된다. n형 상부오믹접촉층(80)은 n형 질화물반도체로 이루어진다.
활성층(50)은 n형 하부클래드층(40)과 p형 상부클래드층(60)으로부터 각각주입된 전자와 정공이 만나 결합하여 발광하는 영역이다. 또한 하부미러스택(30)과 상부미러스택(60) 사이를 왕복운동하는 광에 의해 활성층(50)에서 발광되는 광이 증폭되기 때문에 활성층(50)은 게인미디엄(gain medium)으로서의 역할도 한다.
활성층(50)은 질화물반도체로 이루어지는데, InGaN/GaN로 이루어진 이중접합구조를 갖거나, GaN/InGaN/GaN로 이루어진 단일양자우물구조를 갖거나, 또는 GaN/InGaN/GaN/..../GaN/InGaN/GaN로 이루어진 다중양자우물구조를 갖을 수 있다. 여기서, GaN층은 장벽층의 역할을 하며, InGaN층은 우물층의 역할을 한다. 상기 장벽층은 우물층인 InGaN층의 In 조성비 보다 작은 In 조성비를 가진 InGaN층으로 형성될 수도 있으며, AlGaN층 또는 InGaAlN층으로 형성될 수도 있다. In 조성비 또는 우물층의 두께를 변화시키면서 활성층(50)의 발광파장이 350∼550nm 범위를 갖도록 조절할 수 있다.
p형 상부클래드층(60)과 n형 상부오믹접촉층(80) 사이에는 터널접합층(70)이 개재된다. 터널접합층(70)은 p형 상부클래드층(60)의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되며, n형 상부오믹접촉층(80)에 의해 매몰된 구조(buried structure)를 갖는다. 터널접합층(70)은 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층(72)과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층(74)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
터널접합층(70)은 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층을 시료 전면에 순차적으로 증착한 다음에, 시료를 결정성장 장치로부터 꺼내어 표준 리소그라피와메사에칭공정을 행하여 만든다. 터널접합층(70)의 메사 모양은 위에서 볼 때 원형이 적절하나 사각형이어도 무방하다. 메사가 원형일 경우 직경의 크기는 직경이 2∼50μm 가 되도록 하는 것이 좋다. 터널접합층(70)은 전류주입구의 역할을 하는 것이므로, 상기 메사의 크기에 의해 VCSEL의 전류주입구의 크기가 결정된다. 즉 VCSEL의 발광영역이 결정된다.
터널접합층(70)은 가능한 한 도핑농도를 높이고 두께는 얇게 해야 한다. 도핑농도가 높을수록 p-n 터널접합 계면에서 공핍층(depletion layer)의 두께가 수 내지 수십 Å으로 얇아지기 때문에 터널링 확률이 높아져서 터널접합 영역을 거쳐 전류가 잘 주입된다. 반면에, 도핑농도가 약 5×1021cm-3이하이면 p-n 터널접합 계면에서 공핍층의 두께가 두꺼워서 터널링 확률이 매우 낮아 터널접합 영역을 거쳐서 전류가 주입되지 않는다.
한편, p형 질화물반도체층(72) 및 n형 질화물반도체층(74)의 두께가 지나치게 두꺼워지면 균열이 생기거나 결정성이 나빠지며, 특히 도핑량이 높기 때문에 방출된 광의 손실이 높아져서 결국은 레이저 발진이 어려워진다. 따라서 p형 질화물반도체층(72) 및 n형 질화물반도체층(74)의 두께는 각각 10~1000Å으로 얇게 만드는 것이 바람직하다.
또한, 도핑농도를 증가시키기 위해 n형 질화물반도체층(74)을 형성하기 전에 p형 질화물반도체층(72) 상에 델타도핑을 행할 수도 있다. n형 도펀트를 도핑하여 상기 델타도핑을 행할 수도 있고, p형 도펀트와 n형 도펀트를 순차적으로 도핑하여상기 델타도핑을 행할 수도 있다.
n형 상부오믹접촉층(80)의 중앙 상면에는 상부미러스택(90)이 메사형태로 형성된다. 상부미러스택(90)의 메사모양은 전류주입구로 작용하는 터널접합층(70)의 메사 모양과 같은 것이 바람직하다. 또한 상부미러스택(90)의 메사 위치는 터널접합층(70) 바로 위에 오도록 하는 것이 바람직하다. 상부미러스택(90)은 유전체를 증착하여 형성한다. 질화물반도체 VCSEL에 사용하는 대표적인 유전체 미러스택으로는 SiO2/HfO2, SiO2/ZrO2등이 있으며, 에피텍셜 AlGaN/GaN 미러스택을 사용할 수도 있다.
n형 하부오믹접촉층(30) 및 n형 상부오믹접촉층(80)의 상면 가장자리에는 n형 하부오믹접촉층(30) 및 n형 상부오믹접촉층(80)과 각각 오믹접촉되는 n형 하부오믹금속전극(100) 및 n형 상부오믹금속전극(110)이 형성된다.
n형 상부오믹접촉층(80)은 p형 상부클래드층(60)과는 p-n접합을 이루며, 터널접합층(70)의 상면과는 n-n접합을 이룬다. 따라서, n형 상부오믹금속전극(110)에 양의 전압을 인가하고, n형 하부오믹금속전극(100)에 음의 전압을 인가하면, n형 상부오믹접촉층(80)과 p형 상부클래드층(60) 사이와, 터널접합층의 n형 질화물반도체층(74)과 p형 질화물반도체층(72) 사이에는 모두 역방향 바이어스(reverse bias)가 걸리게 된다. 이 때, 터널접합층(70)에서는 역방향 바이어스에 의해 터널링 전류가 흐르게 되지만, n형 상부오믹접촉층(80)과 p형 상부클래드층(60) 사이에는 터널링이 발생하지 않으므로 전류가 흐르지 않는다. 결국, 전류는 터널접합층(70)을통해서만 활성층(50)으로 주입되게 된다.
n형 상부오믹접촉층(80)에는 n형 상부오믹접촉층(80)과 p형 상부클래드층(60) 사이에 터널링이 발생하지 않을 정도로 도핑을 적게 해야 하는데, 도핑농도가 너무 낮으면, n형 상부오믹금속전극(110)에서 n형 상부오믹접촉층(80)으로 주입된 전류가 저항을 많이 받아, 전류가 제대로 터널접합층(70)으로 주입되지 않게 된다. 따라서, VCSEL의 전기적 특성이 나빠진다. n형 상부오믹접촉층(80)의 적절한 도핑농도는 통상 1×1018∼5×1018cm-3이며, 5×1017∼5×1019cm-3이어도 좋다.
n형 상부오믹접촉층(80)은 2층 이상으로 구성될 수도 있다. 예를 들면, p형 상부클래드층(60)의 상면과 터널접합층(70) 상면과 접하는 부분은 1×1016∼1×1018cm-3범위로 적게 도핑된 n형 질화물반도체를 형성하고, 상기 적게 도핑된 n형 질화물반도체 위에는 n형 상부오믹금속전극(110)의 오믹접촉특성을 좋게 하기 위해서 5×1017∼5×1019cm-3범위의 비교적 많이 도핑된 n형 질화물반도체를 형성할 수 있다. n형 상부오믹접촉층(80)의 아랫부분의 도핑농도가 낮기 때문에, p형 상부클래드층(60)과 n형 상부오믹접촉층(80)의 계면에서의 누설전류가 감소하게 된다.
터널접합층(70)의 도입으로 종래와 달리 n형 상부오믹접촉층(80)을 전기전도성이 p형 질화물반도체보다 수십 내지 수천 배 높은 n형 질화물반도체로 형성할 수 있게 되었다. 따라서, n형 오믹금속전극(100,110)을 통하여 전류를 주입할 때, 전류주입구의 역할을 하는 터널접합층(70) 전면적에 걸쳐 전류가 고루 주입되게 된다.
하부미러스택(20), n형 하부오믹접촉층(30), n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60), 터널접합층(70), n형 상부오믹접촉층(80) 및 상부미러스택(90)의 두께는 VCSEL의 발광파장에 따라 결정된다. 예컨대, VCSEL이 350-550nm 파장의 광을 발광하도록 하기 위해서는 미러스택을 구성하는 각 미러 층은 레이저 발광 파장의 1/4 과 등가인 광 두께를 갖으면 된다.
도 1의 질화물반도체 VCSEL의 발광원리를 간단히 설명하면 다음과 같다. 오믹금속전극(100,110)을 통하여 터널접합층(70)에 역방향 바이어스가 인가되면, p형 질화물반도체층(72)의 가전자대(valence band)에 있던 전자가 n형 질화물반도체층(74)으로 터널링하게 된다. 따라서, p형 질화물반도체층(72)에는 전자가 빈자리 즉, 정공(hole)이 생기게 되고, 이 정공은 역방향 바이어스에 의해서 p형 상부클래드층(60)을 거쳐 활성층(50)으로 주입되게 된다. 이렇게 활성층(40)으로 주입된 정공은 n형 하부오믹접촉층(30)을 통하여 활성층(50)으로 공급되는 전자와 재결합하게 되어 활성층(50)에서 광이 방출되게 된다.
[실시예 2]
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1과의 차이점은, n형 하부미러스택(20')이 n형 하부오믹접촉층(30) 중 앙 상면에 메사형으로 형성되고, n형 하부클래드층(40)이 n형 하부미러스택(20)상에 위치한다는 것이다. 즉, n형 하부오믹접촉층(30)과 n형 하부미러스택(20)의 위치가 서로 바뀌었다는 것이다.
이와같은 구조적 차이점 때문에, n형 하부오믹금속전극(100)을 통해서 전류가 주입되면 전류는 n형 하부미러스택(20')을 거쳐 활성층(50)으로 주입되게 된다. 따라서, 도 1과 달리, 하부미러스택이 전기전도도를 가지도록 n형 도펀트를 도핑한 n형 하부미러스택(20')을 사용하는 것이다. 이로써 비교적 고농도로 도핑된 n형 하부오믹접촉층(30)이 활성층(50)에서 멀리 떨어져 있게 되기 때문에 n형 하부오믹접촉층(30)의 도핑에 의한 광손실이 줄어들게 된다.
[실시예 3]
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1과의 차이점은, 유전체 하부미러스택(20")이 기판(10)의 뒷면에 위치한다는 것이다.
일반적으로, 에피택셜로 성장된 AlGaN/GaN 미러스택은 미러스택을 구성하는 AlGaN와 GaN 사이에 격자부정합과 열팽창계수의 차이에 의해서 균열이 생기기 쉽다. 특히, 결정성이 좋게 에피택셜 질화물반도체 미러스택을 사파이어 기판 상에 형성하기는 매우 어렵다. 왜냐하면 질화물반도체와 사파이어는 격자부정합이 크고 열팽창계수의 차이가 크기 때문이다.
따라서, 미러스택으로서 유전체 하부미러스택(20")을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서의 하부미러스택은 도전성을 갖을 필요가 없기 때문에 이와 같이 유전체로 형성하여도 무방하다. 유전체 하부미러스택(20")은 상하부오믹접촉층(30, 80), 상하부클래드층(40, 60), 활성층(50) 및 터널접합층(70)을 균열이 없는 에피택셜층으로 성장시킨 후에, 전자빔이나 스퍼터링으로 유전체를 증착하여 형성한다.
통상, 기판(10)으로 사용되는 사파이어는 두께가 100μm 이상이기 때문에 활성층(50)과 유전체 하부미러스택(20") 사이의 거리가 멀어서 광의 회절손실(diffraction loss)이 크게 된다. 따라서 회절손실은 줄이기 위해서 유전체 하부미러스택(20")을 증착하기 전에 기판(10) 뒷면을 부분적으로 에칭하여 마이크로 렌즈를 형성하여 광을 모아주는 역할을 할 수 있도록 한 후, 상기 마이크로 렌즈 표면에 유전체 미러스택을 증착하는 것이 바람직하다.
[실시예 4]
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, n형 하부오믹접촉층(30) 상에는 n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60) 및 n형 상부오믹접촉층(80)이 순차적으로 적층되어 있다. p형 상부클래드층(60)과 n형 상부오믹접촉층(80) 사이에는 터널접합층(70)이 개재된다. 터널접합층(70)은 p형 상부클래드층(60)의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되며, 상부오믹접촉층(80)에 의해 매몰된 구조(buried structure)를 갖는다. n형 상부오믹접촉층(80) 중앙 상면(上面)과 n형 하부오믹접촉층(30) 중앙 하면(下面)에는 상부미러스택(90)과 유전체 하부미러스택(20")이 메사형으로 각각 형성된다.
n형 하부오믹접촉층(30) 하면 및 n형 상부오믹접촉층(80) 상면 가장자리에는 n형 하부오믹접촉층(30) 및 n형 상부오믹접촉층(80)과 각각 오믹접촉되는 n형 하부오믹금속전극(100) 및 n형 상부오믹금속전극(110)이 형성된다.
도 4의 경우는 상술한 실시예들과는 달리 기판이 없다. 구체적으로 설명하면, 사파이어 기판 상에 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60), 터널접합층(70) 및 n형 상부오믹접촉층(80)을 순차적으로 형성하고, 상부미러스택(90)과 n형 상부오믹금속전극(110)을 형성한 다음에, 기판을 제거하고 n형 하부오믹접촉층(30)의 중앙 하면에 유전체 하부미러스택(20")과, n형 하부오믹금속전극(100)을 형성한다.
사파이어 기판은 자외선 고출력 펄스레이저를 사용하여 기판 뒷면에서 스케닝하는 레이저 리프트오프(lift-off) 방식으로 제거할 수 있다. 사파이어는 펄스레이저를 투과시키는 반면, 사파이어 기판 위에 성장한 GaN의 밴드갭 에너지는 펄스레이저의 에너지 보다 작기 때문에 레이저광을 흡수한다. 따라서 사파이어 기판과 GaN 계면근처의 GaN는 레이저에 의해 N이 탈착되어 Ga 금속이 많은 층이 형성되게 된다. 상기 Ga 금속이 많은 층은 화학약품 속에서 선택적으로 녹여낼 수 있다. 하부오믹접촉층(30)의 하면은 기판을 제거하는 동안 표면이 거칠어지므로, 래핑과 폴리싱을 행하여 표면을 편편하게 한 후 유전체 하부미러스택(20")을 형성한다.
기판이 없기 때문에 적층된 박막의 총 두께는 수 μm로 너무 얇기 때문에 다루기 힘들다. 따라서 에피택셜에 사용하는 기판을 제거하기 전에 n형 상부오믹금속전극(110)과 상부미러스택(90) 상면을 구리와 같이 전기전도성이 좋은 물질로 이루어진 도전성 보조판(10") 상에 부착시킨 다음, VCSEL 구조를 뒤집어서 상기 기판을 제거한다.
통상 기판으로 사용되는 사파이어는 두께가 100μm 이상이기 때문에 도 3의 경우는 광의 회절손실은 줄이기 위해서 유전체 하부미러스택(20")을 형성하기 전에 기판 뒷면을 부분적으로 에칭하여 마이크로 렌즈를 형성하여 광을 모아주는 역할을 할 수 있도록 하고 있으나, 여전히 활성층(50)과 유전체 하부미러스택(20") 사이의 거리가 멀기 때문에 회절손실을 줄이는데는 한계가 있다. 또한 발광파장의 보강간섭을 유지하기 위해 기판의 두께를 정확히 광학적 두께로 제어해야 하는 어려움이 있다.
도 4의 경우는 하부접촉층(30) 하면에 바로 유전체 하부미러스택(20")을 형성함으로써 이러한 회절손실과 두께조절의 어려움을 크게 감소시킬 수 있다.
[실시예 5]
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, n형 하부미러스택(20'), n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60) 및 n형 상부오믹접촉층(80)이 n형 기판(10') 상에 순차적으로 에피텍셜 성장된다. p형 상부클래드층(60)과 n형 상부오믹접촉층(80) 사이에는 터널접합층(70)은 p형 상부클래드층(60)의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되며, 상부오믹접촉층(80)에 의해 매몰된 구조(buried structure)를 갖는다.
n형 상부오믹접촉층(80)의 중앙 상면에는 상부미러스택(90)이 메사형태로 형성된다. n형 상부오믹접촉층(80) 상면 가장자리에는 n형 상부오믹금속전극(110)이 형성된다. n형 하부오믹금속전극(100)은 기판(10)과 오믹접촉되도록 n형 기판(10') 뒷면에 형성된다. 본 실시예에서는 n형 하부오믹접촉층(30)이 필요없다.
n형 하부오믹금속전극(100)을 통해서 전류가 주입되면 전류는 n형 기판(10')과 n형 하부미러스택(20')을 거쳐 활성층(50)으로 주입된다. 이 때문에, 기판(10')과 하부미러스택(20')이 전도성을 갖도록 n형 도펀트를 도핑하는 것이다.
최근에 GaN 기판이 개발이 되면서 n형 기판(10')으로서 n형 도펀트가 도핑된 GaN 기판을 사용할 수 있게 되었다. 따라서, 도 5에 따르면 기존의 GaAs계 VCSEL과 마찬가지로 기판 뒷면에 오믹전극을 형성할 수 있어서 공정이 단순화된다. GaAs계 VCSEL과는 달리, 터널접합층(70)의 존재로 말미암아 상부오믹접촉층(80)도 n형 기판(10')과 마찬가지로 n형 질화물반도체로 이루어지는 것이 특징이다.
특히, GaN 기판을 사용하면 사파이어 기판을 사용할 때 보다 에피택셜로 성장된 AlGaN/GaN 미러스택이 균열이 생길 가능성이 줄어든다. 따라서 n형 하부미러스택(20)으로서 n형 질화물반도체 미러스택을 사용할 수 있게 된다.
[실시예 6]
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 5와 달리 n형 상부미러스택(90')이 메사형으로 형성되는 것이 아니라, p형 상부클래드층(60) 상에 n형 보조클래드층(65) 및 n형 상부미러스택(90)이 순차적으로 에피텍셜 성장되고, 상부오믹금속전극(110)은 n형 상부미러스택(90') 상에 형성된다는 것이다. 또한, 상부미러스택(90')이 도전성을 갖도록 n형 도펀트가 도핑되었다는 것이 또 다른 차이점이다. 이 구조는 터널접합층(70)을 제외하고, n형 하부미러스택(20), n형 하부클래드층(40), 활성층(50), p형 상부클래드층(60), n형 보조클래드층(65) 및 n형 상부미러스택(90')을 n형 기판(10') 상에 순차적으로 에피텍셜 성장시키면 되므로 VCSEL 제조공정이 단순화된다.
도 6의 경우도, 터널접합층(70)의 존재로 n형 상부미러스택(90')으로서 n형 질화물반도체를 사용할 수 있게 된다. p형 미러스택은 AlGaN/GaN 계면의 에너지 장벽에 의한 저항이 높기 때문에 전류주입이 거의 불가능하다. 특히 Al 조성비가 높은 p형 AlGaN는 거의 불가능하기 때문에 p형 미러스택을 만들기 거의 불가능하다.
도 1 내지 도 6에서는 터널접합층(70)이 활성층(50) 상부에 위치하며, p형 질화물반도체층(72)과 n형 질화물반도체층(74)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. p형 도펀트로는 일반적으로 Mg를 많이 사용하는데, 에피텍셜 성장시키는 중에 Mg 소스 물질의 기억효과(memory effect) 때문에, p형 GaN 박막을 제작한 후에 n형 GaN박막을 형성하는 경우에 n형 GaN 박막의 전자농도가 영향을 받게 된다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 p형 질화물반도체층(72)을 형성한 후 1초 이상의 일정시간동안 성장멈춤을 하고, 그 다음에 n형 질화물반도체층(74)을 제조하는 것이 바람직하다. 그런데, p형 도펀트 소스의 기억효과를 완전히 배제하기는 어렵기 때문에, n형 질화물반도체층을 먼저 성장한 후 p형 질화물반도체층을 성장하여 터널접합층을 형성하는 것이 바람직하다.
따라서, 이하 실시예에서는 터널접합층을 하부클래드층 밑에 형성함으로써, 터널접합층이 n형 질화물반도체층 상에 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖도록 한 VCSEL의 여러 구조에 대해 설명한다.
[실시예 7]
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1과 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부오믹접촉층(30) 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다.
[실시예 8]
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2와 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부미러스택(20') 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다.
[실시예 9]
도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3과 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부오믹접촉층(30) 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다.
[실시예 10]
도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4와 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부오믹접촉층(30) 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다.
[실시예 11]
도 11은 본 발명의 제11 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한 단면도이다. 도 5와 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부미러스택(20') 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다.
[실시예 12]
도 12는 본 발명의 제12 실시예에 따른 질화물반도체 VCSEL을 설명하기 위한단면도이다. 도 6과 비교해 볼 때, 터널접합층(70')이 n형 하부미러스택(20') 상에 형성되며, p형 하부클래드층(40')에 의해 매몰되는 메사형 구조를 갖는다는 점이 다르다. 따라서, n형 보조클래드층(65)도 필요없다.
도 1내지 도 6과 달리 도 7 내지 도 12에서는 터널접합층을 하부클래드층 밑에 형성되기 때문에, 터널접합층(70')은 n형 질화물반도체층(74)과 p형 질화물반도체층(72)이 순차적으로 적층된 구조를 갖게 된다. 그리고, n형 하부클래드층(40)과 p형 상부클래드층(60) 사이에 활성층(50)이 개재되는 것이 아니라, p형 하부클래드층(40')과 n형 상부클래드층(60') 사이에 활성층(50)이 개재되는 구조를 갖게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 질화물반도체 VCSEL에 의하면, 에피택셜 질화물반도체층에 매몰된 메사구조의 터널접합층(70, 70')을 전류주입구로 도입함으로써 상부 및 하부 오믹금속전극을 모두 n형 질화물반도체 표면에 형상시킬 수 있게 된다. n형 질화물반도체는 p형 질화물반도체보다 전기전도도가 훨씬 좋기 때문에 전류주입구 전 면적에 걸쳐 균일하게 전류를 주입시킬 수 있게 된다. 즉, 터널접합의 도입으로 전류퍼짐을 유도할 수 있게 되어 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (19)

  1. 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층 및 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 서로 접합된 터널접합 영역으로 구성된 전류주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  2. 기판 상에 순차적으로 적층된 하부미러스택 및 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 가장자리와, 상기 n형 하부오믹접촉층 가장자리 상에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  3. 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  4. 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층의 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과;
    상기 기판의 뒷면에 형성되는 하부미러스택; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  5. n형 하부오믹접촉층 상에 순차적으로 적층된 n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 메사형으로 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 하면에 메사형으로 형성된 하부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 상면 및 상기 n형 하부오믹접촉층의 하면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 상에 형성된 n형 오믹금속전극 및 상기 상부미러스택에 부착되는 도전성 보조판; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  6. n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 상부오믹접촉층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리 상에 형성된 n형 상부오믹금속전극과;
    상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 기판, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  7. n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 보조클래드층 및 n형 상부미러스택과;
    상기 p형 상부클래드층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 n형 보조클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부미러스택 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과;
    상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 기판, n형 하부미러스택, n형 하부클래드층, 활성층, p형 상부클래드층, n형 보조클래드층, 터널접합층 및 n형 상부미러스택이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  8. 기판 상에 순차적으로 적층된 하부미러스택 및 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  9. 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  10. 기판 상에 형성된 n형 하부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 상면에 순차적으로 적층되어 메사형 구조를 이루는 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 및 상기 n형 하부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과;
    상기 기판의 뒷면에 형성되는 하부미러스택; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  11. n형 하부오믹접촉층 상에 순차적으로 적층된 p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부오믹접촉층의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 메사형으로 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 중앙 하면에 메사형으로 형성된 하부미러스택과;
    상기 n형 하부오믹접촉층 하면 및 상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리에 각각 형성되는 n형 오믹금속전극과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 상에 형성된 n형 오믹금속전극 및 상기 상부미러스택에 부착되는 도전성 보조판; 을 포함하며,
    상기 n형 하부오믹접촉층, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  12. n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부오믹접촉층과;
    상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 중앙 상면에 형성된 상부미러스택과;
    상기 n형 상부오믹접촉층 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과;
    상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 기판, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, n형 상부오믹접촉층 및 터널접합층이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  13. n형 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층 및 n형 상부미러스택과;
    상기 n형 하부미러스택의 중앙 상면에 메사 형태로 형성되어 상기 p형 하부클래드층에 의해 매몰되며 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 n형 도펀트가 도핑된 n형 질화물반도체층과, 5×1018~ 1×1021cm-3의 농도로 p형 도펀트가 도핑된 p형 질화물반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 터널접합층과;
    상기 n형 상부미러스택 상면 가장자리에 형성된 n형 상부오믹금속전극과;
    상기 n형 기판의 뒷면에 형성된 n형 하부오믹금속전극; 을 포함하며,
    상기 n형 기판, n형 하부미러스택, p형 하부클래드층, 활성층, n형 상부클래드층, 터널접합층 및 n형 상부미러스택이 질화물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층의 두께가 각각 10~1000Å인 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  15. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층 사이에 게재되는 델타도핑층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수지공진 표면발광 레이저.
  16. 제4항, 제5항, 제10항, 또는 제11항에 있어서, 상기 하부미러스택이 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  17. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층 사이에 게재되며, Si이 델타도핑되어 형성되는 Si 델타도핑층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  18. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 터널접합층의 p형 질화물반도체층 및 n형 질화물반도체층 사이에 게재되며, Mg가 델타도핑되어 형성되는 Mg 델타도핑층과 Si이 델타도핑되어 형성되는 Si 델타도핑층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
  19. 제2항 또는 제8항 중에 있어서, 상기 하부미러스택이 에피택셜 질화물반도체로 이루어지거나 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물반도체 수직공진 표면발광 레이저.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230010035A (ko) * 2021-07-09 2023-01-17 베르티라이트 컴퍼니.,리미티드. 수직 공동 표면 발광 레이저

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6724013B2 (en) * 2001-12-21 2004-04-20 Xerox Corporation Edge-emitting nitride-based laser diode with p-n tunnel junction current injection
US6839370B2 (en) 2001-12-31 2005-01-04 Agilent Technologies, Inc. Optoelectronic device using a disabled tunnel junction for current confinement
US6936486B2 (en) * 2002-11-19 2005-08-30 Jdsu Uniphase Corporation Low voltage multi-junction vertical cavity surface emitting laser
US7170097B2 (en) 2003-02-14 2007-01-30 Cree, Inc. Inverted light emitting diode on conductive substrate
KR100580751B1 (ko) 2004-12-23 2006-05-15 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100662191B1 (ko) 2004-12-23 2006-12-27 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN112531463B (zh) 2017-01-16 2024-03-26 苹果公司 在同一基板上组合不同散度的发光元件
US11381060B2 (en) 2017-04-04 2022-07-05 Apple Inc. VCSELs with improved optical and electrical confinement
JP7155723B2 (ja) * 2018-08-02 2022-10-19 株式会社リコー 発光素子及びその製造方法
JP7190865B2 (ja) * 2018-10-18 2022-12-16 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子
JP7166871B2 (ja) 2018-10-18 2022-11-08 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子
WO2020172077A1 (en) 2019-02-21 2020-08-27 Apple Inc. Indium-phosphide vcsel with dielectric dbr
WO2020205166A1 (en) 2019-04-01 2020-10-08 Apple Inc. Vcsel array with tight pitch and high efficiency
WO2020231714A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-19 The Regents Of The University Of California Vertical cavity surface emitting laser with buried tunnel junction as current confinement aperture
JP7283694B2 (ja) * 2019-05-16 2023-05-30 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型面発光素子
US11374381B1 (en) 2019-06-10 2022-06-28 Apple Inc. Integrated laser module
CN115461944A (zh) * 2020-04-27 2022-12-09 苹果公司 具有受控波长的集成垂直发射器结构
JP2023181565A (ja) * 2020-11-04 2023-12-25 ソニーグループ株式会社 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
DE112022000703T5 (de) 2021-01-20 2023-11-16 Sony Group Corporation Oberflächenemittierender laser, elektronische vorrichtung und verfahren zum herstellen eines oberflächenemittierenden lasers
US20240332900A1 (en) * 2023-03-27 2024-10-03 Ii-Vi Delaware, Inc. Bottom surface emitting vertical cavity surface emitting laser
CN117937236B (zh) * 2023-12-22 2024-08-20 江西杰创半导体有限公司 可见光vcsel芯片及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5557627A (en) * 1995-05-19 1996-09-17 Sandia Corporation Visible-wavelength semiconductor lasers and arrays
WO1998007218A1 (en) * 1996-08-09 1998-02-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with tunnel junction
FR2761822B1 (fr) * 1997-04-03 1999-05-07 Alsthom Cge Alcatel Laser semiconducteur a emission de surface

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230010035A (ko) * 2021-07-09 2023-01-17 베르티라이트 컴퍼니.,리미티드. 수직 공동 표면 발광 레이저
KR102722539B1 (ko) * 2021-07-09 2024-10-29 베르티라이트 컴퍼니.,리미티드. 수직 공동 표면 발광 레이저

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