KR100982423B1

KR100982423B1 - 이중채널 전류주입구조를 구비하는 면발광 레이저 소자

Info

Publication number: KR100982423B1
Application number: KR1020040113925A
Authority: KR
Inventors: 김택; 김기성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-09-15
Also published as: US20060140234A1; US7539229B2; KR20060074935A; JP2006191051A

Abstract

본 발명은 이중의 전류주입채널을 이용하여 활성층에서 균일한 전류밀도를 얻을 수 있는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(vertical external cavity surface emitting laser; VECSEL)에 관한 것이다. 본 발명의 한 유형에 따르면, 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층을 구비하는 면발광 레이저 소자는, 상기 활성층의 광방출 영역인 개구부(aperture)의 중심을 향해 전류를 주입하며, 상기 개구부 보다 작은 직경을 갖는 제 1 전류주입채널; 및 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하며, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽에 위치하는 제 2 전류주입채널;을 포함하는 이중채널 전류주입구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중채널 전류주입구조를 구비하는 면발광 레이저 소자{Surface emitting laser device having double channeled structure}

도 1은 종래의 면발광 레이저의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 2는 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 3은 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 다른 구조를 도시하는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 면발광 레이저 소자의 구조를 개략적으도 도시하는 단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 레이저 소자의 전류주입채널 및 활성층에서의 전류밀도 프로파일을 도시한다.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 면발광 레이저 소자의 구조를 개략적으도 도시하는 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 구조를 도시하는 단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

11.....기판 12a,12b....하부 및 상부 DBR

13.....활성층 16.........고저항 영역

17.....전류전달층 18.........금속 콘택

35.....전류차단층 36a,36b....전류통과층

90.....SHG 결정 95.........외부 미러

본 발명은 이중채널 전류주입구조를 구비하는 면발광 레이저 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 두 개의 전류주입채널을 이용하여 활성층에서 균일한 전류밀도를 얻을 수 있는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(vertical external cavity surface emitting laser; VECSEL)에 관한 것이다.

도 1은 발진되는 빔이 기판에 수직한 방향으로 방출되는 면발광 레이저(또는, 수직 공진기형 면발광 레이저)(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 VCSEL(100)은, 예컨대, n-GaAs와 같은 물질로 이루어진 기판(111) 위에 하부 분산 브래그 반사기층(distributed brag reflector; DBR)(113), 활성층(114), 및 상부 분산 브래그 반사기층(116)이 연속적으로 적층된 구조이다. DBR층(113,116)은 레이저의 발진 파장에 대해 매우 높은 반사율을 갖도록 형성된 반사층으로서, 하부 DBR층(113)은 n-도핑된 n-형 DBR층이며, 상부 DBR층(116)은 p-도핑된 p-형 DBR층이다. 상기 상부 DBR층(116)에는 활성층(114)에 전류를 인가하기 위한 금속 콘택 (117)이 형성되어 있다. 이러한 구조에서 활성층(114)에 전류가 인가되면, 정공과 전자가 활성층(114) 내에서 재결합하여 빛이 발생한다. 이 빛은 상부 DBR층(116)과 하부 DBR층(113) 사이에서 반사를 반복하면서 활성층(114) 내에서 증폭된 후, 상부 DBR층(116)을 통해 방출된다.

그런데, 이러한 VCSEL(100)의 경우, 수평 방향의 저항이 수직 방향의 저항에 비해 대단히 크기 때문에, 활성층(114)의 전체 영역에서 전류밀도가 고르지 못하고 활성층(114)의 광방출 영역인 개구부(aperture)의 가장자리에 전류가 밀집되는 현상(current crowding)이 발생한다. 도 1에서 "A"로 지시된 곡선은 활성층(114)에서의 전류밀도 프로파일이다. 곡선(A)를 통해 알 수 있듯이, 활성층(114) 중심부에서는 수평 방향의 높은 저항으로 인해 전류밀도가 크게 낮아진다. 이러한 현상은 VCSEL에서의 단일 횡모드 발진을 어렵게 한다. 이러한 문제를 개선하기 위하여, 종래의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 DBR층(116)의 아랫면 주변을 선택적으로 산화시켜 산화층(115)을 형성함으로써 활성층(114)의 개구부의 크기를 약 5㎛ 정도로 제한하였다. 산화층(115) 대신에 이온주입층을 사용하기도 한다. 따라서, 종래의 VCSEL은 개구부의 크기가 작기 때문에 출력이 수 mW에 불과하다는 단점이 있다.

수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL)는 고출력 동작을 구현하기 위하여 새로이 제안된 레이저 소자이다. 상기 VECSEL은 외부 미러를 통해 이득 영역을 증가시킴으로써 최소 수백 mW 이상의 고출력을 얻도록 한 것이다. 도 2는 이러한 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL)의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 VECSEL(120)은, 기판(121), 하부 DBR층(122), 활성층(123), 상부 DBR층(124), 및 오목한 외부 미러(126)를 포함한다. 여기서, 레이저 공진기는 하부 DBR층(122)과 상부 DBR층(124) 사이에, 그리고 하부 DBR층(122)과 외부 미러(126) 사이에 각각 형성된다. 이러한 구조에서, 활성층(123)에서 발생한 빛은, 하부 DBR층(122)과 상부 DBR층(124) 사이, 그리고 하부 DBR층(122)과 외부 미러(126) 사이에서 반사를 되풀이하면서 활성층(123)을 왕복한다. 이러한 과정을 통해 활성층(123) 내에서 증폭된 특정 파장(λ₂)의 빛의 일부는 외부 미러(126)를 통해 레이저빔으로서 외부로 출력되며, 나머지는 다시 반사되어 광펌핑에 사용된다.

상기 VECSEL(120)에서 활성층(123)을 여기시키는 방법에는 두 가지가 있다. 첫째는, 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프 레이저(127)를 통해 레이저빔의 파장(λ₂) 보다 짧은 파장의 광빔(λ₁)을 활성층(123)에 입사시키는 광펌핑 방법이다. 또 하나의 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 DBR층(124)에 형성된 금속 콘택을 통해 활성층(123)에 전류를 인가시키는 전기펌핑 방법이다. 그런데, 전기펌핑에 의한 방법을 사용할 경우, 상술한 VCSEL의 단점이 여전히 문제가 된다. 더욱이, VECSEL의 경우 출력이 높기 때문에 개구부의 크기가 대략 20~100㎛ 정도로 대단히 크다. 따라서, 개구부 가장자리에 전류가 밀집되는 문제는 더욱 심화되며, 고출력일수록 단일 횡모드 발진이 더욱 어려워진다.

도 3에 도시된 레이저는 이러한 문제를 개선하기 위한 것으로, "High power laser devices"라는 명칭으로 Aram Mooraian 등에 의해 1997년 7월 7일 출원된 미 국특허공보 제6,243,407호에 개시된 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 장치(130)는, p-형 DBR층(131), 활성층(132), n-형 DBR층(133), 기판(134), 및 외부 미러(138)를 포함한다. 그리고, p-형 DBR층(131) 하부에는 원형 콘택층(135)이 형성되어 있으며, 기판(134)의 상부에는 고리형 콘택층(136)이 형성되어 있어서, 이들 콘택층(135,136)을 통해 활성층(132)에 전류가 주입된다. 기판(134)은 발진 파장에 대해 투명하도록 선택된 n-GaAs를 사용하며, 약 500㎛의 두께로 형성된다. 이러한 구조에서, 레이저 공진기는 p-형 DBR층(131)과 n-형 DBR층(133) 사이에, 그리고 p-형 DBR층(131)과 외부 미러(138) 사이에 각각 형성된다. 한편, 빛의 주파수를 2배로 만드는 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation; SHG) 결정(137)을 외부 공진기(138)와 기판(134) 사이에 추가적으로 배치할 수도 있다.

도 3을 통해 알 수 있듯이, 상기 미국특허에 개시된 레이저 소자(130)는, 활성층(132)에서 발생한 빛이 기판(134)을 통과하도록 설계되었다. 즉, p-형 DBR층(131)과 외부 미러(138)에 의해 형성되는 레이저 공진기 내에 기판(134)이 배치된다. 이는, 두께가 비교적 두꺼운 기판(134)을 통해 전류(139)가 흐르는 동안 수평 방향으로 전류가 충분히 확산될 수 있도록 함으로써, 상술한 전류 밀집 현상을 완화시키고자 하는 것이다. 따라서, 상기 레이저 소자(130)는 단일 횡모드 발진이 가능하게 된다.

그러나, 도 3의 레이저 소자(130)는 다음과 같은 단점이 있다. 즉, 기판(134)의 재료로서 통상 사용되는 n-GaAs에 의한 자유 캐리어의 흡수(free carrier absorption)가 소자의 출력 및 효율을 제한하게 된다. 특히, 빔이 통과해야 할 n- GaAs기판의 두께가 수백 ㎛ 정도로 두꺼우므로, 이로인한 손실이 무시할 수 없는 수준이 된다.

또한, 일반적인 VECSEL의 경우, 레이저 공진기에서 공진하는 전체 광에너지 중, 예컨대, 약 30%는 상하부 DBR층 사이에 형성된 레이저 공진기 내에 분포하며, 약 70%는 DBR층과 외부 미러 사이에 형성된 레이저 공진기 내에 분포한다. 반면, 도 3의 레이저 소자(130)의 경우에는, 자유 캐리어의 흡수에 의한 손실을 낮추기 위해, DBR층(131)과 외부 미러(138) 사이에 형성된 레이저 공진기 내에 약 30%의 광에너지를 분배한다. 그런데, 기판(134)과 외부 미러(138) 사이의 SHG 결정(137)은 광에너지에 비례하여 효율이 높아지는 특성이 있다. 따라서, 도 3에 도시된 레이저 소자(130)는 전체적으로 효율의 저하를 가져올 수밖에 없다. 더욱이, 활성층(132)과 외부 미러(138) 사이의 거리가 멀기 때문에, 빛이 어느 정도 퍼진 상태에서 SHG 결정(137)에 도달하면서 SHG 변환 효율이 더욱 감소할 수 있다.

또한, 외부 미러(138)와 DBR층(131) 사이에 기판(134)과 공기(air)가 함께 있기 때문에, 공진조건을 만족시키기도 매우 까다롭다. 뿐만 아니라 광경로가 길어지면서, 외부 미러(138)에 의해 반사된 광이 DBR층(131) 위에 정확하게 수렴될 수 있도록 하기 위해서는, 외부 미러(138)의 오목면을 제조하는데 보다 큰 정밀도가 요구된다.

더욱이, 기판(134)의 상면으로부터 일방향으로 제조공정이 진행하지 않고, 기판(134)의 하면으로도 제조공정이 추가되기 때문에, 제조공정이 매우 복잡해진다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은, 횡방향으로의 전류 확산을 간단한 구성으로 구현함으로써, 자유 캐리어의 흡수에 의한 손실이 없으며 제조 공정이 간단한 고출력 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 유형에 따르면, 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층을 구비하는 면발광 레이저 소자는, 상기 활성층의 광방출 영역인 개구부(aperture)의 중심을 향해 전류를 주입하며, 상기 개구부 보다 작은 직경을 갖는 제 1 전류주입채널; 및 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하며, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽에 위치하는 제 2 전류주입채널;을 포함하는 이중채널 전류주입구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 이중채널 전류주입구조는, 상기 활성층에 전류를 주입하기 위한 전류전달층; 및 상기 전류전달층의 내부에 매립된 고리 형태의 고저항 영역;을 포함하며, 상기 고리 형태의 고저항 영역 안쪽에 상기 제 1 전류주입채널을 형성할 수 있도록 상기 고저항 영역의 내경이 상기 개구부의 직경 보다 작고, 상기 고리 형태의 고저항 영역 바깥쪽에 상기 제 2 전류주입채널을 형성할 수 있도록 상기 고저항 영역의 외경이 상기 개구부의 직경 보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 이중채널 전류주입구조는, 활성층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층; 상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전 류전달층; 상기 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입채널을 형성하는 제 1 전류통과층; 및 상기 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 2 전류주입채널을 형성하는 제 2 전류통과층;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 이중채널 전류주입구조는, 활성층으로 전류를 주입하기 위한 제 1 전류전달층; 상기 제 1 전류전달층 위에 형성된 것으로, 상기 제 1 전류전달층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층; 상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 제 2 전류전달층; 상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 것으로, 상기 제 1 전류주입채널을 형성하는 제 1 전류통과층; 및 상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 것으로, 상기 제 2 전류주입채널을 형성하는 제 2 전류통과층;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자는, 상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전류전달층; 및 상기 전류전달층의 내부에 매립된 고리 형태의 고저항 영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래 그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자는, 상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성된 것으로, 상기 상부 분산 브래그 반사층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층; 상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전류전달층; 상기 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 상부 분산 브래그 반사층과 접촉하는 제 1 전류통과층; 및 상기 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 상부 분산 브래그 반사층과 접촉하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자는, 상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성된 제 1 전류전달층; 상기 제 1 전류전달층 위에 형성된 것으로, 상기 제 1 전류전달층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층; 상기 전류차단층 위에 형성된 제 2 전류전달층; 상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 제 1 전류통과층; 및 상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 면발광 레이저 소자의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 면발광 레이저 소자(10)는, 기판(11), 상기 기판(11) 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층(distributed brag reflector; DBR)(12a), 상기 하부 분산 브래그 반사층(12a) 위에 형성된 활성층(13), 상기 활성층(13) 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층(12b) 및 상기 상부 분산 브래그 반사층(12b) 위에 형성된 전류전달층(17)을 포함하고 있으며, 상기 전류전달층(17)의 내부에는 고리 형태의 고저항 영역(16)이 매립되어 있다. 또한, 종래와 마찬가지로, 상부 DBR층(12b)의 아랫면 주변을 선택적으로 산화시켜 산화층(14)을 형성함으로써, 활성층(13)의 광방출 영역인 개구부(aperture)를 소정의 크기로 제한할 수도 있다. 이때, 산화층(14) 대신에 이온주입층을 사용하기도 한다.

여기서, 기판(11)은, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용할 수 있다. 활성층(13)은 복층의 양자우물 구조로 형성되어, 예컨대, 적외선 영역과 같은 소정의 파장을 갖는 광을 발생시킨다. 하부 및 상부 DBR층(12a,12b)은 레이저 소자(10)의 발진 파장에 대해 매우 높은 반사율을 갖도록 형성된 복층 구조의 반사층으로서, 하부 DBR층(12a)은 n-도핑된 n-형 DBR층이며, 상부 DBR층(12b)은 p-도핑된 p-형 DBR층이다. 또한, 금속 콘택(18)에 인가된 전류를 활성층(13)으로 전달하는 전류전달층(17)은, 예컨대, p-GaAs와 같은 p-형 반도체 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 상술한 n-형과 p-형의 위치는 예시적인 것으로, n-형과 p-형의 위치를 뒤바꾸는 것도 가능하다. 즉, p-형 기판, p-형 하부 DBR층, n-형 상부 DBR층 및 n-형 전류전달층을 사용할 수도 있다.

한편, 도 4의 단면도에서는, 두 개의 고저항 영역(16)이 있는 것으로 보이나, 레이저 소자(10)의 상면에서 보면, 상기 고저항 영역(16)은 활성층(13)의 개구부 둘레와 대향하도록 형성된 하나의 고리 형태이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 고리 형태의 고저항 영역(16)의 내경은 활성층(13)의 개구부의 직경 보다 작고, 외경은 상기 개구부의 직경 보다 커야 한다. 상기 고저항 영역(16)은, 예컨대, 공지된 이온 주입법(ion implantation)을 이용하여 상기 전류전달층(17) 내에 완전히 매립되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 전류전달층(17)의 상면에서 약 300~400eV의 에너지로 이온을 주입한 후, 상기 전류전달층(17)을 어닐링 한다. 그러면, 이온 주입에 의해 형성된 고저항 영역이 전류전달층(17) 내에 완전히 매립될 수 있다.

상기 고저항 영역(16)으로 인해, 전류전달층(17) 상면의 둘레에 형성된 금속 콘택(18)을 통해 인가되는 전류는, 화살표로 표시한 바와 같이, 전류전달층(17) 내에서 상기 고저항 영역(16)을 회피하여 두 개의 전류주입채널(Ch1,Ch2)을 통해 활성층(13)으로 유입된다. 따라서, 상기 전류전달층(17)과 고저항 영역(16)은 이중채널의 전류주입구조를 이룬다.

앞서 설명한 바와 같이, 고리 형태의 고저항 영역(16)의 내경은 활성층(13)의 개구부의 직경 보다 작고, 외경은 개구부의 직경 보다 크다. 따라서, 상기 고리 형태의 고저항 영역(16) 안쪽에 형성된 제 1 전류주입채널(Ch1)은 상기 활성층(13)의 개구부의 중심을 향해 전류를 주입한다. 또한, 상기 고리 형태의 고저항 영역 (16) 바깥쪽 둘레에 형성된 제 2 전류주입채널(Ch2)은 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입한다. 이때, 상기 제 1 전류주입채널(Ch1)의 직경이 활성층(13)의 개구부의 직경 보다 작기 때문에, 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전류주입채널(Ch1)을 통과한 전류는 활성층(13)의 중심부로부터 가장자리 쪽으로 분산된다. 또한, 제 2 전류주입채널(Ch2)이 활성층(13)의 개구부 보다 반경 방향으로 바깥쪽 둘레에 위치하기 때문에, 상기 제 2 전류주입채널(Ch2)을 통과한 전류는 활성층(13)의 가장자리를 향해 이동한다.

이렇게 전류가 제 1 및 제 2 전류주입채널(Ch1,Ch2)을 통해 활성층(13)으로 인가될 때, 전류전달층(17)의 A-A' 단면에서의 전류밀도 프로파일은 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a를 통해 알 수 있듯이, 제 1 전류주입채널(Ch1)의 단면에서는 중심부에서 전류밀도가 크게 낮아지는 쌍봉 형태의 전류밀도 프로파일을 보인다. 즉, 제 1 전류주입채널(Ch1)의 가장자리 부근에서 각각 전류밀도가 피크(P₁,P₂)를 이룬다. 앞서 설명한 바와 같이, 이는 수평 방향의 저항이 수직 방향의 저항에 비해 대단히 크기 때문이다. 또한, 금속 콘택(18) 바로 아래에 있는 제 2 전류주입채널(Ch2)의 경우, 전류밀도가 거의 일정하게 유지되다가 제 2 전류주입채널(Ch2)의 가장자리를 벗어나면서 급격히 작아진다.

그러나, 제 1 및 제 2 전류주입채널(Ch1,Ch2)의 좁은 영역을 통과하여 활성층(13)에 도달하는 과정에서, 전류는 활성층(13)의 넓은 영역으로 분산되어 도 5b에 도시된 것과 같은 전류밀도 프로파일을 갖게 된다. 즉, B-B' 단면에서는, 제 1 및 제 2 전류주입채널(Ch1,Ch2)을 통과한 전류가 점선으로 표시된 것처럼 분산된다. 그 결과, 활성층(13)에서는, 도 5b의 실선으로 도시된 바와 같이, 분산된 전류 부분들이 합쳐지면서 전체적인 전류밀도분포가 활성층(13) 전체 영역에 걸쳐 균일하게 되는 이상적인 형태가 된다. 따라서, 본 발명에 따른 레이저 소자는 이상적인 단일 횡 모드 발진이 가능하게 된다. 그 결과, 종래와는 달리 30~200㎛ 정도의 매우 큰 직경을 갖는 활성층을 형성하는 것이 가능하므로, 고출력의 단일 횡모드 발진 레이저 소자를 제조하는 것이 가능해진다.

도 6에 도시된 레이저 소자(20)는, 상부 DBR층과 활성층 사이에 터널 접합층(tunnel junction)을 더 삽입한 구조이다. 본 발명에서, 상기 터널 접합층(29)은 수직방향으로의 저항을 상대적으로 증가시킴으로써, 도 5b에 도시된 바와 같은 횡방향으로의 전류 분산을 더욱 용이하게 하는 역할을 하는 것이다. 즉, 터널 접합층(29)을 통해 수직 방향의 저항을 크게 하여 활성층(23) 내에서 전류밀도분포를 더욱 균일하게 함으로써 보다 우수한 단일 횡모드 발진이 가능하게 한다.

공지된 바와 같이, 이러한 터널 접합층(29)은 비교적 높은 농도로 도핑된 p+ 반도체층과 n+ 반도체층이 접합된 구조이다. 일반적으로, p형 및 n형의 불순물 양을 증가시켜 도핑 농도를 높이면, 두 반도체층 사이의 경계상태가 바뀌면서, 전자가 에너지 장벽을 넘지 않고 통과하는 터널링 효과로 인해 두 반도체층 사이에 전류가 흐른다는 것이 알려져 있다. 이때, 도핑 농도가 높을수록 밴드갭이 작아져서 전자가 에너지 장벽을 통과할 때 발생하는 저항이 낮아진다. 따라서, 터널 접합층은 통상적으로 n-p-n 접합과 같이 전류가 흐르지 않는 구조에서, 전류를 흐르게 할 필요가 있을 때 사용하며, 가능한 도핑 농도를 높임으로써 저항 값을 낮추려 한다. 그러나, 본 발명의 경우에는, 통상적으로 사용하는 터널 접합의 경우에 비해 도핑 농도를 낮춤으로써, 전자가 터널 접합을 통과할 때 큰 저항이 발생하도록 한다. 그 결과, 수직방향으로 큰 저항값을 갖는 터널 접합(29)을 통과하는 동안, 전류가 횡방향으로 상대적으로 더 많이 진행하기 때문에, 활성층(23)에서 전류밀도는 비교적 균일하게 된다.

본 실시예에 따른 레이저 소자(20)의 경우, 터널 접합(29)을 구성하는 p-형 반도체층과 n-형 반도체층의 도핑 농도가 너무 낮으면 터널링 현상이 발생하지 않으며, 너무 높으면 수직 방향의 저항이 낮아져서 충분한 전류밀도의 분배가 일어나지 않는다. 따라서, 적절한 도핑 농도를 유지할 필요가 있다. 통상적으로 사용하는 터널 접합의 경우 저항을 낮추기 위하여 10²⁰/㎤ 정도의 농도로 도핑하지만, 본 발명에서는 충분한 수직 방향의 저항을 제공하도록, 5×10¹⁸/㎤ 내지 5×10¹⁹/㎤ 정도의 도핑 농도를 유지하는 것이 좋다. 또한, 터널링 현상이 발생하기 위해서는 터널 접합(29)의 두께가 충분히 얇을 것이 요구된다. 본 발명의 경우, 상기 터널 접합(29)의 두께는 수십 nm 이내, 바람직하게는 50nm 이내인 것이 좋다.

이렇게, 본 실시예에 따른 레이저 소자(20)의 경우, 터널 접합(29)을 통해 전류가 흐를 수 있기 때문에, 하부 및 상부 DBR층(22a,22b)을 모두 동일한 타입의 반도체 재료로 사용하는 것이 가능하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 DBR층(22a,22b)은 모두 n-도핑된 n-형 DBR층이다. 또한, 전류전달층(27) 역시, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용한다. 이 경우, n-형 반도체 재료와 n-형 도펀트에서 자유 캐리어의 흡수(free carrier absorption)가 p-형 반도체 재료에 비하여 적기 때문에, 레이저 소자의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 전류전달층(27) 내에 매립된 링 형태의 고저항 영역(26)은, 도 4에 도시된 실시예에서와 마찬가지로, 이온 주입법에 따라 형성될 수 있다. 상기 고저항 영역(26)의 내경 및 외경에 대한 조건 역시 앞서 설명한 것과 동일하다.

도 6의 레이저 소자(20)의 경우, 두 개의 좁은 전류주입채널(Ch1,Ch2)을 통과하는 동안 전류의 횡방향 확산과 터널 접합(29)으로 인한 전류의 횡방향 확산을 통해, 활성층(23)에서 횡방향으로 전류가 보다 균일하게 분포할 수 있다. 또한, n-형 반도체 재료와 n-형 도펀트에서 자유 캐리어의 흡수가 비교적 적기 때문에, 레이저 소자의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 면발광 반도체 레이저 소자의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 7에 도시된 레이저 소자(30)는, 기판(31), 상기 기판(31) 위에 형성된 하부 DBR층(32a), 상기 하부 DBR층(32a) 위에 형성된 활성층(33), 상기 활성층(33) 위에 형성된 상부 DBR층(32b), 상기 상부 DBR층(32b) 위에 형성된 전류차단층(35), 상기 전류차단층(35) 위에 형성된 전류전달층(37), 상기 전류전달층(37)과 전류차단층(35)의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 상부 DBR층(32b)과 접촉하는 제 1 전류통과층(36a), 및 상기 전류전달층(37)과 전류차단층(35)의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 상부 DBR층(32b)과 접촉하는 제 2 전류통과층(36b)을 포함하고 있 다. 또한, 도 4의 경우와 마찬가지로, 상부 DBR층(32b)의 아랫면 주변을 선택적으로 산화시켜 산화층(34)을 형성함으로써, 활성층(33)의 광방출 영역인 개구부를 소정의 크기로 제한할 수도 있다.

여기서, 기판(31)은, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용할 수 있다. 활성층(33)은 복층의 양자우물 구조로 형성되어, 예컨대, 적외선 영역과 같은 소정의 파장을 갖는 광을 발생시킨다. 하부 및 상부 DBR층(32a,32b)은 레이저 소자(30)의 발진 파장에 대해 매우 높은 반사율을 갖도록 형성된 복층 구조의 반사층으로서, 하부 DBR층(32a)은 n-도핑된 n-형 DBR층이며, 상부 DBR층(32b)은 p-도핑된 p-형 DBR층이다. 한편, 상부 DBR층(32b) 위에 형성된 전류차단층(35)은 전류전달층(37)과 상부 DBR층(32b) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 것이다. 따라서, 전류전달층(37)의 가장자리에 형성된 금속 콘택(38)을 통해 인가되는 전류는, 제 1 및 제 2 전류통과층(36a,36b)의 좁은 영역을 통해서만 활성층(33)으로 유입된다. 이를 위해, 금속 콘택(38)에 인가된 전류를 상기 제 1 전류통과층(36a)으로 전달하는 전류전달층(37)은, 예컨대, p-GaAs와 같은 p-형 반도체 재료를 사용한다. 이 경우, 상기 전류차단층(35)은, 예컨대, u-GaAs와 같은 도핑되지 않은 반도체 재료나 n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 재료 대신에 여러 가지 절연성 재료를 사용하더라도 무방하다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 전류통과층(36a,36b)은 공지된 확산 방법에 따라 전류전달층(37)에서부터 상부 DBR층(32b)의 적어도 상면까지 p-형 도펀트(dopant)를 확산시켜 형성한다. 확산 공정은, 제 1 및 제 2 전류통과층(36a,36b)이 형성될 전류전달층(37) 상의 위치에 p-형 도펀트를 도포한 후, 소정의 온도에서 일정 시간 동안 어닐링함으로써 간단하게 이루어질 수 있다. 본 발명에 적당한 p-형 도펀트로는, 예컨대, 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는 탄소(C) 등을 들 수 있으며, 특히, 아연(Zn)이 적당하다. 아연(Zn)은 확산 속도가 빠르기 때문에 비교적 낮은 온도에서 비교적 짧은 시간 내에 상부 DBR층(32b)까지 확산시키는 것이 가능하다.

도 7의 경우, 제 1 전류통과층(36a)은 제 1 전류주입채널이 되며, 제 2 전류통과층(36b)은 제 2 전류주입채널이 된다. 따라서, 이 경우, 상기 전류차단층(35), 전류전달층(37), 제 1 및 제 2 전류통과층(36a,36b)이 이중채널의 전류주입구조를 이룬다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 전류통과층(36a,36b)은 도 4의 실시예에서 설명한 제 1 및 제 2 전류주입채널에 대한 조건을 만족하여야 한다. 즉, 상기 제 1 전류통과층(36a)은 활성층(33)의 광방출 영역인 개구부의 중심을 향해 전류를 주입하며, 상기 개구부 보다 작은 직경을 가진다. 또한, 상기 제 2 전류통과층(36b)은 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하고, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽 둘레에 위치한다. 이러한 구조에서, 상기 제 1 전류통과층(36a)을 통해 주입된 전류는 활성층(33)의 넓은 영역으로 분산되며, 제 2 전류통과층(36b)을 통해 주입된 전류는 활성층(33)의 가장자리에 공급된다. 따라서, 활성층(33)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 전류밀도분포를 얻을 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 면발광 레이저 소자의 구조를 개략적으도 도시하는 단면도이다.

도 8에 도시된 레이저 소자(40)는, 도 7에 도시된 레이저 소자(30)와 비교할 때, 상부 DBR층(42b)과 전류차단층(45) 사이에 전류전달층(47a)이 하나 더 추가된 구조이다. 즉, 도 8에 도시된 레이저 소자는, 기판(41), 상기 기판(41) 위에 형성된 하부 DBR층(42a), 상기 하부 DBR층(42a) 위에 형성된 활성층(43), 상기 활성층(43) 위에 형성된 상부 DBR층(42b), 상기 상부 DBR층(42b) 위에 형성된 제 1 전류전달층(47a), 상기 제 1 전류전달층(47a) 위에 형성된 전류차단층(45) 및 상기 전류차단층(45) 위에 형성된 제 2 전류전달층(47b)을 포함한다. 그리고, 제 1 전류통과층(46a)이 상기 제 2 전류전달층(47b)과 전류차단층(45)의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류전달층(47a)의 적어도 상면과 접촉하고 있으며, 제 2 전류통과층(46b)이 상기 제 2 전류전달층(47b)과 전류차단층(45)의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류전달층(47a)의 적어도 상면과 접촉하고 있다. 따라서, 도 8의 레이저 소자(40)의 경우, 이중채널의 전류주입구조는 상기 전류차단층(45), 제 1 및 제 2 전류전달층(47a,47b), 및 제 1 및 제 2 전류통과층(46a,46b)에 의해 이루어진다. 한편, 상기 활성층(43)의 개구부를 소정의 크기로 제한하기 위한 산화층(44)이 더 형성될 수도 있다.

또한, 도 7의 레이저 소자와 마찬가지로, 기판(41)은, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용할 수 있다. 하부 DBR층(42a)은 n-도핑된 n-형 DBR층이며, 상부 DBR층(42b)은 p-도핑된 p-형 DBR층이다. 금속 콘택(48)에 인가된 전류를 제 1 전류통과층(46a)으로 전달하는 제 2 전류전달층(47b)과, 제 1 및 제 2 전류통과층(46a,46b)으로부터 전류를 받아 상부 DBR층(42b)으로 전달하는 제 1 전류전달층(47a)은 모두, 예컨대, p-GaAs와 같은 p-형 반도체 재료를 사용한다. 전류차단층 (45)은, 예컨대, u-GaAs와 같은 도핑되지 않은 반도체 재료나 n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용하거나, 여러 가지 절연성 재료를 사용할 수 있다. 제 1 및 제 2 전류통과층(46a,46b)은 제 2 전류전달층(47b)에서부터 제 1 전류전달층(47a)의 적어도 상면까지 p-형 도펀트를 확산시켜 형성한다. 그리고, 상기 제 1 전류통과층(46a)은 활성층(43)의 개구부의 중심을 향해 전류를 주입하며, 상기 개구부 보다 작은 직경을 가진다. 상기 제 2 전류통과층(46b)은 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하고, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽 둘레에 위치한다.

도 7에 도시된 레이저 소자(30)의 경우, 제 1 전류통과층(36a)이 상부 DBR층(32b)의 상면에까지 부분적으로 확산되어 있기 때문에, 상부 DBR층(32b)의 중심 부분은 다른 부분에 비해 높이가 낮게 된다. 따라서, 상부 DBR층(32b)의 중심 부분의 반사율은 다른 곳에 비해 약간 낮아진다. 그 결과, 도 7에 도시된 레이저 소자(30)의 구조에 따르면, 방출되는 광의 중심 부분에서는, 비록 그 양이 적기는 하지만 제 1 전류통과층(36a)에 의해 광이 흡수되면서 발생하는 손실과, 상부 DBR층(32b)의 중심 부분의 반사율이 낮아짐으로 인한 손실이 존재한다. 제 1 전류통과층(36a) 자체로 인한 손실은, 전류차단층(35)과 전류전달층(37)의 두께가 각각 약 0.5㎛ 및 3㎛ 이하로 형성되기 때문에 미미한 편이다. 이러한 손실은, 상부 DBR층(32b)의 두께를 상대적으로 두껍게 하여 전체적으로 반사율을 높임으로써 보상할 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 DBR층(42b)과 전류차단층(45) 사이에 제 1 전류전달층(47a)를 추가하여 제 1 및 제 2 전류통과층(46a,46b)이 상기 제 1 전류전달층(47a)까지만 확산되도록 한다면, 상부 DBR층(42b)의 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 이 경우, 상부 DBR층(42b)의 반사율은 전체적으로 균일하므로 광빔의 중심에서 발생하는 손실은 훨씬 줄어들게 된다. 또한, 수직 방향의 전류주입 경로가 길어지게 되기 때문에, 활성층(43)의 수평방향으로 전류가 보다 균일하게 분산될 수 있다.

도 9의 면발광 반도체 레이저 소자(50)는, 도 7의 레이저 소자(30)에서 상부 DBR층과 활성층 사이에 터널 접합층을 더 삽입한 구조이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 터널 접합층(59)은 수직방향으로의 저항을 상대적으로 증가시킴으로써, 횡방향으로의 전류 분산을 더욱 용이하게 하는 역할을 한다. 따라서, 활성층(53) 내에서 전류밀도분포를 더욱 균일하게 함으로써 보다 우수한 단일 횡모드 발진이 가능하게 한다.

도 9의 레이저 소자(50)의 경우, 터널 접합층(59)을 통해 전류가 흐를 수 있기 때문에, 하부 및 상부 DBR층(52a,52b)을 모두 동일한 타입의 반도체 재료로 사용하는 것이 가능하다. 즉, 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 DBR층(52a,52b)은 모두 n-도핑된 n-형 DBR층이다. 또한, 전류전달층(57) 역시, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용한다. 반면, 전류차단층(55)은, 예컨대, u-GaAs와 같은 도핑되지 않은 반도체 재료나 p-GaAs와 같은 p-형 반도체 재료를 사용하거나, 여러 가지 절연성 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 전류통과층(56a,56b)은 전류전달층(57)에서부터 상부 DBR층(52b)의 적어도 상면까지 n-형 도펀트를 확산시켜 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 전류통과층(56a,56b)으로서 사용할 수 있는 n-형 도펀트로는, 예컨대, 실리콘(Si)이 바람직하지만, 다른 n-형 도펀트를 사용하 는 것도 가능하다. 이러한 구조에서, n-형 반도체 재료와 n-형 도펀트에서 자유 캐리어의 흡수(free carrier absorption)가 p-형 반도체 재료에 비하여 적기 때문에, 레이저 소자의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.

도 10의 면발광 반도체 레이저 소자(60)는, 도 8의 레이저 소자(40)에서 상부 DBR층과 활성층 사이에 터널 접합층을 더 삽입한 구조이다. 터널 접합층의 구조와 효과는 이미 설명한 바와 같다. 앞서 설명한 바와 같이, 터널 접합층(69)을 사용하는 경우, 하부 및 상부 DBR층(62a,62b)을 모두 동일한 타입의 반도체 재료로 사용할 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 DBR층(62a,62b)은 모두 n-도핑된 n-형 DBR층이다. 또한, 제 1 및 제 2 전류전달층(67a,67b) 역시, 예컨대, n-GaAs와 같은 n-형 반도체 재료를 사용한다. 반면, 전류차단층(65)은, 예컨대, u-GaAs와 같은 도핑되지 않은 반도체 재료나 p-GaAs와 같은 p-형 반도체 재료를 사용하거나, 여러 가지 절연성 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 전류통과층(66a,66b)은 제 2 전류전달층(67b)에서부터 제 1 전류전달층(67a)의 적어도 상면까지 n-형 도펀트를 확산시켜 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 전류통과층(66a,66b)으로서 사용할 수 있는 n-형 도펀트로는, 예컨대, 실리콘(Si)이 바람직하지만, 다른 n-형 도펀트를 사용하는 것도 가능하다.

마지막으로, 도 11은 본 발명에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(vertical external cavity surface emitting laser; VECSEL)의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 11에 도시된 VECSEL(70)은, 도 4에 도시된 레이저 소자(10)와 동일한 구 조를 갖는 레이저 펑핑부(80)의 외부에 오목한 형태의 외부 미러(95)를 배치하여 이득 영역을 증가시킴으로써 고출력을 얻도록 한다. 즉, 레이저 펌핑부(80)는, 기판(81), 상기 기판(81) 위에 형성된 하부 DBR층(82a), 상기 하부 DBR층(82a) 위에 형성된 활성층(83), 상기 활성층(83) 위에 형성된 상부 DBR층(82b), 상기 상부 DBR층(82b) 위에 형성된 전류전달층(87) 및 상기 전류전달층(87)의 내부에 완전히 매립된 고리 형태의 고저항 영역(86)을 포함한다. 또한, 상기 활성층(83)의 개구부를 소정의 크기로 제한하기 위한 산화층(84)을 더 형성할 수도 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 오목한 외부 미러(95)는 레이저 펌핑부(80) 위로 소정의 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 활성층(83)에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 외부로 출력하고, 나머지 일부를 활성층(83)에서 재흡수되도록 반사한다. 따라서, VECSEL(70)은 하부 DBR층(82a)과 상부 DBR층(82b) 사이의 제 1 공진기와, 하부 DBR층(82a)과 외부 미러(95) 사이의 제 2 공진기를 갖는다. 이를 위해, 외부 미러(95)와 하부 DBR층(82a) 사이의 광경로의 길이는 발진 파장의 정수배가 되어야 한다. 이때, 상기 활성층(83)에서 발생하여 외부 미러(95)로 진행하는 광이 전류전달층(87)과 공기(air)와의 계면에서 반사되거나, 외부 미러(95)에서 반사되어 활성층(83)으로 진행하는 광이 전류전달층(87)과 공기(air)와의 계면에서 반사되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전류전달층(87) 위에 반사방지층(85)을 추가적으로 형성할 수도 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 VECSEL(70)에서는, 활성층(83)에서 발생한 빛의 주파수를 2배로 만드는 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation; SHG) 결정(90)이 레이저 펌핑부(80)와 외부 미러(95) 사이에 추가적으로 배치될 수도 있다. 상기 SHG 결정(90)은, 예컨대, 레이저 펌핑부(80)에서 발생한 적외선 영역의 빛을 가시광선 영역의 빛으로 변환하여 외부로 출력되도록 한다. 이러한 SHG 결정(90)으로는, 예컨대, KTP(Potassium Titanyl Phosphate), LiNbO₃, PPLN(periodically poled LiNbO₃), KTN, KnbO₃ 등과 같은 결정을 사용할 수 있다.

비록, 도 11에서는, 도 4에 도시된 레이저 소자(10)와 동일한 구조를 하고 있는 레이저 펌핑부(80)를 도시하고 있으나, 이외에도 도 6 내지 도 10에 도시된 모든 레이저 소자(20,30,40,50,60)를 VECSEL(70)의 레이저 펌핑부로서 사용할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 면발광 반도체 레이저 소자의 구조 및 동작에 대해 상세히 설명하였다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 활성층에서 매우 이상적인 전류밀도 프로파일을 가지므로, 활성층의 개구부를 종래에 비해 대단히 크게 형성하면서도 단일 횡모드 발진을 가능하게 한다. 따라서, 매우 안정적인 고출력의 면발광 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층을 구비하는 면발광 레이저 소자에 있어서,

상기 활성층의 광방출 영역인 개구부(aperture)의 중심을 향해 전류를 주입하며, 상기 개구부 보다 작은 직경을 갖는 제 1 전류주입채널; 및

상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하며, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽에 위치하는 제 2 전류주입채널;을 포함하는 이중채널 전류주입구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 이중채널 전류주입구조는:

상기 활성층에 전류를 주입하기 위한 전류전달층; 및

상기 전류전달층의 내부에 매립된 고리 형태의 고저항 영역;을 포함하며,

상기 고리 형태의 고저항 영역 안쪽에 상기 제 1 전류주입채널을 형성할 수 있도록 상기 고저항 영역의 내경이 상기 개구부의 직경 보다 작고, 상기 고리 형태의 고저항 영역 바깥쪽에 상기 제 2 전류주입채널을 형성할 수 있도록 상기 고저항 영역의 외경이 상기 개구부의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 2 항에 있어서,

상기 고저항 영역은 이온 주입법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 이중채널 전류주입구조는:

활성층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층;

상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전류전달층;

상기 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입채널을 형성하는 제 1 전류통과층; 및

상기 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 2 전류주입채널을 형성하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 상기 전류전달층과 전류차단층에 도판트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 이중채널 전류주입구조는:

활성층으로 전류를 주입하기 위한 제 1 전류전달층;

상기 제 1 전류전달층 위에 형성된 것으로, 상기 제 1 전류전달층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층;

상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 제 2 전류전달층;

상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 것으로, 상기 제 1 전류주입채널을 형성하는 제 1 전류통과층; 및

상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류주입층의 적어도 상면과 접촉하는 것으로, 상기 제 2 전류주입채널을 형성하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 상기 제 1 및 2 전류전달층과 전류차단층에 도판트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 이중채널 전류주입구조 위로 소정의 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 활성층에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 외부로 출력하고, 나머지 일부를 활성층에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소자.
기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자에 있어서,

상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전류전달층; 및

상기 전류전달층의 내부에 매립된 고리 형태의 고저항 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 9 항에 있어서,

상기 고리 형태의 고저항 영역의 내경은 상기 활성층의 광방출 영역인 개구부의 직경 보다 작고, 상기 고리 형태의 고저항 영역의 외경은 상기 개구부의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 고저항 영역은 이온 주입법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

수직방향의 저항을 증가시키기 위하여 상기 활성층과 상부 분산 브래그 반사층 사이에 형성된 터널 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소자.
제 12 항에 있어서,

상기 하부 분산 브래그 반사층과 상부 분산 브래그 반사층은 모두 n-형으로 도핑되어 있고, 상기 전류전달층은 n-형 반도체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 전류전달층 위로 소정의 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 활성층에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 외부로 출력하고, 나머지 일부를 활성층에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 14 항에 있어서,

상기 전류전달층 위에 형성된 반사방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소자.
제 14 항에 있어서,

상기 전류전달층과 외부 미러 사이에 위치하며, 활성층에서 발생한 광의 주파수를 2배로 만드는 2차 조화파 발생(SHG) 결정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소자.
기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자에 있어서,

상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성된 것으로, 상기 상부 분산 브래그 반사층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층;

상기 전류차단층 위에 형성되어 전류를 전달하는 전류전달층;

상기 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 상부 분산 브래그 반사층과 접촉하는 제 1 전류통과층; 및

상기 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 상부 분산 브래그 반사층과 접촉하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 전류통과층은 상기 활성층의 광방출 영역인 개구부의 중심을 향해 전류를 주입하고, 상기 개구부 보다 작은 직경을 가지며, 상기 제 2 전류통과층은 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하고, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 하부 분산 브래그 반사층과 상부 분산 브래그 반사층은 각각 n-형과 p-형으로 도핑되어 있고, 상기 전류차단층은 절연성 재료 및 n-형 반도체 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지며, 상기 전류전달층은 p-형 반도체 재료로 이루어진 것 을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 19 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 p-형 도펀트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 20 항에 있어서,

상기 p-형 도펀트는 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 하부 분산 브래그 반사층과 상부 분산 브래그 반사층은 각각 p-형과 n-형으로 도핑되어 있고, 상기 전류차단층은 절연성 재료 및 p-형 반도체 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지며, 상기 전류전달층은 n-형 반도체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 n-형 도펀트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 23 항에 있어서,

상기 n-형 도펀트는 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

수직방향의 저항을 증가시키기 위하여, 상기 활성층과 상부 분산 브래그 반사층 사이에 터널 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 25 항에 있어서,

상기 하부 분산 브래그 반사층과 상부 분산 브래그 반사층은 모두 n-형으로 도핑되어 있고, 상기 전류차단층은 절연성 재료 또는 p-형 반도체 재료로 이루어지며, 상기 전류전달층은 n-형 반도체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 26 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 n-형 도펀트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 27 항에 있어서,

상기 n-형 도펀트는 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이 저 소자.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 전류전달층 위로 소정의 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 활성층에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 외부로 출력하고, 나머지 일부를 활성층에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 29 항에 있어서,

상기 전류전달층 위에 형성된 반사방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 29 항에 있어서,

상기 전류전달층과 외부 미러 사이에 위치하며, 활성층에서 발생한 광의 주파수를 2배로 만드는 2차 조화파 발생(SHG) 결정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
기판, 기판 위에 형성된 하부 분산 브래그 반사층, 하부 분산 브래그 반사층 위에 형성되고 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층 및 활성층 위에 형성된 상부 분산 브래그 반사층을 구비하는 면발광 레이저 소자에 있어서,

상기 상부 분산 브래그 반사층 위에 형성된 제 1 전류전달층;

상기 제 1 전류전달층 위에 형성된 것으로, 상기 제 1 전류전달층으로의 전류 유입을 차단하는 전류차단층;

상기 전류차단층 위에 형성된 제 2 전류전달층;

상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 중심부를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류전달층의 적어도 상면과 접촉하는 제 1 전류통과층; 및

상기 제 2 전류전달층과 전류차단층의 가장자리를 수직으로 관통하여 상기 제 1 전류전달층의 적어도 상면과 접촉하는 제 2 전류통과층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 32 항에 있어서,

상기 제 1 전류통과층은 상기 활성층의 광방출 영역인 개구부의 중심을 향해 전류를 주입하고, 상기 개구부 보다 작은 직경을 가지며, 상기 제 2 전류통과층은 상기 개구부의 가장자리를 향해 전류를 주입하고, 반경 방향으로 상기 개구부의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전류통과층은 상기 제 1 및 2 전류전달층과 전류차단층에 도판트(dopant)를 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.