광 산란 측정을 통한 수직 공진 표면광 레이저 반사경의 계면 거칠기 분석

Surface roughness analysis of distributed Bragg reflectors in vertical-cavity surface-emitting lasers by measuring the scattering distribution function

수직 공진 표면광 레이저에서 분산 브라그 반사경의 광 산란 손실을 자세히 분석하기 위하여, 광산란 실험을 수행하고 산란효과를 고려한 투과 행렬 방법을 통하여 표면 거칠기에 대한 정보를 추출하였다. 산란실험에는 수직 공진 표면광 레이저 제작에 사용된 다양한 종류의 웨이퍼가 이용되었다. 거울각 근처의 산란광 세기를 추정하기 위해서 fractal 표면을 가정하였다. 분석에 사용된 변형된 투과 행렬 방법은 각 경계 면에서 산란 손실을 고려하면서 반사율을 효과적이고 쉽게 계산할 수 있게 하였다. 실험결과, 표면 거칠기는 $4{\AA}$ 에서 $10{\AA}$로 나타났고, 산란에 따른 반사율 감소는 거칠기가 $10{\AA}$ 경우에 0.26%에 해당하였다.

For detailed characterization of scattering losses occurring in VCSEL's distributed Bragg reflectors, we performed scattering experiment and obtained the information about surface roughness through the analysis of a modified transmission matrix method. The various wafers grown for VCSELs were used for the scattering experiment. The fractal surface assumption and extrapolation is used to estimate the scattered intensity near specular angle. The modified transmission matrix method employed in the analysis considers the scattering loss at each interface and calculates the reflectivity efficiently and easily. As a result, the surface roughness ranges from $4{\AA}$ to $10{\AA}$ The reduction of reflectivity due to the scattering amounts to 0.26% in case of $10{\AA}$ roughness.