KR101015499B1 - 복수의 파장을 발생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 파장을 발생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부를 개시한다. 본 발명에 따르면, 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 레이저 펌핑부; 및 상기 레이저 펌핑부의 외부에 위치하며, 상기 레이저 펌핑부에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 레이저 광으로서 출력하고, 나머지 일부를 레이저 펌핑부에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러부;를 포함하는 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 레이저 펌핑부는, 적어도 2 개의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층; 및 상기 활성층에서 발생된 적어도 2 개의 파장을 갖는 광에 대해 가장 높은 반사율을 가지는 다중 대역 반사기;를 포함하고, 상기 활성층은 상기 다중 대역 반사기와 외부 미러부 사이의 광로에 위치하는 것을 특징으로 한다.
수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL), 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL), 분산 브래그 반사기(DBR), SHG, 광펌핑, 전기펌핑, RPG, 활성층, 양자우물, 다중 대역 반사기

Description

복수의 파장을 발생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부{Laser device emitting a plurality of wavelength and a laser pumping unit for the same}
도 1은 일반적인 수직 공진기형 면발광 레이저의 개략적인 구조를 도시한다.
도 2는 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 개략적인 구조를 도시한다.
도 3은 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저에서 사용되는 분산 브래그 반사기와 활성층의 구조를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 펌핑 방식의 레이저 펌핑부의 구조를 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기 펌핑 방식의 레이저 펌핑부의 구조를 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 펌핑부에서 사용되는 다중 대역 반사기와 활 성층의 예시적인 구조를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 다중 대역 분산 브래그 반사기의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 분산 브래그 반사기의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
100.......레이저 펌핑부 102.......다중 대역 반사기
103.......활성층 110.......펌프 레이저
112.......히트싱크 113,114...외부 미러
115a,115b,115c.......SHG 결정 118.......파장 선택성 미러
131,132...양자우물
본 발명은 두 개 이상의 간섭성(coherent) 광파장을 발생시킬 수 있는 반도체 레이저 소자 및 상기 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2개 이상의 파장에 대해 광출력을 제어할 수 있도록 선택적으로 위치된 양자우물을 구비하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser; VECSEL) 소자 및 상기 면발광 레이저 소자용 레이저 펌핑부에 관한 것이다.
프로젝션 TV와 같은 대형 디스플레이 장치에서는 발광소자로서 고출력의 레이저 광원이 이용된다. 그런데, 이러한 디스플레이 장치는 적색(R)(625nm), 녹색(G)(532nm), 및 청색(B)(460nm)의 레이저 광원을 각각 필요로 한다. 현재, 적색인 625nm의 파장을 방출하는 고출력 레이저는 많이 상용화되어 있다. 한편, 녹색인 532nm의 파장을 방출하는 고출력 레이저로는 다이오드펌프타입고체(Diode pumped solid state; DPSS) 레이저가 있다. 그러나, 상기 DPSS 레이저는 아직까지 비교적 가격이 비싸다. 더욱이, 청색인 460nm의 파장을 방출을 하는 고출력 레이저는 아직까지도 제조하기가 매우 어려우며, 발광 효율이 낮아 높은 출력을 내기도 어렵다.
이에 따라, 주로 적외선 영역의 파장을 방출하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser; VECSEL) 소자와 빛의 주파수를 2배로 만드는 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation; SHG) 소자를 결합하여 고출력의 청색이나 녹색을 얻는 기술이 제기되었다.
일반적으로 반도체 레이저에는, 발진되는 빔이 기판에 수평한 방향으로 방출되는 측면 발광 레이저(Edge Emitting Laser)와 발진되는 빔이 기판에 수직한 방향으로 방출되는 면발광 레이저(또는, 수직 공진기형 면발광 레이저)(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)가 있다. 이들 중에서 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL)는 매우 좁은 스펙트럼의 단일 종모드 발진을 할 뿐 아니라, 빔의 방사각이 작아 접속효율이 높고, 면발광의 구조상 다른 장치의 집적이 용이한 장점이 있다.
도 1은 일반적인 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL)의 개략적인 구조를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, VCSEL은 일반적으로 활성층(12)의 상하부에 매우 높은 반사율을 갖는 상부 분산 브래그 반사기(distributed brag reflector; DBR)(13)와 하부 분산 브래그 반사기(11)가 마련된 구조이다. 이러한 구조에서, 상기 상부 DBR(13)과 하부 DBR(11)에 각각 마련된 전극(15,10)을 통해 전압을 인가하면, 정공과 전자가 활성층(12) 내에서 재결합하여 빛이 발생한다. 이 빛은 상부 DBR(13)과 하부 DBR(11) 사이에서 반사를 반복하면서 활성층(12) 내에서 펌핑된 후, 상부 DBR(13) 면을 통해 레이저로서 방출된다. 그러나, 이러한 종래의 VCSEL은 단일 횡모드 발진이 측면 발광 레이저에 비해 매우 어려우며, 단일 횡모드 동작을 위해서는 발진 영역의 면적이 좁아야 하고, 따라서 출력이 약하다는 문제가 있다.
상술한 VCSEL의 장점을 살리고 동시에 고출력 동작을 구현하기 위하여 제안된 새로운 레이저 소자가 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser; VECSEL)이다. 상기 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL)는 VCSEL의 상부 DBR을 레이저 펌핑부 외부의 미러(External Mirror)로 대체하여 이득(Gain) 영역을 증가시킴으로써 수~수십W 이상의 고출력을 얻도록 하였다.
도 2는 이러한 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL)의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 VECSEL은 히트싱크(21) 위에 부착된 레이저 펌핑부(20)를 포함한다. 여기서, 상기 레이저 펌핑부(20)는 기판(22), 분산 브래그 반사기(DBR)와 같은 고반사층(23), RPG(Resonant Periodic Gain) 구조 를 갖는 다중 양자우물 이득 영역과 같은 활성층(24), 및 상기 활성층(24)에 입사하는 광의 반사를 방지하는 반사방지 코팅층(25)을 포함한다. 상기 히트싱크(21)는 레이저 펌핑부(20)에서 발생하는 열을 방출하여, 상기 레이저 펌핑부(20)를 냉각시키는 역할을 한다. 또한, 종래의 VECSEL은 상부 DBR 대신에 오목한 외부 미러(26)를 포함한다. 따라서, 공진 캐비티(cavity)는 활성층(24) 하부의 고반사층(23)과 상기 외부 미러(26) 사이에 형성된다.
이러한 구조에서, 펌프 레이저(pump laser)(27)에서 방출된 광빔(λ1)이 콜리메이팅 렌즈(28)를 통해 반사방지 코팅층(25)으로 입사되면, 상기 광빔(λ1)에 의해 활성층(24)이 여기되면서 특정 파장(λ2)의 빛을 내어 놓는다. 이렇게 발생한 빛은 활성층(24) 하부의 DBR(23)과 외부 미러(26) 사이에서 반사를 되풀이하면서, 활성층(24)을 왕복한다. 이러한 과정을 통해 활성층(24) 내에서 증폭된 특정 파장(λ2)의 빛의 일부는 상기 외부 미러(26)를 통해 레이저빔으로서 외부로 출력되며, 나머지는 다시 반사되어 활성층(24)으로 입사하여 광펌핑에 사용된다.
도 3은 종래의 수직 외부 공진기형 면발광 레이저에서 사용되는 분산 브래그 반사기(23)와 활성층(24)의 구조를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, RPG 구조의 활성층(24)은 다수의 양자우물층(24a)과 장벽층(24b)로 구성된다. 펌프 레이저(27)에서 방출된 광빔은 상기 양자우물층(24a)에서 흡수되며, 이에 따라 여기된 전자와 정공이 상기 양자우물층(24a) 내에서 재결합하면서 빛이 방출된다. 방출된 빛은 DBR(23)과 외부 미러(26) 사이에서 정상파(standing wave)를 형성하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양자우물층(24a)은 펌핑된 광의 이득을 최대화 하기 위해 정상파의 안티노드(anit-node)(즉, 변위의 크기가 최대가 되는 점)에 위치한다.
상술한 구조의 VECSEL 소자는 고출력의 레이저빔을 방출할 수 있기 때문에, 상기 VECSEL 소자에 SHG 소자를 결합하여 고출력의 청색이나 녹색 발광용 레이저 광원을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방식의 청색 발광용 레이저 광원과 녹색 발광용 레이저 광원을 별도로 사용하는 것은 여전히 큰 비용의 부담이 된다. 따라서, 하나의 레이저 광원을 이용하여 여러 종류의 파장을 방출할 수 있는 다중 파장 레이저 광원에 대한 요구가 증가하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 종래의 요구에 맞추어 적어도 두 개 이상의 간섭성 광파장을 발생시킬 수 있는 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 특히, 청색과 녹색을 동시에 방출할 수 있는 고출력의 VECSEL 소자 및 상기 레이저 소자용 레이저 펌핑부를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보다 저렴하며 제조가 용이한 청색 및 녹색 발광 반도체 레이저 소자 및 상기 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 레이저 펌핑부; 및 상기 레이저 펌핑부의 외부에 위치하며, 상기 레이저 펌핑부에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 레이저 광으로서 출력하고, 나머지 일부를 레이저 펌핑부 에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러부;를 포함하는 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 레이저 펌핑부는, 적어도 2 개의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층; 및 상기 활성층에서 발생된 적어도 2 개의 파장을 갖는 광에 대해 가장 높은 반사율을 가지는 다중 대역 반사기;를 포함하고, 상기 활성층은 상기 다중 대역 반사기와 외부 미러부 사이의 광로에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 활성층은, 제 1 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 1 양자우물층; 제 2 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 2 양자우물층; 및 상기 복수의 제 1 및 제 2 양자우물층들 사이의 간격에 위치하는 복수의 장벽층;을 포함한다. 이때, 상기 제 1 양자우물층은 제 1 파장을 갖는 제 1 정상파의 안티노드 위치에 배치되며, 상기 제 2 양자우물층은 제 2 파장을 갖는 제 2 정상파의 안티노드 위치에 배치된다. 만약, 상기 제 1 정상파의 안티노드와 제 2 정상파의 안티노드 사이의 간격이 소정의 거리 이내인 경우, 상기 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층 중 어느 하나만이 배치된다.
한편, 상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 고굴절률층(H), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어도 하나의 저굴절률층(L)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 고굴절률층(H)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (L(HS)D)N 형태이며, 여기서, D와 N은 양의 정수이고, D는 1보다 크다. 또는, 상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 저굴절률층(L), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어 도 하나의 고굴절률층(H)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 저굴절률층(L)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (H(LS)D)N 형태이다. 이때, 상기 다중 대역 반사기의 각 층 사이의 간격은 λ/4 이며, 여기서, λ는 상기 활성층에서 발생하는 파장들의 길이의 평균값이다.
그리고, 상기 외부 미러부는, 상기 레이저 펌핑부에서 발생된 제 1 파장을 갖는 광의 일부를 상기 레이저 펌핑부로 반사하고, 나머지 일부를 투과시켜 제 1 레이저 광으로서 출력하는 제 1 외부 미러; 상기 레이저 펌핑부에서 발생된 제 2 파장을 갖는 광의 일부를 상기 레이저 펌핑부로 반사하고, 나머지 일부를 투과시켜 제 2 레이저 광으로서 출력하는 제 2 외부 미러; 및 제 1 파장의 광을 투과시켜 제 1 외부 미러로 보내고, 제 2 파장의 광을 반사하여 제 2 외부 미러로 보내는 파장 선택성 미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 면발광 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부에 있어서, 본 발명에 따른 레이저 펌핑부는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 다중 대역 반사기; 및 상기 다중 대역 반사기 위에 형성된 것으로, 적어도 2 개의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층;을 포함하고, 상기 다중 대역 반사기는 상기 활성층에서 발생된 적어도 2 개의 파장을 갖는 광에 대해 가장 높은 반사율을 가지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 파장을 발 생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser; VECSEL)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VECSEL 소자는, 적어도 2 개 이상의 파장의 레이저 광을 발생시키는 레이저 펌핑부(100), 상기 레이저 펌핑부(100)에 펌핑용 에너지를 제공하는 펌프 레이저부(110,111) 및 상기 레이저 펌핑부(100)에서 발생한 레이저 광의 일부를 투과시켜 외부로 출력하고 나머지 일부를 레이저 펌핑부(100)에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러부(113,114,118)를 포함한다.
펌프 레이저부(110,111)는 펌핑용 광빔(λ1)을 방출하는, 예컨대, 레이저 다이오드(110)와 상기 광빔(λ1)을 평행광으로 만들어 레이저 펌핑부(100) 상에 입사되도록 하는 콜리메이팅 렌즈(111)를 포함한다. 그러나, 펌핑용 광빔(λ1)을 발생시키는데 반드시 레이저 다이오드를 사용할 필요는 없으며, 적절한 다른 광원을 이용하더라도 무방하다. 또한, 펌핑용 광빔(λ1)은 반드시 간섭성(coherent) 광일 필요도 없다. 다만, 상기 펌핑용 광빔(λ1)의 파장은 상기 레이저 펌핑부(100)에서 발생되는 광(λ2,λ3)의 파장들 보다는 짧아야 한다.
레이저 펌핑부(100)는, 상기 펌핑용 광빔(λ1)에 의해 여기되어 적어도 2 개 이상의 파장(λ2,λ3)을 갖는 광을 발생시키는 활성층(103)과 상기 2 개 이상의 파장(λ2,λ3)을 갖는 광에 대해 높은 반사율을 가지는 다중 대역 반사기(multi-band reflector)(102)를 포함한다(도 5 및 도 6 참조). 상기 다중 대역 반사기(102)는 외부 미러부의 외부 미러(113,114)와 함께 레이저 공진기(laser-resonator)를 형성한다. 상기 활성층(103)과 다중 대역 반사기(102)의 보다 상세한 구조에 대해서는 후술하도록 한다. 여기서, 상기 다중 대역 반사기(102)는 양호하게는 다중 대역 분산 브래그 반사기(dual band distributed brag reflector)일 수 있다. 그리고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 이러한 레이저 펌핑부(100)는 히트싱크(heat sink)(112) 위에 실장된 기판(101)에서 성장된다. 기판(101)은, 예컨대, GaAs일 수 있으나, 상기 레이저 펌핑부(100)가 성장될 수 있는 어떠한 다른 재료를 사용하더라도 무방하다. 히트싱크(112)는 레이저 펌핑부(100)에서 발생하는 열을 방출시키는 역할을 한다.
한편, 외부 미러부(113,114,118)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 레이저 펌핑부(100)에서 발생된 제 1 파장(λ2)을 갖는 광의 일부를 반사하고 나머지 일부를 투과시켜 외부로 출력하는 제 1 외부 미러(113), 레이저 펌핑부(100)에서 발생된 제 2 파장(λ3)을 갖는 광의 일부를 반사하고 나머지 일부를 투과시켜 외부로 출력하는 제 2 외부 미러(114), 및 제 1 파장(λ2)의 광을 투과시켜 제 1 외부 미러(113)로 보내고 제 2 파장(λ3)의 광을 반사하여 제 2 외부 미러(114)로 보내는 파장 선택성 미러(118)를 포함한다. 비록, 도 4a에서는 레이저 펌핑부(100)에서 두 개의 파장(λ2,λ3)을 발생시키고, 이에 대응하여 외부미러부(113,114,118)가 2 개의 외부 미러(113,114)를 갖는 것으로 도시되었으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 레이저 펌핑부(100)는 2 개 이상의 파장을 발생시킬 수도 있다. 이에 따라서 외부 미러의 수도 증가시킬 수 있다. 이 경우, 파장 선택성 미러의 수도 증가할 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 외부 미러(113,114)는 다중 대역 반사기(102)와 함께 레이저 공진기(laser-resonator)를 형성한다. 즉, 제 1 외부 미러(113)와 다중 대역 반사기(102)는 제 1 파장(λ2)의 광을 위한 제 1 레이저 공진기를 형성하며, 제 2 외부 미러(114)와 다중 대역 반사기(102)는 제 2 파장(λ3)의 광을 위한 제 2 레이저 공진기를 형성한다. 따라서, 제 1 외부 미러(113)와 다중 대역 반사기(102) 사이의 광로의 길이는 제 1 파장(λ2)의 정수배가 되어야 한다. 마찬가지로, 제 2 외부 미러(114)와 다중 대역 반사기(102) 사이의 광로의 길이는 제 2 파장(λ3)의 정수배가 되어야 한다. 이러한 제 1 및 제 2 외부 미러(113,114)의 반사율은 제 1 및 제 2 파장(λ2,λ3)에 대해 각각 98% 내지 99.99%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 외부 미러(113,114)의 반사면은 반사된 광이 활성층(103)으로 수렴될 수 있도록 오목 미러의 형태인 것이 바람직하다. 양호한 단일 횡모드 동작을 위해서, 상기 오목한 외부 미러(113,114)의 곡률반경은, 주로 펌프 레이저(110)에서 방출된 광빔이 레이저 펌핑부(100)의 상면에 포커싱 되어 형성되는 개구(aperture)의 직경과 공진기의 길이의 함수이다. 이러한 개구의 직경, 공진기의 길이 및 외부 미러의 곡률반경 사이의 상세한 관계는 본 발명의 범위를 넘는 것이므로 상세한 설명을 생략한다.
파장 선택성 미러(118)는 특정 파장의 광을 반사시키거나 투과시키는 기능을 하는 광학소자이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 파장 선택성 미러(118)는 제 1 파장(λ2)의 광은 투과시키고 제 2 파장(λ3)의 광은 반사시킨다. 이러한 파장 선택성 미러(118)로 사용할 수 있는 광학소자로는, 예컨대, 다이크로익 미러(dichroic mirror), 복굴절 필터(birefringent filter), 에탈론(etalon) 등이 있으며, 그 밖에 파장에 따라 선택적으로 투과와 반사가 가능한 다른 적절한 소자도 사용이 가능하다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VECSEL 소자는 다음과 같이 동작한다. 먼저, 펌프 레이저(110)에서 방출된 광빔(λ1)이 콜리메이팅 렌즈(111)를 통해 평행광이 된 후, 레이저 펌핑부(100)로 입사한다. 그러면, 상기 광빔(λ1)에 의해 레이저 펌핑부(100) 내의 활성층(103)이 여기되면서 2 이상의 파장을 갖는 광이 발생한다. 도 4a에서는 상기 광이 두 개의 파장(λ2,λ3)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 활성층(103) 내에서 발생하는 파장의 크기 및 파장의 개수는 상기 활성층(103)의 구조에 따라 결정된다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
활성층(103)에서 발생한 제 1 파장(λ2)의 광은 파장 선택성 미러(118)를 통과하여 제 1 외부 미러(113)에 도달한다. 상기 제 1 파장(λ2)의 광은 상기 제 1 외부 미러(113)에 의해 반사되어 다시 활성층(103)으로 입사되며, 다시 상기 활성층(103) 하부의 다중 대역 반사기(102)에 의해 반사되어 제 1 외부 미러(113)로 진행한다. 이렇게 제 1 파장(λ2)의 광은 활성층(103) 하부의 다중 대역 반사기(102)와 제 1 외부 미러(113) 사이에서 반사를 되풀이하면서, 활성층(103)을 왕복한다. 이러한 과정을 통해 활성층(103) 내에서 증폭된 제 1 파장(λ2)의 광의 일부는 상기 제 1 외부 미러(113)를 통해 제 1 파장의 레이저빔으로서 외부로 출력된다.
또한, 활성층(103)에서 발생한 제 2 파장(λ3)의 광은 파장 선택성 미러(118)에 의해 반사되어 제 2 외부 미러(114)에 도달한다. 상기 제 2 파장(λ3)의 광은 상기 제 2 외부 미러(114)에 의해 반사되어 다시 활성층(103)으로 입사되며, 다시 상기 활성층(103) 하부의 다중 대역 반사기(102)에 의해 반사되어 제 2 외부 미러(114)로 진행한다. 제 1 파장(λ2)의 광과 마찬가지로, 제 2 파장(λ3)의 광은 활성층(103) 하부의 다중 대역 반사기(102)와 제 2 외부 미러(114) 사이에서 반사를 되풀이하면서, 활성층(103)을 왕복한다. 이러한 과정을 통해 활성층(103) 내에서 증폭된 제 2 파장(λ3)의 광의 일부는 상기 제 2 외부 미러(114)를 통해 제 2 파장의 레이저빔으로서 외부로 출력된다.
이 때, 비선형광학결정을 이용하여 제 1 파장(λ2) 또는 제 2 파장(λ3)의 광 중에서 적어도 하나의 광의 주파수를 2배로 만들 수 있다. 이렇게 주파수를 2배로 만드는 비선형광학결정을 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation; SHG) 소자라고 부른다. 도 4a에서 굵은 점선의 사각형으로 표시된 것이 이러한 SHG 소자(115)이다. SHG 소자(115)로는, 예컨대, KTP(Potassium Titanyl Phosphate), LiNbO3, PPLN(periodically poled LiNbO3), KTN, KnbO3 등과 같은 결정을 사용할 수 있다.
상기 SHG 소자(115)는 공진기 내의 어느 위치에도 있을 수 있다. 예컨대, 참조번호 115c로 표시된 SHG 소자는 제 1 파장(λ2)과 제 2 파장(λ3)의 공통 광로(즉, 레이저 펌핑부(100)와 파장 선택성 미러(118) 사이)에 위치하여 제 1 파장(λ2)과 제 2 파장(λ3)의 주파수를 동시에 2배로 만들 수 있다. 그러나, SHG 소자(115)는 제 1 외부 미러(113)와 파장 선택성 미러(118) 사이에, 또는 제 2 외부 미러(114)와 파장 선택성 미러(118) 사이에 위치할 수도 있다. 예컨대, 참조번호 115a로 표시된 SHG 소자는 제 2 외부 미러(114)와 파장 선택성 미러(118) 사이에 위치하여 제 2 파장(λ3)의 주파수를 2배로 만들 수 있다. 또한, 참조번호 115b로 표시된 SHG 소자는 제 1 외부 미러(113)와 파장 선택성 미러(118) 사이에 위치하여 제 1 파장(λ2)의 주파수를 2배로 만들 수 있다.
더욱이, 상기 SHG 소자(115)는 외부 미러(113,114)로부터 출력되는 레이저 광의 주파수를 2배로 만들도록 공진기 외부에 위치하여도 상관 없다. 예컨대, 참조번호 115a' 및 참조번호 115b'로 표시된 SHG 소자는 각각 제 2 및 제 1 외부 미러(114,113)로부터 투과된 제 2 및 제 1 파장(λ3,λ2)의 주파수를 2배로 만든다.
도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 소자의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 제 1 실시예의 경우와는 달리, 제 2 실시예의 경우에는 공진기 내에서 형성되는 각각의 파장(λ2,λ3)에 대한 정상파(standing wave)의 노드 말단이 일치하는 거리에 외부 미러를 배치함으로써 단지 하나의 외부 미러(113)만을 사용할 수 있다. 즉, 외부 미러(113)와 다중 대역 반사기(102) 사이의 거리는 제 1 파장(λ2)의 크기와 제 2 파장(λ3)의 크기의 공배수에 해당하는 거리가 된다. 따라서, 상기 외부 미러(113)의 표면에서는 제 1 파장(λ2)의 노드와 제 2 파장(λ3)의 노드가 동시에 위치한다.
이러한 제 2 실시예에 의하면, 하나의 외부 미러(113)와 다중 대역 반사기(102)가 제 1 파장(λ2)을 위한 제 1 레이저 공진기와 제 2 파장(λ3)을 위한 제 2 레이저 공진기의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 단지 하나의 외부 미러만이 필요하며, 파장 선택성 미러(118) 역시 생략할 수 있다. 또한, 제 2 실시예의 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이, SHG 소자(115)는 공진기 내부 또는 외부 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 펌핑부(100)의 구조를 예시적으로 도시하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 기판(101) 위에 다중 대역 반사기(102)와 RPG(Resonant Periodic Gain) 구조의 활성층(103)을 연속하여 성장함으로써 레이저 펌핑부(100)가 형성된다. 보다 상세히 후술하겠지만, 상기 활성층(103)은 다수의 양자우물(Quantum Well)층과 장벽(Barrier)층이 교호하여 형성된 복층 구조이며, 다중 대역 반사기(102) 역시 고굴절률층(H), 저굴절률층(L), 스페이서층(S)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조이다.
여기에서, 실시예에 따라 상기 활성층(103) 위에 상부층(104)을 더 형성할 수도 있다. 이때, 상기 상부층(104)은 반사방지층(anti-reflection layer)일 수도 있고, 반대로 반사 미러일 수도 있다. 상기 상부층(104)이 반사방지층인 경우, 펌프 레이저(110)로부터 레이저 펌핑부(100)로 입사하는 광이 반사되는 것을 방지하거나, 또는 활성층(103)으로부터 외부 미러(113,114)로 진행하는 광이 활성층(103) 표면의 계면에서 반사되는 것을 방지한다. 또한, 외부 미러(113,114)로부터 활성층(103)을 향해 진행하는 광이 상기 활성층(103)과의 계면에서 반사되는 것을 방지한다. 만약, 상기 상부층(104)이 반사 미러인 경우, 본 발명에 따른 VECSEL 소자는 하나의 파장에 대해 두 개씩의 공진기가 제공된다. 제 1 공진기는 다중 대역 반사기(102)와 반사 미러(104) 사이, 즉, 활성층(103)에 위치한다. 그리고, 제 2 공진기는 다중 대역 반사기(102)와 외부 미러(113,114) 사이에 위치한다. 이렇게 하나의 파장에 대해서 동시에 두 개의 공진기를 제공함으로써 레이저의 효율을 보다 높일 수 있다.
지금까지는 펌프 레이저(110)를 사용하는 광 펌핑 방식의 레이저에 대해 설명하였지만, 레이저 펌핑부(100)의 양단에 전극을 연결함으로써 전기 펌핑을 수행하는 것도 가능하다. 도 6은 이러한 전기 펌핑 방식의 레이저 펌핑부의 구조를 예시적으로 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상부층(104) 위에는, 예컨대, 금속 또는 오믹 컨택(ohmic contact)과 같은 상부 컨택층(105a,105b)이 형성되어 있다. 또한, 다중 대역 반사기(102) 아래에도, 예컨대, 금속 또는 오믹 컨택과 같은 하부 컨택층(106)이 형성되어 있다. 이들 상부 컨택(105a,105b) 및 하부 컨택(106)은 전극으로서 역할을 하게 된다.
상기와 같은 구조의 레이저 펌핑부(100)를 사용하는 경우에는, 상기 상부 컨택(105a,105b) 및 하부 컨택(106)에 각각 전압을 인가함으로써 활성층(103)이 여기되어 빛이 방출된다. 즉, 펌프 레이저(110) 대신 전원이 레이저 펌핑부(100)에서의 레이저 방사를 위한 에너지 공급원이 된다. 따라서, 도 6에 도시된 레이저 펌핑부(100)를 사용할 경우에는 도 4a 및 도 4b에 도시된 펌프 레이저(110)를 생략할 수 있다. 이러한 전기 펌핑 방식의 경우에는, 이온 주입법 등에 의해 일정한 크 기로 제한된 전류주입 영역을 개구(aperture)로 볼 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 펌핑부에서 사용되는 다중 대역 반사기(102)와 활성층(103)의 예시적인 구조를 도시하고 있다.
일반적으로 반사기는 모든 대역의 파장에 대해 높은 반사율을 유지할 수 있는 것은 아니며, 특정 파장에 대해서만 높은 반사율을 가진다. 본 발명에 따른 VECSEL 소자의 경우, 활성층(103)에서 2 개 이상의 파장을 갖는 광이 발생하므로, 반사기(102) 역시 활성층(103)에서 발생한 각각의 파장에 대해서 높은 반사율을 갖는 다중 대역 반사기(102)일 필요가 있다. 이러한 다중 대역 광 반사기는 Stephane Calvez 등의 "광펌핑된 1.3㎛ GaInNAs 수직 공진기 면발광 레이저의 최적화(Optimization of an Optically Pumped 1.3㎛ GaInNAs Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser"(IEEE Photonics Tech. Letters, Vol.14, No.2, 2002년 2월) 및 C.P.Lee 등의 "GaAs/AlAs 다중층을 사용하는 이중 파장 브래그 반사기(Dual-Wavelength Bragg Reflectors Using GaAs/AlAs multilayers"(Electronic Letters, 1993년 10월 28일, Vol.29, No.22)에 공지되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다중 대역 반사기(102)는, 예컨대, 서로 다른 복수의 층들이 소정의 순서에 따라 주기적으로 연속하여 배열됨으로써 이루어지는 다중 대역 분산 브래그 반사기(multi-band distributed brag reflector)로서 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 다중 대역 반사기(102)는, 동일한 수의 고굴절률층(high refractive index layer)(H)(122)과 스페이서층(spacer layer)(S)(123), 그리고 적어도 하나의 저굴절률층(low refractive index layer)(L)(121)을 소정의 순서로 배열하여 구성된다. 여기서, 고굴절률층(H)(122)은 AlxGa1-xAs(0≤x<1)로 이루어지며, 양호하게는 GaAs(즉, x=0)로 이루어진다. 반면, 저굴절률층(L)(121)은 AlyGa1-yAs(0<y≤1)로 이루어지며, 양호하게는 AlAs(즉, y=1)로 이루어진다. 또한, 스페이서층(S)(123)은 AlzGa1-zAs(0<z<1)로 이루어지며, 양호하게는 z가 0.15 내지 0.85의 범위 내에 있다. 그러나 이들의 조성비(x,y,z 값)는 사용하고자 하는 파장에 따라 각각 다르게 선택할 수 있다.
상기 층들(121,122,123)은 금속유기화학증착법(MOCVD) 또는 분자선에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE)법 등이나 기타 다른 적당한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 만약, 도 6에 도시된 전기 펌핑 방식의 레이저 펌핑부를 제조하고자 하는 경우에는, 상기 다중 대역 반사기(102)의 각 층들이 형성된 후, 앞서 언급한 바와 같이, 이온 주입을 통해 전류주입 영역을 일정한 크기로 한정한다. 공지된 바와 같이, 반사기 내에 매립된 이러한 산화물 개구는 레이저의 발진 효율을 향상시키고, 단일 횡모드 발진을 가능하게 한다.
도 7에서는 저굴절률층(121a), 고굴절률층(122a), 스페이서층(123a), 고굴절률층(122b), 스페이서층(123b)이 순차적으로 배치된 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 이러한 구조를 간단하게 표현하면, L(HS)2로 표현될 수 있다. 즉, 다중 대역 반사기(102)의 구조는 (L(HS)D)N 형태의 복층 구조이다. 여기서, D와 N은 양의 정수 로서, D는 1보다 큰 값을 갖는다. 이때, 각각의 층 사이의 간격은 λ/4(λ는 활성층(103)에서 발생하는 모든 파장들의 길이의 평균값)이 되도록 구성된다. 통상적으로 저굴절률층(121)이 다중 대역 반사기(102)의 가장 끝부분(즉, 도 5 및 도 6에서 가장 하부)에 위치한다. 그러나, 고굴절률층(122)이 다중 대역 반사기(102)의 가장 끝부분에 위치하도록 할 수도 있다. 이 경우 상기 다중 대역 반사기(102)는 (H(LS)D)N 형태의 복층 구조가 된다. 도 7에서는 5개의 층으로만 다중 대역 반사기(102)가 구성되어 있지만, 실제로는 대략 30개 정도의 많은 수의 층들이 사용된다. 이러한 다중 대역 반사기(102)의 층 수는, 도 8 및 도 9의 그래프에 도시된 바와 같이, 다중 대역 반사기(102)의 성능에 영향을 준다. 따라서, D와 N 값을 적절히 조절함으로써 원하는 대역에서 높은 반사율을 가질 수 있도록 다중 대역 반사기(102)를 구성할 수 있다. 도 8은 D=5, N=6 인 경우, 즉, (L(HS)5)6 인 경우의 그래프이다. D=5, N=6이면, 반사기는 LHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHS 의 층 순서를 갖는다. 이 경우, 상기 다중 대역 반사기(102)는 대략 920nm 및 1060nm의 파장에서 가장 높은 반사율을 갖는다. 또한, 도 9는 N=9로 하고, D=3(실선으로 표시), D=5(점선으로 표시), D=7(1점 쇄선으로 표시)인 경우에 대한 다중 대역 반사기(102)의 반사 대역의 변화를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, N이 고정된 상태에서, D 값이 커질 수록 2개의 고반사율 대역 사이의 거리가 가까워지고 있다.
본 발명에 따라 적어도 2 개 이상의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층(102)은 RPG(Resonant Periodic Gain) 구조이다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 기본적으로는 양자우물층(131,132)과 장벽층(133)이 서로 교호하면서 복층 구조로 배치되어 있다. 여기서, 양자우물층으로는 InxGa1-xAsyP1-y , InxGa1-xAs, InxGa1-xNyAs1-y, InxGa1-xAsySb(여기서, 0.0<x<1.0, 0.0<y<1.0) 등과 같은 반도체 재료를 사용할 수 있다. 상기 x와 y의 값은 각각의 양자우물층(131,132)에 대해 개별적으로 선택될 수 있다. 양자우물층 대신 In(Ga)(N)As의 양자점(quantum dot)을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 활성층(102)의 특징은 발생시키고자 하는 파장에 따라 서로 다른 종류의 양자우물층(131,132)을 활성층(102) 내에 동시에 형성한다는 것이다. 도 7에서는 두 종류의 양자우물층, 즉, 제 1 양자우물층(131)과 제 2 양자우물층(132)이 예시적으로 도시되어 있다. 따라서, 도 7의 예의 경우에는 두 종류의 파장이 활성층(102) 내에서 발생하게 된다. 만약, 더 많은 수의 파장을 발생시키고자 하는 경우에는 그 파장의 수만큼 양자우물층을 추가하면 된다. 도 7에 도시된 예에서, 제 1 양자우물층(131a-131i)은, 예컨대, 920nm의 파장(150)을 위한 양자우물층이며, 제 2 양자우물층(132a-132d)는, 예컨대, 1060nm의 파장(160)을 위한 양자우물층이다. 만약, InGaAs, InGaAsN의 양자우물층을 사용하는 경우, 각 원소의 조성비나 양자우물층의 두께를 적절히 조절함으로써 각각의 파장을 위한 양자우물층 형성하게 된다. 예컨대, 920nm의 파장(150)을 위한 제 1 양자우물층(131a-131i)은 In의 비율이 대략 10% 정도, 1060nm의 파장(160)을 위한 제 2 양자우물층(132a-132d)은 In의 비율이 대략 25% 정도가 될 수 있다. 그러나, 이러한 비율은 양자우물층의 두께에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로 조성비가 동일한 경우, 양자우물층의 두께가 두꺼울수록 장파장이 형성된다.
각각의 양자우물층은 그에 대응하는 파장을 갖는 정상파의 안티노드에 위치하게 된다. 즉, 도 7에서 제 1 양자우물층(131a-131i)은 920nm 파장을 갖는 정상파(150)의 안티노드 위치에 배치되며, 제 2 양자우물층(132a-132d)은 1060nm 파장을 갖는 정상파(160)의 안티노드 위치에 배치된다. 이에 따라 제 1 양자우물층(131a-131i)은 920nm 파장의 광(150)을, 제 2 양자우물층(132a-132d)은 1060nm 파장의 광(160)을 흡수하여 레이저 펌핑할 수 있다.
그런데, 제 1 양자우물층(131a-131i)은 920nm 파장의 광(150)만을 흡수하는 것이 아니라, 1060nm 파장의 광 역시 부분적으로 흡수한다. 마찬가지로, 제 2 양자우물층(132a-132d) 역시 1060nm 파장의 광 뿐만 아니라 920nm 파장의 광을 일부 흡수할 수 있다. 왜냐하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 양자우물층(131a-131i) 영역에서도 1060nm의 광(160)이 일정한 에너지를 가지며, 제 2 양자우물층(132a-132d) 영역에서 920nm의 광(150)이 일정한 에너지를 갖기 때문이다. 그러나, 1060nm의 광(160)이 920nm의 광(150) 보다 더 긴 파장을 갖기 때문에, 제 1 양자우물층(131a-131i)에서 흡수되는 1060nm 광의 양이 제 2 양자우물층(132a-132d)에서 흡수되는 920nm 광의 양 보다 더 크다. 그 결과, 제 1 양자우물층(131a-131i)과 제 2 양자우물층(132a-132d)의 수가 같을 경우, 파장이 더 긴 1060nm 광의 레이저 출력이 더 커지게 된다.
따라서, 상기 두 개의 파장의 세기를 같도록 하기 위해서는, 920nm 파장을 갖는 정상파(150)의 안티노드와 1060nm 파장을 갖는 정상파(160)의 안티노드가 중첩되는 위치에서 제 2 양자우물층을 생략한다. 이 경우, 두 정상파의 안티노드가 중첩되는 위치에서, 920nm 파장은 제 1 양자우물층(131a,131f-131h)에 의해 대부분 흡수되지만, 1060nm 파장은 제 2 양자우물층 없이 제 1 양자우물층(131a,131f-131h)에 의해 부분적으로만 흡수가 일어나기 때문에, 1060nm 파장의 출력을 감소시킬 수 있다. 두 정상파의 안티노드 위치가 완전히 일치하지 않더라도, 소정의 거리 범위 이내에 두 정상파가 존재한다면, 제 2 양자우물층을 생략할 수 있다. 예컨대, 1060nm 파장의 안티노드 위치로부터 상기 1060nm 파장의 10%에 해당하는 거리 이내에 920nm 파장의 안티노드가 있다면 제 2 양자우물층을 생략할 수도 있다. 이러한 원리에 따라, 제 1 양자우물층이나 제 2 양자우물층의 수를 조절함으로써 출력되는 파장의 세기를 조절할 수 있다.
한편, 광의 흡수는 양자우물층 뿐만 아니라 장벽층(133)에서도 일어나게 할 수 있다. 즉, 장벽층(133)은 펌핑되는 광에 대해 흡수층이 될 수도 있고 투명층이 될 수도 있다. 만약, 장벽층(133)에서 광의 흡수가 일어나는 경우, 장벽층(133)에서 발생한 전자와 정공은 인근의 양자우물층으로 전달되어 양자우물층에서의 광 생성에 기여하게 된다. 그러나, 이 경우에는 장벽층(133)에서 많은 열이 발생할 수도 있다.
이렇게 펌핑된 920nm 와 1060nm의 광은 도 4a 및 도 4b에 도시된 SHG 소자(115)에 의해 반파장인 460nm 와 530nm의 레이저 광으로 출력될 수 있다. 따라 서, 본 발명에 따른 하나의 VECSEL 소자는 청색 발광용 레이저 광원과 녹색 발광용 레이저 광원의 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명하였다. 상술한 본 발명에 따른 VECSEL 소자의 상세한 설명에서는 비록 두 개의 파장을 동시에 출력하는 경우에 대해 주로 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 원리에 따르면 하나의 레이저 광원을 이용하여 2 개 이상의 간섭성 광파장을 발생시키는 것이 가능하다. 특히, 대형 디스플레이 장치의 녹색 및 청색 발광소자로서 이용하는데 유용하다. 또한, 양자우물층의 수 및 위치를 적절하게 조절함으로써 출력되는 각 파장의 길이 및 파장의 세기를 제어할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 보다 저렴하며 제조가 용이한 다색 발광 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (43)

  1. 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 레이저 펌핑부; 및 상기 레이저 펌핑부의 외부에 위치하며, 상기 레이저 펌핑부에서 발생한 광의 일부를 투과시켜 레이저 광으로서 출력하고, 나머지 일부를 레이저 펌핑부에서 재흡수되도록 반사하는 외부 미러부;를 포함하는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는:
    적어도 2 개의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층; 및
    여러 파장 대역에 걸쳐 변화하는 반사율을 가지며, 상기 활성층에서 발생된 적어도 2 개의 파장을 갖는 광에 대해 상대적으로 가장 높은 반사율을 가지는 다중 대역 반사기;를 포함하고,
    상기 활성층은 상기 다중 대역 반사기와 외부 미러부 사이의 광로에 위치하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은:
    제 1 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 1 양자우물층;
    제 2 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 2 양자우물층; 및
    상기 복수의 제 1 및 제 2 양자우물층들 사이의 간격에 위치하는 복수의 장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 양자우물층은 제 1 파장을 갖는 제 1 정상파의 안티노드 위치에 배치되며, 상기 제 2 양자우물층은 제 2 파장을 갖는 제 2 정상파의 안티노드 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층의 개수를 조절함으로써, 상기 제 1 파장의 출력과 제 2 파장의 출력의 상대적인 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 정상파의 안티노드와 제 2 정상파의 안티노드 사이의 간격이 소정의 거리 이내인 경우, 상기 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층 중 어느 하나만이 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 양자우물층은 각각 InxGa1-xAsyP1-y, In xGa1-xAs, InxGa1-xNyAs1-y, 및 InxGa1-xAsySb를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 반도체 재료를 포함하며, 여기서, 0.0<x<1.0 및 0.0<y<1.0 이고, 상기 x와 y의 값은 상기 제 1 및 제 2 양자우물층에 대해 독립적으로 선택 가능한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 고굴절률층(H), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어도 하나의 저굴절률층(L)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 고굴절률층(H)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (L(HS)D)N 형태이며, 여기서, D와 N은 양의 정수이고, D는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 저굴절률층(L), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어도 하나의 고굴절률층(H)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 저굴절률층(L)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (H(LS)D)N 형태이며, 여기서, D와 N은 양의 정수이고, D는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고굴절률층(H)은 AlxGa1-xAs(0≤x<1)을 포함하며, 상기 저굴절률층(L)은 AlyGa1-yAs(0<y≤1)을 포함하고, 상기 스페이서층(S)은 AlzGa 1-zAs(0<z<1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    x=0, y=1, 0.15<z<0.85 인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  13. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 각 층 사이의 간격은 λ/4 이며, 여기서, λ는 상기 활성층에서 발생하는 파장들의 길이의 평균값인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  14. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 외부 미러부와 대향하는 상기 활성층의 표면에 적층된 반사방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 반사방지층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  16. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 외부 미러부와 대향하는 상기 활성층의 표면에 적층된 반사 미러층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 반사 미러층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  18. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 활성층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  19. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 미러부는:
    상기 레이저 펌핑부에서 발생된 제 1 파장을 갖는 광의 일부를 상기 레이저 펌핑부로 반사하고, 나머지 일부를 투과시켜 제 1 레이저 광으로서 출력하는 제 1 외부 미러;
    상기 레이저 펌핑부에서 발생된 제 2 파장을 갖는 광의 일부를 상기 레이저 펌핑부로 반사하고, 나머지 일부를 투과시켜 제 2 레이저 광으로서 출력하는 제 2 외부 미러; 및
    제 1 파장의 광을 투과시켜 제 1 외부 미러로 보내고, 제 2 파장의 광을 반사하여 제 2 외부 미러로 보내는 파장 선택성 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 외부 미러와 상기 다중 대역 반사기는 제 1 파장의 광을 위한 제 1 레이저 공진기를 형성하며, 제 1 외부 미러와 다중 대역 반사기 사이의 광로의 길이는 제 1 파장의 정수배인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 외부 미러와 상기 다중 대역 반사기는 제 2 파장의 광을 위한 제 2 레이저 공진기를 형성하며, 제 2 외부 미러와 다중 대역 반사기 사이의 광로의 길이는 제 2 파장의 정수배인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 레이저 소자는, 상기 제 1 파장의 광로 상에 위치하여 제 1 파장의 주파수를 2배로 만드는 제 1 SHG 소자, 또는 상기 제 2 파장의 광로 상에 위치하여 제 2 파장의 주파수를 2배로 만드는 제 2 SHG 소자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 SHG 소자 및 제 2 SHG 소자는 상기 레이저 펌핑부와 파장 선택성 미러 사이에 위치하여 제 1 파장과 제 2 파장의 주파수를 동시에 2배로 만드는 단일한 SHG 소자인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  24. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 미러부는, 제 1 파장을 갖는 제 1 정상파의 노드 말단과 제 2 파장을 갖는 제 2 정상파의 노드 말단이 일치하는 위치에 설치된 하나의 외부 미러이며, 상기 외부 미러와 다중 대역 반사기 사이의 광로의 길이는 제 1 파장 및 제 2 파장 모두의 정수배인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 레이저 소자는 상기 레이저 펌핑부에 펌핑용 에너지를 제공하는 펌프 레이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 소자.
  26. 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 면발광 반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부에 있어서,
    기판;
    상기 기판 위에 형성된 다중 대역 반사기; 및
    상기 다중 대역 반사기 위에 형성된 것으로, 적어도 2 개의 파장을 갖는 광을 발생시키는 활성층;을 포함하고,
    상기 다중 대역 반사기는 여러 파장 대역에 걸쳐 변화하는 반사율을 가지며, 상기 활성층에서 발생된 적어도 2 개의 파장을 갖는 광에 대해 상대적으로 가장 높은 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 활성층은:
    제 1 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 1 양자우물층;
    제 2 파장을 발생시키기 위한 복수의 제 2 양자우물층; 및
    상기 복수의 제 1 및 제 2 양자우물층들 사이의 간격에 위치하는 복수의 장벽층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 양자우물층은 제 1 파장을 갖는 제 1 정상파의 안티노드 위치에 배치되며, 상기 제 2 양자우물층은 제 2 파장을 갖는 제 2 정상파의 안티노드 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층의 개수를 조절함으로써, 상기 제 1 파장의 출력과 제 2 파장의 출력의 상대적인 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 정상파의 안티노드와 제 2 정상파의 안티노드 사이의 간격이 소정의 거리 이내인 경우, 상기 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층 중 어느 하나만이 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  31. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 양자우물층은 각각 InxGa1-xAsyP1-y, In xGa1-xAs, InxGa1-xNyAs1-y, 및 InxGa1-xAsySb를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 반도체 재료를 포함하며, 여기서, 0.0<x<1.0 및 0.0<y<1.0 이고, 상기 x와 y의 값은 상기 제 1 및 제 2 양자우물층에 대해 독립적으로 선택 가능한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 고굴절률층(H), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어도 하나의 저굴절률층(L)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 고굴절률층(H)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (L(HS)D)N 형태이며, 여기서, D와 N은 양의 정수이고, D는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기는, 적어도 두 개의 저굴절률층(L), 적어도 두 개의 스페이서층(S), 및 적어도 하나의 고굴절률층(H)이 소정의 순서로 반복하여 형성된 복층 구조를 가지며, 상기 저굴절률층(L)과 스페이서층(S)의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 복층 구조는 (H(LS)D)N 형태이며, 여기서, D와 N은 양의 정수이고, D는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  36. 제 32 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고굴절률층(H)은 AlxGa1-xAs(0≤x<1)을 포함하며, 상기 저굴절률층(L)은 AlyGa1-yAs(0<y≤1)을 포함하고, 상기 스페이서층(S)은 AlzGa 1-zAs(0<z<1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  37. 제 36 항에 있어서,
    x=0, y=1, 0.15<z<0.85 인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  38. 제 32 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중 대역 반사기의 각 층 사이의 간격은 λ/4 이며, 여기서, λ는 상기 활성층에서 발생하는 파장들의 길이의 평균값인 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  39. 제 27 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 활성층의 표면에 적층된 반사방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 반사방지층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  41. 제 27 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 활성층의 표면에 적층된 반사 미러층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 반사 미러층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
  43. 제 27 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 레이저 펌핑부는, 상기 활성층의 표면과 접촉하는 상부 전극층, 및 상기 다중 대역 반사기의 표면과 접촉하는 하부 전극층을 포함하며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 금속 또는 오믹 컨택으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 파장을 발생시키는 레이저 펌핑부.
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