KR20010089540A - 광전자 장치를 위한 화합물 반도체 구조 - Google Patents

광전자 장치를 위한 화합물 반도체 구조 Download PDF

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Abstract

기판, 및 상기 기판 위에 배치된 액티브 영역을 포함하는 화합물 반도체 장치가 제공된다. 액티브 영역은 적어도 2개의 상이한 비정규형층을 포함하는데, 제1층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 제2층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖는다. 제1층은 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 제2 층은 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함한다. 기판은 GaAs 또는 AlpGa1-pAs ( 0 < p < 1 )일 수 있고, GaAs의 격자 상수와 동일하거나 또는 근접한 격자 상수를 갖는 것이 바람직하다. 제1층에 대하여, x는 0.05 내지 0.7 사이, y는 0 내지 0.35 사이, z는 0.45 내지 1 사이, 및 1-y-z는 0 내지 0.25 사이인 것이 바람직하다. 제2층에 대하여, q는 0 내지 0.25 사이이고, 1-r-s는 0.25 내지 1 사이인 것이 바람직하다.

Description

광전자 장치를 위한 화합물 반도체 구조{COMPOUND SEMICONDUCTOR STRUCTURES FOR OPTOELECTRONIC DEVICES}
1.3㎛ 내지 1.55㎛에서 동작하는 반도체 장치는 섬유-광학 통신에서 매우 중요하다. 이상적으로, 이러한 애플리케이션을 위한 장치는 온도와 같은 환경 변화에 강하고 생산하는데 비용이 많이 들지 않는 단일 파장에서 동작하여야 한다. 지금까지, 대부분의 작업은 InP/InGaAsP 물질계를 이용하여 에지-방사 장치를 생산하는데 집중되어 왔다. 이들 장치는 레이저 출력의 스펙트럼 품질을 제어하기 위해 특별한 분배 피드백 구조를 사용한다. 그러나, 이 장치의 양산률(yeild)은 매우 낮을 수 있다. 게다가, 이들 장치는 InP상에서 성장된 보다 작은 밴드갭(bandgap) 물질로 구성되기 때문에, 매우 온도에 민감하여 정밀한 온도 제어를 요한다. 따라서, 이형태의 장파장 에지-방사 레이저는 일반적으로 매우 비싸다.
단일 파장 방사(emission)를 허용할 수 있는 대안의 장치로는 수직-캐비티 표면-방사 레이저(VCSEL)가 있다. 일반적으로, VCSEL은, 그 사이에 요구된 파장의 빛을 방사하는 물질로 구성된 액티브 영역이 놓이는, 2개의 분배 브래그 반사기(distributed Bragg reflectors: DBR)를 포함하는 발광 반도체 장치이다. DBR은 미러(mirror)로 동작하여 공진 캐비티(resonant cavity)를 정의하고, 액티브 영역은 광학 이득 매체(optical gain medium)로 동작한다. 이들은 또한 캐비티 길이를 정의하기 위해 사용된 각 DBR과 액티브 영역 사이의 스페이서(spacer)일 수 있다. 반도체 미러 구조는 일반적으로 액티브 영역을 통해 전류 흐름이 가능하도록 도핑된다.
종래 VCSEL과 관련된 문제가 있는데, 그것들 중 일부는 Jewell 등에 의해 미국 특허 제5,719,894호 및 제5,719,895호에서 논의되었고, 이 내용은 여기서 참조로 포함된다. 일반적으로, InP/InGaAsP계의 높은 온도 민감성과 낮은 굴절률 때문에, InP/InGaAsP를 이용하여 성장하고 1.3㎛ 내지 1.55㎛의 영역에서 방사하는 VCSEL의 생산은 피해왔다. 또한, InP 기판을 위한 효과적인 DBR의 생산은 어렵고, 실제로 매우 비효율적으로 나타난다.
InP 기반의 낮은 품질의 미러 생산을 해결하기 위해, 웨이퍼 융합(fusion)을 이용하는 하나의 접근 방법이 있다. 이 기술에서, 액티브 영역은 InP 기판 상에 성장되고, DBR은 갈륨 아세나이드(GaAs) 상에서 성장된다. 그리고 나서, 이들 웨이퍼는 VCSEL을 형성하기 위해 고압으로 함께 처리 및 본딩된다. 이 방법의 단점은 요구되는 복잡한 처리과정 및 이에 따른 높은 제조 비용으로 인한 신뢰성 논쟁이 될 수 있다.
InP/InGaAsP의 한계를 극복하기 위해, GaAs 기판에 기반한 구조가 수직 캐비티 장치를 위해 제안되어 왔다. 1.3㎛ 내지 1.55㎛ 방사에 대한 GaAs 상의 고품질의 액티브 물질의 성장은 많은 상이한 접근 방법을 이용하여 연구되고 있는 문제이다.
첫 번째 접근 방법은 GaAs 상에 성장된 InGaAs 양자 도트(quantum dots : QD)를 사용한다. 이 접근 방법은 1.3㎛에서의 광발광(photoluminescence : PL), 1.27㎛에서 동작하는 공진 캐비티 포토다이오드, 및 1.3㎛에서 동작하는 에지-방사 QD 레이저를 생성한다. 지속파(continuous-wave : CW), 실온(room temperature : RT), QD-기반의 VCSEL이 또한 생성되지만, 레이징 파장은 단지 1.15㎛이었다.
두 번째 접근 방법은 변형된(strained) GaAsSb 양자 웰(QW)을 사용한다. 이 접근 방법은 1.3㎛에서의 실온 PL, 및 1.27㎛에서 동작하는 에지-방사 레이저를 생성한다. (보다 짧은 파장의 이 레이저는, 성장할 수 있는 제한된 수의 결함없는 QW로 인해, 보다 높은 전류 주입 레벨에서 포화상태(saturation)에 도달하도록 추정될 수 있다.) 이 접근 방법은 또한 GaAsSb/InGaAs 두 층 QW를 이용하여, 타입-Ⅱ 밴드-에지 배열로써 1.332㎛까지의 PL 파장을 생성하였다.
세 번째 접근 방법은 단일 GaInNAs 양자 웰을 사용한다. 이 접근 방법은 3.1kA/㎠인 임계 전류 세기로써 1.18㎛의 방사 파장에서 실온 펄스된 동작을 생성한다. 또한, QW의 질소 함유량이 1%로 증가되면 1.3㎛에 근접한 레이징 파장을 갖는 CW 에지-방사 레이저가 생성된다. 108㎃ 임계 전류가 800㎛의 캐비티 길이 및 2㎛의 액티브 폭으로 장치에 달성된다.
이 접근 방법들은 모두 단점을 가지고 있다. 먼저, 생성된 파장이 원거리 통신 용으로는 너무 짧다. 둘째, 양자 도트 장치는 긴 캐비티에 의존하고, 높은 반사성의 마면 코팅(highly reflective facet coatings)을 사용한다. 셋째, GaInNA를 형성하기 위한 InGaAs 내의 질소의 혼합은 많은 이유로 인해 기술적으로 기피되고 있기 때문에 GaInNA 접근 방법은 제한된다. 먼저, 액티브 물질 내에 1% 이상의 질소를 확실하게 혼합하는데 문제가 있다. 둘째, 사용된 통상의 전구물질(precursor)은 히드라진(hydrazine, 예, 로켓 연료)에 기반하고, 그 화합물의 불안정하고 자연히 타는(pyrophoric) 성질 때문에 매우 주의를 요한다. 셋째, 질소가 액티브 영역에 어떻게 혼합되는지가 확실히 이해되지 않는다. 일부 연구가들이 이전에 4요소 혼합물(quaternary alloy)이 형성된다고 생각하였지만, 현재는 일반적으로 질소가 불순물 또는 결함이 있는 상태로서 혼합된다고 믿어지고 있다. 이러한 상태는 물질에 혼합된 질소의 양이 증가함에 따라 수적으로 증가하는 비-방사성(non-radiative) 재결합 중심부를 도입할 수 있다. 이 상태는 국부적인 동요(perturbation) 또는 전도 밴드의 분리(splitting)를 야기시킬 수 있으며, 이에 따라 보다 긴 파장의 방사가 달성될 수 있게 된다. 그러나, 보다 높은 질소 혼합은 일반적으로, 결함의 도입에 일치하여 장치 수명을 단축시킨다.
따라서, 1.3㎛ 내지 1.5㎛의 요구된 원거리 통신 파장에서 동작하는 개선된 반도체 광전자 장치에 대한 필요성이 발생한다.
본 발명은 일반적으로 광전자 장치(optoelectronic devices)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 발광 다이오드, 광검출기, 에지-방사 레이저(edge-emitting lasers) 및 수직-캐비티 표면-방사 레이저(vertical-cavity surface-emitting lasers)와 같은 광전자 장치를 위한 화합물 반도체 구조에 관한 것이다.
도1a는 본 발명의 일실시예에 따른 포괄적인 광전자 반도체 장치의 개략도.
도1b 내지 도1d는 도1a의 액티브 영역의 몇몇 실시예를 확대하여 도시한 도면.
도2a는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 영역의 밴드-에지 배열의 개략적인 에너지 다이어그램.
도2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 영역의 밴드-에지 배열 및 전자 및 헤비-홀 파동함수의 개략도.
도3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 액티브 영역 층 물질의 플럭스 비율에 대한 광발광 파장의 종속성을 보여주는 그래프.
도4는 본 발명의 일실시예의 2차 이온 질량 분광 측정을 보여주는 그래프.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 에지-방사 장치의 구조의 개략도.
도6은 도5와 유사한 에지-방사 장치의 전자발광 스펙트럼을 보여주는 그래프.
도7의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따라 제조된 장치의 광발광 스펙트럼을 보여주는 그래프.
도8은 본 발명의 두 실시예의 반사 고 에너지 전자 회절(RHEED) 측정을 보여주는 사진.
도9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실시예의 액티브 영역의 단면을 보여주는 전자 현미경 사진.
도10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지-방사 장치 구조의 개략도.
도11의 (a) 및 (b)는 직각 격자를 갖는 주기적 구조의 개략도.
도12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 공진 캐비티 구조의 개략도.
도13a 내지 도13c는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도된 애퍼처 VCSEL의 개략도.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 기판 및 기판 위에 배치된 액티브 영역을 포함하는 화합물 반도체 장치가 제공된다. 액티브 영역은 적어도 2개의 상이한 비정규형층(pseudomorphic layers), 즉, InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖는 제1층, 및 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖는 제2층을 포함한다. 제1층은 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 제2층은 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함한다. "비정규형"은 충분히 낮은 레벨의 부적합한 전위(misfit dislocation)를 가짐으로써 정의된다. 각 InGaPAsSb 층은 기판에 대해 비정규형이다. 기판은 GaAs 또는 AlpGa1-pAs (0<P<1), 또는 GaAs와 동일하거나 근접한 격자 상수(lattice constant)를 갖는 물질이 바람직하다. 제1층에 있어서, x가 0.05 내지 0.7 사이에 있다면, y는 0 내지 0.35 사이에 있고, z는 0.45 내지 1 사이, 및 1-y-z는 0 내지 0.25 사이에 있는 것이 바람직하다. 제2층에 대해서, q가 0 내지 0.25 사이라면, 1-r-s는 0.25 내지 1 사이에 있는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제1층과 제2층 사이에 형성된 밴드 구조는 타입-Ⅱ 밴드-에지 배열(type-Ⅱ band-edge alignment)을 갖는다. 피크 천이 파장은 1100nm 보다 큰 것이 바람직하다. 제1층은 전자에 대한 웰 영역이고, 제2층은 전자에 대한 배리어 영역인 것이 바람직하다. 또한, 두 층은 양자 웰을 형성하고, 초격자(superlattice)를 형성할 수도 있다.
다른 실시예에서, 액티브 영역은 또한 제3 비정규형층을 포함한다. 이 제3층은 실질적으로 제2층과 동일한 구성을 가지며, 제2층 위에 배치될 수 있다. 이 실시예의 변형예는 또한 제2층과 제3층 사이에 적어도 하나의 층-쌍(layer-pair)을 포함한다. 각각의 층-쌍은 실질적으로 제1 및 제2 비정규형층과 동일한 구성을 갖는다. 다른 변형예는 제3층 위에 배치된 제4 비정규형층을 포함하는데, 제4층은 실질적으로 제2층과 동일한 구성을 갖는다. 이 변형예는 또한 제2층과 제3층 사이에 적어도 하나의 층-쌍을 갖는데, 여기서, 각각의 층-쌍은 실질적으로 제1 및 제2 비정규형층과 동일한 구성을 갖는다.
다른 실시예에서, 액티브 영역은 또한 제2층 위에 배치된 3개의 부가적인 비정규형층을 포함할 수 있다. 제1 부가층은 먼저의 2층과는 상이한 구성을 갖는다. 제2 부가층은 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 제3 부가층은 제1 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
다른 실시예에서는, 클래딩(cladding) 층이 액티브 영역을 둘러싼다. 바람직하게는, 이 층들은 GaAs, AltGa1-tAs 또는 GaAsuP1-u(여기서, t와 u는 0과 1 사이)로 이루어진다.
다른 실시예에서, 제1 비정규형층이 제1 클래딩층 위에 배치되고, 제2 비정규형층이 제1 비정규형층 위에 배치된다. 이 실시예는 제1층과 실질적으로 동일한 구성을 가지며 제2층 위에 배치된 제3 비정규형층을 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시예의 변형예는 또한 제2층과 제3층 사이에 적어도 하나의 층-쌍을 포함한다.각각의 층-쌍은 실질적으로 제2 및 제2 비정규형층과 동일한 구성을 갖는다. 다른 변형예는 제3층 위에 배치된 제4 비정규형층을 포함하는데, 여기서, 제4층은 제2층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이 변형예는 또한 제2층과 제3층 사이에 적어도 하나의 층-쌍을 포함할 수 있는데, 여기서, 각각의 층-쌍은 제1 및 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
다른 실시예에서, 제1 클래딩층은 기판과 액티브 층 사이에 배치되고, 제2 클래딩층은 제2 비정규형층 위에 배치된다. 그리고 나서, 제2 클래딩층, 및 제1 클래딩층과 제2 클래딩층 사이에 배치된 층들은 이전의 다층 구조 위에 반복적으로 배치될 수 있는 다층 구조를 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 액티브 영역에 전기적으로 연결된 2개의 도전층이 있는데, 이것은 제1 도전형인 하나와 제2 도전형인 다른 하나이다. 또한, 액티브 영역으로/으로부터 전기적인 전류를 제공/추출하기 위한 수단이 존재한다. 도전층의 밴드갭은 액티브 영역의 층들의 밴드갭보다 더 큰 것이 바람직하다. 또한, 에지-방사 장치는, 이를 통해 광학적 방사(emission) 또는 흡수(absorption)를 달성하는, 반도체-공기 인터페이스를 형성하기 위해 도전층 평면 내의 캐비티에 형성되는 것이 바람직하다.
이 장치의 다른 실시예에서는, 제2 도전층 위에 배치된 격자층(grating layer)이 존재한다. 격자층은 액티브 영역의 적어도 일부분 위에 확장된 라인을 갖고, 광학적 공진 캐비티를 정의한다. 공진 파장(마이크론)이 1.24를 공진 에너지(eV)로 나눈 값과 같게 되도록 공진 에너지에 대한 공진 파장을 갖는다. 바람직하게는, 격자층 라인은 위상-시프트된 격자층을 형성하기 위해, 적어도 1/4 파장 또는 1/4 파장의 배수만큼 시프트될 수 있다.
이 장치의 다른 실시예에서, 하부 미러는 액티브 영역의 아래에 배치되고, 상부 미러는 액티브 영역의 위에 배치된다. 상부 및 하부 미러는, 공진 파장(micron 단위)이 1.24를 공진 에너지(eV 단위)로 나눈 값과 같아지도록 하는 공진 에너지에 대한 공진 파장을 갖는 광학적 공진 캐비티를 정의한다. 바람직하게는, 상부 및 하부 미러는 교대로 위치된(alternating) 높은 굴절률 및 낮은 굴절률 층들으로 이루어진다. 낮은 굴절률 층들은 산화된 물질, 낮은 굴절률 유전 물질, 낮은 굴절률 폴리머 물질 및 비교적 낮은 굴절률 반도체 물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 높은 굴절률 층들은 산화된 물질, 높은 굴절률 유전 물질, 높은 굴절률 폴리머 물질 및 높은 굴절률 반도체 물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또 따른 실시예에서는, 액티브 영역 위해 배치된 애퍼처(aperture)가 존재한다. 애퍼처는 2개의 영역을 가진다. 일실시예에서, 하나의 애퍼처 영역은 높은 전기적 저항을 가지고, 다른 애퍼처 영역은 매우 낮은 전기적 저항을 갖는다. 다른 실시예에서, 하나의 애퍼처 영역은 다른 애퍼처 영역보다 낮은 굴절률을 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 애퍼처 영역은 현저하게 산화된 물질로 이루어지고, 다른 애퍼처 영역은 제1 애퍼처 영역보다 덜 산화된다. 다른 실시예에서, 애퍼처는 기둥을 에칭함으로써 형성된다.
또한 본 발명에 따르면, 에지-방사 레이저, 공진 캐비티 광검출기, 공진 캐비티 발광 다이오드(LED) 또는 VCSEL은 각각 기판과 기판 위에 배치된 액티브 영역을 포함한다. 각 장치에서, 액티브 영역은 적어도 2개의 비정규형층을 포함한다. 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 가지며, 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 상이하다. 제1층은 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 제2 층은 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 화합물은 인듐(In), 갈륨(Ga), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Ab)을 포함하고, InxGa1-xPyAszSb1-y-z(여기서, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1, 0<1-y-z<1) 형식을 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판 위에 배치된 액티브 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 기판 상에 화합물 반도체 장치를 제조하기 위한 방법이 제공되는데, 여기서, 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함한다. 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 가지며, 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 상이하다. 제1층은 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 제2 층은 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함한다. 기판은 GaAs 또는 AlpGa1-pAs ( 0 < p < 1 ), 또는, GaAs의 격자 상수와 동일하거나 또는 근접한 격자 상수를 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
액티브 영역 내에 2개의 상이하게 구성된 InGaPAsSb 비정규형층을 이용함으로써, 본 발명은 레이징 파장의 제한이 단일 물질의 밴드갭에 의해 결정되는 것을피할 수 있다. 1.1㎛ 내지 1.5㎛의 파장이 달성된다. 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는, 본 발명의 다른 기술적인 장점들이, 다음의 도면, 상세한 설명 및 청구 범위로부터 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 적어도 1.1㎛ 파장에서 방사를 제공한다. 또한, 본 발명은 타입-Ⅱ 밴드-에지 배열을 갖는 밴드 구조를 보여준다. 본 발명은 도1a와 유사한 구조를 갖는 광전자 반도체 장치에서 사용될 수 있다. 장치(100)는 하부 콘택(105) 위에 배치된 기판(110), 기판(110) 위에 배치된 하부(bottom portion)(120), 바닥 부분(120) 위에 배치된 액티브 영역(130), 액티브 영역(130) 위에 배치된 상부(top portion)(140), 및 상부(140) 위에 배치된 상부 콘택(195)을 포함한다.
기판(110)은, 바람직하게 GaAs 또는 AlxGa1-xAs (0<x<1)인 반도체이고, 여기서 이것은 n도핑된 것이 바람직하지만 p도핑될 수도 있다. (여기부터, 달리 규정되지 않으면, AlxGa1-xAs (0<x<1)는 "AlGaAs"로 쓰여지며, 여기서, 이것은 그룹Ⅲ원소 Al 과 Ga가 더해서 1이 되는 상보적인 아래첨자를 가지는 것으로 이해된다.) GaAs 또는 AlGaAs로 구성되는 것이 바람직하지만, 기판은 GaAs와 동일하거나 근접한 격자 상수(lattice constant)를 갖는 모든 물질로 구성될 수 있다. 하부 콘택(105)은 n-콘택(기판과 동일한 도전성을 갖는)이 바람직하다. 유사하게, 하부(120)는 기판과 동일한 도전성을 갖는 것이 바람직하다. 하부(120)는, 에지-방사 레이저의 경우에는, 콘택 층 및 유도(guiding) 또는 등급(graded) 인덱스 층을 포함할 수 있거나, 또는 LED, 포토다이오드 또는 VCSEL과 같은 공진 캐비티의 경우에는 하부 미러를 포함할 수 있다. 상부(140)는, 하부(120)와는 반대의 도전성을 갖고, 하부(120)와 대칭인 구조를 가지는 것이 바람직하며, 에지-방사 레이저의 경우에는, 콘택 층 및 유도 또는 등급 인덱스 층을 포함하거나, 또는 전술한 공진 캐비티 장치의 경우에는 상부 미러를 포함하는 것이 바람직하다. 상부 콘택(195)은 p-콘택(상부(140)와 동일한 도전성을 가진)이 바람직하다. 상부(140) 및 하부(120)가 빛을 방사 또는 흡수하지 않는 것에 반하여, 액티브 영역(130)은 빛의 방사 또는 흡수가 일어나는 곳이다.
액티브 영역(130)은 도1b 내지 도1d에서 확대되어 도시되고, 변형된 InGaPAsSb-기반의 양자-웰 구조 또는 버퍼/클래이딩층(150a, 150b)에 매립된 구조를 보여준다. 액티브 영역(130)은 상이한 구성을 갖는 적어도 2개의 InGaPAsSb층(131, 132)을 포함하고, 실질적으로 층(131)과 동일한 구성을 갖는 적어도 하나의 제3층(138)을 포함하는 것이 바람직하지만, 각 층(131, 132)의 두께 및 화학량(stoichiometry)은 다를 수 있다. 적어도 In, Ga 및 As이 제1층에 제공되고, 적어도 Ga, As 및 Sb가 제2층에 제공되어야 한다. 도1b에 도시된 바와 같이, 특히, 약간의 비정규형층(예, 3 또는 5)이 존재하는 경우, 버퍼/클래딩층(150a, 150b)에 매립된 홀수개의 비정규형층이 존재하는 것이 바람직할 것이다. 이 경우에, 버퍼/클래딩층에 인접한 제1층은 "A"라는 구성을 가지며, 다음에 인접한 층은 "B"라는 구성을 갖는다. A층은 전자에 대한 웰 영역으로 동작하고, B층은 전자에 대한 배리어 영역으로 동작한다. 층(132)과 층(138) 사이에는 0, 1, 2 또는 A/B 층-쌍이 존재할 수 있다.
대안적으로, 도1c에 도시된 바와 같이, 패턴 A/B/A/B를 갖고 적어도 층(139)을 더 포함하는 짝수개의 층이 존재할 수 있다. 도1b에서의 액티브 영역에서와 같이, 도1c의 액티브 영역은 층(132)과 층(138) 사이에 0, 1, 2 또는 A/B 층-쌍을 가질 수 있다. 도1b 내지 도1d에는 도시되지 않았지만, 각각이 상이한 구성을 가지지만 InGaPAsSb 형식을 가지며, 버퍼/클래딩층(150a, 150b) 사이에 A/B/C/B/A 형식으로 배열된, 3개의 비정규형층(A, B, C)을 구비할 수도 있다.
또 다른 변형예가 도1d에 도시되어 있는데, 여기서는, 버퍼/클래딩층 사이에 버퍼/클래딩층 및 비정규형층이 포함되는 다층 구조가 버퍼/클래딩층(150b) 위에 한번 또는 그 이상 반복된다. GaAsuP1-u(0<u<1, 이후부터 "GaAsP"로 언급됨)로 구성된 버퍼/클래딩층에 있어서, 액티브 영역(130)은 GaAsP/A/B/.../GaAsP, GaAsP/A/B/.../A/GaAsP, 또는 GaAsP/A/B/C/B/A/GaAsP의 단일 또는 다수개 층의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 변형(strain) 보상을 최적화 하는데 유리하다(이하에 기술됨).
만일, 사용된 개별적인 A/B층 두께가 얇다면, 전자 및 홀은 배리어를 통해 관통(양자 역학적으로)할 수 있고, 양자 웰의 이산 에너지 레벨이 소형 밴드로 확장될 수 있다. 그후의 이러한 구조는 초격자(superlattices)로 언급된다.
에지-방사 레이저에서, 액티브 영역은 장치(100)의 사이드로부터 빛을 방사한다. VCSEL 또는 LED와 같은 공진 캐비티 이미터에서, 빛은 상부(140)를 통하거나 또는 하부(120) 및 기판(110)을 통해 액티브 영역(130)으로부터 방사된다. 광검출기는 사이드로부터 직접 액티브 영역으로의 빛을 수신하거나, 또는 상부 또는 하부로부터 액티브 영역 측으로의 빛을 수신할 수 있다.
버퍼/클래딩층(150a, 150b)은 얇은(~400Å) 버퍼 층 및/또는 보다 두꺼운(~1500Å) 클래딩 또는 등급 인덱스 층을 포함할 수 있다. 이 버퍼/클래딩층은 GaAs, AlGaAs 또는 GaAsP으로 이루어질 수 있다. 버퍼/클래딩층(150a, 150b)은 전자 및 홀에 대해 제한층(confining layer)으로 동작하고, 또한 광학적 유도(optical guiding)를 제공한다. 클래딩층에 Al을 이용하는 것은 전자 제한(confinement)을 향상시킬 수 있다. GaAsP 클래딩층은 신장성 있는(tensile) 변형을 가지며, 이에 따라 액티브 영역의 InGaPAsSb 층의 압축적인(compressive) 변형을 보상할 수 있게된다. InGaPAsSb 층의 압축적인 변형은, 임계 두께로 주지된최대 두께로 비정규적으로 성장할 수 있는 두께를 제한한다. 층의 두께가 증가함에 따라, 부적합한 변형 에너지가 증가한다. 따라서, 층 위에 누적된 부적합한 변형 에너지가 비정규형 성장에 대해 변형 세기가 허용된 최대값을 초과함에 따라, 임계 두께보다 두껍게 성장한 층이 전위될 수 있다. 변형 보상시, 신장성 있는 변형된 물질의 얇은 층을 클래딩층에 도입함으로써, 얇은 층의 누적된 압축 변형이 감소되거나 또는 상쇄될 수 있다. 이것은 최종적인 변형을 효과적으로 감소할 수 있다. 보다 작은 변형에서, 부적합한 변형 에너지가 보다 작아져서, 전위가 발생하기 전에 보다 두꺼운 층을 성장할 수 있게 된다. 신장성 있게 변형된(tensile-strained) 클래딩층의 사용은 비정규형으로 성장될 수 있는 InGaPAsSb 층의 전체 두께를 증가하도록 사용될 수 있다.
추가로, 버퍼/클래딩층은 몇몇 요구조건을 만족해야 한다. 먼저, 액티브 영역 내의 양자 웰 층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가져야한다. 둘째, 그 밴드갭은 웰 자체에 근처에서 최소가 되어야 하고, 그후, 액티브 영역으로부터 더 증가해야 한다. 세째, 이 층들의 굴절률은 웰 근처에서 최대가 되어야 하고, 그후, 액티브 영역으로부터 더 감소되어야 한다.
일반적 원칙(generality)에서 벗어나지 않고, 액티브 영역에 대해 InxGa1-xAs/GaPrAssSb1-r-s층을 이용하는 본 발명의 실시예가 기술될 것이다.(이 구조는 여기서부터 "InGaAs/GaPAsSb"로 언급될 것이다) 1.3㎛ 내지 1.55㎛에서 동작하는 Ⅲ/Ⅴ 반도체 레이저는 타입-Ⅰ QW 액티브 영역을 사용하고, InGaAs/GaPAsSb 구조는 대칭적인 타입-Ⅱ 다층 영역을 사용하는데, 이의 에너지 도표가 도2a에 개략적으로 도시되어 있다. 이 도면은 3층 액티브 영역에 대해 액티브 영역을 통한 위치 함수로서 상대적인 에너지 레벨을 보여준다. GaAs 버퍼/클래딩층은 위치(205, 225)로, InGaAs층은 위치(210, 220)로, GaPAsSb층은 위치(215)로 표시되어 있다. 밸런스 밴드는 230으로 표시되고, 전도 밴드는 260으로 표시되어 있다. 제1 허용 홀 에너지 레벨은 235로, 홀 배리어는 240으로, 제1 허용 전자 에너지 레벨은 255로, 전자 배리어는 250으로 표시되어 있다. 밸런스 밴드(230)로부터 전도 밴드(260)로의 천이 에너지는 245로 표시되어 있다.
도2a에서, 전자는 주로 InGaAs("A") 층(210)에서 제한되는 반면에, 홀은 주로 GaPAsSb("B") 층(215)에 의해 제한된다. 타입-Ⅱ 구조에서의 광학적 천이는 공간적으로 간접적이기 때문에, 유효한 밴드갭은 구성 물질의 밴드갭보다 더 좁을 수 있다. 층의 두께가 충분히 작게 유지되어, 전자 및 홀 파동함수(wavefunction)의 큰 공간적 오버랩이 발생하게 된다. 이 오버랩은, GaAs에 매립된, 2층 구조라기 보다는, 대칭적 구조를 이용함으로써 강화된다. GaPAsSb 층이 얇기 때문에, 2개의 전자 QW의 전자 에너지 레벨이 연결된다. 이것은 연결 이중 양자 웰(coupled double quantum well : CDQW) 구조를 초래한다.
엔벨로프 파동함수 근사법(envelope wavefunction approximation)를 이용하는 2-밴드 모델에 기반한 이론적인 모델링은 타입-Ⅱ QW 구조에 대한 전자와 홀 파동함수 사이의 오버랩 및 천이 에너지를 계산할 수 있다. 전도 밴드(26) 및 밸런스 밴드(230) 모두에 대해 비-포물선형(non-parabolicities)이 고려되었다. 밴드 오프셋은 모델-솔리드 이론(C.G.Van de Walle, Phys. Rev. B, 39, 1871(1989)에서 기재된 바와 같이)을 이용하여 계산되고, 밴드 구조상의 변형의 오프셋도 역시 포함되었다. 이 계산은 밴드-에지 배열이 타입-Ⅱ라는 것을 확인한다.
도2b는 In0.4Ga0.6As("A") 층 및 GaP0.12As0.4Sb0.48("B") 층을 가진 CDQW 구조의 계산된 밴드-에지 도면을 보여주고 있다. 이 물질계로 구성된 CDQW 구조에 대한 임계 두께는 에너지 밸런스 방법에 의한 단일-꼬임(single-kink) 메커니즘에 기반하여 약 7nm로 계산된다. 임계 두께를 초과하는 층 두께에 대해서, 결함이 물질로 도입되어, 장치의 수명 및 광학적 출력을 저하하게 된다. 이 예에서, 2 내지 3 nm의 두께가 A 및 B 층에 대해 각각 사용되고, 이에 따라, 액티브 영역의 전체 두께는 7-nm 임계 두께 제한값 이내가 된다. 전도 밴드(260) 내의 전자-제한(electron-confined) 상태의 에너지 레벨 및 밴드-에지 불연속성, 및 밸런스 밴드(230) 내의 헤비-홀-제한(heavy-hole-confined) 상태의 그것들이 주입없이 스케일되어 도시된다. 이 계산은 CDQW 구조의 밴드-에지 배열이 타입-Ⅱ라는 것을 확인한다. 전자 배리어(250)는 In0.4Ga0.6As/GaP0.12As0.4Sb0.48헤테로인터페이스(heterointerface)에서 196 meV이다. CDQW 내의 전자 및 홀 상태 양쪽에 대한 계산된 파동함수(265, 275)가 또한 도시되어 있다. 헤비-홀 유효 질량으로 인해, 헤비-홀 파동함수(275)는 층 B(215)에서 강하게 위치된다. 층 B(215)가 매우 얇고, 낮은 전자 배리어를 가지며, 작은 전자 유효 질량을 처리하기 때문에, 전자 파동함수(265)가 이를 통해 관통될 수 있으므로, 2개의 A(InGaAs) 웰(210, 220) 사이에 강한 연결을 초래한다. 따라서, 전자 파동함수(265)의 실질적인 부분은 B(GaPAsSb) 배리어 층(215)에 나타난다. 결과적으로, 전자 및 홀 파동함수(265, 275)는 상당히 큰 오버랩을 갖는다.
N= 1 x 1019cm-3(157 A/cm2)의 주입된 캐리어 농도에서, 계산된 피크 이득(gp.max) 및 대응하는 파장(λgp.max)이, 상이한 웰 폭(dA, dB, dA)을 가진 6개의 구조에 대해 표1에 도시되어 있다.은 전자와 홀 파동함수 오버래핑 적분(overlapping integral)이다. Ne및 Je는 각각 투명(transparent) 캐리어 농도 및 투명 캐리어 밀도이다. gwn및 gw는 계산된 이득 스펙트럼을 맞춤으로써 획득된 상수이다. 이 높은 주입 레벨에서, 자발적인 방사성 재결합 수명(spontaneous radiative recombination lifetime)은ns 로 계산되었고, 자발적인 방사성 재결합 계수는 이 구조에 대해cm3/s가 된다. 구조5에 있어서, 투명 캐리어 농도는 5.3 x 1018cm-3(59 A/cm2)으로 계산되었다. 이득 피크의 최대값은 1019cm-3의 캐리어 주입 하에서 8008 cm-1이고, 1.33㎛의 파장에서 발생한다. 이 캐리어 농도는 VCSEL의 동작에 대해 비합리적인 것은 아니다.
테스트 샘플 및 장치는 505℃의 성장 온도에서 GaAs 기판 상에 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy : MBE)에 의해 성장되었다. PL 측정을 위한 샘플은 20-주기 AlAs-GaAs 초격자 상에 성장되고, 다음에 220nm GaAw 버퍼 층이 뒤따르고, 이들은 10nm 두께의 GaAs 층에 의해 덮여졌다. 각 층의 정규 두께는 약 25-30Å인데, 이것은 층 구성 및 그에 따른 층 변형에 의존하고, 이에 따라 임계 두께가 초과되지 않게 된다. 타깃 In 구성은 약 0.3 내지 0.4 사이에서 설정되었다.
성장 파라미터에 대한 매우 민감한 종속성으로 인해, 그룹-Ⅴ(As, P, Sb) 절대 구성은 그 순간에 실험으로부터 유도하기 어렵다. 1.3㎛에서 방사하는 하나의 가능 구조를 얻기 위해 사용된 접근 방법은 다음과 같다. 먼저, GaAs가 뒤따르는 InxGa1-xAs/GaAs/InxGa1-xAs의 층 시퀀스가 505℃에서 GaAs 기판 상에 성장된다. 3개 층의 각각은 약 3nm 두께이다. In 함유량 x는 양 InxGa1-xAs 층이 스트란스키-크라스타노프 러프닝 천이(Stranski-Krastanov roughening transition)에 다다르거나 또는 그것의 아래에 머무르도록 조정된다. 두 구성은 거의 동일한 파장에서방사하도록 얻어진다. 다음 단계에서, 중심 층의 성장 동안에 Sb 플럭스(flux)가 추가되고,As 플럭스는 일정한 전체 그룹 Ⅴ 플럭스에서 감소되어, InxGa1-xAs/GaAssSb1-x/InxGa1-xAs 구조를 초래한다. 이 플럭스 비율은, 상당한 전위 밀도(결과로 생성된 구조의 PL 세기에서의 감소로부터 측정된)의 도입없이, Sb 플럭스의 최대 가능값에 대한 다른 성장 실험시 조정된다. 다음의 성장에서, P는 최대 가능 파장이 달성될 때까지 도입된다.
중심 GaPrAssSb1-r-s층의 성장 동안에 그룹 Ⅴ원소의 플럭스는 원소의 공급 소스의 값 세팅에 비례한다. 하나의 플럭스 요소에서의 증가는 또한 성장한 솔리드 크리스탈에서 이 요소의 증가를 초래한다. P, As 및 Sb 소스 값 세팅에 대한 PL 방사 파장의 종속성은 표2 및 도3에 도시되어 있다.
성장한 샘플에 있어서, Sb:P 값 위치 비율의 함수에 대한 PL 방사 파장 범위(1/2 최대값의 스펙트럼에서의 최대 폭으로부터 결정된)가 도3에 도시되어 있다. 보다 높은 Sb:P 비율은 P 플럭스에 대해 상대적으로 보다 높은 Sb 플럭스를 의미하고, 이것은 Sb 플럭스가 P 플럭스에 비해 증가됨에 따라 파장이 증가하는 경향이 있다는 것을 나타낸다. 수직선의 길이는 사용된 정확히 균일하지 않은 증착(fairly nonuniform deposition)에 대해 웨이퍼 위해 전개된 파장을 나타낸다. (점선은 상이한 Sb 값 세팅으로 성장된 샘플을 나타낸다.) 이 데이터들은 약 1100nm 에서 적어도 1550nm 까지의 방사를 나타낸다.
상이한 구성에서의 상대적인 변화가 방사 파장에 재생산가능한 효과를 갖게 될 수 있지만, 본 실시예의 층의 구성은 단지 성장 절차를 통해 암시적으로 정의된다. 1.3㎛에서 방사하는 동일한 실시예 샘플의 2차 이온 질량 분광(secondary ion mass spectroscopy : SIMS) 측정이 도4에 도시되어 있다. 현재, 이온 전류 데이터를 층 구성으로 변환하기 위한 보정 기준이 존재하지 않는다. 곡선들을 승산하고, 그룹-Ⅲ 데이터를 가산함으로써, 약 0.1의 분리 후의 In 함유량을 추정할 수 있다. 상당한 양의 Sb 및 P가 중앙의 GaPrAsSSb1-r-s층에 나타난다.
이 실험 및 계산으로부터의 일반화는 층 요소의 후속의 바람직한 구성 범위를 제공한다. A 층에 있어서, x는 0.05 내지 0.7 사이에, y는 0 내지 0.35 사이에, z는 0.45 내지 1 사이에, 1-y-z는 0 내지 0.25 사이에 있다. B층에 있어서, q는 0 내지 0.25 사이에 있고, 1-r-s는 0.25 내지 1 사이에 있다. 구성 범위는 이론적인계산을 이용하여 선택된다. 입력 데이터는 밴드갭 및 밴드 오프셋에 대해 공개된 데이터를 포함한다. 변형도 고려된다. 여러 구성 및 두께에 대한 계산은 전술되었다. 실험적으로 달성하는데 실용적인 얇은 층의 성장을 이루기 위해서, 약 4%의 최대 압축적인 변형으로 구성이 계산된다. 두께는 변형에 상관없이 물질이 비정규형이 되도록 선택된다. 추가로, SIMS 데이터의 추정이 사용된다. 계산을 위한 데이터 및 계산 자체는 널리 주지되어 있다.
전기적으로 펌핑된, 에지-방사 다이오드 샘플이 또한 성장된다. 이러한 장치(500)의 구조가 도5에 도시되어 있다. 도1a에서와 같이, 하부 콘택(105), 기판(110), 액티브 영역 및 상부 콘택(195)이 존재한다. 상부 p-콘택(195)은 약 80㎛ 폭을 가진 금속선 콘택이다. 하부(120)는 콘택층(520) 및 등급 인덱스(GRIN)층(525)을 포함한다. 상부(140)는 GRIN(535), 콘택층(540) 및 덮개층(capping layer)(545)을 포함한다. 도1a에 대해서 언급한 바와 같이, 장치(500)의 하부는 n-도핑되고, 상부는 p-도핑된다. 이 예에서, 기판(110)은 n-GaAs이다. 다른 구성 비율도 가능하지만, 콘택층(520, 540)은 약 16,000Å 두께이고, n-Al0.65Ga0.35As 및 p-Al0.65Ga0.35As를 각각 포함하는 것이 바람직하다. 덮개층(545)은 p-도핑되고, 일반적으로 Al을 포함하는, 아래의 구조가 공기중에 큰 영역의 노출을 방지하도록 증착된다. 덮개층(545)은 약 2000Å 두께이고, GaAs로 구성되는 것이 바람직하다. GRIN층(525, 535)은 약 1500Å 두께이고, 도핑되지 않은 AlxGa1-xAs를 포함하는데, 여기서, x는 콘택층(520, 540)과의 인터페이스에서의0.65로부터 액티브 영역(530)과의 인터페이스에서 0.25가 되는 것이 바람직하다. GRIN 층(525, 535)은 또한, 그들이 액티브 영역에서 생성된 빛의 광학적 제한을 제공하기 때문에 유도층(guiding layer)으로 알려져 있다. 이들은 일반적으로 도핑되지 않는다.
액티브 영역은 GaAs 버퍼층(538, 539)을 가진 InGaAs/GaPAsSb/InGaAs 구조(531, 532, 533)의 3-층을 포함한다. GRIN 층과 같이, 액티브 영역은 일반적으로 도핑되지 않는다. 액티브 영역(530)은 30Å의 정상 두께를 각각 갖는 3개의 층을 포함한다. GaAs 버퍼층(538, 539)은 약 400Å 두께이다. GRIN층(525, 535) 및 콘택층(520, 540)은 전류가 액티브 영역을 통해 패스되도록 한다. 장치(500)에 대한 캐비티 길이는 약 750㎛이다.
도6은 약 175 A/cm2과 약 700 A/cm2사이의 전류 밀도의 범위에서 동작하고, 100 mA 내지 400 mA인 주입 전류에 대응하는 전기적으로 펌핑된 장치의 실온 광학 스펙트럼을 보여주고 있다. 펄스 지속시간은 10㎲이고, 듀티 사이클(duty cycle)은 10%이다. 400 mA의 최대 주입 전류에 대해서, 선(610)에서 보여주는 바와 같이, 1.3㎛에서 강한 PL이 이 장치에 대해 얻어진다. 이 넓은 영역 장치에 대해, 주입 전류가 200 mA (350 A/cm2) 내지 100 mA (175 A/cm2)으로 감소됨에 따라, 실온 광학 스펙트럼은, 각각 선(620, 630)에서 도시된 바와 같이, 보다 긴 파장(약 1325 nm 내지 1350 nm)으로 시프트한다. 높은 바이어스 전류에서의 보다 짧은 파장은 주로 InGaAs층(521, 533) 및 GaPAsSb층(532) 내의 구성 함수 및 두께로부터 발생하는 보다 낮은 에너지 상태의 밴드-필링(band-filling)에 기인한다. 적은 부피의 액티브 영역의 이득 포화상태가 역시 발생한다.
실온 PL 측정은 광학 여기(excitation)에 대한 아르곤-이온 레이저의 514 nm 라인을 이용하여 샘플 상에서 이루어졌다. 샘플의 에피택셜하게 성장된 표면상에 입사하는 이 빛은 반도체 물질에 의해 흡수되고, 그리고 나서, 액티브 물질의 밴드갭 특성에 의해 결정된 특성 파장으로 빛의 방사를 야기하도록, 광학적으로 자극된 전자가 밸런스 밴드로 다시 떨어짐에 따라 방사가 발생하고 홀과 재결합하게 된다. 도7의 (a)는 중앙(아래선), 에지에 대한 1/2 경로(중간선), 및 에지(윗선)에서 각 웨이퍼 상에 취해진 측정을 이용하여, 1.3㎛에 가까운 강한 방사를 디스플레이하는 샘플에 대한 PL 측정을 보여준다. 표2에 따른 GaPAsSb 층의 구성을 변화시킴에 따라, 1.5 ㎛까지의 파장에서 PL 방사가 나타난다. 이것은 도7의 (b)에서 도시되었으며, P셀의 플럭스에 대해 Ab 셀의 플럭스를 증가시킴으로써 달성된다. 웨이퍼를 통한 피크 파장의 변화는 셀로부터의 균일하지 않은(non-uniform) 플럭스 분배로 인한 것이다.
구조의 성장 동안의 반사 고 에너지 전자 회절(RHEED) 측정은 중심 (In)GaPAsSb("B") 층의 성장 동안에 상이한 표면 배열을 나타낸다. 이것은 프레임 f & g에서의 B126 및 프레임 f에서의 B124의 2개의 샘플에 대해 도8에서 보여진다. 이전 및 후속 층에 대한 강한 콘트라스트에서, 회절 패턴 내의 회절 스팟이 샘플 표면과 평행으로 보다 연장되고, 그후에 이것과 직각을 이룬다. 이것은 정렬된 표면 구조를 나타낼 수 있고, 여기서, 그룹-Ⅲ 기판 또는 그룹-Ⅴ기판 중의 어느 하나 또는 양쪽 모두는 자발적인 순서 도메인을 나타낸다. 이것은 In 및 Ga 또는 그룹-Ⅴ 원소 중의 어느 하나가 크리스탈 격자를 따라 반복적인 대안의 배열을 나타내는 것을 의미한다. 이 형태의 순서는 MBE 내의 GaInAs, GaAsSb, GaAsSb 및 InAsSb와 같은 많은 유사 물질계에서 이미 관측되었고, 일반적으로 혼잡한 물질에 비해 밴드갭 에너지에서의 감소를 유발한다. 이 부가적인 파라미터는 상기 장치 구조로 실현된 광전자 장치의 방사 파장을 제어 및 튜닝하는데 사용될 수 있다.
단면 샘플의 전송 전자 현미경 관측이 샘플의 층 구조를 특성화하기 위해 수행된다. 도9는 하나의 샘플에 대해 획득된 다크-필드(dark-field) 전송 전자 현미경 사진을 보여준다. 이 이미지는 약 9.0nm 간격을 가진 2개의 잘 정의된 인터페이스(interface)를 명확히 보여주는데, 이것은 InGaAs/GaPAsSb QW 구조에 대한 성장률로부터 결정된 전체 두께에 따른 것이다. 이 결과는 성장된 샘플이 실제로 QW 구조라는 것을 나타낸다. 상부 InGaAs/GaAs 인터페이스는 거친 정도를 나타내는데, 이것은 RHEED 관측과 일치한다. 그러나, 이 거친 정도는, 전자가 3-차원 도트로 제한되는, 전통적인 양자 도트에 대한 경우와 같이, 실질적인 부가의 양자 제한을 제공하지 않는다. InGaAs 층과 GaPAsSb 층 사이의 인터페이스는 전자 현미경 사진에서 매우 잘 정의되지 않는다. 이것은 상이한 그룹-Ⅴ 성분 원자 사이에 콘트라스트의 결함에 대해 적어도 부분적으로 기인한다. 동질이 아닌(inhomogeneous) 변형 콘트라스트는 또한 QW의 양 사이드 상의 GaAs 클래딩층으로 명백히 확장되어 있다. 변형 필드 변화는 QW 자체 내의 구성의 변화 및 두께로부터 초래된다고 믿어진다. 제2 샘플의 전자 현미경 사진은 QW 구조 내의 물결 모양의 콘트라스트를 보여주고,이 변화를 확인한다. 고 해상도 격자 이미징은 구조적 결합의 가시적 표시를 보여주지 않는다.
본 발명은 많은 상이한 광전자 장치에 포함될 수 있다. 분배 피드백(distributed feedback : DFB) 레이저 및 분배 브래그 반사기(distributed Bragg reflector : DBR) 레이저를 포함하는, 에지-방사 장치(500)의 몇몇 변형이 본 발명을 포함할 수 있다. 도10의 (a) 및 (b)는 각각 장치의 상부에 주기적인 격자(grating)를 갖는 DFB 레이저(1020) 및 DBR 레이저(1060)를 도시하고 있다. 회절 격자는 액티브 영역의 적어도 일부분 위에 확장된 라인을 갖는다. 두 장치는 기판(110), n-콘택층(520), 유도층(1025) 및 p-콘택층(540)을 포함한다. DFB(1020)는 주기적인 격자를 포함하는 유도층(1035)을 포함한다. DBR(1060)은 상이한 주기적인 격자를 포함하는 유도층(1085)을 포함한다. 또한, 도시된 DBR(1060)에는 펌핑 영역(1090)이 있는데, 여기서 레이저 펌핑이 발생한다. 격자의 주기는 공진 에너지 (eV)에 의해 분배된 1.24.로 정의되는 λ파장(마이크론)에서 캐비티 공진을 정의한다. 공진 에너지는 액티브 영역 물질의 이득 스펙트럼 이내로 떨어져야 하고, 액티브 영역의 천이 에너지에 근접하게 선택되어야 한다.
장치(1020, 1060)는 직각의 격자로 보여지는데, 도11의 (a) 및 (b)에서 다시 설명된다. 이 격자 형태는 단지 하나의 예로서 도시되었고, 다른 격자 형태도 가능하다. 도11의 (a)에 도시된 바와 같이, 직각 격자(1110)는 주기A를 갖고, 개별적인 인터페이스 반사(1, 2, 3)가 보여진다. 층의 물리적 길이는 λ/4n 인데, 여기서 n은 층의 굴절률이다. 층의 광학적 경로 길이는 λ/4(Λ/2)이다. 층을 가로지르는위상 변화가 먼저 π/2로 주어지고, 단일 층에 대한 왕복 위상은 π가 된다. 하나의 층에서 다음 층으로 가는 굴절률에서의 변화로 인해, 인터페이스 반사의 표시가 발생한다. 모든 반사된 파가 위상으로 가산하지만, 각 파에 대한 왕복 위상은 (2m+1)π이고, 여기서, m은 정수이다. 도11의 (b)에서, 광학적 경로 길이 λ/4 로 위상-시프팅 성분이 가산된다. 이것은 각 왕복운동으로 π인 부가 위상 시프트를 도입하여, 2π의 정수배인 전체 왕복 위상을 산출하게 된다.
본 발명은 공진 캐비티 포토다이오드(RCPD), 공진 캐비티 LED(RCLED) 또는 VCSEL과 같은, 공진 캐비티 구조에 포함될 수 있다. 일반적인 공진 캐비티 구조의 개략도가 도12에 도시되어 있다. 이것은 기판(110), 하부 미러(1220), 상부 미러(1240), 및 액티브 영역(점선으로 표시된) 및 GRIN 층을 포함하는 영역(1230)을 포함한다. 미러(1220, 1240)는 높고 낮은 굴절률 물질을 선택하는 미러 쌍으로 구성된다. 미러 쌍의 수는 상이한 장치 형태 사이에서 변하지만, 개략적으로, 층 구조는 동일하다. 상부 미러(1240)에서, 낮은 굴절률 물질(1242)은 영역(1230)에 인접하고, 높은 굴절률 물질(1244)은 층(1242) 위에 배치된다. 유사하게, 하부 미러(1220)에서, 낮은 굴절률 물질(1222)은 영역(1230)에 인접하고, 층(1222)은 높은 굴절률 물질(1224) 위에 배치된다.
GaAs 기판 상에 성장될 때, 미러는 각각 TiO2및 SiO2와 같은 높은 굴절률 및 낮은 굴절률의 유전 물질로부터 형성될 수 있는데, 이것은 단지 예를 위해 사용된다. 다른 주지된 유전 물질도 역시 존재한다. 높은 굴절률 및 낮은 굴절률 물질은각각 AlxGa1-xAs 및 AlyGa1-yAs (여기서, y>x )인 비정규형 반도체일 수 있다. 반도체에 대해, 낮은 굴절률 물질 AlyGa1-yAs은 또한 산화될 수 있는데, 여기서 y는 대개 0.9 보다 크고, x는 물질이 산화하지 않도록 선택된다. 높은 굴절률 및 낮은 굴절률의 폴리머 물질이 또한 사용된다. 상기의 낮은 굴절률 및 높은 굴절률 물질의 어떤 조합도 사용될 수 있다.
미러층의 두께는 대개 λ/4 로 선택된다. 이것은 λ(마이크론 단위)인 파장에서 캐비티 공진을 정의하는데, 이것은 공진 에너지(eV 단위)에 의해 분배된 1.24로 정의된다. 공진 에너지는 액티브 영역 물질의 이득 스펙트럼 이내로 떨어져야 한다. 이것은 액티브 영역의 천이 에너지에 근접하게 선택되어야 한다.
이 공진 캐비티 구조는 광학 모드를 유도하기 위해 액티브 영역 위에 배치된 애퍼처를 사용할 수 있다. 애퍼처는 2개의 영역을 갖는 것이 바람직하다. 도13a는 이득-유도(gain-guided) VCSEL의 개략도인데, 이것은 이득-유도 애퍼처를 포함한다. 이 VCSEL은 기판(110), 하부 미러(1320), 상부 미러(1340), 및 액티브 영역 및 GRIN 층을 포함하는 영역(1330)을 포함한다. 애퍼처는 높은 저항률 영역(1350) 및 낮은 저항률 영역(1355)의 두 영역을 가진다. 전류는 낮은 저항률 영역(1355)을 통해 액티브 영역으로 흐른다. 높은 저항률 영역(1350)은 양성자(proton) 또는 이온 주입에 의해 형성되지만, 전류는 이 영역을 통해 흐르지 못한다. 이 장치는 이득 영역의 횡적 제한을 제공하는데, 여기서, 그후 광학 모드가 형성된다.
굴절률-유도 애퍼처인, 두 번째 타입의 애퍼처 장치가 도13b에 도시되어 있다. 도13a에서의 장치에 있어서, 이 장치는 기판(110), 하부 미러(1320), 상부 미러(1340), 및 액티브 영역 및 GRIN층을 포함하는 영역(1330)을 포함한다. 이 장치 내의 애퍼처는 낮은 굴절률 영역(1360) 및 높은 굴절률 영역(1365)의 두 영역을 가진다. 낮은 굴절률 영역(1360)은 기둥 구조를 형성하기 위해 물질을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 도13b에 도시된 바와 같이, 낮은 굴절률 영역(1360)은, 기둥보다 낮은 굴절률을 갖는 공기일 수 있지만, 예를 들어, 폴리머와 같은 것이거나 또는 기둥보다 굴절률이 낮은 다른 물질이 될 수도 있다. 기둥의 반대측 상에 인접한 낮은 굴절률 영역(1360)은 미처리된 물질(1368)인데, 이것은 장치의 고려될 부분이 아니다. 빛은 높은 굴절률 영역에 대해 제한되고, 전류를 기둥에 대해 제한된다.
옥사이드-기반 또는 옥사이드-제한 애퍼처인, 세 번째 타입의 애퍼처 장치가 도13c에 도시되어 있다. 도13a 및 도13b에서의 장치에 대해서, 이 장치는 기판(110), 하부 미러(1320), 상부 미러(1340), 및 액티브 영역 및 GRIN층을 포함하는 영역(1330)을 포함한다. 이 장치 내의 애퍼처는 산화된 영역(1370) 및 덜-산화된(less-oxidized) 영역(1375)의 두 영역을 가진다. 산화된 영역(1370)은 높게 산화되고 AlyGa1-yAs를 포함할 수 있다(여기서, y는 0.9보다 크다). 덜-산화된 영역(1375)은 AlxGa1-xAs와 같은 반도체 물질인데(여기서, x는 0.8보다 작다), 이것은 산화된 영역(1370) 보다 작게 확장되도록 산화되거나 또는 산화되지 않는다. 산화된 영역(1370)은 (a) 낮은 굴절률 및 (b) 높은 굴절률을 갖고, 이에 따라 광학적 및 전기적 제한 모두를 제공한다. 산화-제한 애퍼처는 매우 낮은 임계 전류를 가질수 있다.
여기서 기재된 본 발명은 반도체 기판 위에 배치된 액티브 영역을 포함한다. 액티브 영역은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z/InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖는 적어도 2개의 비정규형층을 포함한다. 이 액티브 영역을 포함하는 구조는 1.1㎛ 내지 1.5㎛ 이상의 파장에서 많은 통신 애플리케이션에 적합하게 방사하도록 도시되었다. 층의 화학량이 상이한 InxGa1-xPyAszSb1-y-z/InqGa1-qPrAssSb1-r-sQW을 GaAs 또는 AlGaAs 기판 상에 성장시키는 것은 단일 물질의 밴드갭에 의해 결정된 레이징 파장을 갖는 한계를 피할 수 있다. 본 발명은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z및 InqGa1-qPrAssSb1-r-s층의 구성에 의존하여, 1.1㎛ 내지 1.5㎛의 광발광(PL) 방사 스펙트럼의 피크를 시프트한다. 이론적인 모델링은 제안된 QW 구조가 타입-Ⅱ 밴드-에지 배열을 갖는다는 것을 나타내고, 여기서 전자 및 홀 파동함수는 큰 공간적 오버랩을 갖는다.
본 발명이 상세히 기재되었지만, 첨부된 청구항에서 정의된, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 한, 이에 대한 다양한 변화, 대체 및 대안이 이루어질 수 있다.

Claims (50)

  1. 기판; 및
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역 - 여기서, 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층(pseudomorphic layers)을 포함함 -
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1 이고,
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    화합물 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 GaAs 또는 AlpGa1-pAs - 여기서, 0 < p < 1 임 - 를 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 GaAs의 격자 상수와 동일하거나 또는 근접한 격자 상수를 갖는
    화합물 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    0 < y ≤0.35;
    0.45 ≤z < 1;
    0 < 1-y-z < 0.25;
    0 < q < 0.25; 및
    0 < r <1 인
    화합물 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비정규형층과 제2 비정규형층 사이에 밴드 구조가 형성되고, 상기 밴드 구조는 타입-Ⅱ 밴드-에지 배열(type-Ⅱ band-edge alignment)을 갖는
    화합물 반도체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    피크 천이 파장은 1100 nm 보다 큰
    화합물 반도체 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비정규형층은 전자에 대한 웰 영역이고, 상기 제1 비정규형층은 전자에 대한 배리어 영역인
    화합물 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 비정규형층은 양자 웰(quantum wells)을 형성하는
    화합물 반도체 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 비정규형층은 초격자(superlattice)를 형성하는
    화합물 반도체 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 상기 제2 비정규형층 위에 배치된 제3 비정규형층을 더 포함하고, 상기 제3 비정규형층의 구성은 상기 제1 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일함 -
    화합물 반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 비정규형층 위에 배치된 제4 비정규형층
    을 더 포함하고,
    여기서, 상기 제4 비정규형층의 구성은 상기 제2 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일한
    화합물 반도체 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 비정규형층과 제3 비정규형층 사이에 배치된 적어도 하나의 층-쌍(layer-pair)
    을 더 포함하고,
    여기서, 각각의 층-쌍은 상기 제1 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제1 추가 비정규형층, 및 상기 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제2 추가 비정규형층을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 비정규형층과 제3 비정규형층 사이에 배치된 적어도 하나의 층-쌍
    을 더 포함하고,
    여기서, 각각의 층-쌍은 상기 제1 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제1 추가 비정규형층, 및 상기 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제2 추가 비정규형층을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역은,
    상기 제2 비정규형층 위에 배치된 제3 비정규형층 - 여기서, 상기 제3 비정규형층의 구성은 상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성과 상이함 -;
    상기 제3 비정규형층 위에 배치된 제4 비정규형층 - 여기서, 상기 제4 비정규형층의 구성은 상기 제2 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일함 -; 및
    상기 제4 비정규형층 위에 배치된 제3 비정규형층 - 여기서, 상기 제5 비정규형층의 구성은 상기 제1 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일함 - 을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 둘러싸는 제1 및 제2 클래딩층(cladding layers)
    을 더 포함하는 화합물 반도체 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 클래딩층은 GaAs, AltGa1-tAs 또는 GaAsuP1-u를 포함하고, 여기서, 0 < t< 1 이고, 0 < u < 1 인
    화합물 반도체 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 비정규형층은 상기 제1 클래딩층 위에 배치되고, 상기 제2 비정규형층은 상기 제1 비정규형층 위에 배치된
    화합물 반도체 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 상기 제2 비정규형층 위에 배치된 제3 비정규형층을 더 포함하고, 상기 제3 비정규형층의 구성은 상기 제1 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일한
    화합물 반도체 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제3 비정규형층 위에 배치된 제4 비정규형층
    을 더 포함하고,
    여기서, 상기 제4 비정규형층의 구성은 상기 제2 비정규형층의 구성과 실질적으로 동일한
    화합물 반도체 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 비정규형층과 제3 비정규형층 사이에 배치된 적어도 하나의 층-쌍
    을 더 포함하고,
    여기서, 각각의 층-쌍은 상기 제1 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제1 추가 비정규형층, 및 상기 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제2 추가 비정규형층을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제2 비정규형층과 제3 비정규형층 사이에 배치된 적어도 하나의 층-쌍
    을 더 포함하고,
    여기서, 각각의 층-쌍은 상기 제1 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제1 추가 비정규형층, 및 상기 제2 비정규형층과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 제2 추가 비정규형층을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 액티브 영역 사이에 배치된 제1 클래딩층; 및
    상기 제2 비정규형층 위에 배치된 제2 클래딩층
    을 더 포함하는 화합물 반도체 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제2 클래딩층, 및 상기 제1 클래딩층과 제2 클래딩층 사이에 배치된 층들은 제1 다층 구조를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 다층 구조와 실질적으로 동일한 적어도 하나의 추가의 다층 구조가 상기 제1 다층 구조 위에 배치된
    화합물 반도체 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역에 전기적으로 연결된 제1 도전형의 도전층;
    상기 액티브 영역에 전기적으로 연결된 제2 도전형의 제2 도전층; 및
    상기 액티브 영역으로/으로부터 전류를 제공/추출하기 위한 수단
    을 더 포함하는 화합물 반도체 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 도전층의 밴드갭은 상기 액티브 영역 내의 층들의 밴드갭보다 큰
    화합물 반도체 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    반도체-공기 인터페이스를 형성하기 위해 에칭 또는 클리빙(cleaving)함으로써 상기 도전층들의 평면에 캐비티(cavity)가 형성되고, 광학적 방사 또는 흡수는 상기 반도체-공기 인터페이스를 통해 달성되는
    화합물 반도체 장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 제2 도전층 위에 배치된 격자층(grating layer)
    을 더 포함하고,
    여기서, 상기 격자층은 상기 액티브 영역의 적어도 일부분 위에 확장된 라인을 갖고, 공진 에너지에 대응하는 공진 파장을 갖는 광학적 공진 캐비티를 정의하고,
    여기서, 진공 상태에서 측정된 공진 파장(micron 단위)은 1.24를 공진 에너지(eV 단위)로 나눈 값과 동일한
    화합물 반도체 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 격자층의 라인은 위상-시프트된 격자층을 형성하기 위해, 적어도 1/4 파장 또는 1/4 파장의 배수만큼 시프트된
    화합물 반도체 장치.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 아래에 배치된 하부 미러, 및 상기 액티브 영역의 위에 배치된 상부 미러
    를 더 포함하고,
    여기서, 상기 상부 및 하부 미러는 공진 에너지에 대응하는 공진 파장을 갖는 광학적 공진 캐비티를 정의하고,
    여기서, 진공 상태에서 측정된 공진 파장(micron 단위)은 1.24를 공진 에너지(eV 단위)로 나눈 값과 동일한
    화합물 반도체 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 하부 미러는 교대로 위치된(alternating) 높은 굴절률 층들과 낮은 굴절률 층들을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 낮은 굴절률 층들은 산화된 물질, 낮은 굴절률 유전 물질, 낮은 굴절률 폴리머 물질 및 비교적 낮은 굴절률 반도체 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    화합물 반도체 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 높은 굴절률 층들은 산화된 물질, 높은 굴절률 유전 물질, 높은 굴절률 폴리머 물질 및 높은 굴절률 반도체 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    화합물 반도체 장치.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 상부 미러는 교대로 위치된 높은 굴절률 층들과 낮은 굴절률 층들을 포함하는
    화합물 반도체 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 낮은 굴절률 층들은 산화된 물질, 낮은 굴절률 유전 물질, 낮은 굴절률 폴리머 물질 및 비교적 낮은 굴절률 반도체 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    화합물 반도체 장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기높은 굴절률 층들은 산화된 물질, 높은 굴절률 유전 물질, 높은 굴절률 폴리머 물질 및 높은 굴절률 반도체 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    화합물 반도체 장치.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 액티브 영역 위에 배치된 애퍼처(aperture) - 상기 애퍼처는 제1 및 제2 영역을 가짐 -
    를 더 포함하는 화합물 반도체 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제1 애퍼처 영역은 높은 전기적 저항을 갖고, 상기 제2 애퍼처 영역은 훨씬 더 낮은 전기적 저항을 갖는
    화합물 반도체 장치.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 제1 애퍼처 영역은 상기 제2 애퍼처 영역보다 낮은 굴절률을 갖는
    화합물 반도체 장치.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 제1 애퍼처 영역은 현저하게 산화된 물질을 포함하고, 상기 제2 애퍼처 영역은 상기 제1 애퍼처 영역보다 덜 산화된
    화합물 반도체 장치.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 애퍼처는 기둥(pillar)을 에칭함으로써 형성된
    화합물 반도체 장치.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 장치는 공진 캐비티 광검출기인
    화합물 반도체 장치.
  42. 제36항에 있어서,
    상기 장치는 공진 캐비티 발광 다이오드인
    화합물 반도체 장치.
  43. 제36항에 있어서,
    상기 장치는 수직-캐비티 표면-방사 레이저인
    화합물 반도체 장치.
  44. 기판; 및
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역 - 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함함 -
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1 이고,
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    에지-방사 장치.
  45. 기판; 및
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역 - 여기서, 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함함 -
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1 이고,
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    공진 캐비티 광검출기.
  46. 기판; 및
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역 - 여기서, 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함함 -
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1 이고,
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    공진 캐비티 발광 다이오드.
  47. 기판; 및
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역 - 여기서, 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함함 -
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1; 및
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    수직-캐비티 표면-방사 레이저.
  48. 기판 상에 화합물 반도체 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    상기 기판 위에 배치된 액티브 영역을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 액티브 영역은 적어도 제1 및 제2 비정규형층을 포함함 -
    를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 비정규형층은 InxGa1-xPyAszSb1-y-z형식을 갖고, 적어도 In, Ga 및 As를 포함하고, 상기 제2 비정규형층은 InqGa1-qPrAssSb1-r-s형식을 갖고, 적어도 Ga, As 및 Sb를 포함하고,
    0.05 ≤ x ≤ 0.7;
    0 ≤y ≤0.35;
    0.45 ≤z ≤1;
    0 ≤1-y-z ≤0.25;
    0 ≤q ≤0.25;
    0 ≤r < 1;
    0 < s < 1;
    0.25 ≤1-r-s < 1 이고,
    상기 제1 및 제2 비정규형층의 구성은 서로 상이한
    방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 기판은 GaAs 또는 AlpGa1-pAs - 여기서, 0 < p < 1 임 - 를 포함하는
    방법.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 기판은 GaAs의 격자 상수와 동일하거나 또는 근접한 격자 상수를 갖는
    방법.
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