KR20010108094A - 주입 비일관성 에미터 - Google Patents

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바실리 이바노비치 쉬베이킨
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바실리 이바노비치 쉬베이킨
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Abstract

본 발명은 외부 효율 향상 및 에너지와 광도를 증가시킨 줄어든 분사각에서 방향성 자연 외부 방출의 출력을 확인하는 주입 비일관성 에미터에 관한 것이다. 이 에미터는 전체의 헤테로 구조에 소정의 범위 내에 있는 조성과 두께의 복수이 층 및 보조층을 포함하고, 상기 방사 출력 영역(7)용 복수의 층을 포함한다. 이것은 상기 에미터의 활성층에 수직 방향을 포함하여 상기 헤테로 구조로 다른 변경 및 다른 제어 방향으로 상기 방사 출력을 허용하는 출력 영역에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 자동으로 빔을 제어하는 방사 룰러 및 매트릭스를 포함하는 멀티 빔 비일관성 에미터에 관한 것이다.

Description

주입 비일관성 에미터{INJECTION INCOHERENT EMITTER}
주입 비일관성 에미터(이하, "에미터"라 함)는 전기 에너지를 특정의 스펙트럼 성분 및 공간 분포 특성을 갖는 광학 방사 에너지로 변환하는 장치이다(광학 공진기의 부재시). 적외선으로부터 청색광 및 자외선까지의 광범위한 파장에 대하여 여러가지 종류의 주입 비일관성 에미터가 공지되어 있고, 그 예로는 발광성 멀티패스 발광 다이오드[F. A. Kish et al., Appl. Phys. Lett., v.64, No.20, pp.2839-2841 (1994); H. Sugawara et al., Jap. J. Appl. Phys., v.31, No.8, pp.2446-2451 (1992); 3 M. Watanabe, et al., US Patent, No.5,537,433, July 16, 1996; S. Nakamura et al., Jap. J. Appl. Phys. Lett., v.34, L1332, (1995)]와 에지 에미터[A. T. Semenov et al., Electron. Lett., v.29, pp.854-857, (1993); G. A. Alphonse et al., IEEE J. of Quant. Electronics, v.QE-24, pp.2454-2457, (1988)]를 포함한 표면 방출 발광 다이오드가 있다. 이러한 방사원들의 폭넓은 적용은 불충분한 고 효율성, 방사선 강도 및 전원 때문에 제한되어 왔고, 많은 응용분야에 있어서는 방사선의 대규모 발산에 의해 방해가 되어 왔다.
[F. A. Kish et al., Appl. Phys. Lett., v.64, No.20, pp.2839-2841 (1994)]에 개시된 공지의 에미터는 멀티패스형이고, 반도체 화합물 AlGaInP에 기초한 헤테로 구조로써, 밴드갭 Ea(eV) 및 1㎛ 내지 1.5㎛ 범위 내의 두께 da를 갖는 하나의 활성층과, 단일의 하보조층으로 이루어지고 상기 활성층의 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면에 각각 배치된 광학적으로 균질한 층으로 된 2개의 피복층(p형-전도체 및 n형-전도체)을 포함하는 헤테로 구조를 구비한다. 2개의 방사선 출력 영역중 Sin㎛2의 면적을 갖는 내부 표면은 상기 활성층으로부터 먼 쪽의 상기 피복층 표면에 각각 하나씩 형성되어 있고, 상기 방사선 출력 영역(이하, ROR이라 함)은 방사선에 대해 투명하고 p형 및 n형 전도체이고 직사각 평행육면체의 형상인 균질의 반도체 화합물 GaP로 만들어진다. 상기 평행육면체의 측면은 내면과 외부면 및 상기 활성층의 평면에 대하여 90°의 경사도 Ψ인 내각(linear angle)을 구성한다. 면적이 SIR(㎛2)인 전하 캐리어 주입 영역은 활성층과 일치하고, p형 및 n형 방사선 출력 영역에 각각 형성된 오옴 접촉에 의해 형성된다. 그것에 필요한 대응하는 금속층들이 존재한다. 직류 전류를 인가하면, 상기 주입 영역으로부터 p형 출력 영역 및 n형 출력 영역의 양쪽으로 향하는 것을 포함하는 자연 방출을 발생함으로써 상기 주입 영역에서는 불평형 캐리어의 재결합이 일어난다. 무작위 다중 반사 후에, 자연 방출의 특정 부분은 출력 표면을 통해서발광 다이오드로부터 여러 각도로 존재한다. 후자는 p형 출력 영역의 외부면 및 n형과 p형의 양쪽 출력 영역의 측면에 부분적으로 위치된다. 수직면에서 출력 방사선의 발산각(θ1) 및 수평면에서 출력 방사선의 발산각(θ2)은 이 경우에 최대 허용값(최대 180°)을 갖는다. 본 명세서에 있어서 수직면은 활성층의 평면에 수직한 평면을 의미하고, 수평면은 상기 수직면에 수직이고 출력 표면에 위치된 평면을 의미한다. 유의할 점은 전술한 방향의 방사빔을 포함하는 그 자체의 수직면을 상기 수평면을 통과한 방사선의 각 방향에 일치시킬 수 있다는 것이다. 604 nm의 파장에 대하여 공지의 에미터[F. A. Kish et al., Appl. Phys. Lett., v.64, No.20, pp.2839-2841, (1994)]는 외부 효율이 11.5% 이고 광 방사력이(1A의 전류에 대하여) 93.2 lm/A 이다. 연속파 동작에 대한 그 자체의 동작 밀도는 100 A/cm2이하이다. 이 경우에, 출력 표면에 대한 광빔의 방향은 무질서(무작위)하게 된다.
본 발명은 광학 전자 기술에 관한 것으로써, 특히 방사 패턴이 좁은 효율적인 고전원 초발광성의 소형 반도체 다이오드 자연 방출원(spontaneous emission source)에 관한 것이다.
도 1은 방사 출력 영역의 측면에 대한 모면이 내부면과 선형 경사각 (π/2 - Φ)을 이루는 경우, 오른쪽 원뿔각이 짤린 형태로 구성된 방사 출력 영역의 중심 대칭축을 통과하는 에미터의 축부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1은 방사 출력 영역의 측면에 대한 모면이 내부면과 선형 경사각 (3π/4 - Φ/2)을 이루는 경우, 오른쪽 원뿔각이 짤린 형태로 구성된 방사 출력 영역의 중심 대칭축을 통과하는 에미터의 축부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 방사 출력 영역의 측면에 대한 모면이 내부면과 선형 경사각 (π/2 - Φ)을 이루는 경우, 오른쪽 원뿔각이 짤린 형태로 구성된 방사 출력 영역의 중심 대칭축을 통과하는 에미터의 축부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 오른쪽 원통의 형태로 구성된 방사 출력 영역의 중심 대칭축을 통과하는 축부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 출력 영역이 직사각형의 평행 6면체인 경우, 에미터의 측면 중 하나를 따르는 축부를 개략적이고 상세하게 도시하는 도면으로, 제2 층의 반사율 nROR2가 헤테로구조와 경계하는 제1 층의 반사율 nRoR1보다 큰 경우, 축부가 두 개의 전기적으로 전도층으로 구성되는 도면.
도 6은 출력 영역이 직사각형의 평행 6면체인 경우, 에미터의 측면 중 하나를 따르는 축부를 개략적이고 상로하게 도시하는 도면으로, 제1 층이 전기적으로 전도성이고, 제2 층이 절연성인 두 개의 층으로 구성되고, 이 경우, 주입층이 갈바니 전기적으로 접속되는 도면.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은 축부가 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 각각 도시되어 있는 에미터에 대한 (출력 영역으로부부터 관찰되는 바와 같은) 상면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 11은 홀더상에 장착되는 제안된 에미터의 횡단면부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 12 및 도 13은 6면체 복사 출력 영역의 일 측면을 통과하는 복사 출력에 대해서, 작은 근영역 복사 영역 및 높은 복사 밝기를 갖는 에미터의 길이 방향부 및 횡단면부를 각각 도시하는 도면.
도 14, 도 15 및 도 16은 복수의 정규적으로 이격되고 상호접속된 오른쪽 원통의 형태로 주입 영역의 각 선형 시퀀스로 구성되는 공통 출력 영역에 대해서, 주입 영역의 선형 시퀀스의 길이를 따르고 수직인 부분 및 복수의 자연스러운 방출 빔을 갖는 에미터에 대한 상부면도를 각각 도시하는 도면.
도 17은 대칭 평면을 따라 있는 일부분을, 도 18은 에미터의 출력 영역이 복수(9개)의 일정 간격으로 상호 연결된 절단 우회전 콘으로 형성된 평면도를 각각 도시한 개략도.
도 19는 수직면(Θ1) 및 수명면(Θ2)에서의 방사 수렴각을 실험적으로 측정한 결과를 나타낸 도면.
도 20은 에미터의 실험적 모델을 통과하는 방사 전력 대 전류를 나타낸 도면.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조 기술을 단순화함과 동시에, 빔들이 독립적으로 스위치온될 수 있는 것들을 포함하여 멀티빔 에미터, 선형 및 2차원 에미터 어레이를 비롯한 에미터를, 외부 효율, 출력, 광 전력, 방사선 강도 및 광학 방사선 강도를 증대시키고 그 출력 방향의 범위를 넓게하는 지향성 자연 방출을 실현하도록 설계하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 문제점은 활성층, 피복층, 오옴 접촉부 및 그 대응하는 피복층에 인접한 상기 활성층의 적어도 일측면이 있는 헤테로 구조와, 상기방사에 투명한 방사 출력 영역으로 이루어진 주입 비일관성 에미터에 의해 해결되며, 상기 방사 출력 영역에는 적어도 하나의 방사 출력 영역이 만들어지고, 상기 출력 영역은 굴절률 nRORq, 조사용 광손실 계수 αRORq(cm-1) 및 두께 dRORq(㎛)의 적어도 하나의 층이 있고, 여기서, q=1, 2, ....p는 헤테로 구조와의 경계에서 계산되었을 때 출력 영역의 층들을 표시하는 순번을 나타내며, 상기 인접 조사 출력 영역과 헤테로구조는 유효 굴절률 neff에 특징이 있는데, 그 유효 굴절률 neff및 굴절률 nROR1은 다음과 같은 관계식을 충족시키기 위하여 선택된다.
across(neff/nROR1)≤across(neff-min/nROR1), neff-min은 nmin보다 크다.
상기 관계식에서, neff-min은 실용값인 방사 출력 영역과 레이저 헤테로 구조의 크기에 대한 모든 가능한 neff중에서 neff의 최소값이며, nmin은 헤테로구조의 피복층에서 가장 작은 굴절률이다.
상기 제안된 에미터의 특징은 전체 헤테로 구조 및 조사 출력 영역의 필수적인 특징으로써, 에미터용으로 달성된 그들의 동작 및 출력 특성에 영향을 미친다. 그 층의 갯수와 헤테로 구조의 보조층, 그 층의 두께 및 조성은 활성층의 평면에 대하여 전파각으로 우세하게 지향되는 강한 자연 방출을 위하여 특히 수직 평면에 좁은 방사 패턴을 만든 상기 제안된 에미터용으로 선택된다. 이것에 대하여 필요한 조건은 레이저 다이오드의 광학 공진기[J. K. Buttler, Y. Kressel and I. Ladany, IEEE Journ. Quant. Electron., v. QE-11, p402, (1975)]에서 전파된 레이저 모드에 대한 누설 조건으로 알려진 관계식을 충족시키는 것이다
neff＜nROR1
그 유효 굴절률 neff은 관계식 β= (2π/λ)neff로부터 계산에 의해 얻어지며, 여기서 β는 활성층(3)의 한 방향으로 조사하기 위한 복소파 전파 상수의 절대치이며, λ는 조사 파장이다. 본 발명에 있어서, 우리는 상기 관계식 (1)을 순간 방사에 적용할 수 있다는 것을 제안하였고 실험적으로 확인하였다. 따라서, 방향성 순간 방출에 대한 전파각는 레이저 모드의 누설각과 동일한 것으로 정의되며 다음과 같다.
= across(neff/nROR1)
또한, 우리는 방향성 순간 방출에 대한 전파 각도의 전체 범위 및 그 비율(neff/nROR1)의 전체 범위를 이용하는 것을 제안한다. 관계식 (1) 및 (2)는 상기 각(는 0보다 크다)에 대하여 아래쪽 경계를 결정한다. 우리는 상기 관계식들을 이용하여 의문의 전파각 max에 대한 위쪽 경계를 결정한다.
max
neff-min은 neff보다 크다
여기서, neff-min는 실용값인 조사 출력 영역(7)과 헤테로 구조(2)의 크기에 대한 모든 가능한 neff중 neff의 최소치이며, nmin는 헤테로구조의 피복층에서 굴절률이 가장 작다. 합성물 InGaAs/GaAs/AlGaAs에 기초한 헤테로 구조와 같이 실제로 사용되는 일부 헤테로 구조용으로 수행된 수치 계산으로 최대 누설각이 대략 30° 내지 35°이다는 것을 알 수 있다.
출력 영역에서 전파하는 순간 방출을 위하여 수직 평면에서 발산각 △은 스펙트럼 확산(즉, 순간 방출을 위한 스펙트럼 대역△λ내에서 변하는 파장 λ의 함수로서 전파각을 넓히는 분산)과 회절에 의해서 정해진다. 확산 제한 분산각 Δ1은 파장 λ에서(범위 Δλ내에서) 굴절률 neff와 nROR1에 의존하는 공식(2)을 이용하여 수치를 계산함으로써 결정될 수 있다. 회절 제한 분산각 Δ2은 공지된 근사식[H. C. Casey and M. B. Panish. 헤테로구조 레이저 Pt. 1[러시안 번역], Izdat. Mir. Moscow(1981), pp 89-97] ]을 이용할 때 다음과 같이 쓸 수 있다.
2≒ ㆍλ/(DIRㆍsin )
여기서,는 각 Δ이 정해지는 조사 세기 레벨을 나타나는 수치 계수이며(는 0.5 레벨에 대하여 1이고,는 0.1 레벨에 대하여 2 이다), DIR는 선택된 방향에서 활성층 평면의 주입 영역 크기이다. 상기 출력 영역(7)내의 수직 평면에서 방사용총 분기각은 (△ 1+ △ 2)이다. 상기 출력 영역 외부의 수직 평면에서 출력 방사용 분기각은 공지된 프레스넬 공식[R. W. Ditchburn, Phsical Optics [Russian translation, Ditchburn's Light], Izdat, Nauka, Moscow(1965), pp 398-402]을 이용하여 정해지고, 특히 1는 대략 아크사인[n·sin(△)]과 같다. 그 각 △이 작으면, 그 각 1은 다음과 추정될 수 있다.
1 (nROR1/n0)·△
여기서 n0는 출력 표면을 튀어나가는 매체의 굴절율이다(공기에서, n0는 1이다).
상기 방향성 자연 방출을 위하여, 출력 영역에서 그 입력 효율 ηin을 자연 광자수의 비율에 의해 결정되고, 그 자연 광자들은 (-△/2)로부터 (+△/2)까지의 전파각에서 주입 영역으로부터 출력 영역으로 주입 영역의 자연 광자의 총수로 이동한다.ηin이 다음과 같이 정의될 수 있다.
IR- end)/g = 0R/( 0R+ IR+ end)
여기서 g(cm-1)는 주입 전류 밀도 j(A/cm2)로 인한 헤테로 구조에서 방사 이득이고, IR(cm-1)는 주입 영역내의 방사 흡수 및 방사 분산에 의한 광 손실 계수이고, end(cm-1)는 주입 영역내의 단부 경계를 통해 누출하는 방사에 의한 손실 계수이고, OR이 주입 영역으로부터 출력 영역으로 누출하는 방향성 자연 방출을 나가게하는 총 손실 계수이다. 결과적으로, 에미터의 외부 효율을 상당한 범위로 결정하는 입력 효율 ηin은 출력 영역에 인접한 피복 보조층의 두께 및/또는 구성(굴절율)에 의해 주로 제어된다. 우리가 g》( IR+ end) 또는 동등하게 0R》( IR+ end)를 선택하면, 1에 가까운 ηin를 얻을 수 있다. 피복층의 특징에 따라, 주입 영역으로부터의 자연 방출의 일측 또는 양측 출력이 얻어질 수 있다.
헤테로 구조를 알맞게 선택함에 의해 좁은 방향성 자연 방출을 발생시킨다는 본 발명의 기본적인 가정은 명백하지 않다. 개별적인 광자를 전파하는 무작위 특성 때문에 헤테로 구조내의 자연 방출이 비방향성이라고 널리 믿어지고 있다(예를 들어[Yu.R.Nosov,Optoelectronics[in Russian], Moscow, Izdat,Radio i Svyaz (1989), p141] 참조). 상기 제안한 에미터에 대한 기본적인 특징을 모아서 실행시킬 때, 수직 평면에서 자연 방출하는 좁은 방사 패턴을 뒤에 일어나는 효율적인 방출 출력으로 달성하여, 매우 높은 외부 효율, 파워, 광 파워, 방사 밀도 및 광 방사 밀도를 발생하게 하고; 활성층에 수직인 방향을 포함하는 다른 제어가능한 방향으로 방사를 출력하는 능력이 포함하고; 멀티빔 에미터의 실현이 선형 및 2차원 에미터 어래이를 독립적으로 제어가능한 빔으로써 포함하게 하는 것이 컴퓨터의 계산에 의해 실험적으로 예시 및 확정된다.
본 발명의 인식된 기본적인 모든 특징은 이후에 기술된 다양한 변경, 특히 형 층의 다른 구성, 폭, 두께 및 층의 변경과, 보조층, 및 헤테로 구조 및 출력 영역에 속하는 영역으로 상기 에미터를 실현하고, 또 방향성 자연 방출의 고효율 출력을 얻기위해 출력 영역의 다양한 다른 배치 및 특이한 배치를 실현할 수 있다.
상기 출력 영역의 설계를 선택할때, 우리는 우리가 유도한 명백한 특징들을 가지고, 상기 자연 방출이 수직 평면에서 좁은 방사 패턴이지만, 그 대응하는 수평 평면에서는 그 전파가 어떤 방향으로(주입 레이저의 누출 모드와 반대) 같다(2π의 범위내)는 사실에서 출발한다. (여기서, 공지된 에미터[F. A. Kish et al., Appl. Phys, Lett., v.64, No.20, pp. 2839-2841, (1994)]에서처럼, 그 수평면이 대응하는 수직 평면에 수직인 평면으로서 형성되어, 차례로 상기 활성층의 평면에 수직으로된다). 이것은 내부면을 갖는 방사 출력 영역의 측면 모점(generatrices)에 의해 만들어진 경사각및 배치에 의해 상의 출력 영역으로부터 자연 방출하는 출력 효율의 의존 상태를 결정한다. 발명자가 주입 영역에 평면에 수직이고 그 중앙부를 통해 절단된 우측 원뿔 또는 우측 원통과 같이 축에 대하여 회전하는 형태로 출력 영역을 선택하는 경우에, 최고의 효율이 얻어질 수 있다. 방사 출력의 다른 방향(활성층의 평면에 대한)은 각에 따라 경사각을 알맞게 선택함에 의해 실현된다. 각각의 경우에, 그 출력 영역은 입체 회전 뿐만 아니라 예를 들어 육면체로서 실행될 수 있지만, 이 경우는 출력 영역의 방사 출력 효율이 떨어진다.
또한, 전술한 문제점은 이하의 경우에 해결된다.
상기 활성층은 적어도 하나의 보조층(sublayer)으로 형성될 수 있다. 상기 활성층의 제1 표면 및 대향하는 제2 표면 상에 각각 배치된 피복층은 피복 보조층(Ⅰi, Ⅱj)으로 각각 형성되는데, 여기에서, i = 1, 2,‥‥,k 및 j = 1, 2,‥‥,m은 각각 굴절률(nⅠi, nⅡj)을 갖는 활성층으로부터 계수됨에 따라서 피복 보조층에 명칭을 붙이는 순번을 나타내는 정수이고, 적어도 하나의 피복 보조층은 각 피복층 내에 구성된다. 이 경우, 헤테로 구조 설계는 경사층으로서, 즉 단조롭게 변하는 조성비로 실행될 수 있는 적어도 하나의 피복 보조층 내에서 가능하게 된다. 그와 같은 경사 피복층은 각 경사층을 세분함으로써 얻어진 대응하는 굴절률(nⅠi, nⅡj)을 가진 피복층의 무한수의 보조층으로 고려되고 있다.
활성층이 하나 또는 몇개의 활성 보조층(양자 규모의 두께를 가진 보조층을 포함한다)으로 구성될 수 있는 것에 대해서 제안된 헤테로 구조 설계는 장벽 보조층에 의해 서로 절연되고, 피복층은 경사층으로서 구성되거나, 또는 하나이거나 몇개의 보조층으로 이루어질 수 있으며, 이것에 의해 자연 광자에 대해 주입된 비평형 캐리어의 내부 변환 효율을 증가시키는 것이 가능하게 되고, 그에 따라서 전체적으로 에미터의 효율을 증가시킨다.
전술한 문제를 해결하기 위해서는 이하의 방법으로서 실현된다. 동작 증폭기 내에는 적어도 하나의 주입 영역이 구성된다. 동작 소자 내의 주입 영역은 실제로 비평형 캐리어의 주입이 발생하는 경우에 주입 영역의 부분에 대해 활성층과 일치한다. 일련의 주입 영역의 존재에 의해 다중빔 에미터를 구성하는 것이 가능하게 된다.
양호한 실시예에 있어서, 방사 출력 영역에 인접한 피복층의 두께는 활성층의 대향 측면상에 배치된 피복층의 두께 미만이 되도록 선택 및/또는 방사 출력 영역에 인접한 피복 보조층의 굴절률이 활성층의 대향 측면상에 배치된 외부 피복 보조층의 굴절률 이상이 되도록 선택되고 있다.
본 발명의 특징의 제안된 개발에 의하면, 주입 영역으로부터 방사 출력 영역으로의 자연 방사의 단방향 전달에 의해 실질적인 방향성 개선 및 외부 효율의 증대를 가져올 수 있다.
물론, 외부 영역의 내부면상으로의 투사 영역의 집적 투사는 그 제한점을 넘어서 진행되지는 않는다. 그 두께 dROR1의 선택은 전파 각도 φ, 주입 영역의 최대 치수 DIR및 경사 각도 Ψ에 좌우된다. 따라서, 에미터의 양호한 실시예에 있어서, 전술한 문제를 해결하기 위해서는 헤테로 구조의 대응하는 피복층에 인접해서 방사 출력 영역의 도입된 내부면의 치수 및 면적 Sin보다 크지 않은 상기 주입 영역의 치수 및 면적 SIR을 선택하는 것과, 1∼10,000 ㎛의 범위로부터 방사 출력 영역 dRORq의 두께를 선택하는 것이 추구되고 있다.
다수의 경우에 있어서, 방사 출력 영역은 전기 도전성으로서 실행될 수 있고, 상기 방사 출력 영역에 도입된 외부면에는 오옴 접점이 이루어질 수 있다. 이것은 에미터에 대한 제조 기술을 단순화시키는 것이 가능하게 된다.
에미터의 양호한 실시예에 있어서, 전술한 문제를 해결하기 위해서, 방사 출력 영역은 선택적으로 균일 재료로 구성된다. 상기 방사 출력 영역이 에미터의 유효 동작에 대해서 자발적인 방출 수단으로 투명하게 되는 조건으로는 방사 출력 영역에서 자발적인 방출의 흡수 및 산란에 의한 작은 광학 손실을 갖는 것이 필요하다. 단일층으로 이루어진 출력 영역에 대해서, 이것은 이하의 수학식 8의 조건이 만족되는 경우가 될 것이다.
αROR1 ＜＜(μ. Din)-1
여기서, μ는 대략 0.4에서 1.5 까지로 변화될 수 있는 출력 영역의 구조에 좌우되는 수치이고, Din은 선택된 방향에서의 출력 영역의 내부면의 치수를 나타낸다. 예컨대, 반도체 재료로서 출력 영역의 대역 간극 EROR1은 파장 λ에 의해 결정되는 활성층의 대역 간극 Ea보다 큰 값이 될 수 있다. αROR1 (㎝-1)의 낮은 값을 실현하기 위한 경우, 출력 영역은 비도전성이 되고, 그것은 적어도 2 개의 층으로부터 방사 출력 영역을 구성하는 것이 편리하며, 여기에서, 상기 2 개의 층 중에서 헤테로 구조와 접해 있는 제1 층은 전기 도전성을 구성하고, 제2 층은 상기 제1 층에 대해서 αROR1 보다 낮은 광학 손실 계수 αROR2를 갖는 재료로 구성되는데, 이 경우에 있어서 제2 층은 절연성을 유지할 수 있다. 전술한 본원 발명에 의하면, 출력 영역을 통과함에 따라서 방사선의 흡수 및 산란으로 인한 광학적 손실을 저감시킨 결과로서 에미터 효율의 증가가 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 출력 영역의 각각의 층 내에서 방사선의 전파를 제어할 수 있고, 그 결과 제1 층에 대한 굴절률 nROR1 및 제2 층에 대한 굴절률 nROR2의 서로 상이한 굴절률을 선택함으로써 출력 영역의 그 층의 두께를 제어할 수도 있다. 이 경우, 제1 층의 방사는 across(neff/nROR1)와 같이 전파각에서 전파하며(도 2), 제2층에서는 across(neff/nROR2)에 같은 전파각2에서 전파한다(도2 참조). 유사하게, 상기 출력 영역의 9번째 층에 대하여, 다음과 같은 관계식을 충족시킨다.
2 = across(neff/nROR9)
따라서, 출력 영역의 2개 층간의 경계에서의 전파(ψq)의 각도는 어느 한 측면 상에서 변경할 것이다. 예컨대, 출력 영역이 2개의 층으로 이루어지는 경우에, 헤테로 구조에 접경하는, 제2 층의 굴절율(n ROR2)이 제1 층의 굴절율(n ROR1)보다 작게 선택되면, 각도 ψ2가 각도 ψ보다 클 것이다. 반대의 경우에 있어서,n ROR2가n ROR1보다 크면, 제2 층의 두께는 선행예보다 작게 제조될 수 있고, 이에 의해, 출력 영역의 두께가 감소하게 되며, 또한 에미터의 제조 비용 절감과 제조 기술의 간단화로 이어지게 된다. 전파(ψq)의 각도를 감소하기 위한 다른 제안 방법은 굴절율이 neff이상인 부(副)층(Ⅰi및/또는 Ⅱj)을, 인접 출력 영역에 모아서 유효 굴절율(neff)을갖는 헤테로 구조의 피복층 내로 도입하는 것을 포함하고 있다.
또한, 출원인의 목적을 달성하기 위해, 출원인은, 방사 출력 영역의 적어도 하나의 층은 반도체로 제조될 수도 있고, 방사 출력 영역의 적어도 하나의 층은 도입 기판으로 제조될 수 있음을 제안한다. 이 결과, 에미터 제조 기술이 간단해지게 된다.
전기 전도성 제1 층을 갖는 다층 출력 영역의 전술한 모든 경우에서는 오옴 접촉이 출력 영역의 제1 전기 전도성 제1 층에 형성되고, 그 결과, 저항으로 인한 열손실이 감소되고 에미터의 제조 기술이 간단해지게 된다. 이 경우, 전기 전도성 층의 두께는 편의상 주입 영역의 최소 선형 디멘젼보다 크지 않게 형성된다. 오옴 접촉의 제안된 실시예를 이용하는 것의 효율성은 제안된 에미터를 통과하는 주입 영역의 디멘젼과 전류 밀도에 따라 변한다. 또한, 출원인은 일반적인 경우에 있어서 출력 영역은 반드시 반도체 재료가 아니어도 형성될 수 있음을 주목한다. 단지, 그의 특성, 특히 굴절율(n ROR1)[일반적인 경우에는n RORq{(9)를 참조}]과 광손실 인자(αRORq)는 필요 조건(1)과 (8)을 만족하는 것이 중요하다.
또한, 관련 문제는 출력 영역 설계의 제안된 여러 가지 변형예를 사용하여 해결된다. 제안되는 설계에서는, 방사 출력 영역은 적어도 하나의 절단된 우측 순환 원뿔로서 이용되며, 그의 기저부들 중 하나는 그에 인접하는 클래드 보조층에 배치된다. 원뿔의 측면은 그의 모선(모점?)에 의해서 형성된다. 이러한 출력 영역을 갖는 에미터에 있어서, 출원인은 출력 방사를 위한 상이한 방향들을 인식하고,출력면 상의 방사의 수직 입사에 대한 최대 효율, 방사 전력 및 밀도를 얻는다. 이 경우, 더 제안되는 것은,
- 방사 출력의 방향을 활성층의 면에 대해 전파 각도(ψ)로 얻기 위한 것 - 여기에서, 내측면을 갖는 방사 출력 영역의 측면의 모선(모점?)에 의해 형성된 기울기(Ψ)의 선형 각도가 (π/2-ψ-σ)에서부터 (π/2-ψ+σ)까지의 범위 중에 선택되어야 하고, 여기에서, ψ는 방사 출력 영역 내에서 전파하는 방사의 전방에 대해 수직으로 활성층의 면에 의해 형성되는 각도이며, σ는 방사 출력 영역 내에서 전파하는 방사의 출력면 상에서의 총 내측 반사의 각도임 -과,
- 방사 출력의 방향을 방사 출력 영역이 배치되어 있는 측에서 활성층의 면에 대해 수직으로 얻기 위한 것 - 여기에서, 내측면을 갖는 방사 출력 영역의 측면의 모점에 의해 형성된 기울기(Ψ)의 선형 각도가 (3π/4-ψ/2-σ/2)에서부터 (3π/4-ψ/2+σ/2)까지의 범위 중에 선택되어야 함 -과,
- 방사 출력의 방향을 헤테로 구조가 배치되어 있는 측에서 활성층의 면에 대해 수직으로 얻기 위한 것 - 여기에서, 내측면을 갖는 방사 출력 영역의 측면의 모선(모점?)에 의해 형성된 기울기(Ψ)의 선형 각도가 (π/4-ψ/2-σ/2)에서부터 (π/4-ψ/2+σ/2)까지의 범위 중에 선택되어야 함-이 있다.
또한, 관련 문제는 편의상 출력 영역을 적어도 하나의 직각 순환 원통으로서 사용하여 해결되고, 그의 기저부들 중 하나는 그에 인접하는 피복층 상에 배치되며, 그것은 출력 영역의 방향성 다중 반사를 이용할 때 에미터의 특성의 높은 가치를 달성하고 제조 기술의 간단하게 할 수 있다.
또한, 제안된 에미터에서는, 출력 영역은 적어도 하나의 6면체로서 형성되고, 그의 기저부들 중 하나는 그에 인접하는 피복층 상에 배치되며, 이 경우, 다음의 것들이 편리하다.
- 출력 영역의 내측면과 함께 6면체의 적어도 하나의 측면 상에 형성된 기울기(Ψ)의 선형 각도는 (π/2-ψ-Δψ/2)에서부터 (π/2-ψ+Δψ/2)까지의 범위 중에 선택되고, 여기에서, Δψ는 수직면에서 방사에 대한 확산각이다.
- 상기 출력 영역의 내면을 갖는 육면체의 측면 중 적어도 하나의 측면에 만들어진 선형 경사각은 (3π-2 + Δψ/2)의 범위까지 선택된다.
- 출력 영역의 내부 영역을 갖는 육면체의 적어도 하나의 측면에 형성된 선형 경사각()은 (/4-/2- /2) 내지 (/4-/2 + /2)의 범위까지 선택된다.
- 출력 영역의 내부 영역을 갖는 육면체의 적어도 하나의 측면에 형성된 선형 경사각()은/2와 같도록 선택되고, 육면체로서 출력 영역의 설계를 선택하면, 제조 기술을 단순화할 수 있고, 방출 소자의 밝기와 동시에 증가하면서 필드 근처 방사선 영역을 축소할 수 있다.
출력 영역이 직각 원기둥 또는 육면체로서 형성되고, 출력면이 활성층의 평면에 수직한 모든 방출 소자에 대해, 전파 각도()는 출력면의 방사선 출력 영역으로부터 방출하는 방사선의 전반사 및 해당 손실을 제거할 수 있는 전반사각()보다 작게 선택되어야 한다.
또한, 역반사 코팅은 도입된 출력면의 적어도 일부에 적용될 수 있고, 또 이 반사 코팅은 방출 소자의 효율성, 전력, 강도 및 밝기를 더욱 증가시킬 수 있는 출력면의 일부에 적용될 수 있다고 가정된다.
또한, 방출 소자의 변형은 지향성 방사선의 복수 개 출력빔을 사용하도록 가정된다. 이들 변형은 제작 중 전술한 변형과 구별되고, 헤테로 영역에서 적어도 2개의 주입 영역은 동일한 전파각()으로 형성되고, 전류가 빔의 독립적인 조절에 대해 독자적으로 공급된 경우 각각의 주입 영역에 독립적인 오움층이 헤테로 구조의 외측면에 형성된다.
복수빔 방출 소자의 한 가지 변형에 대해, 독립적인 오움층을 갖는 각각의 주입 영역에 대해, 관련 방사선 출력 영역이 형성될 수 있다.
복수빔 방출 소자의 다른 변형에 대해, 한가지 공통 방사선 출력 영역은 적어도 일부 주입 영역, 독립적인 오움층 존재 여부에 따라 형성될 수 있다.
또한, 도출된 문제는 전류 공급에 독립적인 연결을 포함한 지향성 자발 방출에 대한 출력 빔의 선형 순서로 방출 소자를 제작하기 위해 다음과 같이 해결될 수 있다.
- 독립적인 콘택을 갖는 동일한 치수의 주입 영역은 주입 영역의 선형 순서로서, 단일 라인을 따라 헤테로 구조에서 일정한 간격으로 형성됨.
- 방사선 출력 영역면에, 적어도 그 외부면, 금속층은 선형 절차에 포함된 주입 영역에 전기적으로 연결된 스트립 형태로 구현된 것을 도입함.
전류 공급에 독립적으로 연결된 지향성 자발 방출의 2차원 출력 어레이를 갖는 방출 소자를 제작하기 위해, 도출된 문제는 다음에 의해 해결된다.
- 헤테로 구조에서 주입 영역의 적어도 2개의 선형 절차 형성하기.
- 주입 영역이 배치된 면에서, 독립적인 콘택의 금속층을 스트립으로서 구현하고, 각각은 주입 영역의 각 선형 순서로부터 한 주입 영역을 전기적으로 연결하기.
분산 및 표면 재결합에 기초하여 비평형 캐리어의 손실을 줄임으로써 효율성을 증가시키기 위해, 주입 영역은 도입된 배리어층, 내재하는 활성층으로 모든 방향에 대해 크기가 제한되기 쉽다.
주입 영역의 직렬 갈바닉 연결에 의해 전력원에 방출 소자의 좀더 효율적인 매칭에 대해, 적어도 2개의 인접 주입 영역은 출력 영역의 절연 제2층으로 모든 방향에 갈바닉하게 고립되며, 전술한 주입 영역의 오움층은 금속층에 의해 갈바닉하게 연결된다.
본 발명의 핵심은 조성, 두께, 층수 및 보조층을 적절하게 선택하여 형성된 헤테로 구조에 대해 초기에 설계되고, 또 방사선 출력 영역의 불명료함은 특정 굴절율 및 층수를 가진 재료로부터 형성되고, 출력 영역으로부터 방사선의 차후 효율적인 출력을 가진 지향성 자발 방출을 발생하게 할 수 있다. 출력 효율성은 출력 영역의 측면에 적절한 경사각()의 선택에 의해 더욱 증가된다. 전술한 바와 같이, 외부 효율성, 전력, 광학 전력, 방사선 강도를 증가시킬 수 있다.
상기 모두는 외부 효율, 파워, 광학 파워, 방사 강도 및 주입 인코인런트 에미터의 광학 방사 강도를 증가시키고, 또한 상이한 방사 출력 방향으로의 높은 동시적인 방향성 방출을 달성하고, 다중빔 에미터의 설계, 선형성 및 2차원 에미터 어레이를 구비하며, 상기 모두를 실시하기 위한 기술의 단순화에 의해 각각 독립적으로 전환될 수 있는 빔을 갖는 그들을 구비하는 것이 가능하게 한다.
본 발명에 따른 기술적인 구현은 현재 잘 개발되어 있는 알려진 기본 생산 프로세스들에 기초한다는 것을 주목하자. 현재 사용되는 에미터에 대한 방사 파장의 범위는 적외선으로부터 자외선으로 확장된다. 파장 범위의 상이한 부분에 대한 적절한 헤테로구조가 사용된다. 자외선, 청색 및 녹색 방출(0.36 ㎛ < λ < 0.58 ㎛)에 대해서는, 가장 효과적인 헤테로구조는 AlGaN/GaN/GaInN 및 ZnCdSSe/GaAs 시스템에서의 반도체 복합물이고; 적색 및 녹색(0.58 ㎛ < λ< 0.69 ㎛)에 대해서는 AlGaInP/GaAs 시스템에서의 복합물이며; 적외선(0.77 ㎛ < λ< 1.2 ㎛)에 대해서는 AlGaAs/GaAs 시스템 및 InGaAs/GaAs/AlGaAs 시스템에서의 복합물이고; 적외선(1.2 ㎛ < λ< 2.0 ㎛)에 대해서는 GaInAsP/InP 시스템에서의 복합물이며; 적외선(2.0 ㎛ < λ < 4.0 ㎛)에 대해서는 AlGaInSbAs/GaAs 시스템에서의 복합물이다. 각 지시된 범위에 있어서, 사용되는 λ 및 선택된 헤테로구조에 따르며, 출력 영역에 대한 적절한 재료가 조건 (1) 및 조건 (8)을 만족시키도록 선택되어야 한다. 본 발명의 발명자는 출력 영역에 대해 다음의 반도체 재료를 제안할 수 있다. AlGaN/GaN/GaInN 시스템에 대해서는 GaN를; ZnCdSSE/GaAs 시스템에 대해서는 ZnSe를; AlGaInP/GaAs 시스템에 대해서는 GaP를; AlGaAs/GaAs 시스템에 대해서는 GaP를; InGaAs/GaAs/AlGaAs 시스템에 대해서는 GaAs 및 GaP를; GaInAsP/InP 시스템에 대해서는 Si 및 GaAs를; AlGaInSbAs/GaAs 시스템에 대해서는 Si 및 GaAS를 제안할수 있다. 최근 개발된 "웨이퍼 본딩" 기술[예컨대, 에이치. 와다(H. Wada) 등, IEEE Photon. Technol. Lett. v.8, p.173, (1996)]은 이들 제안을 성공적으로 구현하도록 사용될 수 있다. 본 발명에 의해 제안된 동시적인 양방향성 방출을 갖는 효과적인 에미터의 설계는 모든 상기한 방사 파장 범위 및 헤테로구조 시스템에 적어도 이용 가능하다. 조사를 위해 사용되는 백색광은 다음과 같이 세 개의 기본색(적색, 녹색 및 청색)의 방사를 혼합하거나 이러한 목적을 위해 특별히 선택된 재료에서의 청색광 에미터로부터의 적색 및 녹색 발광 방사의 여기에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 특정 실시예에 따라 하기에 설명할 것이다. 에미터의 설계용으로 나타내어진 본 실시예는 실시예일 뿐만 아니라, 다른 실시예를 제안하고 있으며, 상기 다른 실시예의 상세한 설명은 특허청구범위에서의 총체적인 특징 내에 반영된다.
상기 에미터의 변형 실시예들 중의 하나인 상기 제안된 에미터(1)는 도 1 및 도 7에 간략하게 도시되어 있다. 상기 에미터는 주지된 MOC 하이브리드 에피텍시 증착법(MOCVD)에 의해 성장된 헤테로 구조를 포함하고, 하보조층(Ⅰ1, Ⅱj)을 갖는 활성층(3)으로 구성되며, 피복층(4, 5)들 사이에 배치되고, 여기서 i=1...k이며, j=1...m이다. 본 실시예에서 있어서 활성층(3)은 몇몇 활성 하보조층 및 이를 고립시키는 장벽 하보조층(도시되어 있지 않음)으로 구성된다. 측면을 따라 절단된 우회전 콘의 형태를 갖는 반도체 출력 영역(7)의 내부 표면(6)은 활성층(3)으로부터이격된 피복층(5)의 하보조층 표면(Ⅱm) 상에 배치되며, 반도체 출력 영역의 모체의 기울기각(Ψ)은 72°의 각을 갖는다. 콘의 높이는 921㎛이다. 콘의 하부 회전 베이스는 3000㎛이며, 출력 영역(7)의 내부 표면(6)이 된다. 출력 영역(7)에 대한 콘의 상부 베이스(2401㎛인 작은 직경의 원)는 출력 영역(7)의 외부 표면(9)이 된다. 상기 에미터에서의 주사 영역(10)은 활성 영역(3)과 동일하고, 원형으로 형성되어 있으며, 이 영역의 직경(DIR)은 3000㎛이고, 이 영역의 면적(SIR)은 0.07065㎤이며, 이 영역의 두께는 활성 영역(3)의 두께와 동일한 두께를 갖는다. 옴 접합(11)은 출력 영역(7)의 반대편 측면 상에 구조 방향으로 형성되며, 옴 접합(12)은 외부 표면(9) 방향으로 형성된다. 본 설계에서 피복층(4)은 하보조층(13, 14)(Ⅰ1, Ⅰ2)으로 이루어지며, 피복층(5)은 하보조층(15, 16)(Ⅱ1, Ⅱ2)으로 이루어진다. 반도체 접합층 (17)은 피복층(4)의 하부 표면(Ik), 특히 하보조층(14) 상에 배치되어 활성층(3)으로부터 이격된다. 본 발명에서 제안된 에미터를 헤테로 구조(2) 상에 제조하는 경우에 다른 반도체 합성물, 예컨대 GaInAsP/InP(14 페이지 참조)로부터 생성되며, 에미터의 옴 저항을 감소시키도록 설계된 접합층(17)은 불필요함에 주목하라. 상기 표는 합성물, 두께, 반사율, 유형, 도핑 농도, 헤테로 구조(2)의 층과 하보조층의 흡수율 및 접합층(17)과 출력 영역(7)에 대한 흡수율을 제공한다(24페이지 참조). 헤테로 구조(2)에서의 활성층(3)의 합성물에 대한 방사 파장(λ)(표 참조)은 604㎚이다.
도 1 및 다음의 도 2 내지 도 5, 도 12, 도 13 및 도 15에서, 일반 화살표는출력 영역에서 그리고 이의 외부에서의 레이저 방사의 진행 방향을 나타낸다. 내부 표면(6)과 측면(8) 사이의 선형 기울기각(Ψ)은 임의로 선택되어 내부 표면(6)으로부터 멀어지는 방향으로 진행하게된다.
하나의 가능한 실시예로서, 에미터(1)는, 예컨대 도전성 은 함유 접합재에 의해 옴 접합의 측면 옆의 홀더(18) 상에 (전기 배선과 동시에) 장착되며, 반사벽(19)은 원뿔형 각을 이루게 된다(도 11 참조). 배선(20)에 걸친 옴 접합은 다른 전기 배선(21)에 연결된다. 필요로 하는 전력이 옴 접합(11, 12)으로 공급된다. 에미터(1)를 갖는 홀더는 1.5의 굴절률(n0)을 갖는 투명 절연 합성물(도 11에 도시되지 않음)로 패킹될 수 있다.
본 발명 및 이에 수반되는 에미터(1)의 기본적인 파라미터는 산술적인 계산에 의해 획득할 수 있다. 유효 반사율(neff), 진행각(), 방사 이득(g), 방향성 충동 방출의 제한 분산 수렴(Δ) 등이 다층 헤테로 구조에서의 적절한 경계 조건으로 맥스웰 방정식을 풀기 위하여 행렬 방법[J. Chilwall 등, J. Opt. Sos. Amr., A, v.1, No.7, 742-753페이지(1984)]에 기초한 특정 프로그램에 의해 계산된다.
특히, 헤테로 구조(2) 및 출력 영역(7)의 층들의 특성을 갖는 에미터에 대하여 소정의 표로 나타내어져 있으며, 이로부터 다음을 알수 있다. 이는 다음과 같다.
- 유효 굴절율(neff)은 3.2921이고,
- 전파각는 18°이고,
- 100 A/cm2의 장치를 통과하는 전류 밀도j에 대한 활성층에서의 복사 이득은 391 cm-1과 같으며,
- 출력 영역(7) 내의 자연 방출에 대한 분산 제한 발산각은 11.6 mrad와 같다(수 계산에 있어서, 자연 방출에 대한 스펙트럼선의 반폭을 20 nm로 가정하였음).
회절 제한 발산각(수학식 5)는 단지 0.2 mrad와 같음을 알았으며, 이것을 참작하면, 출력 영역(7) 내의 총 발산각는 11.8 mrad와 같다. 출력 영역(7)으로부터 출구로 복사된 후에, 수직 평면에서 발산각 1은 수학식 6에 따라 40.8 mrad(2.3°)와 같다. 출력 자연 방출에 대한 근접장 복사는 출력 영역(7)의 측표면(8)에 위치된 고리 모양의 표면 형태를 가지며, 그 고리 모양의 폭은 930 ㎛와 같고 총 면적은 0.028 cm-2와 같다. 그 고리 모양의 전체 주변에 걸친 출력 복사는 활성층(3)의 평면에 대하여 각(18°)와 같은 각으로 경사진다.
외부 효율는 출력 표면에서 자연 방출의 정상적인 입사를 갖는 에미터(1)의 실시예에서 획득된 수학식을 이용하여 계산된다.
여기서는 주입된 전자-정공 쌍의 수에 대한 발생된 자연 방출 광자의 수의 비율로 정의되는 내부 양자 효율이고,R은 출력 영역(7)의 출력 표면에서 정상적인 입사에 대하여 상기 표면에서의 자연 방출에 대한 반사 계수이며,은 출력 영역(7)을 통과하는 신호의 복사에 대한 광학적 손실(흡수, 산란)을 결정하는 효율로서, 다음과 같다.
여기서는 출력 영역의 구성에 의존하는 수로서, 대략 0.4 ~ 1.5에서 변화하며,은 출력 영역(7)의 내부 표면(6)의 직경이다.
수학식 7을 이용하여을 계산하였다. 이 계산에 있어서, 계수,및을 각각 1(보통 고품질의 헤테로 구조의 경우), 5 cm-1및 0.6 cm-1로 가정하였다[R.K.Willardson and A.C.Beer, eds.,Optical Properties of Semiconductors(Russian translation, Semiconductors and Semimetals, Vol.3:Optical Properties of III-V Compounds), Izdat.Mir, Moscow(1997), pp.454-458]. 상기 계산에 있어서, 주입 영역(10)의 종단 표면을 통한 자연 방출의 누출로 인한 손실은 매우 작아서, 무시되었다(를 0으로 가정하였음). 효율(수학식 7) 및(수학식 10)은 각각 0.9872 및 0.9180과 같았다.(수학식10)에 대한 계산에 있어서, 계수는 (0.5), 명확하게 0.4756과 같았다. 상기 가정을 참작하여 계산된 에미터(1)에 대한 외부 효율은 수학식 9에 따라 0.8608이었다. 자연 방출에 대한 출력 전력P(와트)는 다음과 같이 결정된다.
여기서JA는 주입 영역을 통과하는 동작 전류이며,는 volts로 표현되는 복사 광자 에너지이다. 100 A/cm2의 동작 전류 밀도에 대해 획득되는 7.065 A와 같은 전류J에 대해 결정되는 자연 방출의 전력 P(수학식 11)는 12.5 W와 같다. 근접장 복사에 대한 단위 면적당 복사 전력은 83.3 W/cm2이다. 방출된 604 nm의 파장에 대한 발광 효율 곡선을 참작하면, 12.5 W의 획득된 전력은 4952 루멘과 같은 광 전력P opt에 대응한다. 방출되는 총 입체각에 대한 획득된 전력P opt의 비율로 정의되는 광 복사 강도Q opt는 19327 칸델라와 같다.
도 17 및 도 18에 도시한 에미터(1)의 다음 변형예에 있어서, 출력 영역(7)은 복수의 규칙적으로 이격된 절단 직원뿔과 "점퍼"(22)로 구성되며[도 18에서는, 9개의 절단 직원뿔과 10개의 점퍼로 구성됨], 점퍼(22)는 2개의 상호 직교 방향으로 상기 언급된 모든 절단 직원뿔의 외부 표면을 연결한다. 출력 영역(7)의 내부 표면(6)은 동일한 형태와 면적을 지닌 주입 영역(10)과 같이, 점퍼(22)의 최하 베이스에 의해 연결되고, 피복층(4) 위에 원경의 2배 만큼 동일하게 이격된 링의 형태로 형성된다. 접촉층(17)은 GaAs 기판으로 이루어진다. 전류는 접촉층(17) 위에 배치된 연속적인 옴접촉(11)과, 모든 절단 직원뿔의 외부 표면(9) 위의 배치되어 점퍼(22)를 연결하는 옴접촉(12)을 통해 공급된다. 이러한 에미터(1)에 있어서, 주입 영역(10)을 소면적으로 선택함으로써, 1 미크론 또는 그 이상의 총 두께(즉, 10 ㎛ 또는 그 이상의 직경)를 갖는 출력 영역(7)을 보장할 수 있다. 이는 출력 영역(7)의 층들이 단일 공정 안에서 헤테로 구조(2)로 성장될 수 있고 화학적 보조 이온 빔 에칭에 의해 형성될 수 있기 때문에, 에미터(1) 제조 기술의 단순화를 가능하게 한다[J.D.Chinn et al.,J.Vac.Sci.technol., Vol.Al, pp.701-704(1983)]. 동시에, 에미터(1)는 (출력 영역(7)에서의 적은 흡수 손실로 인해) 높은 외부 효율을 가지며, 또한 광원의 크기와 형태에 대해 어떠한 기본적인 제한도 갖지 않으며, 결과적으로 방출에 대한 고전력 및 광전력을 가질 수도 있다.
출력 부분(7)의 하나 또는 여러 원뿔은 큰 직경으로 이루어져 출력 부분(7) 사이드에 하나 또는 여러 전도성 권선(20)을 부착시킬 수 있다(도시 생략).
도 2 및 도 8에 도시된, 에미터의 또다른 변형 실시예에서, 삽입 부분(10) 면을 포함하는 원뿔의 출력 부분(7)의 측표면(8)의 모량(母量)으로 이루어진 경사각(ψ)은 (3π/4∼φ/2)이 되도록 선택되며, 더 자세하게는 126°이다. 결과적으로, 폭이 900 ㎛인 링형의 방사 근거리 장은 외표면(9)의 둘레를 따라 그리고 특정적으로 상기 외표면(9) 상의 측표면(8)의 돌출점에 형성된다. 상기 돌출점과 수직인 방향에서 자연 방출이 일어나고, 상기 돌출점 상에 반사 방지 코팅(23)이 도포된다. 에미터 1에 대한 계수 μ는 0.685이다. 이는 계수(ηα)를 얼마 감소시키고 결과적으로 계수(η)에서 얼마가 감소된다. 나머지 특징은 에미터 1의 제1 변형 실시예의 특징과 가깝다.
도 3은 에미터 1의 다음의 변형 실시예를 도시하며, 삽입 부분(10) 면을 포함하는 원뿔형의 출력 부분(7)의 측표면(5)의 모량(母量)으로 이루어진 경사각(ψ)은 (π/4∼φ/2)이며, 더 자세하게는 36°이다. 결과적으로, 방사는 출력 부분(7)의 내표면(6)의 외고리형부를 통해 일어나고, 거기에는 반사방지 코팅(23)이 도포되며, 헤테로구조(2), 접점(11), 접촉층(17)이 없으며, 계수 μ는 1.465이다.
에미터의 다음의 변형 실시예에 있어서(도 4 및 도 9 참고), 출력 부분(7)은 직경(Din)이 3000 ㎛인 직원기둥형으로 구현된다. 이로써 다음의 결과를 초래된다. 상기 에미터 1은 전파각(φ)(2)이 각 σ보다 크지 않고 16°50'과 같은 값,n eff에 의해, 인접한 출력 부분(7)을 포함하는 집합체에서 특징을 갖는 헤테로구조(2)를 포함한다. 이러한 에미터 1에 있어서, 보조층(14, 15)의 두께를 0.1 ㎛까지 증가시키고, 층(16)의 두께를 0.1 ㎛ 아래로 감소시킴으로써 달성된다(표 참고). 따라서, 각(φ)은 16°30' 이하로 감소된다. 또한, 이전의 변형 실시예와 반대로, 이 에미터 1에 있어서는 소정의 자연 방출이 출력 부분(7)에서 일어나기 전에 측표면(8)으로부터 다중 반사를 경험하면서 일어난다(도 4 참고). 그러한 반사 수는 그곳에서의 비스듬한 입사에 대한 출력 부분(7)의 출력 표면상에서의 자연 방출에 대한 반사 계수(R ob)에 좌우되고, 차례로 측표면(8) 상에서 각 φ과 같은, 방사 입사각에좌우된다. 제안된 에미터 1에 있어서, 광선은 규칙적으로 출력 부분(7)에 전도되며, 출력 부분(7)에서 일어나는 방사는 손실이 적다. 출력 부분(7)의 두께는 3000 ㎛로 선택하였으므로, 방출 광선은 외표면(9)에 닿기 전에 3개로 반사된다. 출력 부분(7)의 측표면에서의 방사 입사각은 16°30'이고, 거기에서의 방사 굴절각은 79°20'이다. 기타 계산 데이터에 있어서, 계수 g는 391 ㎝-1이고, ηin은 0.9872, ηα은 0.9098, 비편광 자연 방출에 대한R ob는 0.4198이고, 출력 부분(7) 내부로의 3개 반사에 대한 외부 효율 η은 0.8098이다. η값은 출력 표면 상에 자연 방사가 비스듬히 입사되는 에미터의 변형 실시예에서 얻게 되는 관계를 이용하여 계산된다(특히, 원통 출력 부분으로).
여기서, 7.065 A의 전류J에 대해(j는 100 A/cm2), P(11)는 11.74 W이고, Popt는 4653 lumens, Qopt는 18276 candolas이다.
에미터 1의 또다른 변형 실시예의 출력 부분(7)은 직육면체 형태로 이루어지고 2개층(24, 25)으로 구성되며, 그 굴절률은 수학식 1에 부합하지만, 이 경우 층(25)의 굴절률은 층(24)보다 크다. 양 층은 전기적으로 전도성이다. 삽입 부분(10)과 같이, 내표면(6)은 사각형이다. 이전의 실시예와 반대로, 수평면에서계수 Rob는 출력 부분(7)의 측표면 사이드 상에서의 방사 입사각에 좌우되며, 0.3 내지 1의 범위에서 변한다. 따라서 이 변형 실시예에서 외부 효율은 얼마간 감소한다. 출력 부분(7)으로부터 방사가 일어난 후, 수평면에서의 방사에 대한 수렴각(θ2)은 각각의 측표면 사이드에 대해 π라디안일 것이다. 이상에서 지시된 출력 부분(7)의 2개층 복합은 출력 부분(7)의 총 두께를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이 에미터 1의 기타 특징 및 특성은 이전의 변형 실시예와 유사하다. 상기 에미터는 제조가 가장 단순한 것임을 주지해야 한다.
제조 기술은 단순하게 하고 에미터의 비용을 감소시키기 위해서, 전술한 본 발명의 변형 실시예(도 1 내지 도 4 참고)에 대하여, 출력 부분(7)의 출력 표면 반사방지 코팅(23)을 생략할 수 있음을 주지해야 한다. 출력 부분(7)의 측표면으로부터의 다중 반사(도 4, 도 5, 수학식 12 참고) 또는 출력 부분(7)의 측표면(8)으로부터 다시 반사된 방사의 삽입 부분(10)으로부터의 다중 재방출(도 1, 도 2, 수학식 9)로 인해, 반사방지 코팅을 도포할 경우보다 그다지 적지 않은 외부 효율(9), (12)을 얻을 수 있다. 제안된 에미터에 대해 제조 기술을 단순하게 하려면, 그 삽입 부분(10)은 장벽부 없이 형성되어야 한다는 것을 주지해야 한다(도 1 내지 5 참고).
개별적인 변경에 있어서, 고 전력 에미터의 전원에 대한 더 효과적인 매칭은 공급 전압을 증가시킴으로써 주입 영역(10) 및 소개한 장벽 영역(26, 27)을 사용하는 그들의 갈바닉 직렬 접속을 만들어 달성될 수 있다(도 6 참조). 이 경우, 전기적인 전도층(28) 및 절연층(29) 및 주입 영역(10)의 한 측면 상의 장벽층(26)으로 구성되는 출력 영역(7)은 적어도 피복층에서 분리되고, 다른 측면 상의 장벽층(27)은 무조건 절연층(29)에서 분리된다. 이 경우, 장벽층(27)에 의해 분리된 두 개의 근접한 주입 영역(10)을 위한 독립된 옴 접촉(30)은 금속화된 층(31)에 의해 한 쌍으로 접속된다(도 6 참조).
에미터(1)의 변경에 대하여 작은 광원 및 높은 방사 휘도(도 12 및 13 참조)로 출력 영역(7)은 내부 표면(6) 및 외부 표면(9)이 직각 형태를 갖는 육면체로서 실시된다. 내부 표면(6)을 위한 직각면들은 1000x3000 ㎛2이다. 주입 영역(10)은 동일한 치수 및 동일한 면적을 갖는다. 육면체의 측면(8)은 4 개의 간면으로 구성된다. 비반사 코팅(23)은 출력 표면과 함께 간면 중의 하나에 제공되고, 반사 코팅은(32)은 나머지 3 개의 간면에 제공된다. 모든 간면은 (π/2 - φ)와 같은 이상적인 경사각(Ψ), 특히 72°를 갖도록 만들어진다. 동작 장치에 있어서, 3개의 간면 상의 방사 입사는 반사되고 18°와 같은 전파각( φ)에서 주입 영역(10)으로 되돌려진다. 위에서 고찰된 도 1에 따르는 변경에서와 같이 발산(Δφ)의 전체 각은 0.68°(11.8 mrad)와 같다는 것에 주목해야 한다. 에미터(1)의 출력 영역(7)의 경사진 간면에 대한 정밀도에 대응하는 0.34°와 같은 Δφ/2의 값은 최대 효율을 달성하도록 이루어져야 한다. 하나의 추정은 이 되돌려진 방사의 대부분은 출력 영역(7)으로부터 여기서 고찰된 제1 변경 에미터(1)를 위한 바와 같이 대략 같은 외부 효율(η)로 출력 표면을 통하여 나갈 것이라는 것을 보여준다. 이 경우, 3.0A 의 전류(J)에 대한 전력 P(11)는 5.3 W와 같게 될 것이다. 방사 근접 필드에 대한 단위 면적당 전력은 800.6 W/㎠ 와 같을 것이며, 이것은 에미터(1)의 제1 변경에 대한 것 보다 거의 10배나 높을 것이다. 수직 및 수평면에 있어서 본 에미터(1)에 대한 확산각(θ1, θ2)은 각각 2.3° 및 90°이다. 이 경우의 광학적 방사 강도(Qopt)는 19327 칸델라와 같다는 것을 발견했다. 그들 출력 표면의 부분 상의 반사성 코팅의 적용에 의해 도 2 및 도 8, 도 3 및 도 9, 도 4, 도 5 및 도 10에 도시된 에미터(1)의 다른 변경에 대한 근접필드 방사 면적의 감소 및 근접필드 방사 휘도의 증가를 우리가 또한 달성할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
복수의 독립적으로 제어 가능한 빔(도 14, 15, 16 참조)을 갖는 에미터(1)의 다른 변경에 대하여, 각각이 500 개의 주입 영역(10)을 포함하는 200개의 주입 영역(10)의 선형 시퀀스(선형 어레이)는 장벽 영역(26)의 도움으로 헤테로 구조(2)의 층(5) 상에 만들어진다. 각 주입 영역(10)의 직경은 18 ㎛ 이고, 30 ㎛ 간격으로 동등하게 이격되어 있으며, 두 개가 서로 수직 방향으로 배치되어있다. 각 선형 어레이에 대응하는 18 ㎛ 직경의 직원 실린더의 선형 시퀀스로 이루어진 하나의 출력 영역(7)은 각 선형 어레이 내에서 각 주입 영역(10)과 동축을 이루고 있으며, 두께 9 ㎛ 의 공통 선형 출력 영역(7)을 생성하도록 점퍼(22)에 의해 접속된다. 각 직각 점퍼(22)는 길이 12 ㎛, 폭 6 ㎛로 이루어져 있다. 에미터의 전체 크기는 15x6 ㎟ 이다. 각 선형 어레이에 대한 공통 출력 영역(7)의 외부 표면(9) 상에는 옴 접촉(12)이 금속화 층(33)과 형성되어있다(200 스트립). 반대 측면 상에는 선형 영역 길이에 직각 방향으로 이들을 접속하는 금속화 층(31)(500스트립)과 함께 독립된 옴 접촉(30)이 주입 영역(10)에 대해 이루어져있다. 본 에미터(1)의 제작에 있어서, 우리는 양면 정렬과 화학적으로 조력된 이온 빔 에칭과 함께 사진 석판 처리를 포함하는 알려진 평면 기술 방법을 사용한다. 제작 동안, 에미터(1)는 도면에 도시하지 않은 홀더 웨이퍼 상에 고정된다. 본 에미터(1)에 대해 실행된 계산은 다음 결과를 가져온다. 출력 영역(7)의 측면(8)에 대해 10°40'의 각도에 맞춰진 출력 방사는 9°10'와 동일한 발산(Δφ)을 갖는다. 3개의 반사에 대한 외부 효율(η)은 0.9566이다. 1.017 ㎃(400의 j A/㎠)의 전류에 대한 단일 주입 영역(10)으로부터의 전력 P(11)은 2 ㎽ 와 같다. (100,00 개의 빔 외에)각각의 방사 빔은 레스트(rest)와 관계없이 스위칭될 수 있다. 빔의 밀도는 11111 ㎝-2이다.
도 19도 도 20은 우리가 제조한 에미터의 실험 모델을 예비적으로 측정한 결과를 도시하는데, 이것은 상기 순간 방출을 위한 좁은 방사 패턴에 관하여 자명하지 않을 가정을 확인할 수 있다. 상기 에미터는 980㎚의 파장에서 강력한 방사 누출이 생기는 헤테로 구조(합성물 GaInAs/GaAs/AlGaAs로 만들어진)로 만들어진다. 상기 주입 영역은 50 ×500 ㎛2의 치수를 갖는다. 출력 영역(7)은 경사각이 90。인 3개 면의 측면 및 경사각(Ψ)이 72。인 한면에 한 개의 출력 측면(8)으로 이루어진 육각형 형상이다. 에미터(1)에는 코팅을 하지 않는다. 상기 측정 데이터(도 19, 곡선 35)로부터, 상기 수직면에서 출력 순간 방출(0.5 레벨)을 위한 분산각(Θ1)이 3.3。이고, 이러한 경우에, 그 방출은 상기 활성층의 평면에 대하여 19。도 만큼 (그 계산은 18.5。이다) 기울어진다. 우리가 예상한 바와 같이, 상기 수평면에서, 방사는 비직선 방향이다(도 19, 곡선 36). 상기 선형 전류 특성의 측정 결과(도 20, 곡선 37)로 인하여 본 발명에 제안된 에미터에 대하여 높은 효율을 얻을 수 있다는 것이 명백해졌다. 주목할 점은 그 측정이 실험 모델에 의해 이루어지고, 상기 전원은 폭이 50 ㎛인 주입 영역을 갖는 40。 구멍에서 경사진 측명으로부터 측정된다는 것이다. 또한, 주목할 점은 연속파(cw) 동작시, 우리는 400 A/㎠ 인 전류 밀도까지 모든 방법으로 그 동작 전류 J(㎃)에 P(㎽)에 선형적으로 의존한다. 이것에 의해 그 제안한 에미터의 열 소비 상태가 좋다는 것을 명백히 알 수 있다.
주입 비일관성 에미터는 정보 디스플레이 장치, 즉 광 지시기, 신호등, 전색 디스플레이, 스크린 및 가정용 프로젝션 텔레비젼에 이용되고, 광섬유 통신 및 데이터 전송 시스템에 이용되고, 고체 광 레이저 및 증폭기에 에너지를 공급하는 의학 장비의 설계에 이용되고, 진공 백열광 램프 및 전자 발산 램프 대신에 백색광 LEDs로서 이용된다.
층, 보조층, 영역의 명칭 및 번호 층의 합성물 층의두께d(㎛) 굴절률 n 전도 타입 캐리어 농도 Ne(㎤) 흡수 변수α(㎝-1)
1 2 3 4 5 6 7
접촉층 17 GaAs 0.3 3.878 p 2.1019 104
피복층 4 1314 Al0.7Ga0.3InpAl0.5Ga0.5Inp 1.20.07 3.2413.341 p 5.1017 1.01.0
활성층 3 Al0.22Ga0.78Inp 0.008 3.482 1.0
피복층, 보조층 5 1516 Al0.5Ga0.5InpAl0.7Ga0.3Inp 0.070.2 3.3413.241 N 5.1017 1.01.0
출력 영역 7 Gap 921.0 3.46 N 1.1018 0.6

Claims (41)

  1. 헤테로 구조를 포함하는 주입 비일관성 에미터에 있어서,
    상기 헤테로 구조는 활성층, 피복층, 오옴 접촉 및 헤테로 구조에 인접한 상기 활성층의 최소한 한면에 방사에 대해 투광성인 방사 출력 영역을 포함하고, 상기 주입 비일관성 에미터에는 적당한 구성의 최소한 1개의 방사 출력 영역이 제공되며, 상기 출력 영역은 굴절율이 nRORq이고, 방사 광손실 인자 αRORq(cm-1)이고, 두께 dRORq(㎛)로 특징되는 최소한 1개층을 가지며(여기서 q = 1, 2, ..., p은 상기 출력 영역의 층들에 붙여지는 순번을 나타내는 정수로 정의되며, 상기 헤테로 구조와의 경계로부터 세어진다), 방사 출력 영역에 인접하는 상기 헤테로 구조는 유효 굴절율 neff에 의해 특징지워 지며, 여기서 상기 유효 굴절율 neff및 상기 굴절율 nROR1은,
    0 < ( arccos(neff/nROR1) ) = φ≤arccos(neff-min/nROR1) = φmax이고, neff-min은 nmin보다 큼(여기서, neff-min은 다수의 실제적인 값의 방사 출력 영역을 가지는 헤테로 구조에 대한 모든 가능한 neff의 값 중 최소값이고, nmin은 상기 헤테로 구조의 피복층 내의 굴절율 중 최소값이며, φ는 상기 방사 출력 영역 내부로 진행하는 방사 프론트에 수직인 방향과 활성층의 면이 이루는 전파각이며, φmax는 가능한 전파각에대한 상한값이다)인 관계를 만족하도록 선택되는 것인 주입 비일관성 에미터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤테로 구조의 상기 활성층은 최소한 1개의 보조층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복층은 상기 활성층의 제1표면 및 반대쪽 제2표면에 각각 놓여 있고, 상기 피복층은 각각 서브 피복층 Ⅰi및 Ⅱj(여기서 i= 1, 2, ..., k 와 j = 1, 2, ..., m은 상기 활성층으로부터 카운트되는 클래드 보조층에 붙여진 순번을 나타내는 정수로 정의됨)로 형성되고, 최소한 1개의 서브 피복층이 상기 피복층 내에 만들어지는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 헤테로 구조의 최소한 1개의 서브 피복층은 경사층(gradient layer)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 주입 영역은 동작 에미터에서 만들어 지는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역에 인접한 클래딩층의 두께는 상기 활성층의 반대측에 위치한 클래딩층의 두께 보다 작게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역에 인접한 클래딩 보조층의 굴절률은 상기 활성층의 반대측에 배치된 외각 클래딩 보조층의 굴절률 보다 크게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 영역의 크기 및 면적 SIR은 헤테로 구조에 인접하며 내부 표면이라 불리는 방사 출력 영역 표면의 크기 및 면적 Sin보다 크지 않게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한항에 있어서, 상기 방사 출력 영역 dRORq의 두께는 1 내지 10,000 ㎛ 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역은 전기 전도성으로 구현되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  11. 제10항에 있어서, 오옴성 접촉부는 상기 내부 표면과는 반대측에서 상기 방사 출력 영역의 외각 표면에서 만들어지는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역은 광학적으로 동질의 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역은 적어도 두층으로 제조되며, 상기 헤테로 구조와 경계를 이루는 상기 제1 층은 전기 전도성이고, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 광손실률 αROR1보다 작은 광손실률 αROR2을 가진 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 층은 절연재로서 구현되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 층의 굴절률 nROR2은 상기 헤테로 구조와 경계를 이루는 상기 제1 층의 굴절률 nROR1보다 작게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 적어도 하나의 층은 반도체로 제조되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  17. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 적어도 하나의 층은 도입 기판으로 제조되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  18. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 제1의 전기 전도층에는 오옴성 접촉부가 만들어 지는 것을 상기 방사 출력 영역의 적어도 하나의 층은 반도체로 제조되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  19. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 영역은 적어도 하나의 직각 절단 원뿔의 형태로 제조되며, 원뿔의 베이스는 상기 헤테로 구조에서 배치되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 측면과 상기 방사 출력 영역 내부 표면의 모점에 의해서 만들어진 선형각 경사도는 (π/2--σ) 내지 (π/2-+ σ) 범위에서 선택되며, σ는 상기 방사 출력 영역내에서 전파하는 방사에 대해서 상기 출력 표면에서의 총 내부 반사각인 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  21. 제19항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 측면과 상기 방사 출력 영역의 내부 표면의 모점에 의해서 만들어진 선형각 경사도는 (3π/4-/2-σ/2) 내지 (3π/4-/2+ σ/2) 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  22. 제19항에 있어서, 상기 방사 출력 영역의 측면과 상기 방사 출력 영역의 내부 표면의 모점에 의해서 만들어진 선형각 경사도는 (π/4-/2-σ/2) 내지 (π/4-/2+ σ/2) 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  23. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 영역은 적어도 하나의 직각 원통으로 형성되며, 원통의 베이스는 상기 헤테로 구조에서 배치되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  24. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 그 출사 영역이 적어도 하나의 육면체로 형성되고, 그 면 중 하나는 헤테로 접합 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  25. 제24항에 있어서, 출사 영역의 내면을 지니는 육면체의 적어도 하나의 측면에 의하여 만들어지는 선형 경사각 ψ가 (π/2 - φ- Δφ/2) 내지 (π/2 - φ+ Δφ/2)의 범위에서 선택되고, 여기에서 Δφ는 수직면에서 방사의 발산 각도인 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 출사 영역의 내면을 지니는 육면체의 적어도 하나의 측면에 의하여 만들어지는 선형 경사각 ψ가 (3π/4 - φ/2 - Δφ/2) 내지 (3π/4 - φ/2 + Δφ/2)의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 출사 영역의 내면을 지니는 육면체의 적어도 하나의 측면에 의하여 만들어지는 선형 경사각 ψ가 (π/4 - φ/2- Δφ/2) 내지 (π/4 - φ/2+ Δφ/2)의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 출사 영역의 내면을 지니는 육면체의 적어도 하나의 측면에 의하여 만들어지는 선형 경사각 ψ가 π/2와 같게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 전파각 φ는 전체 반사각 σ보다 작게 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  30. 제19항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 도입 출사면의 적어도 일부에 항반사 코팅 처리가 되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  31. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 출사면 부분 상에 반사 코팅 처리가 되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 헤테로 접합 구조에 적어도 2개의 주입 영역이 전파각 φ와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  33. 제33항에 있어서, 독립 저항 접점이 헤테로 접합 구조의 외부면 상에서 각각의 주입 영역에 만들어지는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  34. 제32항에 있어서, 각각의 주입 영역에 대하여 그 주입 영역과 결합된 방·출사 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  35. 제32항 또는 제33항에 있어서, 적어도 몇개의 주입 영역에 하나의 공통적인 방·출사 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  36. 제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 헤테로 접합 구조 내에 하나의 라인을 따라 순서대로 주입 영역의 선형 시퀀스로서 순서대로 동일한 크기를 지니는 주입 영역이 배치되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 방·출사 영역의 측면인 그 외부면의 적어도 일부에, 선형 시퀀스 내에 포함된 주입 영역을 전기적으로 결합하는 스트립의 형태로 형성되는 금속화 층이 도포되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서, 주입 영역의 적어도 2개의 선형 시퀀스가 헤테로 접합 구조 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  39. 제38항에 있어서, 주입 영역이 배치되는 측면에, 그 독립 접점 상에 금속화 층이 스트립으로 형성되고, 그 각각은 동작 디바이스에서 주입 영역의 각각의 선형 시퀀스로부터 하나의 주입 영역을 전기적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  40. 제8항, 제19항, 제23항, 제24항, 제32항 및 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 주입 영역의 크기가 여러 활성 층을 포함하는 도입 장벽 층 수단에 의하여 제한되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
  41. 제8항, 제11항 내지 제15항, 제19항, 제22항, 제24항, 제32항 및 제36항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 인접 주입 영역이 방·출사 영역의 여러 제2 절연 층과 전기적으로 절연되고, 상기 주입 영역의 저항 접점이 금속화 층에 의해서 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 주입 비일관성 에미터.
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