KR20020059663A - ＧａＡｓ 재료 시스템용 장파장 부정규형ＩｎＧａＮＰＡｓＳｂ 타입-Ⅰ 및 타입-Ⅱ 활성층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신 분야에서 사용될 수 있는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)와 같은 광-처리(광-방출, 광-흡수 및 감지) 디바이스를 형성하기 위한 개선된 방법과 구조를 발표한다. 발표된 VCSEL 디바이스 및 제조방법은 GaAs 함유 기판상에 양자우물 구조가 성장된 활성영역을 제공하여 1.0-1.6㎛ 파장의 빛에 대한 처리를 할 수 있게 한다. 활성영역 구조는 구조에서 응력변형을 감소시키면서 긴 방출 파장을 달성하고자 양자우물에서 상이한 밴드 정렬을 하는 응력변형-보상 장벽과 조합한다. 많은 수의 구성성분을 갖는 다성분 합금층으로 구축하여 디바이스 기능이 개선된다. 각 합금층은 상이한 구성성분이 축적된 응력변형 및 더 긴 방출 및 흡수 파장에 기여하도록 선택된다. 추가적인 응력변형-최소화 장벽층은 구조의 응력변형을 보상 또는 제거하여 디바이스 성능 및 수명을 저하시키는 전위 및 기타 결함을 최적의 수준으로 낮춘다. 본 발명은 합금층에서 핵심 구성성분으로서 질소를 발표하는데, 질소는 구조와 관련된 격자상수를 줄여 응력변형을 감소시키면서 층과 관련된 밴드 갭 에너지를 감소(광 파장 증가)시키는데 적합하다.

Description

ＧａＡｓ 재료 시스템용 장파장 부정규형 ＩｎＧａＮＰＡｓＳｂ 타입-Ⅰ 및 타입-Ⅱ 활성층{LONG WAVELENGTH PSEUDOMORPHIC InGaNPAsSb TYPE-I AND TYPE-II ACTIVE LAYERS FOR THE GAAS MATERIAL SYSTEM}
저렴한 광통신 시스템 및 데이터 링크용으로 1.3㎛ 및 1.5㎛에서 작동하는 수직-공동 표면-방출 레이저(VCSEL)가 바람직하다. 이러한 디바이스의 실현은 단지 수 킬로미터 거리에서 작동하는 "가정용 섬유"와 같은 디지털 통신 응용을 가능케 한다. 1.3㎛에서 작동하는 레이저는 분산이 최소화된 광섬유에서 작동하기 때문에 고속 통신용으로 적합하지만 1.5㎛에서 작동하는 레이저는 최소 흡수율로 전송하므로 더 원거리 통신에 적합하다. 또한 장파장 레이저는 낮은 작동전압을 가져서 경향이 더 높은 집적밀도와 더 낮은 작동전압을 향하는 집적된 Si-기초 회로에서 적합하다. 1.3㎛ 및 1.5㎛VCSEL의 잠재적으로 큰 시장성 때문에 두 가지 기질, InP와 GaAs에 기초한 다양한 방법을 사용하여 디바이스를 개발하려는 연구가 행해졌다. Inp는 엣지-방출 레이저용으로 전형적인 기판재료이지만 GaAs는 저렴한 기판비용 및 높은 디바이스 성능 측면에서 장점을 제공한다.
일반적으로 VCSEL은 사이에 필요한 파장의 빛을 방출하는 재료를 갖는 활성 영역이 놓이는 2개의 분포된 브래그 반사기(DBR)를 포함한 발광 반도체 디바이스이다. 전형적인 VCSEL구조는 도1에 도시된다. 이 경우에 활성영역은 GaAs장벽으로 분리된 여러 개의 InGaAs 양자 우물로 구성되며 활성영역에서 필요한 전도-밴드 정렬을 보여준다. 반도체 디바이스 구조는 두 캐리어 타입이 재결합하고 빛을 방출하는 활성지대에서 전자와 정공이 최소한 분리되도록 설계된다. 방출된 빛의 파장은 활성지대에서 전자와 정공 간의 에너지 분리에 의해 결정된다. 도시된 활성 영역은 980nm에서 방출하도록 설계되지만 더욱 장파장에서도 동일한 설계절차가 필요하다. AlxGa1-xAs 스페이서는 레이저 파장 λ 절반의 복수 배에 대응하는 공동 길이를 형성하는데 사용된다. 다양한 층들의 상대적 굴절률과 밴드갭과 함께 조성이 도시된다. VCSEL에서 활성영역이 짧고 레이저 파장(λ)에 비해 훨씬 적기 때문에 활성영역을 통과하는 광자는 작은 싱글-패스 광학적 이득을 경험한다. 그러므로 레이저 작용을 위해서 활성영역 양면 상에 고 굴절 구조가 필요하다. 이것은 활성영역 제조에 필요한 것과 동일한 에피택셜 성장 공정이나 유전체 침착기술에 의해서 쉽게 달성될 수 있다. 거울은 굴절률이 상이한 재료로 구성된 교대하는 λ/4층으로 구성된다. 레이저 파장에서 이들 층 사이의 계면에서 반사된 일부 파는 보강간섭 하여 좁은 스펙트럼 영역 내에서 높은 반사를 한다. 활성 영역 양면 상의 박막 스택은 반사율이 99%이상인 분포된 브래그 반사기(DBR)를 형성한다.
도2에 도시된 구성에서 광학적 모드에 파-안내 구조가 필요하다. 도2의 인덱스-가이드 디바이스에서 기둥-모양의 공간 주변의 물질을 엣칭 제거하여 에어-포스트 디바이스를 형성함으로써 광학적 모드가 한정된다. 전류 역시 기둥 영역으로 한정된다. 혹은 게인 가이딩(gain guiding)이 사용될 수 있다. 디바이스에 고 에너지 양성자나 이온을 발사하여 높은 비저항 영역이 생성될 수 있다. 이것은 전류가 활성영역으로 관통하는 영역을 한정한다. 게인 영역은 측부에 형성되고 모드는 자유 영역에 형성된다. 이들 스킴의 조합이 사용될 수 있다. 더욱 최근의 것은 산화물-한정된 디바이스이다.거울층을 선택적으로 산화하여 AlxOy클래딩층을 형성하면 전류 한정 및 인덱스 가이딩을 제공하여 역치 전류가 매우 작은 디바이스를 생성한다.
발광 구조의 작동원리는 역전될 수 있다. 적절한 파장의 빛이 이러한 디바이스에 안내되면 두 터미널에서 전류가 발생되어 탐지기로서 작동을 허용한다. 고 성능 탐지기를 위해서 다양한 최적화가 필요하며 이미터와 상이한 최적의 구조를 만든다. 전형적인 구조가 도3에 도시된다. 그러나 발광기 및 탐지기의 활성영역은 동일한 일반적인 층 구조를 사용한다.
VCSEL은 레이저급 활성물질과 고 반사율 DBR거울을 필요로 한다. 공지 VCSEL제조시 나타나는 문제는 미국특허 5,719,894 및 5,719,895에 제시된다. 일반적으로 1.3-1.55㎛ 영역에서 방출하는 VCSEL의 제조는 다음과 같은 문제점 때문에 복잡하다:
(1)InP 기판용으로 효과적인 DBR제조가 어렵고 사실상 효과적이지 못하다;
(2)InP/InGaAsP를 사용하여 성장된 VCSEL은 재료의 높은 감열성 및 반사율때문에 성능이 나쁘다;
(3)GaAs상에 레이저급 활성물질의 성장은 공지 VCSEL의 경우 성공적이지 못했다.
InP 기판상의 격자-일치 거울용으로 사용된 재료는 InP 및 InGaAsP이다. 이 재료는 다음 단점이 있다:
(1)적은 굴절률 스텝;
(2)나쁜 열적 성질.
적은 굴절률 스텝은 필요한 반사율을 갖는 DBR거울을 제조하는데 필요한 층의 수에서 증명된다. GaAs상에서 성장된 AlGaAs에 비해서 InP상의 성장은 동일한 반사율을 얻는데 더 많은 수의 InP/InGaAsP층을 필요로 한다. 추가로 InGaAsP는 GaAs 및 AlAs보다 높은 내열성을 보인다. 이것은 디바이스의 열적 문제를 증가시킨다. 즉 활성지대를 가열하여 실온에서 신뢰할만한 연속파(CW) 작동을 달성하기 어렵게 만든다. 거울에 더 많은 재료가 필요하여 열전도가 일어나야하는 거리를 증가시키고 동시에 작동 전류가 이 영역을 통과하면 열-발생 공간을 증가시키므로 이 문제는 더욱 심화된다.
GaAs는 저렴한 기판 비용, 단순한 결정성장 기술, 높은 반사율 거울 측면에서 장점을 제공하지만 GaAs상에 높은 광학적 품질의 활성물질을 성장시키는 문제는 많은 연구자가 해결을 시도하는 문제이다. 이 문제를 해결하는 한 가지 공통된 방법은 게인 오프셋 사용이다(미국특허 5,719,894, 5,719,895). 상기 특허의 방법이 일부 매력적인 특징을 가지지만 임계 두께와 같은 공정변수가 충분히 개발되지 않으므로 이러한 방법을 사용하여 필요한 파장의 방출을 달성하기가 매우 어렵다. 특히 미국특허 5,719,894에서 다음 문제가 있다:
1.InGaAs와 같은 반도체 물질에 질소를 포함시켜 InGaNAs 또는 GaInNAs("Guinness"라 칭하는)을 형성하면 파장이 증가된다. 그러나 1.3 또는 1.55㎛를 달성하는데 필요한 N의 양은 대체로디바이스 성능 및 수명에 악영향을 주는 고 결함 수준을 가져온다. 이러한 문제는 포함되는 N의 양에 따라 크게 증가한다.
2.일부 연구자는 4원 합금이 형성된다고 믿고 있지만 또 다른 견해는 N이 불순물이나 결함 상태로 포함되어 게인 포화를 가져온다는 것이다.
3.N의 포함은 기술적인 도전이다. 활성물질에 1%이상의N을 신뢰성 있게 포함시키는 데에는 문제가 있다. 그러므로 재료는 저온에서 성장되어 결정 품질이 나쁘고 나중에 열처리되어야 한다. 그러나 이 공정은 저온 성장으로 도입된 결함을 완전 경화시킬 수 없다.
추가로 미국특허 5,719,895에서는 기술을 반도체에 적용할 경우에 다음 문제가 있다:
1.InAs와 GaAs 간의 큰 격자 불일치 때문에 현재의 기술로는 InAs/GaAs 초격자의 성장은 대단히 곤란하다.
2.고-응력변형된 에피택셜 성장에서 임계 두께 꽤 아래에서도 층이 매끈하게 성장하지 않는다. 층은 표면 거칠기나 주름을 보일 수 있으며 섬 형성도 가능하므로 "양자 섬"과 동일한 양자-도트를 형성한다. 따라서 활성영역의 부피가 크게 감소한다.
3.응력변형을 기술하는데 사용된 이론적 모델은 성장과정을 과도하게 단순화 한다. Stranski-Krastanov와 같은 다른 성장 모드는 임계 두께 꽤 아래의 층 두께의 경우에 양자-도트를 형성한다. 섬이나 도트가 형성되는 경우에 활성영역의 부피는 매우 감소된다. 이것은 층에 의해서 제공되는 최대 달성 가능한 이득을 감소시킨다. 게다가 도트 크기의 조화가 가능해 스펙트럼을 넓히고 피크 물질 이득을 저하시킨다.
4. 본 발명과 관련하여 제안된 구조의 경우에 최대 임계 두께까지 완벽히 매끈한 층이 실험적으로 실현된 적이 없다. 단일한 InAs층 및 GaAs층의 반복단위를 포함한 초격자 구조의 경우에도 임계두께 도달전에 응력변형 축적은 표면 거칠기를 가져온다. 주름과 같은 구조적 비-균일성은 스펙트럼을 넓히며 이득을 감소시킨다.
5.이러한 구조의 성장은 재료 결함(예, 단층)을 도입할 수 있다. 이것은 재료의 이득 특성을 크게 저하하고 제조된 레이저의 수명을 단축한다.
공지 기술의 VCSEL의 문제를 극복하는 복잡하지만 가장 유망한 방법 중 하나는 웨이퍼 융합을 사용하는 것으로서 DBR이 분리된 InP 기판을 사용하여 성장되고 결합되어 VCSEL을 형성한다. 이것은 각 디바이스의 높은 단가 및 수율문제와 복잡한 제조공정을 가져온다.
InP/InGaAsP 재료 시스템의 한계를 극복하고 신뢰성 및 재현성을 보장하기 위해서 GaAs-기초 기술이 InP 기술보다 진보된 기술이므로 GaAs에 기초한 또 다른 구조를 개발하는데 계속된 관심이 있다. 그러나 1.3㎛ 방출에 적합한 밴드갭을 가지며 GaAs상에서 성장될 수 있는 재료를 발견하기가 쉽지 않다.
한 가지 방법에서 양자 도트(QD)구조가 개발되었다. GaAs QD는 1.3㎛에서 발광(PL)을 보이며 1.27㎛에서 작동하는 공명 공동 광다이오드가 실현되었다. 최근에 1.3㎛ 근처에서 작동하는 엣지-방출 QD레이저가 있다. 응력변형된 GaAsSb 양자우물(QW)을 사용하여 1.3㎛에서 실온(RT)PL이 관찰되었고 1.27㎛에서 엣지-방출 디바이스에서 레이저 방출이 보고된다. 1.18㎛의 더 긴 방출 파장을 허용하는 대안이 단일한 GaInNAs QW 및 RT펄스 작동을 사용하여 GaAs-기초 VCSEL구조에서 에서 실시된다. 타입-II 밴드-엣지 정렬을 한 GaAsSb/InGaAs 2-층 QW 샘플에서 최대 1.3㎛의 PL파장이 관찰된다. 장파장 디바이스의 경우 타입-II 밴드-엣지 정렬을 한 구조의 가능성은 엣지 방출 LED의 제조를 설명한다.
발명의 요약
본 발명은 GaAs 기판 상에서 성장되며 레이저에서 사용 가능한 양자우물 구조를 갖는 활성영역을 제공하여 1.0-1.6㎛의 방출 파장을 제공함으로써 공지 VCSEL 디바이스 및 제조방법의 문제를 극복한다. 이러한 활성영역은 양자우물에서 상이한 밴드 정렬을 하는 응력변형-보상 장벽의 조합을 사용하여 구조에서 응력변형을 최소화하면서 긴 방출 파장을 달성한다. 본 발명은 수많은 구성성분을 갖는 다성분 합금층 제조로 형성된 구조를 제공한다. 각 구성성분이 축적된 응력변형 및 더 긴 방출/흡수 파장에 기여하도록 합금이 설계된다. 본 발명에 따라 제조된 디바이스는 빛의 흡수나 방출, 광변조에 사용될 수 있으며 이의 물리적 및 광학적 부분 덕택에 특정 파장의 빛을 최적으로 방출/흡수할 수 있다. 이와 관련하여 효과적으로 처리, 즉 빛을 흡수/방출할 수 있는 파장을 기초로 디바이스를 분석할 수 있다. 가능한최장의 파장이 최소의 총 응력변형으로 달성되도록 양자우물층의 합금조성이 최적화된다. 추가적인 응력변형-보상 장벽층은 구조의 총 응력을 감소시켜서 디바이스 성능과 수명에 악영향을 미치는 전위 및 기타 결함의 형성을 최소화한다. 층-형성 합금에서 가장 중요한 성분은 질소로서 이것은 격자상수를 감소시켜 응력변형을 줄이면서 밴드-갭 에너지를 감소시킨다( 더욱 장파장). 인도 이러한 성질을 가지지만 안티몬과 인듐은 더 큰 격자상수를 가져오므로 GaAs상에서 성장된 층에 압축 응력변형을 일으킨다. 수 퍼센트 이상의 높은 수준으로 질소의 도입은 힘이 들며 결정 품질을 나쁘게 만든다. 그러나 다른 합금 구성성분과 조합으로 최대 달성 가능한 파장에 큰 기여를 하면서 기술적인 측면에서 취급이 용이한 양으로 질소가 사용될 수 있다.
본 발명의 활성층 구조는 아래에 기술된 기본 빌딩 블록의 조합이며 양자 제한에 종속적이다. 양자 제한을 위해서 층간에 원자가 및 전도 밴드의 에너지가 상이한 층들이 조합될 필요가 있다. 가장 단순한 양자 우물 구조가 도4에 도시된다. 더 낮은 전도 밴드 에지와 더 높은 전도 밴드 에지를 갖는 층(정공은 역전된 에너지 크기를 가진다)이 전도 밴드 에지는 높고 원자가 밴드 에지는 낮은 층 상이에 배치된다. 전도 밴드에서 전하 캐리어인 전자와 원자가 밴드의 정공은 이 구조에서 양자화된 준위에 포획되고 매우 효과적으로 재조합 하여 최저 전도 밴드 준위와 최고 원자가 밴드 준위간의 거리에 대응하는 파장을 갖는 빛을 방출한다. 탐지기로서 디바이스가 작동하는 경우에 이러한 양자 우물은 흡수율이 매우 높아 탐지 가능성이 양호하다. 이러한 구조를 갖는 디바이스는 의도하는 용도에 따라 광 방출기, 광수용기/탐지기, 또는 광변조기 등의 광-처리 활용도를 갖는다.
양자 우물 함유 구조의 효율을 증가시키기 위해서 도5에서처럼 여러 개의 양자 우물이 주기적 순서로 쌓일 수 있다. 양자 우물이 가까이 연결되는 경우에 이러한 배열을 초격자라 부르고 주기적 방향을 따라 자체 밴드 구조를 가져서 인위적으로 층을 이룬 고유한 성질을 갖는 물질을 형성한다. 양자 우물이 약하게 연결되는 경우에 다중 양자 우물 밴드 구조가 각 양자 우물의 단순한 배수가 되도록 양자우물의 에너지 준위가 보존된다.
전이 에너지를 더욱 감소시키기 위해서 원자가 및 전도 밴드 에지의 위치가 상이한 두개의 양자우물층이 도6에서처럼 직접 조합돨 수 있다. 이러한 타입-II 양자우물은 전자 및 정공을 가둘 공간적으로 분리된 영역을 가져서 가장 밑에 있는 전자 우물의 최저 준위와 가장 높은 정공 우물의 최고 준위간에 전이를 가져온다. 전자 및 정공의 파동함수가 공간적으로 분리되어 중첩이 감소되므로 더 낮은 전이 에너지의 장점은 전이 효율 감소와 연결된다. 이러한 중첩은 밴드 구조의 세부사항에 달려있으며 타입-I과 유사한 고 효율을 보이는 구성이 양자우물을 지배한다.
파동함수 중첩을 향상시키는 한 가지 방법은 도7에 도시된 대칭형-II 연결돤 우물으로 두개의 전자(정공) 우물 사이의 장벽이 매우 낮도록 3층 구조가 형성된다. 이 경우에 전자(정공) 파동함수는 구조의 대칭축에서 높은 값을 가져 정공(전자) 파동함수는 피크가 된다. 이것은 전이 효율을 높여 디바이스의 성능을 양호하게 만든다.
대체로 도시된 구조의 양자우물층은 기판보다 큰 격자 상수를 갖는다. 디바이스 성능에 치명적인 결함을 가져올 수 있는 구조내 축적된 총 응력 변형을 감소시키기 위해서 양자우물층 양면상의 장벽층은 기판보다 작은 격자상수를 갖는 재료로 제조될 수 있다. 층들은 서로에 대해서 응력변형을 받지만 전체 구조의 평균 응력변형은 감소되거나 사라진다. 디자인 원리는 응력변형 균형 맞추기라 칭한다(도8).
공지 VCSEL디바이스의 문제를 극복하기 위해서 타입-I 및 타입-II 밴드 에지 정렬을 한 응력변형-보상된 구조가 사용된다. 응력변형-보상의 사용은 재료 품질 저하 없이 다중층이 성장될 수 있게 함으로써 디바이스 디자인에 더 높은 자유도를 부여한다.
본 발명은 GaAs 재료 시스템용 장파장 부정규형 InGaNPAsSb 타입-I 및 타입-Ⅱ 활성층에 관계한다.
도1은 우측으로 전도 밴드 에너지/굴절률/물질 조성이 도시된 공지 VCSEL구조를 보여준다.
도2는 (a)굴절률 안내 디바이스, (b) 게인-안내 디바이스, (c)산화물 한정된 디바이스를 보여주는 전형적인 VCSEL구조를 보여준다.
도3은 VCSEL로서 동일한 활성영역 재료를 사용하는 공지 탐지기의 구조를 보여준다.
도4는 타입-I 양자 우물을 보여준다.
도5는 타입-I 다중 양자 우물을 보여준다.
도6은 타입-II 양자 우물을 보여준다.
도7은 타입-II 대칭형 양자 우물을 보여준다.
도8은 응력변형 보상 원리를 보여준다.
도9는 1.3㎛ 근처에서 방출하는 타입-I 응력변형 보상된 QW시스템의 밴드-에지 정렬 다이아그램을 보여준다.
도10은 GaAs상에서 집중 응력변형된 GaPAsSb의 응력변형에 대한 포인트 밴드-갭 에너지를 비교하며 음의 응력변형값은 압축 응력변형을 나타내며 우측 음영 영역은 직접적인 밴드-갭 물질이고 좌측 음영 영역은 간접적인 밴드-갭 물질이다.
도11은 본 발명에 따라서 물질 시스템1을 활용하는 A/B/C/B/A 타입-I 싱글 양자우물을 보여준다.
도12는 본 발명에 따라서 물질 시스템1을 활용하는 A/B/C/B/A 타입-I 멀티 양자우물을 보여준다.
도13은 본 발명에 따라서 물질 시스템2를 활용하는 A/B/C/D/B/A 타입-II 싱글 양자우물을 보여준다.
도14는 본 발명에 따라서 물질 시스템2를 활용하는 A/B/C/D/B/A 타입-II 멀티 양자우물을 보여준다.
도15는 본 발명에 따라서 물질 시스템3을 활용하는 A/B/D/C/B/A 타입-II 싱글 양자우물을 보여준다.
도16은 본 발명에 따라서 물질 시스템3을 활용하는 A/B/D/C/B/A 타입-II 멀티 양자우물을 보여준다.
도17은 본 발명에 따라서 물질 시스템4를 활용하는 A/B/D/C/D/B/A 타입-II싱글 양자우물을 보여준다.
도18은 본 발명에 따라서 물질 시스템4를 활용하는 A/B/D/C/D/B/A 타입-II 멀티 양자우물을 보여준다.
도19는 본 발명에 따라서 물질 시스템5를 활용하는 A/B/C/D/C/B/A 타입-II 싱글 양자우물을 보여준다.
도20은 본 발명에 따라서 물질 시스템5를 활용하는 A/B/C/D/C/B/A 타입-II 멀티 양자우물을 보여준다.
응력변형된 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z/AlpGa1-pAs/GaAs 헤테로 구조를 사용하여 본 발명의 물질 시스템은 다음을 포함한다: 1)압축 응력변형된 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z양자우물과 타입-I 정렬을 하는 인장 응력변형된 AlqGa1-qNrPsAs1-r-s장벽층; 2)타입-II 정렬을 하는 멀티 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z/InaGa1-aNbAs1-b층을 횔용하는 압축 응력변형된 양자우물과 인장 응력변형된 AlqGa1-qNrPsAs1-r-s장벽층. 두 물질 시스템은 GaAsrlvks상에서 부정규형으로 성장된다. "부정규형"은 맞지 않은 전위 밀도가 충분히 낮아 충분히 긴 수명을 갖는 층을 제조할 수 있음을 의미한다. 타입-I 및 II 밴드-에지 정렬이 본 발명에서 활용된다.
응력변형 보상 물질B, 타입-I 활성물질C, 타입-II 활성물질C 및 D를 사용하여 물질A상에서 성장된 싱글 또는 멀티 활성물질 조합을 사용하여 1.0-1.6㎛에서광 흡수 및 방출이 이루어진다.
타입-I 활성층의 경우에:
물질 시스템1=A-B-(C-B)[n회]-A, n=1,2,3,....
타입-II 활성층의 경우에:
물질 시스템2=A-B-(C-D-B)[n회]-A, n=1,2,3,....
물질 시스템3=A-B-(D-C-B)[n회]-A, n=1,2,3,....
물질 시스템4=A-B-(D-C-D-B)[n회]-A, n=1,2,3,....
물질 시스템5=A-B-(C-D-C-B)[n회]-A, n=1,2,3,....
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
D=InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)
양자우물, 층C 및 D는 압축응력변형되고 스페이서 장벽층B의 인장 응력변형은 활성영역에서 총 응력변형을 완전히 또는 부분적으로 보상하는데 사용된다. 응력변형 보상 정도는 전위 없이 성장될 수 있는 양자우물의 총 두께 및 개수에 영향을 미친다. 다층 물질 시스템의 경우에 층이 서로의 상부에 구축되므로 각 층은 다른 층에 대해서 평행하다.
모델-고체 이론을 사용하여 본 발명에서 발표된 구조의 밴드 에지 다이아그램이 물질조성의 함수로서 구축될 수 있다. 도9는 본 발명에 따라 제조된 물질 시스템의 전도 밴드 및 원자가 밴드 에지 정렬을 보여준다.장벽의 조성은 GaP0.42As0.58이고 우물의 조성은 GaP0.37As0.08Sb0.55이다. 계면에서 밴드 불연속성과 실온 밴드-갭이 역시 도시된다. 장벽층의 응력변형은 +1.5%(인장)이고 우물층의 경우 3%(압축)이다. 위에서 제시된 장벽 및 우물 조성의 경우 QW내에서 한정된 전자와 정공간의 전이 에너지는 8nm 장벽 및 우물 폭의 경우 0.96eV로 계산된다. 이것은 1.3㎛에 가까운 파장에 대응하므로 이것은 본 발명이 필요한 파장 범위에서 작동할 수 있음을 보여준다.
이러한 구조의 가능성을 실험적으로 보여주기 위해서 디지털 합금화를 통해서 정확한 층 조성을 조절을 허용하는 밸브 크래킹 셀이 설비된 챔버를 사용하여 분자 비임 에피택시(MBE)에 의해서 테스트 샘플이 성장되었다. 디지털 합금화와 혼성V족 원소의 사용의 조합을 통해서 필요한 파장 특성(1.3㎛이상)을 제공하는 층 화학양론을 달성할 수 있다.
놀랍게도 P와 Sb의 도입이 종래의 디바이스보다 긴 수명을 가진 1.3㎛이상의 파장을 갖는 VCSEL을 가져옴이 발견되었다. 이것은 당해 분야의 숙련자에 인식되는 방법의 정 반대이다. 일반적으로 P와 Sb의 도입은 특히 QW에 인듐이 적거나 없는 경우에 간접적인 밴드갭을 갖는 물질을 형성한다고 믿어왔다. 결과적으로 이러한 물질은 통신 파장 디바이스용 소자로서 간과되었다. 추가로 직접적 및 간접적 밴드갭상에 응력변형 및 조성이 미치는 효과가 잘 확립되지 않았다. 본 발명에서 P와 N의 도입은 물질의 응력변형을 감소시켜 임계두께가 더 커짐이 발견되었다. 이것은표면 거칠기/주름이 발생되기 이전에 고품질 부정규형(무-결함)층을 쉽게 성장시킬 수 있다. 이러한 물질의 사용은 새로운 매개변수 공간을 제공하여 개선된 응력변형층을 허용함으로써 고품질 에피택셜 물질을 제조한다. 본 발명의 방법 및 물질을 사용하여 활성물질이 1.3㎛ 근처에서 파장에 대응하는 직접적인 밴드-대-밴드 에너지 전이를 하도록 QW조성이 선택될 수 있다.
(In)GaNPAsSb 물질 시스템에서 1.3㎛이상 및 미만의 파장을 쉽게 방출하게 하는 것은 GaPSb의 큰 밴드갭 보우잉(bowing) 변수이다. 그러나 GaAs상의 부정규형 GaPSb는 -5%미만의 압축 응력변형 수준에서 간접적인 밴드갭 물질이므로 레이저용 활성물질로 적합하지 않다. -5%미만의 압축 응력변형 수준에서 0.96eV(1.3㎛)직접적인 밴드갭 물질을 획득하기 위해서 소량의 As나 InAs가 GaPSb에 첨가되어야 한다. GaPAsSb의 경우 응력변형에 대한 밴드갭 에너지가 도10에 도시된다. 도10에서 3원 합금 GaPAs, GaPSb, 및 GaAsSb가 4원GaPAsSb영역과 경계가 된다.
"직접적인 밴드갭" 영역에서(도10) 최저 에너지 밴드-대-밴드 전이는 전도 밴드의점과 원자가 밴드의점 사이이다; 이러한 조성은 레이저 활성물질로 적합하다. 간접적인 밴드갭 영역에서 최저 에너지 밴드-대-밴드 전이는 전도 밴드의 X나 L 계곡과 원자가 밴드의점 사이에 발생하는 전이이다; 이러한 조성은 레이저 활성물질로 적합하지 못하다. 도10의 밴드갭 에너지는점에서 계산되었다.
X, L,밴드 구조는 분리된 전자 또는 결정 모멘텀 값이다. 직접적인 전이는 동일한 모멘텀을 갖는 에너지상태간의 전자 이동(즉,점에서점)을 말하며 "간접적인 전이"는 전이 동안에 에너지 및 운동량이 변함을 의미한다. 광학적 밴드-대-밴드 전이는 운동량 보존을 위해서 추가 입자의 중재를 요하므로 간접적인 밴드갭 물질은 레이저 활성물질로 적합하지 못하다; 이것은 광학적 전이 발생 가능성을 크게 저하한다.
G몌는 큰 밴드갭(>2eV)과 간접적인 밴드갭을 가지므로 장파장 GaAs 기초 레이저의 경우에 (In)Ga(N)PAsSb 물질 시스템이 적합한지 여부가 명백하지 못하다. GaAs 기초 레이저의 경우에 (In)Ga(N)PAsSb 물질 시스템이 적합한지 여부가 명백하지 못하는 이유는 다음과 같다:
1)GaPSb의GaPSb의 큰 밴드갭 큰 보우잉 밴드갭(도10), 중간체 3원 GaPSb의 밴드갭은 2원 종말점(GaP 및 GaSb)보다 작다.
2)혼성V족(P, As 및 Sb) 조성의 큰 범위, GaPAsSb는 간접적인 밴드갭
물질이다.
이들 합금에 N 및 In의 첨가는 밴드갭 에너지를 더욱 감소시켜 더욱 장파장에서 작동할 수 있게 한다. N은 국지화된 상태로서 도입되어 좁은 공명 밴드와 전도 밴드간에 강한 상호작용을 일으킴으로써 직접적인 전이의 밴드 갭을 감소시킨다. N을 포함한 활성층은 VCSEL디바이스에서 레이저를 발하고 무-N 합금에 비해서 더욱 장파장으로 이동시킨다. InGaAs에서처럼 N은 다량으로 포함시키기가 곤란하므로 단일 V족원소(As) 시스템에서 디바이스용으로 1.3㎛에 도달하기가 어렵다. 일반적으로 방출 및 흡수 파장의 이동으로 알 수 있듯이 층은 저온에서 성장하고 나중에 어닐링 될 필요가 있는데, 이것은 결함밀도를 높이고 합금의 구조 변화를 일으킨다. 본 발명은 위의 구조를 N도입과 조합하여 응력변형 및 결함밀도를 낮게 유지하면서 파장을 크게 이동시킴으로써 문제를 해결한다. N대신에 Sb 비율의 증가는 N도입을 더욱 양호하게 하여 층의 질을 향상시킨다. 왜냐하면 Sb는 성장온도 및 점착계수 측면에서 특히 금속-안정적인 성장 구역을 향해 더 양호하다.
시스템1은 조성에 있어서 GaAs에 가까운, 즉 GaAs를 포함하거나 구조적 및 기능적인 면에서 등가의 기판상에 A-B-C-B-A와 같은 서열의 활성층으로 구성된다.
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
A-B-C-B-A는 순차적으로 쌓인 층을 말하며 각 층은 다음 층에 인접하며 층A는 층B에 인접하고 맞은편 면상에서 층C에 인접한다. 이러한 층 구조가 도11에 도시된다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
또 다른 경우에 활성층의 C-B단위가 반복되어 도12의 구조가 될 수 있다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
시스템2는 조성에 있어서 GaAs에 가까운 기판상에 A-B-C-D-B-A와 같은 서열의 활성층으로 구성된다.
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
D=InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)
이러한 층 서열의 밴드 구조가 도13에 도시된다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
또 다른 경우에 활성층의 C-D-B단위가 반복되어 도14의 구조가 될 수 있다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
시스템3은 조성에 있어서 GaAs에 가까운 기판상에 A-B-D-C-B-A와 같은 서열의 활성층으로 구성된다.
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
D=InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)
이러한 층 서열의 밴드 구조가 도15에 도시된다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
또 다른 경우에 활성층의 D-C-B단위가 반복되어 도16의 구조가 될 수 있다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
시스템4는 조성에 있어서 GaAs에 가까운 기판상에 A-B-D-C-D-B-A와 같은 서열의 활성층으로 구성된다.
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
D=InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)
이러한 층 서열의 밴드 구조가 도17에 도시된다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
또 다른 경우에 활성층의 D-C-D-B단위가 반복되어 도18의 구조가 될 수 있다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
시스템5는 조성에 있어서 GaAs에 가까운 기판상에 A-B-C-D-C-B-A와 같은 서열의 활성층으로 구성된다.
A=AlpGa1-pAs(0≤p≤1)
B=AlqGa1-qNrPsAs1-r-s(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1)
C=InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)
D=InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)
이러한 층 서열의 밴드 구조가 도19에 도시된다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.
또 다른 경우에 활성층의 C-D-C-B단위가 반복되어 도20의 구조가 될 수 있다. 층B에서 r=s=0인 경우에 응력변형 보상은 0이다.

Claims (44)

  1. (a)격자 상수를 갖는 반도체 물질을 포함한 기판과 (b)(1)InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함한 하나 이상의 부정규형 광 처리층; (2)AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1)을 포함한 하나 이상의 부정규형 장벽층을 포함하는 복수의 층을 포함한 활성 영역을 포함하며 상기 활성영역에서 복수의 층 각각은 인접한 층의 조성과 상이한 조성을 가짐을 특징으로 하는 광 처리 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 광 처리가 (a)광을 방출하고; (b)광을 수용하고; (c)광을 감지하고; (d)광을 변조함을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서, 활성영역이 (3)InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제 3항에 있어서, 활성영역에서 복수의 층 각각이 공통 평면에 평행하게 배치됨을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-C-B-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-(C-B)xn-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고 층(C-B)는 연속 n회(n은 1이상의 정수) 반복되며 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-C-D-B-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-(C-D-B)xn-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층(C-D-B)는 연속 n회(n은 1이상의 정수) 반복되며 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-D-C-B-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-(D-C-B)xn-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층(D-C-B)는 연속 n회(n은 1이상의 정수) 반복되며 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-D-C-D-B-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-(D-C-D-B)xn-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층(D-C-D-B)는 연속 n회(n은 1이상의 정수) 반복되며 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제 2항에 있어서, 활성영역이 A-B-(C-D-C-B)xn-A층을 포함하고 층A가 AlpGa1-pAs(0≤p≤1)를 포함하고, 층 B가 AlqGa1-qNrPsAstSb1-r-s-t(0≤q≤1, 0≤r≤0.1, 0≤s≤1, 0<t<1))를 포함하고, 층 C가 InwGa1-wNxPyAszSb1-x-y-z(0≤w≤1, 0<x<0.1, 0≤y≤0.6, 0<z<1)을 포함하고, 층 D가 InaGa1-aNbAs1-b(0≤a≤1, 0<b<0.1)을 포함하고 층(C-D-C-B)는 연속 n회(n은 1이상의 정수) 반복되며 층 B와 C사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 B와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-I 밴드-에지 정렬을 하고 층 C와 D사이에 형성된 밴드 구조가 타입-II 밴드-에지 정렬을 함을 특징으로 하는 디바이스.
  14. 제 2항 또는 3항에 있어서, 하나 이상의 층이 형성되는 성장과정 동안에 상기 활성영역을 포함한 복수의 층 중 하나 이상이 양자 도트를 획득함을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제 2항에 있어서, 300K에서 디바이스에 의해 처리될 수 있는 빛의 파장이 1150nm이상임을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제 2항에 있어서, 디바이스에 의해 처리될 수 있는 빛의 파장이 300K이상의 온도에서 1150nm이상임을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제 2항에 있어서, 디바이스에 의해 처리될 수 있는 빛의 파장이 300K미만의 온도에서 1150nm이상임을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제 2항에 있어서, 기판이 격자 상수를 갖는 GaAs를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 2항에 있어서, 기판이 Al, In 및 도핑제에서 선택된 기판 추가 구성성분과 조합으로 GaAs를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 2항에 있어서, (c)활성영역과 전기적으로 접촉되며 제1 전도도를 갖는 제1 전도층; (d)활성영역과 전기적으로 접촉되며 제2 전도도를 갖는 제2 전도층; (e)전류를 처리하는 능력을 가지며 활성영역에 대해 연결된 전기 연결부를 더욱 포함하며, 상기 처리가 (1)상기 활성영역에 전류를 공급하고 (2)상기 활성영역으로부터 전류를 수용하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20항에 있어서, 제1 및 제2 전도층과 관련된 밴드-갭이 상기 활성영역의 층들과 관련된 밴드-갭보다 큼을 특징으로 하는 디바이스.
  22. 제 20항에 있어서, 광 처리를 위해 개조된 반도체-공기 계면을 더욱 포함하는 디바이스.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 반도체 계면이 엣칭이나 절단에 의해 형성되며 상기 복수의 층에 평행한 평면에 수직한 공동이 형성됨을 특징으로 하는 디바이스.
  24. 제 20항에 있어서, (f)제2 전도층위에 배치되며 상기 활성영역의 적어도 일부 위로 연장된 라인을 포함하고 공명 에너지에 대응하는 공명 파장과 관련된 광학적 공명을 갖는 광학적 공동을 형성하는 격자층을 더욱 포함하고 진공에서 측정된 공명 파장(마이크론)이 저자 볼트로 측정된 공명 에너지에 의해 나뉜 1.24와 동일함을 특징으로 하는 디바이스.
  25. 제 24항에 있어서, 격자 라인이 공명파장 1/4의 n배(n은 0이상의 정수)만큼 이동되어 위상 이동된 격자가 형성됨을 특징으로 하는 디바이스.
  26. 제 20항에 있어서, (f)활성영역 아래에 배치된 하부 거울; (g)활성영역 위에 배치된 상부 거울을 더욱 포함하고 상기 거울이 공명에너지 및 공명파장과 관련된 광학적 공동을 형성하며 진공에서 측정된 공명 파장(마이크론)이 저자 볼트로 측정된 공명 에너지에 의해 나뉜 1.24와 동일함을 특징으로 하는 디바이스.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 하부 거울이 교대로 고 굴절층과 저 굴절층을 복수개 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 하부 거울의 저 굴절층이 산화된 물질을 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 상부 거울이 교대로 고 굴절층과 저 굴절층을 복수개 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 저 굴절층이 산화된 물질, 저-굴절률 유전체, 저-굴절률 반도체 물질에서 선택됨을 특징으로 하는 디바이스.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 고 굴절층이 고-굴절률 유전체, 고-굴절률 반도체 물질에서 선택됨을 특징으로 하는 디바이스.
  32. 제 20항에 있어서, (f)상기 상부 거울과 활성영역 사이에 배치된 두-영역 구멍을 더욱 포함하는 디바이스.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 두-영역 구멍의 제1 영역이 낮은 전기저항을 가지며 상기 두-영역 구멍의 제2 영역이 상기 두-영역 구멍의 제1 영역의 저항보다 높은 전기 저항을 가짐을 특징으로 하는 디바이스.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 두-영역 구멍의 제1 영역이 상기 두-영역 구멍의 제2 영역의 굴절률보다 높은 굴절률을 가짐을 특징으로 하는 디바이스.
  35. 제 32항에 있어서, 상기 두-영역 구멍이 산화된 물질을 포함하고 상기 두-영역 구멍의 제2 영역이 제1 영역보다 많이 산화됨을 특징으로 하는 디바이스.
  36. 제 32항에 있어서, 상기 두-영역 구멍이 기둥 구조를 엣칭하여 형성됨을 특징으로 하는 디바이스.
  37. 제 32항에 있어서, 상기 디바이스가 공명성 공동 광탐지기(RCPO)를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  38. 제 32항에 있어서, 상기 디바이스가 공명성 공동 발광다이오드(RCLED)를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  39. 제 32항에 있어서, 상기 디바이스가 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  40. 제 32항에 있어서, 상기 디바이스가 광섬유 데이터 통신용 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 디바이스가 1260-1360nm의 방출 파장을 가짐을 특징으로 하는 디바이스.
  42. 제 40항에 있어서, 상기 디바이스가 1360-1460nm의 방출 파장을 가짐을 특징으로 하는 디바이스.
  43. 제 40항에 있어서, 상기 디바이스가 1460-1610nm의 방출 파장을 가짐을 특징으로 하는 디바이스.
  44. 제 20항에 있어서, 상기 디바이스가 광학적 변조기를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
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