KR20040035752A - 고등 모드의 레이저 방사선의 광자 띠간격 결정 중개 여과효과에 기초한 반도체 레이저 및 그 제조 방법 - Google Patents

고등 모드의 레이저 방사선의 광자 띠간격 결정 중개 여과효과에 기초한 반도체 레이저 및 그 제조 방법 Download PDF

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피비씨 레이저스 리미티드
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Abstract

본 발명은 좁은 빔 발산각을 갖는 반도체 레이저를 개시하고 있다. 이러한 레이저는 적어도 하나의 도파관을 포함하며, 이 도파관은 전류 주입에 따라 소정의 광 이득을 발생시키는 활성 층과, 방출 광의 전파 방향에 수직 방향으로 굴절률 변조가 이루어지는 광자 띠간격 결정, 그리고 적어도 하나의 결함을 갖고 있다. 상기 활성 층은 바람직하게는, 상기 결함 내부에 배치되어 있다. 상기 광자 띠간격 결정 및 결함은, 레이저 방사선의 기본 모드는 그러한 결함에 국한되어 그 결함으로부터 붕괴되어 제거되는 반면, 타 광 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장하도록 최적화 된다. 기본 모드가 결함에 국한됨으로써 타 모드와 관련하여 그 기본 모드의 진폭이 상대적으로 증강된다. 따라서, 타 모드의 구속 율과 비교하여 기본 모드의 구속 율이 보다 커진다. 이것은 긴 도파관을 포함하는 레이저로부터의 효율적인 단일 모드 레이징(lasing)을 가능하게 한다.

Description

고등 모드의 레이저 방사선의 광자 띠간격 결정 중개 여과 효과에 기초한 반도체 레이저 및 그 제조 방법{A SEMICONDUCTOR LASER BASED ON THE EFFECT OF PHOTONIC BAND GAP CRYSTAL MEDIATED FILTRATION OF HIGHER MODES OF LASER RADIATION AND METHOD OF MAKING SAME}
고출력 반도체 레이저는 정보통신 시스템에 있어서 중요한 역할을 담당하고 있으며, 펌프, 섬유 증폭기, 및 기타 용례에 사용되고 있다.
단면 발광 레이저의 경우 일 각면(facet) 당 낮은 전력 밀도 및 좁은 빔 발산각을 달성하기 위하여, 일반적으로 길이가 긴 도파관이 사용되고 있다. 그러나, 레이저 방사선의 다중 모드 특성상 원시야 패턴의 큰 폭에 걸친 폭 감소는 제한되고 있다.
좁은 빔 발산각을 갖는 단면 발광 레이저 분야의 종래 기술에는, 기본적으로 그러한 좁은 빔 발산각을 달성하고 있는 누설파 다이오드 레이저의 개념이 포함되어 있다. 이러한 종래 기술의 일 예가 1982년 5월 4일자로 특허 허여된 "고출력 주입형 레이저(High output power injection lasers)"란 명칭의 미국 특허제4,328,469호에 개시되어 있다. 이 특허에는 한 쌍의 중간 정도의 굴절률을 갖는 층 사이에 활성 층이 끼어 넣어져 있는 헤테로 구조체(heterostructure:복합 반도체 장치) 주입형 레이저가 개시되어 있다. 상기 활성 층과 중간 정도의 굴절률을 갖는 층 사이에는 저굴절률 및 높은 띠간격 특성을 갖춘 매우 얇은 박막 층이 위치할 수도 있다. 이 박막 층은 기본 모드 안내 효과를 생성하도록 다양한 조합 형태로 적용될 수도 있다.
이러한 소자의 주요 단점은 기본 모드의 극도로 적은 구속 율이다. 그 결과 고출력 레이저의 제조는 불가능하다. 따라서, 당업계에서는 좁은 빔 발산각 및 고출력을 실현하는 레이저가 요구되고 있다.
본 발명은 반도체 소자 분야에 관한 것으로, 특히 빔 발산각이 좁은 반도체 레이저에 관한 것이다.
도 1은 레이저 구조체의 도파관이 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 광자 띠간격 결정과, 광자를 국한시키는 결함을 포함하고 있는 본 발명의 레이저의 일 실시예를 도시한 개략적인 선도로서, 주어진 실시예의 굴절률 프로파일, 그리고 Ga1-xAlxAs 합금의 합금 조성(x)의 조정에 의해 굴절률 변조가 실현되는 특정 실시예의 합금 조성 프로파일을 보여주는 도면.
도 2는 굴절률이 높은 단일 층이 결함에 포함되어 있으며, 이 층의 두께가 역시 굴절률이 높은 광자 띠간격 결정의 층의 두께를 초과하는, 본 발명의 레이저의 일 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 3은 광자 띠간격 결정의 층보다 높은 굴절률을 갖는 단일 층이 국한 결함의 일부를 구성하는, 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 4는 굴절률이 낮은 단일 층이 이에 인접하는 굴절률이 높은 두개 층을 분리시키고 있으며, 이러한 분리 층의 두께가 굴절률이 낮은 광자 띠간격 결정의 다른 층보다 얇은, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 5는 중간 정도의 굴절률을 갖는 단일 층이 이에 인접하는 굴절률이 높은 두개 층을 분리시키고 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 6은 도 2에 도시된 레이저의 굴절률 및 기본 전기적 횡파(이하에서는 간단히 TE로 기재됨) 모드와 제1 순위 TE 모드의 상대적인 전기장 강도를 보여주는도면.
도 7은 광자 띠간격 결정의 층들 중 한개 층에 흡수체 층이 배치되어 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 8은 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층이 집속형 층에 의해 분리되어 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 9는 흡수체 층이 광자 띠간격 결정의 층들 중 한개 층에 배치되어 있고 집속형 층이 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층을 분리시키고 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 10은 기본 TE 모드와 제1 순위 TE 모드의 굴절률 프로파일 및 전기장 강도를 도시한 도면으로, 흡수체에서의 기본 모드의 전기장이 도 9에 도시된 실시예의 일 예의 제1 순위 모드의 전기장과 비교하여 상당히 억압되어 있음을 보여주는 도면.
도 11은 도 9에 도시된 실시예의 일 예의 제1 순위, 제2 순위, 제3 순위 및 제4 순위 TE 모드의 전기장 강도와 기본 모드의 전기장 강도를 비교하여 보여주는 한편 그 굴절률 프로파일을 보여주는 도면.
도 12는 도 9에 도시된 실시예의 일 예의 레이저의 원시야 패턴을 보여주는 도면.
도 13은 활성 영역이 박막 배리어(barrier)로 둘러싸여 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 14는 흡수체 층이 광자 띠간격 결정의 층들 중 한개 층에 배치되어 있고활성 영역이 박막 배리어에 의해 둘러싸여 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 15는 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층이 집속형 층에 의해 분리되어 있고 활성 영역이 박막 배리어에 의해 둘러싸여 있는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 16은 광자 띠간격 결정의 층들 중 한개 층에 배치된 흡수체 층과, 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층을 분리시키고 있는 집속형 층, 그리고 활성 영역을 둘러싸고 있는 박막 배리어를 포함하는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 17은 활성 영역이 광자 띠간격 결정의 층들 중 한개 층에 배치되어 있고, 결함 국한 광자가 수동 요소만을 갖는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
도 18은 측면으로 굴절률 변조가 이루어지는 광자 띠간격 결정이 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL) 내로 도입되는, 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 개략적인 선도.
따라서, 본 명세서에서는 좁은 빔 발산각을 갖는 반도체 레이저를 개시하고 있다. 이러한 레이저는 적어도 하나의 도파관을 포함하며, 이 도파관은 전류 주입에 따라 소정의 광 이득을 발생시키는 활성 층과, 방출 광의 전파 방향에 수직 방향으로 굴절률 변조가 이루어지는 광자 띠간격 결정, 그리고 적어도 하나의 결함(defect)을 갖고 있다. 상기 활성 층은 바람직하게는, 상기 결함 내부에 배치되어 있다. 상기 광자 띠간격 결정 및 결함은, 레이저 방사선의 기본 모드는 그러한 결함에 국한되어 그 결함으로부터 붕괴되어 제거되는 반면, 타 광 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장하도록 최적화 된다. 기본 모드가 결함에 국한됨으로써 타 모드와 관련하여 그 기본 모드의 진폭이 상대적으로 증강된다. 따라서, 타 모드의 구속 율과 비교하여 기본 모드의 구속 율이 보다 커진다. 이것은 긴 도파관을 포함하는 레이저로부터의 효율적인 단일 모드 레이징(lasing)을 가능하게 한다.
본 발명의 단면 발광 반도체 레이저의 목적은 좁은 원시야 패턴의 방사선을 달성하는 것이다. 이러한 목적 달성은 보통, 긴 도파관의 사용 시에 표명되고 있다. 현행 도파관의 주요 단점은, 레이저 방사선의 다중 모드 특성상, 복잡한 원시야 패턴과 넓은 빔 발산각이 야기된다는 점이다. 고등 모드를 억압하는 동시에 기본 모드의 이성적인 구속 율을 제공하기 위해서는 도파관을 특정 구조로 설계할 필요가 있다.
본 발명은 발생 광이 굴절률 변조 방향에 대해 수직 방향으로 전파되는 기하학적 형상의 광자 띠간격 결정을 사용할 것을 권고하고 있다. 특히, 본 발명의 단면 발광 반도체 레이저의 경우, 광자 띠간격 결정은 그 굴절률(n)이 수직 방향(z)으로 변조되는(n=n(z)) 층이 주기적으로 배치되어 있는 일차원적 구조체이다. 또한, 이른바 TE 모드에서의 전기장 강도는 다음 식으로 나타내어질 수 있다.
여기서, 값 exp[iβx]은 x-방향으로의 도파관을 따른 전파를 나타내며, 진폭(Ey(z))은 그 도파관을 가로지르는 전기장의 강도 변화를 나타내고 있다. 이 진폭은 파장 방정식(예를 들어, 에이치.시.케이시(H.C.Casey) 및 엠.비.파니쉬(M.B.Panish)에 의해 1978년자로 발표된, 뉴욕 소재 아카데믹 프레스(Academic Press)의 반도체 레이저에 관한 파트 A의 32-43페이지 및 70-79페이지 참조)을 따르고 있다.
무한대의 완벽한 주기성을 갖춘 광자 띠간격 결정에 있어서, 스펙트럼은 전자기파가 결정 전체에 걸쳐 전파되는 주기성 파장인 경우의, 주파수(ω) 및 상수(β)를 갖는 허용 띠와, 전자기파의 전파가 불가능한 금지 간격으로 이루어져 있다. 실제 시스템에서는, 주기적인 굴절률 프로파일에 위배되는 소정 유형의 결함이나 연속되고 있는 층의 종결에 의해 완벽한 주기성은 깨지게 된다. 상기 결함은 z-방향으로의 전자기파의 국한 또는 탈국한을 수행할 수 있다. 국한 결함의 경우에는 두 가지 유형의 전자기파가 가능하다. 이들 가능한 전자기파는 첫째, z-방향의 결함에 의해 국한되어 x-방향의 도파관을 따라 전파되는 파장과, 둘째, z-방향의 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장하여 x-방향의 도파관을 따라 전파되는 파장이다.
따라서, 본 발명의 단면 발광 레이저는 두개의 주요 요소를 포함하고 있다. 그 주요 요소는 첫째, 수직 방향으로 굴절률이 변조되는 광자 띠간격 결정이고, 둘째, 레이저의 활성 영역이 그 내부에 바람직하게 배치되어 있는 결함이다. 광자 띠간격 결정과 그 결함은, 레이저 방사선의 하나의 그리고 단 하나의 모드는 결함에 의해 국한되어 z-방향의 결함으로부터 붕괴되어 제거되는 반면, 타 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 z-방향으로 연장하도록 구성되어 있다.
레이저 방사선의 모드를 국한하는 결함의 성능은 두개의 매개변수에 좌우된다. 그 제1 매개변수는 결함의 굴절률과 광자 띠간격 결정의 기준 층 사이의 굴절률의 차이(Δn)이고, 제2 매개변수는 결함의 체적이다. 굴절률이 일 방향으로만 변조되는(n=n(z)) 본 발명의 레이저의 경우, 상기 제2 매개변수는 결함의 두께이다. 일반적으로, 값(Δn)이 결함의 두께가 고정되어 있는 상태에서 증가함에 따라, 그 결함에 의해 국한되는 모드의 개수도 증가한다. 값(Δn)이 고정되어 있는 상태에서 결함의 두께가 증가할 경우에도, 그 결함에 의해 국한되는 모드의 개수는증가한다. 본 발명의 레이저의 구성은 이들 두개의 매개변수, 즉 값(Δn)과 결함의 두께를 선택함으로써 이루어져, 레이저 방사선의 하나의 그리고 단 하나의 모드는 결함에 의해 국한된다. 타 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 z-방향으로 연장하는 모드이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 레이저 방사선의 기본 모드가 국한되어 있는 도파관의 결함 영역에 배치된 활성 영역을 갖춘 레이저를 제공한다. 이 기본 모드의 필요한 국한 길이는 두 가지 경향의 상호 작용에 의해 결정된다. 국한 길이는, 한편으로는 좁은 원시야 빔 발산각을 제공하기에 충분할 정도로 길어야 하며, 다른 한편으로는 광자 띠간격 결정의 길이보다 충분히 짧아야 한다. 이러한 국한 길이는 광자 띠간격 결정의 총 두께 규모에 맞게 기본 모드가 효과적인 국한되도록 하며, 그에 따라 타 모드의 전기장 강도와 비교하여 기본 모드의 전기장 강도가 큰 폭으로 증강되도록 한다. 본 발명의 레이저의 특정 실시예는 4°의 빔 발산각을 달성하는 한편 0.8㎛의 GaAs 공동(cavity)과 Ga1-xAlxAs 클래딩(cladding) 층(여기서 x는 0.3)을 갖춘 표준 이중 헤테로 구조체 레이저에서의 구속 율의 0.11이다.
특히 도 1을 참조하면, 고등 모드의 레이저 방사선의 광자 띠간격 결정계 여과를 사용하여 본 발명에 따라 얻어진 신규한 단면 발광 반도체 레이저(100)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 그 구조는 기판(102) 상에 에피텍셜 성장(epitaxial growth)에 의해 얻어진 것으로, 그 다음에는 n-도핑 버퍼 층(103)이 형성되어 있다.
기판(102)은 바람직하게는, III-V 반도체 물질 또는 III-V 반도체 합금, 예를 들어 GaAs, InP, GaSb 또는 그 외 물질로 형성된다. 본 발명의 기판(102) 재료로는 GaAs가 바람직하다. n-에미터(n-emitter;103)는 기판에 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되어, 발생 광에 투광성을 가지며, 도너(donor) 불순물에 의해 도핑되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, n-에미터(103)는 기판과 동일한 재료로, 예를 들어 GaAs로 제조된다. 이러한 n-에미터(103) 층용으로 가능한 도너 불순물로는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, S, Se, Te 또는 Si, Ge 및 Sn과 같은 양쪽성 불순물이 있다. 특히 후자의 불순물 그룹은 압도적으로 양이온 부분격자 내로 합체되어 도너 불순물로서 작용하도록 이러한 기술적 조건 하에 도입된다. 예를 들어, n-도핑 층은 분자 빔 애피택시(molecular beam epitaxy)에 의해 성장되고 2×1017cm-3의 농도를 갖는 불순물 Si에 의해 도핑된 GaAs 또는 GaAlAs 층이고, n+-도핑 층(103)은 분자 빔 애피택시에 의해 성장되고 3×1018cm-3의 농도를 갖는 불순물 Si에 의해 도핑된 GaAlAs 층이다. 바람직한 실시예에서, n-도핑 층(103)은 하나 이상의 층, 예를 들어 층형 n+-n 구조체 등을 포함한다.
이들 층의 다음에는 n개의 주기(period)를 갖는 광자 띠간격 결정(120)이 온다. 각각의 주기는 굴절률이 낮은 n-도핑 층(104)과, 굴절률이 높은 n-도핑 층(105)으로 이루어져 있다. 따라서, 광자 띠간격 결정(120)은 각기 n-도핑층(104)과 n-도핑 층(105)으로 이루어진 n개의 주기로 구성되어 있다. 이러한 광자 띠간격 결정(120)은 기판(102)에 대해 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 방출 광에 대해 투광성인 것이 바람직하다. GaAs 기판 상의 소자의 일 실시예에서, 바람직한 실시예는 조정된 알루미늄 조성(x)을 갖는 합금 Ga1-xAlxAs이다. 광자 띠간격 결정(120)의 모든 층(104, 105)은 n-도핑되어야 한다. 상기 주기의 개수, 각각의 층의 두께 및 각각의 층의 합금 조성은 z-방향의 레이저 방사선의 하나의 그리고 단 하나의 모드의 국한을 제공하도록 선정된다.
광자 띠간격 결정(120)은 그 일측은 굴절률이 낮은 층(104)에 의해, 타측은 결함(121)에 의해 둘러싸여 있다. 광자 띠간격 결정(120)의 주기적인 순서로 배치된 층 다음에는 특수한 디자인의 결함(121)이 오며, 이 결함은 두꺼운 n-도핑 층(106)과, 비교적 얇고 약하게 n-도핑된 또는 도핑되지 않은 층(107)과, 활성 영역(108)과, 약하게 p-도핑된 또는 도핑되지 않은 층(109), 그리고 두꺼운 p-도핑 층(110)을 포함한다. 결함(121)은 광자를 국한시키는 역할을 한다. 상기 활성 영역(108) 또는 광 발생 층은 결함(121)의 안쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 도 17에 도시된 바와 같이, 활성 영역(108)은 또한, 결함(121)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 층(106, 110)은 기판(102)에 대해 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 방출 광에 대해 투광성인 것이 바람직하다. GaAs 기판(102) 상에서의 소자의 본 실시예에서, 층(106, 110)용으로 바람직한 재료는 GaAs 또는 Ga1-xAlxAs이다. 약하게 도핑된 또는 도핑되지 않은 층(107, 109)용으로바람직한 재료는 GaAs 또는 Ga1-xAlxAs이다.
상기 활성 영역(108)은 삽입에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 그 에너지 띠간격은 기판(102)의 에너지 띠간격보다 좁다. 가능한 활성 영역(108)에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 양자 우물 구조, 양자선 구조, 양자 도트 구조, 또는 이들의 조합 구조의 단층 또는 다층 시스템이 포함된다. GaAs 기판 상에서의 소자의 본 실시예에서, 활성 요소의 바람직한 실시예에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, InAs, In1-xGaxAs, InxGa1-x-yAlyAs, InxGa1-xAs1-yNy, 또는 유사한 재료의 삽입 시스템이 포함된다. 광(122)이 레이저(100)의 단면으로부터 방출된다. 이 광(122)은 도 1의 평면에 수직 방향으로 전파된다.
결함(121)의 뒤에는 굴절률이 낮은 p-도핑 층(111)과, 중간 정도의 굴절률을 갖는 p-도핑 층(112)과, 굴절률이 낮은 두꺼운 p-도핑 층(113), 그리고 두꺼운 p-도핑 버퍼 층(114)이 온다. 이들 층(111, 112, 113)은 p-도핑 층으로, 기판(102)에 대해 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며 방출 광에 대해 투광성인 것이 바람직하다. GaAs 기판 상에서의 소자의 본 실시예에서, 이들 층으로 바람직한 재료는 조정된 알루미늄 조성(x)을 갖는 합금 Ga1-xAlxAs이다. 층(111)은 굴절률이 낮은 것이 바람직하며, 층(112)은 중간 정도나 높은 굴절률을 갖는 것이 바람직하고, 층(113)은 굴절률이 낮은 것이 바람직하다.
p-도핑 접점 층(114)은 기판(102)에 대해 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 발생 광에 투광성이고, 억셉터(acceptor) 불순물에 의해도핑되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 이 층(114)은 기판과 동일한 재료, 예를 들어 GaAs로 이루어진다. 가능한 억셉터 불순물에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, Be, Mg, Zn, Cd, Pb, Mn 또는 Si, Ge 및 Sn과 같은 양쪽성 불순물이 포함된다. 후자의 불순물 그룹은, 압도적으로 음이온 부분격자 내로 합체되어 억셉터 불순물로서 작용하도록 이러한 기술적 조건 하에 도입된다. 예를 들어, p-도핑 층은 분자 빔 애피택시에 의해 성장되고 2×1017cm-3의 농도를 갖는 불순물 Be에 의해 도핑된 GaAs 또는 GaAlAs 층이고, p+-도핑 층(103)은 분자 빔 애피택시에 의해 성장되고 2×1019cm-3의 농도를 갖는 불순물 Be에 의해 도핑된 GaAlAs 층이다. 바람직한 실시예에서, p-도핑 층(114)은 하나 이상의 층, 예를 들어 층을 이룬 p+-p 구조체 등을 포함한다. 각종 층의 굴절률로 바람직한 수치는 이하에 도 6의 설명 내용에 기재되어 있다.
이렇게 해서 얻어진 전체 구조체는 n-접점 층(101)과 p-접점 층(115)의 사이에 배치된다. 이들 접점 층(101, 115)은 다층 금속 구조체로 형성되는 것이 바람직하다. n-접점 층(101)은, 이로만 제한되는 것은 아니지만, Ni-Au-Ge의 3층 구조를 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. p-접점 층(115)은, 이로만 제한되는 것은 아니지만, Ti-Pt-Au의 3층 구조를 갖는 재료로 형성될 수 있다.
이러한 레이저(100)의 도파관은 광자 띠간격 결정(120)과, 결함(121)과, 굴절률이 낮은 층(111), 그리고 중간 정도의 굴절률을 갖는 층(112)을 포함하는 것이바람직하다. n-에미터(103) 위에 위치한 층(104)과 층(113)은 레이저(100)의 클래딩 층의 역할을 한다. 이 광자 띠간격 결정(120), 그 주기의 개수, 주기, 광자 띠간격 결정(120)의 하나의 주기에 속하는 각각의 층의 두께 및 굴절률, 뿐만 아니라 결함(121)의 구조는 모두, 레이저 방사선의 하나의 그리고 단 하나의 TE 모드는 결함(121)에서 국한되는 반면, 타 모드는 광자 띠간격 결정(120)에 걸쳐 연장하는 방식으로 구성되어 있다. 레이저(100)의 이러한 비대칭적 구성은 p-도핑 영역(111, 112, 113, 114)의 총 폭을 감소시켜 그에 따라 구조체의 총 저항을 감소시키도록 선정된 것이다. 이것은 활성 영역(108)이 그 안쪽에 위치하는 것이 바람직한 결함(121)이 p-접점 층(115)을 향해 변위되기 때문이다. 두꺼운 p-도핑 층(113)이 p-접점 층(115) 부근의 흡수성 p-도핑 접점 층(114) 또는 p-접점 층(115) 자체로의 기본 모드의 연장을 방지하도록 사용되고 있다. 중간 정도의 굴절률을 갖는 층(112)이 결함 영역(121)에서의 레이저 모드에 층(113)이 미치는 영향을 감소시켜 그에 따라 활성 영역(108)의 기본 모드에서의 높은 전기장 강도를 유지하도록 추가로 사용된다. 일반적으로, 층(111, 112)은 본 발명의 레이저의 필수 구성은 아니다.
전체 구조체에 걸친 소정의 굴절률 프로파일이 아래와 같이 계산된다. 이러한 계산에는 모델 구조체가 도입되어 있다. 기본 TE 모드 및 보다 높은 순위의 TE 모드가 수학식 2에 따른 고유벡터 문제의 해답으로부터 얻어진다. 기본 모드가 계산되면, 원시야 패턴이 계산되는데, 이러한 계산에는 에이치.시.케이시 및 엠.비.파니쉬에 의해 뉴욕 소재 아카데믹 프레스에 1978년자로 발표된, 반도체 레이저에관한 제2장 파트 A에 주어진 방법이 사용된다. 소정의 구조체가 최저 빔 발산각, 활성 매체의 기본 모드의 최대 진폭, 그리고 활성 매체에서의 고등 모드의 진폭 대 기본 모드의 진폭의 최저 비율 사이의 바람직한 상호 작용을 제공하는 최적화의 결과로써 얻어진다.
도 2에는 결함(121)이 층(106, 107, 108, 109, 110)을 포함하는 본 발명의 특정 실시예가 도시되어 있다. 결함(121)의 층(106, 107, 109, 110)은 함께 각각의 층(105)과 동일한 높은 굴절률을 가지면서 층(105)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 도 2의 실시예에 도시된 모든 층(105)은 동일한 두께를 갖는다. 일 층(105)이 본 발명의 레이저의 가능한 각종 실시예를 증명하기 위하여 도 2 뿐만 아니라 도 3 내지 도 5에 도시되어 있다. 결함(121)에 의해 기본 모드의 국한이 이루어짐으로 인해, 활성 영역에서의 기본 모드의 전기장 강도는 실질적으로 타 모드에서보다 높다. 제1 순위 TE 모드와의 비교가 도 6에 도시되어 있다. 활성 영역에서의 하나의 그리고 단 하나의 모드의 증강은 모드가 효율적으로 여과되도록 하며 단일 모드 레이징이 실현되도록 한다.
도 3에는 결함(121)이 층(106, 107, 108, 109, 110)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 층(106, 107, 109, 110)은 모두 각각의 층(105)과 동일한 두께를 가지며, 각각의 층(105)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고 있다. 결함 영역(121)이 이러한 높은 굴절률을 가짐에 따라, 결함 영역은 레이저 방사선의 기본 모드를 국한시키도록 구성된다.
도 4에는 결함(421)이 굴절률이 낮은 층(401)을 포함하는 본 발명의 또다른실시예의 레이저(400)가 도시되어 있다. 상기 층(401)은 광자 띠간격 결정(420)의 층(104)보다 얇다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 대조적으로, 다른 층(104)과 비교하여 두께가 상이한 층(401)은 더 이상 광자 띠간격 결정(420)의 일부를 구성하고 있지는 않으며, 결함(421)의 일부를 구성하고 있다. 층(401)의 굴절률은 층(104)의 굴절률과 동일하다. 층(401)의 감소 두께로 인해, 층(401)을 둘러싸고 있는 인접한 층 사이의 전자기파의 터널링(tunneling)이 증강된다. 따라서, 층(401)에 인접한 층(105)과, 결함(421)은 전자기파를 국한시키는 경향이 있다. 층(401)은 기판(102)에 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 방출 광에 투광성인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 층(401)은 층(104)과 동일한 재료로 제조된다.
도 5에는 층(501)이 굴절률이 높은 두개의 층(105, 106)을 분리시키고 있는 본 발명의 또다른 실시예의 레이저(500)가 도시되어 있다. 상기 층(501)은 광자 띠간격 결정(520)의 층(104, 105)의 굴절률 사이의 중간 정도의 굴절률을 갖고 있다. 층(501)이 중간 정도의 굴절률을 가짐으로 인해, 층(501)을 둘러싸고 있는 인접한 층 사이의 전자기파의 터널링이 증강된다. 따라서, 층(501)에 인접한 층(105)과 결함(521)은 전자기파를 국한시키는 경향이 있다. 층(501)은 기판에 대해 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며 방출 광에 투광성인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 층(501)은 층(104)과 층(105)의 알루미늄 함량 사이의 중간 정도의 알루미늄 함량(x)을 갖는 Ga1-xAlxAs로 제조된다.
도 6에는 본 발명의 레이저의 특정 실현을 위한 z-방향의 기본 TE 모드 및 제1 순위 TE 모드의 프로파일이 도시되어 있다. 특히, 이 도면에는 도 2의 실시예의 레이저(100)가 도시되어 있다. 광자 띠간격 결정(120)은 28개의 주기를 갖고 있는데, 그 각각의 주기는 굴절률이 높은 단일 층(105)과 굴절률이 낮은 단일 층(104)을 포함한다. 결함(121)은 굴절률이 높은 층에 의해 실현되고 있으며, 층(105)보다 두께가 두껍다. 본 실시예에서, 층(104)과 층(111)은 각기 90nm의 바람직한 두께를 갖추고 있으며, Ga1-xAlxAs(여기서, x는 0.55)로 제조된다. 층(105)은 900nm의 두께를 갖는 것이 바람직하며, GaAs로 제조되어 있다. 결함(121)의 바람직한 두께는 1.0㎛이다. 층(112)은 400nm의 두께를 가지며 Ga1-xAlxAs(여기서, x는 0.05)로 제조되어 있다. 특정한 본 실시예의 레이저의 경우, 층(105, 106, 110)의 굴절률은 3.590인 것이 바람직하며, 층(104, 111)의 굴절률은 3.227인 것이 바람직하고, 층(103, 112)의 굴절률은 3.555인 것이 바람직하며, 층(113)의 굴절률은 3.080인 것이 바람직하다. 도 6은 활성 영역의 기본 TE 모드의 전기장 강도가 제1 순위 TE 모드의 전기장 강도의 대략 2배임을 보여주고 있다. 이것은 모든 고등 모드에 유효하다. 이러한 일 실시예는 1.7°의 원시야 빔 발산각을 갖는 단일 모드 레이징을 허용한다.
본 발명의 또다른 실시예는 국한 결함이 도 2 내지 도 5에 도시된 변형예 일부 또는 모두를 조합함으로써 실현되는 구조체를 포함한다. 추가의 실시예에서, 국한 결함은 광자 띠간격 결정의 하나 이상의 주기에 걸쳐 분포되어 있다. 또다른실시예에서는 굴절률의 비주기적인 변조에 의해 기본 TE 모드를 국한시키고 있다. 본 발명의 기타 실시예에는 광자 띠간격 결정이 국한 결함의 양측 상에서 연장하는 구조체가 포함된다.
도 7에는 고등 모드의 레이저 방사선을 억압하기 위해 흡수체 레이저(701)를 사용할 것을 권고하고 있는 본 발명의 또다른 실시예의 레이저(700)가 도시되어 있다. 흡수체 레이저(701)는 방출 광용의 높은 흡수 계수를 갖는 층이다. 이 흡수체 층(701)은 광자 띠간격 결정(720)의 굴절률이 높은 층(105)에 배치되는 것이 바람직하며, 광자 띠간격 결정(720)을 기준으로, 활성 영역(108)을 내포하고 있는 결함(721)의 반대쪽에 배치되어 있다. 흡수체 층(701)을 사용함으로써 이하에 기술되는 바와 같은 장점이 제공된다. 기본 모드의 전기장 강도가 결함(721)에서 붕괴되어 제거된다. 이러한 붕괴는 일반적으로, 진동 인자에 의해 변조된 일부 감소 지수에 따른 것이다. 다시 말해, 광자 띠간격 결정(720)의 주어진 주기 이내에서의 최대 전기장 강도 값은 결함(721)에서 지수적으로 붕괴된다. 반면에, 고등 모드에서는 붕괴 현상이 발생하지 않는다. 이러한 현상으로 인해, 결함(721)에서 원거리의 기본 모드의 전기장은 예를 들어, 크기 순으로, 타 모드에서의 전기장보다 상당히 약하다. 광자 띠간격 결정(720)의 방출 광의 높은 흡수 계수를 갖는 흡수체 층(701)을 이와 같은 위치에 배치함으로써, 기본 모드에는 영향을 미치지 않으면서 고등 모드를 효과적으로 억압하게 된다. 그 결과, 고등 모드의 레이저 방사선을 억압할 수 있으며, 단일 모드의 레이징을 실현할 수 있다. 활성 영역(108) 및 흡수체 층(701)이 통상, 레이저 방사 모드의 프로파일에는 크게 영향을 미치지않는 약 10nm의 두께를 가짐에 주목하여야 한다. 따라서, 흡수체 층(701)이 배치되어 있는 층(105)은 광자 띠간격 결정(720)의 일부로서 간주된다.
본 발명의 변형예에서, 흡수체 층(701)은 광자 띠간격 결정(720)의 제1 층(105)의 안쪽에 배치되어 있지만, 다음 층(105)들 중 하나의 내측에 배치될 수도 있다. 또다른 실시예는 광자 띠간격 결정(720)의 다수 개의 주기에 배치된 하나 이상의 흡수체 층(701)을 포함한다.
도 8에는 본 발명의 또다른 실시예의 레이저(800)가 도시되어 있다. 본 실시예는 도 1에 도시된 레이저와 유사하며, 집속형 층(801)이 굴절률이 낮은 층과 그 이웃하는 굴절률이 높은 층 사이에 추가로 도입되어 있다. 이러한 집속형 층(801)의 사용은 GaAs/Ga1-xAlxAs 헤테로 구조체에 기초한 반도체 레이저 중 표준 반도체 레이저이다. 집속형 층(801)은 연속적인 굴절률 변화를 제공한다. 이러한 집속형 층의 굴절률은 층(801)의 집속형 알루미늄 함량(x)에 의해 실현되며, 헤테로 구조체의 저항 감소를 수행한다. 집속형 층(801)의 두께는 전자의 데바이(Debye) 반경을 초과하는 것이 바람직하며, 반도체 레이저의 통상의 도핑 레벨에서 약 100Å이다.
도 9에는 도 7에 도시된 실시예와 유사한, 본 발명의 또다른 실시예의 레이저(900)가 도시되어 있다. 흡수체 층(701)에 추가하여, 집속형 층(801)이 굴절률이 낮은 층과 굴절률이 높은 이웃하는 층 사이에 도입되어 있다. 흡수체 층(701)은 연장 모드를 억압하는 반면, 집속형 층(801)은 연속적인 굴절률 변화를 제공한다. 예를 들어, GaAs/Ga1-xAlxAs 헤테로 구조체에 기초한 반도체 레이저(900)에서, 집속형 층(801)은 집속형 알루미늄 함량(x)을 포함한다.
본 발명의 실제 단면 발광 레이저의 성능을 예시하기 위하여, 집속형 GaAs/Ga1-xAlxAs 헤테로 구조체에 기초하고 있으며 흡수체 층(701)을 포함하는 도 9에 도시된 특정 실시예가 일 예로써 사용되고 있다. 이러한 모드는 도 10의 왼쪽에 도시된 굴절률 프로파일을 갖는 특정 구조체용으로 계산된 것이다. 도 9의 광자 띠간격 결정(920)은 13개의 주기를 포함하고 있다. 굴절률이 높은 층(105)은 대략 0.8㎛의 두께를 가지며 GaAs로 형성되는 것이 바람직하다. 층(106, 107, 108, 109, 110)을 포함하는 결함(921)은 대략 0.9㎛의 두께를 갖는다. 활성 영역(108)이 결함(921)의 중간에 배치되어 있다. 굴절률이 낮은 층(104)은 Ga1-xAlxAs(여기서, x는 0.55)로 형성되며, 두께가 대략 600Å인 것이 바람직하다. 집속형 층(801)은 대략 400Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다. p-접점 층(114) 이전에 기본 모드의 감쇠를 제공하도록 사용되는 층(112)은 대략 두께가 0.3㎛이며, Ga1-xAlxAs(여기서, x는 0.05)으로 형성되는 것이 바람직하다. 층(113)의 알루미늄 함량은 0.8이며, 두께는 대략 0.3㎛이다. 흡수체 층(701)은 기판(102) 측에 가까운 광자 띠간격 결정(920)의 제1 주기에 배치되어 있다. 이 흡수체 층(701)은 특히, 기판(102) 측의 그 층 경계에 가깝게 비대칭적으로 층(105)에 배치되어 있다. 층 경계로부터의 그 거리는 0.1㎛인 것이 바람직하다. 이러한 특정 디자인의 도파관은 0.98㎛의 방출 파장에 대해 계산된 것이다. 도 9의 실시예의 레이저의 도파관은 집속형 층(801)과, 광자 띠간격 결정(920)의 n개의 주기와, 결함(921)과, 집속형 층(801)과, 굴절률이 낮은 층(111)과, 집속형 층(801)과, 중간 정도의 굴절률을 갖는 층(112), 그리고 집속형 층(801)을 포함한다. 활성 층과 흡수체 층의 두께를 제외한, 도파관을 형성하는 모든 층의 두께는 방출 파장에 비례하는 크기를 갖는다. 도 9의 실시예의 레이저의 경우, 층(105, 106, 110)의 굴절률은 3.590인 것이 바람직하며, 층(104, 111)의 굴절률은 3.227인 것이 바람직하고, 층(103, 112)의 굴절률은 3.555인 것이 바람직하며, 층(113)의 굴절률은 3.080인 것이 바람직하다. 각각의 집속형 층(801)의 굴절률은 인접한 층의 굴절률 값 사이에서 점진적으로 변화한다.
도 10에는 도 9의 실시예의 레이저(900)의 제1 순위 TE 모드와 기본 TE 모드가 도시되어 있다. 기본 모드용으로 계산된 구속 율은 1.5 정도로 제1 순위 모드의 구속 율을 초과한다. 그러나, 광자 띠간격 결정(920)의 깊이로의 국한 기본 모드의 급속한 붕괴로 인해, 그 흡수체에서의 흡수율이 제1 순위 TE 모드에서의 흡수율보다 약 2배 정도 낮다.
도 11에서는 도 9의 실시예의 레이저(900)에 대한 제1 순위, 제2 순위, 제3 순위 및 제4 순위 TE 모드와 기본 TE 모드가 비교되고 있다. 도 11에는 흡수체에서의 모든 고등 순위 TE 모드가 큰 진폭을 가짐이 증명되어 있다. 이러한 "고등 순위" 모드는 기본 모드를 제외한 모든 모드이다. 이것은 타 모드와 비교하여 흡수체 층(701)에서 기본 모드가 상당히 억압되고 있음을 증명하는 것이다. 각각의고등 순위 모드의 흡수 계수는 제1 순위 모드의 흡수 계수보다는 20 정도 그리고 타 모드의 흡수 계수보다는 100 이상 초과하는 값이다. 이렇게 해서 고등 순위 모드와 기본 모드의 효과적인 분리가 입증된다.
레이저(900)의 층(103, 801, 104, 801)을 포함하는 n-도핑 영역, 광자 띠간격 결정(920)의 n개의 주기 및 층(106)의 총 두께는 대략 12㎛이다. 층(110, 801, 111, 801, 112, 801, 113, 801, 114)을 포함하는 p-도핑 영역의 두께는 대략 1㎛이다. 레이저(900)에서, 클래딩 층은 굴절률이 낮은 최좌측 층(104)과, 굴절률이 낮은 층(113)이며, 도파관의 폭은 13.16㎛인 것이 바람직하다. 도 9에 도시된 레이저의 기본 모드의 구속 율에 대하여 논의하자면, 이 구속 율은 기준 레이저의 구속 율과 비교하기가 편리하다. 기준 레이저로는, 폭이 0.8㎛인 도파관과 Ga0.7Al0.3As의 클래딩 층을 갖는 이중 헤테로 구조체 레이저를 사용하고 있다. 따라서, 도 9에 도시된 레이저의 기본 모드의 구속 율은 기준 레이저의 구속 율의 약 0.1이다. 본 발명의 레이저의 구속 율은 활성 영역(108)으로서 이중 양자 우물 구조를 사용함으로써 모드의 프로파일에 영향을 미치지 않고 배가될 수 있다. 이것은 이성적인 낮은 한계 전류 밀도를 갖는 레이징을 달성할 수 있도록 한다.
도 12에는 본 실시예의 기본 TE 모드의 원시야 선도로 도시되어 있다. 원시야 선도의 최대치인 절반부에서의 전폭은 4°이다. 따라서, 시료 레이저 구조체에 대해 수행된 계산에 의하면, 좁은(4°) 빔 발산각을 가지며 기본 TE 모드의 이성적인 구속 율을 갖는 효과적인 단일 모드의 레이저의 제조가 가능하다.
도 13에는 두개의 층(1301)이 추가된, 도 1에 도시된 레이저와 유사한 레이저(1300)에 관한 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 박막 층(1301)은 활성 영역(108)을 둘러싸고 있다. 이들 층(1301)은 캐리어(carrier)용의 잠재 배리어를 형성하는 재료로 형성된다. 이들 층(1301)은 활성 영역으로부터의 캐리어의 증발을 방지하여, 레이저(1300)의 고온 안정성을 제공한다. 이들 층(1301)은 한편으로는, n-도핑 층(106)으로부터 활성 영역(108)으로의 전자의 터널링 및 p-도핑 층(110)으로부터 활성 영역(108)으로의 홀(hole)의 터널링을 촉진하기에 충분할 정도로 얇아야 하며, 다른 한편으로는, 고온에서 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 저지하여, 그에 따라 레이저(1300)의 열 안정성을 향상시키기에 충분하여야 한다. 본 실시예에서, 이들 층(1301)은 알루미늄 함량(x)이 높은 Ga1-xAlxAs 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 층(1301)의 두께 및 알루미늄 함량은 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 방지하면서 레이저 구조체의 저항을 너무 증가시키는 일이 없이 활성 영역(108)에 대해 캐리어의 효과적인 터널링을 허용할 수 있도록 최적화 된다. 층(1301)의 통상의 두께는 5nm보다 얇고, 통상의 알루미늄 함량은 0.4 이상이다.
도 14에는 두개의 층(1301)이 추가되어 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 저지하도록 되어 있는, 도 7에 도시된 레이저(700)와 유사한 레이저(1400)에 관한 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 광자 띠간격 결정(1420)과 결함(1421)이 레이저(1400)에도 포함되어 있다. 흡수체 층(701)이 연장 모드를 효과적으로 억압하도록 되어 있으며, 박막 배리어(1301)로 활성 영역(108)을 둘러쌈으로써 활성 영역으로부터의 캐리어의 증발을 방지하여, 레이저(1400)의 고온 안정성을 제공한다.
도 15에는 두개의 층(1301)이 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 저지하도록 추가되어 있는, 도 8의 레이저(800)와 유사한 레이저(1500)에 관한 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 광자 띠간격 결정(1520)과 결함(1521)이 레이저(1500)에도 포함되어 있다. 집속형 층(801)이 연속적인 굴절률 변화를 제공하고 있으며, 활성 영역(108)을 둘러싸고 있는 박막 배리어(1301)가 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 방지하여 그에 따라 레이저의 고온 안정성을 제공하고 있다.
도 16에는 두개의 층(1301)이 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 저지하도록 추가되어 있는, 도 9의 레이저(900)와 유사한 레이저(1600)에 관한 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 광자 띠간격 결정(1620)과 결함(1621)이 레이저(1600)에도 포함되어 있다. 흡수체 층(701)이 연장 모드를 효과적으로 억압하고 있으며, 집속형 층(801)이 연속적인 굴절률 변화를 제공하고 있다. 활성 영역(108)을 둘러싸고 있는 박막 배리어(1301)가 활성 영역(108)으로부터의 캐리어의 증발을 방지하여 그에 따라 레이저의 고온 안정성을 제공하고 있다.
도 17에는 활성 영역이 광자 띠간격 결정(1720)의 층들 중 한개 층에 배치되어 있고, 결함(1721)이 수동 요소만을 갖는 본 발명의 또다른 실시예의 레이저(1700)가 도시되어 있다. 이 특수한 도 17에 도시된 실시예에서, n-도핑층(1706)과, 약하게 n-도핑된 또는 도핑되지 않은 층(1707), 활성 영역(1708), 약하게 p-도핑된 또는 도핑되지 않은 층(1709), 그리고 p-도핑 층(1710)은 광자 띠간격 결정(1720)의 최우측 주기에 배치되어 있다. 층(1706, 1707, 1708, 1709, 1710)은 본 발명의 다른 실시예의 층(106, 107, 108, 109, 110)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 층(1704)은 굴절률이 낮은 p-도핑 층이다. 기판(102)에 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 방출 광에 투광성이고, p-도핑되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 층(1704)은 층(104)과 동일한 재료로 형성되지만, p-도핑된다. 도 17에 도시된 결함(1721)은 굴절률이 높은 p-도핑 층(1722)을 포함한다. 레이저 방사선의 기본 모드의 국한 효과는 도 2의 실시예에 기술된 바와 동일한 방식으로 실현된다. 결함(1721)은 굴절률이 높은 다른 층(105)과 동일한 굴절률을 가지며, 층(105)보다 두껍다.
본 발명의 변형예는 전술한 바와 유사하지만, 활성 층이 결함의 바깥쪽에 위치하고 있는 점이 다르다. 예를 들어, 결함은 도 3의 실시예와 유사하게, 광자 띠간격 결정의 층(105)보다 높은 굴절률을 갖는 단일 층에 의해 실현될 수 있다. 선택적으로, 결함은 굴절률이 높은 두개의 층을 포함하며, 그 사이에 굴절률이 낮은 층이 끼워질 수도 있다. 상기 굴절률이 낮은 층은 도 4의 실시예와 유사하게, 광자 띠간격 결정의 층(104)보다 얇다. 또다른 실시예에 따르면, 결함이 굴절률이 높은 두개의 층과 그 사이에 끼워진 굴절률이 중간 정도의 층에 의해 형성되고 있으며, 상기 중간 정도의 굴절률은 도 5의 실시예와 유사하게, 광자 띠간격 결정의 층(104, 105)의 굴절률 사이의 값이다.
본 발명의 기타 실시예는 활성 층이 국한 결함의 바깥쪽에 배치되어 있는 구조체를 포함하며, 국한 결함 자체는 도 2 내지 도 5에 도시된 변형예 중 일부를 또는 모두를 조합함으로써 실현된다. 추가의 실시예에서, 국한 결함은 광자 띠간격 결정의 하나 이상의 주기에 걸쳐 분포된다. 또다른 실시예에서는 굴절률이 약간 비주기적으로 변조됨으로서 기본 TE 모드를 국한시키고 있다. 본 발명의 기타 다른 실시예는 광자 띠간격 결정이 국한 결함의 양측 상에서 연장하는 구조체를 포함하고 있다.
또다른 실시예는 흡수체 층이 도 7의 실시예와 유사하게 도입되지만, 활성 층은 국한 결함의 바깥쪽에 위치하고 있는 구조체를 포함한다. 추가의 실시예는 활성 층이 국한 결함의 바깥쪽에 위치하며, 도 8의 실시예와 유사하게, 집속형 층이 굴절률이 낮은 층과 그 이웃하는 굴절률이 높은 층 사이에 도입되어 있는 구조체를 포함한다. 활성 층이 국한 영역의 바깥쪽에 위치하는 또다른 실시예는 도 13의 실시예와 유사하게, 활성 층을 둘러싸고 있는 캐리어용의 박막 터널 배리어를 포함한다. 본 발명의 기타 실시예에서는 활성 층이 국한 영역의 바깥쪽에 위치할 수 있으며, 흡수체 층, 집속형 층, 그리고 활성 층을 둘러싸고 있는 캐리어용의 박막 터널 배리어와 같은 요소 중 일부 또는 모두가 포함될 수 있다. 본 발명의 기타 실시예는 결함이 활성 요소로부터 n-측 또는 p-측 상에 위치하는 구조체를 포함한다.
본 발명의 변형예에 있어서, 레이저 구조체 중 일부만이 광자 띠간격 결정으로 형성되며, 이 광자 띠간격 결정은 고등 모드의 레이저 방사선의 효과적인 여과를 제공한다. 활성 매체 및 광자 띠간격 결정이 공간적으로 분리되어 있으며 레이저 구조체의 상이한 부분에 배치되어 있는 추가의 실시예 또한 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 기타 다른 실시예에 있어서, 광자 띠간격 결정은 단면 발광 레이저의 각면 상에 장착되어, 고등 모드의 레이저 방사선의 효과적인 여과를 촉진하는 한편 효과적인 단일 모드 레이징을 제공한다.
본 발명의 추가의 실시예는 도파관에 관한 것으로, 예를 들어 전파 광의 하나의 그리고 단 하나의 모드는 굴절률이 높은 결함 영역에서 국한되어 그 결함 영역으로부터 횡단면 내에서 붕괴되어 제거되는 반면 기타 다른 모든 모드는 도파관의 전체 횡단면에 걸쳐 연장하도록, 그 굴절률이 광 전파 방향에 대해 수직 방향으로 변조되는 광섬유에 관한 것이다. 이러한 방식의 굴절률 변조는 하나의 모드를 제외한 모든 모드의 전파를 저지하여 단일 모드 광의 전파를 변경하지 않는 흡수체 또는 소산체의 적용을 허용한다. 본 실시예는 두꺼운 섬유의 경우에 조차, 효과적인 단일 모드 도파관, 예를 들어 단일 모드 광섬유를 실현한다.
본 발명의 추가의 실시예는 본 발명의 모든 실시예에서와 같이, 광 전파 방향에 대해 수직 방향으로 굴절률 변조가 이루어지지만, p-n 접합 평면에 대해 수직 방향으로 광이 전파되는 광자 띠간격 결정을 포함한다. 이 실시예는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL)인 것이 바람직하다.
특히 도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 광자 띠간격 결정(1820)을 사용하는 VCSEL(1800)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 18에는 광 전파 방향에 대해 수직 방향으로 굴절률 변조가 이루어지는 특수한 광자 띠간격 결정이 실현되어 있다.이러한 구조체는 기판(102) 상에서 에피텍셜 성장에 의해 형성된다. 기판(102)은 본 발명의 다른 실시예에서와 같이 III-V 반도체 물질 또는 III-V 반도체 합금, 예를 들어 GaAs, InP, GaSb 또는 기타 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서는 GaAs가 사용된다. 브래그 리플렉터(Bragg reflector)가 하부 미러(1801)용으로 사용되는 것이 바람직하다. VCSEL(1800)의 나머지 부분은 두개의 주요 요소, 첫째, 하부 미러(1801) 위쪽의 활성 요소, 둘째, 광자 띠간격 결정(1820)과 결함(1821)으로 이루어진 활성 영역 위쪽의 영역을 포함한다. 광자 띠간격 결정(1820)은 상이한 굴절률을 갖는 수직 컬럼(1810)이 삽입되어 있는 층(1811)을 포함한다.
활성 요소(1806)를 형성하기 위하여, 전류 구멍(1804)이 제1 금속 접점(1803)을 갖는 n-도핑 전류 확산 층(1802)을 활성 요소(1806)를 둘러싸고 있는 약하게 도핑된 층(1805, 1807)과 분리시키고 있다. 제2 전류 구멍(1804)은 약하게 도핑된 층(1807)을 제2 금속 접점(1809)을 구비한 p-도핑 전류 확산 층(1808)으로부터 분리시킨다. 각각의 층은 전류 차단 층으로서 작용하는 전류 구멍(1804)에 의해 이웃하는 층으로부터 분리되며, Al(Ga)O 층 또는 광자 충격 층으로 형성되는 것이 바람직하다.
활성 요소(1806)는 삽입에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 그 에너지 띠간격은 기판(102)의 에너지 띠간격보다 좁다. 가능한 활성 요소에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 양자 우물 구조, 양자선 구조, 양자 도트 구조, 또는 이들의 조합 구조의 단층 또는 다층 시스템이 포함된다. GaAs 기판 상에서의 소자의 경우에, 활성 요소로 바람직한 재료에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, InAs, In1-xGaxAs, InxGa1-x-yAlyAs, InxGa1-xAs1-yNy, 또는 유사한 재료로 이루어진 삽입물을 갖는 시스템이 포함된다.
n-도핑 층(1802)은 기판(102)에 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 발생 광에 투광성이고, 도너 불순물에 의해 도핑되는 것이 바람직하다. 이 n-도핑 층은 다른 실시예의 n-에미터(103)와 동일한 재료로 제조된다. p-도핑 층(1808)은 기판에 격자 정합되는 또는 거의 격자 정합되는 재료로 형성되며, 발생 광에 투광성이고, 억셉터 불순물에 의해 도핑되는 것이 바람직하다. 이것은 다른 실시예의 p-에미터(114)와 동일한 재료로 제조되는 것이 바람직하다. n-접점(1803)은 다른 실시예의 n-접점(101)고 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, p-접점(1809)은 다른 실시예의 p-접점(115)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
n-도핑 전류 확산 층(1802)은 하부 미러(1801)의 상면에 직접 안착된다. 이 층(1811)은 다른 재료로 이루어진 후속 헤테로 구조체 과성장 형성 수직 칼럼(1810)을 수반하는 선택적인 에칭 과정을 거치게 된다. 이 영역(1821)은 레이저 방사선의 기본 측방향 모드를 국한하는 결함이다.
분배된 브래그 리플렉터는 또한, 광자 띠간격 결정(1820)과 결함(1821)을 포함하는 영역의 상면 상에 위치하는 상부 미러(1813)용으로 사용될 수 있다. 활성 요소(1806)는 VCSEL용의 통상적인 순방향 바이어스(1814) 아래에서 작용한다. 광은 상부 미러(1813)를 통해 외부(1815)로 방출된다.
하부 미러(1801) 및 상부 미러(1813)는 예를 들어 디.지.데페(D.G.Deppe)에 의한 반도체 및 초격자의 광전자 특성(Optoelectronic properties of semiconductors and superlattices)이란 제목의 제10권, 수직 공진 표면 발광 레이저와, 고돈 및 브리치 사이언스 출판사(Gordon and Breach Science Publisher)를 통해 제이.정(J.Cheng) 및 엔.케이.듀타(N.K.Dutta)에 의해 편집된, 2000년자 기술 및 응용편 1-61페이지에 기술된 바와 같은 상이한 디자인이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예는 다층으로 된 유전체 GaAs/AlGaO 미러를 포함한다.
광자 띠간격 결정의 특정 디자인을 보면, 교번식으로 배치된 컬럼(1810, 1811)과, 결함(1821), 그리고 전류 구멍(1804)이 포함되어 있다. 이 디자인은 결함(1821)에 의해 국한된 레이저 방사선의 기본의 측방향 모드만이 전체 측방향 평면에 걸쳐 연장되는 모든 고등 모드보다 활성 층과 상당히 많이 중첩되도록 최적화 되어야 한다. 이러한 디자인은 효과적인 단일 모드 레이징을 촉진한다. 본 특정 실시예는 예를 들어, 알.디.메데(R.D.Meade) 등에 의해 개발되어 물리학 개정판 B48:11 8434-8437페이지(1993)에 "광자 띠간격 재료의 정확한 이론적 분석(Accurate theoretical analysis of photonic band gap materials)"란 제목의 방법을 사용하여 비균질 매체에서의 삼차원적 광 전파 문제를 해결함으로써 계산된다.
VCSEL의 기타 다른 실시예에서, 광자 띠간격 결정은 표면의 유전체 또는 금속제 코팅 또는 기타 패터닝 기술에 의해, 과성장을 유발함이 없이, 선택적인 에칭에 의해 형성된다. 이들 실시예에 사용된 패터닝의 유형은 결함에서의 레이저 방사선의 기본 측방향 모드의 국한을 촉진하여 그에 따라 하나의 그리고 단 하나의 모드를 갖는 활성 매체의 큰 폭에 걸친 중첩 합체를 달성하여야 한다. 이러한 모든 접근법은 효과적인 단일 모드 레이징을 가능하게 한다.
본 발명이 예시적인 실시예와 관련하여 예시 및 기술되어 있지만, 당업자라면 전술한 그리고 각종 기타 변경, 생략 및 추가가 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 내에서 그러한 본 발명에 대해 이루어질 수도 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명이 전술한 특정 실시예로만 제한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 이하의 청구의 범위에 기술된 특징과 관련하여 그 포함 영역 및 등가물의 범위 내에서 구체화될 수 있는 모든 가능한 실시예를 포함함을 이해하여야 한다.

Claims (115)

  1. a) 적어도 그 일부가 광자 띠간격 결정을 포함하며, 이 광자 띠간격 결정은 굴절률이 주기적으로 변조되는 층형 구조체를 구비하는 n-도핑 영역과;
    b) 상기 광자 띠간격 결정과 인접하며, i) 순방향 바이어스가 인가된 경우 주입 전류에 노출되면 광을 방출하는 광 발생 층을 구비하는 결함; 그리고
    c) 적어도 하나의 도핑 층과 p-접점으로의 기본 모드의 연장을 저지하는 가변 굴절률을 갖는 p-도핑 층형 구조체를 포함하며,
    레이저 방사선의 기본 모드가 상기 결함에 의해 국한되는 반면, 모든 기기타 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장되고,
    상기 광자 띠간격 결정 및 결함의 총 두께가 좁은 빔 발산각을 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    d) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 n-에미터와;
    e) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 n-에미터와 인접하는 기판; 그리고
    f) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 기판과 인접하는 n-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    g) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-도핑 층형 구조체와 인접하는 p-에미터; 그리고
    h) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-에미터와 인접하는 p-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 결함은,
    ii) 상기 광 발생 층의 n-측 상에 위치한 제1 활성 요소와;
    iii) 상기 광 발생 층의 p-측 상에 위치한 제2 활성 요소와;
    iv) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제1 활성 요소 층과 인접하는 두꺼운 n-도핑 층; 그리고
    v) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제2 활성 요소 층과 인접하는 두꺼운 p-도핑 층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 활성 요소 층은 약하게 도핑된 n-층과 도핑되지 않은 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 활성 요소 층은 약하게 도핑된 p-층과 도핑되지 않은 층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층의 굴절률과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지고 있으면서 그 굴절률은 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  14. 제 1 항에 있어서, 광을 흡수하며 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층들 중 한개 층의 내부에 위치하는 적어도 하나의 흡수 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  15. 제 14 항에 있어서, 복수 개의 흡수 층이 각기 광자 띠간격 결정의 서로 다른 각각의 주기 안쪽에 위치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 상기 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  22. 제 14 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  23. 제 14 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  24. 제 23 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  30. 제 24 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  31. 제 1 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  32. 제 31 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  38. 제 32 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  39. a) 적어도 그 일부가 광자 띠간격 결정을 포함하며, 이 광자 띠간격 결정은 굴절률이 주기적으로 변조되는 층형 구조체를 구비하는 n-도핑 영역과;
    b) 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 결함; 그리고
    c) 적어도 하나의 도핑 층과 p-접점으로의 기본 모드의 연장을 저지하는 가변 굴절률을 갖는 p-도핑 층형 구조체를 포함하며,
    상기 결함은,
    i) 순방향 바이어스가 인가된 경우 주입 전류에 노출되면 광을 방출하는 광 발생 층과;
    ii) 상기 광 발생 층의 n-측에 위치하고, 약하게 도핑된 n-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 전자용의 제1 박막 터널 배리어 층과;
    iii) 상기 광 발생 층의 p-측 상에 위치하고, 약하게 도핑된 p-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 홀용 제2 박막 터널배리어 층과;
    iv) 상기 제1 박막 터널 배리어 층이 그 사이에 끼워지는 두개 층; 그리고
    v) 상기 제2 박막 터널 배리어 층이 그 사이에 끼워지는 두개 층을 구비하며,
    레이저 방사선의 기본 모드가 상기 결함에 의해 국한되는 반면, 모든 기타 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장되고,
    상기 광자 띠간격 결정 및 결함의 총 두께는 좁은 빔 발산각을 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  40. 제 39 항에 있어서,
    d) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 n-에미터와;
    e) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 n-에미터와 인접하는 기판; 그리고
    f) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 기판과 인접하는 n-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  41. 제 40 항에 있어서,
    g) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-도핑 층형 구조체와 인접하는 p-에미터; 그리고
    h) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-에미터와 인접하는 p-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  42. 제 39 항에 있어서, 상기 결함은,
    vi) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제1 박막 터널 배리어 층이 그 사이에 끼워지는 층과 인접하는 두꺼운 n-도핑 층; 그리고
    vii) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제2 박막 터널 배리어 층이 그 사이에 끼워지는 층과 인접하는 두꺼운 p-도핑 층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  43. 제 39 항에 있어서, 그 사이에 제1 박막 터널 배리어 층이 끼워지는 양 층은 약하게 도핑된 n-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  44. 제 39 항에 있어서, 그 사이에 제1 박막 터널 배리어가 끼워지는 층 중 적어도 하나의 층은 약하게 도핑된 n-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  45. 제 39 항에 있어서, 그 사이에 제2 터널 박막 배리어 층이 끼워지는 양 층은 약하게 도핑된 p-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  46. 제 39 항에 있어서, 그 사이에 제2 박막 터널 배리어가 끼워지는 층 중 적어도 하나의 층은 약하게 도핑된 p-층 및 도핑되지 않은 층으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  47. 제 39 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  50. 제 47 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  51. 제 47 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  52. 제 47 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  53. 제 39 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  54. 제 39 항에 있어서, 광을 흡수하며 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층 중 하나의 내부에 위치하는 적어도 하나의 흡수 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  55. 제 54 항에 있어서, 복수 개의 흡수 층이 각기 광자 띠간격 결정의 상이한 각각의 주기 안쪽에 위치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  56. 제 54 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  57. 제 54 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  58. 제 54 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  59. 제 54 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  60. 제 54 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  61. 제 54 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  62. 제 54 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  63. 제 39 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  64. 제 63 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  65. 제 64 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  66. 제 64 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  67. 제 64 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  68. 제 64 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  69. 제 64 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  70. 제 64 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  71. 제 54 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  72. 제 71 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  73. 제 72 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  74. 제 72 항에 있어서, 상기 결함은 양측에서 상기 광 발생 층과 인접하는 영역을 추가로 포함하며, 이 영역은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  75. 제 72 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하며, 이 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  76. 제 72 항에 있어서, 상기 결함은 그와 인접하는 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층과, 이 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제1 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는제3 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 높은 제4 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  77. 제 72 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  78. 제 72 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  79. a) 적어도 그 일부가 광자 띠간격 결정을 포함하며, 이 광자 띠간격 결정은 굴절률이 주기적으로 변조되는 층형 구조체와 활성 요소를 구비하고, 이 활성 요소는 순방향 바이어스가 인가된 경우 주입 전류에 노출되면 광을 방출하는 광 발생 층을 갖는 n-도핑 영역과;
    b) 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 결함; 그리고
    c) 적어도 하나의 도핑 층과 p-접점으로의 기본 모드의 연장을 저지하는 가변 굴절률을 갖는 p-도핑 층형 구조체를 포함하며,
    레이저 방사선의 기본 모드가 상기 결함에 의해 국한되는 반면, 모든 기타 모드는 광자 띠간격 결정에 걸쳐 연장되고,
    상기 광자 띠간격 결정 및 결함의 총 두께는 좁은 빔 발산각을 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  80. 제 79 항에 있어서,
    d) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 n-에미터와;
    e) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 n-에미터와 인접하는 기판; 그리고
    f) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 기판과 인접하는 n-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  81. 제 80 항에 있어서,
    g) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-도핑 층형 구조체와 인접하는 p-에미터; 그리고
    h) 상기 결함의 반대쪽으로 상기 p-에미터와 인접하는 p-접점을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  82. 제 79 항에 있어서, 상기 활성 요소는,
    ii) 상기 광 발생 층의 n-측에 위치한 제1 활성 요소 층과;
    iii) 상기 광 발생 층의 p-측 상에 위치한 제2 활성 요소 층과;
    iv) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제1 활성 요소 층과 인접하는 두꺼운 n-도핑 층; 그리고
    v) 상기 광 발생 층의 반대쪽으로 상기 제2 활성 요소 층과 인접하는 두꺼운p-도핑 층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  83. 제 79 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 결함의 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층의 굴절률과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 각각의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  85. 제 83 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광 발생 층과 인접하는 층을 포함하며, 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 그 굴절률은 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  86. 제 83 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하며, 상기 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  87. 제 83 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  88. 제 79 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  89. 제 79 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  90. 제 83 항에 있어서, 광을 흡수하며 상기 광자 띠간격 결정의 제1 층 중 하나의 안쪽에 위치하는 적어도 하나의 흡수 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  91. 제 90 항에 있어서, 복수 개의 흡수 층이 각기 광자 띠간격 결정의 상이한하나의 주기 안쪽에 위치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  92. 제 90 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과 굴절률이 낮은 제2 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  93. 제 92 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 결함의 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  94. 제 92 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  95. 제 92 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하며, 상기 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  96. 제 92 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  97. 제 90 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  98. 제 90 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  99. 제 79 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  100. 제 99 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  101. 제 100 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 결함의 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  102. 제 100 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  103. 제 100 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하며, 상기 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  104. 제 100 항에 있어서, 상기 결함은 상기 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  105. 제 100 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  106. 제 100 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  107. 제 90 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정의 층형 구조체는 굴절률이 높은 제1 층과, 집속형 층과, 굴절률이 낮은 제2 층, 그리고 다른 집속형 층이 주기적으로 번갈아 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  108. 제 107 항에 있어서, 도핑 영역의 모든 헤테로 접합은 집속형 층에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  109. 제 108 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 결함의 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 굴절률을 가지면서 광자 띠간격 결정의 상기 각각의 제1 층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  110. 제 108 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 층을 포함하며, 이 층은 광자 띠간격 결정의 제1 층과 동일한 두께를 가지면서 상기 광자 띠간격 결정의 상기 제1 층 및 제2 층보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  111. 제 108 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 굴절률이 낮은 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하며, 상기 제4 층은 광자 띠간격 결정의 제2 층보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  112. 제 108 항에 있어서, 상기 결함은 기판의 반대쪽으로 상기 광자 띠간격 결정과 인접하는 굴절률이 높은 제3 층과, 상기 제1 층의 굴절률과 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제3 층과 인접하는 광자 띠간격 결정의 제2 층의 굴절률 사이 중간 정도의 굴절률을 갖는 제4 층, 그리고 상기 광자 띠간격 결정의 반대쪽으로 상기 제4 층과 인접하는 굴절률이 높은 제5 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  113. 제 108 항에 있어서, 상기 결함은 상기 광자 띠간격 결정의 다수 개의 주기에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  114. 제 108 항에 있어서, 상기 광자 띠간격 결정은 비주기적인 굴절률 변조에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반도체 단면 발광 레이저.
  115. a) 기판과;
    b) 상기 기판 위쪽에 브래그 리플렉터 영역에 의해 형성되는 하부 미러와;
    c) 상기 하부 미러 위쪽의 활성 요소와;
    d) 상기 활성 요소 위쪽의 광자 띠간격 결정을 나타내는 요소; 그리고
    e) 상기 광자 띠간격 결정 위쪽에 브래그 리플렉터 영역에 의해 형성되는 상부 미러를 포함하며,
    상기 활성 요소는,
    i) 순방향 바이어스가 인가된 경우 주입 전류에 노출되면 광을 방출하는 광 발생 층과;
    ii) 상기 기판 위쪽으로 상기 광 발생 층 아래의 n-도핑 전류 확산 영역과;
    iii) 상기 광 발생 층 위쪽의 p-도핑 전류 확산 영역과;
    iv) 각각의 이웃하는 영역 사이에 배치된 전류 구멍; 그리고
    v) 전류가 상기 광 발생 층에 주입되어 광을 발생시킬 수 있도록 상기 n-도핑 전류 확산 영역과 상기 p-도핑 전류 확산 영역 사이에 활성 요소 바이어스 제어 장치를 구비하며,
    상기 광자 띠간격 결정을 나타내는 요소는,
    i) 광 전파 방향에 수직 방향으로 굴절률이 변조되는 영역; 그리고
    ii) 상기 영역의 중심부에 마련되어, 레이저 방사선의 측방향 기본 모드를 국한하는 결함을 구비하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합부에 수직 방향으로 빛이 전파되도록 되어 있는 반도체 레이저.
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