KR20140057536A - 레이저 소자 - Google Patents

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KR20140057536A
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일석 정
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덴마크스 텍니스케 유니버시테트
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Abstract

본 발명은 실리콘 플랫폼 상에 광 회로를 위한 광원을 제공한다. 웨이퍼 구조 또는 반도체 구조 내 실리콘 층에 활성 물질을 포함하는 격자 영역을 형성함으로써, 양쪽 모두 미러로 작동하는, 제1 미러 구조와 제2 미러 구조 사이에 마련되는 이득 영역에 의해 수직 레이저 캐비티가 형성된다. 미러의 영역으로부터 광을 받는 도파관이 미러 영역에 연결되거나 또는 미러 영역 내에 형성되어, VCL을 위한 출력 커플러로써 기능한다. 이로 인해, 수직 레이징 모드가 실리콘 층 내에 형성된 평면 도파관의 횡방향 평면 모드에 커플되고, 예를 들어 실리콘의 SOI의 광학회로 또는 CMOS 기판에 광이 제공될 수 있다.

Description

레이저 소자 {LASER DEVICE}
본 발명은 광통신 분야에 관한 것이고, 특히 반도체 레이저를 사용하는 고속 광통신에 관한 것이다. 더욱 특별하게 본 발명은 실리콘 칩 내부에서 또는 실리콘 칩으로 광 인터커넥트에 사용되기 적합한 반도체 레이저에 관한 것이다. 본 발명은 또한 레이저 제조 방법 및 사용시 레이저를 변조하는 방법에 관한 것이다.
단거리 광 인터커넥트 응용에 있어, 데이터 전송 대역이 증가하기 때문에 빌딩 블록(building block) 소자의 높은 전송 속도뿐 아니라 낮은 에너지 소모도 중요한 기술적 쟁점이 된다. 따라서, 성능지수는 전송되는 비트(bit) 당 에너지 소모이다. 문헌 [1]에 제시된 최신 기술 로드맵에 따르면, 칩-레벨 광 인터커넥트의 광 송신기를 위해서는 2015-2020년에는 수 10 fJ/bit가 필요하게 된다.
광 방출기로써, 수직-캐비티 표면-방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting lasers; VCSELs)가 현존하는 적절한 해결방안 중 하나이다. 이는 제조 기술이 충분히 발달되어 있고 작은 활성 물질의 부피로 인하여 측면-방출 레이저에 비해 에너지 소모량이 매우 적기 때문이다. 비트 신호를 보내기 위해, 광 방출기의 출력 광 광도는 변조되어야만 한다. 출력 광 광도를 변조하는 2가지 방법이 존재 한다; 직접 변조와 간접(또는 외부) 변조이다. 이러한 2가지 시도 가운데, 외부 변조 방식은 외부 변조기를 필요로 하기 때문에 직접 변조가 실행하기 더 용이하다.
직접 변조 방식에서는, 레이저로의 전류 주입이 조절된다. 이것은 출력 광의 강도 변조를 발생시킨다. 최신의 결과가 문헌 [2]에 보고되어 있다. 전송 속도가 35 Gb/s이고, RF 구동회로를 제외한 에너지 소모량이 12.5 mW이고, 발광 파장은 980nm이었다. 357 fJ/bit(= 12.5mW/35Gb/s)의 실증된 비트 당 에너지는 현저히 작지만 앞서 언급된 응용을 위해서는 충분하지 못하다. 이 방식의 단점은 속도를 더욱 증가시키거나 에너지 소모를 감소시키는 것이 어렵다는 것이다: 레이저 다이오드의 속도는 진성(intrinsic) 응답 및 회로 응답에 의해 결정된다. 진성 속도는 완화 진동 주파수, fr에 비례하는 진성 주파수 응답의 -3 dB 대역폭에 의해 정의된다:
Figure pct00001
(1)
여기서 I는 주입 전류, Ith는 문턱 전류, Vp는 모드 볼륨(modal volume)이다. 더 높은 진성 속도를 얻기 위하여, 모드 볼륨은, 바람직하게는 더 작고 주입 전류는 더 높은 것이 필요하다. 실증된 VCSEL에서, 모드 볼륨을 더욱 감소시킬 수 있을 것 같지는 않다. 이는 모드 볼륨을 결정하는 유효 캐비티 길이 및 횡모드 크기를 더욱 감소시키는 것이 어렵기 때문이다. 실증된 VCSEL에서, 3㎛의 산화막 구경 지름은 적절한 광학 손실을 갖는 이미 가장 적은 것이다. 만약 더 작은 모드 볼륨을 얻기 위하여 산화막 구경 지름을 3um 이하로 감소시키면, 광학 손실이 급격히 증가하여, 더 높은 Ith를 발생시키게 된다. 식 (1)에서, 더 높은 Ith는 속도를 감소시킨다. 주입 전류를 고려하여, 만약 더 높은 진성 속도를 위하여 전류를 증가시킨다면, 더 많은 에너지를 소모하게 된다. 반면에, 만약 더 적은 에너지 소모를 위하여 전류를 감소시키면, 진성 속도가 더 느리게 된다. 따라서, 종래의 VCSEL 구조에서는, 더욱 속도를 증가시면서 동시에 에너지 소모를 감소시키는 것이 어렵게 된다. 또한 높은 주입 전류가 적은-볼륨 레이저의 장시간 안정성에 악영향을 준다는 사실을 고려해야 한다. 회로 응답에 관련된 속도는 주로 레이저 구조의 정전 용량(capacitance) 및 직렬 저항에 의해 결정된다. 실증된 VCSELs에서, 이러한 기생 부분들은 이미 충분하게 억제 되어져 있다. 따라서, 기생 부분들에 관련된 속도에서의 중대한 개선은 기대되지 않는다.
앞서 언급된 바와 같이, 3um의 횡모드 크기는 적절한 광학 손실을 갖는 이미 가장 적은 것이다. VCSELs에서, 유효 캐비티 길이는 일반적인 캐비티 길이와 분포 브래그 반사기(distributed Bragg reflectors; DBRs)로의 필드 침투(field penetration)의 합이다. 광 발생을 위한 활성 영역을 포함하는 어느 정도 두께를 갖는 광학적 캐비티를 필요로 하기 때문에, 유효 캐비티 두께를 또한 현저하게 줄일 수 없다.
그러므로, 현재 알려진 해결책에서는, 직접적으로-변조되는 VCSEL 구조의 에너지 소모 및 속도에 한계가 있다. 최신의 비트 당 에너지 값을 넘는 더욱 큰 개선을 위해서, 혁신적인 레이저 구조가 필요하다.
본 발명의 목적은 현재 단거리 광 인터커넥트에 사용되는 반도체 레이저와 비교하여 반도체 레이저의 속도를 증가시키고 및/또는 에너지 소모를 낮출 수 있는 새로운 반도체 레이저를 제공하는 것이다. 또한 반도체 레이저 변조를 위한 새로운 방법 및 새로운 레이저에 근거하여 새로운 광 인터커넥트를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변조 속도 및 에너지 소모에 있어 앞서 언급되고 현재 인식되는 종래 기술의 본질적인 한계를 극복할 수 있는 반도체 레이저를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 제1 양태에 따르는 새로운 반도체 레이저에 근거하는 광 인터커넥트를 사용하여 광학 회로를 연결하는 기술에서의 개선을 나타내는 것이다.
상기 기술된 목적들 및 다른 여러 개의 목적들은 본 발명의 하기의 양태들에서 달성될 것이다.
본 발명의 제1 양태에서 기판 상의 반도체 층들에 형성된 제1 및 제2 미러 구조들에 의해 정의되는 캐비티를 포함하고 기판 면에 수직인 오실레이션 축을 따라 광 오실레이션을 지지하도록 마련되는 레이저를 제공한다. 제1 미러 구조는 제1 반도체 층 내에 형성되는 격자 형태로 있고 활성 이득 물질은 제1 미러 구조 내에 제공된다. 레이징을 할 수 있도록 활성 이득 물질을 통하여 전류를 흐르게 하는 전기 접점들이 제공된다.
일 실시예에서, 제1 반도체 층은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제1 반도체 층은 Ⅱ-Ⅵ족 반도체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제1 반도체 층은 Si/Ge 양자 우물을 포함한다.
제1 및 제2 미러 구조들은, 각각 레이저 구조의 제1 및 제2 반사기로 기능한다.
앞에서 및 이후에서, "이득 물질" 또는 "활성 물질"은 광이 발생되는 양자 점, 양자 선, 및 양자 우물 등과 같은 물질을 일컫는다. "활성 영역"은 캐리어(전자 및 정공)가 현저하게 집중되는, 매립 헤테로-구조(buried hetero-structure; BH) 또는 이격 가둠 헤테로-구조(separate confinement hetero-structure; SCH)와 같은 주변 영역 또는 층뿐만 아니라 이득(또는 활성) 물질을 나타낸다.
본 발명의 기본 개념은 활성(이득) 영역을 포함하는 레이저가 예를 들어 격자와 같은 미러 구조 내에 끼워 지거나 매립되는 것이다. 이는 활성 영역 및 광학 모드의 볼륨을 감소시켜, 종래의 레이저 다이오드에 비해 더 높은 변조 속도 및 더 낮은 에너지 소모를 의미한다. 제조 프로세스 단계는 충분히 발달된 VCSEL 제조 기술과 유사하다. 아래에서, 몇 개의 또 다른 양태들, 모범적 실시예들 및 광학적 특징들 또는 구성요소들이 설명될 것이다. 일 실시예 또는 양태에 관련되어 설명되는 특징들 또는 구성요소들은 적용될 수 있는 다른 실시예들 또는 양태들에 적용되거나 또는 조합될 수도 있다. 예를 들어, 활성 격자 레이저에 관련되어 적용되는 구조적 및 기능적 특징들은 또한 적절히 적응시켜 활성 격자 레이저의 제조 또는 변조 방법에 관련된 특징들로써 사용될 수도 있으며 반대의 경우에도 마찬가지이다. 또한, 발명자에 의해 인식된 본 발명의 주요 메커니즘의 설명은 설명을 목적으로 제시된 것으로, 본 발명을 추정하기 위한 사후적 고찰에 사용될 수 없다.
본 발명의 제1 양태에 따르는 레이저의 실시예에서 제2 미러 구조는 주기적 수동(passive) 격자이다.
본 발명의 제1 양태에 따르는 레이저의 또 다른 실시예에서 이득 물질을 갖는 제1 미러 구조는 주기적 활성(active) 격자이다. 활성 격자는 이와 관련하여 하나 이상의 활성 영역을 포함하는 격자로써 이해된다.
본 발명의 제1 양태에 따르는 레이저의 일부 실시예에서 제2 구조는 분포 브래그 반사기(DBR)로 제공된다.
주기적 혹은 거의 주기적 격자는 예를 들어, 150nm의 파장 범위 이상에서 99.9% 보다 큰 광대역 고 반사율 스팩트럼을 제공하도록 설계될 수 있다. 본 발명에서, 활성 격자 레이저의 제1 격자는 격자 내에 끼인 활성 물질 요소들을 갖는 활성 격자이어야 한다. 제2 격자는 어떤 활성 물질도 갖지 않는 수동 격자이거나 통상의 DBR일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 미러 구조 및/또는 제2 미러 구조는 변조된 주기성을 갖는 격자를 포함하고, 여기서 격자에 의해 반사되는 광 필드에 집중하도록 격자가 구성된다. 이러한 방식에서, 캐비티 내 광의 횡방향 가둠이 달성될 수도 있다.
격자는 또한 비-주기적일 수도 있다. 2개의 비-주기적 격자는 그것 주위에 강한 필드 가둠 및 강한 공명을 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 경우, 그것들이 서로 가깝게 놓여질 때만 강한 공명 및 필드 가둠이 발생된다. 독립형 단일 격자는 고 반사율을 갖지 못할 수도 있다. 따라서, 그런 경우, 제1 및 제2 격자 모두가 요구된다. 그것들 중 적어도 하나는 활성 물질 요소를 포함해야 한다.
일부 실시예에서, 제1 미러 구조 또는 제2 미러 구조 중 하나는 비-주기적 격자이거나 또는 비-주기적 격자를 포함하고, 제1 및 제2 미러 구조는 광학적 필드에서 공명을 공동으로 지지하기 위하여 마련된다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예에서 활성 이득 물질을 통하여 전류를 흐르게 하는 전기 접점은 상기 오실레이션 축에 수직하게 보여지는 바와 같이 활성 이득 물질의 반대편에서 제1 미러 구조 내에 위치한다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 또 다른 실시예에서 활성 이득 물질을 통하여 전류를 흐르게 하는 전기 접점은 제1 미러 구조의 부분을 형성하고 각각 활성 이득 물질 층 상부 및 하부에 수직하게 위치하는 p형 도핑 및 n형 도핑된 접촉 영역 층을 포함한다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 더욱 또 다른 실시예에서 제2 미러 구조는 실리콘 층 내 주기적 굴절률 격자 영역에 의해 형성되고, 도파관이 실리콘 층 내에 형성되고, 도파관은 제2 미러 구조로부터 도파관으로 광 커플링이 용이하도록 제2 미러 구조의 격자 영역에 인접하거나 또는 제2 미러 구조의 격자 영역 내에 형성된 단부를 포함한다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 더욱 더 또 다른 실시예에서 미러 구조(들)은 1 또는 2개의 크기로 격자 영역을 형성하는 주기적으로 마련된 개구들을 포함한다. 일부 실시예에서 상기 오실레이션 축에 대해 수직인 방향에서 격자 영역에서 굴절률이 주기적으로 변화하기 위하여 개구들은 충전재로 채워질 수도 있다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예에서 이득 물질이 반도체 층 내에 마련되어 그 결과 이득 물질 층은 개구 내의 충전재와 접촉하지 않게 된다.
본 발명의 제1 양태에 따르는 레이저의 더욱 더 또 다른 실시예에서 이득 물질 층은 영역들이 개구들과 접하는 것을 방지하도록 구조화된다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 일부 실시예에서 이득 물질 층의 부분은 개구들과 접하지만 개구들에서 표면에 증착된 유전체에 의해 충전재와는 이격 된다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예에서 이득 물질은 양자 점, 양자 선 또는 양자 우물 구조이다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예에서 이득 물질은 BH 구조 내에 포함되는 양자 점, 양자 선, 또는 양자 우물 구조이다.
개구들은 격자 영역이라 불리는, 층 구조의 정의된 영역을 통하여 연장되는 홀의 형태로 제공될 수도 있다. 개구들은 공기 또는 층 구조와 실질적으로 다른 굴절률을 갖는 다른 물질에 의해 채워질 수도 있다. 격자 영역은 반도체 층 부분에 의해 형성되는 1차원(1D) 또는 2차원(2D) 격자 및 반도체 층 내에 형성되고 반도체 층의 굴절률 보다 더욱 작거나 또는 더욱 큰 굴절률을 갖는 영역을 포함할 수도 있다.
제2 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저를 제공하고 레이저에서 레이저의 동작을 변조하기 위하여 전기 접점들 사이에 변조된 전압을 인가하는 것을 포함하는 변조된 레이저 광을 제공하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 제2 양태를 따르는 방법의 실시예에서 하나 이상의 디지털 변조된 전기적 데이터 신호가 수신되고, 전압 바이어스의 변조(그리고 그 결과로 생기는 전류의 변조)가, 전형적으로 초 당 수십 기가 비트(Gb)의 범위에서, 데이터 신호의 디지털 변조에 따라서 수행된다.
본 발명의 제2 양태를 따르는 방법의 실시예에서 이득 물질 및 제1 격자는 미리 결정된 파장에서 레이저 내 레이징을 지지하기 위해서 그리고 미리 결정된 파장에서 제1 격자의 반사를 제공하기 위하기 위하여 설계되며, 반사는 실질적으로 전기 접점들 사이에 인가되는 전류에 독립적이다.
본 발명의 제3 양태에서 수신된 전기적 데이터 신호에 근거한 광학적 데이터 신호의 발생을 위하여 본 발명의 제1 양태를 따르는 하나 이상의 레이저를 포함하는 광 인터커넥트를 제공한다.
광 인터커넥트는 전자 소자의 중앙 처리 장치와 같은 집적 회로(들)에 또는 집적 회로(들) 사이에서 실행될 수도 있다. 이러한 광 인터커넥트는 혼선이 없고, 더 높은 전송 대역, 실행 가능한 클로킹(feasible clocking), 수백 마이크로 미터 보다 긴 거리에서 더 적은 에너지 소모를 제공하는 장점을 갖는다. 광 인터커넥트의 종래 기술과 비교하여, 본 발명에 따르는 광 인터커넥트는 더 높게 얻을 수 있는 데이터 비율 및 더 낮은 전력 소비의 장점을 포함한다.
제4 양태에서, 본 발명은 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법을 제공하고, 이 방법은 아래의 단계를 포함한다: 제2 미러 구조가 실리콘 기판에 제공된다. 그 다음 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기반의 에피택셜 구조가 패턴된 실리콘 기판으로 웨이퍼-본딩 된다. 에피택셜 구조에는 제1 미러 구조, 및 희생 층을 위한 층이 제공된다. 금속 접점 및 상기 접점에 상응하는 이온주입 영역이 형성된다. 활성 물질을 포함하는 제1 미러 구조가 패턴화되고, 끝으로 희생 층이 제거된다.
희생 층은 SiO2와 갖은 저 굴절률 물질로 대체될 수 있다. 이 경우에 있어, 웨이퍼 본딩 이전에 이 저 굴절률 물질이 Ⅲ-Ⅴ족 에피 구조에 증착 되고, 이 Ⅲ-Ⅴ족 에피 구조는 희생 층을 포함하지 않는다.
일부 실시예에서, 저 굴절률 물질은 레이저의 동작 파장에서 약 1.6 이하, 또는 더욱이 약 1.5 이하와 같이 약 2 이하의 굴절률을 갖는다. 이러한 방식에서, 저 굴절률 물질과 제1 미러 구조 사이에 상대적은 높은 굴절률 차이가 달성될 수도 있다. 예를 들어, 보통 상기 구조의 반사 대역을 확장하기 위하여, 높은 굴절률 차이는 제1 미러 구조의 콘트라스트를 개선시킬 수도 있다; 99.9% 보다 큰 반사율을 갖는 100nm 초과의 대역이 얻어질 수 있다.
이에, 제5 양태에서는, 본 발명은 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법을 제공하고, 이 방법은 아래의 단계를 포함한다: 제2 미러 구조의 영역이 실리콘 기판에 제공된다. 저 굴절률 물질이 제1 미러 층을 형성하는 Ⅲ-Ⅴ족 에피 구조에 증착 된다. 에피-구조는 실리콘 기판으로 웨이퍼-본딩 된다. 금속 접점 및 상기 접점에 상응하는 이온주입 영역이 형성된다. 격자의 형태의 제1 미러 구조가 패턴화되고, 여기서 제1 미러 구조는 활성 물질을 포함한다.
본 발명의 제4 및 제5 양태에 따르는 방법의 모범적 실시예에서, 제2 미러 구조를 제공하는 단계는 제2 격자를 패터닝하는 과정을 포함하고, 한편 다른 대안에서 제2 미러구조는 DBR로써 제공된다.
본 발명의 제4 및 제5 양태에 따르는 방법의 다른 모범적 실시예에서 제2 미러 구조를 제공하는 단계는 레이저 구조 밖에 광을 커플링하기 위한 도파관을 제공하는 단계를 포함한다. 도파관은 패터닝 프로세스에서 제공될 수도 있다. 이러한 경우에서 광은 평면 집적 광 회로로의 도파관에서 유효하게 될 것이다. 다른 대안에서 광은 반도체 구조의 표면으로부터 공기로 직접적으로 커플될 수도 있어, 반도체 구조의 상부 표면에서 광을 유효하게 만든다.
본 발명은 광학 캐비티 내 끼워진 활성 영역을 채용하는 최신의 종래 VCSELs보다 우수한 다음의 장점들을 갖는다 [2]:
- 종래 VCSELs과 비교하여, 본 발명에 따르는 활성 격자 레이저는 예를 들어 지수(factor) 10이 더 작은 광학 모드 볼륨 Vp 및 예를 들어 지수 5가 작은 활성 물질 볼륨을 가질 수 있다. 이렇게 더 작은 광학 모드 및 활성 물질의 볼륨은 더 높은 변조 속도 및 더 낮은 전력 소모를 제공할 수 있다.
- 더 높게 달성될 수 있는 변조 비율: 식 (1)에 따르면, 미분 이득, 내부 효율, 및 기생 회로 컴포넌트와 같은 다른 조건들이 종래의 VCSELs의 것들과 유사하다면, 활성 격자 레이저의 최대 달성 가능 변조 속도는 종래 VCSELs의 최대 달성 가능 변조 속도 보다 예를 들어 3배(≒101/2) 더 클 것으로 예상된다.
- 더 적은 전력 소모: 문턱 캐리어 농도에 도달하기 위해 필요한 주입 전류는 활성 물질 볼륨에 비례한다. 따라서, 활성 격자 레이저의 문턱 물질 이득이 종래 VCSELs의 것과 유사하다면, 주입 전류에 비례하는 에너지 소모는 종래의 VCSELs의 에너지 소모보다 예를 들어 5배 더 작을 수 있다.
또한, 활성 격자 레이저의 비트 당 에너지는 현재 알려진 VCSELs의 것보다 이상적으로 15배 더 작을 수 있다. 최신 VCSEL의 비트 당 에너지 값이 전형적으로 수백 fJ/bit (문헌 [2] 참조)인 것에 비해, 이것은 수십 fJ/bit의 비트 당 에너지 값에 해당한다.
활성 격자 레이저의 기본 구조는 기판 상의 층들에 형성된 2개의 반사기에 의해 형성되는 캐비티이고, 2개의 반사기 사이 또는 주위에서 강한 필드 공명 및 가둠을 지지하도록 마련된다. 필드 가둠의 전형적인 크기는 서브-파장에서 파장의 몇 개 크기에 이른다. 광 오실레이션 축은 기판에 수직이다, 즉, 주기적 격자의 경우에서 수직이다. 다른 레이저 종류들은 측면-방출 레이저와 같이 수직 캐비티를 갖지 않는 층으로 형성된 구조 내에 형성될 수도 있다. 이러한 레이저들은 평면 오실레이션 축을 갖는 매우 다른 디자인에 근거하고 오실레이션 축을 따르는 필드 가둠의 전형적인 크기는 수 백의 파장 크기이다. 따라서, 이것들은 본 발명과는 다른 기술적 분야를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 레이저는 공기에 수직방향으로 복사(radiation)를 커플 아웃시키거나 또는 미러로 동작하는 하부(제2) 격자를 통하여 평면 도파관에 횡방향으로 복사를 커플 아웃시켜, 실시예에서의 수직-캐비티 표면-방출 레이저(VCSEL, VCLs의 특별한 그룹), 또는 수직-캐비티 평면-방출 레이저를 각각 만들게 된다. 예를 들어, 아웃-커플링이 캐비티로부터 산란광의 방출에 근거한다면, 레이저의 다른 종류들은 수직-캐비티 레이저(VCLs)로 되지 않고 표면 방출될 수도 있다 [4].
반사기의 파장 의존 반사율, 2개의 집합(collective) 비-주기적 격자의 파장 의존 공명, 및 활성 물질은 관례적인 미리 결정된 파장에서 활성 격자 레이저의 레이징을 지지하도록 선택되고, 통상의 파장은 650nm - 2000nm의 사이이고, 보통 약 850nm, 980nm, 1050nm, 1310nm 또는 1550nm이다.
본 발명의 다양한 양태들의 다양한 실시예에서 제1 격자는 주기적 활성 격자인 반면 제2 격자는 주기적 수동 격자일 수도 있다. 수직 방출 형태 레이저에서, 방출(emitting) 격자는 약 99.5%의 전형적인 반사율을 갖고, 한편 비-방출 격자는 99.9%의 전형적인 반사율을 갖는다. 활성 격자 또는 수동 격자 중 하나는 다른 격자에 비해 더 작은 반사율을 갖는 방출 격자일 수 있다.
본 발명의 다양한 양태들의 다양한 실시예에서 제2 격자는 실리콘 층 내에 주기적 굴절률 격자 영역에 의해 형성될 수도 있고, 도파관은 레이저의 실리콘 층 내에 형성될 수도 있으며, 격자 영역에서 평면 도파관으로 광 커플링이 용이하도록 제2 격자의 격자 영역에 인접하거나 또는 제2 격자의 격자 영역 내에 형성된 도파관의 단부를 포함한다. 이는 실리콘 층 내 평면 도파관으로 직접적인, 저-손실 커플링을 제공하는 장점을 갖는다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예 중 어느 것에는 이득 물질이 반도체 층 내에 형성되거나 또는 위치하는 양자 점, 양자 선, 및/또는 양자 우물일 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 실시예의 어느 것에는 이득 물질이 반도체 내에 유지되거나, 반도체에 의해 둘러 싸이거나, 반도체 내에 끼이거나, 및/또는 반도체 내에 매립될 수도 있다. 이 호스트 물질은 이득 물질의 종류 및 전류 주입 방식에 따라서, 평면 층 또는 BH 구조일 수 있다. 또한 활성 물질로써 언급되는, 이득 물질은 전형적으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체로 만들어 진다.
양자 우물, 양자 선, 및 양자 점은 5-15nm의 고유 크기를 갖는, 각각 1-, 2-, 및 3- 차원의 구조를 갖는다. 양자 우물은 더 넓은 밴드 갭(예를 들어, AlAs)을 갖는 2개의 층 사이에 샌드위치된 얇은 반도체 층(예를 들어, GaAs)에 의해 층 구조로 형성될 수 있다. 양자 선 및 양자 점은 각각 선과 같은 반도체 및 점과 같은 반도체에 의한 층 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어 분자선 에피택시 또는 유기 금속 기상 결정성장법에 의해 성장될 수도 있다.
전류가 이득 물질을 통해 흐를 때 공기-활성 물질간 계면에서의 원하지 않는 표면 재결합을 방지하기 위하여 개구 내에서 공기와 이득 물질간의 접촉은 바람직하게는 방지되어야 한다. 이는 다양한 방법에 의해 달성될 수도 있다. 일실시예에서, 이득 물질을 포함하는 층이 에피택셜 성장 중 BH 구조가 되도록 형성된다. 이득 물질을 포함하는 층을 성장시킨 후, 층의 오직 필요한 부분만이 남겨지고 나머지는 식각에 의해 제거된다. 이 패터닝 크기, 형태 및 위치는 개구의 크기, 형태 및 위치를 고려하여 결정된다. 그 다음, 샘플이 재-성장된다. 전형적으로, 재-성장된 부분은 이득 물질을 포함하는 층으로 전류 주입을 용이하게 하기 위하여 도핑의 특별한 조합을 갖는다. 재-성장이 종료된 후, 에피택시 샘플 표면은 표면을 부드럽게 만들기 위하여 폴리싱을 필요로 할 수도 있다. 일반적으로 식각에 의해 개구가 형성될 때, 정교한 얼라이닝에 의해, 매립된 활성 물질이 공기 중에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이 실시예는 이득 물질이 양자 우물인 경우에 특히 적합하다. 다른 실시예에서, 개구와 접하는 이득 물질 층의 부분은 개구 안쪽에 증착된 유전체에 의해 덮여 진다. 이 실시예는 이득 물질이 양자 우물인 경우에 특히 적합하다.
본 발명의 다양한 양태들의 다양한 실시예에서 이득 물질을 통해 전류를 흘리기 위한 전기 접점의 다양한 구조들이 가능하다. 전기 접점들은 층 구조의 부분을 형성하는 p형 도핑 및 n형 도핑된 층일 수도 있고 이득 매질을 보유하는 반도체 층의 상부 및 하부, 각각에 위치할 수도 있다. 종래의 VCLs에서 도핑된 층은 적어도 캐비티를 샌드위치 시키도록 형성되고, 전형적으로는 전체 레이저 구조를 샌드위치 시키도록 형성된다. 본 발명의 레이저에서 도핑된 층은 미러로 동작하는 격자의 상대적으로 얇은 반도체 층만을 샌드위치 시킨다. p/n형 도핑된 층은 층 구조의 부분이므로, p/n형 도핑된 층은 격자 영역을 형성하는 주기적 개구에 의해 일반적으로 또한 구멍이 만들어 지게 된다.
전기 접점은 층 구조 내에 위치되거나 형성될 수도 있고, 바람직하게는, 층의 면에서 나타나는 끼워진 활성/이득 매질의 반대편에, 이득 매질 층과 동일한 층 내이 위치되거나 형성될 수도 있다. 전류는 또한 이득 영역을 통하여 수평하게 흐른다.
본 발명에 따르는 레이저의 전기적인 가둠은 또한 종래의 VCLs와 상이하다. 바람직하게, 이득 매질은 제1 격자의 중앙부에 오직 제공된다.
VCSELs에 사용되는 미러로 동작하는 2차원(2D) 격자의 일례를 예를 들어 [3]에서 확인할 수 있다. 본 발명은 여러 면에서 문헌 [3]의 구조와 상이하고, 본 발명에서는 활성 영역이 격자들 중 하나 내에 형성되지만, 문헌 [3]에서는 활성 영역을 포함하는 캐비티가 격자들 사이에 설치되는 것이 상이점들 중 하나이다. 그러나, 그 기술이 가장 유사한 종래기술로 고려되기 때문에 VCSEL 기술에 대한 광범위한 참조가 이 설명을 통하여 만들어 진다.
일반적으로 탁월한 단일-모드 특성 및 모드 제어를 나타내는 성숙된 VCSEL 기술을 적용할 수 있어서 본 발명은 특별히 유리할 수 있다. 더욱이, VCSEL 기술의 사용은 복잡하지 않은 패키징이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 양태들 및 상기의 양태들은 설명된 실시예들을 참조하여 아래의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
본 발명의 실시예는 동반된 도면을 참조하여 보다 자세하게 여기에서 설명될 것이다. 도면은 본 발명을 실시하는 한 방법을 나타낸 것으로 첨부된 청구범위 내에 속하는 다른 가능한 실시예들을 제한하는 것으로 이해되는 것은 아니다.
도1A 내지 1E는 거의-주기적 활성 격자 미러 및 주기적 수동 격자 미러를 포함하는 수직-캐비티 평면-방출 레이저의 개략도이다.
도 1A는 평면-방출 레이저의 상면도이다.
도 1B는 도 1B에서 선 A1-A2를 따르는 단면도이다.
도 1C는 도 1B에서 선 B1-B2를 따르는 단면도이다.
도 1D는 도 1B에서 선 C1-C2를 따르는 단면도이다.
도 1E는 도 1B에서 선 D1-D2를 따르는 단면도이다.
도 2는 거의-주기적 활성 격자 미러 및 주기적 수동 격자 미러를 포함하는 수직-캐비티 표면-방출 레이저의 단면도이다.
도 3은 2개의 비-주기적 격자를 포함하는 수직-캐비티 표면-방출 레이저의 단면도이다.
도 4는 활성 격자 미러 및 DBR을 포함하는 수직-캐비티 표면-방출 레이저의 단면도이다. 광학 모드 프로파일은 얕은 표면 식각에 의해 주로 정의된다.
도 5는 활성 격자 미러 및 DBR을 포함하는 수직-캐비티 표면-방출 레이저의 단면도이다. 광학 모드 프로파일은 산화막 구경에 의해 주로 정의된다.
도 6은 전기 접점의 대안적 구성의 단면도이다.
본 발명에 따르는 레이저의 대표적인 실시예가 도 1A 내지 1E에 설명되어 있다. 도 1A의 선 A1-A2를 따르는 단면의 소자 구조가 도 1B에 나타난다.
본 발명의 기본 구조는 먼저 도 1A 및 도 1B를 함께 고려하면 가장 잘 이해될 것이다. 레이저 구조는 활성 격자 영역(15), 에어 캐비티(25), 및 수동 격자 영역(35)를 포함한다. 활성 격자 영역(15) 및 수동 격자 영역(35)는 레이저 캐비티를 형성하는 공명 구조를 형성하기 위하여 에어 캐비티(25)의 각 측에 일반적으로 배치된다. 활성(15) 및 수동 격자 영역(35) 양쪽 모두는 주기적 격자일 수도 있고 고반사 미러로 동작할 수도 있다. 격자(15, 35)는 반도체 구조 평면과 평행한 방향에서 일반적으로 주기적이다.
활성 격자(15)의 주기는 반사된 광을 집속시키기 위해 공간적으로 변형될 수도 있다. 이는 횡방향 광학 가둠을 발생된다. 2개의 격자 중 하나 또는 양쪽 모두는 반사된 광을 집속하도록 설계된다. 이러한 목적을 위해 사용률(duty cycle), 두께, 주기, 형상, 등과 같은 격자 파라미터는 점진적으로 변형될 수 있다.
활성 격자(15)는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 층(10) 내에 만들어 지고 활성 영역(12) 내에 활성 요소를 포함한다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 층(10)은 희생 식각 층(20)에 인접한다. 희생 식각 층(20)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 층일 수도 있다. 에어 갭(25)은 예를 들어 식각 층을 선택적으로 식각 함으로써, 활성 및 수동 격자 사이에 형성될 수도 있다. 희생 식각 층(20)의 반대편에는 웨이퍼(30)의 실리콘(Si) 층(31)이 있다. Si 층(31)은 매립된 산화물 층(32)에 의해 웨이퍼(30)의 벌크에서 이격 된다. 수동 격자(35)는 Si 층(31) 내에 만들어 진다. 레이저 구조로부터 도파관(36)으로 광 커플링이 가능하기 위하여 수동 격자(35)는 평면 Si 도파관(36)에 인접하여 마련된다.
활성 영역(12) 내에 포함된 활성 물질은 양자 우물의 형태로 있을 수도 있다. 이러한 경우에, 표면 재결합을 방지하기 위하여, 활성 영역(12)은 BH 구조일 수도 있고, 또는 개구(12)의 측벽은 비-도전성 물질로 패시베이션 될 수도 있다. 활성 물질은 양자 점의 형태로 있을 수도 있다. 이러한 경우에, 양자 점에서 표면 재결합률은 상당히 낮기 때문에, 활성 영역(12)은 BH일 필요가 없거나 표면 패시베이션을 필요로 하지 않는다. 레이저 설계에 따라서, 그밖에 적절하고 알려진 활성 물질이 이용될 수 있고, BH를 이용하는 것이 결정될 것이다. 본 실시예에서 캐비티(25)는 에어이지만 SiO2와 같은 다른 저 굴절률 물질이 사용될 수 있다. 저 굴절률 물질은 바람직하게는 레이저의 동작 파장에서 약 2보다 작은 굴절률을 가져야 한다. 에어 대신에 저 굴절률 물질을 사용하는 경우에, 이 층은 본딩 전에, Ⅲ-Ⅴ족 에피 구조에 증착 될 수 있다. 이 Ⅲ-Ⅴ족 에피 구조는 희생 층(20)을 포함하지 않기 때문에, 에어 갭(25)을 형성하기 위한 희생 식각이 필요하지 않다.
광은 활성 영역(12)에서 발생되고 미러로 동작하는 2개의 격자(15, 35) 사이 캐비티(25)에서 공명된다. 수동 격자 미러(35)로 향하는 광의 일부는 예를 들어 커플링 메커니즘에 의해, 평면 출력 도파관(36)으로 전송(커플)된다. 이렇게 전송된 광은 또한 반도체 구조의 층들과 평행한 면 방향에서 광 방출(70)로써 평면 광 회로에 이용될 수 있고, 광 회로 사이의 광 인터커넥트를 위해 사용될 수도 있다. 출력 도파관에 연결된(커플된) 수동 격자(35)의 반사율은 광 방출 및 커플링 손실로 인해 예를 들어 99.5%일 수도 있고, 한편 활성 격자(15)의 반사율은 예를 들어, 99.9% 만큼 높을 수도 있다.
도 1A와 함께 도 1D 및 도 1E를 고려하면, 출력 도파관(36)은 도파관(36)의 각 측면에 한 쌍의 트렌치(37)를 만들어 형성되는 것이 나타날 수도 있다. 트렌치(37)는 일반적으로 도파관(36)과 평행하게 제공될 수도 있다.
이제 도 1C로 돌아와서, -도 1A에서 선 B1-B2를 따르는 단면을 사용하여-, 예를 들어 격자 영역의 대략 가운데에, 어떻게 활성 영역(12)이 격자 내에 끼워지는지가 설명된다. 활성 영역(12)은 일반적으로 격자 라인의 방향에서 가장 길게 신장된 형태를 가질 수도 있다. 도 1C는 또한 접촉 영역(11, 13)을 통하여 캐리어가 어떻게 활성 영역(12)로 전달되는지를 설명한다. 접촉 영역(11, 13)은 각각 p형 및 n형 도핑 되었다. 도핑은 이온주입에 의해 제공될 수도 있다. 그 결과, 활성 영역(12)를 활성화시키는 전류가 금속 접점(1, 2)를 통하여 공급될 수 있다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 또 다른 대표적인 실시예가 도 2에 나타난다. 이 실시예는 도 1A-1E에서의 실시예와 유사하지만, 레이저를 형성하는 반도체 구조의 층들에 수직인 방향에서 광 방출(270)이 발생한다는 점에서 차이가 있다. 이 실시예에서 광은 다른 광 회로로 또는 외부 광 도파관으로의 전송을 위하여 반도체 외부의 에어 볼륨으로 직접 커플 될 수도 있다. 이런 이유로, 평면 출력 도파관이 존재하지 않는다. 따라서, 광 출력 방향은 응용에 맞춰, 수직 자유 공간 방출과 평면 도파관 방출 사이에서 선택될 수 있다. 제조 단계는 도파관(36) 및 트렌치(37)이 형성될 필요가 없는 것을 제외하고, 도 1A-1E에 설명된 실시예와 유사하게 될 것이다.
이제 본 발명의 제1 양태를 따르는 레이저의 대표적인 실시예가 도 3에 나타난다. 이 실시예에서, 격자 영역(15, 35)는 비-주기적이다. 단일 격자 영역(15 또는 35) 홀로 고 굴절률을 갖지는 않는다. 그러나, 그것들이 함께 가깝게 놓여질 때, 강한 공명 및 필드 가둠이 격자(15, 35)의 중심 주변에서 발생될 수 있다. 광은 평면 광 회로에 광을 제공하기 위하여 평면 출력 도파관(16)에 횡방향으로 커플될 수도 있다. 도 2에서 설명된 실시예와 유사하게, 수직 방출이 또한 본 실시예에서 가능할 수도 있다. 제조 단계는 도 1A-1E에 설명된 실시예에서와 동일하다.
본 발명의 제1 양태를 따르는 반도체의 다른 대표적인 실시예가 도 4에 나타난다. 이 실시예에서 제2 미러 구조는 DBR(430)로써 제공된다. 주기적 활성 격자(15) 및 DBR(430)은 레이저의 2개의 미러 구조로 동작한다. 주기적 격자(15)는 고반사율을 갖는다. 광은 반도체 구조의 평면에 수직인 방향, 즉, 도 4에서 화살표(470)의 방향으로 방출된다. 광학 모드 가둠은 하나 이상의 트렌치(431)를 제공함으로써 얻어질 수 있다. 만약 격자 파라미터가 도 1A와 같이 공간적으로 변형되어 곡선 반사 파면(wave front) 발생시키면, 횡방향 광학 가둠이 트렌치(들)(431) 없이 얻어질 수 있다.
도 4에서 설명된 바와 같이, 트렌치(들)(431) 쌍을 형성하기 이전에 DBR이 기판(440)에 형성된다. 그런 다음, 본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 층(10, 20)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 에피가 웨이퍼-본딩되고, 나머지 프로세스 단계는 도 1A-1E에서 설명된 실시예와 유사하다.
계속해서 이제, 본 발명의 제1 양태를 따른 반도체의 대표적인 실시예가 도 5에 나타난다. 본 실시예는 광학 가둠의 방법이 다소 상이한 것을 제고하고는, 도 4에서 설명된 실시예와 동일하다. 본 실시예에서, 완성된 레이저 구조에서 산화막 구경(비-산화 영역)(532)을 정의하기 위하여 DBR(530)의 일 층(531)이 제조 프로세스 중에 산화된다. 중앙의 비-산화 영역(532)는 다른 산화된 부분보다 더 큰 굴절률을 갖기 때문에, 광학 모드는 산화막 구경(532)의 직경 내로 황방향으로 가둬지게 될 것이다. 제조 순서는 트렌치(431)을 만드는 것 대신에, 층(531)이 산화될 필요가 있는 것을 제외하고는, 도4에서의 실시예와 유사하다.
본 발명의 제4 양태를 따르는 실리콘 지지대에 레이저를 이종 결합시키는 방법은 다음과 같다: 먼저, 예를 들어 도파관 트렌치(37)을 형성하는 것에 의해, 제2 격자(15) 및 도파관(36)과 같은 실리콘으로의 모든 패터닝이 수행된다. 그 다음, 격자 층(10) 및 희생 층(20)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 에피-구조가 패턴된 SOI 웨이퍼(30)에 웨이퍼-본딩된다. 그 다음, 이온주입이 실행되고 금속 접점(1, 2)이 형성된다. 그 다음, 제1 격자(15) 패터닝 및 희생 층 제거가 실행될 수 있다. 도 1B에서 모서리 영역(18)의 목적은 멤브레인 격자 층(10)이 아래쪽으로 휘거나 또는 무너지는 것을 방지하는데 도움을 주는 것이다. 제조 고정의 여건에 따라서 다른 순서로 프로세스 단계를 진행하는 것이 가능할 수도 있다.
도 6은 도 1C에서 나타난 것과 대응되는 단면도를 나타내지만, 전기 접점의 대안적 구성을 포함한다. 그러므로, 두 실시예 간의 유일한 차이점이 여기에 기술될 것이다. 이 경우에 있어, 전기 접점은 활성 이득 물질 영역(12) 위에 마련된 p형 도핑된 접촉 층(611), 및 활성 영역(12)의 아래에 마련된 n형 접촉 층(613)을 포함한다. n형 및 p형 도핑된 접촉 층은 제1 미러 구조의 일 부분을 형성한다. n형 및 p형 도핑된 접촉 층의 수직 위치는 교환될 수도 있다. 본 실시예에서 금속 접점(1, 2)은 층의 평면에서 보여지는 활성 이득 물질 영역의 반대편에 위치할 수도 있다.
모드/광학 가둠
VCL 내 광학 모드의 위치를 정의하기 위하여 다수의 공지된 기술들이 이용될 수 있으며, 이는 또한 모드 가둠 또는 광학 가둠으로 언급된다. 본 발명의 실시예에 따르는 레이저는, 종래의 VCLs와 상이한 미러 구조를 가지고 있기 때문에, 여기서 그것은 또한 활성 영역을 유지하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저에 가장 적합한 광학 가둠 기술들을 논의하는 것이 적절하다.
적어도, 하나의 주기적이고 높은 반사 격자가 사용되는 실시예에서, 고 반사율을 유지하면서 집중된 파면을 발생하도록 격자 파라미터를 공간적으로 변화시키는 것은 횡방향에서 광학 모드를 정의할 수 있다. 이러한 시도에서, 수직 가둠은 2개의 반사기의 고반사율로부터 발생된다. 2개의 주기적이고 높은 반사의 격자를 갖는 실시예에서, 격자 파라미터의 공간적 변화가 격자 중 하나 또는 양쪽 모두에 적용될 수 있다. 이 공간적으로 변화된 격자의 시도는 주기적이고 높은 반사의 격자 및 DBR을 갖는 실시예에 또한 적용될 수 있다. 2개의 비-주기적 격자가 사용되는 실시예에서, 강한 수직 및 횡방향 필드 가둠을 발생시키도록 2개의 격자가 종합적(collectively)으로 설계된다. 여기서, "주기적" 격자는 공간적 변화를 갖는 거의 주기적인 격자를 포함한다. DBR이 사용되는 실시예에서, DBR은 횡방향 광학 가둠을 이끄는 트렌치 또는 산화막 구경을 가질 수 있다.
이득/전류 가둠
일반적으로 전류 가둠으로 불려지는, 이득 매질 내 광학 이득 영역의 위치를 정의하기 위한 다수의 알려진 기술뿐 아니라 여러 이득 물질. 광 발생의 원인이 되는 "이득 물질"로써, 양자 점, 양자선, 및 양자 우물이 사용될 수 있다. 횡방향 캐리어 가둠을 위하여, BH 구조, 터널 접합, 또는 산화막 구경이 사용될 수 있다. 접촉 층을 고려하여, 그것은 수직하게 또는 수평하게(횡방향으로) 형성될 수 있다. "수직하게"는 활성 영역 위에 또는 아래에 설치되는 2개의 접촉 층을 의미한다. 도핑은 일반적으로 에피택셜 성장 중에 제공된다. "수평하게"는 도 1C에 나타난 바와 같이, 격자 내에서 동일한 또는 실질적으로 동일한 수직 위치에 배치되는 2개의 접촉 영역을 의미한다.
응용
본 발명에 따르는 레이저는 낮은 에너지 소모로 높은 변조 속도를 제공할 수 있다. 그러나, 작은 모드 볼륨으로 인해, 출력 전력이 그렇게 크지 않다. 따라서, 이러한 레이저는 단-거리 광 인터커넥트에 대해 상당히 적절하고 주목을 받는다.
비록 본 발명이 특정 실시예와 연결되어 설명되었을 지라도, 본 실시예에 국한되는 어느 방법인 것으로 이해되는 것은 아니다. 본 발명의 범주는 동반된 청구범위의 발광체로 해석된다. 청구항의 내용에서, "포함하는" 또는 "포함하다" 라는 용어는 다른 가능한 구성요소 또는 단계를 제외하지 않는다. 또한, "일" 또는 "하나" 등과 같은 언급은 복수 개를 제외하는 것으로 이해되는 것은 아니다. 도면에 표시된 구성요소에 관하여 청구항 내의 도면 부호 사용은 또한 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 이해되서는 안 된다. 더욱이, 다른 청구항들에서 언급되는 개별적 특징들은 가능한 유리하게 조합될 수도 있고, 다른 청구항들에서의 이러한 특징들의 언급은 특징들의 조합이 가능하지 않고 유리하지 않다는 것을 제외하지 않는다.
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Claims (21)

  1. 기판(30) 상의 반도체 층(31, 10) 내에 형성된 제1 미러 구조(15) 및 제2 미러 구조(35)에 의해 정의되고 기판(30) 면에 수직인 오실레이션 축을 따라 광 오실레이션을 지지하도록 마련되는 캐비티(25),
    제1 반도체 층(10)에 형성된 격자(15) 형태로 존재하는 제1 미러 구조(15),
    제1 미러 구조(15) 내에 제공되는 활성 이득 물질(active gain material); 및
    레이징을 할 수 있도록 활성 이득 물질을 통하여 전류가 흐르게 하는 전기 w접점을 포함하고,
    활성 이득 물질을 통하여 전류를 공급하는 전기 접점은 층들의 면에서 보여지는 활성 이득 물질의 반대편에서 제1 미러 구조에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 미러 구조는 주기적 활성 격자(periodic passive grating)이거나 또는 주기적 활성 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제2 미러 구조는 주기적 수동 격자이거나 또는 주기적 수동 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 미러 구조 및 상기 제2 미러 구조 중 하나는 비-주기적 격자(non-periodic grating)이거나 또는 비-주기적 격자를 포함하고, 상기 제1 미러 구조 및 제2 미러 구조는 광학 필드에서 공명(resonance)을 공동으로 지지하기 위하여 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제2 미러 구조는 분포 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR)(430)로서 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 활성 이득 물질을 통하여 전류를 흐르게 하는 전기 접점은 제1 미러 구조의 부분을 형성하고 각각 활성 이득 물질 층 상부 및 하부에 수직하게 위치하는 p형 도핑 및 n형 도핑된 접촉 영역 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 이득 물질을 통하여 전류를 흐르게 하는 전기 접점은 제1 미러 구조의 부분을 형성하고 활성 이득 물질의 반대편에서 수평하게 위치하는 p형 도핑 및 n형 도핑된 접촉 영역 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 미러 구조(35)는 실리콘 층 내에 주기적 또는 비-주기적 굴절률 영역에 의해 형성되고, 도파관(waveguide)이 실리콘 층 내에 형성되고, 도파관은 도파관으로 광 커플링이 용이하도록 제2 미러 구조에 인접하거나 또는 제2 미러 구조 내에 형성되는 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 미러 구조(들)는 1 또는 2개의 크기로 격자 영역을 형성하는 주기적으로 또는 비-주기적으로 마련된 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오실레이션 축에 대해 수직인 방향에서 상기 격자 영역에서 굴절률이 주기적으로 또는 비-주기적으로 변화하기 위하여 개구는 충전재(filling medium)로 채워지는 것을 특징으로 하는 레이저.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 이득 물질이 반도체 층 내에 마련되어 이득 물질이 개구 내 상기 충전재와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 레이저.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이득 물질을 포함하는 층은 영역들이 개구들과 접하는 것을 방지하도록 구조화되는 것을 특징으로 하는 레이저.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이득 물질 층의 부분은 개구들과 접하지만 개구들 내 표면에 증착된 유전체에 의해 충전재와는 이격되는 것을 특징으로 하는 레이저.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티는 제1 미러 구조와 제2 미러 구조 사이에 저 굴절률 영역을 더 포함하고, 상기 저 굴절률 영역은 저 굴절률 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 저 굴절률 물질은 에어인 것을 특징으로 하는 레이저.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    저 굴절률 물질은 약 1.6 이하, 또는 더욱이 약 1.5 이하와 같이 약 2 이하의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저.
  18. 변조된 레이저 광을 제공하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 레이저를 제공하는 단계; 및
    - 레이저에서 레이저의 동작을 변조하기 위하여 전기 접점들 사이에 변조된 전압 바이어스를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조된 레이저 광을 제공하는 방법.
  19. 수신된 전기적 데이터 신호에 근거한 광학적 데이터 신호의 발생을 위하여 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 레이저를 하나 이상 포함하는 광 인터커넥트.
  20. 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법으로서,
    - 실리콘 기판(30)에 제2 미러 구조(35)의 영역을 제공하는 단계,
    - 제1 미러 층(10) 및 희생 층(20)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 에피-구조를 패턴된 실리콘 기판(30)에 웨이퍼-본딩하는 단계,
    - 금속 접점(metal contact)(1,2) 및 상기 접점에 상응하는 이온 주입 영역을 형성하는 단계,
    - 활성 물질을 포함하는 격자의 형태의 제1 미러 구조(15)를 패터닝하는 단계; 및
    - 희생 층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법.
  21. 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법으로서,
    - 실리콘 기판(30)에 제2 미러 구조(35)의 영역을 제공하는 단계,
    - Ⅲ-Ⅴ족 에피-구조에 저 굴절률 물질을 증착하고, 제1 미러 층(10)을 형성하는 단계,
    - 에피-구조를 실리콘 기판(30)에 웨이퍼-본딩하는 단계,
    - 금속 접점(1,2) 및 상기 접점에 상응하는 이온 주입 영역을 형성하는 단계,
    - 활성 물질을 포함하는 격자의 형태의 제1 미러 구조(15)를 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저를 실리콘 플랫폼에 이종 결합시키는 방법.
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