KR20200111724A - 레이저 응용을 위한 다공성 분산 브래그 반사기 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에 기재된 실시예는, 제1 다공성의 제1 다공성 다층, 제1 다공성 다층 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(active quantum well capping layer), 및 활성 양자 웰 캡핑층 위의 제1 다공성의 제2 다공성 다층을 포함하는 기판을 포함하는 층상 구조물(layered structure)을 제공하며, 제2 다공성 다층이 제1 다공성 다층과 정렬된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호참조
본 출원은 2018년 1월 18일에 출원된 미국 가출원 제62/618,985호의 35 U.S.C. §119(e)에 따른 우선권 이익을 주장한다. 상기 언급된 앞서 출원된 출원은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
사용 분야
본 출원은 반도체 디바이스에서 베이스 기판 상에 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR)를 형성하는 것에 대한 것이다.
종래의 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting lasers; VCSEL)는, DBR로서 작용하여 층의 주기적으로 변화하는 굴절률로 인해 레이저 광을 통과시키도록, III-V족 다층(예를 들어, AlxGa1 - xAs/AlyGa1 - yAs, 0≤x,y≤1이며, 이는 x=0, y=1 일 때 GaAs/AlAs임)을 이용한다.
그러나, 에피택셜 GaAs DBR들은 종종 생산 비용이 많이 들고, 최종 에피택셜 스택에서 원치 않는 변형 효과를 유발할 수 있는데, 그 이유는 이들이 큰 총수의(a large total of) 에피택셜층을 필요로 하기 때문이다. 이 유발된 결함은 디바이스 수명을 제한하고 디바이스 수율 손실을 초래할 수 있다. 또한, 종래의 에피택셜 DBR은 일반적으로 동일한 파장(들)이 전체 기판에 걸쳐 통과하게 허용하는데에 제한된다.
본 명세서에 기재된 실시예는, 제1 다공성의 제1 다공성 다층, 제1 다공성 다층 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(active quantum well capping layer), 및 활성 양자 웰 캡핑층 위의 제1 다공성의 제2 다공성 다층을 포함하는 기판을 포함하는 층상 구조물(layered structure)을 제공하며, 제2 다공성 다층은 제1 다공성 다층과 정렬된다.
일 실시예에서, 기판은 게르마늄 또는 갈륨 비화물로 구성된다.
일 실시예에서, 제1 다공성 다층, 제1 다공성 다층과 정렬되는 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제1 부분, 및 제2 다공성 다층의 스택은 제1 파장의 제1 광파가 스택을 통과하는 것을 허용한다.
일 예에서, 층상 구조물은 제1 다공성 다층과 활성 양자 웰 캡핑층 사이에서 기판 위로 성장된 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층(first epitaxial distributed Bragg reflector multilayer)을 더 포함한다. 이 경우, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제1 반사율은 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제2 반사율과 상이하다. 이러한 방식으로, 제1 다공성 다층, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층, 및 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층은 제1 파장의 제1 광파가 스택을 통과하게 허용한다.
일 실시예에서, 층상 구조물의 제1 다공성 다층 및 제2 다공성 다층은 활성 양자 웰 캡핑층 상의 제1 영역과 추가로 정렬되고, 기판은 제3 다공성 다층을 포함한다. 이 실시 양태에서, 층상 구조물은 활성 양자 웰 캡핑층 위의 제2 다공성을 갖는 제4 다공성 다층을 추가로 포함하고, 제2 다공성 다층 및 제4 다공성 다층은 활성 양자 웰 캡핑층 위에 성장된 벌크층의 다공성 부분이며, 제3 다공성 다층 및 제4 다공성 다층은 활성 양자 웰 캡핑층 상의 제2 영역과 정렬된다.
또한, 이 실시예에서, 제1 다공성 다층 및 제3 다공성 다층은 상이한 치수 또는 상이한 다공성을 가질 수 있다. 제2 다공성 다층 및 제4 다공성 다층은 또한 상이한 치수 또는 상이한 다공성을 가질 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 제1 다공성 다층, 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제1 영역, 및 제2 다공성 다층은 제1 파장의 제1 광파가 통과하게 허용하는 제1 VCSEL을 형성한다. 또한, 제3 다공성 다층, 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제2 영역, 및 제4 다공성 다층은 제2 파장의 제2 광파가 통과하게 허용하는 제2 VCSEL을 형성할 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 층상 구조물은, 제2 다공질 다층과 제4 다공질 다층 사이의 공간에서 벌크 웨이퍼에 통합된 부정형 고전자 이동도 트랜지스터(pseudomorphic high-electron-mobility transistor) 또는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(heterojunction bipolar transistor)를 더 포함할 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 제2 다공성 다층 및 제4 다공성 다층은 동일한 다공성을 가질 수 있고 벌크 웨이퍼에서 연속적인 다공성 다층으로서 서로 접속될 수 있다.
제2 다공성 다층과 제4 다공성 다층이 동일한 다공성을 가지고 서로 접속되는 실시예에서, 층상 구조물은, 제1 다공성 다층과 제3 다공성 다층 사이의 공간에서 기판에 통합된 핀 다이오드(pin diode)를 더 포함할 수 있다.
층상 구조물이 핀 다이오드를 더 포함하는 실시예에서, 연속 다공성 다층은 핀 다이오드와 정렬되는 제5 다공성 다층을 포함할 수 있고, 제5 다공성 다층은, 제5 다공성 다층이 활성 양자 웰 캡핑층으로부터 핀 다이오드의 방향으로 방출된 제1 파장의 제1 광파를 반사하게 허용하는 제3 다공성을 가질 수 있다.
층상 구조물이 제5 다공성 다층을 추가로 포함하는 실시예에서, 층상 구조물은 핀 다이오드에 근접하여 제6 다공성 다층을 더 포함할 수 있다. 제6 다공성 다층은 제1 파장의 제1 광파가 통과하여 핀 다이오드에 도달하도록 구성될 수 있다.
또한 이 실시예에서, 적어도 하나의 수직 다공성 다층의 두께 및 다공성은, 제3 파장의 제3 광파가 복수의 VCSEL로부터의 2개의 인접한 VCSEL들 사이를 통과하게 하는 다공성 필터를 형성하도록 선택될 수 있다.
또한 이 실시예에서, 적어도 하나의 수직 다공성 다층의 두께 및 다공성은, 복수의 VCSEL 중 2개의 인접한 VCSEL 사이에 어떠한 광파 통과도 허용하지 않는 다공성 격리부(porous isolation)를 형성하도록 선택된다.
일례에서, 층상 구조물의 제2 다공성 다층은 활성 양자 웰 캡핑층 위로 성장된 벌크층의 다공성 부분이다. 이 예시에서, 벌크층은 복수의 공간적으로 분산된 다공성 다층을 가질 수 있으며, 복수의 공간적으로 분산된 다공성 다층 중 각각의 다공성 다층은, 특정 파장의 광파가 통과하도록 각각의 다공성 다층의 특정 반사율을 생성하도록 선택된 다공성을 갖는다.
일 실시예에서, 층상 구조물은, 제1 다공성 다층, 활성 양자 웰 캡핑층, 및 제2 다공성 다층에 직교하고 이들을 가로지르는 하나 이상의 수직 다공성 다층을 더 포함한다. 이 실시예에서, 하나 이상의 다공성 다층은 제1 다공성 다층, 활성 양자 웰 캡핑층, 및 제2 다공성 다층의 스택을 분할하여 복수의 VCSEL을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 층상 구조물은, 기판, 기판 위로 성장된 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층, 및 기판과 동일한 물질로 구성된 다공성 다층을 포함한다. 다공성 다층은 활성 양자 웰 캡핑층 위에 있을 수 있다.
일 실시예에서, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층을 포함하는 층상 구조물은, 활성 양자 웰 위로 그리고 활성 양자 웰과 다공성 다층 사이에서 성장된 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층을 포함한다. 이 실시예에서, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제1 반사율은 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제2 반사율과는 상이하다. 이러한 방식으로, 다공성 다층, 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층, 및 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 스택은 제1 파장의 제1 광파가 스택을 통과하게 한다.
또 다른 실시예에서, 원형 층상 구조물은, 원형 기판, 원형 기판 아래에 방사상으로 배치된 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기, 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층 아래에 방사상으로 배치된 원형 활성 양자 웰 캡핑층, 및 원형 활성 양자 웰 캡핑층 아래에 방사상으로 배치된 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층를 포함한다.
원형 층상 구조물의 하나의 실시예에서, 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층은, 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층과 동일한 방사상 다공성을 갖는다.
원형 층상 구조물의 하나의 실시예에서, 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층, 원형 활성 양자 웰 캡핑층, 및 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층은, 제1 파장의 제1 광파가 통과하도록 하는 포커싱된 VSCEL을 형성한다.
본 개시의 추가 특징, 그 속성 및 여러 장점은 수반하는 도면과 연계하여 다음의 상세한 설명을 고려하면 자명하게 될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱 동안 에피택셜층을 갖는 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대해 에피택셜층 위에 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라, 단일 기판 상에 2개의 공간적으로 분리된 VCSEL을 포함하는 층상 구조물을 예시하는 예시도를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 2차원 어레이를 형성하기 위해 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물을 예시하는 예시도를 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라, 도 2에 설명된 층상 구조물로 통합된 이종 접합 바이폴라 트랜지스터를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 7a는 예시적인 실시예에 따라 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물로 통합된 핀 다이오드(pin diode)를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 7b는 예시적인 실시예에 따라 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물로 통합된 핀 다이오드를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따라, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물 위에 수직 DBR을 생성하기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 8b는 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물 위에 수직 DBR을 생성하기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 방사상 다공성 DBR을 포함하는 포커싱된 VCSEL을 예시하는 예시도를 도시한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱 동안 에피택셜층을 갖는 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대해 에피택셜층 위에 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라, 단일 기판 상에 2개의 공간적으로 분리된 VCSEL을 포함하는 층상 구조물을 예시하는 예시도를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 2차원 어레이를 형성하기 위해 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물을 예시하는 예시도를 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라, 도 2에 설명된 층상 구조물로 통합된 이종 접합 바이폴라 트랜지스터를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 7a는 예시적인 실시예에 따라 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물로 통합된 핀 다이오드(pin diode)를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 7b는 예시적인 실시예에 따라 단일 기판 상에 2개의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물로 통합된 핀 다이오드를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따라, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물 위에 수직 DBR을 생성하기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 8b는 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물 위에 수직 DBR을 생성하기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 방사상 다공성 DBR을 포함하는 포커싱된 VCSEL을 예시하는 예시도를 도시한다.
본원에 기술된 구조물 및 방법은 다공성 구조물에 의해 형성된 DBR을 기판에 제공한다. 예를 들어, 본원에 기술된 구조물은 각각 베이스 Ge, GaAs, 또는 InP 기판 내에서 다공성 게르마늄(Ge), 갈륨 비화물(GaAs), 또는 인듐 인화물(InP) 다층을 성장시켜 DBR을 형성한다. 전통적으로, 에피택셜 DBR은 큰 총수의(a large total of) 에피택셜층을 필요로 하기 때문에 에피택셜 DBR은 일반적으로 두꺼운 에피택셜 스택을 생성한다. 다공성 다층을 사용하여 기판 상에 DBR을 형성함으로써, 최종 에피택셜 스택의 두께는 기판에 변형을 유발하는 큰 총수의 에피택셜 DBR 층에 비해 상당히 감소될 수 있다. 구체적으로, 다공성 구조물은 동일한 기판 내에서 상이한 다공성을 갖는 상이한 공간적으로 분리된 부분으로서 선택적으로 성장될 수 있다. 이러한 방식으로, 다공성 구조물의 상이한 부분은 동일한 기판 상에 상이한 공간적으로 분리된 DBR을 형성할 수 있고, 따라서 상이한 파장의 레이저 광이 통과할 수 있게 한다.
도 1 내지 9가 단지 예시 목적으로 Ge 또는 GaAs 기판을 도시한다는 것은 주목할 가치가 있다. 도 1 내지 7에 기술된 다공성 층을 함유하는 구조물은 III-V족 반도체(예를 들어, AlxGa1 - xAs/AlyGa1 - yAs, 0≤x,y≤1이며, 이는 x=0, y=1일 때 GaAs/AlAs이며, InxGa1 - xAs, 0≤x≤1임) 등과 같은 에피택셜 구조물에 적용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 도면을 도시한다. 프로세스(100)는 기판(104)을 선택함으로써 단계(102)에서 시작한다. 단계(106)에서, 기판의 일부는 기판(104) 내의 제1 다공성을 갖는 다공성 부분(108)으로 개질된다(modified). 예를 들어, 다공성 부분(108)은, 기판(104)의 구역이 에칭되어 다공성 부분(108)을 형성하도록, 기판(104)의 구역을 산류(acid current)에 노출시킴으로써 생성된다. 제1 다공성은 산류의 농도 및/또는 유속을 제어함으로써 구성될 수 있다. 단계(110)에서, 하나 이상의 에피택셜층(112)이 다공성 다층(108) 위에 에피택셜 성장되며, 에피택셜층(112)은 활성 양자 웰 캡을 한정할(confine) 수 있다. 단계(114)에서, 다공성 다층(108)과 동일한 다공성을 갖는 또 다른 다공성 다층(116)이 지지층(112) 위에 생성된다. 제2 다공성 다층(116)은 다공성 다층(108)과 정렬되어 VCSEL을 생성한다.
도 1에 설명된 이 프로세스(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 기판(104) 상의 상이한 영역에서 상이한 다공성을 갖는 상이한 DBR 스택을 형성하기 위해 기판(104)의 상이한 공간적으로 분리된 부분에서 반복될 수 있다. 상이한 다공성은 기판이 동시에 다수의 파장에 대한 파장 미러로서 기능할 수 있게 한다. 형성된 상이한 DBR 스택/VCSEL은 또한, 도 6 및 7에 더 도시된 바와 같이, 공간적으로 분리된 DBR들 사이에서 단일 기판(104) 상의 상이한 디바이스들의 통합을 가능하게 한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱 동안 에피택셜층 DBR 층을 갖는 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다. 도 2의 프로세스(200)는 기판이 기판(104)의 일부에 다공성 다층(108)을 갖는, 단계(106)까지의 도 1의 프로세스(100)와 유사할 수 있다. 단계(120)에서, 제1 에피택셜 DBR(204)이 다공성 다층(108) 위에 성장되고, 활성 양자 웰 캡 및 양자층(112)에 필요한 주변 층(surround layers)이 제1 에피택셜 DBR(204) 위에 에피택셜 성장되고, 제2 에피택셜 다층 DBR(202)이 활성 양자 웰 및 주변 층(112) 위에 성장된다. 일부 실시예에서, 다공성 다층 DBR(108)의 다공성 반사율은 제1 에피택셜 DBR(204)의 에피택셜 반사율과 조합되어 반사율을 구현하기(engineer) 위해 처프된 에피택셜 미러(chirped epitaxial mirror)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 형성된 VCSEL의 에피택셜 다층(204 및 202)과 다공성 다층(108)은 동일한 파장에서 동작하고, 제1 파장 세트에 대응하는 제1 광파 세트가 단계(120)에서 형성된 VCSEL을 통과하고 제2 파장 세트의 제2 광파 세트를 반사시키게 허용한다. 일부 실시예에서, 형성된 VCSEL의 다공성 다층(108) 및 에피택셜 다층(204 및 202)은 상이한 파장에서 동작할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, DBR에 대한 다공성 다층 프로세싱으로 층상 구조물을 성장시키기 위한 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다. 도 3의 프로세스(300)는 동일한 기판(104)을 사용해 단계(102)에서 시작한다. 단계(302)에서, 에피택셜 다층 DBR(304)이 기판(104) 위에 성장되고, 양자층(112)에 필요한 활성 양자 웰 캡 및 주변 층이 에피택셜 다층 DBR(304) 위에 에피택셜 성장된다. 단계(306)에서, 다공성 다층(116)이 활성 양자 웰 지지 층(112) 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 단계(302) 이후에, 에피택셜 다층 DBR의 제2 세트는 활성 양자 웰 캡핑층(112) 위에 성장되어, 도 2의 단계(120)에서 형성된 처프 에피택셜 미러와 유사할 수 있지만, 양자 웰 캡 아래 또는 위에 있는 에피택셜 DBR 또는 다공성 DBR의 상이한 조성을 갖는 단계(306)에서의 층상 구조물의 상부에 에피택셜 미러를 생성할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 계층화된 구조물(400)을 예시하는 예시도를 도시한다. 도 4의 층상 구조물(400)은 기판(402) 상에 구축된다. 기판(402)은 도 1 내지 도 3에 설명된 기판(102)과 유사할 수 있다. 도 1에 기술된 프로세스(100)는 기판(402)의 상이한 영역에서 DBR 스택/VSCEL - 예를 들어 상이한 다공성을 갖는 다공성 다층의 상이한 공간적으로 분리된 부분(예를 들어, 404, 410 참조)이 동일한 기판(402) 상에 형성될 수 있음 - 과, 그 다음에, 다공성 GaAs/Ge 다층(404 및 410)의 모든 다른 부분들 위에 성장되는 양자층(406)에 필요한 단일 활성 양자 웰 캡핑층 및 한정층을 형성하는데 사용될 수 있다. 활성 양자 웰 캡핑층(406) 위에, 다공성 다층(408 및 412)의 추가 부분이 형성된다. 구체적으로, 다공성 다층(408 및 412)의 추가 부분은 각각 다공성 부분(404 및 410)과 정렬되고 동일한 각각의 다공성을 갖도록 형성된다. 결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 VCSEL, 예를 들어 VCSEL 1 및 VCSEL 2가 동일한 기판(402) 상에 형성될 수 있다. 단지 예시의 목적으로 단지 2개의 VCSEL만이 도 4에 도시되어 있음이 주목된다. 다수의 공간적으로 분리된 VCSEL(2개 초과)은 전술한 바와 유사한 방식으로 동일한 기판(402) 상에 형성될 수 있다.
VCSEL 1은, 기판(402) 위에 제1 다공성을 갖는 제1 다공성 GaAs 다층(404), 제1 다공성 GaAs 다층(104) 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(406), 다공성 GaAs 다층(404)과 정렬된 활성 양자 웰 캡핑층(406) 위에서 동일한 제1 다공성을 갖는 제2 다공성 GaAs 다층(408)을 포함하는, 기판(402) 상의 제1 층상 구조물을 도시한다.
VCSEL 2는, 기판(402) 위에 제2 다공성을 갖는 제3 다공성 GaAs 다층(410), 제3 다공성 GaAs 다층(410) 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(406), 제2 다공성 GaAs 다층(404)과 정렬된 활성 양자 웰 캡핑층(106) 위에서 동일한 제2 다공성을 갖는 제4 다공성 GaAs 다층(112)을 도시한다.
동일한 기판(402) 상에 상이한 제1 및 제2 다공성을 갖는 다공성 다층을 생성함으로써, 상이한 파장에서 동작하도록 구성된 VCSEL이 단일 기판 상에 통합될 수 있다. 따라서, 동일한 기판상의 통합된 VCSEL은 넓은 광학적 저지 대역(optical stopband)을 생성할 수 있고 동일한 기판(402) 상에 다수의 파장 미러를 제공할 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 1차원 어레이 및/또는 2차원 어레이를 형성하기 위해 단일 기판 상에 복수의 VCSEL을 포함하는 층상 구조물을 예시하는 실시예를 도시한다. 층상 구조물(500)은, 에피택셜 DBR 및 활성 양자 웰 캡 및 한정 층이 에피택셜 성장되는 기판 및 에피택셜 VCSEL(502)을 도시한다. 502 위에서, 다공성 DBR을 형성하기 위한 단일 벌크 웨이퍼(504)가 성장되며, 여기서 상이한 다공성의 공간적으로 분리된 다공성 DBR이 예를 들어, 부분(506, 508, 510, 512, 및 514)에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 다공성 영역(506)은 제1 다공성을 가지며, 다공성 영역(508)은 제2 다공성을 가지며, 다공성 영역(510)은 제3 다공성을 가지며, 다공성 영역(512)은 제4 다공성을 가지며, 다공성 영역(514)은 제5 다공성을 갖는다. 일부 실시예에서, 단일 웨이퍼(504)에 걸쳐 상이한 양의 다공성을 생성하는 프로세스는 효과적으로 1차원 또는 2차원 어레이를 생성한다. 일부 실시예에서, 기판(502)에서의 에피택셜 VCSEL은 도 3 및 도 4에 설명된 바와 같이 에피택셜 컴포넌트를 갖는 DBR을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 영역(506, 508, 510, 512 또는 514)에 의해 형성된 다공성 DBR은 기판(502) 내의 에피택셜 DBR과 위상이 같음으로써(phase with) VCSEL과, VCSEL을 억제하기 위해 위상이 다른(out of phase) 부분을 형성할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 트랜지스터를 통해 반도체 디바이스와 도 4에 설명된 층상 구조물(400)의 통합을 예시하는 예시도를 도시한다. 층상 구조물(602)은 동일한 기판(402) 상에 형성된 2개의 VCSEL, 즉, VCSEL 1 및 VCSEL 2를 포함하며, 이는 도 4의 층상 구조물(400)과 유사하다. 추가로, 도 6은 구조물(602)에 통합된 부정형 고전자 이동도 트랜지스터(pseudomorphic high-electron-mobility transistor; pHEMT) 또는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(heterojunction bipolar transistor; HBT)(304)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 활성 양자 웰(406) 위의 층은 공간적으로 분리된 다공성 DBR(408 및 412)을 형성하기 위해 성장된 단일 벌크 웨이퍼 일 수 있고, pHEMT/HBT는 공간적으로 분리된 DBR들(408 및 412) 사이의 이용 가능한 공간에서 단일 벌크 웨이퍼 상에 통합될 수 있다. 이런 식으로, pHEMT/HBT 디바이스는, 외부 디바이스로서 추가되지 않고, VCSEL의 층상 구조물에 직접 통합될 수 있다. 예시적인 회로(604)는 통합된 pHEMT 또는 HBT 디바이스를 갖는 구조물(602)을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, HBT의 드레인 단자는 회로(604)에 도시된 바와 같이 커넥터(606)를 통해 VCSEL 1 및 VCSEL 2와 접속된다.
도 7a는 예시적인 실시예에 따라 동일 기판 상에 형성된 2개의 VCSEL을 갖는 층상 구조물에 통합된 핀 다이오드를 예시하는 예시도를 도시한다. 층상 구조물(700)은 동일한 기판 상에 형성된 2개의 VCSEL, 즉, VCSEL 1 및 VCSEL 2를 포함한다. 구체적으로, 2개의 VCSEL은 동일한 다공성을 갖는 다공성 다층으로 형성되고, 따라서 동일한 파장에서 동작하도록 구성된다. VCSEL 1과 VCSEL 2의 다공성은 위상 배열(phased array)을 생성하는데 도움이 된다. 예를 들어, VCSEL 1은, 기판(402) 위에 제1 다공성을 갖는 제1 다공성 다층(702), 제1 다공성 다층(702) 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(706)의 제1 부분, 활성 양자 웰 캡핑층(706) 위에 성장된 에피택셜 DBR(704)의 제1 부분을 포함하는, 기판(402) 상의 제1 층상 구조물에 의해 형성된다. VCSEL 2는, 기판(402) 위에 제2 다공성을 갖는 제2 다공성 다층(708), 제2 다공성 다층(708) 위에 에피택셜 성장된 동일한 활성 양자 웰 캡핑층(706)의 제2 부분, 활성 양자 웰 캡핑층(706) 위에 성장된 에피택셜 DBR(704)의 제2 부분에 의해 형성된다. 각각의 예에서, 다공성 다층 또는 부분(702, 708 및 704)이 동일한 다공성으로 선택될 때, 형성된 VCSEL은 동일한 파장에서 동작한다. 일부 실시예에서, 다공성 다층 또는 부분(702 및 708)은 상이한 다공성을 가질 수 있고 형성된 VCSEL은 상이한 파장에서 동작할 수 있다.
또한, 도 7a는 구조물(700)에 통합된 핀 다이오드(710)를 도시한다. 예를 들어, 핀 다이오드(710)는 공간적으로 분리된 다공성 부분(702 및 708) 사이의 이용 가능한 공간에서 기판(402)에 통합된다. 핀 다이오드(710)는 VCSEL의 전력 제어를 위해 사용될 수 있다.
도 7b는 예시적인 실시예에 따라, 다이오드의 광 반사율을 제어하기 위해 도 7a와 유사하지만 기판 내에 추가의 다공성 구조물을 갖는 층상 구조물에 통합된 핀 다이오드를 예시하는 예시도를 도시한다. 층상 구조물(701)은 활성 양자 캡(706) 아래에 다공성 DBR(702 및 708)과 활성 양자 캡(706) 위에 에피택셜 DBR을 갖는 층상 구조물(700)과 유사하다. 일부 실시예들에서, 활성 양자 웰 캡핑층(706) 위의 에피택셜 DBR(704)이 연속적이므로, 활성 양자 웰(706)에 의해 방출된 광은 이 DBR(704)로부터 반사되어 기판(402)에 통합된 다이오드(710)에 충돌할 것이다. 일부 실시예에서, 다이오드(710)에 대한 투과 필터로서 작용하도록 추가의 다공성 부분(712)이 다이오드(710)에 근접하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 다공성 부분(712)은 다공성 부분(712)의 다공성의 수준에 기초하여 특정 파장만이 다이오드(710)를 통과하게 할 수 있다. 도 7a에 도시된 각각의 예에서, 다공성 부분(712)은 동일한 파장(λ1)을 통과하도록 다공성을 갖게 구성될 수 있고, 따라서 파장(λ1)에서 제로 반사율의 디바이스가 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에피택셜 DBR(704)의 일부는, 양자 웰 캡(706)으로부터 방출된 광파를 핀 다이오드(710)로 반사시키는 위치에 다공성 부분(713)이 배치되도록, 핀 다이오드(710)가 통합되는 위치에 실질적으로 정렬될 수 있는 다공성 부분(713)을 형성하기 위해, 전술한 다공성 프로세스를 사용하여 개질될 수 있다. 구체적으로, 다공성 부분(713)의 다공성은 핀 다이오드(710)의 반사 특성과 매칭하기 위해 반사 특성을 생성하도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 다공성 부분(713)은 활성 양자 웰(706)로부터 방출된 파장 λ1에서의 광파에 더 반응할 수 있고, 반사된 광파는 다공성 구조물(712)을 통과하여 핀 다이오드(710)에 도달할 수 있다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 공간적으로 분리된 DBR이 형성될 때, 외부 디바이스로서 추가 디바이스를 VCSEL에 추가하는 대신에, HBT 또는 다이오드와 같은 추가 디바이스가 VCSEL의 기판에 직접 통합될 수 있다. 이러한 방식으로, 회로 면적이 보다 효율적으로 소모될 수 있다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따라 다공성 다층 프로세싱을 통해 단면 DBR을 생성하는 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다. 도 8a의 프로세스(800a)는 도 1에 도시된 것과 유사한 프로세스(100)를 통해 생성된 층상 구조물(114)로 시작한다. 층상 구조물(114)은 기판(104) 위의 제1 다공성 부분(108) 및 제1 다공성 부분(108) 위에서 성장된 에피택셜 활성 양자 웰 층(112) 위의 제2 다공성 부분(116)을 포함하는 VCSEL이다. 단계(802)에서, VCSEL(114)의 제1 수직 부분(예를 들어, 수직 에피택셜 DBR)(804) 및 제2 수직 부분(예를 들어, 수직 에피택셜 DBR)(806)이 다공성 DBR(108 및 116)을 가로 질러 형성된다. 이러한 방식으로, 원래 연속 다공성 DBR(108 및 116)은 각각 상이한 다공성의 상이한 다른 다공성 부분을 형성하기 위해 수직 DBR(804 및 806)에 의해 차단되고 구획된다. 일부 실시예에서, 수직 다공성 프로세싱, 예를 들어, 제1 수직 부분(804) 및 제2 수직 부분(806)은 기판(104) 위의 제1 다공성 부분(108)과, 제1 다공성 부분(108) 위로 성장된 에피택셜 활성 양자 웰 층(112) 위의 제2 다공성 부분(116)의 존재에 의존하지 않는다
도 8b는 예시적인 실시예에 따라 다공성 다층 프로세싱을 통해 단면 DBR을 생성하는 프로세스를 예시하는 예시도를 도시한다. 프로세스(800b)는 기판 및 VCSEL(810)을 사용해 단계(808)에서 시작하는데, 예를 들면, VCSEL은 도 1 내지 7b에 걸쳐 기술된 것과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(808)은 VCSEL을 포함하지 않을 수 있다. 단계(812)에서, 기판(810)의 다양한 부분은, 각각 명확하게 규정된 VCSEL(V1-V7)을 생성하기 위해 기판(808)상의 구역을 분리하는 수직 다공성 부분(예를 들면, 810a-h 참조)을 형성하도록 개질된다. 구체적으로, 단계(810)에서의 다양한 예의 폭 및 바(bars)의 분포로 도시된 바와 같이, 다공성 부분(810a-h)의 다공성은 상이한 기능을 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 다공성 부분의 다공성은 각각의 다공성 영역(예를 들어, 810d-810h 참조)의 상이한 측부에서 VCSEL을 격리하기 위해 하나 이상의 파장을 차단하도록 선택될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 기판(808)의 수직 다공성 부분의 다공성은 다공성 필터, 예를 들어 810a-c를 형성하도록 선택될 수 있다. 다공성 필터는, 조성물(808) 및 다공성 필터의 조합에 기초하여 특정 파장의 광을 통과할 수 있는 상이한 다공성 필터를 생성하기 위해 상이한 두께 및 상이한 다공성으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 필터(예를 들어, 810a-c)와 다공성 격리 영역(예를 들어, 810d-h)의 조합은 어느 정도의 광학적 혼합을 허용하기 위해 인접한 VCSELS 사이에 함께 사용될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 방사상 다공성 DBR을 포함하는 포커싱된 VCSEL을 예시하는 예시도를 도시한다. 원형 구조물(900)은 원형 기판(902)을 도시한다. 원형 구조물(900)은, 포커싱된 VCSEL을 형성하기 위해 원형 기판(902) 내에서 방사상 다공성 DBR(904), 방사상 양자 웰 캡, 및 추가 방사상 DBR(예를 들어, 도 2 및 3에 설명된 바와 같이, 다공성 또는 에피택셜 또는 이 둘의 조합이지만, 방사상임)을 포함한다.
도 1 내지도 9에 도시된 다공성 DBR은 동일한 두께 및 다공성의 다공성 층을 포함할 수 있음에 주목할 가치가 있다. 일부 실시예에서, 다공성 층의 두께 및 다공성은 DBR 영역을 통해 변화되어 보다 복잡한 반사율 스펙트럼을 생성할 수 있는 것이 가능하다.
본 명세서에서 기재한 성장 및/또는 퇴적은 화학 증기 퇴적(chemical vapor deposition; CVD), 금속 유기 화학 증기 퇴적(metalorganic chemical vapor deposition; MOCVD), 유기 금속 증기상 에피택시(organometallic vapor phase epitaxy; OMVPE), 원자 층 퇴적(atomic layer deposition; ALD), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy; MBE), 할로겐화물 증기상 에피택시(halide vapor phase epitaxy; HVPE), 펄스화된 레이저 퇴적(pulsed laser deposition; PLD), 및/또는 물리 증기 퇴적(physical vapor deposition; PVD) 중 하나 이상을 사용하여 수행될 수 있다.
본 명세서에서 기재한 바와 같이, 층은, 표면을 덮는 실질적으로 균일한 두께의 물질을 의미한다. 층은 연속적 또는 불연속적(즉, 물질의 영역들 사이에 간격을 가짐) 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 층은 표면을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있거나, 층을 집합적으로 규정하는 분리된 영역(즉, 선택적-구역 에피택시(selective-area epitaxy)를 사용하여 형성되는 영역)으로 구획화될 수 있다.
모놀리식 집적(monolithically-integrated)은, 통상 표면 상에 배치되는 층을 퇴적시킴으로써, 기판의 표면 상에 형성됨을 의미한다.
상에 배치됨(disposed)은, 기저의 물질이나 층 "상에 존재함"을 의미한다. 이 층은 적절한 표면을 보장하는데 필요한 전이 층과 같은 중간 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 물질이 "기판 상에 배치되는 것"으로 기재된다면, 이것은 (1) 물질이 기판과 밀접하게 접촉하거나; (2) 물질이 기판 상에 상주하는 하나 이상의 전이 층과 접촉하는 것을 의미할 수 있다.
단결정은, 실질적으로 단지 하나의 유형의 단위 셀을 포함하는 결정 구조를 의미한다. 그러나, 단결정 층은 스태킹 오류(stacking faults), 전위(dislocation), 또는 다른 공통적으로 발생하는 결정 결함과 같은 일부 결정 결함을 보일 수 있다.
단일 도메인은, 실질적으로 단 하나의 구조의 단위 셀과 이 단위 셀의 실질적으로 단 하나의 배향을 포함하는 결정 구조를 의미한다. 다시 말해, 단일 도메인 결정은 쌍정(twinning)이나 반-위상 도메인(anti-phase domains)을 보이지 않는다.
단상(single-phase)은, 단결정이며 또한 단일 도메인인 결정 구조를 의미한다.
기판은, 퇴적된 층이 그 위에 형성되는 물질을 의미한다. 예시적인 기판은, 웨이퍼가 균일한 두께의 단결정 실리콘을 포함하는 벌크 실리콘 웨이퍼; 벌크 실리콘 핸들 웨이퍼 상에 배치되는 실리콘 이산화물의 층 상에 배열되는 실리콘층을 포함하는 실리콘-온-절연체 웨이퍼와 같은 합성 웨이퍼; 또는 그 위에 또는 그 안에 디바이스가 형성되는 베이스 층으로서 역할을 하는 임의의 다른 물질을, 제한 없이, 포함한다. 본 응용의 기능으로서, 기판 층과 벌크 기판으로서 사용하기에 적절한 그러한 다른 물질의 예는 게르마늄, 알루미나, 갈륨 비화물, 인듐 인화물, 실리카, 실리콘 이산화물, 붕규산 유리, 파이렉스, 및 사파이어를, 제한 없이, 포함한다. 기판은 단일 벌크 웨이퍼 또는 다중 서브 층을 가질 수 있다. 구체적으로, 기판은 다수의 비연속 다공성 부분을 포함할 수 있다. 다수의 비연속 다공성 부분은 상이한 밀도를 가질 수 있고 수평으로 분포되거나 수직으로 적층될 수 있다.
미스컷 기판(miscut substrate)은, 기판의 결정 구조와 연관된 구조에 대해 각도를 이루며 배향되는 표면 결정 구조를 포함하는 기판을 의미한다. 예컨대, 6° 미스컷 <100> 실리콘 웨이퍼는, <100>과 같은 또 다른 주요 결정 배향을 향해 6°만큼 <100> 결정 배향에 각도를 두고 절단된 <100> 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 통상, 그러나 반드시 그렇지는 않지만, 미스컷는 대략 최대 20°일 것이다. 구체적으로 언급되지 않으면, 어구 "미스컷 기판"은 임의의 주요 결정 배향을 갖는 미스컷 웨이퍼를 포함한다. 즉, <011> 방향으로 향한 <111> 웨이퍼 미스컷, <110> 방향으로 향한 <100> 웨이퍼 미스컷, <001> 방향으로 향한 <011> 웨이퍼 미스컷을 포함한다.
반도체는 절연체의 전도성과 대부분의 금속의 전도성 사이의 전도성을 갖는 임의의 고체 물질을 지칭한다. 예시적인 반도체 층은 실리콘으로 구성된다. 반도체 층은 단일 벌크 웨이퍼, 또는 다수의 서브 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 실리콘 반도체층은 다수의 비연속 다공성 부분을 포함할 수 있다. 다수의 비연속 다공성 부분은 상이한 밀도를 가질 수 있고 수평으로 분포되거나 수직으로 적층될 수 있다.
반도체-온-절연체는, 단결정 반도체층, 단상 유전체층, 및 기판을 포함하는 조성을 의미하고, 유전체층이 반도체 층과 기판 사이에 개재된다(interposed). 이 구조물은, 통상 단결정 실리콘 기판, 비단상(non-single-phase) 유전체층(예컨대, 비정질 실리콘 이산화물 등) 및 단결정 실리콘 반도체층을 포함하는 종래기술의 실리콘-온-절연체("SOI") 조성물을 암시한다. 종래의 SOI 웨이퍼와 본 발명의 절연체 위 반도체 조성 간의 몇 가지 중요한 차이점은 다음과 같다.
반도체-온-절연체 조성은 단상 형태를 갖는 유전체층을 포함하는 반면, SOI 웨이퍼는 그렇지 않다. 사실, 통상의 SOI 웨이퍼의 절연체층은 심지어 단결정이 아니다.
반도체-온-절연체 조성은 실리콘, 게르마늄, 또는 실리콘-게르마늄 "활성" 층을 포함하는 반면, 종래기술의 SOI 웨이퍼는 실리콘 활성층을 사용한다. 다시 말해, 예시적인 반도체-온-절연체 조성은 실리콘-온-절연체, 게르마늄-온-절연체, 및 실리콘-게르마늄-온-절연체를, 제한 없이 포함한다.
제2층 “상에 구성된”, “상에", 또는 “위에”로서 여기에서 설명 및/또는 도시된 제1층은 제2층에 바로 인접하거나, 제1층과 제2층 사이에 하나 이상의 중간층이 있을 수 있다. 제2 층 또는 기판 "상에 바로" 또는 "바로 위에"로서 기재되며 그리고/또는 도시되는 제1 층은, 아마도 제1 층을 제2 층이나 기판과 혼합함으로 인해 형성할 개재 합금 층이 아니고서는, 어떠한 개재 층도 없이 제2 층이나 기판에 바로 인접한다. 게다가, 상", "위", "상에 바로", 또는 "바로 위에"인 것으로 본 명세서에서 기재되며 그리고/또는 도시되는 제1 층은 전체 제2 층이나 기판, 또는 제2 층이나 기판의 일부분을 덮을 수 있다.
기판이 층 성장 동안 기판 홀더 상에 놓이며, 따라서 상단 표면이나 상부 표면은 기판 홀더로부터 가장 먼 기판이나 층의 표면인 반면, 바닥 표면이나 하부 표면은 기판 홀더에 가장 가까운 기판이나 층의 표면이다. 본 명세서에서 도시되며 기재되는 구조물 중 임의의 구조물은 도시된 층 위 및/또는 아래에 추가 층을 갖는 더 큰 구조물의 일부분일 수 있다. 명확히 하기 위해, 본 명세서에서의 도면은 이들 추가 층을 생략할 수 있지만, 이들 추가 층은 개시한 구조물의 일부일 수 있다. 게다가, 도시된 구조물은 유닛으로 반복할 수 있지만, 이러한 반복은 도면에서 도시되지 않는다.
상기 설명으로부터, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고도, 여러 기술이 본 명세서에서 기재된 개념을 구현하는데 사용될 수 있음이 자명하다. 설명된 실시예는 모든 점에서 예시적이며 제한적이지 않은 것으로서 고려될 것이다. 또한, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않고도, 본 명세서에서 기재한 기술과 구조물은 본 명세서에서 기재한 특정 예로 제한되기보다는, 다른 예로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 동작들은 특별한 순서로 도면들에서 도시되어 있지만, 이것은 바람직한 결과들을 달성하기 위하여, 이러한 동작들이 도시된 특별한 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 모든 예시된 동작들이 수행될 것을 요구하는 것으로서 이해되지는 않아야 한다.
Claims (21)
- 층상 구조물(layered structure)에 있어서,
제1 다공성을 갖는 제1 다공성 다층을 포함하는 기판;
상기 제1 다공성 다층 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층(active quantum well capping layer);
상기 활성 양자 웰 캡핑층 위의 상기 제1 다공성을 갖는 제2 다공성 다층
을 포함하고,
상기 제2 다공성 다층은 상기 제1 다공성 다층과 정렬되는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 게르마늄 또는 갈륨 비화물로 구성되는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 제2 다공성 다층은 상기 제1 다공성을 가지며,
상기 제1 다공성 다층, 상기 제1 다공성 다층과 정렬되는 상기 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제1 부분, 및 상기 제2 다공성 다층의 스택은 제1 파장의 제1 광파가 상기 스택을 통과하도록 허용하는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층과 상기 활성 양자 웰 캡핑층 사이에서 상기 기판 위로 성장된 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층을 더 포함하고,
상기 제2 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 위의 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층을 포함하고,
상기 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제1 반사율이 상기 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제2 반사율과 상이하여, 상기 제1 다공성 다층, 상기 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층, 및 상기 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 스택으로 하여금, 제1 파장의 제1 광파가 상기 스택을 통과하도록 허용하게 하는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층 및 상기 제2 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 상의 제1 영역과 정렬되고, 상기 기판은 제3 다공성 다층을 포함하고,
상기 층상 구조물은, 상기 활성 양자 웰 캡핑층 위의 상기 제2 다공성을 갖는 제4 다공성 다층을 더 포함하고,
상기 제2 다공성 다층 및 상기 제4 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 위로 성장된 벌크층의 다공성 부분이며,
상기 제3 다공성 다층 및 상기 제4 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 상의 제2 영역과 정렬되는 것인, 층상 구조물. - 제5항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층 및 상기 제3 다공성 다층은 상이한 치수 또는 상이한 다공성을 가지며,
상기 제2 다공성 다층 및 상기 제4 다공성 다층은 상이한 치수 또는 상이한 다공성을 갖는 것인, 층상 구조물. - 제5항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층, 상기 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제1 영역, 및 상기 제2 다공성 다층은, 제1 파장의 제1 광파를 통과시키도록 허용하는 제1 VCSEL을 형성하고, 상기 제3 다공성 다층, 상기 활성 양자 웰 캡핑층의 적어도 제2 영역, 및 상기 제4 다공성 다층은 제2 파장의 제2 광파를 통과시키도록 허용하는 제2 VCSEL을 형성하는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 제2 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 위로 성장된 벌크층의 다공성 부분이고,
상기 벌크층은 복수의 공간적으로 분산된 다공성 다층을 가지며, 상기 복수의 공간적으로 분산된 다공성 다층 중 각각의 다공성 다층은, 특정 파장의 광파가 통과하도록 상기 각각의 다공성 다층의 특정 반사율을 생성하도록 선택된 다공성을 갖는 것인, 층상 구조물. - 제5항에 있어서,
상기 제2 다공질 다층과 상기 제4 다공질 다층 사이의 공간에서 상기 벌크 웨이퍼에 통합된 부정형 고전자 이동도 트랜지스터(pseudomorphic high-electron-mobility transistor) 또는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(heterojunction bipolar transistor)를 더 포함하는, 층상 구조물. - 제5항에 있어서,
상기 제2 다공성 다층 및 상기 제4 다공성 다층은 동일한 다공성을 가지며 상기 벌크 웨이퍼에서 연속 다공성 다층으로서 서로 접속되는 것인, 층상 구조물. - 제9항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층과 상기 제3 다공성 다층 사이의 공간에서 상기 기판에 통합된 핀 다이오드(pin diode)를 더 포함하는, 층상 구조물. - 제10항에 있어서,
상기 연속 다공성 다층은 상기 핀 다이오드와 정렬되는 제5 다공성 다층을 포함하고, 상기 제5 다공성 다층은, 상기 제5 다공성 다층으로 하여금 상기 활성 양자 웰 캡핑층으로부터 상기 핀 다이오드의 방향으로 방출된 상기 제1 파장의 상기 제1 광파를 반사하도록 허용하는 제3 다공성을 갖는 것인, 층상 구조물. - 제11항에 있어서,
상기 기판은 상기 핀 다이오드에 근접한 제6 다공성 다층을 포함하고, 상기 제6 다공성 다층은 제1 파장의 제1 광파가 통과하여 상기 핀 다이오드에 도달하도록 구성되는 것인, 층상 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 다공성 다층, 상기 활성 양자 웰 캡핑층, 및 상기 제2 다공성 다층에 직교하고 이를 가로지르는 하나 이상의 수직 다공성 다층을 더 포함하고,
상기 하나 이상의 다공성 다층은 상기 제1 다공성 다층, 상기 활성 양자 웰 캡핑층, 및 상기 제2 다공성 다층의 스택을 분할하여 복수의 VCSEL을 형성하는 것인, 층상 구조물. - 제13항에 있어서,
적어도 하나의 수직 다공성 다층의 두께 및 다공성은, 제3 파장의 제3 광파가 상기 복수의 VCSEL로부터의 2개의 인접한 VCSEL 사이를 통과하게 하는 다공성 필터를 형성하도록 선택되는 것인, 층상 구조물. - 제13항에 있어서,
적어도 하나의 수직 다공성 다층의 두께 및 다공성은, 상기 복수의 VCSEL 중 2개의 인접한 VCSEL 사이에 어떠한 광파 통과도 허용하지 않는 다공성 격리부를 형성하도록 선택되는 것인, 층상 구조물. - 층상 구조물에 있어서,
기판;
상기 기판 위로 성장된 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층;
상기 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층 위에 에피택셜 성장된 활성 양자 웰 캡핑층; 및
상기 기판과 동일한 물질로 구성된 다공성 다층
을 포함하고, 상기 다공성 다층은 상기 활성 양자 웰 캡핑층 위에 있는 것인, 층상 구조물. - 제16항에 있어서,
상기 활성 양자 웰 위로 그리고 상기 활성 양자 웰과 상기 다공성 다층 사이에서 성장된 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층을 더 포함하고,
상기 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제1 반사율이 상기 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 제2 반사율과 상이하여, 상기 다공성 다층, 상기 제1 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층, 및 상기 제2 에피택셜 분산 브래그 반사기 다층의 스택으로 하여금, 제1 파장의 제1 광파가 상기 스택을 통과하도록 허용하게 하는 것인, 층상 구조물. - 원형 층상 구조물에 있어서,
원형 기판;
상기 원형 기판 아래에 방사상으로 배치된 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층;
상기 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층 아래에 방사상으로 배치된 원형 활성 양자 웰 캡핑층; 및
상기 원형 활성 양자 웰 캡핑층 아래에 방사상으로 배치된 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층
을 포함하는, 원형 층상 구조물. - 제18항에 있어서,
상기 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층은, 상기 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층과 동일한 방사상 다공성을 갖는 것인, 원형 층상 구조물. - 제18항에 있어서,
상기 제1 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층, 상기 원형 활성 양자 웰 캡핑층, 및 상기 제2 방사상 다공성 분산 브래그 반사기 다층은, 제1 파장의 제1 광파가 통과하도록 허용하는 포커싱된 VSCEL을 형성하는 것인, 원형 층상 구조물.
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