KR20230161444A - 반도체 광전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
반도체 광전자 디바이스
본 발명은 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 정션(12)을 포함하는 반도체 광전자 디바이스(10)에 관한 것으로, 상기 정션(12)은 N-도핑 영역, 중간 영역 및 P-도핑 영역을 한정하는 레이어들의 스택으로 형성되며, 상기 N-도핑 영역 및/또는 상기 P-도핑 영역 및/또는 상기 중간 영역(I)의 적어도 하나의 소위 변조된 레이어는 서브레이어들의 복수의 스택들로 형성되며, 각 서브레이어는 구별되는 특징이라 불리는 서브레이어의 재료의 특징에 의해 동일한 스택 중의 다른 서브레이어들과 상이하며, 상기 서브레이어들의 두께들 및 구별되는 특징들은 레퍼런스 디바이스로 알려진 반도체 광전자 디바이스와 비교하여 대응 영역 내 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택되며, 유일한 차이점은 각 변조된 레이어가, 상기 변조된 레이어와 동일한 두께이며 상기 구별되는 특징을 제외하고는 동일한 특징들을 가지는 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 것이다.
본 발명은 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 정션(12)을 포함하는 반도체 광전자 디바이스(10)에 관한 것으로, 상기 정션(12)은 N-도핑 영역, 중간 영역 및 P-도핑 영역을 한정하는 레이어들의 스택으로 형성되며, 상기 N-도핑 영역 및/또는 상기 P-도핑 영역 및/또는 상기 중간 영역(I)의 적어도 하나의 소위 변조된 레이어는 서브레이어들의 복수의 스택들로 형성되며, 각 서브레이어는 구별되는 특징이라 불리는 서브레이어의 재료의 특징에 의해 동일한 스택 중의 다른 서브레이어들과 상이하며, 상기 서브레이어들의 두께들 및 구별되는 특징들은 레퍼런스 디바이스로 알려진 반도체 광전자 디바이스와 비교하여 대응 영역 내 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택되며, 유일한 차이점은 각 변조된 레이어가, 상기 변조된 레이어와 동일한 두께이며 상기 구별되는 특징을 제외하고는 동일한 특징들을 가지는 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 것이다.
Description
본 발명은 반도체 레이저와 같은 반도체 광전자 디바이스에 관한 것이다.
고전력 반도체 레이저는 원거리통신과 같은 다양한 응용 분야에 사용된다.
반도체 레이저의 전력은 1990년대 이후 꾸준히 증가해 왔다. 본원의 맥락에서 "전력(power)"이라는 용어는 레이저의 신뢰성있는 전력, 즉, 레이저가 서비스 수명(보통 10~15년) 동안 제공할 수 있는 전력을 의미한다. 그래서 이러한 신뢰성있는 전력은 일반적으로 최대 전력과 상이하다. 오늘날 이러한 레이저는 단일 모드에서 1990년대의 150mW에 비해 1W를 초과하는 전력을 갖는다.
다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족하려면, 더욱 강력한 반도체 레이저를 개발하는 것이 중요하다.
이러한 레이저의 출력을 높이는 것은 레이저 공동의 내부 손실을 줄이는 것을 수반한다. 실제로, 주입된 전류 단위당 전력으로 정의되는 레이저의 효율은 두 가지 파라미터들, 즉 활성 영역으로의 캐리어 주입과 내부 손실에 종속한다. 활성 영역에 주입된 캐리어와 관련된 파라미터는 이미 최적화되어 있으므로, 효율성 증가는 레이저 공동에서 내부 손실을 줄이는 능력에 따라 달라진다.
전체적인 과제는 높은 효율을 유지하고 이를 통해 레이저에 더 긴 공동을 사용하기 위해서 내부 손실을 줄이는 것이다. 실제로, 공동이 더 길면 주입이 공동 길이 전체에 걸쳐 분산되므로 레이저는 더 낮은 전류 밀도에서 작동한다. 공동이 클수록 열 저항이 감소하므로 활성 영역의 온도도 더 낮다. 또한, 레이저의 변환 효율, 즉 생성된 광 전력과 주입된 전력 간의 비율도 향상된다.
그럼으로써, 레이저 공동의 길이는 1990년 이후 계속 증가하여 1990년대 1.2~1.5mm에서 현재는 4~5mm에 이른다.
내부 손실은 반도체 레이어의 도핑의 레벨에 따라 달라지므로, 손실을 줄이기 위해 사용되는 기술은 도핑의 레벨을 줄이고 흡수가 가장 적어 손실이 가장 적은 영역에 광학장 (optical field)을 최대한 많이 배치하는 것이다. 그러나, 이러한 기술은 재료의 도핑의 레벨이 재료의 잔여 도핑 레벨을 넘어 감소될 수 없기 때문에 제한적이다.
본 발명의 목적은 반도체 레이저와 같은 반도체 광전자 디바이스의 내부 손실을 지속적으로 감소시켜 이러한 디바이스의 효율성과 신뢰성을 증가시키기 위한 대안을 제안하는 것이다.
이를 위해, 본 명세서 설명의 주제는 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 정션(junction)을 포함하는 반도체 광전자 디바이스이며, 상기 정션은 N-도핑 영역, 중간 영역 및 P-도핑 영역을 한정하는 적층의 방향을 따른 레이어들의 스택으로 형성되며,
상기 N-도핑 영역 및/또는 상기 P-도핑 영역 및/또는 상기 중간 영역의 적어도 하나의 소위 변조된 레이어는 상기 적층의 방향을 따라 서로의 위에 충접된 서브레이어들의 복수의 스택들로 형성되며,
서브레이어들의 각 스택은 적어도 2개의 서브레이어들을 포함하며, 각 서브레이어는 적층의 방향을 따른 두께를 갖고 적어도 하나의 재료로 만들어지며, 각 서브레이어는 구별되는 특징이라 불리는 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 적어도 하나의 특징에 의해 동일한 스택 중의 다른 서브레이어들과 상이하며,
변조된 레이어의 각 스택은 이전에 중첩된 스택과 동일하거나 두 스택들의 두 개의 대응 서브레이어들의 적어도 하나의 재료의 조성(composition)에서의 제한된 변화만큼 이전의 중첩된 스택과 최대로 상이하며, 상기 서브레이어들의 두께들 및 구별되는 특징들은 소위 레퍼런스 반도체 광전자 디바이스와 비교하여 전도대(conduction band) 및/또는 원자가대(valence band)의 전기-광학 특성들을 수정함으로써 대응 영역 내 자유 캐리어들 (정공, 전자)에 의한 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택되며, 유일한 차이점은 각 변조된 레이어가 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 것이며, 상기 변조되지 않은 레이어는 상기 변조된 레이어와 동일한 두께를 가지며 그리고 균일하거나 상기 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 점진적으로 변하는 적어도 하나의 구별되는 특징을 제외하고는 동일한 특징들을 가진다.
특정 실시예에 따르면, 상기 디바이스는 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 취해진 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다:
- 상기 변조된 레이어는 N-도핑 영역 또는 P-도핑 영역의 레이어이며, 상기 정션(12)은 PIN 정션이고 상기 중간 영역(I)은 진성 영역(intrinsic region)이다;
- 상기 변조된 레이어는 N-도핑 영역 또는 P-도핑 영역의 레이어이며, 상기 N-도핑 영역 및 P-도핑 영역 각각은 코어 및 클래딩(cladding)을 포함하며, 상기 코어의 광학 지수는 상기 클래딩의 광학 지수보다 크며, 상기 변조된 레이어는 대응하는 도핑 영역의 코어 또는 클래딩의 레이어이며, 유리하게는 고려되는 도핑 영역의 코어 및 클래딩 각각은 변조된 레이어를 포함한다;
- 상기 적어도 하나의 구별되는 특징은 상기 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 도핑의 레벨이다;
- 각 서브레이어의 도핑의 레벨은 동일한 스택의 다른 서브레이어들의 도핑의 레벨과 적어도 1%만큼 상이하다;
- 상기 변조된 레이어의 도핑의 평균 레벨은 대응하는 변조되지 않은 레이어의 도핑의 레벨보다 작거나 동일하다;
- 각 스택의 서브레이어들 중 하나의 서브레이어의 도핑의 레벨은 상기 서브레이어를 구성하는 적어도 하나의 재료의 도핑의 잔여 레벨이다;
- 스택의 다른 서브레이어의 도핑의 레벨보다 큰 도핑의 레벨을 갖는 상기 스택의 각 서브레이어는 상기 다른 서브레이어의 두께보다 작은 두께를 갖는다;
- 상기 적어도 하나의 구별되는 특징은 상기 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 조성(composition)이다;
- 각 서브레이어의 적어도 하나의 재료는 주기율표의 III열 및 V열 또는 II열과 VI열 또는 IV열에 속하는 화학 원소들을 포함한다;
- 서브레이어들의 각 스택의 두께는 1 나노미터 및 100 나노미터 사이에 포함되며, 바람직하게는 5 나노미터 이상이며, 유리하게는 10 나노미터 이상이다.
- 서브레이어들의 각 스택의 두께는 상기 레퍼런스 전자 디바이스와 비교하여 대응 영역 내 자유 캐리어들에 의한 광자들 흡수를 감소시키도록 선택된다.
- 상기 전도대 및/또는 상기 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은, 상기 자유 캐리어들에 의한 광자들의 흡수 원점에서, 상기 광전자 디바이스에서 순환하는 광자들의 상이한 편광들 간에 스퓨리어스 대역-내(intra-band) 전이의 발진기 강도를 상이하게 재분배하기에 적합하며, 그리고 특히 상기 대역 내 전이의 발진기 함의 대부분을 레이저 방출의 편광에 직교하는 편광으로 전달하기에 적합하다.
- 상기 전도대와 상기 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은, 상기 전도대와 상기 원자가대에서 개별 서브대역들을 생성하는 실질적으로 2차원 변조된 레이어 생성을 통해 발생한다.
- 각 스택의 각 서브레이어에는 질화갈륨이 포함되어 있지 않다.
또한 본 설명은 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 PIN 정션을 포함하는 반도체 광전자 디바이스에 관한 것이며, 상기 PIN 정션은 N-도핑 영역, 진성 영역 및 P-도핑 영역을 한정하는 적층 방향을 따른 레이어들의 스택으로 형성되며,
변조된 레이어로 알려진, N-도핑 영역과 P-도핑 영역 중 하나의 적어도 하나의 레이어는 상기 적층 방향을 따라 서로의 위에 중첩된 서브레이어들의 복수의 스택들로 형성되며,
서브레이어들의 각 스택은 적어도 2개의 서브레이어들을 포함하며, 각 서브레이어는 적층의 방향을 따른 두께를 갖고 적어도 하나의 재료로 만들어지며, 각 서브레이어는 구별되는 특징이라 불리는 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 적어도 하나의 특징에 의해 동일한 스택 중의 다른 서브레이어들과 상이하며,
변조된 레이어의 각 스택은 이전에 중첩된 스택과 동일하거나 두 스택들의 두 개의 대응 서브레이어들의 적어도 하나의 재료의 조성(composition)에서의 제한된 변화만큼 이전의 중첩된 스택과 최대로 상이하며, 상기 서브레이어들의 두께들 및 구별되는 특징들은 소위 레퍼런스 반도체 광전자 디바이스와 비교하여 대응 도핑 영역 내 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택되며, 유일한 차이점은 각 변조된 레이어가 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 것이며, 상기 변조되지 않은 레이어는 상기 변조된 레이어와 동일한 두께를 가지며 그리고 균일하거나 상기 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 점진적으로 변하는 적어도 하나의 구별되는 특징을 제외하고는 동일한 특징들을 가진다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하에서 단지 예로서 제시된 본 발명의 실시예의 설명을 읽고 다음 도면을 참조하면 나타날 것이다:
도 1은 실시예의 제1 예에 따른 반도체 레이저의 일례를 개략적으로 도시한 단면 모습,
도 2는 실시예의 제2 예에 따른 반도체 레이저의 일례를 개략적으로 도시한 단면 모습,
도 3은 실시예의 제3 예에 따른 반도체 레이저의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 2는 실시예의 제2 예에 따른 반도체 레이저의 일례를 개략적으로 도시한 단면 모습,
도 3은 실시예의 제3 예에 따른 반도체 레이저의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도.
길이 방향은 이하 설명에서 정의된다. 적층(stacking)의 방향과 횡단 방향도 정의된다. 적층의 방향은 길이 방향에 수직인 방향이며, 길이 방향에 횡단하는 평면에 포함된다. 적층의 방향은 소위 빛의 전파(propagation)의 길이 방향에 수직이다. 횡단 방향은 상기 길이 방향 및 적층의 방향에 수직이다. 길이 방향, 적층의 방향 및 횡단 방향은 도 1 내지 도 3에서 Y축, Z축, X축으로 각자 심볼화된다.
이하에서는 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 PIN 정션(12)을 포함하는 반도체 레이저(10)가 고려된다. 레이저는 우선적으로 고출력 레이저, 즉 500밀리와트(mW)보다 큰 출력을 갖는 레이저 빔을 방출하거나 흡수하기 쉬운 레이저이다. 바람직하게는, 상기 레이저 공동은 3밀리미터(mm)보다 크고 10mm보다 작은 길이를 갖는다.
이러한 레이저는 예를 들어 에르븀 도핑 광섬유 증폭기와 같은 통신 분야에 사용하기에 적합한다. 예를 들어, 레이저는 980nm에서 방출되는 GaAs(갈륨 비소) 레이저이다.
PIN 정션(12)은 적층의 방향 Z를 따른 레이어들의 스택으로 구성된다.
스택의 각 레이어는 평면 레이어이며, 즉, 상기 레이어는 두 개의 평평하고 평행한 면들 사이에서 확장된다.
각 레이어 또한 적층의 방향 Z를 따라 두께를 갖는다. 레이어의 두께는 적층의 방향 Z를 따른 상기 레이어의 두 면들 사이의 거리로 정의된다.
스택의 레이어들은 N-도핑 영역, 진성 영역(I) 및 P-도핑 영역을 한정한다. "N-도핑 영역"이란 불순물이 도입되어 전자들의 과잉 생성되는 영역을 의미한다. "진성 영역"이라는 용어는 불순물이 의도적으로 첨가되지 않은 영역을 의미하며, 상기 진성 영역은 PIN 정션(12)의 활성 영역이다. 진성 영역(I)은 전자-정공 쌍들의 재결합에 의해 빛이 발생하는 영역이다. "P-도핑 영역"이란 불순물이 첨가되어 정공들이 과잉 생성되는 영역을 의미한다.
N-도핑 영역과 P-도핑 영역 각각은 코어와 클래딩을 포함하며, 상기 코어의 광학 지수는 클래딩의 광학 지수보다 커서 도파관이 형성된다. 각 도핑 영역의 코어와 각 도핑 영역의 클래딩은 스택의 하나 또는 복수의 별개의 레이어에 대응한다.
도 1 내지 도 3은 PIN 정션(12)을 형성하는 레이어들의 스택을 도시하는 예이다. 상기 예에서, 스택을 형성하는 레이어는 기판(14) 상에 적층의 방향 Z를 따라 중첩된다. 상기 도면들에서, N-도핑 영역은 ZN으로 표시되고, 진성 영역은 ZI로, P-도핑 영역은 ZP로 표시된다. N-도핑 영역의 코어는 CN으로 표시되고, P-도핑 영역의 코어는 CP로 표시되며, N-도핑 영역의 클래딩은 GN으로 그리고 P-도핑 영역의 클래딩은 GP로 표시된다.
예를 들어, 레이저(10)가 GaAs 레이저인 경우, 기판(14)은 GaAs로 이루어진다.
변조된 레이어라 불리는 N-도핑 영역과 P-도핑 영역 중 하나의 적어도 하나의 레이어는 적층(stacking)의 방향 Z를 따른 서브레이어들의 복수의 스택들로 구성된다. 즉, 적어도 하나의 변조된 레이어는 N-도핑 영역 및 P-도핑 영역의 레이어들 중 하나이다.
각 서브레이어 스택은 적층의 방향 Z를 따라 중첩된 적어도 2개의 서브레이어를 포함한다. 서브레이어들의 각 스택은 서브레이어들의 스택 수만큼 반복되는 패턴으로 간주될 수 있다.
상기 변조된 레이어는 해당 도핑 영역의 코어 또는 클래딩의 레이어이다. 유리하게는, 해당 도핑 영역은 코어에 속하는 적어도 하나의 변조된 레이어과 클래딩에 속하는 하나의 변조된 레이어를 포함한다.
도 1은 N-도핑 영역만이 변조된 레이어들, 즉 코어를 형성하는 변조된 레이어 그리고 N-도핑 영역의 클래딩을 형성하는 변조된 레이어를 포함하는 예를 도시한다. 도 2는 P-도핑 영역만이 변조된 레이어, 즉 코어를 형성하는 변조된 레이어 그리고 P-도핑 영역의 클래딩을 형성하는 변조된 레이어를 포함하는 예를 도시한다. 도 3은 N-도핑 영역 및 P-도핑 영역 각각이 변조된 레이어들(P-도팡 영역 및 N-도핑 영역의 코어와 클래딩 사이 각각에 대해 변조된 레이어)을 포함하는 예를 도시한다.
서브 레이어 스택들은 적층 방향(Z)을 따라 서로 중첩되어 모든 서브 레이어 스택들의 두께(스택을 구성하는 서브 레이어들의 두께들의 합)가 변조된 레이어의 두께와 동일해진다. .
바람직하게는, 변조된 레이어를 형성하는 서브레이어들의 스택들 수는 10 이상이다. 그럼으로써, 서브레이어들의 각 스택의 두께가 1nm와 100nm 사이에 포함될 때에, 상기 변조된 레이어의 전체 두께는 전형적으로 10nm와 10μm 사이에 포함된다.
각 서브레이어는 평면형 서브레이어이며, 즉, 서브레이어는 두 개의 평평한 평행한 면들 사이에서 확장된다.
각 서브레이어는 적층 방향 Z를 따른 두께를 갖는다. 언더레이의 두께는 적층 방향 Z를 따른 상기 언더레이의 두 면들 사이의 거리로 정의된다. 각 서브레이어의 두께는 대응하는 변조된 레이어의 두께보다 엄격하게 작다. 바람직하게는, 각 서브레이어의 두께는 1 나노미터(nm) 이상 또는 100 nm 이하이다.
바람직하게는, 서브레이어들의 각 스택의 두께는 1나노미터 내지 100나노미터 사이에 포함된다.
각 서브레이어는 적어도 하나의 재료로 구성된다.
유리하게는, 각 서브레이어의 적어도 하나의 재료는 복수의 화학 원소들로 구성된다. 화학 원소는 만텔레예프(Mendeleev) 주기율 표의 원소이다. 바람직하게는, 상기 원소는 주기율표의 III열과 V열 또는 II열과 VI열 또는 IV열에 속한다. 예를 들어, 상기 재료는 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 또는 인듐 인화물(InP) 또는 이들의 합금인 InGaAsP 또는 InGaAlAs이다.
일 실시예에서, 각 서브레이어는 하나의 재료로 만들어진다. 변형에서, 적어도 하나의 서브레이어는 복수의 재료들로 만들어지며, 상기 재료들은 동일한 화학 원소들로 형성되지만 화학 원소들의 조성(비율)에 차이가 있다.
각 서브레이어는 그 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 적어도 하나의 특징(구별되는 특징(distinctive feature)으로 지칭됨)에 의해 동일한 스택의 다른 서브레이어와 상이하다.
바람직하게는, 상기 구별되는 특징은 각 서브레이어의 물질의 도핑의 레벨 및 상기 서브레이어의 물질의 조성 중 적어도 하나이다. 도핑 레벨은 결정 격자의 입방 센티미터당 도핑 불순물들(전자 공여체 또는 전자 수용체)의 수로 정의된다. 상기 도핑 레벨은 부피 기준이다. 조성은 재료를 구성하는 화학 원소들의 비율로 정의된다.
달리 공식화하면, 이러한 실시예에서, 동일한 스택의 두 개의 별개의 서브레이어들의 두 가지 재료들에 대해, 세 가지 경우가 가능하다:
- 두 재료들은 동일한 조성을 갖지만 상이한 도핑 레벨을 가진다.
- 두 재료들의 도핑 레벨은 동일하지만 상이한 조성을 가진다, 그리고
- 두 재료들은 상이한 도핑 레벨 및 상이한 조성을 가진다.
일 실시예에서, 변조된 레이어를 형성하는 스택들은 동일하다. 그러므로, 변조된 레이어의 각 스택은 이전에 중첩된 스택과 동일하다. 상기 이전 스택은 해당 스택이 중첩된 스택이다.
실시예의 변형에서, 적어도 하나의 스택은 다른 스택들과 상이하다.
상기 변형에서, 각 스택은, 이전에 중첩된 스택의 대응하는 서브레이어들의 적어도 하나의 재료의 조성과 비교하여 스택의 각 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 조성에서의 제한된 변화만큼 상기 이전에 중첩된 스택과 최대로 상이한 것이 바람직하다 (두 스택들의 두 대응 서브레이어들 중 적어도 하나의 재료는 서로 다른 조성을 가짐). 즉, 한 스택로부터 다른 스택까지, 서브레이어들의 수, 서브레이어들의 두께, 서브레이어 재료들의 화학 원소 및 도핑 레벨들이 동일하다. 그러나, 스택의 서브레이어의 재료 조성은 이전 스택의 대응 서브레이어의 조성과 비교하여 (제한된 변화 내에서 주어진 값만큼) 증가하거나 감소한다.
"최대로 (at most)"라는 상기의 용어는 구성의 변화가 유일한 차이점이며 동일한 것이 없을 수 있으며, 이 경우 고려되는 스택들은 동일하다는 것을 의미한다.
"대응 서브레이어"라는 용어는 고려되는 스택의 서브레이어와 다`른 스택 내에서 동일한 위치를 갖는 다른 스택의 서브레이어를 의미한다. 이에 의해, 예를 들어, 제1 스택의 베이스에 가장 가까운 상기 제1 스택의 서브레이어는 제2 스택의 베이스에 가장 가까운 상기 제2 스택의 서브레이어과 비교되고, 다른 서브레이어들도 마찬가지이다. .
"제한된 변화"라는 상기의 용어는 고려된 2개의 스택들의 2개의 서브레이어들의 재료들의 조성들이 미리 결정된 값 범위 내에서 백분율만큼 서로 다르다는 것을 의미한다. 예를 들어, 조성에서의 변화는 0 및 2% 사이에 포함된다.
이러한 변형에서, 상기 변화는 변조된 레이어의 두께에 걸쳐 점진적인 것이 바람직하며, 즉, 상기 변조된 레이어의 두께에 걸쳐 전체 조성에서의 증가 또는 감소로 이어진다.
예를 들어, 그러한 변화의 예시로서, 상기 변조된 레이어는 3개의 중첩된 스택들을 포함하고, 그 스택들 각각은 2개의 서브레이어들로 형성된다. 구별되는 특징은 서브레이어들의 재료들의 조성이다. 상기 제1 스택 및 제2 스택은 동일하며 다음을 포함한다:
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 28Ga0 . 72As의 제1의 10nm 두께인 서브레이어, 그리고
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 32GA0 . 68As 의 제2의 20nm 두께인 서브레이어.
제3 스택은 다음을 포함한다:
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 29Ga0 . 71As의 제1의 10nm 두께의 서브레이어, 그리고
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 33GA0 . 67As의 제2의 20nm 두께의 서브레이어.
그래서, 본 예의 상기 제3 스택은 제1 스택 및 제2 스택의 대응하는 서브레이어들과 비교하여 서브레이어들의 재료 조성에서 (0.01)의 변화를 갖는다.
상기 서브레이어들의 두께 및 구별되는 특징은 소위 레퍼런스 반도체 레이저와 비교하여 대응 도핑 영역에서 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택된다. 이러한 광자 흡수는 도핑된 영역의 자유 캐리어(정공 또는 전자)에 의한 활성 영역으로부터의 광자들 흡수로 인한 허위 현상이다. 이러한 현상을 "자유캐리어 흡수"라고도 한다.
레퍼런스 레이저는, 변조된 각 레이어가 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 점에서만 고려되는 레이저와는 상이하다. 변조되지 않은 레이어는 대응하는 변조된 레이어과 동일한 두께를 가지며 그리고 (사용된 기술의 한계 내에서) 균일하거나 또는 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 점진적으로 변하는 구별되는 특징들을 제외하고는 동일한 특징들을 갖는다.
"균일"이라는 용어는 상기 구별되는 특징의 값이 상기 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 동일함을 의미한다. 따라서, 상기 구별되는 특징이 서브레이어들의 재료의 도핑의 레벨일 때에, 상기 변조되지 않은 레이어의 재료의 도핑의 레벨은 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 동일한 값을 갖는다. 구별되는 특징이 서브레이어 재료의 조성인 때에, 상기 변조되지 않은 레이어의 재료의 조성은 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 동일하다.
"점진적 변화"라는 용어는 상기 구별되는 특징의 값이 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 점진적으로 증가하거나 감소함을 의미한다.
일례에서, 고려되는 도핑된 영역에서의 광자의 흡수는 공동 (cavity) 길이의 함수로서 다양한 길이의 레이저의 외부 효율의 회귀를 수행함으로써 정량화된다. 이러한 회귀는 예를 들어 Coldren, L. 등의 "Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits", 챕터 2(1995)에서 설명된다.
바람직하게는, 고려되는 영역에서의 광자 흡수는 레퍼런스 레이저에 비해 최소 0.1cm-1 감소된다.
바람직하게는, PIN 정션(12)은 기판(14)으로부터의 에피택시(epitaxy)에 의해서만 얻어진다. 에피택시는 다른 결정 위에 결정을 성장시키며, 이때에 각 결정은 다른 결정과 공통된 다수의 대칭 요소를 갖는 결정 격자를 포함하는 기술로 이해된다. 사용되는 에피택시 기술은 예를 들어 분자빔 에피택시, 액상 에피택시 및 유기금속 증기상 에피택시 중에서 선택된다.
이에 따라, 균일한 레이어 또는 점진적인 변화 레이어 대신에, 반복되는 특정 서브레이어들이 교번하여 구성된 변조된 레이어의 생성은 고려되는 도핑 영역의 자유 캐리어에 의한 광자 흡수를 변형시키는 것을 가능하게 하며, 그럼으로써 내부 손실을 줄인다. 즉, 변조된 레이어의 구조는, 상기 변조된 레이어가 N-도핑 영역에 속할 때에 전도대(conduction band)에서 전기-광학 특성을 수정하며, 그리고 P-도핑 영역에 속할 때에 원자가대(valence band)에서 전기-광학 특성을 수정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 변형은 고려되는 도핑된 영역들의 자유 캐리어에 의한 광자의 흡수를 억제하는 데 기여하는 요인 중 하나이다.
이하에서는, 구별되는 특징이 서브레이어의 재료들의 도핑의 레벨인 경우에, 상기 변조된 레이어 구조의 유리한 특징이 주어진다. 이러한 경우, 도핑된 초격자(superlattice)들의 구조가 생성된다. 초격자(SR)는 일반적으로 N 레이어의 경우 n-i-n-i 유형이고 P 레이어의 경우 p-i-p-i 유형이다.
바람직하게는, 각각의 서브레이어의 도핑의 레벨은 동일한 스택의 다른 서브레이어들의의 도핑이 레벨과 적어도 1%만큼 다르다.
바람작하게는, 변조된 레이어의 도핑의 레벨의 평균(서브레이어들의 두께를 고려한 서브레이어들의 도핑의 레벨로부터 구함)은 (레퍼런스 레이저의) 대응하는 변조된 레이어의 도핑의 레벨보다 작거나 같다. 이에 따라, 서브레이어들의 반복적인 스택들의 구조는 레이어의 두께에 걸쳐 동일한 도핑 레벨을 갖는 레이어에 대한 평균 도핑 레벨을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 각 스택의 서브레이어들 중 하나의 서브레이어의 도핑의 레벨은 그 서브레이어를 구성하는 재료의 도핑의 잔여 레벨이다. 도핑의 상기 잔여 레벨은 재료에 의도적으로 불순물을 첨가하지 않았음에도 불구하고 얻어지는 도핑의 레벨이다. 따라서, 각 스택이 단지 2개의 서브레이어만을 포함하는 경우, 변조된 레이어는 그 변조된 레이어, 도핑된 서브레이어 및 고유 도핑 서브레이어의 두께에 걸쳐 반복적인 교번으로 구성된다.
바람직하게는, 동일한 스택의 다른 서브레이어의 도핑 레벨보다 더 큰 도핑 레벨을 갖는 스택의 각 서브레이어는 상기 다른 서브레이어의 두께보다 작은 두께를 갖는다.
실험적 실시예의 결과인 특정 예가 이하에 설명된다.
이러한 예에서, 980nm GaAs 레이저 구조가 다음의 두 가지 변형들에 따라 생산된다:
- 레퍼런스 레이저를 형성하는 표준 레이저 구조. 상기 구조는 Proc. SPIE 7198, High-Power Diode Laser Technology and Applications VII, 71981D (2009년 월 23일)에서 M. Bettiati 등에 의한 "Reaching 1 watt reliable output power on single-mode 980 nm pump lasers" 제목의 논문에서 설명된 구조의 원리에 따라 생성되었다. 상기 구조에서, N-도핑 영역은 다음을 포함한다:
· 5x1016cm-3의 일정한 도핑 레벨(Si 원자)과 AlGaAs 재료의 매트릭스로 3μm 두께의 클래딩을 형성하는 제1의 변조되지 않은 레이어, 및
· 5x1016cm-3의 일정한 도핑 레벨(Si 원자)과 AlGaAs 재료의 매트릭스로 두께 900nm의 코어를 형성하는 변조되지 않은 제2 레이어.
- 제1, 제2 변조되지 않은 레이어가 각각 동일한 두께의 제1, 제2 변조된 레이어로 대체되고 서브레이어들의 동일하고 중첩된 복수의 스택들으로 형성된다는 차이점이 있는 등가 레이저 구조. 서브레이어들의 각 스택은 2개의 서브레이어를 포함한다. 각 스택의 제1 서브레이어는 10 nm의 두께와 6x1016 cm-3의 일정한 도핑 레벨(Si 원자)을 갖고, 각 스택의 제2 서브레이어는 20 nm의 두께와 2.5x1016cm-3 (재료의 잔류 도핑 레벨)에서 일정한 도핑 레벨(Si 원자)을 갖는다. 이에 따라, 제1 변조된 레이어(클래딩)은 100개의 스택(스택당 두께 3μm 및 두께 30nm)으로 구성되고, 제2 변조된 레이어(코어)은 30개의 스택으로 구성된다.
그러므로 이러한 접근 방식은, N-도핑 영역에서 도핑의 레벨(디지털 도핑이라고도 함)의 주기성을 가진 교번하는 서브레이어들의 원리를 통합한 구조를 성능이 알려진 표준 구조와 비교하는 것을 가능하게 한다. 상기 접근 방식에서, 효율이라고 불리는 파워 레이저의 주요 파라미터에 대한 비교가 이루어졌으며 이는 컴포넌트의 레이저 방출 효율을 정량화한다. 그것은 SE(Slope Efficiency)라고도 종종 언급되며 W/A(암페어당 와트) 단위로 측정된다. 이 파라미터의 기술적 표현은, 예를 들어, Coldren, L. 등의 "Diode Lasers and Photonic Integrated circuits"(1995)라는 제목의 책 챕터 2에서 다음과 같이 정의된다:
여기에서:
· 는 활성 영역에 주입된 캐리어의 비율로 정의되는 내부 양자 효율이며,
· h는 플랑크 상수이고,
· v는 레이저 방출의 주파수이고,
· e는 전자의 전하이고,
· αi는 내부 손실이며, 그리고
· αm은 동일한 반사율 R을 갖는 다면 레이저에 대한 거울 손실(αm = (1/L) ln(1/R)이며; 그리고 L은 레이저의 길이임)이다.
SE라는 표현은 내부 손실 를 명확하게 보여준다. 따라서 내부 손실 의 감소는 효율성 SE에서의 증가로 이끈다.
공동 길이가 3.9mm인 레이저의 경우, 짧은 펄스 주입 조건 (< 1μs)에서 측정되어 획득된 효율은 표준 구조의 경우 0.460W/A이고 수정된 구조(서브레이어)의 경우 0.494W/A이다. 0.494 / 0.460 = 1.074이므로 레이저 효율의 증가는 약 7%이다. 이로써, 효율 SE의 증가는 서브레이어 구조가 내부 손실을 감소시키는 것으로 이어진다는 것을 보여준다. 그러나 이러한 첫 번째 성과는 공동 길이가 3.9mm인 레이저로 이루어졌다는 점에 유의해야 한다. 합리적으로는 최대 길이 8~10mm인 더 긴 캐비티를 구비한 레이저에 대해 더 높은 값에서 효율성 증가가 예상된다. 이러한 공동의 경우 효율 증가는 10~11%에 이를 수 있을 것으로 추정된다. 예를 들어, 공동 길이가 10.2mm이고 표면적이 넓은 (활성 영역 너비 100μm) 레이저의 경우, SE가 0.36에서 0.40W/A로 변경되었기 때문에 10~11%의 이득이 얻어졌다.
P-도핑 영역의 레이어를 수정함으로써 내부 손실을 더욱 감소시켜 레이저 효율을 더욱 높일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
다른 예에서, 변조된 레이어는 각각 다음을 포함하는 다음 서브레이어들의 동일한 스택들을 포함한다:
- 6x1016cm-3의 도핑(Si 원자) 레벨을 갖는 제1의 10nm 두께의 AlGaAs 서브레이어, 및
- 5x1016cm-3의 도핑(Si 원자) 레벨을 갖는 제2의 25nm 두께의 AlGaAs 서브레이어.
또 다른 예에서, 변조된 레이어는 각각 다음을 포함하는 다음 서브레이어들의 동일한 스택들을 포함한다:
- 6x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 제1의 15nm 두께의 InP 서브레이어, 및
- 3x1016cm-3의 도핑(Si 원자) 레벨을 갖는 제2의 30nm 두께의 InP 서브레이어.
또 다른 예에서, 변조된 레이어는 각각 다음을 포함하는 다음 서브레이어들의 동일한 스택들을 포함한다:
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 28Ga0 . 72As의 제1의 10nm 두께인 서브레이어, 그리고
- 5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 32GA0 . 68As 의 제2의 20nm 두께인 서브레이어.
또 다른 예에서, 변조된 레이어는 각각 다음을 포함하는 다음 서브레이어들의 동일한 스택들을 포함한다:
- 6x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 28Ga0 . 72As의 제1의 10nm 두께인 서브레이어, 그리고
- 2.5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 32GA0 . 68As 의 제2의 20nm 두께인 서브레이어.
또 다른 예에서, 변조된 레이어는 각각 다음을 포함하는 다음 서브레이어들의 동일한 스택들을 포함한다:
- 6x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 28Ga0 . 72As의 제1의 10nm 두께인 서브레이어, 그리고
- 2.5x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 32GA0 . 68As 의 제2의 20nm 두께인 서브레이어. 및
- 4x1016cm-3의 도핑 (Si 원자) 레벨을 갖는 Al0 . 3GA0 . 7As의 제3의 10nm 두께의 서브레이어.
이에 따라, 상기 설명된 레이저 구조는 서로 다른 특징R(도핑 레벨 및/또는 조성)을 갖는 서브레이어들의 주기적 반복되는 교대에 의해, PIN 정션의 도핑 영역의 자유 캐리어에 의한 광자 흡수로 인한 내부 손실을 줄이는 것을 가능하게 한다. 이로써 레이저의 효율성과 신뢰성이 향상된다. 또한, 내부 손실을 크게 줄이는 것은 레이저의 순수한 광학 효율에 추가로, 레이저에 주입되며 IxV (레이저에 주입된 전류와 이를 주입하기 위해 필요한 전압의 곱)와 동일한 전체 전력에 대한 정규화된 Popt 레이저에 의해 방출되는 전체 광학 전력의 비율로 표현되는, 컴포넌트의 전체 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
당업자는, 위에서 설명된 실시예들이 기술적으로 호환 가능하고, 여기에 설명된 본 발명이 구체적으로 설명된 실시예로 국한되지 않으며, 그리고 임의의 동등한 다른 실시예가 본 발명에 동화되어야 한다는 전제하에, 상기 실시예들이 결합되어 새로운 실시예를 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 레이저의 경우에 설명되었지만, 본 발명은 모든 반도체 광전자 디바이스, 특히 광검출기 또는 광전지에 적용된다. 그러한 경우, 레이저라는 용어는 상기 설명에서 반도체 광전자 디바이스라는 용어로 대체되어야 한다.
또한, 전도대 및/또는 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은 (광전자 디바이스의 레이저 공동에서 순환하는) 광자들의 상이한 편광들 사이에서 스퓨리어스 대역 내 전이(자유 캐리어에 의한 광자 흡수 원점에서)의 발진기 강도를 상이하게 재분배하는 것을 가능하게 하며, 특히 상기 대역 내 전이의 발진기 강도의 대부분 (또는 심지어 전부)을 레이저 방출의 편광에 직교하는 편광으로 전달할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 방식에서, 자유 캐리어에 의한 흡수를 담당하는 상기 전이에서 레이저 방출을 거의 완전히 분리하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 변조된 레이어가 N-도핑 영역에 또는 P-도핑 영역에 있지만 동시에 두 영역에 있지 않은 때에, 상기 변조된 레이어는 N-도핑 영역에서 변조된 레이어에 대한 전도대에서 또는 P-도핑 영역에서 변조된 레이어에 대한 원자가대에서 자유 캐리어에 의한 광자 흡수의 감소에 유익한 효과를 부여하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 반면, 전도대와 원자가대의 전기-광학 특성들은 일반적으로 두 경우 모두 변조된 레이어에 의해 수정되는데, 이는 특히 재료가 준2차원 특성을 갖기 때문이다.
또한, 전도대와 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은 본질적으로 2차원인 준-2D 변조된 레이어(도핑 초격자 및/또는 조성 초격자)의 생성에 의해 발생하며, 이는 전도대와 원자가대에서 개별 서브대역들을 생성한다. 더욱이, 변조된 레이어에서, 서로 다른 편광에 대한 대역내 전이의 발진기 강도들의 분포 및 선택 규칙은 그러한 특정 구조를 갖지 않는 등방성 3차원 재료에 대해 유리하게 다르다 (재료가 등방성이라는 사실은 발진기 강도가 세 방향 모두에서 동일하다는 것을 의미한다).
서브레이어의 두께 및 구별되는 특징에 추가로, 서브레이어들의 각 스택의 두께도 레퍼런스 전자 디바이스에 대한 대응 도핑 영역 내 자유 캐리어에 의한 광자 흡수를 감소시키기 위해 바람직하게 선택된다는 점에 유의해야 한다.
바람직하게는, 서브레이어들의 각 스택의 두께는 5 nm 이상, 바람직하게는 10 nm 이상이다.
또한 각 변조된 레이어는 SPSL(Short Period Superlattice)과 다르다.
특정 실시예(보충 또는 변형)에서, 각 스택의 각 서브레이어는 질화갈륨(GaN)을 전혀 포함하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
특정 실시예(보충 또는 변형)에서, 변조된 레이어는 대응하는 도핑 영역의 코어의 적어도 하나의 레이어라는 점에 유의해야 한다.
당업자는 설명된 광전자 디바이스가 소위 '다이아몬드' 결정 구조 또는 아연-블렌드 구조를 갖는 III-V 반도체에 더욱 특히 적합하다는 것을 이해할 것이다.
더욱이, 대안의 실시예에서, 위에서 설명한 변조된 레이어는 N-도핑 영역, (N-도핑 영역 및 P-도핑 영역 사이의) 중간 영역 및 P-도핑 영역을 한정하는 적층의 방향을 따른 레이어들의 스택에 의해 형성된 정션을 포함하는 반도체 광전자 디바이스에도 적용 가능하다. 그런 경우, 변조된 레이어는 중간 영역, 그리고 예를 들어 더 정확하게는 활성 영역(전하 캐리어들의 재결합이 일어나는 영역)에 속하는 레이어이다. 보다 구체적으로, 변조된 레이어는 예를 들어 구별되는 특징의 복수의 변조 주기들을 통합하기에 충분한 두께를 갖는 이중 헤테로구조(Double Heterostructure, DH) 레이저의 활성 (등방성) 영역의 레이어이다. 고려되는 두께는 예를 들어 100nm 이상이다.
이에 의해, 그러한 대안의 실시예에서, 상기에서 설명된 실시예의 모든 특징들이 적용 가능하며, 유일한 차이점들은 상기 변조된 레이어의 중간 영역으로의 통합은 물론이며, 반드시 PIN 정션일 필요는 없는 정션 그리고 반드시 진성(intrinsic)일 필요는 없는 중간 영역이다. 이전 실시예에서, 진성 영역은 중간 영역에 대응한다는 점에 유의해야 한다.
보다 구체적으로, 그러한 대안의 실시예에서, 상기 구별되는 특징이 어떤 재료의 조성(composition)인 경우, 중간 영역은 진성 영역일 수 있다. 반면에, 상기 구별되는 특징이 도핑의 레벨인 경우, 중간 영역은 진성 영역과 다르다 (그 이유는 동일한 것이 변조된 레이어를 통해 도핑되기 때문임). 중간 영역이 도핑되는 경우, 그 도핑은 N-도핑 및/또는 P-도핑이다.
그런 대안의 실시예는 다른 변조된 레이어의 N-도핑 영역 및/또는 P-도핑 영역으로의 통합과 또한 호환 가능하다.
Claims (15)
- 빛을 방출하거나 흡수하기 쉬운 정션(12)을 포함하는 반도체 광전자 디바이스(10)로서, 상기 정션(12)은 N-도핑 영역, 중간 영역(I) 및 P-도핑 영역을 한정하는 적층의 방향(Z)을 따른 레이어들의 스택으로 형성되며,
상기 N-도핑 영역 및/또는 상기 P-도핑 영역 및/또는 상기 중간 영역(I)의 적어도 하나의 소위 변조된 레이어는 상기 적층의 방향(Z)을 따라 하나의 서브레이어가 다른 서브레이어 위에 충접된 서브레이어들의 복수의 스택들로 형성되며,
서브레이어들의 각 스택은 적어도 2개의 서브레이어들을 포함하며, 각 서브레이어는 적층의 방향(Z)을 따른 두께를 갖고 적어도 하나의 재료로 만들어지며, 각 서브레이어는 구별되는 특징이라 불리는 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 적어도 하나의 특징에 의해 동일한 스택 중의 다른 서브레이어들과 상이하며,
변조된 레이어의 각 스택은 이전에 중첩된 스택과 동일하거나 두 스택들의 두 개의 대응 서브레이어들의 적어도 하나의 재료의 조성(composition)에서의 제한된 변화만큼 이전의 중첩된 스택과 최대로 상이하며, 상기 서브레이어들의 두께들 및 구별되는 특징들은 소위 레퍼런스 반도체 광전자 디바이스와 비교하여 전도대(conduction band) 및/또는 원자가대(valence band)의 전기-광학 특성들을 수정함으로써 대응 영역 내 자유 캐리어들에 의한 광자들의 흡수를 감소시키도록 선택되며, 유일한 차이점은 각 변조된 레이어가 변조되지 않은 레이어로 대체된다는 것이며, 상기 변조되지 않은 레이어는 상기 변조된 레이어와 동일한 두께를 가지며 그리고 균일하거나 상기 변조되지 않은 레이어의 두께에 걸쳐 점진적으로 변하는 적어도 하나의 구별되는 특징을 제외하고는 동일한 특징들을 가지는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 변조된 레이어는 N-도핑 영역 또는 P-도핑 영역의 레이어이며, 상기 정션(12)은 PIN 정션이고 상기 중간 영역(I)은 진성 영역(intrinsic region)인, 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변조된 레이어는 N-도핑 영역 또는 P-도핑 영역의 레이어이며, 상기 N-도핑 영역 및 P-도핑 영역 각각은 코어 및 클래딩(cladding)을 포함하며, 상기 코어의 광학 지수는 상기 클래딩의 광학 지수보다 크며, 상기 변조된 레이어는 대응하는 도핑 영역의 코어 또는 클래딩의 레이어이며, 유리하게는 고려되는 도핑 영역의 코어 및 클래딩 각각은 변조된 레이어를 포함하는, 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구별되는 특징은 상기 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 도핑의 레벨인, 디바이스.
- 제4항에 있어서, 각 서브레이어의 도핑의 레벨은 동일한 스택의 다른 서브레이어들의 도핑의 레벨과 적어도 1%만큼 상이한, 디바이스.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 변조된 레이어의 도핑의 평균 레벨은 대응하는 변조되지 않은 레이어의 도핑의 레벨보다 작거나 동일한, 디바이스.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스택의 서브레이어들 중 하나의 서브레이어의 도핑의 레벨은 상기 서브레이어를 구성하는 적어도 하나의 재료의 도핑의 잔여 레벨인, 디바이스.
- 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 스택의 다른 서브레이어의 도핑의 레벨보다 큰 도핑의 레벨을 갖는 상기 스택의 각 서브레이어는 상기 다른 서브레이어의 두께보다 작은 두께를 갖는, 디바이스.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구별되는 특징은 상기 서브레이어의 적어도 하나의 재료의 조성인, 디바이스.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 서브레이어의 적어도 하나의 재료는 주기율표의 III열 및 V열 또는 II열과 VI열 또는 IV열에 속하는 화학 원소들을 포함하는, 디바이스.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 서브레이어들의 각 스택의 두께는 1 나노미터 및 100 나노미터 사이, 바람직하게는 5 나노미터 이상, 유리하게는 10 나노미터 이상인, 디바이스.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 서브레이어들의 각 스택의 두께는 상기 레퍼런스 전자 디바이스와 비교하여 대응 영역 내 자유 캐리어들에 의한 광자들 흡수를 감소시키도록 선택되는, 디바이스.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도대 및/또는 상기 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은, 상기 자유 캐리어들에 의한 광자들의 흡수 원점에서, 상기 광전자 디바이스(10)에서 순환하는 광자들의 상이한 편광들 간에 스퓨리어스 대역-내(intra-band) 전이의 발진기 강도를 상이하게 재분배하기에 적합한, 그리고 특히 상기 대역 내 전이의 발진기 강도의 대부분을 레이저 방출의 편광에 직교하는 편광으로 전달하기에 적합한, 디바이스.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도대와 상기 원자가대의 전기-광학 특성들을 수정하는 것은, 상기 전도대와 상기 원자가대에서 개별 서브대역들을 생성하는 실질적으로 2차원 변조된 레이어의 형성을 통해 발생하는, 디바이스.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스택의 각 서브레이어는 질화갈륨을 전혀 포함하지 않는, 디바이스.
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