KR940001793B1 - 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저장치 - Google Patents

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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저장치
제1도는 본 발명의 모든 장치에 포함된 대표적인 레이저 구조의 개략 측면도.
재2도는 횡축에 파장, 종축에 강도를 표시하여, 본 발명의 한 실시예의 장치에 있어서, 1개는 임계치 아래이고 3개는 임계치 위인 4개의 펌프 수준에 대하여 방사파장에 대한 세기의 관계를 도시한 그래프.
제3도는 레이저 캐비티의 활성 영역의 방사면과의 직접적인 섬유(fiber) 결합을 포함한 변경예를 제공하는 제1도의 구조의 단순화 측면도.
제4도는 본 발명에 따른 레이저 어레이를 포함하는 직접 회로의 일부를 도시하는 사시도.
제5도는 전자 구동 회로를 가진 제4도에 포함된 레이저 구조물을 포함하는 집적 회로의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 활성층, 활성영역 2, 3 : 보호층
4 : 하부 DBR 5 : 고굴절율층
6 : 저굴절율층 7 : 기판
8 : 상부 DBR 11 : 브래그층
12 : 미러층, 금속 리플렉터 13 : 접촉층
15, 16 : 전극 17 : 광섬유
18 : 기판 구멍 31a : 레이저 퀀텀 웰
31b, 31c : 스페이서 34 : 하부 브래그 리플렉터
[발명의 분야]
본 발명은 레이저 발진에 대한 저임계 전류를 목적으로 설계된 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저(빛의 증폭 장치) 구조물에 관한 것이다. 개별 디바이스가 고려되고 있으나, 중요한 특징은 저임계치(그리고 결과적으로 낮은 가열량을 동반)로 인해서 현재 실용화된 집적화된 가능 구조이다.
[종래 기술의 설명]
최근의 많은 개발에 있어서, 개별 및 집적화된 디바이스의 저렴하고 확실한 레이저에 대한 필요성이 주목되고 있다. 레이저가 광통신, 의료 수단, 무기, 기초과학 연구 등의 많은 전문 분야에서 중요함에 비해서 개발은 매우 지연되고 있다. 고밀도 소형 집적장치를 이용할 수 없는 것으로 인한 공전이 특히 현저하다.
칩상에서의 소자 대소자 통신, 칩대칩 통신, 반도체 소자에 의존하는 스위칭, 증폭 및 기타 기능의 수행을 허용하는 집적화 가능한 레이저의 이점은 중요하며 변화하고 잇다. 전광형(all-optic) 회로를 사용함으로써 계산 속도를 배가시킬 수 있다고 추정된다. 고밀도 레이저 어레이를 사용하는 투영형 디스플레이(projection display) 및 레이저 프린터는 산업에 막대한 영향을 미칠 것이다.
광학적 상호 접속은 대체로 전자 및 광학적 기능을 수행하기 적합한 재료로 구성된 집적 회로에 사용하는 것이 고려되고 잇다. 적절한 밴드갭 값을 가진 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 및 다른 화합물 반도체는 광전자 집적 회로(OEIC, Opto Electronic Integrated Ciruits)에 사용될 것이다. 광학적 기능은 또한 실리콘 기술과 연관되어 중요한 역할을 할 것이다. 실리콘 회로는 당분간 전자 광학적 측면이 우세하겠으나, 예로서 칩대칩 통신을 제공하는 다른 재료로 만들어진 칩을 중첩시킴으로써 광학적 능력도 구비할 수도 있다.
광 섬유의 신속한 개발로 원거리 통신은 이미 대변혁이 일어났다. 값싼 레이저의 이용가능성은 섬유 광학을 루우프 플랜트(loop plant) 및 단말 접속(산업 및 가정용)에 까지 확장할 수 있다.
다른 가능성에는 정확한 위치 결정(pointing)을 위한 조향 가능 빔과 고출력 에레이가 포함된다.
그러한 잠재적 사용 가능성도 간과되지 않았다, 전세계적인 강한 노력의 결과 매우 중대한 진전이 있었다. 최근의 연구결과는 분자빔 에피택시(MBE : Molecular Beam Epitaxy)와 금속 유기 화학 증착법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Dopositoin)과 같은 복잡한 가공 기술을 이용하여 소형 디바이스들을 개발하였다. 특히, 분자선 에피택시는 파장 길이(의도하는 방사선)의 미세함을 목적으로 치수 제어, 치수 동종성, 무결함 및 표면 평탄성을 요구하는 다층 구조물을 출현시켰다. 표면 방사 수직 레이저는 활성 영역에서 이러한 다층 구조(즉, 퀀텀웰의 형태로)를 이용할 수 있을 뿐만 아니라 캐비티(분포 브레그 리플렉터, DBR : Distributed Bragg Reflector, 형태로)를 한정하기 위하여 이용할 수도 있다.
보다 일반적인 레이저를 사용하는 데에 있어서 주요한 장애는 레이저 동작에 따르는 열의 발생으로 인한 온도 증가이다. 이러한 현상은 집적화의 경우, 특히 집적화의 주된 목적으로 하는 집적밀도의 향상에 따라서 문제가 더욱 악화될 수 있다. 주어진 수준의 작동 효율에 있어서, 레이저 발진 임계치가 감소될수록 방열의 필요성도 감소된다. 그리고, 레이저 발진 임계치는 활성 재료의 체적에 직선적으로 의존한다. 이 체적을 감소시키는 방향으로 노력이 경주되었다.
캐비티 구조는 미러(mirror)들 사이에 있는 활성 재료의 두께를 결정하는 중요한 요소이다. 레이저 발진구조의 궁극적인 요구 사항은 자극된 방사의 행정 이득(per-pass gain)을 수용하는 반사율/손실 특성에 대한 것이다. 최근에 발표된 연구는 표면 방사 구조내의 싱글 퀀텀 웰 하나만으로 레이저 발진을 허용하는 데에 있어서의 궁극적인 한계에 까지 이것을 수행하였다(1988년 12월 11일 간행된 "어플라이드 피직스 레터즈", 볼륨 55(24), 2473-2475페이지("Applied Physics Letters", vol.55(24), pp.2473-2475(December 11, 1989)). 이 연구는 거의 완전한 반사율(각각 약 20주기의 DBR미러를 사용한 결과 980nm의 레이저 파 파장에 대해 99.9%의 반사율)의 DBR미러의 사용에 의존한다. 제1실험이 광학적 펌핑에 근거한 반면에, 저자들은 전기적인 펌핑의 사용을 즉각 실현하였다.
시판중인 대부분의 중요한 디바이스들이 취하는 형태인 전기적 펌핑은 문제점을 가지고 있다. 현재까지 명백히 가장 바람직하다고 하는 DBR은 직렬의 전기 펌프 경로에서 작용하기 위하여 필요한 전기적 특성을 본래 가지지 않는다. 적절한 투과성, 굴절율(n), 층간 굴절률 차이(△n)을 갖는 최적화된 브래그 구조물은 I2R의 손실 및 가열을 야기시켜서, 활성 재료의 체적의 증가될(그리고, 추가 가열의) 필요가 있다. 어떤 수준을 넘어서면, 가열이 너무 커서 증가된 체적에 의해 보상되지 않는다. 필요한 pn 접속을 만들기 위한 DBR의 수정은 도우핑(doping)을 필요로 하지만, 도우핑은 무조건적으로 중심을 교란시켜 추가적 손실을 유발한다(활성 재료의 체적에 있어서 추가적 증가를 요한다). 여러가지 설계 조건중에서 중요한 인자는 방사 방향으로의 두께 치수이며, 이는 회절 효과를 차지하더라도, 손실 및 이득이 통상 측면 영역에서의 측면치수에 직선적으로 좌우되기 때문이다.
1988년 7월 21일자 간행된 "일렉트로닉스 레터즈", "볼륨 24, 넘버 15,928 및 929페이지("Electrnics Letters, "vol.24, no.15, pp.928, 929(July 21, 1988))의 논문에 발표된 한 연구는 전기적 경로와 광학적 경로를 구별하여 제공함으로써 문제점을 해결하고자 하였다. 상기 논문에서 3㎛의 두께와 30㎛의 직경을 갖는 활성 영역을 갖는 표면 방사 레이저(SEL : Surface Emitting Laser)는 실온에서 작동되어, 30KA/㎠의 전류밀도에 해당되는 20㎃의 임계 전류(Ith)에서 펄스화되었다.
이 경우의 캐비티는 단지 하나의 DBR만을 사용하였고, 다른면에서는 종래의 단일 표면 리플렉터에 의존했다. n-형 측면에 DBR을 두겠다는 저자의 결정은 p-형 도우핑에 의래 초래되는 보다 큰 전기 저항 때문이라는 것이 분명하였다. 전류 통로와 광학적 통로를 구별하여 사용하는 것에 의존하는 다른 접근 또한 활성 재료-미러의 경계면에서 펌핑 전류를 측방향으로 주입하는 여러가지 수단을 사용하였다. "어플라이드 피직스 레터즈", 볼륨 51, 넘버 21, 1665-57 페이지(1987년 11월 23일) 참조.
예로서, IC에 요구되는 바와같은 대단히 낮은 임계 전류 디바이스의 부재는 한편으로 매우 높은 저항(동일한 전류 및 광학 경로를 사용하는 소자에 있어서)에 무조건적으로 기인되고, 다른 한편으로는 디바이스의 기능 문제(별도의 전류 및 광학 경로를 사용하는 디바이스에 있어서) 뿐만 아니라 제조의 곤란성에 기인되는 것이라고 결론지울 수 있다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 특징은 특수한 레이저 구조물에 좌우된다. 이러한 구조물은 일반적으로 수직 캐비티 레이저로 분류되며, 가장자리 방사형 디바이스와 구별하기 위해서 "표면 방사"로서 때때로 언급된다. 본 발명의 레이저는, 비교적 얇은 활성 영역(1㎛ 또는 그 이하의 두께 영역)의 사용으로부터 실현되고, 레이저 캐비티의 양측부상에 있는 DBR 미러들의 사용에 따른 우수한 반사율 손실 특성에 의해 저임계치로 레이저 발진이 가능하다. 본 발명에 따른 전기적인 펌핑은 자극된 레이저 비임의 방향과 같은 수직 방향으로 두개의 DBR 미러들을 통과하는 전류 경로에 좌우된다(사용된 용어에 있어서, 수직 캐비티 레이저내의 레이저 발진 방향을 한정하는 데에 사용된 의미와 같은 의미에서 전류 경로는 수직이라고 지칭된다).
본 발명의 모든 레이저 구조물들은 두개의 DBR을 사용하는데, 2개중 하나의 DBR은 다른 DBR보다 적은 수의 주기(보다 적은 수의 층들의 쌍)들을 가져서, 이 DBR은 그 자체로 바람직한 캐비티 반사율을 얻기에는 부적절하다. 이 "결함있는" DBR은 대체로 종래의 금속 리플렉터(또는 금속 미러)에 의해 보완되어 약 98% 이상의 반사율(대부분의 경우에 99%이상의 반사율)을 제공한다. 결과적으로서의 "복합"미러는 p-전도형 측면상에 있는데, 왜냐하면, 그러한 배치가 펌프 경로의 직렬 저항을 감소시키는데에 가장 효과적이기 때문이다.
본 발명이 보여주는 주요한 특징은 일반적인 복합 미러의 DBR 부분에서 통상 왜곡(distortion)으로서 간주되는 헝태를 취하는 것이다. 종래의 리플렉터에 가장 가까이 있는 DBR층은 작동중인 DBR에서 요구되어 고려되는 통상적인 1/4(quarter)(또는 정수배) 파장(λ)보다 작거나 큰 두께를 갖는다. 이 층은 보다 낮은 굴절률의 것이라면 다른 브래그층보다 얇게 되고, 보다 큰 굴절률의 것이라면 다른 브래그층보다 두꺼워, 반사율을 최대로 하도록 작용한다. 상세한 설명에서 더욱 상세히 기술될 것으로서, λ/14 레이저 두께로부터 벗어나는 것은, 금속 리플렉터가 "이상적"인 것이 아니고 최종 브래그 층의 앞과 뒤로부터 반사된 방사들 사이에서와 같이 어떤 파괴적 간섭을 발생시키는 특성 침투깊이를 증명한다는 사실로부터 유도된다(최종 브래그 층은 금속 리플렉터의 이러한 특성으로 인하여 사실상 두께가 변경되는 종래의 금속 미러에 가장 인접한 층이다). 종래의 금속 미러와 DBR 미러 사이에 저항 접촉을 보장하기 위해 "접촉"층을 중첩시킬 필요가 있을 때에는, 이러한 "위상 정합(phase matching)"층의 두께가 필요에 따라 추가로 조정된다.
본 발명의 레이저 구조물의 다른면들은 공지되어 잇다. 그러한 고려들은 광학 반사율 및 전기 전도성의 관점으로부터 DBR의 재료에 둘다 적용된다. 그러한 다른 구조물에서아 같이, 활성 영역내로 주입된 자유캐리어는 이탈을 방지하도록 충분히 증가된 밴드갭의 "제한(confinement)"층에 의해 바람직하게 억제된다. 구조물의 다른 재료와 같이 실제적으로 무결함인 기판 재료는 다른 요구사항과 일치되는 것으로서 방사 레이저 에너지에 대하여 투과적이다.
본 발명의 구조물들은 분리되어 있을 수도 있고, 또는, 광전자 또는 전광형 IC에 포함될 수도 있다. 전기 경로 및 광학적 경로 모두 두 DBR들의 모든 층들을 통과하지만 본 발명의 변형예가 여러가지 있으며, 그 변형예에서 경로는 완전 동일하지 않다. 한 변형예에서, 비복합 리플렉터의 최종 DBR의 전체가 기판과 접촉되지 않지만, 광 섬유에 용이하게 결합하도록 에칭에 의해 일부분이 노출된다. 다른 변형예에서는 레이저 작동을 모니터하기 위해 금속 미러에 있는 구멍을 사용한다.
[발명의 상세한 설명]
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도의 디바이스는 제한층(2, 3)들에 의해 둘러싸인 활성층(1)을 포함한다. 하부 DBR(4)은 각각 고굴절율층(5)과 저굴절율층(6)이 교번적으로 구성된 분포 브래그 리플렉터(DBR)이다. 이 하부 DBR은 pn접속의 n-형 측으로 작용하기 때문에, 층들은 n-형 불순물로 도우핑된다. 통상적인 DBR 구조물과 공통적으로, 층(5, 6)들은 각각의 두께 치수가 자극된 방사 파장(DBR을 구성하는 재료에서 측정됨으로써)에 대한 1/4파장(λ)의 정수배와 같다. 이하 상세히 설명되는 바와같이, 쌍의 수(주기의 수)는 적어도 98% 그리고 통상 99%보다 큰 반사율을 제공하기에 충분하며, 이는 본 명세서에서 하나의 실시예가 적어도 23주기를 사용해 달성되는 상태이다. 기판(7)은 결정 완전성을 요하는 것이고, 그외에 가공(에피택셜 성장) 및 작동에 적합한 성분 및 두께를 가진다.
높고 낮은 굴절율(n)의 p-형 도체 재료로 각각 만들어진 대체로 1/4 파장 두께의 층(9, 10)들이 교번적으로 구성되는 상부 DBR(8)은 하부 DBR(4)보다 적은 수의 주기를 갖는다. 최상부 브래그층(11)은 구조간섭을 최대화하도록 설계된 "위상 정합(phase-matching)"층이다. 도시된 구조물에서, 종래 미러층(12, 금속 리플렉터)의 재료는 층(11)에 대한 신뢰할만한 저항 접촉을 제공하지 않는다. 이러한 결함은 접촉층(13)을 제공함으로써 보완된다. 층(11)은 상부 DBR이 보다 적거나 많은 수의 층(9, 10)들로 구성되었는가에 따라서 1/4파장보다 작거나 큰 두께를 갖는다. 층(11)의 실제 두께는, 층(13)이 있는 경우에 층(13)에 의해 레이저 방사가 층(13)에 의해 추가로 변화됨으로써 미러층(12)내로 레이저 방사의 침투에 의해 초래되는 위상 지연에 따라 결정적으로 좌우된다.
구조적 특징중의 몇가지를 상세히 설명한다. 예로서, 제1도에 도시된 특정 디바이스는 영역에 있어서 디바이스의 다른 부분에 관계하여 감소된 복합 미러부를 갖는다. 레이저가 점유하는 전체 영역에 연속적인 층을 부착하는 것에 의해 어레이를 제조하는 것이 유리하다는 것을 알았다. 개개의 레이저의 분리는 상부제한층(2)의 깊이까지 에칭하는 한편 치수(14)의 메사(mesa) 구조를 한정하는 것에 의하여 달성된다. 물론, 다른 방법도 공지되었으며, 에칭될 재료의 성분, 레이저 구조의 밀도등의 여러가지 인자에 따라 바람직할 수도 있다. 예로서, 에칭-분리상의 변화는 분리하는 재료의 전도성을 감소시키기 위해 이온 충돌(ion bombardment)을 사용한다. 하부 브래그 미러의 분리도 회로 설계에 의해 결정된다. 물론, 디바이스의 제조는 에칭에 의존할 필요는 없고, 선택적인 부착(마스킹에 의할 수도 있다)에 의한 성장된 구조의 결과일 수도 있다. 이러한 설명을 하고자 하는 것이 목적은 아니다. 본 발명의 여러가지 특성에 적합한 가공방법은 널리 공지되어 있으며, 다른 방법들도 계속 개발되고 있다.
제1도에 예시된 본 발명의 디바이스에 있어서 중요한 것은 열 분산의 필요성이 적어진다는 것이다. 실온에서의 실제 작동은 100% 까지의 듀티 사이클(duty cycle)(CW 작동에 대하여)을 얻을 수 있다. 그러나, 냉각을 적용하는 것이 바람직할 수도 있다. 예로서, 그러한 경우는, 의도적으로 감소된 미러 반사율 또는 의도적으로 증가된 활성층 두께를 요구하는 설계 기준뿐만 아니라, 높은 출력을 실현시키기 위해 임계치 이상 의도적으로 펌핑하는 것을 포함한다. 그러한 구조들은 열 전기 냉각 수단의 도움을 받은 방열기(heat sink)를 사용함으로써 이득을 볼 수 있다. 이러한 변경은 본 발명 기술의 당업자의 범위에서 충분히 고려될 수 있으므로, 상세히 설명하지 않는다.
마찬가지로, 전기 회로는 제1도에서 금속 미러층 또는 금속 리플렉터(12)에 부착된 전극(15)과 기판(7)의 하면에 부착된 금속층의 형태를 취하는 전극(16)으로 개략적으로만 도시되었는데, 실제 사용예에서 전극(15)은 1500Å 두께의 금-게르마늄 합금층을 사용하였다.
제2도에서, 곡선(20, 21, 22, 23)들은 예 1의 디바이스에 적용된 바와같은 펌핑 전류 20㎃, 25㎃, 30㎃, 40㎃에 대한 방사 스펙트럼을 나타낸다. 이 디바이스는 15㎛의 직경과 0.5㎚ 두께의 GaAs의 활성층을 사용하며, 0.8623㎛의 파장에서 레이저 발진한다. 임계치 아래에 있는 곡선(20)은 자연 발생적 방사의 상세 상황을 잘 보이게 하기 위해 진폭을 10배로 증가시킨 것이다. 모두 임계치 위에 있는 곡선(21, 22, 23)들은 자극된 방사를 스파이크(spike)(24, 25, 26)로 나타낸다. 강도의 증진을 보다 좋게 도시하기 위해, 또한, 동일 파장에 있는 모든 스파이크들이 중복되는 것을 방지하도록, 도면은, 3차원 도상으로 도시되었다.
제3도는 제1도의 디바이스의 변형예이다. 고려된 분리 형태를 취하는 도시된 구조물은, 집적되거나 분리되거나 간에 고려된 다양한 디바이스에서 별개로 또는 조합으로 통합되는 특징을 나타낸다. 제1특징은 하부 DBR과 결합시키기 위해 (디바이스 기능을 하거나 또는 가공중에 시험 목적을 위함) 광섬유(17)를 기판 구멍(18)을 통해 삽입시키는 것이다. 직접적인 접촉이 도시되었지만, 크게 재료 또는 구조적 성질에 따라 중간 삽입된 투명층(도시되지 않음)이 다른 고려율에서 이용될 수도 있다. 디바이스는 대체로 제1도의 디바이스와 유사하며, 활성 영역(31), 제한층(32, 33)들, 그리고 기판(37)상에서 교번적인 고굴절율층(35) 및 저굴절율층(36)으로 만들어진 하부 브래그 리플렉터(34)로 구성된다. 상부 미러는 높고 낮은 굴절율층(39, 40, 41)으로 만들어진 브래그부분(38)으로 구성되는 복합 구조이다. 위상 정합은 층(41)을 적절한 치수로 함으로써 달성된다. 위상 정합층(41)과 미러(42)사이의 전기 접촉은 접촉층(43)에 의해 보장된다. 와이어 전극(45)과 접지 전극(46)에 의해 구조는 전기적으로 완성된다.
활성층 또는 활성 영역(31)은 스페이서(31b, 31c)들에 의해 분리된 레이저 퀀텀 웰(31a)들로 만들어진다. 공지된 멀티 퀀텀 웰(Multi quantum Well(MQW)) 구조에서와 같이, 스페이서(31b)는 자극된 레이저 정지파내의 고 에너지 위치에 퀀텀 웰들을 위치시키도록 설계된다. 보다 얇은 스페이서(31c)들은 각각의 퀀텀웰 구조 자체를 3개 1조로 한정하기 위해 필요하다. 벌크재에 비해 증가된 효율의 의미에서 항상 유용한, 도시된 바와같은 MQW는 자연 방사(무용함)로 인한 그리고 낮거나 제로 에너지 위치에서의 캐리어 재조합으로 인한 가열이 방지되기 때문에 본 발명에서 특히 유용한 특징을 나타낸다. 전체적 효과는 레이저 발진 임계 전류가 추가로 낮아지는 것이다(열 분산의 필요성도 낮아짐). 각각의 두께가 스페이서(31b)에 위치된 3개 1조의 퀀텀 웰들과 같은 종래의 벌크 웰들을 구비하는 유사한 구조가 있다.
제3도에 도시된 실시예의 다른 특징은 상부 브래그 미러(38)의 작은 중앙 영역을 갖는 구멍(47)이다. 구멍(47)을 (자극된 방사) 1파장 또는 2파장 정도로 유지하는 것에 의하여, 캐비티는 거의 교란되지 않는다. 구멍(47)을 통해 방사된 소량의 방사는 부착성이 있으나, 상당한 가장자리(에지) 회절을 받는다. 구멍의 하나의 목적은 시스템이 작동되는 것(즉, 레이저 방사가 캐비티의 기판 측부에서 발생되는 것)을 보장하도록 간단히 모니터링하는 것이다.
제4도는 제1도 및 제3도중 어느것에 도시된 상세한 설계일 수도 있는 레이저(51)들의 어레이를 도시한다. 레이저(51)는 기판(52)상에 지지되는데, 레이저는 기판상에서 분자빔 에피택시에 의해 성장된다. 이 도면의 레이저는 제5도에서와 같이 레이저 발진 방향으로 크기가 확대되었다. 일반적으로, 레이저의 높이는 수 미크론에 불과하다.
제5도는 OEIC의 일부를 도시한다. 도시된 부분은 공통의 기판(55)상에서 레이저(53)와 구동 전자 회로(54)로 구성된다. 장치는 공통의 기판 리이드에 의해 완성되는 전기 회로와 리이드(56)를 경유하여 연결되는 것으로서 개략적으로 도시되었다.
[설계상의 고려 사항]
[(1) 개요]
본 발명의 기본적 목적은 용이하게 제조되고 낮은 임계치(따라서, 집적 가능한)의 레이저 구조물이고 대부분의 설명도 그점에 있다. 일반적인 고려는 고출력 디바이스와 같은 추가적 용도도 있다. 일반적인 의미에서의 잇점은 위상 정합된 종래의 금속 미러(또는 리플렉터)가 보다 짧은 DBR을 보완하는 비대칭 브래그 캐비티를 사용에 관한 것이다. 고출력 디바이스의 설계는 낮은 임계치 디바이스를 위하여 필요한 것으로서 캐비티 양단부에 대해 99% 이상의 반사율을 유지할 수 있거나, 또는 설계 여건이 캐비티의 n-전도측면(n형 DBR)상에서 주로 있음직한 보다 낮은 반사율을 지시할 수도 있다. 또한, 활성층은 캐비티 특성에 의해 허용되는 최소치 이상의 두께로 증가될 수도 있다.
레이저 구조물의 측방향 크기는 기능에 좌우된다. 상당히 인접한 팩킹(packing)을 가정하여 동일한 분산 잇점이 개개의 디바이스 영역과 무관하게 실제로 달성되도록 낮은 전류 임계치는 단위 면적당 전류의 조건으로 신중하게 고려된다. IC 용도를 위해서, 설계 기준은 10 또는 15㎛ 또는 그보다 작은 측방향 치수의 방사 표면에 상응하는 작은 지점(spot)의 크기를 대체로 제한한다.
설계 기준에 관한 이하의 설명은 대부분 낮은 임계치에 중점을 둔다.
[(2) 활성 영역]
최종 상세 형태에 있어서 절대 최소 두께는 사용되는 재료의 정밀 특성(따라서, 레이저 파장과 같은 작동 특성)에 좌우되며, 현재까지의 연구결과는 약 1㎛ 보다 크지 않은 두께의 활성 영역들을 사용할 것을 제안한다. 가장 심도있게 연구된 재료 시스템을 위한 구조 최적화는 0.5㎛의 최대 활성 영역 두께를 제안한다. "두께"는 제한층들 사이의 전체 회수를 지칭한다(또는, 제한층이 사용되지 않은 경우에는, QW이든 종래의 것이든, 균일한 벌크재 또는 이격된 웰의 DBR 사이의 치수를 지칭한다). 제1예에 기술된 재료 시스템에서, CW까지의 높은 듀티 사이클이 0.25㎛의 활성층 두께에 대해 허용된다. 연구된 모든 시스템에서, 주환 이득(round-trip gain)은 기술된 브래그-복합 캐비티로 레이저 발진하는 것을 용이하게 허용하기에 충분하다. 최적으로 설계된 MQW를 위하여, 그리고 또한 이격된 종래의 웰들을 위하여, 그러한 이득들이 벌크 층에 대해서와 거의 동일한 활성층 두께에서 얻어질 수 있으나, 활성 영역의 상당한 부분이 스페이서로 만들어지기 때문에, 주어진 출력 강도에 대해 보다 적은 열이 발생된다. 대표적인 MQW 구조가 제3도와 연관되어 기술된다. 이 구조는 정지파에서의 에너지 피크(peak)에 배치시키도록 스페이서들에 의해 위치된 3개 1조로 된 퀀텀 웰의 3개조에 좌우된다. 3개의 1조의 퀀텀 웰들을 분리하는 스페이서들, 두개의 미러 경계면에 있는 스페이서들, 각각의 3개 1조의 각각의 웰들 사이의 스페이서에 관하여, 전체 두께는 약 0.3㎛이다. 예 2, 3, 5 및 7들은 MQW 활성 영역에 좌우된다.
구성의 관점에서 보면, 활성층에서의 방사 재료(벌크 또는 웰 재료)는 필요한 방사 파장을 조절하는 직접적인 밴드갭을 갖는 반도체 재료로 구성된다. 보다 일반적인 용도가 기대되지만, 가까운 장래의 사용은 통신에서의 파장과 관련되어 사용되는 것일 것이다. 그러한 0.86㎛, 1.3㎛ 및 1.55㎛의 파장은 널리 공지된 화합물 반도체를 사용하여 얻을 수 있는데, 0.86㎛에서는 GaAs, 다른 파장에서는 InGaAsP를 사용한다. 변형된 InGaAs가 1.0㎛에서 사용될 수도 있다. 본 발명의 디바이스는 물론 반도체 재료의 다양성에 의해 허용되는 보다 큰 파장의 범위에 걸쳐 사용될 수 있다.
특정의 전형적인 조건에서의 구조물의 양상을 기술한다. 제1예의 구조에 관하여, 활성 영역은 비소화 갈륨, 즉, GaAs이다. 이하에서 언급되는 구성은 제1예에서와 같은 조건에 있다.
상세히 설명되지 않은 다른 사항들을 간단히 설명한다. 정지파의 크기, 따라서, 방사파장의 크기를 결정하는 효과적 캐비티 치수는 상술된 바와같이 활성 영역의 두께에 근거하는 한편, 제한층이 존재한다면 제한층의 전체를 관통하는 방사 침투로 인하여, 뿐만아니라 DBR들 내에서의 어떤 침투 깊이로 인하여 실제로는 조금 더 두껍다. 현재에는, 특정 파장에 상응하는 정밀 치수의 결정은 실험적으로 달성된다(즉, 구조를 만들어, 방사 파장을 측정하고, 제한층의 크기와 같은 크기를 다소 조정하고, 재차 측정하는 것에 의함).
[(3) 제한층]
제한층의 특성 및 기능은 다른 곳에서 기술된다. 1978년 뉴욕의 아카데믹에서 발간된 에이치. 시. 케이시2세의 엠. 비. 패니시의 "헤테로 스트럭처 레이저 : 파트 에이 펀디멘털 프린시플", 섹션 4, 6(캐리어 컨파인멘트) 245-253페이지(H.C.Casey, Jr. and M.B.Panish, "Heterostructure Lasers : Part a Fundamental Principles", (Academic, N.Y. 1978) Sec. 4, 6(Carrier Confinement) pp.245-253)를 참조하기 바란다. 그 주목적은 활성 영역에 대한 자유 캐리어를 제한하는 것이다. 성분은 활성 영역의 에너지 갭(Eg)보다 큰 에너지 갭을 산출하도록 선택된다(보통 25%의 갭 차이가 적당하다). 제한층의 두께는 예상할 수 있는 터넬링(tunneling, 터넬링은 약 100Å보다 큰 두께에서는 그다지 중요하지 않음)을 방지하기에 충분하다. 제한층의 두께는 중요하지 않으며, 약 1000Å의 층 두께가 제1예에서 사용되었다. 제한층은 전체적으로 고려된 헤테로 접속에 대해서 중요한 기능, 즉, 소수 캐리어의 역 주입을 최소화하는 기능을 한다.
대체로, 레이저 기능을 하는 pn접속은 캐비티의 단부형 측부에 있는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 활성 영역은 p-형 도체이다. 시험된 구조물에서, 제한층은 인접 DBR의 도체형(이 예에서는 n-형 도체)과 같은 도체형으로 도우핑되었다. 기능 접속의 그러한 배치는, 전자 이동도가 홀(hole) 이동도보다 본래 크다(설계시에 캐비티 길이를 증가시키려는 선호도가 증가하고 있음)는 사실의 잇점을 갖는다.
광학적 관점에서 △n을 최대로 하고자 하는 욕구는 공기 경계면에서 보다 높은 굴절율의 브래그 재료의 사용, 및 다른 경계면(즉, 브래그-활성 영역 경계면)에서 가장 큰 △n을 주는 재료를 선택을 지시한다. 그러나, 즉, 전기 저항을 최소화하고자 하는 전기적 고려는 때때로 보다 적은 △n 값을 취한다.
제한층의 특성과 기능이 설명되었다. 별개의 제한층들이 예들의 특정 재료 시스템에 유용하게 이용되었지만, 이것은 불변인 것은 아니다. 제한층뿐만 아니라 역 주입은 모두 인접 활성 영역에 관계한 그러한 층들의 밴드갭에 둘다 좌우된다. 활성 영역에 관계하여 증가된 갭뿐만 아니라 관련 밴드 가장자리 값들의 적절한 변위는 캐비티의 어느 한측부 또는 양측부에서 DBR 구성에 적합한 그밖의 다른 재료에서 본래 필요한 것이다. 하나 또는 두 제한층의 필요성의 제거는 효율을 증가시키는데 있어 상당한 이익일 수도 있다.
[(4) 분포 브래그 리플렉터]
DBR의 설계 기준은 널리 공지되어 있다. 1964년 뉴욕 퍼가몬에서 발간된 엠. 본과 이. 웰프의 "프린시플즈 오브 옵틱스", 51페이지(프린스플즈 오브 멀티레이어 리플렉터즈)(M.Born and E.Wolf, "principles of Optics", (Pergammon, N. Y. 1964) p.51(Principles of Multilayer Reflectiors)를 참조하기 바란다. 또한, 1975년 11월 발간된 제이. 피.반 데르 지엘과 엠.일레겜즈의 "어플라이드 옵틱스", 볼륨 14, 넘버 11(엠비이 그로우드)(J.P.Van der Ziel and M.Ilegems, "Applied Optics, vol. 14, no. 11, Nov. 1975(MBE Growth))를 참조하기 바란다. 이것들은 굴절율이 다른 재료의 교번하는 층들로 구성되고, 각각 한쌍의 높고 낮은 율의 재료로 구성된 "주기"의 측면에서 기술된다. 연속저인 접속으로부터 반사되는 방사의 구조적 보강을 위해서, 층 두께는 1/4파장의 정수배(층 재료에서 측정된 바와같은 필요한 응집성 방사에 대해서)이다. DBR 두께를 최소화하기 위해, 층들은 1/4 파장 두께이다. 최소화하는 직렬 저항을 최소화하는 데에 전기적으로 유용하고, 광학적 관점에서 보면, 교란(n 또는 p-형 도우펀트(dopant) 원자들의 위치에 상응하는 중심들의 교란)을 최소화하고, 정적으로 분포된 결함 부위들로부터의 삽입 손실을 최소화시킨다. 1/4 파장 두께의 층들에 상응되는 최소 DBR 두께는 또한 회절 손실을 최소화 한다(보다 큰 경로 길이는 가장자리 회절 효과를 악화시킨다).
굴절율(index) 값들은 다른 디바이스 기준과 합치되는 △n의 최대 도달치를 산출하도록 선택된다. 그러한 기준은 전기적 성질, 직렬 저항 및 여러가지 광학적 성질을 포함한다. 최적의 디바이스 설계는 대단히 복잡해질 수 있다. 예로서, 실험된 하나의 디바이스는 p-형 DBR에서 의도적으로 감소된 양호한 n을 사용하는 것에 의하여, 99% 이상의 반사율을 얻도록 주기수를 증가시키는 것을 요구한다. 주된 목적은 가열을 약화시키기 위해, 브래그 접속에서 차단벽(barrier) 높이를 감소시키는 것이다. 이 경우에, 전체적인 I2R 가열은 경로 길이가 증가되어도 감소되었다.
복합 미러의 설계는 복잡하다. 여기서, 허용 손실은 중요한 p-형 저항(p-형 재료의 저항은 DBR 구조물에 있어서 n-형 재료의 저항보다 2 내지 3배이다)에서 가장 중요하다. 일반적으로, 그 목적은 필요한 조건하에서 레이저 발진 하기에 충분한 복합 반사율이다. 통상적인 발명의 동기, 즉, 낮은 레이저 발진 임계치의 관점에서, 99% 이상의 반사율이 요구된다. 제1 내지 제7예에 사용된 바와같은 구조는 이러한 반사율을 산출하기 위하여 금속 미러에 의해 보완되는 바와같은 6-주기 DBR의 복합 미러에 좌우된다.
복합 미러의 반사율은 금속 리플렉터에 인접한 DBR 층의 두께에 크게 좌우된다. 조정되지 않은 층 두께를 사용하는 것은 반사율이 상당히 감소되는 범위까지의 파괴 간섭을 초래한다. 조정된 DBR 층이 보다 작은 굴절율 값을 갖는 통상의 바람직한 설계 접근하에서, 위상 정합은 보다 작은 굴절율의 다음 DBR층의 값에 비해 약 25%의 박판화(thinning)를 요구한다. 조정될 DBR 층이 보다 큰 DBR 굴절율을 갖는 구조를 위하여, 위상 정합은 보다 큰 굴절율의 가장 가까운 DBR 층에 비해 약 50%의 범위까지 두꺼워져야 되는 것을 요구한다. 이러한 것은 높은 굴절율의 또는 낮은 굴절율의 앞선 DBR 층의 접속에 좌우됨으로서 후방측 반사파와 전방측 반사파 사이에서와 같은 위상 이동에 있어서의 차이로 설명된다.
또한, 복합 미러 구조로 인한 또다른 잇점이 있다. 금속 리플렉터의 효과는 DBR 부분의 스펙트럼 반응에 비해 스펙트럼 반응을 평평하게 하는 것이다. 캐비티 최적화 또는 다른 고려가 2개의 DBR들에서의 다른 구성 성분의 사용중 이끄는 스펙트럼의 평평화는 것을 스펙트럼 중첩을 증가시키고 하나 이상의 설계 복잡성을 경감시킨다.
복합 미러 구성을 위한 적절한 금속 재료의 선택은 상세하게 논의될 필요가 없는 다수의 인자들에 근거된다. 기본적으로, 상이한 방사 파장에서 사용하기 위해 선택하기 충분한 금속들의 스펙트럼 성질은 널리 공지되어 있다. 중요한 다른 성질들은 가열 공정 동안에 일어나는 합금 원소의 이동(이것은 전기적으로 유용하나, 접촉면의 조대화를 동반하는 것으로 인하여 반사율을 저해할 수도 있다)에 대한 안정성과 전기접촉(제1도의 예에서, 금속과 DBR 사이의 접촉층을 사용을 일으키는)의 효과 등과 관련된다. 비합금된 은과 금들이 예들로서 기술된 구조에서 만족스럽게 사용되었다.
또한, n-형 DBR은 낮은 임계치 디바이스를 위하여 거의 완벽한 반사율을 산출하도록 설계된다. 제1예의 재료 시스템에서, 20쌍이 99% 이상의 반사율을 산출하기 위해 사용되었다.
DBR 설계는 높고 낮은 굴절율의 층 구성성분의 일관성을 고려하여 이루어졌다. 의도적이든 우발적이든 여러가지 상황에 의해 달리 설계될 수도 있다.
[(5) 기판)]
일반적으로, 기판은 필요한 디바이스 기능을 제공하지 않는다. 이것은 특히 광학적 기능의 측면에서 그렇다. 대부분의 예에서, 기판이 존재하는 이유는 기능적 디바이스의 제조가 좌우되는 적절한 몸체로서(일반적으로 이 장치가 부과하는 특성과 요구 사항을 모두 갖는 에피택시의 측면에서) 작용하는 것이다. 다시 말해서, 기판은 서포트로서 작용할 수도 있으며, 또한 어떤 2차 전기적 의미로, 즉 그 하부에 있는 전극을 경유하여 바이어스(bias)하기 위하여 작용할 수도 있다. 따라서, 기능의 측면에서, 기판은 단지 허용되는 구조의 일부이다. 광학적 측면에서, 적절하게 넓은 밴드갭 재료의 사용은 포함된 에너지 라벨에 상응하는 파장들을 위하여 투과성을 보장한다. 전기적 관점에서, 필요한 것은 지지된 구조물을 바이어스하는 것이 직렬경로의 일부로서 기판을 포함하는 통상적인 예에서 가장 양호한 전도성을 가지는 것이다.
현재까지, 통상 복잡한 제조 접근의 측면에서 기판의 가장 중요한 특성은 에피택셜 성장층내에 결함이 없도록 보장하도록 요구되는 결정(crystal) 특징과 완전성이다.
기판의 선택은 결정 성장에 정통한자의 통상적인 지식에 기초한다. 아래의 예들에서 사용된 기판 재료는 설명을 위한 것으로 생각하는 것이 정당하다.
[(6) 예]
도표에 설명된 예들은 대체로 통신에 사용되는 파장에서 작동하는 것의 대표적인 것이다. 그 목적은 제조에 있어서 구성 성분 및 설계 기준을 설명하는 것이다. 구조적 및 작동적 특정 기준은 특정 목적에 좌우된다. 예를들어, 디바이스는 널리 공지된 디자인을 사용하는 펄스 발생기의 사용에 의하여 펄스 모드로 작동될 수 있다. 듀티 사이클은 변화될 수 있다. 듀티 사이클은 펄스 바이어싱이 넌-제로(non-zero, 통상적 관례와 일치하여, 이러한 목적을 위한 펄스는 구형파인 것처럼 취급된다)인 짧은 시간으로서 한정된다. 디바이스는 100%(또는 연속파)까지 또는 100%를 포함하는 작은 듀티 사이클에서 작동될 수 있다. 상술한 바와 같이, 가까운 장래의 사용에 있어서 본 발명의 이점은 낮은 임계 전류에서의 작동 가능성에 기인한 높은 듀티 사이클의 가능성을 예기한다. 이러한 측면에서, 본 발명의 바람직한 면은 적어도 약 50%(10㎄/㎠의 임계 전류 밀도(Jth)를 갖는 보고된 구조물을 용이하게 얻을 수 있다)의 듀티 사이클을 허용하는 디바이스를 위한 것이다. 이러한 관점에서도, 도표의 예들은 단지 대표적인 것에 불과하다. 즉, 명세서에서 기술된 많은 관찰은 실온 작동에 기초된 것이다. 냉각을 피하는 것이 분명히 경제적으로 바람직한 한편, 많은 예가 열전기 냉각과 조합된 방열이 특정의 재료 시스템/장치 디자인에서 냉각없이 바로 얻을 수 없는 출력수준, 듀티 사이클 또는 파장 범위에서 작동을 허용할 수도 있다.
0.84㎛ 내지 1.55㎛ 범위내에서 파장들의 집중은 현재의 개발의 관점에서 볼때 Ⅲ-Ⅴ 재료 시스템인 GaAs 또는 InP중 어느 하나에서 가장 용이하게 달성될 수 있다. 파장 범위의 하한을 초과하여 사용 가능한 첫번째 것은 현재의 기술 수준에 용이하게 변경되어, 유용한 브래그 작동을 위한 고 및/또는 저 굴절율을 제공하도록 전기적 도우핑 및 구성 성분의 변경이 따른다. 제1 및 제2예들은 쌍의 보다 높은 굴절율을 위해서 갈륨을 10원자량 퍼센트의 알루미늄으로 부분적인 대체에 좌우되고, 완전 대체(낮은 굴절율을 위해서 갈륨을 알루미늄으로 대체)하는 것에 좌우된다. 관련 예들에서 사용된 제한층은 밴드갭을 증가시키기 위해 갈륨을 알루미늄으로 30원자량 퍼센트 대체시키는 것에 기초한다. 사용된 특정의 성분은 넓은 경험에 기초되었다. 예를들어, 제1 및 제2예에서 높은 굴절율의 브래그 중에서 알루미늄에 의한 부분적 대체는 표시된 파장 범위의 방사에 대해 변경되지 않은 GaAs에 비해 흡수를 보다 약화시키고자 계획된 것이다.
예들은 어느정도 실제적 고려 기초를 두고 있다. 예로서, 상술된 바와 같이, 변경되지 않은 GaAs는 0.84㎛ 내지 0.87㎛의 범위내에서의 레이저 방사에 대해 상당히 흡수하는 것이며, 따라서, 기판내에 이 재료를 사용함으로써 흡수 문제가 발생된다(기판을 통해 빔이 방사되는 통상 예측된 작동에서 발생). Al0.1Ga0.9As의 기판은 이 문제를 완화시킬 것이 확실하다. 실제로, 결정 완전성을 가진 이러한 재료로 만들어진 웨이퍼는 쉽게 얻을 수 없다. 방사에로의 직접 접근을 허용하기 위한 에칭이 하나의 대안이된다.
도표에 보여진 치수 및 구조의 상세 사항은 예로서 표시된 것에 불과하다. 이러한 점에 대한 고려는 일반적으로 기술되었다. 예를들어, 일관성을 위해서, 활성층들은 0.25㎛ 두께의 벌크재층으로, 또는 제3도와 연결되어 기술된 9개의 웰들과 적절한 스페이서들로 구성된 MQW로서 설정된다. 제2, 제5 및 제7예들의 MQW 구조는 기술된 재료들의 평형 상태에서의 재료들의 에너지 갭 특징에 직접 좌우된다. 제3예는 결정학적(crystallographic) 변형의 의도적인 도입에 의해 필요한 갭을 얻는 것을 설명하기 위한 것이다. 이 예에서, 결정의 부정합(mismatch)으로 인한 변형은 실험적 관찰에 의거하여 80Å 두께(이 예에서의 GaAs 웰과, 다른 예들에서의 변형되지 않은 웰의 통상적인 100Å 두께에 비해)로 감소된 In0.15Ga0.85As로 도입된다. 기능의 관점에서 다소 불리하지만, 박판화의 목적은 부정합으로 인한 성장층의 결정 손상을 최소화하는 것이다. 일반적으로, 기술된 특정 MQW 구조는 대표적인 것에 불과하고, 디바이스의 기능 목적은 보다 많거나 또는 보다 적은 수의 웰을 결정할 수 잇다. 상술된 바와 같이, 제3도와 연관되어, 균일한 벌크층 이상의 이점을 보유하는 유용한 웰 구조는 벌크 재료로 만들어진 종래의 웰(실제 퀀텀 웰 작동에 요구되는 약 100Å보다 적절하게 두꺼운 웰)을 사용할 수 있다.
설명의 목적으로, 약 100Å 두께의 QW를 기술하는 것이 적절한 것으로 고려된다. 사실, 이러한 두께는 통상 사용되는 반도체 재료에 아주 적합하다. 전자파 기능(드브로이(deBroglie)파장의)면에서의 이러한 중요한 치수를 기술하는 것은 필요한 범위 이상이다.
실제의 장치 설계는 여러가지 부가적인 고려를 요한다. 연구 결과, 금속 미러만으로서는 최상의 상태에서 약 95%의 반사율을 제공한다는 것이 알려졌다. 예로서 금을 사용하여 적절히 위상 정합시키면 복합 미러에서 각각 3쌍, 5쌍, 7쌍의 복합 부분에 대해 총 98.2%, 99.1% 및 99.5%의 반사율을 각각 제공한다. 비교하여, 동일한 전체 시스템에서 순수 DBR은 공기 경계면에서 99.5%의 반사율에 대해 20쌍을 필요로 한다.
[예]
Figure kpo00001
* 모든 미러는 연구 및 증명되었다.
모든 활성v재료는 종래의 가장자리 방사 레이저 장치에서 특정 파장으로 사용되었다.

Claims (28)

  1. 고굴절율 및 저굴절율 재료의 연속적인 쌍들을 각각 포함하는 2개의 분포 브래그 리플렉터(DBR)들에 기초하는 활성 영역으로 이루어진 전기적으로 펌핑되는 하나 이상의 캐비테이션용 수직 캐비티 레이저와, 상기 두 DBR들에 있는 고굴절율 및 저굴절율 쌍들을 상당수 통과하는 전류 경로를 포함하는 전기적 펌핑 수단을 포함하며; 상기 DBR들중 하나는 n형 전도체이며, 다른 하나는 p형 전도체인, 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이져 장치에 있어서, 상기 p-형 DBR은 보다 적은 수의 쌍들을 가지지만, 금속 리플렉터에 의해 보완되고, 상기 금속 리플렉터에 가장 가까이 있는 p형 DBR층은 위상정합 DBR층으로서, 인접한 재료내로의 방사 침투로 인한 유효 두께 변화를 조절하도록 동일한 굴절율의 다음 DBR층의 두께에 관계하여 두께가 조정되고, 상기 조정은 파괴적 간섭을 감소시키는 것에 의해 반사율을 증가시켜, 상기 레이저 캐비티의 반사율이 각 캐비티 단부에서 98% 이상인 복합 미러가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성 영역의 두께는 레이저 발진 방향으로 최대 1㎛인 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  3. 제2항에 있어서, 반사율은 각각의 캐비티 단부에서 99% 이상인 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 활성 영역은 기본적으로 벌크 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 활성 영역은 상기 레이저의 작동 동안에 캐비테이티드 정지파의 에너지 피크와 위치가 일치되도록 스페이서 재료에 의해 위치된 활성 재료의 하나 이상의 웰로 구성된 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 웰은 퀀텀 웰인 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 웰은 기본적으로 벌크 특성을 나타내도록 레이저 발진 방향으로 충분한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 활성 영역은 상기 레이저의 작동 동안에 캐비테이티드 정지파의 2개 이상의 에너지 피크에 웰들을 위치시키도록 2개 이상의 웰들과 세개 이상의 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 레이저는, 상기 활성 영역내의 자유 전기적 캐리어의 제한을 증진시킬 목적으로 상기 활성 영역의 한면 이상에 인접한 상기 제한층을 포함하며, 상기 제한층은 인접한 DBR층보다 큰 에너지 밴드갭을 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제한층은 인접한 DBR층과 동일한 전도체 형태이며, 소수 전기 캐리어의 역 주입을 약화시키기 위해 실질적인 에너지 장벽을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제한층은 캐비티의 n-형 축상에 있고, 상기 에너지 장벽은 활성 영역의 인접부분과 상당히 상이한 제한층 밴드 가장자리의 결과인 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 캐비티를 지지하는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  13. 제12항에 있어서, 지지구조의 초기부는 상기 기판상에서 에피택셜 성장되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  14. 제13항에 있어서, 에피택셜 성장은 성장 빔 에피택셜(MBE)에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기판은 레이저 방사에 대해 상당한 흡수를 하고, 구멍이 레이저 방사를 위해 상기 기판내에 제공된 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 구멍을 통과하는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 기판에 가장 가까운 DBR은 n-형 도체인 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  18. 제17항에 있어서, 전기 펌프 경로는 상기 기판의 하면상에 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전기 펌프 경로는 금속 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 금속 리플렉터와 아래에 놓인 DBR 사이에 저항 접촉을 보장하는 접촉층이 있는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  21. 제12항에 있어서, 상기 전기적으로 펌핑되는 레이저를 다수 포함하는 집적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 집적 회로는 전자 소자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  23. 제22항에 있어서, 전기 펌핑은 포함된 전자 소자의 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 위상 정합 DBR층은 낮은 굴절율을 가지며, 상기 방사 방향으로의 상기 위상 정합 DBR층의 두께는 다음의 저굴절율 DBR층보다 작은 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 위상 정합 DBR층의 두께는 상기 다음의 DBR층보다 약 25% 작은 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 위상 정합 DBR층은 높은 굴절율을 가지며, 상기 방사 방향으로의 상기 위상 정합 DBR층의 두께는 다음의 고굴절율 DBR층에 관계하여 증가되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 위상 정합 DBR층의 두께는 상기 다음의 고굴절율 DBR층보다 약 50% 큰 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
  28. 제1항에 있어서, 상기 DBR은 상이한 스펙트럼 반사율이 따르는 상이한 화학적 성분으로 되어 있고, 스펙트럼 반사율은 상기 금속 리플렉터를 포함시킴으로써 평평하게 되는 것에 의하여, 상기 금속 리플렉터가 제외된 구조물에 비해 캐비티 효율이 증가되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 펌핑되는 수직 캐비티 레이저 장치.
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