KR100275520B1 - 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치에 관한 것으로, 반도체 레이저의 활성영역을 형성하기 위하여 에피 결정성장 후 방사각 조절영역의 광흡수 억제를 위한 식각 및 결정성장 없이 활성층 영역을 정의하기 위한 메사식각 공정에서 방사각 조절 광도파로를 제작함으로써 방사각 조절 광도파로를 통하여 작은 방사각을 얻어 광섬유와의 높은 광결합 효율을 얻을 수 있다.

Description

방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치

본 발명은 광통신용 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히 방사각 조절 평면 매립형 이종 접합 구조를 갖는 반도체 레이저 장치에 관한 것이다.

광통신에 사용되는 반도체 레이저는 일반적으로 낮은 발진 임계전류, 높은 양자효율 등의 특성을 갖는 평면 매립형 반도체 레이저가 사용된다. 현재 광통신 분야에서 최종적으로 도달해야 하는 목표는 가입자까지 광통신이 가능하도록 하는 것으로서, 이 경우에 사용되는 광송신기는 고성능 뿐만 아니라 저가격화를 동시에 만족시켜야 한다. 따라서 가입자망에 사용될 광송신기 모듈은 반도체 레이저에 광섬유를 부착할 때 렌즈계를 사용하지 않고 모듈 제작 공정을 단순화시킨 방법이 사용되는데, 통상의 평면 매립형 반도체 레이저에서의 출사광의 형태는 활성층과 수직한 방향과 수평한 방향의 비가 다른 타원형을 이루게 되고, 이를 원형의 수광 단면적을 가지는 광섬유와 직접 광결합을 할 경우에 많은 광손실을 가져오게 된다.

또한 원시야상의 방사각도가 크기 때문에 광섬유와의 광정렬시 허용오차가 작다는 문제점을 가지고 있다.

도 1은 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 구조이다.

도 1(a)는 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도로서, 활성영역(10) 앞에 방사각 조절을 위한 수동영역인 광도파로(11)를 좁게 함으로써 도파로내의 광가둠계수를 적게 하여 방사각을 적게 만드는 경우의 도파로 모양을 나타낸 것이다. 이 경우에는 도파로의 폭 또는 두께를 출사면에서 작게 하여 줌으로써 광가둠계수가 작아 도파광이 광도파로 주위로 넓게 퍼진 형태를 이루게 되어 출사면에서의 방사각은 작아지게 된다.

도 1(b)는 종래의 다른 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도로서, 활성영역(20) 앞에 방사각 조절을 위한 수동영역인 광도파로(21)를 넓게 함으로써 방사각을 적게 만드는 경우의 도파로 모양을 나타낸 것이다. 이 경우에는 넓은 광도파로를 따라 도파광이 분포하게 되어 출사면에서의 방사각이 작아지게 된다.

이와 같이 종래의 방사각의 조절에 있어서는 광도파로의 폭 뿐만 아니라 두께의 변화로도 똑 같은 효과를 얻을 수가 있다. 출사면 쪽의 수동 광도파로는 일반적으로 활성영역보다 밴드갭이 큰 물질을 사용함으로써 광도파시 흡수에 의한 손실이 최소가 되도록 하고 있다.

도 1(c)는 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 단면도이다.

도 1(c)에 도시된 바와 같이 반절연 화합물 반도체기판(30) 위에 활성층(31) 및 p형 InP 크레드(32)층을 차례로 성장시킨 후, 활성층(31)의 전류 및 광을 가두기 위하여 p형 InP 전류 차단층(33)과 n형 InP 전류 차단층(34)을 재성장 시킨다. 이어서, 도 1(c)에 나타내지 않았지만 메사 식각을 위해 사용된 절연막을 제거한 후 p형 InP 크래드층(35)과 p형 오옴 접촉층(36)을 성장시킨 후 금속층을 증착시켜 최종적인 반도체 레이저의 제작이 완료된다.

도 1(a) 및 1(b)에 도시된 바와 같이, 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저는 출사단면 쪽은 무반사막(AR coating)(13, 23) 코팅을 하고 반대쪽은 전반사막(HR coating)(12, 22) 코팅을 하여 출사면쪽의 광출력을 높이게 된다. 또한 방사각 조절 부분의 밴드 갭을 크게 하여 광흡수를 작게 할 필요가 있으므로 활성영역과 방사각 조절을 위한 수동영역은 따로 결정성장을 하여 한번 더 결정성장을 하거나 밴드 갭 및 두께를 조절할 수 있는 선택결정성장을 하여야 한다.

그러나 선택결정성장시 활성영역의 결정성장 속도가 증가되므로 활성층의 밴드갭 조절이 어려울 뿐만 아니라 선택결정성장을 위한 절연막 공정과 사진식각 공정 등의 추가적인 공정을 필요로 하게 되어 이에 따른 수율 저하를 가져오게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결 하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 활성층 영역을 정의하기 위한 메사식각 공정에서 메사식각 패턴만을 변화시킴으로써 방사각 조절 광도파로를 활용하여 방사각을 조절하는 평면 매립형 반도체 레이저를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 레이저의 출사면 쪽에 방사각 조절을 위한 수동 광도파로를 제작하여 하려 한다.

도 1은 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도 및 단면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 40, 50: 활성영역 11, 21 42, 53 : 광도파로

12, 22, 41, 51 : 전반사막 13, 23, 52 : 무반사막

31 : 활성층 32 : p형 InP 클래드층

33 : p형 InP 전류차단층 34 : n형 InP 전류차단층

35 : p형 InP 클래드층 36 : p형 InGaAs 오옴접촉층

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 이종접합 반도체 레이저는 반도체 레이저의 동작을 위한 활성영역과, 활성영역에 방사각을 조절을 위한 기울어진 광도파로 및 활성영역에서 반도체 레이저의 동작을 시키기 위한 전반사막으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 이종접합 반도체 레이저는 반도체 레이저의 동작을 위한 "⊃" 형태의 활성영역과, 활성영역에 추가되어 방사각 조절을 위한 광도파로와, 활성영역에서 반도체 레이저의 동작을 시키기 위한 전반사막 및 광도파로에 높은 광출력을 얻기 위한 무사막으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도이다.

먼저, 도 2에 나타내지 않았지만 화합물 반도체 기판위에 형성된 활성층과 p형 InP 클래드층을 연속적으로 1차 결정을 성장한다.

이어서, 직선 형태의 활성영역(40)을 정의 하기 위한 메사식각 공정에서 방사각 조절 광도파로(42)를 전반사막(41)이 코팅된 거울면에 대하여 전반사가 일어나지 않도록 기울어진 형태의 마스크를 사용하여 메사식각을 수행한 후, 2차 결정성장을 통한 p형 InP 전류차단층, n형 InP 전류 차단층을 만든 후 절연막을 제거하고 p형 InP 클래드층과 p형 InGaAs 오옴 접촉층을 3차 결정성장을 통하여 제작한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 평면도이다.

먼저, 도 2에 나타내지 않았지만 화합물 반도체 기판위에 형성된 활성층과 p형 InP 클래드층을 연속적으로 1차 결정을 성장한다.

이어서, "⊃" 형태의 활성영역(50)과 방사각 조절도파로를 정의 하기 위한 메사식각 공정에서 방사각 조절 광도파로(53)를 일정한 직선 형태의 마스크를 사용하여 메사식각을 수행한 후, 2차 결정성장을 통한 p형 InP 전류차단층, n형 InP 전류 차단층을 만든 후 절연막을 제거하고 p형 InP클래드층과 p형 InGaAs 오옴 접촉층을 3차 결정성장을 통하여 제작한다.

본 발명은 종래의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저와 달리 광흡수를 억제하기 위한 수동영역 없이 활성영역에서 광도파로를 추가하여 제작한다. 반도체 레이저의 동작을 위한 이득특성은 활성영역에서 충분하게 얻고 방사각의 조절은 추가된 광도파로인 방사각 조절 광도파로를 통하여 이루어 진다. 반도체 레이저의 단일모드 동작과 함께 충분한 이득특성을 얻기 위하여 활성영역의 폭은 1.5μm 이상으로 하며, 방사각 조절 광도파로는 0.5 μm 이하의 좁은 광도파로로 제작함으로써 광가둠계수가 작아 방사각을 줄여 줄 수가 있다.

본 발명의 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치는 방사각 조절 수동영역을 위한 선택결정성장 공정이 없으므로 이에 따른 수율 증가 뿐만 아니라 방사각 조절 광도파로를 활성영역과 별도로 사용함으로써 반도체 레이저의 방사각을 줄여주어 광섬유와의 결합효율을 크게 향상 시킬 수가 있다.

Claims (3)

1. 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치에 있어서,

   반도체 레이저의 동작을 위한 활성영역과,

   상기 활성영역에 추가되어 방사각 조절을 위한 광도파로, 및

   상기 활성영역 양쪽면에 반도체 레이저의 동작을 시키기 위한 전반사막으로 구성됨을 특징으로 하는 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방사각 조절 광도파로는 전반사막에 기울어진 좁은 도파로 폭으로 구성됨을 특징으로 하는 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치.
3. 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저의 장치에 있어서,

   반도체 레이저의 동작을 위한 "⊃" 형태의 활성영역과,

   상기 활성영역에 추가되어 방사각 조절을 위한 광도파로와,

   상기 활성영역에서 반도체 레이저의 동작을 시키기 위한 전반사막, 및

   상기 광도파로에 높은 광출력을 얻기 위해 상기 전반사막 반대쪽에 무반사막으로 구성됨을 특징으로 하는 방사각 조절 평면 매립형 반도체 레이저 장치.