KR100566186B1 - 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저와 그제작 방법 - Google Patents

파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저와 그제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 그 내부에 주입된 광의 파장과 동일한 파장을 갖는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 클래드와, 상기 하부 클래드 상에 형성되어져 있으며, 그 길이 방향을 따라서 밴드갭이 연속적으로 변하는 활성층과, 상기 활성층 및 하부 클래드 상에 형성된 상부 클래드를 포함한다.
페브리-페롯 레이저, 밴드갭, 파장 잠김

Description

파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저와 그 제작 방법{FABRY-PEROT LASER MAKING MODE LOCKED CHANNEL AND FABRICATION METHOD THEREOF}
도 1은 종래의 페브리-페롯 레이저를 나타내는 단면도,
도 2 내지 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 활성층의 밴드갭 분포가 반도체 기판의 길이 방향을 따라서 연속적으로 변하는 페브리-페롯 레이저의 제작 과정을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 연속적으로 변하는 밴드갭 분포를 갖는 활성층에서 출력되는 이득 파장의 분포를 나타내는 그래프.
본 발명은 간섭성 광원에 관한 것으로서, 특히 파장 분할 다중 시스템에 사용 가능한 간섭성 광원에 관한 것이다.
수동형 파장 분할 다중 시스템은 단일 광섬유를 이용해서 다수의 가입자들에게 신호를 전송하는 광 통신 방법을 의미한다. 또한 수동형 파장 분할 다중 시스템 에 있어서 가장 보편적인 구조는 복수의 가입자들에게 가장 인접한 위치에 중앙 기지국과 단일 광섬유로 연결된 지역 기지국을 설치하고, 상기 지역 기지국은 복수의 가입자들 각각과 연결된 이중성형 구조이다.
상술한 수동형 파장 분할 다중 시스템에 대한 보다 구체적인 설명은 로버트 라이트 등에 의해서 2002년 미국에서 출원된 출원 번호 US 6,411,410(WAVELENGTH-DIVISION MULTIPLEXING IN PASSIVE OPTICAL NETWORK)에 상세히 기재되어 있다. 수동형 파장 분할 다중 시스템은 상호 다른 복수의 하향 채널들을 각 가입자에게 전송하기 위한 신호 수단으로서 사용한다. 상술한 하향 채널들은 하향 광신호로 다중화된 형태로 전송되며, 상기 지역 기지국에서 다시 상호 다른 파장을 갖는 복수의 하향 채널들로 역다중화시켜서 각 가입자에게로 전송한다.
상술한 하향 채널을 생성하기 위한 광원으로는 반도체 광증폭기, 페브리-페롯 레이저 등이 하향 채널을 생성하는 광원으로서 사용 가능하다. 상술한 반도체 광증폭기는 반도체 광 소자의 일종으로서 그 내부에 입력된 광을 증폭시키는 소자이다.
상술한 수동형 파장 분할 다중 시스템은 하향 채널들을 생성하기 위한 광원으로서 상기 페브리-페롯 레이저를 사용하며, 상기 페브리-페롯 레이저에 기설정된 파장의 광을 주입함으로써 그 내부에 주입된 상기 광의 파장과 동일한 파장을 갖도록 파장 잠김된 하향 채널을 생성한다.
도 1은 종래 페브리-페롯 레이저의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상술한 페브리-페롯 레이저는 반도체 기판(110)과, 상기 반도체 기판(110) 상에 적층된 하부 클래드(120)와, 상기 하부 클래드(120) 상에 일정한 밴드갭 분포를 갖도록 형성된 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 성장된 상부 클래드(140)와, 상기 상부 클래드(140) 상에 적층된 콘텍트(Contact; 150)층을 포함하는 메사 구조이다.
일반적으로 상기 페브리-페롯 레이저의 활성층(130)은 일정한 밴드갭 분포를 갖음으로써 단일 파장에 대해서 파장 잠김된 하향 채널의 생성이 가능하다.
그러나, 상술한 페브리-페롯 레이저는 외부 온도 변화로 인해서 활성층의 밴드갭이 쉽게 변화되고, 상술한 활성층 밴드갭의 변화는 페브리-페롯 레이저 내부에서 발진되는 이득 파장을 변화시키는 문제가 된다. 결과적으로 온도에 따른 이득 파장의 변화는 상기 페브리-페롯 레이저가 파장 잠김된 하향 채널의 생성할 수 있도록 그 내부에 입력된 광의 파장과의 부정합을 유발하며, 이는 페브리-페롯 레이저에서 생성된 하향 채널의 이득을 감소시키는 요인이 된다.
상술한 이득 파장은 활성층의 밴드갭 또는 페브리-페롯 레이저에 인가되는 구동 전류 등에 의해서 결정되며, 페브리-페롯 레이저로부터 파장 잠김된 하향 채널을 생성시키기 위해서 인가되는 광의 파장에 인접하도록 조정된다. 따라서 외부의 온도 변화로 인한 활성층 밴드갭의 변화는 그 내부에서 자체적으로 생성되는 이득 파장을 변화시키게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 본 발 명의 목적은 제작이 용이하고, 온도 변화로 인해서 파장 잠김에 의해 생성된 채널의 이득 감소를 보상할 수 있는 수동형 파장 분할 다중 시스템에 광원으로서 적용 가능한 페브리-페롯 레이저를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 그 내부에 주입된 광의 파장과 동일한 파장을 갖는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저는,
반도체 기판과;
상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 클래드와;
상기 하부 클래드 상에 형성되어져 있으며, 그 길이 방향을 따라서 밴드갭이 연속적으로 변하는 활성층과;
상기 활성층 및 하부 클래드 상에 형성된 상부 클래드를 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저를 제작 방법에 있어서 각 과정을 단계별로 도시한 도면들이다. 본 발명에 따른 페브리-페롯 레이저의 제작 방법은 하부 클래드(220)를 성장시키는 하부 클래드 성장 과정과, 상기 하부 클래드(220) 상에 활성층(320)을 형성하는 활성층 성장 과정과, 상기 활성층(320)의 일부분을 식각시키는 활성층 식각 과정과, 상부 클래드(330) 성장 과정 및 콘택트(Contact;340) 성장 과정을 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 하부 클래드 성장 과정은 반도체 기판(210) 상에 하부 클래드(220)를 성장시키는 과정으로서, 상기 반도체 기판(210)은 n-InP 등을 사용하고, 상기 하부 클래드(220)로는 p-InP 등이 사용 가능하다.
도 3을 참조하면, 상기 활성층 형성 과정은 상기 하부 클래드(220) 상에 상기 활성층(320)을 형성하는 과정으로서, 상기 반도체 기판(210)의 길이 방향(y축)을 따라서 상호 이격된 간격(x1-x2)이 연속적으로 변화되는 한 쌍의 마스크들(310)을 형성하는 제1 단계와, 상기 마스크들(310)이 이격된 사이에 상기 활성층(320)을 성장시키는 제2 단계를 포함한다.
상기 제1 단계는 상기 하부 클래드(220) 상에 통상의 PECVD 또는 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법으로 SiO2 또는 Si3N4 등의 유전체 층을 증착시킨 후에, 상술한 유전체 층을 통상의 리소그래피(Lithography) 등의 방법으로 식각시킴으로써 상기 마스크들(310)을 형성하는 단계이다. 상기 마스크들(310)은 이격된 간격이 상기 반도체 기판(210)의 길이 방향(y)을 따라서 연속적으로 변화되도록 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 단계는 상기 마스크들(310)이 이격된 사이에 상기 활성층(320)을 성장시키는 단계로서, 상기 활성층(320)은 상기 마스크들(310)이 이격된 간격의 변화에 따라서 연속적으로 변화되는 밴드 갭 분포를 갖게된다. 상기 마스크들(310)은 상기 활성층 성장 과정 후에 제거된다.
도 5를 참조하면, 상기 활성층 식각 과정은 상기 반도체 기판(210)의 길이 방향을 따라서 상기 활성층(320)의 폭이 일정해지도록 상기 활성층(320)의 일부분을 식각시키는 과정이다. 결과적으로, 상기 활성층(320)은 상기 반도체 기판(210)의 길이 방향을 따라서 그 폭은 일정하게 유지되는 반면에, 밴드갭 분포는 연속적으로 변화된다.
도 6을 참조하면, 상기 상부 클래드 성장 과정은 상기 활성층(320)이 형성된 상기 하부 클래드(220) 상에 상부 클래드(330)를 성장시키는 과정이며, 상기 콘텍트 성장 과정은 상기 상부 클래드(330) 상에 p+-InGaAs 등의 콘텍트(Contact; 340) 층을 적층하는 과정이다. 상기 콘텍트 과정 이후에 그 양 끝단에 각각 무반사 층(360)과, 고반사 층(350)을 적층함으로써 파장 잠김된 채널을 출력할 수 있는 페브리-페롯 레이저를 완성하게 된다.
상술한 바와 같은 페브리-페롯 레이저는 습식 식각 또는 리액티브 이온 에칭(RIE) 등의 공정을 통해 매립 스트립(Buried Stripe)의 형태로 식각시키기도 한다. 식각된 부분에는 전류 제한 영역(미도시)을 형성하며, 상술한 상기 전류 제한 영역으로는 n-InP, P-InP 또는 반 절연 물질인 InP 등이 사용 가능하다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 그 내부에 주입된 광의 파장과 동일한 파장을 갖는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저는 반도체 기판(210)과, 상기 반도체 기판(210) 상에 형성된 하부 클래드(220)와. 상기 하부 클래드(220) 상에 형성되어져 있으며, 그 길이 방향을 따라서 밴드갭이 연속적으로 변하는 활성층(320)과, 상기 활성층(320) 및 하부 클래드(220) 상에 형성된 상부 클래드(330)와, 상기 상부 클래드(330) 상에 형성된 콘텍트 층(340)을 포함한다.
특히, 상기 활성층(320)은 상기 페브리-페롯 레이저의 일단에서 그 타단으로 진행할 수록 연속적으로 변화되는 밴드갭 분포를 갖는다. 예를 들어서, 상기 활성층의 밴드갭 분포가 일단에서 타단으로 진행할 수록 연속적으로 낮아질 수도 있고, 그 반대로 연속적으로 높아지는 밴드갭 분포를 가질 수 있다.
또한, 상기 페브리-페롯 레이저는 그 일단면에 무반사 층(360)을 적층하고, 그 타단면에는 고반사 층(350)을 적층한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 활성층은 연속적인 밴드 갭 분포를 갖게됨으로써 외부 온도 변화에 따라서 발생 가능한 기설정된 이득 파장(λ0)의 변화를 보상할 수 있게 된다. 즉, 상기 활성층의 연속적인 밴드갭 분포는 온도 변화로 인한 이득 파장의 변화를 보상해 줌으로써 상기 페브리-페롯 레이저에서 생성된 파장 잠김된 채널의 온도 변화에 따른 이득의 손실을 보상해줄 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 활성층이 연속적으로 변화되는 밴드갭 분포 및 그 제작 방법에 관해서 제공함으로써 별도의 온도 보상 수단들이 필요하지 않고, 용이하게 연속적으로 변화되는 밴드갭 분포를 구현함으로써 제작비 절감이 가능한 이점이 있다. 또 한, 활성층 밴드갭 분포가 연속적으로 이루어짐으로써 본 발명에 따른 페브리-페롯 레이저에서 생성할 수 있는 파장 잠김된 채널의 수를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 그 내부에 주입된 광의 파장과 동일한 파장을 갖는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저에 있어서,
    반도체 기판과;
    상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 클래드와;
    상기 하부 클래드 상에 형성되어져 있으며, 그 길이 방향을 따라서 밴드갭이 연속적으로 변하는 활성층과;
    상기 활성층 및 하부 클래드 상에 형성된 상부 클래드를 포함함을 특징으로 하는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 페브리-페롯 레이저의 일단에서 그 타단으로 진행할 수록 낮아지는 밴드갭 분포를 가짐을 특징으로 하는 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저.
  3. 페브리-페롯 레이저의 제작 방법에 있어서,
    반도체 기판의 길이 방향을 따라서 밴드갭 분포가 변화되는 활성층을 성장시 키는 활성층 성장 과정과;
    상기 반도체 기판의 길이 방향을 따라서 상기 활성층의 폭이 일정해지도록 상기 활성층의 일부분을 식각시키는 활성층 식각 과정을 포함함을 특징으로 하는 페브리-페롯 레이저의 제작 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 활성층의 성장 이전에 상기 반도체 기판 상에 하부 클래드를 성장시키는 하부 클래드 성장 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 페브리-페롯 레이저의 제작 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 활성층 성장 과정은,
    상기 하부 클래드 상에 상기 반도체 기판의 길이 방향을 따라서 상호 이격된 마스크들을 형성 하는 제1 단계와;
    상기 마스크들이 이격된 사이에 상기 활성층을 성장시킴으로써 상기 마스크들이 이격된 사이에 상기 활성층을 성장시키는 제2 단계를 포함함을 특징으로 하는 페브리-페롯 레이저의 제작 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 마스크들의 상호 이격된 간격은 상기 반도체 기판의 길이 방향을 따라서 연속적으로 변하도록 형성됨을 특징으로 하는 페브리-페롯 레이저의 제작 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 활성층이 형성된 상기 하부 클래드 상에 상부 클래드를 성장시키는 상부 클래드 성장 과정과;
    상기 상부 클래드 상에 콘텍트 층을 성장시키는 콘텍트 성장 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 페브리 페롯 레이저의 제작 방법.
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