KR100766084B1 - A Seniconductor Device Structure including Quantum Dot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분포 귀환형 반도체 레이저 구조물에 관한 것으로, 본 반도체 레이저 구조물은 제1 클래드층; 상기 제1 클래드층 상에 형성되는 제1 리지도파로; 상기 제1 리지도파로 상에 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 형성되는 제2 리지도파로; 상기 제2 리지도파로 상에 형성되는 제2 클래드층; 및 상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹콘택층을 포함하며, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층 중 적어도 어느 하나에 형성되며, 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로와 소정 각도를 이루면서 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로의 길이 방향을 따라 주기적으로 배치되는 복수의 그레이팅을 포함한다. The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser structure, the semiconductor laser structure comprises a first clad layer; A first ridge waveguide formed on the first cladding layer; An active layer formed on the first ridge waveguide; A second ridge waveguide formed on the active layer; A second clad layer formed on the second ridge waveguide; And an ohmic contact layer formed on the second clad layer, wherein the ohmic contact layer is formed on at least one of the first clad layer and the second clad layer, and has a predetermined angle with the first ridge waveguide or the second ridge waveguide. And a plurality of gratings periodically disposed along a length direction of the first ridge waveguide or the second ridge waveguide.

이에 따라, 대량생산이 가능한 일반적인 홀로그램 리소그래피 공정을 적용할 수 있어 공정시간을 단축할 수 있으며, 완전한 단일 파장을 얻기 위한 추가적인 공정이 필요 없는 양자점 활성층을 사용하는 분포귀환형 반도체 레이저 구조물을 제공할 수 있다. As a result, it is possible to apply a general holographic lithography process that can be mass-produced, which shortens the process time and provides a distributed feedback semiconductor laser structure using a quantum dot active layer that does not require an additional process to obtain a single wavelength. have.

단일파장, 분포귀환형, 그레이팅, 리지 도파로, 각도 Single Wavelength, Distributed Feedback, Grating, Ridge Waveguide, Angle

Description

양자점을 포함하는 반도체 레이저 구조물{A Seniconductor Device Structure including Quantum Dot}Semiconductor laser structure including quantum dots {A Seniconductor Device Structure including Quantum Dot}

도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 그레이팅 구조를 갖는 반도체 레이저 구조물의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a semiconductor laser structure having a grating structure in accordance with one embodiment of the prior art.

도 2는 종래 기술의 다른 실시 예에 따른 그레이팅 구조를 갖는 반도체 레이저 구조물의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of a semiconductor laser structure having a grating structure according to another embodiment of the prior art.

도 3은 본 발명에 따른 그레이팅을 포함하는 반도체 레이저 구조물의 일 실시 예이다. 3 is an embodiment of a semiconductor laser structure including grating according to the present invention.

도 4는 도 3의 A영역에 개시된 그레이팅과 리지 도파로를 확대한 평면도이다. FIG. 4 is an enlarged plan view of the grating and the ridge waveguide disclosed in region A of FIG. 3.

도 5는 본 발명에 따른 그레이팅을 포함하는 반도체 레이저 구조물의 다른 실시 예이다. 5 is another embodiment of a semiconductor laser structure including grating according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

300, 500: 반도체 레이저 구조물300, 500: semiconductor laser structure

310: 하부 클래드층 320: 그레이팅310: lower cladding layer 320: grating

330: 하부 리지 도파로 340: 활성층330: lower ridge waveguide 340: active layer

350: 상부 리지 도파로 360: 상부 클래드층350: upper ridge waveguide 360: upper cladding layer

370: 오믹콘택층 380: 그레이팅370: ohmic contact layer 380: grating

본 발명은 반도체 레이저 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 리지 도파로와 그레이팅이 소정 각도를 이루도록 설계함으로써, 순수한 단일 파장의 레이저를 얻을 수 있는 반도체 레이저 구조물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser structure, and more particularly, to a semiconductor laser structure capable of obtaining a pure single wavelength laser by designing the ridge waveguide and the grating at an angle.

일반적으로, 단일 파장의 레이저 빛을 얻기 위해 분포 귀환형 반도체 레이저 구조물이 이용된다. 분포귀환형 반도체 레이저 구조물은, 활성층, 상기 활성층의 상부 및 하부에 형성되는 클래드층, 상기 클래드층의 상부 및 하부에 형성되며 원하는 파장의 1/2의 정수 배에 해당하는(nλ/2, n = 1,2,3..) 그레이팅을 포함한다. 그러나, 전술한 구조를 갖는 분포귀환형 반도체 레이저 구조물을 제조하는 경우에도, 2개 이상의 파장의 빛이 방출되는 경우가 발생하기 때문에 완전한 순수 단일 파장을 얻는 것은 용이하지 않다. Generally, a distributed feedback semiconductor laser structure is used to obtain laser light of a single wavelength. The distributed feedback semiconductor laser structure includes an active layer, a cladding layer formed on the top and bottom of the active layer, and formed on top and bottom of the cladding layer and corresponding to an integer multiple of 1/2 of a desired wavelength (nλ / 2, n = 1,2,3 ..) grating. However, even in the case of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser structure having the above-described structure, it is not easy to obtain a pure pure single wavelength because light of two or more wavelengths is emitted.

이하에서는 이러한 문제점을 해소하기 위해 고안된 반도체 레이저 구조물을 설명한다. 도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 그레이팅 구조를 갖는 반도체 레이저 구조물의 부분 개략도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 반도체 레 이저 구조물(100)은 클래드층(110)과 클래드층(110) 상에 형성되는 활성층(120)과 활성층(120)의 상부 및 하부에 형성되는 상부 및 하부 광가이드층(130, 135)과 상부 광가이드층(135) 상에 형성되는 복수의 그레이팅(140)을 포함한다. 상기 복수의 그레이팅(140)은 1/2 파장의 정수 배에 해당하는 주기((λ/2)n, n= 1,2,3..)를 가지며, 이 그레이팅의 구조 내에 파장의 1/4 길이만큼 변화하는 영역(Δφ)을 포함한다. Δφ는 ((λ/2)n + λ/4, n= 1,2,3...)이다.Hereinafter, a semiconductor laser structure designed to solve this problem will be described. 1 is a partial schematic view of a semiconductor laser structure having a grating structure in accordance with one embodiment of the prior art. Referring to FIG. 1, the semiconductor laser structure 100 according to the related art has a cladding layer 110 and an upper portion formed on the upper and lower portions of the active layer 120 and the active layer 120 formed on the cladding layer 110. And a plurality of gratings 140 formed on the lower light guide layers 130 and 135 and the upper light guide layer 135. The plurality of gratings 140 has a period ((λ / 2) n, n = 1,2,3 ..) corresponding to an integer multiple of 1/2 wavelength, and 1/4 of the wavelength in the structure of the grating It includes an area Δφ that changes by the length. Δφ is ((λ / 2) n + λ / 4, n = 1,2,3 ...).

전술한 그레이팅 구조를 포함하는 반도체 구조물은, 공진 축 방향으로 증폭되는 빛에 교란을 주게 된다. 이에 따라, 전술한 반도체 구조물을 이용하는 경우에는 단일 파장의 빛만 남고 다른 파장의 빛이 소멸하여 완전한 단일 파장의 레이저 빛을 방출할 수 있다. The semiconductor structure including the above-described grating structure disturbs the light amplified in the resonant axis direction. Accordingly, in the case of using the above-described semiconductor structure, only a single wavelength of light may be left and light of another wavelength may be extinguished to emit a laser light of a complete single wavelength.

그러나, 전술과 같이 그레이팅 구조의 일 영역에 위상 변화를 주기 위해서는, 일반적인 간섭무늬를 이용하는 홀로그램 리소그래피 공정을 사용하는 것이 용이하지 않다는 단점이 있어, 추가 공정이 요구된다. However, in order to give a phase change to a region of the grating structure as described above, there is a disadvantage that it is not easy to use a holographic lithography process using a general interference fringe, and thus an additional process is required.

도 2는 종래 기술의 다른 실시 예에 따른 그레이팅 구조를 갖는 반도체 레이저 구조물의 개략도이다. 도 2의 반도체 레이저 구조물(200)은 InP 기판(210), InP기판(210)에 형성되는 회절 격자(220), InP기판(210) 상에 형성되는 제1 광가이드(230), 제1 광가이드(230) 상에 형성되는 활성층(240), 활성층(240) 상에 형성되는 제2 광가이드(235), 제2 광가이드(235) 상에 형성되는 InP클래드층(260), InP클래드층(260)에 형성되는 흡수형 회절격자층(270), 및 InP클래드층(270) 상에 형성 되는 InGaAs층(280)을 포함한다. 이러한 구조로 형성된 도 2의 반도체 레이저 구조물(200)은 전술한 홀로그램 리소그래픽 공정을 사용하기 어렵다는 문제점(즉, 도 1의 문제점)을 극복하기 위해 고안된 발명으로, 기존의 홀로그램 방식을 이용하면서도 위상 변화를 줄 수 있는 구조이다.2 is a schematic diagram of a semiconductor laser structure having a grating structure according to another embodiment of the prior art. The semiconductor laser structure 200 of FIG. 2 includes an InP substrate 210, a diffraction grating 220 formed on the InP substrate 210, a first light guide 230 formed on the InP substrate 210, and a first light. The active layer 240 formed on the guide 230, the second light guide 235 formed on the active layer 240, the InP cladding layer 260, and the InP clad layer formed on the second light guide 235. An absorbing diffraction grating layer 270 formed at 260 and an InGaAs layer 280 formed on the InP cladding layer 270 are included. The semiconductor laser structure 200 of FIG. 2 formed as such a structure is an invention designed to overcome the problem of using the holographic lithographic process described above (that is, the problem of FIG. 1), and is a phase change using a conventional hologram method. It is a structure that can give.

그러나, 전술한 구조물을 형성하기 위해서는, 기존의 홀로그램 방식을 이용하지만 추가 리소그래피 공정이 필요하고, 활성층 상부 및 하부에 각각 회절격자인 그레이팅을 설치하기 위해서는 정밀한 위치 조절 작업이 요구된다는 어려움을 갖는다. 게다가, 반도체 레이저 구조물에 형성된 활성층에 양자점을 이용할 경우에는, 양자점의 불균질 때문에 반도체 레이저가 충분한 출력을 얻기 위해 다층 구조와 긴 공진 축 등이 요구되며, 이로 인하여 다중 파장 발진의 문제점이 발생하게 된다. However, in order to form the above-described structure, although the conventional hologram method is used, an additional lithography process is required, and in order to install the grating, which is a diffraction grating on the upper and lower portions of the active layer, it is difficult to precisely adjust the position. In addition, when the quantum dots are used for the active layer formed in the semiconductor laser structure, a multilayer structure and a long resonance axis are required to obtain a sufficient output of the semiconductor laser due to the heterogeneity of the quantum dots, which causes a problem of multi-wavelength oscillation. .

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 리지도파로의 길이방향과 그레이팅이 소정 각도를 이루도록 형성함으로써, 빛의 소멸 간섭 현상을 이용하여 완전한 단일 파장의 레이저를 얻을 수 있는 반도체 레이저 구조물을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to form a longitudinal angle and grating of a ridge wave to form a predetermined angle, so that a laser having a complete single wavelength can be obtained using an extinction interference phenomenon of light. The present invention provides a semiconductor laser structure.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 반도체 레이저 구조물은 제1 클래드층; 상기 제1 클래드층 상에 형성되는 제1 리지도파 로; 상기 제1 리지도파로 상에 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 형성되는 제2 리지도파로; 상기 제2 리지도파로 상에 형성되는 제2 클래드층; 및 상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹콘택층을 포함하며, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층 중 적어도 어느 하나에 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로와 소정 각도를 이루면서 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로의 길이 방향을 따라 주기적으로 형성되는 복수의 그레이팅을 포함한다. According to an aspect of the present invention, to achieve the above object, the semiconductor laser structure of the present invention comprises a first cladding layer; A first ridge waveguide formed on the first cladding layer; An active layer formed on the first ridge waveguide; A second ridge waveguide formed on the active layer; A second clad layer formed on the second ridge waveguide; And an ohmic contact layer formed on the second clad layer, wherein the at least one of the first clad layer and the second clad layer forms an angle with the first ridge waveguide or the second ridge waveguide. And a plurality of gratings formed periodically along a length direction of the first ridge waveguide or the second ridge waveguide.

바람직하게, 상기 그레이팅과 상기 리지 도파로가 이루는 각도(θ)는 Preferably, the angle θ formed by the grating and the ridge waveguide is

Figure 112006063959608-pat00001
(W = 리지 도파로의 공진폭, λ = 파장)이다.
Figure 112006063959608-pat00001
(W = resonance width of the ridge waveguide, lambda = wavelength).

상기 그레이팅의 주기(τ)는

Figure 112006063959608-pat00002
( n = 1,2,3...)이다. 상기 활성층은 적어도 하나의 양자점을 포함한다.The period of grating τ is
Figure 112006063959608-pat00002
(n = 1,2,3 ...). The active layer includes at least one quantum dot.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 레이저 구조물을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a semiconductor laser structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명에 따른 그레이팅을 포함하는 반도체 레이저 구조물의 일 실시 예이다. 도 3에 개시된 반도체 레이저 구조물(300)은 양자점(미도시)을 포함하는 활성층(340)과, 그레이팅(320)을 포함하는 분포 귀환형 레이저 박막 구조이다.3 is an embodiment of a semiconductor laser structure including grating according to the present invention. The semiconductor laser structure 300 disclosed in FIG. 3 is a distributed feedback laser thin film structure including an active layer 340 including a quantum dot (not shown) and a grating 320.

도 3을 참조하면, 분포 귀환형 반도체 레이저 구조물(300)은 적층 순서를 기준으로 하부 클래드층(310), 하부 클래드층(310)내에 형성되는 복수의 그레이팅(320), 하부 리지 도파로(ridge waveguide; 330), 활성층(340), 상부 리지 도파로(350), 상부 클래드층(360) 및 오믹콘택층(370)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the distributed feedback semiconductor laser structure 300 includes a lower cladding layer 310, a plurality of gratings 320 formed in the lower cladding layer 310, and a lower ridge waveguide based on the stacking order. 330, an active layer 340, an upper ridge waveguide 350, an upper cladding layer 360, and an ohmic contact layer 370.

하부 클래드층(310)과 상부 클래드층(360)은 p+ 또는 n+ 클래드층으로 형성할 수 있으며, 하부 클래드층(310)이 p+ 클래드층인 경우, 상부 클래드층(360)은 n+ 클래드층으로 형성한다. 즉, 하부 클래드층(310)과 상부 클래드층(360)은 반대의 타입으로 형성된다. 하부 클래드층(310) 내에 형성되어 있는 그레이팅(320)은 일반적인 분포 귀환형 분리 집속 이종(distributed feedback separated confinement heterostructure: DFB SCH) 구조를 이용할 수 있다. 이때, 그레이팅(320)의 주기는 τ=(λ/2)n의 정수 배로 형성하는 것이 바람직하다.The lower cladding layer 310 and the upper cladding layer 360 may be formed of a p + or n + cladding layer. When the lower cladding layer 310 is a p + cladding layer, the upper cladding layer 360 is formed of an n + cladding layer. do. That is, the lower cladding layer 310 and the upper cladding layer 360 are formed in opposite types. The grating 320 formed in the lower clad layer 310 may use a general distributed feedback separated confinement heterostructure (DFB SCH) structure. At this time, the period of the grating 320 is preferably formed by an integer multiple of τ = (λ / 2) n.

전술한 구조로 이루어진 단일 파장 분포 귀환형 양자점 반도체 레이저 구조물(300)을 제작하기 위해서는, 하부 리지 도파로(330)인 공진축을 쪼개짐(cleaving)이 용이한 방향으로 구성해야하며, 그레이팅(320)은 상기 공진축, 즉, 리지도파로(330)과 특정한 소정 각도를 이루도록 배치한다. 전술한 그레이팅(320)과 리지 도파로(330) 구조를 이용하여, 완전한 순수 단일 파장을 얻기 위해서는, 그레이팅(320)이 공진축 방향으로 λ/2 정수배에 해당하는 주기성과 λ/4 위상변화를 동시에 만족해야 한다. λ/2 정수배에 해당하는 주기성과 λ/4 위상변화를 동시에 만족하기 위한, 그레이팅(320)과 하부 리지 도파로(330)의 관계는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. In order to fabricate the single wavelength distribution feedback quantum dot semiconductor laser structure 300 having the above-described structure, the resonance axis, which is the lower ridge waveguide 330, should be configured in a direction that can be easily cleaved, and the grating 320 may be It is arranged so as to form a certain predetermined angle with the resonance axis, that is, the ridge waveguide 330. Using the above-described grating 320 and ridge waveguide 330 structures, in order to obtain a pure pure single wavelength, the grating 320 simultaneously performs periodicity corresponding to λ / 2 integer multiples in the direction of the resonance axis and λ / 4 phase change. You must be satisfied. The relationship between the grating 320 and the lower ridge waveguide 330 to simultaneously satisfy the periodicity corresponding to the lambda / 2 integer multiple and the lambda / 4 phase change will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 도 3의 A영역에 개시된 그레이팅(320)과 리지 도파로(330) 구조를 확대한 평면도이다. 도 4를 참조하면, aa'선 및 bb'선은 하부 리지 도파로(330)의 길이방향에 따른 양측단부를 부분적으로 나타내며, W는 하부 리지 도파로(330)의 폭을 나타낸다. 상기 폭(W)은 양자점 레이저 출력을 고려하여 형성하는 것이 바람직하며, 본 실시 예에서는 리지 도파로의 폭(W)을 약 5㎛이상으로 형성하는 것을 개시하고 있는데, 이는 리지 도파로의 폭(W)이 5㎛ 이하인 경우 공진 파장의 1/2 파장 차이를 나게 하기 위해 그레이팅(320)과 리지 도파로(330)가 이루는 각도(θ)를 더 크게 해야 하기 때문이다. 한편, 리지 도파로의 폭은 반도체 레이저 구조물의 설계 상황에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 게다가, 리지도파로의 폭(W)이 5㎛ 보다 작은 경우에는 상기 각도(θ)를 크게 하여도 파장이 1/2 파장 차이가 나지 않을 수 있기 때문이다. 또한, 리지 도파로(330)의 길이는 활성층(340)에 포함되는 양자점 레이저 출력을 고려하여 형성하는 것이 바람직하며, 현 기술 수준에서는 약 0.5㎜이상으로 형성할 수 있다. 4 is an enlarged plan view of the grating 320 and the ridge waveguide 330 structures disclosed in region A of FIG. 3. Referring to FIG. 4, lines aa ′ and bb ′ partially represent both ends of the lower ridge waveguide 330 in the length direction, and W represents the width of the lower ridge waveguide 330. The width W is preferably formed in consideration of the quantum dot laser output, and in the present embodiment, it is disclosed that the width W of the ridge waveguide is formed to be about 5 μm or more, which is the width W of the ridge waveguide. This is because the angle θ formed between the grating 320 and the ridge waveguide 330 needs to be larger in order to provide a 1/2 wavelength difference of the resonance wavelength when the thickness is 5 μm or less. On the other hand, the width of the ridge waveguide can be appropriately adjusted according to the design situation of the semiconductor laser structure. In addition, when the width W of the ridge waveguide is smaller than 5 µm, the wavelength may not differ by 1/2 wavelength even when the angle θ is increased. In addition, the length of the ridge waveguide 330 is preferably formed in consideration of the quantum dot laser output included in the active layer 340, and may be formed to about 0.5 mm or more in the state of the art.

다음, 도 4에 개시된 cc'선은 하부 리지 도파로 폭(W)의 중심선을 나타낸다. 리지 도파로(330)의 중심선(cc')과 그레이팅(320)이 이루는 각은 θ(≠90°)이고, 중심선(cc') 방향으로의 그레이팅(320)의 주기(하나의 그레이팅 시작점에서 다른 그레이팅의 시작점까지)는 τ=(λ/2)n(n = 1, 2, 3) 이다. 또한, 중심선(cc')에서의 레이저 빛과 하부 리지 도파로(320) 가장자리인 bb'선상에서의 레이저 빛의 경로차(또는 위상차)는 Δ이다. Next, the cc ′ line disclosed in FIG. 4 represents the center line of the lower ridge waveguide width W. FIG. The angle between the center line cc 'of the ridge waveguide 330 and the grating 320 is θ (≠ 90 °), and the period of the grating 320 in the direction of the center line cc' (the other grating at one grating starting point) Up to the starting point of) is τ = (λ / 2) n (n = 1, 2, 3). Further, the path difference (or phase difference) between the laser light at the center line cc 'and the bb' line at the edge of the lower ridge waveguide 320 is Δ.

먼저, 원하는 파장을 얻기 위해서는, 도 4의 그레이팅(320)의 주기(τ)가 λ/2의 정수 배가 되어야 하며, 이는 일반적인 리지 도파로의 중심선과 각도를 갖지 않고 리지 도파로와 수직으로 형성된 그레이팅 주기와도 같다. 단일 파장을 얻기 위해서는 상기 주기(τ)와 λ/4의 위상 변화를 만족시켜야 하는데, 이 경우, 경로 차는 중심선(cc')에서의 레이저 빛과 리지 도파로(320)의 한쪽 끝(aa' 또는 bb')의 경로차인 Δ가 λ/4가 되어야 한다.First, in order to obtain a desired wavelength, the period τ of the grating 320 of FIG. 4 should be an integer multiple of λ / 2, which is a grating period formed perpendicular to the ridge waveguide without having an angle with the centerline of the general ridge waveguide. The same is true. In order to obtain a single wavelength, it is necessary to satisfy the phase change of the period τ and λ / 4, in which case the path difference is one end (aa 'or bb) of the laser light and the ridge waveguide 320 at the center line cc'. Δ, the path difference of '), should be λ / 4.

구체적으로, 일반적인 레이저 빛은 동일한 파장 및 위상을 가지는 전자기파로서, 약간의 경로 차(또는 위상 차)를 주면 간섭현상을 일으키게 되고 그 위상 차에 따라 빛의 세기가 증가 소멸하는 현상(간섭성)이 매우 강하다. 본 발명은 일반적인 단일 슬릿의 간섭원리(단일 슬릿의 간섭원리는 슬릿의 중간에서 출발한 빛과 가장자리에서 출발한 빛의 경로차에 의하여 밝고 어두운 무늬가 나타나게 됨)를 이용하여, 단일 슬릿의 간섭 원리와 마찬가지로 중심선(cc')의 레이저 빛과 가장자리(bb') 선상의 빛이 대응되고, 차례대로 ca 방향의 각각의 빛이 ba 방향의 W/2만큼 떨어진 빛과 대응되게 되어 전체적으로 각각의 빛이 λ/4와 대응되는 간섭파를 얻을 수 있다. Specifically, general laser light is electromagnetic waves having the same wavelength and phase. If a slight path difference (or phase difference) is given, an interference phenomenon occurs and the intensity of light increases and disappears according to the phase difference (interference). Very strong. The present invention uses the general principle of interference of a single slit (the interference principle of a single slit is indicated by a bright dark pattern due to the path difference between the light originating from the middle of the slit and the light originating from the edge). Similarly, the laser light of the center line (cc ') and the light on the edge (bb') line correspond to each other, and in turn, each light in the ca direction corresponds to the light separated by W / 2 in the ba direction. An interference wave corresponding to λ / 4 can be obtained.

이에 따라, 이러한 원리를 리지 도파로를 포함하는 반도체 레이저 구조물에 적용한 것이 본 발명의 핵심이며, 그레이팅과 리지 도파로가 이루는 각도는 λ/4의 위상 차를 갖고, 공진축에 대한 그레이팅 주기는 λ/2의 정수배를 만족시켜야 한다. 상술한 위상차를 만족시키기 위한, 그레이팅(320)과 리지 도파로(330)가 이루는 각도는 다음과 같이 도출할 수 있다.Accordingly, the application of this principle to a semiconductor laser structure including a ridge waveguide is the core of the present invention. The angle formed by the grating and the ridge waveguide has a phase difference of λ / 4, and the grating period with respect to the resonance axis is λ / 2. Must satisfy an integer multiple of. The angle formed by the grating 320 and the ridge waveguide 330 to satisfy the above-described phase difference may be derived as follows.

우선, 도 4에서 o 와 o'의 위치를 지나는 빛의 경로 차는 Δ이고, First, in FIG. 4, the path difference of light passing through the positions of o and o 'is Δ,

Δ=W/(2tanθ) .....식 (1)이고, 또한, Δ = W / (2tanθ) ..... Equation (1),

Δ = λ/4 .....식 (2)Δ = λ / 4 ..... Equation (2)

가 되어야 한다. 따라서 식 (1)과 식 (2)를 정리하면 하부 리지 도파로(330)의 중심선과 그레이팅(320)이 이루는 각(θ)을 구할 수 있다.Should be Therefore, summarizing Equations (1) and (2), the angle θ formed between the center line of the lower ridge waveguide 330 and the grating 320 may be obtained.

θ=tan-1(2W/λ).....식 (3)θ = tan -1 (2W / λ) ..... Equation (3)

이 된다. 여기서, λ는 레이저 공진축인 하부 리지 도파로(330) 내에서의 파장을 나타낸다. 즉, 공기 중의 파장이 λ'일 때 하부 리지 도파로(330) 내의 파장 λ= λ'/n (n: 공진 축내의 유효 굴절률)이다. Becomes Here, lambda represents a wavelength in the lower ridge waveguide 330 which is a laser resonance axis. That is, the wavelength λ = λ '/ n (n: effective refractive index in the resonance axis) in the lower ridge waveguide 330 when the wavelength in air is λ'.

결론적으로, 그레이팅(320)의 간격은 중심축 방향으로 기존의 주기와 변화가 없으나 λ/4의 경로차를 주기 위해서는 식 (3)과 같이 중심선에 대하여 각도를 주어야 한다. In conclusion, the interval of the grating 320 is not changed from the existing period in the direction of the center axis, but in order to give a path difference of λ / 4, an angle with respect to the center line should be given as in Equation (3).

도 5는 본 발명에 따른 그레이팅을 포함하는 반도체 레이저 구조물의 다른 실시 예이다. 도 5를 참조하면, 분포 귀환형 반도체 레이저 구조물(500)은 하부 적층 순서를 기준으로 하부 클래드층(310), 하부 리지 도파로(ridge waveguide; 330), 활성층(340), 상부 리지 도파로(350), 상부 클래드층(360), 상부 클래드층(360)에 형성되는 복수의 그레이팅(380), 및 오믹 콘택층(370)을 포함한다. 도 5에 개시된 반도체 구조물(500)은 그레이팅(380)이 상부 클래드층(360)에 형성되어 있다는 것을 제외하고는 도 3에 개시된 반도체 구조물과 구성요소 및 동작이 동일하므로, 다른 구성요소에 대해서는 도 3의 설명을 참조한다. 5 is another embodiment of a semiconductor laser structure including grating according to the present invention. Referring to FIG. 5, the distributed feedback semiconductor laser structure 500 may include a lower cladding layer 310, a lower ridge waveguide 330, an active layer 340, and an upper ridge waveguide 350 based on a lower stacking order. , An upper cladding layer 360, a plurality of gratings 380 formed on the upper cladding layer 360, and an ohmic contact layer 370. The semiconductor structure 500 disclosed in FIG. 5 has the same components and operations as the semiconductor structure disclosed in FIG. 3 except that the grating 380 is formed on the upper cladding layer 360. See description in 3.

도 5에 개시된 그레이팅(380)은 상부 리지 도파로(350)의 길이방향을 따라 주기적으로 배치되며, 각각의 그레이팅(380)은 상부 리지 도파로(350)와 소정 각도(식 (3) 참조)를 이루도록 배치함으로써, λ/2 정수배에 해당하는 주기성과 λ/4 위상변화를 동시에 만족시킬 수 있다. The grating 380 disclosed in FIG. 5 is periodically disposed along the lengthwise direction of the upper ridge waveguide 350, and each grating 380 forms an angle with the upper ridge waveguide 350 (see equation (3)). By disposing, it is possible to satisfy both the periodicity corresponding to the lambda / 2 integer multiple and the lambda / 4 phase change simultaneously.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, it is understood that various modifications and equivalent other embodiments are possible from exemplary ones, and that those skilled in the art may understand the following. There will be.

이상 전술에 따르면, 본 발명의 양자점을 포함하는 반도체 레이저 구조물은 기존의 분포 귀환형 리지 도파로 구조를 제작하는 공정과 같고, 추가 공정이 없기 때문에 새로운 기술 개발 없이 마스크의 변경만으로 순순한 단일 파장의 레이저 빛을 얻을 수 있다. 즉, 기존의 간섭 무늬를 이용하는 홀로그램 공정을 사용하기 때문에 추가적인 정밀성을 요구하지 않고 비용 절감과 수율 향상을 제공할 수 있다.According to the above description, the semiconductor laser structure including the quantum dot of the present invention is the same as the process of manufacturing a conventional distributed feedback ridge waveguide structure, and since there is no additional process, only a single wavelength laser light is changed by changing a mask without developing new technology. Can be obtained. That is, the hologram process using the existing interference fringes can provide cost reduction and yield improvement without requiring additional precision.

또한, 본 발명은 큰 폭과 길이의 공진 축을 가지는 리지 도파로 형태의 반도체 레이저 구조물에서 얻을 수 없던 단일 파장을 얻을 수 있어 고출력의 단일 파장 레이저를 제작할 수 있다.In addition, the present invention can obtain a single wavelength that can not be obtained in a ridge waveguide-type semiconductor laser structure having a large width and length of the resonant axis, it is possible to manufacture a high-power single wavelength laser.

Claims (4)

제1 클래드층;A first clad layer; 상기 제1 클래드층 상에 형성되는 제1 리지도파로;A first ridge waveguide formed on the first cladding layer; 상기 제1 리지도파로 상에 형성되는 활성층;An active layer formed on the first ridge waveguide; 상기 활성층 상에 형성되는 제2 리지도파로;A second ridge waveguide formed on the active layer; 상기 제2 리지도파로 상에 형성되는 제2 클래드층; 및 A second clad layer formed on the second ridge waveguide; And 상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹콘택층Ohmic contact layer formed on the second clad layer 을 포함하며, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층 중 적어도 어느 하나에 형성되며, 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로와 소정 각도를 이루면서 상기 제1 리지 도파로 또는 상기 제2 리지 도파로의 길이 방향을 따라 주기적으로 배치되는 복수의 그레이팅을 포함하는 반도체 레이저 구조물. And a first ridge waveguide or a second ridge waveguide formed on at least one of the first cladding layer and the second cladding layer, and formed at a predetermined angle with the first ridge waveguide or the second ridge waveguide. A semiconductor laser structure comprising a plurality of gratings arranged periodically along the longitudinal direction of the. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그레이팅과 상기 리지 도파로가 이루는 각도(θ)는 The angle θ formed by the grating and the ridge waveguide is
Figure 112006063959608-pat00003
(W = 리지 도파로의 공진폭, λ = 파장)인
Figure 112006063959608-pat00003
(W = resonance width of ridge waveguide, λ = wavelength) 반도체 레이저 구조물. Semiconductor laser structure. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 그레이팅의 주기(τ)는
Figure 112006063959608-pat00004
( n = 1,2,3...)인 반도체 레이저 구조물.The period of grating τ is
Figure 112006063959608-pat00004
(n = 1,2,3 ...) semiconductor laser structure. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 활성층은 적어도 하나의 양자점을 포함하는 반도체 레이저 구조물.And the active layer comprises at least one quantum dot.
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