KR0142437B1 - 반도체 다이오드 레이저 - Google Patents

반도체 다이오드 레이저

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KR0142437B1
KR0142437B1 KR1019890009149A KR890009149A KR0142437B1 KR 0142437 B1 KR0142437 B1 KR 0142437B1 KR 1019890009149 A KR1019890009149 A KR 1019890009149A KR 890009149 A KR890009149 A KR 890009149A KR 0142437 B1 KR0142437 B1 KR 0142437B1
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쿠인데르스마 피테르
반 에스-스피크만 빌마
알베르티나 프란스 마리에떼 밸레 잉그리드
파울루스 게라르두스 몰스 페트루스
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에프.제이.스미트
필립스일렉트로닉스엔.브이
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Abstract

내용없음

Description

반도체 다이오드 레이저
제1도는 본 발명에 다른 반도체 다이오드 레이저의 제1 실시예를 부분적으로 도시한 투시도 및 횡단면도.
제2도는 제1도의 반도체 다이오드 레이저를 II-II라인상에 도시한 부분도.
제3도는 점 A의 지역에서 제2도의 횡단면 내의 반도체 다이오드 레이저의 굴절률을 개략적으로 나타낸 도면.
제4도는 위상층(d3)의 다른 두께의 값에 대해 제1도의 반도체 다이오드 레이저내의 유효 반사의 모듈(| reff|)과 위상(Φ)을 극 다이어그램으로 도시한 도면.
제5도는 코팅에 의한 것만 제1 실시예와 다르고, 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제2 실시예를 제1도의 II-II라인상에 도시한 횡단면도.
제6도는 점 B의 지역에서 제5도의 반도체 다이오드 레이저의 종단면 굴절률을 개략적으로 나타낸 도면.
제7도는 위상층(d3)의 다른 두께의 값에 대해 제5도의 반도체 다이오드 레이저내의 유효 반사의 모듈(| reff|)과 위상(Φ)을 극 다이어그램으로 도시한 도면.
제8도는 코팅에 의해서만 제1 실시예와 다르고, 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제3 실시예를 제1도의 II-II라인상에 도시한 횡단면도.
제9도는 점 C의 지역에서 제8도의 반도체 다이오드 레이저의 종단면 굴절률을 개략적으로 나타낸 도면.
제10도는 위상층(d3)의 다른 두께의 값에 대해 제8도의 반도체 다이오드 레이저내의 유효 반사의 모듈(| reff|)과 위상(Φ)을 극 다이어그램으로 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:기판 2:제 1비활성층
3:제 2비활성층 4:활성층
27:반사 방지 코팅 30:위상층
본 발명은 어떤 매개체에 의해서 둘러싸여진 반도체 다이오드 레이저에 관한 것이며, 순방향에서 충분히 큰 전류 강도로 공진 공동내에 위치한 막대형의 활성 영역에서 응집된 전자기 방사를 발생할 수 있는 -pn접합을 가지고 있는 반도체 몸체를 포함하고 있으며, 상술된 공진 공동은 최소한 경선 방향에서 효과적인 굴절률로 주기적인 방상에 의해 공진 공동 길이의 부분위에 구성되며, 반면에 공진 공동은 실제로 활성영역에 대해 직각으로 표면에 의해 제한되며, 최소한 이러한 표면중 하나의 표면은 반사 방지 코팅과 함께 제공된다. 그러한 반도체 다이오드 레이저는 유럽 특허출원 제 87201626.6호에 기술되어 있으며, 1988년 3월 16일에 제 0259919호로 대중에게 공개되었다. 다양한 구성의 반도체 다이오드 레이저는 많은 분야에서 사용된다. 공진 공동은 다른 방식으로 구성될 수 있다. 많은 경우에서, 상술된 공진 공동은 반도체 결정의 분열 표면에 사용되는 두 개의 병렬 연장 거울 표면에 의해서 구성된다. 이러한 거울 표면상에서 반복되는 반사에 의해, 명칭이 파브리-페롯(Fabry-Pe'rot; FP)인 모드하에서 공지된 방사모드가 생성된다. 다른 실시예에 따르면, 상기 공진 공동은 최소한 공진 공동의 길이 부분을 따라 생성되는 방사를 위한 유효 굴절률의 주기적 변화에 의해 얻어진다. 거울 표면상의 반사 대신에, 그리드(굴절률의 상기 주기적 방사에 의해서 구성된)에서의 방사가 사용된다. 이러한 경우의 레이저는 DFB레이저(Distributed feedback lasers : 분포 귀환형 레이저)로서 명명된다. 이러한 레이저는 다양한 구성으로 존재하며, 명칭이 DFB 레이저로 알려져 있고 상술한 유렵 특허출원에서 기술된 반도체 다이오드 레이저는 예를 들면 DBR 레이저(Distributed Bragg Reflection laser : 분포 브래그 반사 레이저)로 구성된다. 본 출원에서는, 간단을 위하여 명칭을 모두 DFB레이저로 표기할 것이다. DFB 레이저는 높은 온도 범위내에서 고 출력 전력으로 단안정 경선 발진 모드(단일 경선 모드 또는 SLM모드)에서 더욱 쉽게 발진할 수 있는 잇점을 가지고 있으며, 이러한 DFB 레이저는 상술된 파브리-페롯 레이저와 비교된다. 이러한 것은 SLM모드에서 색채 분산이 최소로 되어 신호가 광학 유리 섬유(optical glass fibre)통하여 방해없이 긴 거리로 전송될 수 있기 때문에 원거리 광 통신에서 사용하기에 특히 중요하다. 또한, DFB레이저는 전기광학 모놀리식 회로(electrooptical monolithic circuit)내에서 비교적 쉽게 직접화될 수 있다. 그러나, 일반적으로 DFB 레이저는 활성 영역의 단부에 활성층과 직각으로 위치한 단부 표면을 가지고 있기 때문에, 파브리-페롯 발진이 단부 사이에서 발생하게 되어 DFE 레이저는 실제로 같은 증폭을 가진 최소한 하나의 DFB모드외에 최소한 하나의 FP모드를 가지게 된다. 일반적인 기술에 의해서 거울 표면의 위치가 정확히 그리드의 주기와 동상으로 되게 레이저를 제조하는 것은 매우 어렵다. 더우기, 일반적인 처리 과정은 웨이퍼내에서 제조된 레이저 특성의 확장을 가져온다. 그러한 성질의 한 예에서 확장이 발생하는 곳은 그리드에 따른 거울 표면의 위치이다. 결과적으로, 하나의 웨이퍼로부터 제조된 레이저들중에는 한 모드에서 다른 모드로 통과하는 레이저 또는 다수의 다중 모드 레이저들이 있게 될 것이고, 반면에 SLM레이저의 산출은 낮아지게 될 것이다. 또한, 산출을 소위 말하는 KL의 곱에 의존하며, 여기서 L은 공진 공동의 길이이고, K는 π*Δn/λb이고, 또한 Δn은 굴절률 변화의 크기이며, λb는 브래그 파장이다. 2내지 3의 KL 곱으로는 SLM 레이저의 산출이 예를 들면 FP 레이저의 산출의 5내지 10％가 된다. 상기 곱의 더 작은 값으로는 산출은 심지어 0에 도달할 수도 있다. DFB 레이저에서 원하지 않는 FP모드를 억제하기 위해서 여러 가지 방법이 제안되어 왔는데, 그중에는 상술된 유럽특허출원에 기술된 바와 같은 반사 방지 코팅의 사용이 제안되어 있다. 실제로 레이저에 의해서 생성된 방사의 전체량은 거울 표면(또는 거울 표면들)에서 방사되며, FP모드는 억제된다. 이러한 방식의 불리한 점은 SLM의 라인 폭이 크게 증가한다는 것이며, 반사 변화에 대한 민감도도 크게 증가한다. 더 큰 라인폭과 반사에 대한 증가된 민감도 때문에 특히 고 변조 주파수에서의 상기 반사 방지 코팅의 사용이 제한되며, 이로써, 레이저가 SLM모드에서 동작하지 않듯이 원거리 광통신분야내에서 상기 반사 방사 코팅의 사용을 제한시킨다. 본 발명의 목적은 이러한 불리한 점을 제거하고, 가능한 최소한의 좁은 라인폭과 함께 높은 산출을 이루는데 있다. 본 발명은 특히 공진 공동으로의 방사의 피드백이 증가되어 이러한 목적이 이루어질 수 있다는 사실의 인식에 근거를 두고 있다. 이러한 피드백은 거울 표면들을 통하여 방사되는 방사의 일부분이 반사를 통해 재반사되는 것으로써 증가될 수 있다. 본 발명은 또한 피드백된 방사가 SLM 모드의 동작에 대한 올바른 위상을 가지도록 하는 그러한 방법으로 반사가 발생해야 하고 또한 발생할 수도 있다는 사실의 인식에 기초를 두고 있다. 즉 상기의 위상은 공진 공동에서의 유효굴절률의 변화와 일치한다. 이는 유효 반사[reff(=| reff|*eΦ)]의 위상(Φ)과 진폭(|reff|)을 조정하는 것이 가능하고도 이롭다는 사실에 대한 인식에 관계된 것으로, 이는 다양한 접촉면들에서 독립적으로 또는 최소한 각각에 대해 가능한 독립적으로 모든 반사를 합산하는 것을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 본 발명에 따르면, 서두에서 언급한 종류의 DFB 반도체 다이오드 레이저는 위상층으로 명칭된 층이 반사 코팅에 적용되고, 그러한 결과로서 최소한 반사 방지 코팅에 의해 전송된 방사의 일부분이 공진 공동으로 피드백 되며, 굴절률과 상기 층의 두께가 선택되어 효과적인 반사를 위해 단일의 모드동작에 최적의 위상이 제공되는 것을 특징으로 한다. 위상층이 제조되는 물질이 선택될 때, 유효반사의 위상은 위상층의 두께를 변화시킴으로써 그리드의 주기와 일치하도록 할 수 있으며, 그러한 결과로서 SLM동작이 얻어진다. 반사 방지 코팅 또는 위상층이 적용되기 이전에, 이미 SLM 모드에서 동작하는 레이저는 하나의 웨이퍼로부터 제조된 레이저들로부터 선택될 수 있다. 잔류 레이저들은 반사 방지 코팅 및 위상 층과 함께 제공된다. 반사 방지 코팅은 실제로 방사가 원하는 위상을 가지기 전에 활성층으로 피드백되지 못하도록 해준다. 위상층은 유효반사의 원하는 위상을 얻도록 해준다. 원하는 위상은 측정 또는 계산으로부터 유도될 수 있다. 또한, 위상측은 즉 코팅과 사이클 측정과 같은 단계적 방법으로 원하는 두께가 주어질 수 있다. SLM 모드에서 레이저가 동작하자마자, 이러한 레이저는 저축된다. 제1 실시예에서, 반사 방지 코팅은 위상층과 같이 단일층을 포함하고 있다. 반사 방지층의 두께는 레이저에 의해서 생성된 방사를 위한 1/4 파장의 광학 경로 길이와 대략적으로 일치해야만 한다. 다양한 층 사이의 다양한 접촉면들에서 반사에 따라,
|r1|-|r2|=0 (1)
의 관계를 유지한다. 여기서 |r1|는 i번째와 i-1번째 층 사이의 접촉면에서의 반사의 모듈이다. 0번째 층은 반도체 몸체이다. 방정식(1)의 변형으로 다음의 조건이 주어지는데 이는 반드시 굴절률들에 의해 만족되어야 한다.
n1=(n0*n2)1/2(2)
여기서 n0는 반도체 몸체의 굴절률이며, AIII-BV물질들과 방사의 통상 파장들에 대해 대략 3.2이고, n1은 반사 방지층의 굴절률이며, n2-는 위상 층의 굴절률이다. 만약 위상층이 하프늄 산화물(HfO2)로 만들어지면, 상술된 유럽 특허출원에서 상기의 물질에 관하여 기술적 잇점이 기술되어 있는 바와 같이, n2의 값은 1.76과 같다. 그러한 것은 방정식(1)으로부터 n1이 대략 2.4와 같아야만 한다는 것에 따른 것이다. 굴절률이 2.2인 티타늄 이산화물(TiO2)은 매우 정확하게 이러한 필요 조건을 충족시킨다. 반사 방지 코팅을 제조하기 위한 물질의 선택은 후에 몇 개의 층(예를 들면, 2개의 층)으로 구성되도록 확대 될 수 있다. 하프늄 산화물 이외에, 실리콘 이산화물(SiO2)은 제조기술의 관점에서 볼 때 매력있는 물질이다. 나중 물질의 굴절률은 대략 1.45이며, 이러한 물질에 의해서 두 개의 층으로 된 반사 방지 코팅이 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제2 실시예에서, 상기 반사 방지 코팅은 연이어 고굴절률과 저굴절률의 2개의 층을 포함하고, 그 굴절률들은 반도체 몸체의 굴절률과 매개체의 굴절률 사이에 놓이며, 상기 반사 방지 코팅의 두께는 레이저에 의해서 생성된 방사를 위한 1/4파장의 광학 경로 길이와 대략적으로 일치하고, 반면에 위상층은 반사 방지 코팅의 제 2층의 굴절률 보다 높은, 매개체와 반도체 몸체사이에 놓여있는 굴절률을 가진 어떤 층을 포함하고 있다. 두께이외에도 다양한 층의 굴절률에 대한 선택 순서는 본 발명에 따른 반사 방지 코팅과 위상층의 동작을 위하여 중요하다. 3개의 층의 굴절률들이 선택되어 처음에 3개의 접촉면에서 반사는 최소가 된다. 즉, 다시 말하자면 :
|r1|-|r2|-|r3|=0 (3)
여기서, 다시 |r1|은 i번째 층과 i-1번째 층 사이의 접촉면에서의 반사의 모듈이며, 0번째 층은 또한 반도체 몸체이다. 가능한 한 사용된 물질의 수를 제한하기 위해서, 제3 실시예는 반사 방지 코팅과 위상층의 제 1층이 제 1물질로 구성되고, 반면에 반사 방지 코팅의 제 2층이 제 2 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 그래서 위상층의 굴절률은 아래쪽에 쓴 숫자(1)를 가지고 있다. 이러한 경우에 대한 방정식(3)의 변형으로 굴절률에 대한 다음의 관계식이 주어지게 된다.
(n0*n2-n1 2)-1/3*n1*(n0-n2)=0 (4)
특히 이러한 것은, 하프늄 산화물(HfO2, n1=1.76)과 실리콘 이산화물(SiO2, n2=1.45)의 조합이 정확하게 이러한 관계식을 만족시킴을 나타낸다. 또한 어떤 다른 물질의 조합은 정확하게 방정식(4)을 만족하지만, 이전에 설정된 바와 같이 상기의 조합은 실질적인 잇점을 제공한다. 유효 반사의 위상(ψ)은 다음의 방정식에 의해 계산될 수 있다 :
ψ=(4π/λ)*(n1 *d3) (5)
여기서 는 방사의 파장이고, d3는 두께이며, n1은 위상층의 굴절률이다. 그러므로, 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제4 실시예에는 제 1물질이 하프늄 산화물(HfO2)이고, 제 2물질이 실리콘 이산화물(SiO2)인 것을 특징으로 한다. 유효 반사의 위상은 유효반사의 모듈을 사실상 독립적으로 선택할 수 있지만, 유효 반사의 모듈은 위상층으로부터 매개체까지의 전이에 의해서 결정된다. 일반적으로 매개체가 공기이고 주어진 물질이 위상층을 위해 선택될 것이라는 관점에서, 유효 반사의 모듈값은 고정된다. 최대 산출과 최적의 성질을 얻기 위해서, 즉 가능한 최대 갯수의 SLM 소자들이 비교적 좁은 라인폭을 갖기 위하여, 레이저로부터의 방사의 방출에 대한 유효반사가 자유롭게 선택될 수 있다면, 즉 위상이 독립적으로 선택될 수 있다면, 바람직 한 것이다. 사실상, 예를 들어 사이클의 측정, 코팅과 재측정후에 위상층에 의한 유효 반사의 위상이 바라는 값에 도달했다면, 그리고 더 작은 라인폭을 얻기 위해서 유효반사가 더욱 증가되어야만 한다면, 유효반사의 이러한 증가 동안에 발생하는 위상 변화는 바람직한 것이 아니다. 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제5 실시예는 이러한 목적을 위해, 반사 코팅이 위상층에 적용되고, 유효반사의 모듈이 위상과 독립적으로 조정되는 것을 특징으로한다. 이는 특히, 본 발명에 따른 레이저의 특징이 매개체의 굴절률과 반도체 몸체의 굴절률 사이의 굴절률을 가진 층들을 반사 코팅이 포함하는 데 있다면 성취될 수 있으며, 그 층들의 갯수는 짝수이고, 두께는 반도체 다이오드 레이저에 의해서 생성된 방사를 위한 1/4파장의 광학 경로 길이와 일치하며, 반면에 제 1층은 위상층보다 더 낮은 굴절률을 가지고 있다. 비슷한 고려는 또한 반사 방지 코팅이 구성될 수 있는 물질의 선택에 따라 상술된 바와 같이 반사 코팅에 다시 적용된다. 낮은 굴절률을 가진 모든 층에 대해서 물질들의 수를 제한하기 위하여, 제 1물질이 선택될 수 있으며, 높은 굴절률을 가진 모든 층에 대해서 제 2물질이 선택될 수 있다. 실질적인 이유에서 하프늄 산화물(HfO2)과 실리콘 이산화물(SiO2)의 조합이 바람직할 것이다. 방출하는 방사의 소망 유효 반사값은 대개 10 내지 60% 사이에 놓이게 된다. 1/4λ층, 예를 들면 1/4파장의 방사의 광학 경로 길이와 일치하는 층의 두께에는 또한 약간의 편차가 있는 두께가 포함되어 있는데, 다시 말해 예로써 이러한 두께는 0.15λ와 0.35λ사이에 놓일 수 있다. 본 발명의 필수 고려 사항과 층들간의 다중 반사의 발생에 사용된 공식은 무시된다는 것을 주의해야한다. 실제로, 이러한 것은 1/4λ의 층 두께의 상술한 공차에 따라 충분한 정확성을 제공한다. 다른 실시예에서는 반사 코팅이 두 개 또는 4개의 층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 도면과 몇몇의 실시예를 참고로 하여 이제 설명될 것이다. 상기 도면은 개략적인 것으로 축척까지는 도시되어 있지 않으나, 특히, 두께 방향의 크기는 명료함을 위해 과장되어 있다. 일반적으로, 여러 실시예에서 같은 참고 번호는 동일한 부분을 가르킨다. 동일한 전도 방식의 반도체 영역들은 그 횡단면들에 같은 방향으로 빗금쳐 있다. 제1도는 부분적 횡단면으로 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제1 실시예를 나타내는 부분적인 투시도이다. II-II 라인상에 취해진 제1도의 반도체 다이오드 레이저의 개략적인 횡단면은 제2도에 도시되어 있다. 제3도는 점 A지역에서 제2도의 종단면 굴절률을 개략적으로 나타낸다. 상기 반도체 다이오드 레이저(제1도 참조)는 제 1전도 방식의 기판(1)을 갖는 반도체 몸체 및 이 반도체 몸체에 침착된 층 구조로 구성된다. 이 층 구조는 최소한 상기 제1전도 방식의 제 1비활성층(2)과, 상기와 반대인 제 2전도방식의 제 2 비활성층(3), 및 상기 제 1과 제 2 비활성층사이에 위치한 활성층(4)을 포함한다. pn 접합(그 위치가 층(2와3)사이에 있는 반도체 영역의 전도 방식에 의존하는)은 상기 층구조에서 층(2 및 3)사이에 위치한다. 이러한 pn 접합은 공진 공동내에 위치한 활성층의 막대 형태의 영역(4A)내에서, 순방향의 충분한 전류 강도하에 코히어런트(coherent)전자기 방사를 발생시킬 수 있다. 이 제 1 및 제 2 비활성층(2 및 3)은 레이저 방사를 발생시키기 위해 활성층(4)보다 낮은 굴절률 및 층(4)보다 더 큰 밴드 갭을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 제 3 비활성층(20)은 층(4)과 층(3)사이에 존재한다. 이 층은 소위 배면층(anti-melt-back layer)이라고 불리우는데, 액상 에피택시에서 발생되는 문제점을 피하기 위해 제공된다. 이러한 문제는 항상 발생하지 않기 때문에, 이층의 존재는 절대적으로 필요한 것은 아니다. 상기 공진 공동은 세로 방향으로 주기적인 굴절률의 변화에 의해 구성되고, 최소한 활성 영역(4A)의 일부의 길이를 덮는다. 이 굴절률 변화는 그리드(7)에 의해 얻어지는데, 그리드는 기판 표면에 엣칭되고, 그 홈은 층(2)의 물질로 채워지며, 기판(1)의 굴절률과는 다른 방출된 방사에 대한 굴절률을 갖는다. 이 활성 영역(4A)은 또한, 이 활성 영역에 대해 거의 직각에서 존재하는 단부표면(5 및 6)에 의해 경계되고, 그 표면(5)중 어느 하나가 반사 방지 코팅(27) 및 위상층(30)으로 제공된다. 제 2 비활성층(3) 및 기판(1)은 금속층(16,17)에 전기적으로 접속(중간 반도체 영역을 통해서)되며, 금속층 상부 및 하부 표면에 접속 도체로서 제공되고, 차양 영역으로 상부 표면에 표시되어 있다. 상기 실시예에 있어서, 기판(1)은 전도 방식이 n형인 인듐 인화물(InP)로 구성된다. 층(2)은 n-형 인듐 갈륨 비소 인화물(Inx Ga1-x Asy P1-y)로 구성된다. 이 활성층(4)또한, 인듐 갈륨 비소 인화물로 구성된다. 층(3)은 p-형 인듐 인화물로 구성된다. 상기 실시예에 따른 레이저는 소위 DCPBH형으로 불리는데, 전류 제한 층 구조로 되어있다. 이 레이저는 두 홈(9 및 10)을 가지며, 이 두홈은 활성영역(4A)을 제한하고, 그안에 P-형 InP의 층(11)및 n-형 InP의 블록킹 층(12)이 제공된다. 층(11 및 12)은 홈(9 및 10)사이에 위치한 층(3)의 막대-형태로 된 부분(3A)으로 확장 하지 않는다. 더우기, p-형InP의 층(13)은 어셈블리 위에 형성되고, Inx Ga1-xAsy P1-y의 상부층(14)은 그 위에 형성되고, 그위에 실리콘 산화물층(15)이 침착된다. 이 산화물 층(15)은 슬롯-형태의 개구로 제공되고, 그 내부에는 표면에 제공된 전극층(16)이 층(14)과 접촉하며, 하부표면은 전극층(17)과 접촉된다. 상기 반사 방지 코팅(27)은 제 1층(28) 및 제 2층(29)으로 구성된다. 층(28) 및 위상 층(30) 모두는 하프늄 산화물(HfO2)로 구성되고, 층(29)은 실리콘 이산화물(SiO2)로 구성된다. 상기 레이저(λ=1.55μm)에 의해 발생한 방사에 대한 하프늄 이산화물의 굴절률 n1=1.76이며, 실리콘 이산화물의 굴절률 n2=1.45이다. 층(28 및 29)의 두께는 레이저에 의해 발생된 방사에 대한 1/4 파장의 광학 경로 길이와 대략 일치하며, 층(28)에 대해 약 220nm이고, 층(29)에 대해 약 267nm이다. 위상층(30)의 두께는 유효 반사의 소망 위상에 따르며, 상기 소망 위상은 SLM 모드에서 레이저를 동작시키는데 필요한 위상에 차례로 의존한다. 상기는 측정 및/ 또는 계산에 의해 결정될 수 있다. 상기 실시예에 이용되는 반도체 다이오드 레이저에 대해서 상기 위상은 90。이다. 위상층(30)의 두께는 방정식(5)에 의해 계산될 수 있으며, 상기 실시예에서는 약110nm이다. 본 실시예에 있어서, 상기 유효반사 (| reff|)의 모듈은 오로지 위상층(30)을 구성하는 재료 및 매개체에 의존한다. 전자는 하프늄 산화물이고, 후자는 공기이므로, 본 실시예의 반사 계수(Rf)는 약 9%(Rf=|reff|2)이다. 본 실시예에 기술된 코팅 동작은 다음과 같이 알 수 있었다. 1내지 2.5의 KL 곱을 지닌 8개의 슬라이스에서 제조된 DFB 반도체 다이오드 레이저로부터, 제 1 SM 레이저가 선택되었다. 그후, 모든 잔류 동작 레이저들은 하프늄 산화물로 구성된 한층의 반사 방지 코팅으로 덮혀 있으며, 상기 코팅은 상기 레이저에 의해 발생된 방사의 1/4파장의 광학 경로 길이를 갖는다. 이 코팅은 0.5%의 Rf를 산출하며, 유효 반사에 대해 180。의 ψ를 갖는다. 결과적으로, 이 SM 레이저는 다시 선택되었다. 그러나, 이들 레이저는 4mW의 출력 파워에서 평균 120MHz의 라인 폭을 갖지만, 코팅안된 SM 레이저의 라인 폭은 동일한 측정 조건에서 평균 20MHz였다. 사이클 측정, 코팅제공, 및 측정 이후에, SM모드에서 동작하지 않는 레이저들의 코팅은 본 실시예에서 기술된 코팅에서 연재되었다. 그러므로, 얻어진 DFB 레이저 라인 폭은 동일한 측정조건에서 평균35MHz였다. 이는 곳 본 실시예에서 기술된 코팅은 생산성의 향상 및 한층의 반사 방지 코팅(계수 3.4 개선)으로 제공된 SM 레이저에 대한 SM 레이저의 라인 폭을 개선시키며, 반면에 산출된 라인폭은 코팅안된 SM 레이저보다 큰 계수 1.7을 갖는다. 제4도는 중심도를 나타내는 개략도인데, 위상층(d3)의 두께의 상이한 값에 대해 제1도의 반도체 다이오드레이저에서 유효 반사의 모듈(|reff|) 및 위상(ψ)을 나타낸다. 원(40,41 및 42)은 각각, 1.0, 0.5 및 0.1의 |reff|값과 일치한다. 이 굴절 계수 Rf(=|reff|2)에 대해 상응하는 값은 각각 1.0, 0.25 및 0.01, 또는 100%, 25% 및 1%이다. 이 도면에 있어서, 반경의 9%의 Rf값에 상응하는 대략 원 상에 점(43)이 존재한다. 이들 점은 위상층(30)(d3)의 두께만 변화할 수 있다고 생각될 때, 방정식(5)에 의해 결정되는 것처럼 유효 반사의 위상을 나타낸다. 이 도면은 동일한 Rf값에 대해서 유효 반사가 0。와 360。사이의 어떤 주어진 소정의 위상이 될 수 있다는 것을 나타낸다. 반도체 층의 구성 및 본 명세서에 기술된 반도체 다이오드 레이저의 제조에 대해서, 전술된 유럽 특허출원을 참고한다. 하프늄 산화물층(28) 실리콘 이산화물층(29) 및 하프늄 산화물층(30)은 증기 침착에 의해 레이저 단부 표면중 어느 한곳, 이 경우에 단부 표면(5)에 연속적으로 도포된다. 이 층(28,29 및 30)의 두께는 각각 220, 267 및 110nm이다. 증기 침착에 의한 도포는 통상의 방법에서 효과를 얻을 수 있다. 제5도는 제1도에서 라인(II-II)을 택하여 얻어낸 횡단면을 개략적으로 나타내며, 본 발명에 따른 반도체 다이오드의 제 2실시예인데, 코팅에 의해서만 논의된 제1 실시예와 다르다. 제6도는 점 B지역에서 제5도의 반도체 다이오드 레이저의 종단면 굴절률을 개략적으로 나타낸다. 본 실시예에서 기술한 반도체 다이오드 레이저의 구성 및 제조는 -코팅의 구성은 제외하고 -종래의 실시예와 같으며, 상기 참고문헌을 참고한다. 반사 코팅(35)은 위상 층(30)에 도포되고, 제 1층(31) 및 제 2층(32)을 포함한다. 상기 층들이 만들어진 재료들에 있어서, 반사 방지 코팅(27)이 구성된 것과 동일한 재료들이 이용되지만, 연속층의 순서는 반대이다. 층(31)은 실리콘 이산화물로 구성되고, 층(32)은 하프늄 산화물로 구성된다. 이들 층의 두께는 레이저에 의해 발생된 방사의 1/4파장의 광학 경로 길이와 일치하므로, 반사 방지 코팅내의 해당층의 두께 d2=267nm 및 d5=220nm 와 대략 동일하다. 위상층의 두께는 유효반사의 소망 위상에 따르며, 방정식(5)에 의해 계산될 수 있다. 제7도는 중심의 도면을 개략적으로 나타내는데, 위상층(d3) 두께의 상이한 값에 대해 제5도의 반도체 다이오드 레이저에서 유효 반사의 모듈(|reff|) 및 위상(ψ)을 나타낸다. 원(40,41 및 42)은 이미 제4도를 참조하여 기술되었다. 제7도에 있어서, 상이한 위상에 일치하는 점(44)은 25%의 Rf 값을 갖는 원에 모두 위치한다. 위상층과 매개체 사이의 반사 코팅의 이용에 의해, 이 실시예와 마찬가지로, 유효 반사값은 거의 위상과 관계없이 변화될 수 있으며, 이 위상층에 의해 상기 위상이 유효 반사의 독립적으로 변화될 수 있다. 이러한 장점은 이미 상기에 명시되어 있다. 제8도는 제1도의 라인(II-II)를 절단하여 얻어진 횡단면의 개략도인데, 본 발명에 따른 반도체 다이오드 레이저의 제3 실시예를 나타내며, 코팅에 의한 이전 실시예와는 다르다. 제9도는 점 C의 지역에서 제8도의 반도체 다이오드 레이저의 종단면 굴절률을 개략적으로 나타낸다. 제10도는 중심을 나타내는 개략도인데, 위상층(d3) 두께의 상이한 값에 대해 제8도의 반도체 다이오드 레이저내의 유효반사의 모듈(|reff|) 및 위상을 도시한다. 제2 실시예의 구성 및 제조에 관한 고려는 이 실시예에도 적용된다. 반사 코팅(35)은 이전 실시예에서 계속 연재되며, 여기서는 실리콘 이산화물층(33) 및 하프늄 산화물층(34)이 추가된다. 층(29,31 및 33)의 두께는 약 267nm이고, 층(28,32 및 34)의 두께는 약 220nm이다. 이들 두께는 상기 재료들 내의 레이저에 의해 발생된 방사의 1/4 파장의 광학 길이와 대략 일치한다. 제10도에 도시된 것처럼, 어떤 소망 위상은 40%의 Rf값으로 조정될 수 있다. 본 출원의 발명은 광 통신에 매우 중요한 DCPBH 레이저 구조를 참조하여 기술하였지만, 본 발명에 따른 ψ 코팅의 사용은 이미 본 명세서에서 기술한 구조에서와 같은 동일한 이유 때문에, 파브리 페롯 모드의 가능한 유효 억제 및 발진의 한 단일 모드에서 방사를 얻기 위해, DFB 또는 DBR형의 다른 레이저 구조에 매우 중요하다. 그러므로, 본 발명은 주어진 실시예에 한정되지 않지만, 공진 공동이 활성 영역의 길이의 최소한 한 부분 또는 활성 영역 외측에 놓인 공진 공동의 최소한 일부위에 유효 굴절률의 주기적인 변화에 의해 구성되는 모든 형태의 레이저에 관련된 것이다.

Claims (9)

  1. 매개체에 의해 둘러쌓여 있고, pn 접합을 갖는 반도체 몸체를 포함하며, 상기 pn 접합은 순방향의 충분히 강한 전류 세기에서 코히어런트 전자기 방사를 공진 공동내에 위치한 막대 모양의 활성 영역내에서 발생시킬 수 있고, 상기 공동 공진은 최소한 길이부분에 걸쳐 경선 방향으로 유효 굴절률의 주기적 변화에 의해 구성되며, 반면에 상기 공진 공동은 표면들에 접하고, 상기 표면들은 상기 활성 영역에 대해 사실상 직각이 되며, 최소한 상기 표면들중 하나에 반사 방지 코딩이 제공되는 반도체 다이오드 레이저에 있어서, 상기 반사 방지 코팅에는 위상층으로 불리는 한층이 부가되고, 그 결과 상기 반사 방지 코팅에 의해 전송되는 최소한 방사의 일부가 상기 공진 공동내로 피드백되며; 상기 층의 굴절률 및 두께는 단일 모드 동작을 위해 최적인 한 위상이 유효 반사를 위해 제공되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사 방지 코팅은 상기 반도체 몸체로부터 차례로 고 및 저 굴절률을 갖는 2개의 층들을 포함하며; 상기 굴절률들은 상기 반도체 몸체의 굴절률과 매개체의 굴절률 사이에 존재하며 ; 상기 층들은 상기 레이저에 의해 발생된 방사에 대해 1/4 파장의 광학 경로 길이에 해당하는 두께를 갖고 ; 반면에 상기 위상 코팅은 상기 반도체 몸체의 굴절률과 매개체의 굴절률 사이에 존재하면서 상기 반사 방지 코팅의 제 2층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 한 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사 방지 코팅의 제 1층 및 위상층은 제 1재료로 구성되는 반면에, 반사 방지 코팅의 제 2층은 제 2재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제 1재료는 하프늄 산화물(HfO2)이고, 제 2재료는 실리콘 이산화물(SiO2)인 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서, 상기 위상층에 반사 코팅이 적용되고, 그 결과 레이저에서 발생하는 방사의 유효 반사가 위상과 독립적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사 코팅은 반도체 몸체의 굴절률과 매개체의 굴절률 사이에 존재하는 굴절률을 갖는 층을 포함하며 ; 그 층들의 수는 짝수이고, 그 두께는 반도체 다이오드 레이저에 의해 발생되는 방사에 대해 1/4 파장의 광학 경로 길이와 일치하고, 교대로 저 굴절률 및 고 굴절률을 가지며, 상기 층들중 제 1층은 상기 위상층보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사 코팅은 2개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반사 코팅은 4개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
  9. 제6항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 반사 코팅의 층들과 위상층을 구성하는 재료들은 반사 방지 코팅의 층들과 위상층을 구성하는 재료들과 같은 재료들인 것을 특징으로 하는 반도체 다이오드 레이저.
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