KR100364772B1

KR100364772B1 - Semiconductor laser

Info

Publication number: KR100364772B1
Application number: KR1019950005637A
Authority: KR
Inventors: 최성천
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 2003-03-03
Also published as: KR960036223A

Abstract

PURPOSE: A semiconductor laser is provided to increase the output of laser by adding a cylindrical gain medium to a Fabry-Perot laser. CONSTITUTION: A first conductive-type clad layer(11) is formed on a first conductive-type substrate. An active layer(12) is formed by making a layered linear gain medium formed on the first conductive-type clad layer(11) and at least one cylindrical gain medium overlapped. A second conductive clad layer(13) is formed on the first conductive-type clad layer(11) and an upper portion of the active layer(12). The active layer(12) is comprised of a quantum well. The active layer(12) is comprised of the linear gain medium and the cylindrical gain medium layered with the linear gain medium in a central part of the linear gain medium.

Description

Semiconductor laser

본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히 원형이득영역이 추가된 단일 모드 반도체 레이저에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor lasers, and more particularly, to a single mode semiconductor laser with an additional circular gain area.

제1도에 도시한 종래의 페이브리-페롯 레이저(Fabry-Perot laser)는 이득영역(gain medium)(1)을 사이에 두고 양쪽에 미러(mirror;반사장치)를 형성하여 레이저를 구성하였다. 반도체 레이저의 경우, 대개 활성층을 이득영역으로 하고 벽개면(cleaved facet)(1)을 미러로 이용하게 된다. 이때, 반사율을 조절하기 위해 벽개면에 추가로 반사막을 코팅하는 경우도 있다. 참조부호4는 상부전극을 나타내며, 하부전극(도시되지 않음)은 소자 밑면의 전면에 형성되어 있다.The conventional Fabry-Perot laser shown in FIG. 1 forms a mirror by forming mirrors on both sides with a gain medium 1 interposed therebetween. In the case of a semiconductor laser, the active layer is usually used as a gain region and the cleaved facet 1 is used as a mirror. In this case, in order to control the reflectance, a reflective film may be additionally coated on the cleaved surface. Reference numeral 4 denotes an upper electrode, and a lower electrode (not shown) is formed on the entire surface of the bottom of the element.

상기와 같은 페이브리-페롯 레이저의 경우, 발광파장을 λ , 캐비티(cavity) 길이(미러사이의 길이)를 L이라 하고, 이득영역의 굴절율(refractive index)을 nR이라 할 때 다음과 같은 식을 만족해야 한다.In the case of the Fabry-Perot laser as described above, the emission wavelength is λ, the cavity length (the length between the mirrors) is L, and the refractive index of the gain region is nR. You must be satisfied.

여기서, △λ FP ?? dλ /dq라 정의하면Where Δλ FP ?? If we define dλ / dq

가 된다. Becomes

여기서, nG=λ×(dnR/dλ)-nR이며, GaAs의 경우 λ =0.9??m일때 nG는 약 4.3이다.Here, nG = λ × (dnR / dλ) −nR, and in the case of GaAs, nG is about 4.3 when λ = 0.9 ?? m.

즉, 페이브리-페롯 레이저에서 발광파장은 λ+P.Δλ FP인 것만 가능하다.(P는 정수)That is, the emission wavelength of the Fabry-Perot laser can be only λ + P.Δλ FP (P is an integer).

한편, 제2도에 도시한 것은 종래의 패시브 Y-브랜치(passive Y-branch)와 결합된 원형 레이저(circular ring laser)로서, 이것은 미러가 존재하지 않는 구조의 레이저이다. 이득영역(5)은 원형으로 되어 있고 여기서 발생한 빛이 Y-브랜치(7)를 통해 밖으로 나가게 된다. 참조부호6은 상부전극을 나타내며, 하부전극(은 도시되지 않음)은 소자의 밑면의 전면에 걸쳐 형성되어 있다.On the other hand, shown in FIG. 2 is a circular ring laser combined with a conventional passive Y-branch, which is a laser having no structure. The gain area 5 is circular and the light generated there is to go out through the Y-branch 7. Reference numeral 6 denotes an upper electrode, and a lower electrode (not shown) is formed over the entire surface of the bottom of the device.

여기서 빛의 방출파장을 λ라하고, 빛이 통과하는 이득영역의 원형에서 그 반지름을 r이라 하면, 발생된 빛이 원형의 이득영역을 한바퀴 돌았을때 위상이 일치해야 하므로 다음과 같은 식을 만족시켜야 한다.Here, if the emission wavelength of light is λ and the radius is r in the circle of the gain area through which light passes, the generated light must coincide in phase when the circle goes through the circular gain area. You have to.

그리고 원형 레이저에는 오른쪽 방향(clockwise)과 쪽 방향(counter clockwise)의 2가지 모드가 존재할 수 있다.There may be two modes in the circular laser, clockwise and counterclockwise.

상기한 페이브리-페롯 레이저의 경우, 미러에 반사막을 코팅할 수 있으므로 미러의 반사율을 조절할 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 레이저 다이오드가 발진(lasing)하기 위해서는 이득영역이 어느 정도 필요하게 되므로 레이저 다이오드의 길이(L)가 200??m이상 길어지게 된다. 즉, 주입하는 전류의 양은 크게 하면서도 전류밀도를 낮게 하기 위해서는 전극면적이 넓어져야 하며 결국 캐비티 길이가 길어지게 된다. 이렇게 되면 ΔλFP이 작아지게 되어 레이저 다이오드의 스펙트럼이 단일모드가 되기 어렵다. 즉, 사이드피크(side peak)가 나타나게 된다.In the case of the Fabry-Perot laser, it is possible to coat the reflective film on the mirror, which has the advantage of controlling the reflectance of the mirror. However, since the gain area is needed to some extent for the laser diode to oscillate, the length L of the laser diode becomes longer than 200 ?? m. In other words, in order to increase the amount of current to be injected while lowering the current density, the electrode area should be wide and the cavity length becomes long. As a result, ΔλFP becomes small, making it difficult for the spectrum of the laser diode to become a single mode. That is, side peaks appear.

단일모드로 동작시키는 것과 고출력으로 동작시키는 것은 상반된 조건을 갖게 되어 있다. 즉, 단일모드를 얻기 위해 캐비티 길이를 짧게 하면 전류를 많이 주입할 수 없게 되며 고출력을 얻을 수 없다. (이 경우 강제로 전류를 많이 주입하면 주입전류밀도가 높아져 레이저의 수명이 급격히 단축된다)Operating in single mode and operating at high power have the opposite conditions. In other words, if the cavity length is shortened to obtain a single mode, a large amount of current cannot be injected and a high output cannot be obtained. (In this case, forcibly injecting a large amount of current increases the injection current density, which shortens the laser life.)

또한, 상기 원형 레이저의 경우에는 반사막이 존재하지 않기 때문에 레이저의 출력이 양쪽으로 새어 나가게 되어 있으며, 모드 스페이싱(mode spasing)에도 대체로 제한이 없으므로 단일모드 동작이 어렵고 고출력 레이저를 얻는 것도 어려운 문제가 있다.In addition, in the case of the circular laser, since the reflection film does not exist, the output of the laser is leaked to both sides, and there is no problem in mode spasing. .

본 발명은 상술한 페이브리-페롯 레이저와 원형 레이저의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원형의 이득영역이 추가된 단일모드 반도체 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the Fabry-Perot laser and the circular laser described above, and an object thereof is to provide a single mode semiconductor laser in which a circular gain region is added.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 레이저는 제1도전형의 기판과; 상기 제1도전형의 기판상에 형성된 제1도전형의 클래드층; 상기 제1도전형의 클래드층상에 형성된 직선형 이득영역과 적어도 1개 이상의 원형 이득영역이 중첩되어 이루어진 활성층, 및 상기 제1도전형의 클래드층 및 상기 활성층 상부에 형성된 제2도전형의 클래드층을 포함하여 이루어진다.The semiconductor laser of the present invention for achieving the above object comprises a first conductive substrate; A cladding layer of a first conductive type formed on said first conductive type substrate; An active layer formed by overlapping a linear gain region formed on the clad layer of the first conductive type with at least one circular gain region; and a clad layer of the first conductive type and a clad layer of the second conductive type formed on the active layer. It is made to include.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명은 페이브리-페롯 레이저에 원형의 이득영역을 추가한 것이다. 즉, 길이L인 페이브리-페롯 레이저에서 단일모드를 얻기 위해 캐비티 길이(L)를 짧게 할 경우에도 충분한 이득을 얻을 수 있도록 원형의 보조 이득영역을 설치함으로써단일모드이면서도 고출력이 가능한 레이저를 만들기 위한 것이다.The present invention adds a circular gain region to the Fabry-Perot laser. In other words, in order to make a single mode and high-power laser by providing a circular auxiliary gain area so that a sufficient gain can be obtained even when the cavity length L is shortened to obtain a single mode in a Fabry-Perot laser of length L. will be.

제3도에 본 발명에 의한 반도체 레이저의 평면구조를 도시하였다.3 shows a planar structure of the semiconductor laser according to the present invention.

길이 L인 직선형의 이득영역(8)과 반지름 r인 원형의 보조 이득영역(9)이 있으며, 직선형 이득영역(8)의 중심부분에서 두개의 이득영역(8,9)이 중첩되어 점선으로 표시된 양쪽의 도파경로가 만나게 됨으로써 직선형 이득영역에서 발생한 빛이 원형의 이득영역으로 들어갈 수 있고, 원형의 이득영역에서 발생한 빛이 직선형 이득영역으로 나올 수 있는 구조로 되어 있다.There is a linear gain area 8 having a length L and a circular auxiliary gain area 9 having a radius r, and two gain areas 8 and 9 overlap each other at the center of the linear gain area 8 and are indicated by dotted lines. When both waveguide paths meet, light generated in the linear gain region can enter the circular gain region, and light generated in the circular gain region can exit the linear gain region.

여기서, 길이L인 직선형 이득영역의 양끝에는 벽개면(도시되지 않음)이 형성되어 있고, 이것은 미러로 이용된다. 이때, 벽개면에 코팅을 함으로써 반사율을 조절할 수 있으며 양쪽 벽개면의 코팅은 필요에 따라 각각 다르게 하는 것도 가능하다.Here, cleavage surfaces (not shown) are formed at both ends of the linear gain region of length L, which is used as a mirror. At this time, by coating on the cleaved surface can be adjusted the reflectance and the coating of both cleaved surface can be different as necessary.

제4도는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 이득영역과 전극영역을 평면도로 나타낸 것으로, 이득영역과 전극영역의 상대적인 위치를 나타내었다. 즉, A영역은 이득영역으로서, 직선형 이득영역과 원형 이득영역이 중첩되어 있다. B영역은 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같은 상부전극을 나타내며, 이는 이득영역을 따라 존재한다. 이 경우에도 하부전극은 상기 종래기술에서와 같이 소자의 밑면 전체에 형성되어 있다.4 is a plan view showing the gain region and the electrode region of the semiconductor laser according to the present invention, and shows the relative positions of the gain region and the electrode region. That is, the area A is a gain area where the linear gain area and the circular gain area overlap. Region B represents the upper electrode as shown in FIGS. 1 and 2, which is along the gain region. Also in this case, the lower electrode is formed on the entire bottom surface of the device as in the prior art.

제5도는 본 발명의 반도체 레이저 제조방법의 일예를 도시한 것으로, 제4도의 C-C'단면에 따른 단면구조를 나타낸 것이다.FIG. 5 shows an example of a method of manufacturing a semiconductor laser of the present invention, and shows a cross-sectional structure along the section C-C 'of FIG.

민저, 제5도 (a)와 같이 반도체기판(10)위에 기판과 같은 도전형의 제1클래드층(11)을 형성하고, 이위에 활성층(12??)을 형성한다.Minzer, as shown in Fig. 5 (a), forms the first cladding layer 11 of the same conductivity type as the substrate on the semiconductor substrate 10, and the active layer 12 'is formed thereon.

이어서 제5도 (b)와 같이 이득영역이 될 활성층영역(12)만 남기고 나머지 활성층 영역을 식각공정을 통해 제거한다.Subsequently, only the active layer region 12 to be a gain region remains as shown in FIG. 5 (b), and the remaining active layer regions are removed through an etching process.

다음에 제5도 (c)와 같이 재성장을 통해 제1클래드층(11)과 반대 도전형의 갖는 제2클래드층(13)을 상기 제1클래드층(11) 및 활성층(12)상에 성장시키고, 그위에 제2클래드층과 같은 도전형의 캡층(14)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5C, the second cladding layer 13 having the opposite conductivity type to the first cladding layer 11 is grown on the first cladding layer 11 and the active layer 12 through regrowth. Then, a cap layer 14 of the same conductivity type as the second cladding layer is formed thereon.

이후, 전극 형성공정을 통하여 하부전극(21)과 상부전극(22)을 기판 밑면과 캡층(14)의 소정 위치에 각각 형성한다.Thereafter, the lower electrode 21 and the upper electrode 22 are formed at predetermined positions of the bottom surface of the substrate and the cap layer 14 through the electrode forming process.

이때 활성층의 도전형은 필요에 따라 설정되며, p형, n형, 도핑하지 않은(undoped)형 중 어느 것도 가능하다.At this time, the conductive type of the active layer is set as necessary, and any of p-type, n-type, and undoped type can be used.

또한 상기 캡층(14)을 형성하지 않을 수도 있다.In addition, the cap layer 14 may not be formed.

본 발명의 다른 실시예로서 상기한 바와 같이 직선형 이득영역의 한쪽에만 원형 이득영역을 형성하는 대신, 직선형 이득영역의 양쪽에 원형 이득영역을 두는, 즉, 1개의 직선형 이득영역과 2개의 원형이득영역으로 이루어지는 구조도 가능한데, 이 경우는 제4도의 직선형 이득영역(8) 오른쪽에도 대칭모양으로 또 하나의 원형 이득영역을 추가하면 된다. 이때 원형 이득영역의 크기는 왼쪽과 같게 하거나 다르게 할 수 있다.As another embodiment of the present invention, as described above, instead of forming a circular gain area on only one side of the linear gain area, a circular gain area is provided on both sides of the linear gain area, that is, one linear gain area and two circular gain areas. In this case, another circular gain area may be added to the right side of the linear gain area 8 of FIG. 4 in a symmetrical shape. In this case, the size of the circular gain region may be the same as or different from the left.

또한 활성층을 구성할 때 그 두께를 얇게 하여 양자우물(Quantum well)을 구성하는 것도 가능하다.In addition, when forming the active layer, it is possible to form a quantum well (Quantum well) by reducing the thickness thereof.

이와 같이 본 발명에 의하면, 페이브리-페롯 레이저에 원형의 이득영역을 추가함으로써 페이브리-페롯 레이저의 캐비티 길이를 짧게 하여 단일모드 동작이 가능하도록 할 수 있다. 이와 동시에 실질적인 이득영역은 원형 이득영역에 의해 커지도록 함으로써 많은 전류를 흘려줄 수 있게 하여 큰 광출력을 얻을 수 있게 되며, 이에 따라 고출력 단일모드 동작이 가능한 반도체 레이저를 구현할 수 있게 된다.Thus, according to the present invention, by adding a circular gain region to the Fabry-Perot laser, the cavity length of the Fabry-Perot laser can be shortened to enable single mode operation. At the same time, the substantial gain area can be enlarged by the circular gain area to allow a large amount of current to flow, thereby obtaining a large light output, thereby realizing a semiconductor laser capable of high power single mode operation.

제1도는 종래의 페이브리-페롯 레이저의 간략화된 구조도1 is a simplified structural diagram of a conventional Fabry-Perot laser.

제2도는 종래의 원형 레이저의 간략화된 구조도2 is a simplified structural diagram of a conventional circular laser.

제3도는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 이득영역을 나타낸 평면도3 is a plan view showing a gain region of a semiconductor laser according to the present invention.

제4도는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 이득영역 및 전극영역을 나타낸 평면도4 is a plan view showing a gain region and an electrode region of a semiconductor laser according to the present invention.

제5도는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 레이저 제조방법을 도시한 공정 순서도5 is a process flowchart showing a method of manufacturing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1.이득영역 2.미러1.gain field 2.mirror

3.벽개면 4.상부전극3. cleavage surface 4. Upper electrode

5.원형 이득영역 6.전극5. Circular gain area 6. Electrode

7.패시브 Y-브랜치 8.직선형 이득영역7.Passive Y-branch 8.Linear gain area

9,원형 이득영역 10.반도체기판9, circular gain area 10. semiconductor substrate

11.제1클래드층 12.활성층(이득영역)11.First cladding layer 12.Active layer (gain area)

13.제2클래드층 14.캡층13. Second Clad Layer 14. Cap Layer

21.하부전극 22.상부전극21.Lower electrode 22.Lower electrode

Claims

A first conductive type substrate;

A cladding layer of a first conductive type formed on said first conductive type substrate;

An active layer formed by overlapping a linear gain region formed on the clad layer of the first conductive type with at least one circular gain region; And

And a cladding layer of the second conductive type formed on the cladding layer of the first conductive type and the active layer.

The method of claim 1,

And the active layer has a structure consisting of a linear gain region and a circular gain region overlapping the linear gain region at the center of the linear gain region.

The method of claim 1,

And the active layer has a structure comprising a circular gain region formed in each of a linear gain region and a linear gain region overlapping the linear gain region at a central portion of the linear gain region.

The method of claim 3,

And the circular gain areas on both sides of the linear gain area are asymmetrical or symmetrical to each other.

The method of claim 1,

The active layer is a semiconductor laser, characterized in that consisting of quantum well.