KR100566291B1 - 광대역 광원의 제작 방법과 광대역 광원 - Google Patents

광대역 광원의 제작 방법과 광대역 광원 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광대역 광원의 제작 방법은 기판 상에 하부 클래드를 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드 상에 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 다중 우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 상부 클래드와 캡을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 캡 상에 서로 다른 밴드 갭을 갖는 둘 이상의 영역들로 이루어진 덮게 층 적층 단계와, 상기 덮게 층이 적층된 상기 광대역 광원을 고온에서 열처리하는 단계를 포함한다.
광대역 광원, 밴드갭, 양자 우물

Description

광대역 광원의 제작 방법과 광대역 광원{FABRICATING METHOD OF BROADBAND LIGHT SOURCE AND BROADBAND LIGHT SOURCE}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양자우물 구조를 갖는 광대역 광원을 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 제1 및 제2 영역 각각의 에너지 밴드갭을 나타내는 도면,
도 3은 도 1에 제1 및 제2 영역에서 출력된 각 광의 파장을 나타낸 도면,
도 4는 도 1에 도시된 광대역 광원을 나타내는 평면도,
도 5는 도 1에 도시된 광대역 광원을 나타내는 평면도,
도 6과 도 7은 도 5에 제1 및 제2 영역의 넓이와 이득광의 관계를 설명하기 위한 그래프,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 광원을 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 광원을 나타내는 평면도.
본 발명은 광대역 광원에 관한 것으로서, 특히 양자 우물 구조를 갖는 광대역 광원에 관한 것이다.
일반적인 광대역 광원으로는 광섬유 증폭기 또는 반도체 광증폭기 등과 같은 비간섭성의 자발 방출광을 생성할 수 있는 광원들을 사용하며, 파장 분할 다중 방식의 광 통신 망에서 페브리-페롯 레이저 등의 파장 잠김을 유도하기 위한 외부 주입광 또는 다채널을 생성하기 위한 광원으로서 사용된다.
광대역 광원은 상술한 종류의 광원들 외에도 다중 양자 우물 구조를 갖는 반도체 광원을 사용할 수 있다. 상술한 다중 양자 우물 구조를 갖는 반도체 광원을 이용한 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 방법으로는 서로 다른 에너지 폭이 다른 양자 우물을 형성하거나, 서로 다른 에너지 준위에서 생성된 각각의 광들을 합쳐서 넓은 파장 대역의 광을 생성하는 방법 등이 사용되고 있다.
그러나, 다중 양자 우물 구조를 갖는 반도체 광원 등은 서로 다른 양자 우물의 두께를 제어하는 것이 용이하지 않고, 성장된 후의 양자 우물은 파장 특성 제어가 힘든 문제가 있다. 더욱이, 양자 우물의 종류에 따라서 각각의 광 이득이 달라짐으로 다중 양자 우물 구조의 반도체 광원을 제어해서 원하는 파장 대역의 광을 일정하게 얻는 것 자체가 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 기판 성장 후 밴드갭을 제어함으로써 넓은 파장 대역의 광 을 안정적으로 제공할 수 있는 양자 우물 구조의 반도체 광원을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 광대역 광원의 제작 방법은,
기판 상에 하부 클래드를 형성하는 단계와;
상기 하부 클래드 상에 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 다중 우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와;
상기 활성층 상에 상부 클래드와 캡을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 캡 상에 서로 다른 밴드 갭을 갖는 둘 이상의 영역들로 이루어진 덮게 층 적층 단계와;
상기 덮게 층이 적층된 상기 광대역 광원을 고온에서 열처리하는 단계를 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양자우물 구조를 갖는 광대역 광원을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 광원(100)은 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 하부 클래드(Clad, 120)와, 상기 하부 클래드(120) 상에 적층됨으로써 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 상에 형성된 상부 클래드(160)와, 상기 상부 클래 드(160) 상에 적층된 캡 층(Cap, 170)과, 상기 캡 층(170) 상에 적층되며 서로 다른 재질을 갖는 다수의 영역들로 이루어진 덮게 층(180)과, 제1 및 제2 보호층(130, 160)을 포함한다.
상기 제1 보호층(130)은 상기 하부 클래드(120)와 상기 활성층(140)의 사이에 성장되고, 상기 제2 보호층(150)은 상기 상부 클래드(160)와 상기 활성층(140)의 사이에 성장된다.
상기 덮게 층(180)은 SiO2 재질의 제1 영역(181)과, SiNx 재질의 제2 영역(182)을 포함한다. 도 2는 상기 제1 및 제2 영역(181, 182) 각각의 에너지 밴드갭(Band gap)을 나타내며, 상기 덮게 층(180)은 도 2에 도시된 바와 같이 700℃ 이상의 고온에서 열처리됨을 특징으로 하는 국소적으로 밴드갭이 제어된다. 즉, 도 2에 도시된 양자 우물 구조는 열처리에 의해서 완만한 곡선 형태로 변화되며, 상기 광대역 광원(100)은 도 3에 도시된 그래프와 같은 형태의 넓은 파장 대역의 광을 생성한다. 즉, 덮게 층(180)이 생성된 광대역 광원(100)을 열처리할 경우에 양자 우물 구조는 변화되고, 그로 인해서 밴드 갭 및 생성되는 광의 파장 대역을 변화시킨다.
즉, 상기 덮게 층(180)은 열처리 후 밴드 갭과, 그에 따라서 파장 대역이 변화되며, 상기 제1 및 제2 영역(181, 182)의 밴드 갭 및 파장 대역의 변화 정도는 다르다. 도 4는 도 1에 도시된 광대역 광원(100)을 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1에 제1 및 제2 영역에서 출력된 각 광의 파장을 나타낸 도면이다. 즉, 에너지 밴드갭은 제1 영역(181) 보다 제2 영역(182)이 높을 경우에, 상기 제2 영역(182)을 포함하는 광대역 광원(100)에서 생성되는 광은 제1 영역(181)을 포함하는 광대역 광원(100)에서 생성되는 광의 파장 대역 보다 단파장 대역에 위치하게 된다. 상기 제1 영역(181)을 포함하는 상기 광대역 광원(100)의 일단면에는 고반사층(102)이 코팅되고, 상기 광대역 광원의 일단면에 대향되는 타단면에는 무반사층(101)이 코팅된다.
상기 광대역 광원(100)은 상기 캡 층(170) 상에 상기 덮게 층(180)이 형성되고, 상기 덮게 층(180)의 형성 후 700℃ 이상의 고온에서 열처리되는 IFVD(Impurity free vacancy disordering) 공정을 통해서 밴드 갭이 변화된다. 상술한 밴드갭의 변화는 상기 제1 및 제2 영역(181, 182) 각각에 따라서 서로 다르게 나타나며, 본원 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 광원(100)은 상기 덮게 층(180)을 이루는 각 영역의 밴드갭을 국소적으로 제어함으로써 넓은 파장 대역의 광을 생성하게 된다.
도 5는 도 1에 도시된 덮게 층의 제1 및 제2 영역을 나타내기 위한 광대역 광원(100`)의 평면도이고, 도 6과 도 7은 도 5에 제1 및 제2 영역(181`, 182`)의 넓이(G1, G2)와 생성되는 광의 이득 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 영역(181`)의 이득이 상기 제2 영역(182`)의 이득 보다 클 경우에, 상기 제1 및 제2 영역(181`, 182`)의 면적(A1, A2)을 조절함으로써 상기 제1 및 제2 영역(181`)에서 생성되는 광들의 세기를 일정하게 조절할 수 있 다. 즉, 상기 덮게 층(180`)을 이루는 각 영역의 이득은 면적에 비례함으로, 필요에 따라서 면적을 제어해서 생성되는 서로 다른 파장들의 이득을 일정하게 제어할 수 있다. 상기 광대역 광원(100`)은 고반사층(102`)과 무반사층(101`)을 포함한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 서로 다른 재질의 영역들(210, 220)로 이루어진 덮게 층을 포함하는 다파장 광원(200)을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 서로 다른 영역들(310, 320)로 이루어진 덮게 층을 포함하는 반사형 반도체 광증폭기(300)를 도시한 도면들로서 각각의 다파장 광원을 나타내는 평면도이다.
도 8에 도시된 다파장 광원(200)은 제1 영역(210)을 포함하는 일 단면에 고반사 층이 코팅되고, 제2 영역(220)을 포함하는 타 단면에 무반사 층이 코팅되며, 상기 무반사 층을 통해서 생성된 광을 출력한다. 도 8에 도시된 활성층(230)은 제1 영역에서 제2 영역(220)으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 테이퍼 구조로 형성됨으로써 광의 진행 방향을 따라서 생성되는 광이 이득이 커지게 된다.
도 9에 도시된 반사형 반도체 광증폭기(300)는 제1 영역(310)을 포함하는 일 단면에 고반사 층이 코팅되고, 제2 영역(320)을 포함하는 타 단면에 무반사 층이 코팅된다. 상기 반사형 반도체 광증폭기(300)는 상기 제1 영역(320)의 활성층(330)이 좁아지는 SSC(Spot size converter)로 구성된다. 즉, 본 발명의 제3 실시예와 같은 활성층(330) 구조를 갖는 반도체 광증폭기(300)는 FFP(Far-Fild pattern)을 개선함으로써 광섬유 등과 높은 커플링 효율로 결합 가능하다.
본 발명에 따른 서로 다른 재질을 갖는 복수의 영역들로 이루어진 덮게 층을 포함하는 광대역 광원은 각 영역이 열처리 등의 IFVD 공정 후 서로 다른 밴드 갭을 갖게됨으로 넓은 파장 대역의 광을 안정적으로 생성할 수 있다. 더욱이, 단일 기판 상에 집적된 광대역 광원을 생성할 수 있음으로 생산성이 향상되는 이점이 있다.
그 외에도 각 영역의 넓이와 밴드갭 제어에 따라서 생성되는 광의 이득 및 파장 대역 등의 특성 제어가 용이함으로, 필요에 따라서 다양한 사양의 제품을 쉽게 생산해 낼 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 광대역 광원의 제작 방법에 있어서,
    기판 상에 하부 클래드를 형성하는 단계와;
    상기 하부 클래드 상에 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 다중 우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와;
    상기 활성층 상에 상부 클래드와 캡을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 캡 상에 서로 다른 밴드 갭을 갖는 둘 이상의 영역들로 이루어진 덮게 층 적층 단계와;
    상기 덮게 층이 적층된 상기 광대역 광원을 고온에서 열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원의 제작 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 덮게 층은 상기 캡 상에 나란히 적층된 SiO2 재질의 제1 영역과, SiNx 재질의 제2 영역으로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 광원의 제작 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광대역 광원은 700℃ 이상의 온도에서 열처리됨을 특징으로 하는 광대역 광원의 제작 방법.
  4. 광대역 광원에 있어서,
    기판과;
    상기 기판 상에 형성된 하부 클래드와;
    상기 상부 클래드 상에 적층됨으로써 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 활성층과;
    상기 활성층 상에 형성된 상부 클래드와;
    상기 상부 클래드 상에 적층된 캡 층과;
    상기 캡 층 상에 적층되며 서로 다른 재질을 갖는 다수의 영역들로 이루어진 덮게 층을 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 덮게 층은 SiO2 재질의 제1 영역과, SiNx 재질의 제2 영역으로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 광원.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 덮게 층을 포함하는 상기 광대역 광원은 700℃ 이상의 고온에서 열처리됨을 특징으로 하는 광대역 광원.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 광대역 광원은,
    상기 제1 영역을 포함하는 상기 광대역 광원의 제1 단면에 코팅된 고반사 층과;
    상기 제2 영역을 포함하는 상기 광대역 광원의 제2 단면에 코팅된 무반사 층을 더 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 각 영역에서 생성되는 광의 이득은 상기 각 영역의 넓이에 비례함을 특징으로 하는 광대역 광원.
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