KR100594109B1 - 단일 모드 반도체 레이저 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 레이저는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 성장된 하부 클래드와, 상기 하부 클래드 상에 순차적으로 성장된 서로 다른 밴드갭을 갖는 둘 이상의 다중 양자 우물들과, 상기 다중 양자 우물들 상에 성장된 상부 클래드를 포함한다.
단일 모드, 반도체 레이저, 양자 우물

Description

단일 모드 반도체 레이저{SINGLE MODE SEMICONDUCTOR LASER}
도 1은 종래 반도체 레이저의 온도 변화에 따른 이득 피크 변화를 나타내는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 레이저의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 다중 양자 우물들의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 반도체 레이저의 온도 변화에 따른 이득 피크를 보상하는 원리를 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 반도체 레이저의 온도 변화에 따른 이득 피크 변화를 나타내는 그래프.
본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로서, 특히 단일 모드의 광을 생성할 수 있는 단일 모드 반도체 레이저에 관한 발명이다.
근래의 광통신 망은 광신호들의 장거리 전송시 발생 가능한 신호 왜곡을 최 소화시키기 위해서 단일 모드 반도체 레이저를 사용하고 있으며, 상술한 단일 모드 반도체 레이저는 온도와 같은 주변 환경적 요인에 의해서 발진되는 광의 세기와 파장이 제한 받게되는 문제가 있다. 따라서, 상기 단일 모드 반도체 레이저는 온도를 일정 범위 내에서 유지시키기 위한 별도의 온도 안정화 수단을 더 포함해야 한다. 상술한 온도 안정화 수단으로는 TEC(Thermo-Electric cooler) 등이 일반적으로 사용되고 있다.
반면에, 인터넷 망의 보급과 광통신 용량의 급격한 증가는 대용량의 광통신 망을 저 비용으로 구축할 수 있는 기술의 개발 및 보급을 요구하고 있다. 따라서, 온도 안정화 수단을 사용하지 않고도 단일 모드 반도체 레이저를 안정적으로 구동시키기 위한 많은 방법들이 제안되고 있다.
온도 안정화 수단을 포함하지 않고도 단일 모드 반도체 레이저를 안정적으로 구동시키기 위한 방법들로는 발진 광의 중심 파장과 이득 피크간의 차이를 조절하는 방법과, 컨덕션 밴드 오프셋(Conduction band offset) 특성으로 인해서 온도 특성이 우수한 AlGaInAs 계열의 물질을 이용하는 방법과, P형 기판을 사용해서 병렬 저항을 최소화시키는 등의 다양한 방법들이 있다.
그러나, 발진 광의 중심 파장과 이득 피크간의 차이를 조절하는 방법은 경우에 따라서, 단일 모드가 아닌 페브리-페롯 발진이 발생하게되는 문제가 있다. 그 외에, AlGaInAs 계열의 물질들로 구성된 양자 우물을 포함하는 반도체 레이저는 Far Field Pattern 비대칭 구조를 갖게되고, 문턱 전류가 증가하는 등의 문제를 갖고 있다.
도 1은 종래 일반적인 별도의 온도 안정화 장치를 더 포함하지 않은 반도체 레이저의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1에서 실선은 저온에서의 반도체 레이저의 이득 피크를 나타내고, 점선은 고온에서의 이득 피크를 나타낸다.
상술한 온도 변화를 보상하기 위한 방법들을 종래의 반도체 레이저에 적용하더라도, 종래의 반도체 레이저의 이득 피크들은 온도에 따라서 큰 편차를 보이게 된다. 결국, 종래의 반도체 레이저는 온도 변화에 따라서 발진되는 광의 세기 또는 파장의 변화가 크게 발생하게되는 문제가 있다.
본 발명은 온도 변화에 따른 동작 특성의 변화 발생을 억제할 수 있는 반도체 레이저를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 반도체 레이저는,
반도체 기판과;
상기 반도체 기판 상에 성장된 하부 클래드와;
상기 하부 클래드 상에 순차적으로 성장된 서로 다른 밴드갭을 갖는 둘 이상의 다중 양자 우물들과;
상기 다중 양자 우물들 상에 성장된 상부 클래드를 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 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저(100)를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 반도체 레이저(100)는 하부 클래드(121) 내에 기 설정된 주기로 배열된 복수의 격자들(121a)이 매립된 분포 귀환 레이저의 일예이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저(100)는 반도체 기판(110)과, 상기 반도체 기판(110) 상에 성장된 하부 클래드(121)와, 상기 하부 클래드(121) 상에 순차적으로 성장된 서로 다른 밴드갭을 갖는 둘 이상의 다중 양자 우물들(140; 141, 142)과, 상기 다중 양자 우물들(140) 상에 성장된 상부 클래드(122)와, 상기 하부 클래드(121)와 해당 다중 양자 우물(142) 사이에 성장된 하부 도파로(131)와, 상기 상부 클래드(122)와 해당 다중 양자 우물(141) 사이에 성장된 상부 도파로(132)를 포함한다.
도 3은 도 2에 도시된 반도체 레이저(100)의 일부를 도시한 도면으로서, 상기 상부 및 하부 도파로(131, 132)의 사이에 성장된 다중 양자 우물들(141, 142)의 구조를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 상기 각 양자 우물(141, 142)은 InGaAsP 우물(Well)과, InGaAsP 장벽(Barrier)이 다수에 걸쳐서 반복 적층되며, 상기 양자 우물들(141, 142)은 서로 다른 밴드갭(Bandgap)을 갖도록 서로 다른 두께로 성장된다.
상기 양자 우물들(141, 142) 사이의 밴드갭 차는 상기 양자 우물들(141, 142)의 중심 파장들 사이의 차가 10 ~ 70㎚ 이내에서 결정되는 것이 바람직하고, 상기 반도체 레이저(100)는 에너지 밴드갭이 높은 양자 우물들(141, 142)이 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 양자 우물들(141, 142) 보다 더 많이 성장되는 것이 바람직하다.
상기 양자 우물들(141, 142) 사이의 밴드갭 차는 성장되는 반도체 물질의 종류 또는 조성 등에 의해서도 변화될 수 있다. 본 발명은 사용하는 양자 우물(140)의 수에 따라서 밴드갭 및 그에 따른 온도 변화에 대한 동작 특성이 결정될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저(100)의 동작 특성을 살펴본다. 도 4a는 상온 보다 낮은 온도에서의 본원 발명에 따른 반도체 레이저(100)의 동작 특성을 나타낸다. 저온에서는 캐리어(Carrier)가 에너지가 낮은 양자 우물 측으로 이동하게 됨으로 장파장 쪽의 이득(Gain)이 상대적으로 커지게 된다. 반대로, 고온에서 상기 양자 우물들 중에서 에너지가 높은 해당 양자 우물로 캐리어들(Carrier)이 이동하게 됨으로 단파장 측의 이득(Gain)이 장파장 측의 이득 보다 상대적으로 커진다.
상술한 동작 특성은 고온에서 장파장 측으로 이득 피크(Gain-peak)가 이동하게 되고 저온에서 단파장 측으로 이득 피크가 이동하는 일반적인 종래 반도체 레이저들과 반대되는 동작 특성이다. 즉, 본원 발명에 따른 반도체 레이저(100)는 온도 변화가 심한 환경에서 동작될 경우에도 이득 피크(Gain Peak)의 변화에 따른 이득 감소를 보상해 줄 수 있다.
도 5는 둘 이상의 양자 우물들(141, 142)로 구성된 반도체 레이저(100)에서 온도 변화에 따른 발진 광의 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다. 실선은 저온에서 의 이득 스펙트럼을 나타내고, 점선은 고온에서의 이득 스펙트럼을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 상기 반도체 레이저(100)는 저온에서 장파장 측의 이득이 상대적으로 높아지고, 고온에서는 단파장 측의 이득이 상대적으로 높아짐으로써 반도체 레이저(100)가 레이저 발진시키기 위한 광의 파장 대역에서 이득이 커지게 됨을 알 수 있다.
상기 하부 클래드(121)는 상기 반도체 기판(110)과 상기 하부 도파로(131)의 사이에 성장되며, 그 내부에는 기 설정된 주기로 배열된 복수의 격자들(121a)이 매립된다. 상기 반도체 레이저(100)는 상기 하부 클래드(121)에 상기 격자들(121a)이 형성되지 않은 페브리-페롯 레이저 등과 같은 구조로도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 레이저는 사용 가능한 온도 범위가 넓어지게 되는 이점을 갖는다. 즉, 본 발명은 서로 다른 에너지 레벨의 밴드갭을 갖는 둘 이상의 양자 우물들을 포함함으로써 저온 환경에서는 에너지 레벨이 낮은 양자 우물로 캐리어가 몰리게 되고, 고온 환경에서는 에너지 레벨이 높은 양자 우물로 캐리어가 낮은 양자 우물 보다 상대적으로 증가하게 된다. 따라서, 본원 발명은 온도 변화에 따른 동작 특성이 일정하게 유지될 수 있다.

Claims (8)

  1. 반도체 레이저에 있어서,
    반도체 기판과;
    상기 반도체 기판 상에 성장된 하부 클래드와;
    상기 하부 클래드 상에 순차적으로 성장된 서로 다른 밴드갭을 갖는 둘 이상의 다중 양자 우물들과;
    상기 다중 양자 우물들 상에 성장된 상부 클래드를 포함함을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 반도체 레이저는,
    상기 하부 클래드와 해당 다중 양자 우물 사이에 성장된 하부 도파로와;
    상기 상부 클래드와 해당 다중 양자 우물 사이에 성장된 상부 도파로를 더 포함함을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 양자 우물들 사이의 밴드갭 차는 상기 양자 우물들의 중심 파장들 사이의 차가 10 ~ 70㎚ 이내임을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는 에너지 밴드갭이 높은 양자 우물들이 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 양자 우물들 보다 더 많이 성장됨을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는 상기 하부 클래드 내에 기 설정된 주기로 배열된 복수의 격자들이 매립된 분포 귀환 레이저를 포함함을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 각 양자 우물은 서로 다른 반도체 물질들이 다수회 반복 적층됨을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 양자 우물들은 서로 다른 두께를 갖도록 성장됨을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 반도체 물질들은 InGaAsP 등을 포함함을 특징으로 하는 단일 모드 반도체 레이저.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03270244A (ja) * 1989-11-30 1991-12-02 Gte Lab Inc 半導体量子井戸構造のバンドギャップ調整
US5699373A (en) 1994-03-17 1997-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Oscillation polarization selective semiconductor laser and optical communication system using the same
KR19990061768A (ko) * 1997-12-31 1999-07-26 이계철 이종 에너지 밴드갭 양자우물층을 갖는 도파로형광소자 및 그제조방법
US6803597B2 (en) 2002-04-23 2004-10-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device using graded multi quantum barrier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03270244A (ja) * 1989-11-30 1991-12-02 Gte Lab Inc 半導体量子井戸構造のバンドギャップ調整
US5699373A (en) 1994-03-17 1997-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Oscillation polarization selective semiconductor laser and optical communication system using the same
KR19990061768A (ko) * 1997-12-31 1999-07-26 이계철 이종 에너지 밴드갭 양자우물층을 갖는 도파로형광소자 및 그제조방법
US6803597B2 (en) 2002-04-23 2004-10-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device using graded multi quantum barrier

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