KR100670830B1 - 수퍼루미네슨트 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

LD (Laser Diode) 영역과 SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 영역을 가지는 1.55 ㎛ SLD (superluminescent diode) 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 SLD는 공진 스트라이프 패턴의 활성층을 포함하는 BRS 구조의 광도파로가 상기 SOA 영역 및 상기 LD 영역에 걸쳐 연장되어 있다. 상기 SOA 영역에는 상기 활성층 위에 제1 전극이 형성되어 있고, 상기 LD 영역에서는 상기 활성층 위에 제2 전극이 형성되어 있다. 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 상호 절연시키기 위하여 이들 사이에 이온주입에 의해 형성된 전류 차단 영역이 개재되어 있다. LD 영역에서 생성된 광은 SOA에서 그 광세기가 10 배 이상 증폭되는 구조를 가진다. 단일의 활성층을 공유하는 SOA 및 LD가 동시에 형성된다. SOA 영역은 스폿 사이즈 컨버터 (spot size converter) 구조를 포함하며, LD 영역 뒷 부분은 굽은 도파로 구조이다. 발진을 억제를 위하여, SOA의 광출력면에 무반사층을 증착하고, 또한 LD 영역 뒷 부분에 활성층이 제거된 굽은 도파로를 형성한다. SOA 및 LD 영역의 각 전극에는 독립적으로 전류가 주입된다.
SLD, 광증폭기, SOA, LD, 전류 차단 영역, 이온 주입, BRS

Description

수퍼루미네슨트 다이오드 및 그 제조 방법{Superluminescent diode and method of manufacturing the same}
도 1 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SLD의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 일부사시도들이다.
도 10은 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD에서 주입 전류에 따른 출력광 세기를 측정하여 얻어진 전류-광출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD의 전류-광 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD의 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: n-InP 기판, 12: InP 버퍼층, 14: 제1 SCH층, 16: 활성층, 18: 제2 SCH층, 20: 보호막, 22: 제1 절연막 패턴, 30: 공진 스트라이프 패턴, 32: p-InP 클래드층, 34: p-InGaAs 옴 접촉층, 34a: 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴, 34b: 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴, 40a: 제1 포토레지스트 스트라이프 패턴, 40b: 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴, 42: 전류 차단 영역, 50: 제2 절연막 패턴, 50a: 제1 개구, 50b: 제2 개구, 60a: 제1 금속막 패턴, 60b: 제2 금속막 패턴, 62: 금속 전극 층.
본 발명은 고출력 반도체 광원 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 1.55 ㎛ 파장의 수퍼루미네슨트 다이오드 (superluminescent diode, 이하, "SLD"라 함) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 광통신용 광원과 광계측용 그리고 생체영상용 광원은 주로 가시광 영역과 1.3 ㎛ 파장이었으며, 지금까지는 1.55 ㎛ 파장의 SLD에 대한 연구는 매우 드물다.
지금까지 제안된 SLD의 레이저 발진을 억제하기 위한 구조로서 (i) 경사진 공진축을 형성한 구조, (ii) 이온주입에 의해 광흡수층을 형성한 구조, 그리고 (iii) 활성층을 제거한 윈도우(window) 구조 등이 있다. SLD의 중요한 변수는 광출력, 스펙트럼 폭, 그리고 모듈레이션 깊이 (modulation depth)이다. 광출력이 100 mW 이상인 고출력 SLD인 경우, 주입 전류가 수 암페어이고, 광출력 도파로의 폭 (수 십 ㎛)도 통신용 소자에서 사용되는 도파로 폭 (약 2 ∼ 3 ㎛)보다 훨씬 크다. 광통신용 및 생체영상용 SLD는 주입 전류가 200 mA 이하이어서 출력광의 세기가 20 mW 이상으로 되는 것이 쉽지 않다.
따라서, 광출력 스펙트럼 폭이 20 nm 이상의 광대역이면서, 광출력 세기가 20 mW 이상인 SLD의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 광가입자용 광원과 WDM 광통신용 광원으로 사용가능하며, 생체 영상용 의료 장비의 광원으로 사용가능한 1.55 ㎛ SLD를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광가입자용 광원과 WDM 광통신용 광원으로 사용가능하며, 생체 영상용 의료 장비의 광원으로 사용가능한 1.55 ㎛ SLD의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 SCD는 LD (Laser Diode) 영역과, 상기 LD 영역으로부터 생성된 광을 증폭하기 위한 SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 영역을 가지는 InP 기판을 포함한다. 상기 InP 기판상에서 공진 스트라이프 패턴의 활성층을 포함하는 BRS 구조의 광도파로가 상기 SOA 영역 및 상기 LD 영역에 걸쳐 연장되어 있다. 상기 SOA 영역에는 상기 활성층 위에 제1 전극이 형성되어 있고, 상기 LD 영역에서는 상기 활성층 위에 상기 제1 전극과는 전기적으로 절연되어 있는 제2 전극이 형성되어 있다. 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 상호 절연시키기 위하여 이들 사이에 전류 차단 영역이 개재되어 있다.
상기 전류 차단 영역은 상기 활성층 위에 형성되어 있는 이온주입된 InP 클래드층으로 이루어질 수 있다.
상기 활성층과 상기 제1 전극과의 사이와, 상기 활성층과 상기 제2 전극과의 사이에는 각각 차례로 적층된 p-InP 클래드층 및 p-InGaAs 옴 접촉층이 개재될 수 있다.
본 발명에 따른 SLD는 상기 SOA 영역의 광출력면에 코팅되어 있는 무반사층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 LD 영역에서 상기 활성층은 굽은 도파로 구조를 가질 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 SLD의 제조 방법에서는 LD 영역과, 상기 LD 영역으로부터 생성된 광을 증폭하기 위한 SOA 영역을 가지는 InP 기판상에서 상기 SOA 영역 및 상기 LD 영역에 걸쳐 연장되는 리지(ridge) 구조의 활성층을 형성한다. 상기 활성층 위에 p-InP 클래드층 및 p-InGaAs 옴 접촉층을 차례로 형성하여 BRS (buried ridge stripe) 구조의 광도파로를 형성한다. 상기 p-InGaAs 옴 접촉층중 상기 SOA 영역 및 LD 영역을 제외한 영역에 이온을 주입하여 전류 차단 영역을 형성한다. 상기 p-InGaAs 옴 접촉층을 패터닝하여 SOA 영역 및 LD 영역 내에 각각 위치되는 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴 및 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 형성한다. 상기 SOA 영역에서 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 노출시키는 제1 개구와 상기 LD 영역에서 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 노출시키는 제2 개구가 형성된 절연막 패턴을 형성한다. 상기 SOA 영역에서 상기 제1 개구를 통해 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴과 접촉되는 제1 전극을 형성한다. 상기 LD 영역에서 상기 제2 개구를 통해 노출되는 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴과 접촉되는 제2 전극을 형성한다. 여기서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동시에 형성된다.
본 발명에 따른 SLD의 제조 방법에서는 상기 SOA 영역의 광출력면에 무반사층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 이들 사이에 위치되는 상기 전류 차단 영역에 의해 전기적으로 상호 절연된다.
본 발명에 의하면, 2개의 전극, 즉 SOA용 전극 및 LD용 전극을 동시에 형성함으로써 1.55 ㎛ SLD를 간단히 제조할 수 있으며, 동일한 활성층을 사용하여 SOA 및 LD를 형성함으로써 광대역이면서 고출력의 1.55 ㎛의 SLD를 제조할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SLD의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 일부사시도들이다.
도 1을 참조하면, 먼저 n-InP 기판(10) 상에 유기금속 화학기상 증착법 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)에 의해 InP 버퍼층(12) (λ=1.3 ㎛, 두께0.3 ㎛)과, 제1 SCH층 (Separate Confinement Heterostructure layer)(14) (λ=1.3 ㎛, 두께 0.07 ㎛)을 차례로 성장시킨다.
그 후, 상기 제1 SCH층(14) 위에 활성층(16)을 성장시킨다. 상기 활성층(16)으로서 예를 들면 언스트레인드 InGaAsP 배리어 (unstrained InGaAsP barrier) (λ = 1.68 ㎛, 두께 11.5 nm)와, 0.8% InGaAsP 스트레인드웰층 (InGaAsP strained well layer) (λ = 1.3 ㎛, 두께 7 nm)을 각각 교대로 복수회 성장시켜 MQW (Multi-Quantum Well) 활성층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 활성층(16)은 상기 언스트레인드 InGaAsP 배리어 및 InGaAsP 스트레인드웰층을 7쌍 성장시켜 얻어질 수 있다.
상기 활성층(16) 위에 제2 SCH층(18) (λ = 1.3 ㎛, 두께 0.07 ㎛)을 성장시킨다. 그리고, 상기 활성층(16)을 보호하기 위한 보호막(20)을 상장시킨다. 상기 보호막(20)은 p-InP층 (두께 0.1 ㎛)으로 이루어질 수 있다.
도 2는 공진 스트라이프(stripe) 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정을 거친 후의 상태를 도시한 것이다.
보다 상세히 설명하면, 상기 보호막(20) 위에 플라즈마 화학 기상 증착법 (Plasma Enhanced CVD: PECVD)을 이용하여 0.2 ㎛ 두께의 제1 절연막 패턴(22)을 형성한다. 상기 제1 절연막 패턴(22)을 형성하기 위하여 먼저 상기 보호막(20) 위에 예를 들면 SiOX 및 SiNX를 포함하는 제1 절연막을 형성한 후, 상기 제1 절연막 위에 2 ㎛ 선폭을 가지는 <110> 방향의 공진　스트라이프 패턴 형성용 포토레지스트 패턴(도시 생략)을 형성한다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제1 절연막을 건식식각 방법, 예를 들면 MERIE 방법에 의해 식각하여 상기 제1 절연막 패턴(22)을 형성한다. 상기 제1 절연막 패턴(22)은 공진 스트라이프 패턴 형상으로 형성된다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 경우에 따라 상기 포토레지스트 패턴이 상기 제1 절연막 패턴(22) 위에 남아 있는 상태로 후속의 식각 공정을 진행할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 절연막 패턴(22)을 식각 마스크로 하여 상기 보호막(20), 제2 SCH층(18), 활성층(16), 및 제1 SCH층(14)을 차례로 건식 식각하여, 2 ㎛ 선폭을 가지는 <110> 방향의 공진　스트라이프 패턴(30)을 형성한다. 상기 건 식 식각 과정에서 손상된 표면층을 제거하기 위하여 식각된 결과물을 황산 용액을 이용하여 약 2 분 동안 세정한 후, 식각액, 예를 들면 HBr:H2O2:H2O = 8:2:100 (중량비)의 용액으로 약 60 초 동안 습식 식각하여 손상된 표면층을 100 nm 정도 식각한다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 절연막 패턴(22)을 제거한 후, MOCVD 공정을 이용하여 상기 공진 스트라이프 패턴(30)이 형성된 결과물상에 에피층을 재성장시켜 p-InP 클래드층(32) 및 p-InGaAs 옴 접촉층(34)을 형성한다. 이로써, BRS (Buried Ridge Stripe) 구조의 광도파로가 형성된다. 상기 p-InP 클래드층(32)은 약 1.5 ㎛의 두께 및 약 2 × 1018 cm-3의 도핑농도를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34)은 오믹 접촉을 위한 두께, 예를 들면 약 0.2 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34) 위에 보호층으로서 InP층(도시 생략)을 약 0.2 ㎛의 두께로 성장시켜 하부 막들을 보호하도록 함과 동시에, 후속 공정에서 도핑을 위한 이온주입 공정 후 잔류하는 포토레지스트 패턴을 제거하는 데 이용할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 5를 참조하면, 상기 p-InP 클래드층(32) 및 p-InGaAs 옴 접촉층(34)의 성장에 의해 BRS 구조가 형성된 후, 활성층(16)에만 주입 전류를 제한하기 위하여 이온주입 공정에 의해 전류 차단 영역(42)을 형성한다. 상기 전류 차단 영역(42) 형성을 위한 이온주입 공정에서 활성층을 보호하기 위하여 상기 p-InGaAs 옴 접촉층 (34) 위에 5 ㎛의 두께 및 6 ㎛의 폭을 가지는 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)에 의해 SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 영역 및 LD (Laser Diode) 영역이 정의된다. 상기 제1 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a)은 SOA 영역에 형성되고, 상기 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40b)은 LD 영역에 형성된다.
상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)을 이온주입 마스크로 하는 이온주입 공정은 주입이온의 종류, 가속 전압, 도즈량 등의 변수 각각에 대하여 최적화된 조건하에서 행해져야 한다. 예를 들면, 양성자(H+ 이온)와 산소이온을 사용할 수 있으며, 가속 전압은　 수 백 KeV 정도로 할 수 있다. 상기 p-InP 클래드층(32)의 두께에 따라 가속 전압이 다르게 설정될 수 있다. 도즈량은 양성자의 경우 2 × 1014 ion/cm2 정도이다.
상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)을 이온주입 마스크로 하여 이온주입을 행하여 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34) 및 그 아래의 p-InP 클래드층(32)에 전류 차단 영역(42)을 형성한다. 상기 전류 차단 영역(42)은 상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)에 의해 덮여 있지 않은 모든 영역에 형성된다. 따라서, 상기 제1 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a)으로 덮인 SOA 영역과, 상기 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40b)으로 덮인 LD 영역과의 사이의 영역(D)도 이온주입에 의해 전류 차단 영역(42)으로 되어, 상기 SOA 영역과 LD 영역과의 사이를 전기적으로 절연시키게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)을 제거한다. 이를 위하여, ACT-1(Electronic Chemicals 제품) 스트리퍼를 이용한 보일링(boiling) 공정과 플라즈마 애싱(ashing) 공정을 이용할 수 있다. 그 후, 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34)을 덮고 있는 보호층인 InP층(도시 생략)을 H3PO4:HCl = 85:15 (중량비)의 용액을 이용하여 소정 시간, 예를 들면 약 2 분 동안 식각하여 제거한다. 상기와 같이 InP층(도시 생략)을 제거하는 동안 상기 제1 및 제2 포토레지스트 스트라이프 패턴(40a, 40b)의 잔류물도 완전히 제거되어 상면에 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34)이 완전히 노출된다.
도 7을 참조하면, 상면이 완전히 노출되어 있는 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34)을 패터닝하여 SOA 영역 및 LD 영역 내에만 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a) 및 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)이 각각 남아 있도록 한다.
상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34)의 패터닝을 위하여 습식 식각 공정을 이용할 수 있다. 즉, 먼저 상면이 완전히 노출되어 있는 상기 p-InGaAs 옴 접촉층(34) 위의 전면에 산화막(도시 생략)을 형성한 후, 그 위에 상기 활성층(16) 스트라이프 패턴을 중앙으로 하여 4 ㎛의 폭을 가지고 상기 활성층(16)과 동일 방향으로 연장되는 포토레지스트 패턴(도시 생략)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(도시 생략)을 식각 마스크로 하여 MERIE 방법에 의해 상기 산화막(도시 생략)을 식각하여 산화막 패턴을 형성한 후, 식각 마스크로 사용되었던 포토레지스트 패턴은 제거한다. 그 후, 상기 산화막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 p-InGaAs 옴 접촉층 (34)을 습식 식각한다. 이를 위하여, 예를 들면 H3PO4:H2O2:H2O = 1:1:10 (중량비) 용액을 식각액으로 하는 습식 식각 공정을 약 60 초 동안 행할 수 있다. 그 후, 식각 마스크로 사용되었던 산화막 패턴은 제거한다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 n-InP 기판(10)상에서 SOA 영역에는 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a)이 남아 있게 되고, LD 영역에는 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)이 남아 있게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a) 및 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)이 노출되어 있는 도 7의 결과물 전면에 제2 절연막을 형성한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제2 절연막을 패터닝하여, SOA 영역에서 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a)을 노출시키는 제1 개구(50a)와, LD 영역에서 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)을 노출시키는 제2 개구(50b)가 형성된 제2 절연막 패턴(50)을 형성한다. 상기 제2 절연막 패턴(50)은 예를 들면 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 n-InP 기판(10)상에서는 상기 제2 절연막 패턴(50)에 의해 전류 주입 영역을 제외한 모든 영역이 전기적으로 절연된다.
도 9를 참조하면, SOA 영역에서 상기 제1 개구(50a)를 통해 노출되는 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a)을 덮는 제1 금속막 패턴(60a)과, LD 영역에서 상기 제2 개구(50b)를 통해 노출되는 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)을 덮는 제2 금속막 패턴(60b)을 상기 제2 절연막 패턴(50) 위에 형성한다. 상기 제1 금속막 패턴(60a) 및 제2 금속막 패턴(60b)은 상호 전기적으로 분리되어 있다. 상기 제1 금속막 패턴(60a) 및 제2 금속막 패턴(60b)을 형성하기 위하여 예를 들면 P형 금속(Au/Pt/Ti)을 사용할 수 있다.
상기 제1 금속막 패턴(60a) 및 제2 금속막 패턴(60b)을 형성하기 위한 예시적인 공정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 제1 개구(50a) 및 제2 개구(50b)를 통해 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34a) 및 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴(34b)이 각각 노출되어 있는 상태에서, 상기 제1 개구(50a) 및 제2 개구(50b)를 각각 중심으로 하여 소정 영역을 노출시키는 홀이 형성된 포토레지스트 패턴(도시 생략)을 형성한 후, 먼저 P형 금속 패드 및 금속 스트라이프를 형성할 영역에 전자빔 증착법을 이용하여 P형 금속(Au/Pt/Ti)을 증착한 후 오믹 접촉을 위한 어닐링(annealing)을 행하여 SOA 영역 및 LD 영역에 각각 상기 제1 금속막 패턴(60a) 및 제2 금속막 패턴(60b)을 형성한다.
그 후, 상기 n-InP 기판(10)의 두께 및 평탄도를 균일하게 만들기 위해 상기 n-InP 기판(10)의 배면을 약 100 ㎛ 정도 연마하는 래핑(lapping) 공정을 행한 후, 래핑된 상기 n-InP 기판(10)의 배면 위에 N형 메탈(Au/Cr)을 증착하고 어닐링하여 금속 전극층(62)을 형성한다. 상기 제1 금속막 패턴(60a) 및 제2 금속막 패턴(60b)과 상기 금속 전극층(62)은 각각 금속 전극으로 이용된다.
상기와 같이 완성된 광대역 광원 소자의 SOA 출력면에 무반사막(도시 생략)을 코팅한다.
상기와 같이 제작된 본 발명에 따른 SLD는 SOA 영역 및 LD 영역의 두 영역으로 구성되어 있다. 상기 SOA 영역은 스폿 사이즈 컨버터 (Spot Size Converter) 구 조를 포함하며, LD 영역 뒷 부분은 굽은(bent) 도파로 구조를 가진다.
본 발명에 따른 SLD는 발진을 억제를 위하여 SOA 영역의 광출력면에 무반사막이 증착되어 있다. SOA 영역의 전극과 LD 영역의 전극과의 사이는 이온주입에 의해 전기적으로 절연되어 있으며, 이들 각 전극에서 독립적으로 전류를 주입한다.
상기 설명한 본 발명에 따른 SLD 제조 방법은 InP 기판에 활성층을 성장하는 제1 단계, 포토리소그래피 공정 및 건식 식각으로 리지(ridge) 구조의 활성층을 형성하는 제2 단계, 클래드층으로서 p-InP 및 옴접촉층인 p-InGaAs층을 성장시켜 BRS 구조를 형성하는 제3 단계, 이온주입 공정과 전류주입 금속층 증착 공정에 의해 SOA 영역 및 LD 영역을 형성하는 제4 단계, 그리고 광출력면에 무반사막을 코팅함으로써 발진을 억제하여 SLD로 동작하게 하는 제5 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 다른 SLD 제조 방법에 있어서, 이온주입에 의해 전류 차단 영역을 형성하는 것과, 전극간의 전기적 절연이지만 광학적으로는 연결된 구조를 만드는 것이 본 발명에 따른 소자 성능에 있어서 매우 중요하다. 본 발명에 따르면, 동일한 활성층으로 SOA 영역 및 LD 영역을 집적하여, LD 영역에서 생성된 광이 SOA 영역에서 증폭되어 넓은 대역폭, 높은 출력광 세기를 가지는 1.55 ㎛ SLD를 제조할 수 있다.
도 10은 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD에서 주입 전류에 따른 출력광 세기를 측정하여 얻어진 전류-광출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD의 전류-광 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 9에 예시된 구조를 가지는 본 발명에 따른 SLD의 스펙트럼 특성 을 보여주는 그래프이다.
도 11에는 본 발명에 따른 SLD에서 상면에 형성된 두 개의 전극중 앞 단의 SOA 전극은 전류를 변화시키면서 LD 전극은 전류를 주입하지 않은 경우(A)와, SOA 전극은 전류를 변화시키면서 LD 전극에는 100 mA의 고정 전류를 주입한 경우(B)의 광출력이 나타나 있다. SOA 전극만 구동시킨 경우에는 200 mA의 전류에서 광출력이 4 mW 정도였으며, 이 경우의 광출력 스펙트럼은 도 12에 나타난 것처럼 넓은 대역폭의 전형적인 SOA 출력 특성을 보였다.
그러나, 도 11의 결과에서, LD 전극에 100 mA CW 전류를 주입하면서, SOA 전극에 전류를 200 mA까지 증가시키면서 측정한 경우(B)의 광출력은 200 mA에서는 23 mW의 높은 광출력 특성을 보였다. 이는 SOA단에 의한 광증폭 결과이다. 이 경우 광출력 스펙트럼은 도 12의 "B"에 나타난 것처럼 3 dB 대역폭이 25 nm, 광출력이 1.55 ㎛ 파장에서 -10 dBm 의 광출력 특성을 보였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구체적인 예를 설명하였으나, 상기한 실시예는 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된 것으로서, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아님을 주의하여야 한다.
본 발명에서는 LD 영역에서 생성된 광의 세기를 반도체 광증폭단에서 10 배 이상 증폭하는 방식으로서 2 전극 구조를 갖는다.　 LD 영역 및 SOA 영역에서 생성된 레이저 광원 발진을 억제하여 수퍼루미네슨트 광으로 변환하기 위하여 본 발명에 따른 SLD에서는 SOA의 출력면에 무반사막을 증착하고, 또한 LD 영역의 뒷 부분 에 굽은 도파로를 형성한다. 또한, 출력광과 광섬유의 결합효율 높이기 위하여 광출력 부분의 활성층에 스폿 사이즈 컨버터 (spot size converter) 구조를 형성한다. 본 발명에 따른 SLD는 단일 활성층으로 LD 및 SOA를 동시에 형성함으로써 고출력의 반도체 레이저에서 두 가지의 발진 억제 구조를 도입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2개의 전극, 즉 SOA용 전극 및 LD용 전극을 동시에 형성함으로써 1.55 ㎛ SLD를 간단히 제조할 수 있으며, 동일한 활성층을 사용하여 SOA 및 LD를 형성함으로써 광대역이면서 고출력의 1.55 ㎛의 SLD를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (9)

  1. LD (Laser Diode) 영역과, 상기 LD 영역으로부터 생성된 광을 증폭하기 위한 SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 영역을 가지는 InP 기판과,
    상기 InP 기판상에서 상기 SOA 영역 및 상기 LD 영역에 걸쳐 연장되어 있는 공진 스트라이프 패턴의 활성층을 포함하는 BRS 구조의 광도파로와,
    상기 SOA 영역에서 상기 활성층 위에 형성되어 있는 제1 전극과,
    상기 LD 영역에서 상기 활성층 위에 형성되어 있고 상기 제1 전극과는 전기적으로 절연되어 있는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 상호 절연시키기 위하여 이들 사이에 개재되어 있는 전류 차단 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 차단 영역은 상기 활성층 위에 형성되어 있는 이온주입된 InP 클래드층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 제1 전극과의 사이와, 상기 활성층과 상기 제2 전극과의 사이에는 각각 차례로 적층된 p-InP 클래드층 및 p-InGaAs 옴 접촉층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SOA 영역의 광출력면에 코팅되어 있는 무반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LD 영역에서 상기 활성층은 굽은 도파로 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드.
  6. LD 영역과, 상기 LD 영역으로부터 생성된 광을 증폭하기 위한 SOA 영역을 가지는 InP 기판상에서 상기 SOA 영역 및 상기 LD 영역에 걸쳐 연장되는 리지(ridge) 구조의 활성층을 형성하는 단계와,
    상기 활성층 위에 p-InP 클래드층 및 p-InGaAs 옴 접촉층을 차례로 형성하여 BRS (buried ridge stripe) 구조의 광도파로를 형성하는 단계와,
    상기 p-InGaAs 옴 접촉층중 상기 SOA 영역 및 LD 영역을 제외한 영역에 이온을 주입하여 전류 차단 영역을 형성하는 단계와,
    상기 p-InGaAs 옴 접촉층을 패터닝하여 SOA 영역 및 LD 영역 내에 각각 위치되는 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴 및 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 SOA 영역에서 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 노출시키는 제1 개구와 상기 LD 영역에서 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴을 노출시키는 제2 개구가 형성된 절연막 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 SOA 영역에서 상기 제1 개구를 통해 상기 제1 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴과 접촉되는 제1 전극을 형성하는 단계와,
    상기 LD 영역에서 상기 제2 개구를 통해 노출되는 상기 제2 p-InGaAs 옴 접촉층 패턴과 접촉되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 SOA 영역의 광출력면에 무반사막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 이들 사이에 위치되는 상기 전류 차단 영역에 의해 전기적으로 상호 절연되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수퍼루미네슨트 다이오드의 제조 방법.
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