KR100794653B1 - 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물에 관한 것이다.
본 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물은 하부 전극 상에 형성되는 제1 클래드층과, 상기 제1 클래드층 상에 형성되는 광도파로와, 상기 광도파로 상에 형성되며, 주기적으로 배치되는 복수의 그레이팅을 포함하는 그레이팅 구조층과, 상기 그레이팅 구조층 상에 형성되는 제1 SCH(Separate confinement hetero) 층과, 상기 제1 SCH 상에 형성되며, 복수의 양자점을 포함하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 제2 SCH층과, 상기 제2 SCH층 상에 형성되는 제2 클래드층과, 상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹층과, 상기 오믹층 상에 형성되는 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 그레이팅 구조층을 기준으로 활성층 반대쪽에 광도파로를 위치시킴으로써, 단일 광모드의 효율을 증대시키고, 전류 주입을 위한 전극을 비대칭 다전극 구조를 사용함으로써, 단일 모드 반도체 레이저 구조물의 순도 및 수율을 극대화시킬 수 있다.
양자점, 반도체레이저, 분포궤환형, 광도파로, 활성층

Description

분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물{A Distributed Feedback(DFB) Quantum Dot Laser Structure}
도 1은 종래 기술에 따른 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 나타내는 부분 절취 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 양자점 반도체 레이저 구조물의 기판 상부에 형성된 메탈 회절 격자 부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물의 상부 전극이 도시된 평면도이다.
도 5는 본 발명의 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물에 따른 광모드 형상을 나타내는 전산 모사도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
300: 분포궤환형(distributed feedback) 양자점 반도체 레이저 구조물
310: 하부 전극 320: 제1 클래드층
330: 광도파로(waveguide) 340: 그레이팅 구조층
340a: 그레이팅 360: 제2 클래드층
345, 355: 제1 및 제2 분리 집속 이종구조(SCH)
350: 활성층 351: 양자점층
352: 장벽층 370: 오믹층
380: 상부전극 380a: 제1 상부 전극
380b: 제2 상부 전극 380c: 위상조절부
본 발명은 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 단일 광 모드를 생성하기 위해 활성층의 하부에 활성층의 반대 방향에 광도파로를 위치시킨 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물에 관한 것이다.최근 급격하게 퍼지고 있는 통신 수요에 대응하기 위해, 1개의 광섬유를 통해 다른 파장의 광신호를 전송시킴으로써, 광섬유를 새롭게 증설하지 않고 통신 용량을 크게 확대할 수 있는 파장 분할 다중(WDM: wavelength division multiplexing) 광통신 시스템이 개발되고 있다. 파장 분할 다중 광통신 시스템에는 단일 파장 출력이 가능한 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저가 사용된다.
양자점 반도체 레이저는, 활성층의 전광 변환층 구조를 기존의 벌크 혹은 양 자우물 구조 대신 영차원 양자점 구조로 대체하여 간단히 구현할 수 있으나, 대부분의 실용적인 양자점은 자발형성방식에 의해 형성된다. 이에 의해, 양자점을 이용하여 활성층을 형성하는 경우에는 수 퍼센트의 많은 격자 부정합도에 의해 국부적으로 왜곡된 힘이 활성층에 포함된다.
이하에서는 도면을 참조하여, 종래 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 나타내는 부분 절취 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저(100)는 하부 및 상부에 형성되는 한 쌍의 전극(110, 190)과, 복수의 양자점(미도시)을 포함하는 활성층(150)과, 활성층(150) 하부에 형성되는 회절격자(140)를 포함한다. 또한, 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물(100)은 하부 전극(110) 상에 형성되는 InP기판(120)과, 회절격자(140)와 인접하게 형성되는 제1 광가이드(145)와, 활성층(150) 상에 형성되는 제2 광가이드(155)와, 활성층(150) 및 제1 및 제2 광가이드(145, 155)의 양측에 형성되는 전류 블록층(160)을 포함한다. 전류 블록층(160)은 p-In, n-InP, p-In을 포함한다. 또한, 분포 궤환형 양자점 레이저 구조물(100)은 활성층(150)과 전류 블록층(160) 상에 형성되는 클래드층(170)과 클래드층(170) 상에 형성되는 캡층(오믹층; 180)을 더 포함한다.
도 1과 같이, 단일 광원을 발생시키기 위해, 회절격자(140)를 활성층(150) 하부에 위치시키는 경우, 회절격자(140)의 요철에 의해 비평탄화된 표면이 활성 층(150)을 구성하는 양자점 형성에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다.
상기 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 양자점을 형성하기 전에 이원계 화합물(예를 들면, InP)로 구성된 중간층(space layer)을 소정 두께로 증착함으로써 평탄화된 표면을 확보할 수 있다. 그러나, 중간층을 활성층 하부에 형성하는 경우, 활성층에 형성된 광모드가 회절격자와 광 결합시 거리가 먼 관계로 적은 광 결합 상수에 의해 충분히 긴 공진층 길이에도 불구하고 단일 모드 순도를 떨어뜨릴 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 양자점 반도체 레이저 구조의 기판 상부에 형성된 메탈 회절 격자 부분을 확대한 부분 절취 도면이다. 도 2에 도시된 양자점 반도체 레이저 구조물(200)은 기판(미도시) 상부에 형성된 활성층(250)과, 활성층(250) 상부에 형성된 복수의 메탈 회절 격자(260)와, 메탈 회절 격자(260)의 상부에 형성된 도파로(270)를 포함한다. 여기서, 메탈 회절 격자(260)는 활성층(250) 상부에 측면으로 광 결합시킨 형태이며, 도파로(270)는 메탈 회절 격자(260)의 길이 방향에 가로방향으로 길게 형성되어 있다.
이러한 구조로 이루어진 양자점 반도체 레이저 구조물(200)를 가지고 광원 발생 실험을 수행하는 경우, 고 순도의 단일 모드 광원이 발생된다. 그러나, 도 2에 개시된 메탈 회절 격자(260)를 형성하기 위해서는, 종래 자외선 광리소그라피 방법을 사용하지 못하고 전자선 리소그라피 방법을 사용해야 하기 때문에, 공정 단가가 상승하고 제작 시간이 많이 소요될 수 있어 양산성이 떨어진다는 문제점이 있 다.
또한, 도 1 및 도 2에 개시된 양자점 반도체 레이저 구조물(100, 200)은, 기존 양자 우물 구조를 이용한 반도체 레이저에 비하여 이득 매질의 부피가 낮기 때문에, ㎜수준의 긴 공진기를 사용해야 한다. 이에 의해, 국부적인 반송자 포화 현상 및 정공 연소(hole burning) 현상 등이 발생할 수 있어 안정적으로 단일 모드를 얻는 것이 용이하지 않다.
이를 극복하기 위해, 양자점 면 밀도가 높은 GaAs계열의 1.3㎛ 이하의 파장 대역 또는 InP 계열의 1.55㎛ 이상의 파장 대역의 양자점 레이저를 사용할 수 있다. GaAs계열의 양자점 레이저 구조의 경우에는 종래 양자우물 구조와 같이 약 300㎛ 대의 공진기 길이를 사용하므로 상대적으로 안정된 광 특성을 보일 수 있지만, InP 계열의 양자점 레이저 구조의 경우에는 1㎜ 이상의 긴 공진기를 사용해야 하기 때문에 안정적인 광모드 구현이 용이하지 않다.
상기 문제점들을 해결하기 위한 또 다른 구조로, 이득영역과 광 도파 영역 또는 위상조절영역을 분리시킨 다전극 구조가 제안될 수 있는데, 이 경우에는 회절 격자부를 분리시켜야 하므로 제작 공정이 복잡하여 제조 수율이 저하되며, 각 영역에 따른 주입 전류 공급원을 다르게 마련해야 하므로 모듈제작이 복잡하고 전력소모가 크다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해소하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은, 회절격자의 하부, 즉, 활성층의 반대 방향에 광 도파로를 형성함으로써, 광 결합 효율을 증대시키고 제작 공정을 단순화하고 단일 광모드 순도를 향상시킬 수 있는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 상부 전극 구조를 분리하여 이원화시킴으로써, 국부적인 반송자 포화 현상 및 정공 연소(hole burning) 현상 등의 비효율성을 감소시켜 안정적인 단일 모드 순도를 얻을 수 있는 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물은 하부 전극 상에 형성되는 제1 클래드층과, 상기 제1 클래드층 상에 형성되는 광도파로와, 상기 광도파로 상에 형성되며, 주기적으로 배치되는 복수의 그레이팅을 포함하는 그레이팅 구조층과, 상기 그레이팅 구조층 상에 형성되는 제1 SCH(Separate confinement hetero) 층과, 상기 제1 SCH 상에 형성되며, 복수의 양자점을 포함하는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 제2 SCH층과, 상기 제2 SCH층 상에 형성되는 제2 클래드층과, 상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹층과, 상기 오믹층 상에 형성되는 상부 전극을 포함한다.
바람직하게, 상기 광도파로는 1.3 ~ 1.5㎛의 파장 밴드갭을 갖는 InGaAsP 반도체로 이루어진다. 상기 광도파로의 두께는 0.1 ~ 0.3㎛이다. 상기 광도파로와 상기 그레이팅 간 거리는 0.05 ~ 0.3㎛이다. 그레이팅 간 거리가 0.05㎛ 보다 작은 경우에는 광모드의 하향 이동 효과 및 광모드 크기 확대 효과가 상대적으로 적어질 수 있으며, 0.3㎛ 보다 큰 경우에는 공간상 두 개의 광모드로 분리되는 현상(전산 모사 결과)이 발생하여 광모드 특성을 저하시킬 수 있다.
상기 상부 전극은 이격 거리를 두고 비대칭 형태로 분리되어 있는 두 개의 분리 전극으로 이루어진다. 상기 이격 거리는 2 ~ 50㎛이며, 상기 두 개의 분리 전극 간 길이의 비율은 1:2 ~ 1:10 범위이고, 상기 분리 전극 중 길이가 짧은 분리 전극이 레이저 발광면측에 배치된다. 상기 두 개의 분리 전극은 단일 전류원을 통해 상기 두 개의 분리 전극이 동시에 전류 주입되도록 전극 패드가 연결되어 있다.
상기 활성층은 다층 구조이며, 각각의 층에는 복수의 양자점이 형성되어 있다. 상기 활성층은 In(Ga)As 양자점층과, InGaAsP 또는 InAlGaAs 장벽층을 포함한다. 상기 양자점은 1.55㎛ 밴드갭 파장을 갖는 구조이다. 상기 그레이팅 구조층은 상기 제2 클래드층의 InP에 격자 정합되는 InGaAs를 이용한다. 상기 그레이팅의 두께는 20 ~ 50㎚ 범위이다. 상기 제1 SCH과 상기 제2 SCH는 1.1 ~ 1.2㎛ 파장의 밴드갭 조성을 가지며, 상기 제1 SCH는 상기 제2 SCH에 비해 상대적으로 두껍게 형성된다. 상기 제1 SCH의 두께는 100 ~ 150nm이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 반도체 레이저 구조를 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물(300)은 하부 및 상부 전극(310, 380), 제1 및 제2 클래드층(320, 360), 광도파로(330), 복수의 그레이팅(340a)을 포함하며 회절 격자 역할을 수행하는 그레이팅 구조층(340), 활성층(350), 활성층(350)을 사이에 두고 광 가이드 역할을 수행하는 제1 및 제2 분리집속 이종층(SCH: 345, 355)을 포함한다.
본 발명에 따른 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물(300)을 제조하기 위해서는, 우선, 하부 전극(310)을 형성하며, 본 실시 예에서 하부 전극(310)은 n-타입 금속층(n-metal)이다. 하부 전극(310) 상에는 제1 클래드층(320)이 형성된다. 제1 클래드층(320)은 하부 전극(310) 타입과 동일한 타입으로 형성되므로, 상기 제1 클래드층(320) 역시 n타입 클래드층이다. 본 실시 예에서는 InP형 클래드층이다.
제1 클래드층(320) 상에는 광 도파로(WG: waveguide)(330)가 형성된다. 광 도파로(330)는 약 1.3 ~ 1.5㎛의 파장 밴드갭을 갖는 InGaAsP 반도체로 이루어지며, 광도파로(330)의 두께는 약 0.1 ~ 0.3㎛로 형성된다. 광도파로(330) 상에는 소정 이격 거리를 가지며 주기적으로 배치된 복수의 그레이팅(grating, 340a)을 포함하는 회절 격자 역할을 수행하는 그레이팅 구조층(340)이 형성된다. 그레이팅 구조층(340)은 제1 클래드층(320)의 InP에 격자 정합되는 InGaAs를 이용하며, 그레이팅(340a)은 약 20 ~ 50㎚의 두께로 형성된다. 그레이팅(340a)과 광도파로(330)는 약 0.05 ~ 0.3㎛ 정도의 거리를 두고 배치된다.
다음, 그레이팅 구조층(340) 상에는 광 가이드 역할을 수행하는 제1 분리 집속 이종층(SCH: 345)이 형성되며, 제1 SCH(345) 상에는 적어도 하나의 양자점을 포함하는 다층 구조의 활성층(350; 350a,..., 350n)이 형성된다. 활성층(350)을 구성하는 각 층(350a,..., 350n)에는 복수의 양자점이 형성되어 있다. 본 실시 예와 달리, 단일 형태의 양자점을 포함할 수 있다. 도 3의 활성층(350)을 이루는 각 층(350a,..., 350n)은 약 1.55㎛ 밴드갭 파장을 갖는 In(Ga)As 양자점층(351)과, InGaAsP 또는 InAlGaAs 장벽층(352)을 포함한다. 활성층(350) 상에는 광가이드 역할을 수행하는 제2 분리 집속 이종층(SCH; 355)이 형성된다.
제1 SCH(345)과 제2 SCH(355)는 약 1.1 ~ 1.2㎛ 파장의 밴드갭 조성을 가지며, 제1 SCH(345)는 제2 SCH(355)에 비해 상대적으로 두껍게 형성된다. 여기서, 제1 SCH(345)의 두께는 약 100 ~ 150nm이며, 제2 SCH(355)는 상기 제1 SCH(355)의 두께 보다 얇게 형성된다. 따라서, 제2 SCH(355)는 100nm이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 실시 예에서는 약 50 ~ 100nm두께로 형성한다.
제2 SCH(355) 상에는 제2 클래드층(360)이 형성되는데, 제2 클래드층(360)은 p 타입의 클래드층이다. 제2 클래드층(360) 상에는 위상 조절을 수행할 수 있는 오믹층(370)이 형성된다. 오믹층(370) 상에는 상부 전극(380)이 형성되며, 상부 전극(380)은 p타입의 금속층이다.
전술과 같이, 회절 격자 구조를 갖는 그레이팅 구조층(340)을 채택하면서도, 활성층(350) 하부에 광도파로(330)를 위치시킴으로서, 평탄화를 위해 회절 격자 구조(예컨대, 그레이팅) 상에 형성되는 층들을 두껍게 형성하여도 활성층(350) 하부 에 위치한 광도파로(330)의 영향으로 활성층(350)에서 형성된 광 모드의 중심축이 회절 격자 쪽으로 이동할 수 있게 되며, 이로 인해 회절 격자 구조와의 광 결합효율이 증가되어 높은 단일 모드 순도를 얻을 수 있다. 회절 격자 구조층인 그레이팅 구조층(340) 하부에 형성되는 광도파로(330)의 위치 및 두께를 조절함으로써, 광모드의 크기를 확대시킬 수 있으며, 이에 의해 외부 광섬유와의 광결합 효율이 증대되어 광모듈의 제조 원가를 절감할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서의 상부 전극(380)은 비대칭 구조의 분리 전극 형태로 제1 상부 전극(380a), 제2 상부 전극(380b) 및 이들 사이의 이격 거리로 이루어진 간극 형태의 위상조절부(380c)를 포함한다. 상부 전극(380) 구조는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조의 상부 전극이 개시된 평면도이다.
도 4는 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물(300)의 제작 공정을 최소화시키고 전류 주입 공급원을 단일화시킨 구조로, 본 실시 예에서 상부 전극(380)은 비대칭 구조의 분리 전극 형태로 제1 상부 전극(380a), 제2 상부 전극(380b) 및 이들 사이에 형성된 간격으로 이루어진 위상조절부(380c)를 포함한다. 또한, 제1 상부 전극(380a)과 제2 상부 전극(380b) 사이의 형성된 이격 거리는 약 2 ~ 50 ㎛ 정도이며, 제1 및 제2 상부 전극(380a, 380b) 간 길이의 비율은 1:2 ~ 1:10 이다. 짧은 길이의 상부 전극(380a)은 레이저 발광면(410) 측에 형성되고, 길이가 긴 상부 전극(380b)은 반사율이 높은 영역(420)에 형성된다.
상기 두 개의 전극(380a, 380b)을 브릿지 구조로 연결시킴으로써, 단일 전류공급원을 통하여 두 개의 전극(380a, 380b)에 동시에 전류 주입이 가능하다. 이러한 전류 주입 구조는 최종 칩 제작 공정 중 마지막 p-metal 형성 단계 직전에 InGaAs 저항접촉층 및 InP 클래드층 일부를 약하게 트렌치 식각하는 것으로 제작할 수 있다. 아울러 전극 간 간극의 크기, 전극의 위치 및 전극 간 길이의 비율은 별도의 최적화를 위한 마스크 설계를 적용한 후 실험적으로 결정할 수 있다.
전술과 같이, 상부 전극(380) 구조를 분리하여 이원화시킴으로써, 즉, 전극 사이의 간극을 통해 두 개의 비대칭적인 전극으로 분리하여 각 전극에 전류를 주입하는 구조를 이용함으로써, 국부적인 반송자 포화 현상 및 정공 연소(hole burning) 현상 등에 의해 안정적인 단일 모드 순도를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물에 따른 광모드 형상을 나타내는 전산 모사도이다. 도 5에는 최적화된 광 도파로 구조 및 이의 효과를 예측하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 광모드 형상이 모사되어 있다.
도 5는 광도파로의 두께를 0.2㎛로 하고, 회절 격자 구조 하부와 광도파로 사이의 거리를 변수로 하는 경우로, 이때, 회절 격자 구조(그레이팅)와 광도파로 사이의 거리가 증가함에 따라, 광모드의 크기도 점차 커지고 결합효율도 증대된다. 그러나, 이들 거리가 0.3㎛ 이상이 되면 결합효율이 줄어들 뿐만 아니라 광모드 크기도 두 개로 분리되는 것을 관찰할 수 있었다. 따라서, 광결합 효율을 충분히 증대시킬 수 있으며 광 모드 크기 역시 확대시키기 위해서는, 회절 격자 구조와 광도 파로 사이의 거리를 0.2㎛정도를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니므로, 상기 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상, 전술에 따르면, 본 발명은 회절격자의 하부, 즉, 그레이팅 구조층을 기준으로 활성층의 반대 방향에 광 도파로를 형성함으로써, 양자점 반도체 레이저 구조물의 장점인 고성능 특성(고온 동작 특성, 온도에 따른 파장 안정성, 고속 직접변조, 낮은 잡음 지수 등) 을 유지시키면서, 광 결합 효율을 증대시키고 제작 공정을 단순화하고 단일 광모드 순도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상부 전극 구조를 분리하여 이원화시킴으로써, 즉, 분리된 전극 사이의 간극을 통해 두 개의 비대칭적인 전극으로 분리하여 각 전극에 전류를 주입하는 구조를 이용함으로써, 국부적인 반송자 포화 현상 및 정공 연소(hole burning) 현상 등의 비효율성을 감소시키면서 안정적인 단일 모드 순도를 얻을 수 있으며, 이와 함께 수율을 증대시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 하부 전극 상에 형성되는 제1 클래드층과,
    상기 제1 클래드층 상에 형성되는 광도파로와,
    상기 광도파로 상에 형성되며, 주기적으로 배치되는 복수의 그레이팅을 포함하는 그레이팅 구조층과,
    상기 그레이팅 구조층 상에 형성되는 제1 분리 집속 이종층(SCH: separate confinement hetero)과,
    상기 제1 SCH 상에 형성되며, 적어도 하나의 양자점을 포함하는 활성층과,
    상기 활성층 상에 형성되는 제2 분리 집속 이종층과,
    상기 제2 SCH층 상에 형성되는 제2 클래드층과,
    상기 제2 클래드층 상에 형성되는 오믹층과,
    상기 오믹층 상에 형성되는 상부 전극
    을 포함하는 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로는 1.3 ~ 1.5㎛의 파장 밴드갭을 갖는 InGaAsP 반도체로 이루어진 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광도파로의 두께는 0.1 ~ 0.3㎛인 분포 궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로와 상기 그레이팅 간 거리는 0.05 ~ 0.3㎛인 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 이격 거리를 두고 비대칭 형태로 분리되어 있는 두 개의 분리 전극으로 이루어진 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이격 거리는 2 ~ 50㎛인 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 두 개의 분리 전극 간 길이의 비율은 1:2 ~ 1:10 범위이며,
    상기 분리 전극 중 길이가 짧은 분리 전극이 레이저 발광면측에 배치되는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 두 개의 분리 전극은 단일 전류원을 통해 상기 두 개의 분리 전극에 동시에 전류가 주입되도록 전극 패드가 연결되어 있는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 다층 구조이며,
    상기 활성층을 이루는 각 층은 In(Ga)As 양자점층과, InGaAsP 또는 InAlGaAs 장벽층을 포함하는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양자점층은 1.55㎛ 밴드갭 파장을 갖는 구조인 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅 구조층은 상기 제1 클래드층의 InP에 격자 정합되는 InGaAs를 이용하는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅의 두께는 20 ~ 50㎚ 범위인 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SCH과 상기 제2 SCH는 1.1 ~ 1.2㎛ 파장의 밴드갭 조성을 가지며, 상기 제1 SCH는 상기 제2 SCH에 비해 상대적으로 두껍게 형성되는 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
  14. 제14항에 있어서,
    상기 제1 SCH의 두께는 100 ~ 150nm인 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5026905B2 (ja) * 2007-10-02 2012-09-19 富士通株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
CN102244368B (zh) * 2011-06-03 2013-02-13 苏辉 宽温度超高速半导体直调dfb激光器及其制备方法
TWI655462B (zh) * 2018-07-04 2019-04-01 Benq Materials Corporation 偏光板

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040065264A (ko) * 2001-12-11 2004-07-21 포토나미 인코퍼레이티드 이득 또는 흡수 격자를 갖는 위상 편이 표면 방출 ｄｆｂ레이저 구조물
KR20040102018A (ko) * 2002-02-27 2004-12-03 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 양자 나노구조 반도체 레이저 및 양자 나노구조 어레이
KR100464377B1 (ko) * 2002-03-05 2005-01-03 삼성전자주식회사 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0404551A3 (en) * 1989-06-20 1992-08-26 Optical Measurement Technology Development Co. Ltd. Optical semiconductor device
EP0464287A1 (en) 1990-06-25 1992-01-08 The Research Foundation for Microbial Diseases of Osaka University Non-A, non-B hepatitis virus genomic cDNA and antigen polypeptide
JPH0770791B2 (ja) * 1992-12-22 1995-07-31 日本電気株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JPH0738204A (ja) * 1993-07-20 1995-02-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体光デバイス及びその製造方法
EP0735635B1 (en) * 1995-03-31 2000-08-02 Canon Kabushiki Kaisha Optical semiconductor apparatus, driving method therefor, light source apparatus and optical communication system using the same
IN188435B (ko) * 1995-05-18 2002-09-21 Siemens Ag
JPH11243256A (ja) * 1997-12-03 1999-09-07 Canon Inc 分布帰還形半導体レーザとその駆動方法
JPH11312846A (ja) * 1998-04-27 1999-11-09 Canon Inc 偏波依存性を持つ位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ、それを用いた光送信機及び光通信システム
US6704335B1 (en) * 1998-12-17 2004-03-09 Seiko Epson Corporation Light-emitting device
JP2000286501A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 分布帰還型半導体レーザ素子
EP1043818B1 (en) * 1999-04-09 2011-07-20 Mitsui Chemicals, Inc. Semiconductor laser device, semiconductor laser module, rare-earth-element-doped optical fiber amplifier and fiber laser
JP2002305350A (ja) * 2001-01-31 2002-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 分布帰還型半導体レーザ素子及びその作製方法
US6580740B2 (en) * 2001-07-18 2003-06-17 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device having selective absorption qualities
JP2003037334A (ja) 2001-07-25 2003-02-07 Nec Kansai Ltd 半導体レーザ及びその製造方法
US6788725B2 (en) * 2001-11-14 2004-09-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
JP2003204114A (ja) 2002-01-07 2003-07-18 Nec Corp 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法
JP2004095806A (ja) 2002-08-30 2004-03-25 Nec Kansai Ltd 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法
KR100456670B1 (ko) 2002-10-09 2004-11-10 한국전자통신연구원 광 모드 크기 변환기와 분포 궤환형 레이저 다이오드가일체화된 분포 반사형 레이저 다이오드
AU2004246310A1 (en) 2003-06-10 2004-12-16 Photonami Inc. Method and apparatus for suppression of spatial-hole burning in second or higher order DFB lasers
US20060045157A1 (en) * 2004-08-26 2006-03-02 Finisar Corporation Semiconductor laser with expanded mode
JP4839601B2 (ja) * 2004-11-18 2011-12-21 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体光素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040065264A (ko) * 2001-12-11 2004-07-21 포토나미 인코퍼레이티드 이득 또는 흡수 격자를 갖는 위상 편이 표면 방출 ｄｆｂ레이저 구조물
KR20040102018A (ko) * 2002-02-27 2004-12-03 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 양자 나노구조 반도체 레이저 및 양자 나노구조 어레이
KR100464377B1 (ko) * 2002-03-05 2005-01-03 삼성전자주식회사 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법

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