KR19980019928A - 장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 광 펌핑으로 동작되는 장파장 레이저 칩을 전기적으로 동작되는 단파장 표면방출 레이저 칩으로 광 펌핑하여 장파장 레이저 빔을 방출함으로써, 레이저 칩의 성장이 간단해지고, 광 펌핑 후 잔류된 단파장 레이저 빔을 InP 기판에서 흡수하므로 자동적으로 여과될 수 있도록 한 장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법이 개시된다.

Description

장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법
본 발명은 광파장 표면방출 레이저 칩 그 제조 방법에 관한 것으로, 광 펌핑으로 동작되는 장파장 레이저 칩을 전기적으로 동작되는 단파장 표면방출 레이저 칩으로 광 펌핑하여 장파장 레이저 빔을 방출하는 장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광 통신용으로 사용되는 1.3μm 파장과 1.55μm 파장의 레이저는 웨이프의 벽개단면으로 방출되는 측면 방출 레이저 구조가 현재 사용되고 있다. 레이저 소자의 이차원적인 집적을 위해서는 표면방출 레이저 칩이 더 적합하다. 이 응용 목적을 위한 장파장 표면방출 레이저는 고반사율의 반도체 거울층의 에피텍셜 성장에서 기술적인 난점 때문에 저문턱전류의 상온 연속 발진 특성을 얻기가 어렵다. 지금까지 고안된 장파장 표면방출 레이저는 활성층과 반도체 거울층을 각각 별도의 기판에 제작하여 기판 접합 방법으로 붙여 제작하였다. 이 방법으로 전기적으로 펌핑되는 장파장 레이저 빔을 만들었다. 이 방법은 표면에 붙은 오염 입자로 인해 접착된 기판 사이에 공간이 생기므로 소자 성능의 균일도를 조절하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 장파장 레이저 매질에 단파장 레이저 빔으로 광 펌핑하면 장파장 레이저 빔을 발진시킬 수 있는 원리를 이용하여 거울층 일부를 유전체 거울층이 증착된 장파장 레이저 칩에 단자팡 표면방출 레이저 빔을 조사시켜 광 펌핑시킨 장파장 표면방출 레이저 칩 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장파장 표면방출 레이저 칩은 광 펌핑으로 동작되는 장파장 레이저 칩을 전기적으로 작동되는 단파장 표면방출 레이저 칩과 접합하여 단파장 표면방출 레이저 칩에서 발진되는 레이저 빔으로 장파장 레이저 빔을 광 펌핑으로 발진시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장파장 표면방출 레이저 칩 제조 방법은 InP 기판 상에 반도체 DBR 거울층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 DBR 거울층 상부에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상부에 유전체 DBR 거울층을 형성하는 단계와, 상기 유전체 DBR 거울층 상부와 InP 기판 밑면에 각각 단파장 무반사막과 장파장 무반사막을 형성하는 단계와, 상기 단파장 무반사막을 단파장 표면방출 레이저의 단파장 무반사막과 접합부로 연결시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 광 펌피용 레이저를 접촉한 장파장 표면방출 레이저 칩의 제조 과정을 순서적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광 펌핑된 장파장 표면방출 레이저 칩의 동작 원리를 설명하기 위해 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: InP 기판2: 반도체 DBR 거울층
3: InGaAs/InP 활성층4: 유전체 DBR 거울층
5: 단파장 무반사막6: 장파장 무반사막
7: GaAs 기판8: 광펌핑용 단파장 발진 레이저 소자
9: 단파장 무반사막10: 마이크로 렌즈
11: 장파장 레이저 칩12: 단파장 레이저 칩
13: 기판사이의 접합부14: 단파장 레이저 칩
15: 장파장 레이저 빔
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 광 펌핑용 레이저 칩을 접촉한 장파장 표면방출 레이저 칩의 제조 과정을 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 1a는 InP 기판(1)위에 장파장에 해당하는 DBR(distributed Bragg reflector)반도체 거울층(2)을 에피텍셜 성장한 단면도이다. 이 반도체 거울층(2)으로는 InP에 격자 정합되는 In0.52(Ga1-XAlX)0.48As/In0.52Ga0.48As(0≤x≤1)계 반도체 재료를 사용한다. 각 거울층의 성장 두께는 λ/(4n)를 만족되게 하며, 층의 수는 발진파장에서 99% 이상의 반사율을 얻도록 하기 위해 20∼40 주기로 성장한다. 여기서 λ는 장파장 발진 파장이며, n은 각 박막 재료의 굴절률이다.
도 1b는 반도체 거울층(2) 위에 In1-XGaXAs/InP(0.47x0.6) 또는 In1-XGaXAs/Iny'(Ga1-X'AlX')1-Y'As(0≤x'≤1, 0≤y'≤1)의 양자 우물 구조의 활성층(3)을 성장시킨 단면도이다. 양자 우물 구조의 활성층(3)의 발진 파장은 장파장 통신에 사용되는 1.3μm∼1.55μm 범위에 들도록 한다. 이 활성층은 반도체 성장기 안에서 거울층(2)의 성장과 함께 연속적으로 성장시킨다.
도 1c는 반도체 활성층(3)위에 유전체 DBR 거울층(4)을 증착한 단면도이다. 유전체거울층(4)은 TiO/Sio, Si/SiO와 같은 일반적으로 거울층 매질로 사용되는 유전체 박막을 사용한다. 각 거울층의 성장 두께는 λ/(4n)를 만족되게 하며, 층의 수는 발진파장에서 99% 이상의 반사율을 얻도록 하기 위해 4∼15 주기로 성장한다.
도1d는 유전체 DBR 거울층(4)위와 InP 기판(1)의 밑면에 각각 단파장 무반사막(5)과 장파장 무반사막(6)을 증착한 단면도이다. 단파장 무반사막(5)과 장파장 무반사막(6)은 일반적으로 사용하는 굴절률이 다른 두가지 유전체 박막 재료를 사용한다. 단파장 무반사막(5)은 광 펌핑할 단파장에서 무반사 특성을 얻도록 한다. 단파장 무반사막(5)의 반사율을 광 펌핑할 단파장에서 1% 이내로 조정한다. 장파장 무반사막(6)은 광 펌핑 발진되어 나오는 장파장(λ)에서 무반사 특성을 얻도록 한다. 장파장 무반사막(6)의 반사율도 1% 이내로 조정한다.
도 1e는 완성된 장파장 표면방출 레이저 칩의 단면도로서, 도 1d에서 제작한 장파장 레이저 칩(11)을 뒤집어 단파장 표면방출 레이저 칩(12)위에 올려 놓고 두 기판을 접합시킨다. 단파장 레이저는 GaAs 기판(7)에 InGaAs/GaAs계 또는 AlGaAs/GaAs계 활성층을 갖고 800nm∼1100nm 파장의 레이저 빔을 전기적으로 발진시키는 표면방출 레이저를 사용한다. 레이저 소자(8)로부터 빛이 나오는 면위에 단파장 무반사막(9)을 증착하고 렌즈(10)를 만든 것을 사용한다. 렌즈(10)의 곡률은 레이저 소자(8)로부터 나온 빛이 렌즈를 통과하여 장파장 레이저 칩 내의 활성층(3)에 초점이 맞도록 제작한다. 단파장 표면방출 레이저(8), 단파장 무반사막(9), 렌즈(10)의 제조에는 일반적으로 알려진 제조 방법을 이용한다. 장파장 레이저 칩(11)과 단파장 레이저 칩(12)는 일반적인 칩 접합 방법을 이용하여 접합부(13)로 붙인다.
도 2는 완성된 광 펌핑된 장파장 표면방출 레이저의 동작 원리를 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 단파장 레이저에서 전기적 신호로 발진되는 단파장 레이저 빔(14)이 렌즈(10)을 통과하여 장파장 레이저 칩의 활성층(3)에 빛이 모아지며 조사된다. 활성층(3)에서 광 펌핑의 원리로 장파장 레이저 빔(15)이 발진되어 InP 기판(1)을 투과해 표면으로 방출된다. 이때 활성층(3)에서 광 펑핑된 후 잔류된 단파장 레이저 빔(14)은 InP 기판(1)에서 흡수되어 소멸된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 장파장 레이저 칩에서 거울층 일부를 유전체 거울을 사용함으로써 레이저 칩의 성장이 간단해지고, 광 펌핑으로 작동되는 장파장 레이저 칩 내의 반도체 거울층에 p형 또는 n형 불순물을 도핑할 필요가 없으므로 레이저 칩의 성장이 간단해질 뿐만 아니라 장파장 레이저 칩을 뒤집어 단파장 레이저 칩 위에 붙이므로 광 펌핑 후 잔류된 단파장 레이저 빔이 InP 기판에 흡수되어 자동적으로 여과될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 광 펌핑으로 동작되는 장파장 레이저 칩을 전기적으로 작동되는 단파장 표면방출 레이저 칩과 접합하여 단파장 표면방출 레이저 칩에서 발진되는 레이저 빔으로 장파장 레이저 빔을 광 펌핑으로 발진시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장파장 레이저 칩은 단파장 무반사막과,
    상기 단파장 무반사막 상부에 형성된 유전체 DBR 거울층과,
    상기 유전체 DBR 거울층 상부에 형성된 활성층과,
    상기 활성층 상부에 형성된 반도체 DBR 거울층과,
    상기 DBR 거울층 상부에 형성된 InP 기판과,
    상기 InP 기판 상부에 형성된 장파장 무반사막으로 구성된 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단파장 표면방출 레이저 칩의 빛이 나오는 면 위에 렌즈를 만들어 단파장 레이저 빔이 장파장 레이저 칩의 활성층에 초점이 맞게 조사되는 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩.
  4. 제1항에 있어서, 상기 장파장 레이저 칩의 기판 뒷면을 위로 향하게 뒤집어 단파장 표면방출 레이저 칩에 접합함으로서 광 펌핑후 잔류된 단파장 레이저가 장파장 레이저 칩의 기판에서 흡수되도록 한 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩.
  5. InP 기판 상에 반도체 DBR 거울층을 형성하는 단계와,
    상기 반도체 DBR 거울층 상부에 활성층을 형성하는 단계와,
    상기 활성층 상부에 유전체 DBR 거울층을 형성하는 단계와,
    상기 유전체 DBR 거울층 상부와 InP 기판 밑면에 각각 단파장 무반사막과 각파장 무반사막을 형성하는 단계와,
    상기 단파장 무반사막을 단파장 표면방출 레이저의 단파장 무반사막과 접합부로 연결시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반도체 DBR 거울층은 InP에 격자 정합되는 In0.52(Ga1-XAlX)0.48As/In0.52Ga0.48As(0≤x≤1)계 반도체 재료로 형성한 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 활성층은 In1-XGaXAs/InP(0.47x0.6) 또는 In1-XGaXAs/Iny'(Ga1-X'AlX')1-Y'As(0≤x'≤1, 0≤y'≤1)의 양자 우물 구조로 형성한 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유전체 DBR 거울층은 거울층 매질로 사용되는 유전체 박막으로 형성한 것을 특징으로 하는 장파장 표면방출 레이저 칩 제조 방법.
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