KR19980077858A - 복합 기능 광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
반도체 장치 및 그 제조 방법
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
기존의 광소자는 발광 또는 수광의 단일 기능을 가지는 개별 소자로 제조됨으로써 한 개의 소자가 하나의 기능만을 수행할 뿐 동시에 여러 기능을 함께 수행하는 것이 불가능하여 단일 기능을 가지는 기존의 광소자 여러 개로 이루어지는 광통신 단말기는 구성이 복잡하고 가격이 높은 단점이 있다.
3. 발명의 해결 방법의 요지
광 신호 송신, 수신 및 검출 기능을 수행하는 개별 레이저 다이오드, 포토다이오드 및 광출력 검출을 위한 모니터 포토다이오드 광소자가 하나의 소자 내에 구성되어 광통신 단말기를 이루는 복합 기능 광소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
4. 발명의 중요한 용도
광소자 및 그 제조 방법에 이용됨
Description
본 발명은 일반적으로 광소자에 관한 것으로 특히, 단일 칩으로 발광, 수광 및 광출력 검출 기능을 수행하는 복합 기능 광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 광통신용 광소자는 기능에 따라 발광, 수광 및 광출력 검출용의 개별 소자로 제조된다. 즉 주입된 전류로부터 빛을 발생시키는 활성층을 내장한 레이저 다이오드(laser diode)가 발광 기능을 가지는 대표적인 광소자로, 빛을 받아서 전류를 생성하는 포토다이오드(photodiode)가 수광 기능을 가지는 대표적인 광소자로 제조되어 광통신 시스템을 구성하는 단위 소자로 사용되고 있다. 현재는 상기 각 기능에 대응하는 광소자가 개별적으로 제조됨으로써 한 가닥의 광섬유를 통한 한 방향으로의 정보 전송을 고려한 간단한 광통신 시스템을 구성하는 경우에도 세 개의 광소자 즉, 광 신호 송신용 레이저 다이오드, 광 신호 수신용 포토다이오드 및 광원인 레이저 다이오드의 광출력을 검출하기 위한 모니터 포토다이오드(monitor photodiode)가 필요하다. 정보 전송을 양 방향으로 확장할 경우 두 벌의 광소자, 즉 여섯 개의 소자가 필요하므로 다수의 광소자를 사용함에 따른 시스템의 비용 상승 및 장치 구성의 복잡화를 피할 수 없다.
특히 최근에 들어서 많은 논의가 이루어지고 있는 광 가입자 망의 실용화에 있어서는 광통신 장치의 간단화와 그에 따른 장치의 저가격화가 관건이 되고 있다. 광 가입자 망은 기존의 전화국 사이에 사용되던 광통신 시스템을 일반 가정까지 확대하는 것으로 가입자별 전화, 데이터 및 화상 정보를 수용하기 위해 전송 속도는 수백 Mbps 급으로 낮으나 전화국과의 양 방향 전송을 기본 골격으로 하고 있다. 이러한 광 가입자 망을 기존 광통신 시스템으로 구성할 경우 각 가입자당 두 가닥의 광섬유 선로와 각 광섬유 선로에 레이저 다이오드, 포토다이오드 및 모니터 포토다이오드 소자가 소요되어 높은 시스템 가격 때문에 실용화가 어려운 단점이 있다.
최근에는 가입자와 전화국 사이를 한 가닥의 광섬유로 연결한 후 정보 전송 방향에 따라 사용 광원의 파장을 다중화하는 방안 예를 들어, 전화국의 광 신호 파장은 1.3 ㎛에, 가입자의 광 신호 파장은 1.55 ㎛에 할당하는 방안이 도입되고 있으나 이 경우에서도 가입자 단말기는 개별 레이저 다이오드, 포토다이오드 및 모니터 포토다이오드로 구성되므로 전체적으로 필요한 광소자의 개수는 동일하게 되어 광소자의 가격이 여전히 장애로 남는다.
도1은 종래의 발광 기능을 가지는 레이저 다이오드의 구조를 도시한 것이다. 화합물 반도체 기판(1) 상에 하부 클래드층(2), 하부 광도파로층(3), 활성층(4), 상부 광도파로층(5), 상부 클래드층(6) 및 금속접촉층(7) 등을 차례로 성장한 후 화학 식각 방법으로 레이저 다이오드의 길이 방향으로 균일한 폭의 메사(mesa)를 형성시킨 후 상기 메사 주위를 폴리이미드(polyimide) 또는 반절연(semi-insulating) 반도체 재질의 절연층(8)으로 매립한 형태를 가진다. 상기 상부 광도파로층(5) 및 상부 클래드층(6)은 p형으로, 하부 광도파로층(3) 및 하부 클래드층(2)은 n형으로 형성되며, 상기 메사 상부의 전면에 걸쳐서 양의 전극(9) 및 상기 화합물 반도체 기판(1) 아래 전면에 음의 전극(10)을 형성하여 순방향으로 전류를 주입하면, 레이저 다이오드에서의 전류 주입 경로는 메사를 통해서 이루어지므로 메사 가운데 부분의 p-n 접합이 이루어지는 활성층 영역에서 전하 축적에 의해 전하가 빛으로 변환됨으로써 광 이득이 발생한다. 광 이득에 의해 생성된 빛은 활성층 수직 방향으로는 활성층(4), 광도파로층(3,5), 클래드층(2,6) 순으로 굴절률이 작아지는 것에 의해서, 활성층 수평 방향으로는 메사 부분과 그 외 절연층 부분의 굴절률 차이에 의해서 활성층을 중심으로 집속되면서, 레이저 다이오드의 길이 방향으로는 칩이 분리될 때 칩의 양면에 형성되는 거울 면에서 빛의 일부가 반사하여 공진하는 동작 원리를 가진다. 여기서 주입된 전하로부터 빛을 발생시키는 활성층은 결정 성장 방법에 따라 단일 화합물 조성으로 두껍게 성장된 벌크(bulk)형, 조성이 서로 다른 얇은 결정층을 교대로 성장한 다중 양자 우물(multiple quantum well)형 및 다중 양자 우물에서 인위적인 응력을 인가시킨 응력 내재 다중 양자 우물형으로 분류된다.
도 1의 0.8 eV의 밴드 갭 에너지의 활성층을 가지는 레이저 다이오드에 역방향의 전원, 즉 양의 전극(9)에 음극, 음의 전극(10)에 양극을 접속한 후 활성층의 밴드 갭 에너지보다 훨씬 큰 약 0.9 eV의 밴드 갭 에너지를 가지는 1.3 ㎛ 파장의 빛을 활성층에 입사시키면 빛은 광 이득의 역과정을 거쳐 전하를 생성하게 되고 생성된 전하는 역 바이어스에 의해 양(兩) 전극 쪽으로 추출되는데 이것이 입사하는 빛에 의한 광 전류로서 1.55 ㎛ 파장의 레이저 다이오드가 1.3 ㎛ 파장의 빛에 대한 수광 기능을 가지는 포토다이오드로도 사용될 수 있음을 의미한다.
그러나 기존의 광소자는 발광 또는 수광의 단일 기능을 가지는 개별 소자로만 제작됨으로써 한번에 하나의 기능만을 수행할 뿐 동시에 여러 기능을 함께 수행하는 것이 불가능한 단점을 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 단말기를 구성하는 발광, 수광 및 광출력 검출의 기능을 수행하는 레이저 다이오드, 포토다이오드 및 광출력 검출을 위한 모니터 포토다이오드를 하나의 소자에 집적시킨 복합 기능 광소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
도1은 종래의 레이저 다이오드 구조
도2는 본 발명에 따른 복합 기능 광소자 구조
도3A 내지 도3F는 본 발명에 따른 복합 기능 광소자 제조 공정도
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
1: 화합물 반도체 기판 2: 하부 클래드층
3: 하부 광도파로층 4: 활성층
5: 상부 광도파로층 6: 상부 클래드층
7: 금속접촉층 8, 14: 절연층
9: 양의 전극 10: 음의 전극
11: 절연 영역 12: 절연판
13: 식각 정지층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상에 소정의 하부층, 활성층, 소정의 상부층을 구비하는 광소자에 있어서, 밴드 갭 에너지가 각기 다른 다수의 활성층으로 구성된 공진기; 및 상기 각 활성층을 기준으로 각기 다른 광소자 기능을 수행하는 전기적으로 분리된 다수의 영역을 포함하여 구비되는 복합 기능 광소자인 것을 특징으로 한다.
또한, 광소자의 제조 방법에 있어서, 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판 상의 소정 영역에 공진기 폭 이상의 간격을 사이에 두고 양쪽에 소정의 크기를 갖는 절연판을 형성하는 단계; 상기 전체 구조에 활성층을 형성하는 물질을 성장하여 에너지 밴드 갭의 크기가 각기 다른 제1, 제2 활성층을 형성하는 단계; 상기 전체 구조에 소정의 상부층을 형성하는 단계; 상기 전체 구조 중 소정 영역을 식각하여 소정의 하부층을 제거하는 단계; 상기 식각된 소정 영역에 소정 하부층, 상기 제1 및 제2 활성층과 에너지 밴드 갭의 크기가 다른 제3 활성층 및 소정 상부층을 형성하는 단계; 및 상기 각 활성층으로 구분되는 각 영역이 독립된 전극을 갖도록 활성층이 이루는 각 경계면 상부에 상기 소정의 상부층을 통하여 절연 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 복합 기능 광소자 제조 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 기존의 단일 기능 광소자 여러 개를 하나의 소자에 집적함으로써 발광 및 수광 기능을 동시에 수행할 수 있는 새로운 복합 기능 광소자 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광소자의 활성층의 밴드 갭 에너지는 벌크형의 경우는 화합물의 조성, 다중 양자 우물의 경우는 우물층의 조성 및 두께, 응력 내재 다중 양자 우물형의 경우는 우물층의 조성, 두께 및 응력량에 의해 결정되며 광 이득이 발생하는 파장 대역은 이 밴드 갭 에너지에 의해 결정된다. 예를 들어 활성층의 밴드 갭 에너지를 0.8 eV로 주었을 때 이 활성층은 밴드 갭 에너지에 대응하는 1.55 ㎛ 파장대에 집중적인 광 이득 발광을 가지며 이 파장보다 짧은 파장 즉, 에너지가 큰 빛은 흡수하고, 긴 파장 즉, 에너지가 작은 빛은 흡수하지 않는 특성을 가진다. 여기서 주어진 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층의 파장에 따른 서로 다른 발광 및 광 흡수 특성을 이용하면 종래의 레이저 다이오드를 수광 기능을 가지는 포토다이오드로 활용이 가능하다.
본 발명에 따른 복합 기능 광소자는 광소자의 빛이 진행하는 공간인 공진기를 따라 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 직렬로 배열한 구조를 가지며 그 제조 방법은 기존의 공간 분할 결정 성장법(butt growth) 또는 선택 영역 결정 성장법(selective area growth;SAG)을 이용하여 하나의 소자 내에 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 성장시킴으로써 수행된다. 즉 400 내지 500 ㎛ 길이의 공진기를 가지는 광소자를 제작함에 있어서 공진기 길이 방향으로 각각 100 ㎛, 300 ㎛ 및 50 ㎛ 정도의 길이로 활성층 영역을 분할 한 후 밴드 갭 에너지가 상기 영역에 따라 각기 다르도록 활성층을 결정 성장함으로써 각각 수광, 발광 및 광출력 검출의 기능을 갖도록 하는 것이다. 여기서 공진기의 길이 방향의 평면상에서 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 성장하는 방법은 다음과 같다.
공간 분할 결정 성장법은 화합물 반도체 기판 상에 종래의 개별 광소자의 수직 구조를 성장시킨 후 필요한 밴드 갭 에너지의 활성층 영역을 제외한 전체 결정 성장층을 화학 식각의 방법으로 제거하고 다시 필요한 밴드 갭 에너지의 활성층을 포함하는 전체 결정 성장층을 재성장하는 것을 반복하여 원하는 크기의 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층 영역을 얻는 방법이다. 이 방법은 여러 번의 결정 성장 과정이 요구되는 단점이 있으나, 각 영역별로 수직 구조를 임의로 조정할 수 있는 장점을 가진다.
선택 영역 결정 성장법은 화합물 기판 상에 결정 성장을 할 때 결정 성장을 원하는 평면 주위를 절연막으로 둘러 쌀 경우 절연판의 넓이에 따라 성장되는 결정층의 두께가 달라지는 원리를 이용하는 것으로 절연판의 넓이를 조정함으로써 최대 0.145 eV의 밴드 갭 에너지 차이를 얻을 수 있는데, 한번의 결정 성장으로 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 여러 영역에 걸쳐 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 결정 성장법을 이용하여 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 공진기 방향으로 직렬 배열함으로써 발광, 수광 및 광출력 검출 기능을 동시에 가지는 복합 기능 광소자를 제조한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 살펴본다.
도2는 본 발명의 복합 기능 광소자의 구조로서, 이는 기존의 단일 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층으로 이루어진 광소자와 달리 공진기 길이 방향으로 밴드 갭 에너지가 단계적으로 작아지는 활성층(4a, 4b, 4c)이 수광, 발광, 광출력 검출 영역으로 분할되며, 상기 각 영역은 서로 전기적으로 절연된 후 개별 양의 전극을 가짐으로써 독립적으로 수광, 발광, 광출력 검출의 기능을 가진다. 여기서 1.3 ㎛ 파장의 빛에 대한 수광 기능을 수행하는 활성층(4a)은 1.3 ㎛의 빛을 흡수하고 1.55 ㎛의 빛을 투과시키기 위해 0.9 eV의 밴드 갭을 가지며, 상기 활성층(4a)의 길이는 입사하는 1.3 ㎛ 파장의 빛을 충분히 흡수하면서도 1.55 ㎛ 파장의 빛을 많이 투과시키기 위해 공진기 방향으로 100 ㎛ 정도로 주어진다. 1.55 ㎛ 파장의 빛에 대한 발광 기능을 가지는 활성층(4b)은 0.8 eV의 밴드 갭을 가지며 레이저 동작에 필요한 충분한 광 이득을 주기 위해 300 ㎛ 정도의 길이를 가진다. 본 발명의 복합 기능 광소자에 있어서 1.55 ㎛ 파장의 빛에 대한 레이저 동작은 이득 영역인 발광 영역의 활성층(4b), 수광 영역의 활성층(4a), 및 광출력 검출 영역의 활성층(4c)으로 구성된 공진기를 통하여 이루어진다. 발광하는 1.55 ㎛ 파장의 빛의 출력은 0.75 eV의 밴드 갭을 가지는 광출력 검출 영역의 활성층(4c)에서 검출되는데, 공진기를 왕복하는 빛의 손실을 최소화하기 위해 상기 광검출 영역의 활성층(4c)은 50 ㎛ 이하의 매우 짧은 길이를 가진다. 상기 광소자가 세 가지 기능을 독립적으로 수행하기 위해서는 전기적으로 상기 세 영역이 서로 분할되어야 하는데, 이것은 각 영역 사이에 절연 영역(11)을 삽입함으로써 수행된다. 상기 절연 영역(11)은 수직 방향으로 활성층에 인접하게 화학 식각으로 채널(channel) 또는 트랜치(trench)를 형성한 후 절연막을 형성하거나, 이온을 주입함으로써 형성된다. 제조가 완료된 복합 기능 광소자는 공통의 음의 전극(10)과 영역별로 독립적인 양의 전극(9a, 9b, 9c)을 가지며 광소자 동작 시에는 음의 전극(10)을 접지에 연결하고, 수광 영역 및 광출력 검출 영역의 양의 전극(9a, 9c)에 전원의 음극을, 발광 영역의 양의 전극(9b)에 양극을 접속하여 발광 영역은 순방향 바이어스로, 수광 및 광 검출 영역은 역방향 바이어스가 인가되도록 한다.
상기 수광, 발광 및 광출력 검출 영역으로 이루어지는 복합 기능 광소자 구조에 발광 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 크며 수광 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 작은 광변조 영역의 활성층을 삽입하여 상기 복합 기능 광소자에 광출력을 변조하는 기능을 부가하기도 한다.
도3A 내지 3F는 본 발명에 따른 복합 기능 광소자의 제조 과정을 도시한 것이다.
먼저, 도3A에 도시한 바와 같이 InP 화합물 반도체 기판(1)에 각 n형의 InGaAs 식각 정지층(13), InP 하부 클래드층(2) 및 InGaAsP 하부 광도파로층(3) 일부를 형성한다.
다음으로, 도3B에 도시한 바와 같이 상기 InGaAsP 하부 광도파로층(3)의 일부를 마저 형성하고, InGaAs/InGaAsP 양자 우물 구조 활성층(4)을 선택 영역 결정 성장법으로 성장하기 위하여 광출력 검출 영역(4c) 상에 이후 형성될 메사의 폭 이상 간격(A)을 두고 절연판(12)을 양쪽에 형성한다. 이때 절연막의 크기는 성장하고자 하는 활성층 양자 우물의 두께 등을 고려하여 결정하는데 우물의 두께가 두꺼울수록 밴드 갭 에너지는 상대적으로 작아지는 것을 이용한다.
도3C는 InGaAs/InGaAsP 양자 우물 구조 활성층을 선택 영역 결정 성장법으로 절연판이 없는 평면상에 성장된 양자 우물의 두께보다 절연판 사이의 양자 우물의 두께가 두껍게 성장된 것을 도시한 것으로, 활성층의 성장시 발광 영역의 활성층(4b)의 밴드 갭은 약 0.8 eV로, 광출력 검출 영역의 활성층(4c)의 밴드 갭은 약 0.75 eV로 형성한다. 이때 발광 영역의 활성층(4b)으로부터 발광되는 빛이 광출력 검출 영역의 활성층(4c)에서 작게 흡수되게 하기 위해서 나중에 공진기를 형성시키는 메사 에칭시 광출력 검출 영역의 메사의 폭을 좁게 형성하기도 한다. 또한, 단일 파장으로 발광되는 빛을 얻기 위하여 상기 활성층을 형성하기 위한 결정 성장을 하기 전에 상기 전체 구조상에 발진 종 모드에 대한 선택성을 가지는 회절 격자를 형성하기도 한다. 다음으로, 선택 영역 결정 성장을 위한 절연판(12)을 제거한 후, p형의 InGaAsP 상부 광도파로층(5) 일부를 형성한다.
이어서, 도3D에 도시한 바와 같이 상부 광도파로층(5)의 일부를 마저 형성하고, 각 p형의 InP 상부 클래드층(6), InGaAs 금속접촉층(7) 순서대로 결정 성장을 한다.
다음으로, 도3E는 약 0.9 eV 밴드 갭의 활성층을 가지는 수광 기능 영역을 형성하기 위하여 상기 발광 영역의 활성층(4b) 및 광출력 검출 영역의 활성층(4c) 상부에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등으로 절연층(14)을 형성하고, 상기 전체 구조 중 수광 영역의 길이 만큼 화학 식각을 실시하여 식각 정지층(13)이 드러나도록 한 것을 도시한 것이다. 상기 절연층(14)은 이후의 식각 공정시 상기 발광 영역 및 광출력 검출 영역의 식각을 방지함과 동시에 수광 기능 영역을 형성하기 위한 공간 분할 결정 성장시 상기 발광 영역 및 광출력 검출 영역 상에 결정이 성장되는 것을 억제한다.
다음으로 도3F는 수광 영역에 공간 분할 결정 성장법으로 하부 클래드층(2), 하부 광도파로층(3), 활성층(4a), 상부 광도파로층(5), 상부 클래드층(6) 및 금속층(7) 차례로 형성한 후, 상기 절연층(14)을 제거한 것을 도시한 것이다. 여기서 수광 기능 영역의 활성층(4a)은 입사하는 1.3 ㎛ 파장의 빛을 많이 흡수할 수 있도록 발광 기능의 활성층(4b) 및 광출력 검출 기능의 활성층(4c) 영역보다 두껍게 성장하며, 입사광의 편광에 무관하게 광전류를 생성할 수 있도록 벌크형으로 성장한다. 아울러 이 영역에서는 입사광을 가능한 많이 광 흡수가 일어나는 활성층(4a)에 집속시키기 위해 하부 및 상부의 광도파로층도 두껍게 성장하고 전체 구조의 평탄화를 위하여 상부 및 하부의 클래드층은 비교적 얇게 형성한다.
다음으로, 도3G에 도시한 바와 같이, 세 영역에 대한 결정 성장이 완료된 전체 구조에 대해서 공진기를 형성하기 위해 에칭을 하여 메사를 형성한 후, 상기 메사 주위를 폴리이미드 또는 반절연 InP로 매립하고, 트랜치 식각 또는 이온주입으로 상기 상부 광도파로층(5) 및 상부 클래드층(6)을 통하여 활성층 영역에 인접하는 절연 영역(11)을 형성하고 음의 전극(10)과 각 영역으로 분리된 양의 전극(9a, 9b, 9c)을 형성하여 복합 기능 광소자를 형성한다.
본 발명의 복합 기능 광소자는 광소자의 공진기를 따라 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 직렬로 배열한 구조를 가지며 활성층의 밴드 갭 에너지는 수광-발광-광출력 검출 기능을 수행하는 영역으로 갈수록 작아 진다. 이에 대한 제조법은 기존의 공간 분할 결정 성장법 또는 선택 영역 결정 성장법을 이용하여 서로 다른 밴드 갭 에너지를 가지는 활성층을 광소자의 공진기를 따라 성장시키고 각 영역을 서로 절연시킨 후 각 영역에 독립적인 전극을 형성함으로써 수행된다. 본 발명의 복합 기능 광소자는 수광 영역 쪽으로 광섬유가 부착된 형태로 모듈로 패키징되어, 광섬유를 통해 모듈로 입사하는 1.3 ㎛ 파장의 빛은 밴드 갭이 0.9 eV 부근이고 길이가 100 ㎛ 이하인 수광 영역에서 모두 흡수되어 전기 신호로 변환되고 밴드 갭이 0.8 eV 부근이고 길이가 300 ㎛ 부근인 발광 영역에서 발생한 1.55 ㎛ 파장의 빛은 전체 복합 기능 광소자의 공진기를 왕복, 발진하여 광섬유를 통해 출력된다. 이때 공진기를 왕복하는 1.55 ㎛ 파장의 빛의 일부가 밴드 갭이 0.75 eV 부근이고 길이가 50 ㎛ 이하인 광출력 검출 영역에 흡수되어 전기 신호로 변환되는 원리로 작동한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 단일 광소자 내에 수광, 발광 및 광출력 검출 기능을 집적함으로써 광 가입자 망의 단말기를 구성하는 세 개의 개별 수광, 발광 및 광출력 검출용 광소자를 하나의 복합 기능 광소자로 대체할 수 있어서 단말기의 구성을 간단하게 할 수 있으며 그에 따라 단말기의 가격도 낮출 수 있다.
Claims (32)
- 반도체 기판 상에 소정의 하부층, 활성층, 소정의 상부층을 구비하는 광소자에 있어서, 밴드 갭 에너지가 각기 다른 다수의 활성층으로 구성된 공진기; 및 상기 각 활성층을 기준으로 각기 다른 광소자 기능을 수행하는 전기적으로 분리된 다수의 영역을 포함하여 구비되는 복합 기능 광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 다수의 광소자는 상기 활성층이 이루는 각 경계면 상부에 상기 소정의 상부층을 통하여 형성된 절연 영역으로 분리되어, 상기 소정의 상부층 상에 독립된 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정의 하부층은 차례로 형성된 제1 도전형의 하부 클래드층 및 하부 광도파로층이며, 상기 소정의 상부층은 차례로 형성된 제2 도전형의 상부 광도파로층 및 상부 클래드층인 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제3항에 있어서, 상기 절연 영역은 상기 상부 클래드층 및 상부 광도파로층을 통하여 상기 활성층의 각 경계면 상에 형성된 것임을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제3항에 있어서, 상기 상부 광도파로층 위 또는 하부 광도파로층 아래에 회절 격자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공진기는 수광 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 작고 광출력 검출 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 큰 발광 영역의 활성층; 수광 영역의 활성층; 및 광출력 검출 영역의 활성층이 직렬을 이루어 구비되는 것임을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제6항에 있어서, 상기 발광, 광출력 검출 및 수광 영역의 활성층의 밴드갭 에너지는 각각 0.8, 0.75 및 0.9 eV인 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제6항에 있어서, 상기 발광, 광출력 검출 및 수광 영역의 활성층은 각각 약 300, 50, 100 ㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제6항에 있어서, 상기 복합 기능 광소자는 상기 수광에 역방향 전압이 인가되어 이루어진 포토다이오드; 상기 광출력 검출 영역에 역방향 전압이 인가되어 이루어진 모니터 포토다이오드; 및 상기 발광 영역에 순방향 전압이 인가되어 이루어진 레이저 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제9항에 있어서, 상기 복합 기능 광소자는 수광 영역에 광섬유가 부착된 형태의 모듈로 패키징되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제6항에 있어서, 상기 공진기 내에 상기 발광 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 크고 상기 수광 영역의 활성층보다 밴드 갭 에너지가 작은 광변조 영역의 활성층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공진기 내의 활성층은 서로 다른 크기의 밴드 갭 에너지를 갖는 제1 및 제2의 활성 영역을 구비하는 것을 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 활성 영역은 수광 영역의 활성층이고, 제2 활성 영역은 광변조 영역, 발광 영역 및 광출력 검출 영역 중 어느 하나의 활성층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 활성 영역은 발광 영역의 활성층이고, 제2 활성 영역은 광출력 검출 영역의 활성층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자.
- 광소자의 제조 방법에 있어서, 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판 상의 소정 영역에 공진기 폭 이상의 간격을 사이에 두고 양쪽에 소정의 크기를 갖는 절연판을 형성하는 단계; 상기 전체 구조에 활성층을 형성하는 물질을 성장하여 에너지 밴드 갭의 크기가 각기 다른 제1, 제2 활성층을 형성하는 단계; 상기 전체 구조에 소정의 상부층을 형성하는 단계; 상기 전체 구조 중 소정 영역을 식각하여 소정의 하부층을 제거하는 단계; 상기 식각된 소정 영역에 소정 하부층, 상기 제1 및 제2 활성층과 에너지 밴드 갭의 크기가 다른 제3 활성층 및 소정 상부층을 형성하는 단계; 및 상기 각 활성층으로 구분되는 각 영역이 독립된 전극을 갖도록 활성층이 이루는 각 경계면 상부에 상기 소정의 상부층을 통하여 절연 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 활성층은 직렬로 형성되어 하나의 공진기를 이루는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 소정의 하부층은, 상기 반도체 기판 상에 제1 도전형의 하부 클래드층을 형성하는 단계; 및 상기 하부 클래드층 상에 제1 도전형의 하부 광도파로층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 소정의 상부층은, 상기 활성층 상에 제2 도전형의 상부 광도파로층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 광도파로층 상에 제2 도전형의 상부 클래드층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 활성층은 각각 각각 발광 기능, 광검출 기능, 수광 기능을 하도록 제1활성층의 에너지 밴드 갭의 크기가 제3 활성층 보다 작고 제2 활성층 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 활성층은 각각 0.8, 0.75, 0.9 eV 크기의 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 활성층은 각각 약 300, 50, 100 ㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 제1 및 제2 활성층은 다중 양자 우물형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 제3 활성층은 벌크형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 제2 활성 영역의 공진기 폭이 제1 및 제3 활성층 영역의 공진기 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 반도체 기판은 InP 화합물 반도체 기판이고, 상기 상부 및 하부 광도파로층은 InGaAsP, 상기 상부 및 하부 클래드층은 InP로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 활성층은 InGaAs/InGaAsP로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 제3 활성층은 InGaAs, InGaAsP 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 하부 클래드층을 형성하는 단계 후, 하부 회절 격자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 상부 광도파로층을 형성하는 단계 후, 상부 회절 격자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항 또는 제17항에 있어서, 상기 절연 영역은 상기 활성층의 경계면 상의 상부층을 선택적으로 식각하여 드러난 영역에 절연막을 성장하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항 또는 제17항에 있어서, 상기 절연 영역은 상기 활성층의 경계면 상의 상부층에 선택적으로 이온주입 공정을 실시하여 절연막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 활성층을 형성하는 단계 후, 상기 절연판을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제1, 제2 활성층의 소정의 상부층을 형성하는 단계 후, 상기 제1, 제2 활성층의 소정의 상부층 영역 위에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제3 활성층 및 소정의 상부층을 형성하는 단계 후, 상기 절연층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 광소자 제조 방법.
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