KR19990006165A - 파장 분할 다중모드를 갖는 화합물 반도체 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자를 개시한다.

개시된 본 발명은, 제 1전도 타입의 화합물 기판과, 상기 화합물 기판 상부에 형성되며, 광을 집속하는 제 1전도 타입의 클래드층과, 상기 제 1전도 타입의 클래드층상에 형성되는 액티브층과, 상기 액티브층상에 형성되는 제 2전도 타입의 클래드층과, 상기 제 2전도 타입의 클래드층 상에 형성되는 제 2전도 타입의 콘트롤층과, 상기 제 2전도 타입의 콘트롤층과 제 2전도 타입의 클래드층이 식각되어 형성되는 다수개의 리지를 포함하며, 상기 액티브층 상부 또는 하부에는 주기가 동일한 회절 격자층이 구비되고, 상기 다수개의 리지 각각은 서로 상이한 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

파장 분할 다중모드를 갖는 화합물 반도체 소자

본 발명은 화합물 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 파장 분할다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 고속 데이타 전송 시스템을 구축하는데 있어서, 파장 분할 다중 모드(이하 WDM:wavelenth division multiplexing) 즉, 하나의 전송 라인에 다수개의 신호를 순차적으로 셀렉팅하여, 실을 수 있는 단일 모드 발진은 필수적이다.

이러한 WDM 모드를 형성하기 위한 종래의 방법은 다음과 같다.

먼저, DFB(distributed feedback) 레이져 다이오드(회절 격자가 형성된 레이져 다이오드)를 제작한 다음, 이 레이져 다이오드에서 출력되는 각각의 광선을 광 커플러(fiber copler) 등을 통하여 하나의 광선을 만드는 방법이 있다.

또한, 하나의 웨이퍼에 단일 모드 발진을 위하여, 액티브층 상하에 각각의 주기가 상이한 회절 격자를 공지의 홀로그라피 방식에 의하여 형성한다.

이러한 방법들에 의하여 고속 전송용 WDM 모드를 형성하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의하여 WDM 모드를 제작하게 되면, 다음과 같은 문제점이 발생된다.

먼저, DFB 레이저 다이오드에 광 커플러를 연결시키는 방법은, 광 커플러와 일체화된 DFB 레이져 다이오드의 모듈을 별도로 제작하여야 하므로, 제조 단가가 증가되는 문제점이 발생된다.

또한, RWG 레이져 다이오드에서 회절 격자의 주기를 달리 형성하는 방법은, 각각의 레이져들의 정확한 파장ㄹ 조절이 어렵고, 채널내에서는 레이져 다이오드 각각은 모두 동일한 단일 모드를 지니게 되어, 파장 분할 다중 모드의 본연의 목적을 달성하지 못하게 되는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제조 단가를 증가시키지 않고도 여러 파장들을 셀렉팅하여 단일 모드 발진을 할 수 있는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 화합물 반도체 소자의 단면도.

도 2는 액티브 영역의 밴드갭을 나타낸 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:화합물 기판2:버퍼층

3:N 클래드층4:회절 격자층

5:액티브층6:P 클래드층

7:콘트롤층8:산화막

9:폴리이미드10, 11:콘택층

12, 13:전극

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제 1전도 타입의 화합물 기판; 상기 화합물 기판 상부에 형성되며, 광을 집속하는 제 1전도 타입의 클래드층; 상기 제 1전도 타입의 클래드층상에 형성되는 액티브층; 상기 액티브층상에 형성되는 제 2전도 타입의 클래드층; 상기 제 2전도 타입의 클래드층 상에 형성되는 제 2전도 타입의 콘트롤층; 상기 제 2전도 타입의 콘트롤층과 제 2전도 타입의 클래드층이 식각되어 형성되는 다수개의 리지를 포함하며, 상기 액티브층 상부 또는 하부에는 주기가 동일한 회절 격자층이 구비되고, 상기 다수개의 리지 각각은 서로 상이한 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회절 격자의 주기를 변화시키지 않고, RWG 레이져 다이오드의 리지 폭을 조절하여, 레이져 다이오드의 파장을 용이하게 변화시킬 수 있다.

[실시예]

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부 도면 도 1은 본 발명에 따른 화합물 반도체 소자의 단면도이고, 도 2는 액티브 영역의 밴드갭을 나타낸 도면이다.

본 실시예는 파장 분할 다중 모드를 형성하기 위하여, 회절 격자는 하나의 웨이퍼내에서 모두 동일한 주기를 갖도록 하고, 한편으로 단위셀의 액티브층의 폭이 각각 상이하도록 형성한다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 1을 참조하여, 화합물 기판(1) 예를 들어, N형의 InP 기판상에 N형의 InP 버퍼층(2), N형의 InP 클래드층(3) 및 N형의 InGaAsP 회절 격자층(4)이 적층 형성된다. 여기서, 회절 격자층(4)는 부분별로 주기를 상이하게 형성하지 않고, 하나의 웨이퍼내에서 모두 동일한 주기를 갖는다.

이어 회절 격자층(4) 상부에는 불순물이 도핑되지 않은 InGaAsP 액티브층(5)과, P형의 InP 클레드층(6) 및 밴드갭 조절을 위한 P형의 InGaAsP 콘트롤층(7)이 순차적으로 적층된다.

상기 불순물이 도핑되지 않은 InGaAsP 액티브층(5)은 이종 접합 구조를 갖는 층으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 밴드갭 사이 즉, 가전자 대역(Ev)에는 6㎚ 두께의 8개의 양자 우물(W)이 형성되고, 이와 대응되도록 전도 대역(Ec)에는, 11㎚ 두께의 7개의 장벽(B)을 갖으므로, 다량의 광자를 구속하게 된다.

또한, 상기 액티브층내에는 밴드갭이 여러가지가 존재하도록 밴드갭이 계단형상을 지니게 하는 GRINSC(grade index seperate confinement heterostructure)층(도시되지 않음)이 구비될 수 있다.

P형의 InP 클래드층(6) 및 P형의 InGaAsP 밴드갭 보상층(7)내에는 소정 간격 이격 배치된 메사 형태의 홈(H)이 규칙적으로 다수개가 형성된다. 이 홈(H)은 RWG 레이져 다이오드의 액티브 역할을 하는 리지(R)를 형성하기 위하여 형성된다. 홈(H)의 형성으로 돌출된 리지(R)는 예를 들어, 하나의 웨이퍼에 8개를 형성하고, 이리지들의 폭은 각각 상이하도록 형성된다. 즉, 예를들자면, 제 1리지(R1)의 폭(W1)은 1.5㎛이고, 제 2리지의 폭(W2)은 1.8㎛와 같이 0.3㎛씩 증가되도록 리지를 형성한다.

여기서, 상기와 같이 리지(R)의 폭(W)을 상이하게 제작하는 것은, 레이져 다이오드 한셀(하나의 리지)당 유효 굴절율을 각각 상이하게 하여, 파장 분할 다중 모드를 실현하기 위함이다.

보다 구체적으로 설명하자면, 종래의 파장(λ)는 회절 격자의 주기(Λ)와 유효 굴절율(n)의 곱과 비례한다. (λ=(2/m)×n×Λ) 이때, 회절 격자의 주기(Λ)는 일정하므로, 유효 굴절율(n)의 변화에 따라 파장이 변화된다. 따라서, 유효 굴절율(n)을 변화시키기 위하여, 액티브 영역 즉 리지의 폭을 각각 상이하게 형성한다.

여기서, 홈(H)의 저면에 P형의 InP 클래드층(6)이 노출될 수 있도록 P형의 InP 클래드층(6)내에는 에치 스탑층(도시되지 않음)이 구비될 수 있다.

리지(R) 상부를 제외한 결과물 표면에는 산화막(8)이 피복되어 있으며, 홈(H) 내에는절연물(9) 예를 들어, 폴리이미드 물질이 매립되어 있다. 여기서, 산화막(8)은 전극이 리지(R) 상부에 선택적으로 형성되도록 리지(R)을 제외한 부분에 피복되고, 매립된 폴리이미드(9)는 전류가 리지(R) 부분에 집중될 수 있도록 하기 위함이다.

리지(R) 상부와 화합물 기판(1)의 배면에는 콘택층(10, 11)이 형성되어 있고, 콘택층(10, 11) 상부 또는 그 배면에는 전극으로서의 금도금막(12, 13)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 리지(R) 상부에 형성되는 콘택층(10)은 P형으로서, 예를들어, Ti/Pt/Au막이 이용되고, 화합물 기판(1) 배면에 형성되는 콘택층(11)은 N형으로서, 예를들어, Au-Ge/Ni/Au막이 이용된다.

이와 같은 화합물 반도체 소자는 상술한 바와 같이, 각각의 단위셀 즉, 리지(R)의 폭을 일정폭으로 증대시키므로서, 각각의 단위셀의 유효 굴절율이 각각 상이하도록 한다. 따라서, 회절 격자의 주기를 변화시키지 않고도, 파장을 변화시키게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것만은 아니다.

본 실시예에서는 레이져 다이오드로서, 역메사 구조의 RWG 레이져 다이오드를 사용하였지만, 그 밖에도 메사 구조의 RWG 레이져 다이오드를 사용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 회절 격자층을 액티브층 하부에 형성하였지만, 액티브층 상부에 형성될 수 있다.

더불어, 본 실시예에서는 하부에는 N형의 구조물을 형성하고, 상부에는 P형의 구조물을 형성하였지만, 이와반대로, 하부에 P형의 구조물을 형성하고, 상부에 N형의 구조물을 형성할 수 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회절 격자의 주기를 변화시키지 않고, RWG 레이져 다이오드의 리지 폭을 조절하여, 레이져 다이오드의 파장을 용이하게변화시킬 수 있따.

따라서, 제조 비용이 저렴해지고, 추가하는 공정없이 파장 분할 다중 모드를 지닌 레이져 다이오드를 제작할 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (6)

1. 제 1전도 타입의 화합물 기판;

   상기 화합물 기판 상부에 형성되며, 광을 집속하는 제 1전도 타입의 클래드층;

   상기 제 1전도 타입이 클래드층상에 형성되는 액티브층;

   상기 액티브층상에 형성되는 제 2전도 타입의 클래드층;

   상기 제 2전도 타입의 클래드층 상에 형성되는 제 2전도 타입의 콘트롤층;

   상기 제 2전도 타입의 콘트롤층과 제 2전도 타입의 클래드층이 식각되어 형성되는 다수개의 리지를 포함하며,

   상기 액티브층 상부 또는 하부에는 주기가 동일한 회절 격자층이 구비되고,

   상기 다수개의 리지 각각은 서로 상이한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 리지의 폭은 일정 길이만큼 증가되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 리지의 양측에는 절연물이 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.
4. 제 1항에 있어서, 제 1전도 타입은 N형의 불순물 타입이고, 제 2전도 타입은 P형의 불순물 타입인 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.
5. 제 1항에 있어서, 제 1전도 타입은 P형의 불순물 타입이고, 제 2전도 타입은 N형의 불순물 타입인 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.
6. 제 1항에 있어서, 상기 액티브층은, 전도 영역에는 7개의 베리어가 구비되고, 가전자 대역에는 8개의 웰이 구비된 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 모드를 갖는 화합물 반도체 소자.