KR20040032104A - 내부 미러를 가지는 레이저 다이오드 - Google Patents

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Abstract

분산 피드백 레이저 영역(12) 및 증폭기 영역(14)을 가지는 반도체 레이저(10). 증폭기 영역(14)은 특히 레이저의 출력 페싯(18)에서 광 전력 밀도를 낮추기 위해 테이퍼된다. 반도체 레이저(10)는 또한 광(17)을 분산 피드백 레이저 영역(12)으로부터 증폭기 영역(14)으로 반사하는 반사 소자(24)를 포함한다. 반사 소자(24)는 광 빔의 광경로(Op)를 구부린다. 광경로(Op)를 구부리는 것은 증폭기 영역(14) 공간을 반도체 다이 크기를 증가함이 없이 증가시킬 수 있도록 해준다. 더 큰 증폭기 영역(14)은 레이저의 출력 전력을 증가시킬 것이다. 유사하게, 반사 소자(24)는 레이저의 광전력을 감소함이 없이 반도체 다이 크기를 감소할 수 있도록 해준다.

Description

내부 미러를 가지는 레이저 다이오드{LASER DIODE WITH AN INTERNAL MIRROR}
반도체 레이저는 다양한 시스템 애플리케이션에 사용된다. 예를 들면, 반도체 레이저는 광섬유 통신 시스템에서 광원으로 사용된다. 일반적으로 높은 전력 출력을 가지는 반도체 레이저를 제공하는 것이 바람직하다. 높은 전력 출력은 광 시스템에서 요구되는 중계기와 증폭기의 수를 감소한다.
반도체 레이저의 전력을 증가하는 것은 레이저에서 더 높은 광 전력 밀도로 될 수 있다. 높은 전력 밀도는 레이저, 특히 출력 미러에 손상을 야기할 수 있고, 이는 장치의 수명을 감소한다. 부가적으로, 높은 광 전력 밀도는 레이저 빔에서 비선형 영향을 야기할 수 있다. 비선형 영향은 빔의 품질 및 광 시스템의 전체적인 성능을 떨어뜨린다. 광 전력 밀도는 활성 광 발생 영역의 폭을 증가시킴으로써 낮추어질 수 있다. 불행하게도, 이 영역을 넓히는 것은 레이저가 다수의 측면 모드에서 광을 방사하고, 이것에 의해 레이저 출력의 광 품질을 떨어뜨린다.
운가에게 발행된 미국 특허 제4856017호는 분산 피드백 레이저 영역 및 증폭기 영역을 가지는 반도체 레이저를 개시한다. 분산 피드백 레이저 영역은 가간섭광 빔을 발생하는 회절 격자를 포함한다. 가간섭광 빔은 증폭기 영역에서 증폭된다.증폭기 영역은 출력 페싯(facet)이 상대적으로 넓도록 하기 위해 테이퍼된다. 넓은 출력 페싯은 페싯에서 광 전력 밀도를 감소한다. 더 낮은 광 전력 밀도는 반도체 레이저의 수명과 출력되는 광 빔의 품질을 개선한다.
운가의 반도체 레이저의 전력을 더 증가시키는 것은 증폭기 영역 및 다이의 전체적인 크기를 확장하도록 요구할 것이다. 다이를 확장하는 것은 반도체 레이저의 대량 생산 비용을 증가시키고, 효율을 감소시킨다. 다이를 확장하지 않고 반도체 레이저의 출력 전력을 증가하는 것이 바람직할 것이다. 역으로, 광 전력을 감소함이 없이 다이 크기를 감소하는 것이 또한 바람직할 것이다.
본 발명은 일반적으로 반도체 레이저 분야에 관계한다.
도1은 반도체 레이저의 예시도이고,
도2는 상기 반도체 레이저의 층을 보여주는 예시도이고,
도3은 상기 반도체 레이저의 대체 실시예의 예시도이다.
분산 피드백 레이저 영역 및 증폭기 영역을 포함하는 반도체 레이저가 개시된다. 반도체 레이저는 상기 분산 피드백 레이저 영역과 증폭기 영역사이에 광경로를 따라 위치한 구부러진 반사 소자를 또한 포함한다.
분산 피드백 레이저 영역과 증폭기 영역을 가지는 반도체 레이저가 개시된다. 증폭기 영역은 특히 레이저의 출력 페싯에서 광전력 밀도를 낮추기 위해 테이퍼될 수 있다. 반도체 레이저는 상기 분산 피드백 레이저 영역으로부터 증폭기 영역으로 광을 반사하는 구부러진 반사 소자를 또한 포함한다. 반사 소자는 광 빔의 광경로를 구부리고, 빔을 넓힌다. 광경로를 구부리는 것은 증폭기 영역 공간이 반도체 다이의 크기를 확장하지 않고 증가될 수 있도록 하고, 상기 광 전력을 더 넓은 영역으로 확산한다. 더 큰 증폭기 영역은 레이저의 출력 전력을 증가할 것이다. 유사하게, 반사 소자는 레이저의 광 전력을 감소함이 없이 반도체 다이의 길이가 감소될 수 있도록 해준다.
도면을 참조하면, 도1은 반도체 레이저(10)를 도시한다. 반도체 레이저(10)는 반도체 다이(16)내에 위치한 분산 피드백 레이저 영역(12) 및 증폭기 영역(14)을 포함한다. 분산 피드백 레이저 영역(12)은 가간섭광 빔(17)을 발생한다. 가간섭광 빔(17)은 광경로(Op)를 따라 증폭기 영역(14)으로 이동한다. 증폭기 영역(14)은 가간섭광 빔(17)의 광 전력을 증폭하고 증가시킨다. 증폭된 광빔은 레이저(10)의 출력 페싯(18)으로 나간다.
분산 피드백 레이저 영역(12)은 회절 격자(20)를 포함할 수 있다. 회절 격자(20)가 도시되고 설명되지만, 분산 피드백 영역(12)은 가간섭광을 발생하기 위한 다른 수단을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 레이저 영역(12)는 분산 브래그 반사경이 될 수 있다.
증폭기 영역(14)은 출력 페싯(18)근처에서 가장 넓은, 한 쌍의 데이퍼된 에지(22)를 바람직하게 포함한다. 에지는 광 빔의 넓어진 프로파일을 가장 효율적으로 매치하기 위해 테이퍼된다. 반도체 레이저(10)는 5와트 범위의 높은 광 출력 전력을 발생하도록 사용되어 질 수 있다.
반도체 레이저(10)는 광 빔(17)을 분산 피드백 레이저 영역(12)에서 증폭기 영역(14)으로 반사하기 위해 반사 소자(24)를 포함한다. 반사 소자(24)는 평평한 볼록 발산 미러일 수 있다. 반사 소자는 광 경로(Op)를 구부리고, 증폭기 영역(14)의 폭이 다이(16)의 길이를 변화시킴이 없이 증가될 수 있도록 광 빔을 넓힌다. 더 큰 증폭기 영역(14)은 반도체 레이저(10)의 출력 전력을 증가시킬 것이다.
도2는 반도체 레이저(10)의 실시예의 개별적인 층들 (30,32,34,36,38,40,42,44,46)을 도시한다. 레이저(10)는 기판(30)에 형성된 하부 클래딩(32)를 포함한다. 기판(30)은 n-도핑된 인듐인(InP) 또는 갈륨비소(GsAs) 물질일 수 있다. 클래딩(32)은 n-도핑된 InP 또는 GaAs 물질일 수 있다.
레이저(10)는 집중층(34,38)사이에 위치한 다중-양자 우물 활성층(36)을 더 가질 수 있다. 집중층(34)는 n-도핑된 InGaAsP 또는 AlyGa1-yAs 물질일 수 있다. 집중층(38)은 p-도핑된 InGaAsP 또는 AlyGa1-yAs 물질일 수 있다. 층(40,42,44)은 p-도핑된 물질을 포함하는 상부 클래딩이다. 예를 들면, 층(40)은 p-도핑된 InGaAsP 또는 AlxGa1-xAs 일 수 있다. 층(42)은 p-도핑된 InGaAsP 또는 AlzGa1-zAs 물질일 수 있다. 층(44)은 p-도핑된 InP 또는 AlxGa1-xAs 물질일 수 있다. 층(46)은 p+-도핑된 InGaAs 또는 GaAs 물질을 포함하는 전기 접촉층일 수 있다.
층(34,36,38)은 전류 흐름에 따라 유도 광 방출을 발생하는 PN접합을 생성한다. 클래딩 층(32,40,42,44)은 광을 인도하는 도파로을 형성한다. 분산 피드백 레이저 영역(12)내의 회절 격자는 전형적으로 층(34,36,38)내에 형성된다. 전류는 분산 피드백 레이저 영역(12)과 증폭기 영역(14)에 위치된 접촉을 통해 분산 피드백 레이저 영역(12) 및 증폭기 영역(14)을 통해 전달된다. 전류는 가간섭광이 형성되는 분산 피드백 레이저 영역(12)에서 유도 방출을 야기한다. 전류는 레이저(10)의 광 전력을 증가시키는 증폭기 영역(14)내에서 추가의 유도 방출을 야기한다.
반도체 레이저(10)는 기판(30)상에 층(32,34,36,38)을 먼저 형성함으로써 구성될 수 있다. 회절 격자는 그 후 층(34,36,38)의 분산 피드백 레이저 영역(12)에 형성될 수 있다. 나머지 층(40,42,44,46)은 층(38)상에 순차적으로 형성될 수 있다. 모든 층이 공지의 에피덱셜 반도체 제조 공정으로 형성될 수 있다.
층(32,34,36,38,40,42,44)의 일부가 반사 소자(24)를 형성하기 위해 에칭된다. 공기-다이 접촉면은 반사 면을 형성할 것이다. 부가적으로, 반사 물질의 층(48)이 상기 소자(24)의 반사도를 향상하기 위해 공기-다이 접촉면에 코팅될 수 있다. 부가적으로, 렌즈(도시되지 않음)가 분산 피드백 레이저 영역에서 발생된 광을 반사하고 재초점맞춤하기 위해 다이에 형성될 수 있다.
도3은 다른 실시예의 반도체 레이저(100)를 도시한다. 레이저(100)는 분산 피드백 레이저 영역(102), 제1 반사 소자(104), 제2 반사 소자(106), 및 한쌍의 증폭기 영역(108,110)을 포함한다. 제1 반사 소자(104)는 평평한 볼록 발산 미러일 수 있다. 제2 반사 소자(106)는 평평한 오목 수렴 미러일 수 있다. 발산 및 수렴 미러의 조합은 2개의 평면에 초점맞춤된 출력 빔을 제공할 것이다. 도1의 실시예에서 도시한 바와 같이 단지 하나의 수렴 미러를 가진다면 비점 수차(astigmatic)의 출력 빔으로 될 것이다.
2개의 증폭기 영역(108,110)이 도시되지만, 반도체 레이저(100)는 단지 하나의 증폭기 영역(108 또는 110), 또는 2개 이상의 증폭기 영역을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 증폭기 영역(108)은 반사 소자(104)에 의해 반사된 발산 빔에 대응하는 발산 테이퍼된 에지(112)를 가질 수 있다. 유사하게, 증폭기 영역(110)은 반사 소자(106)에 의해 반사된 수렴 빔에 대응하는 수렴 에지(114)를 가질 수 있다.
예시적인 실시예가 도면과 더불어 도시되고 기술되어 있지만, 그런 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐 발명을 한정하는 것이 아니고, 본 발명은 당업자에 의해 다양한 여러 변형이 이루어질 수 있기 때문에 여기에 도시되고 기술된 특정 구성이나 구조에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 반도체 레이저 분야에 이용된다.

Claims (26)

  1. 제1 증폭기 영역;
    분산 피드백 레이저 영역; 및
    상기 제1 증폭기 영역과 상기 분산 피드백 레이저 영역사이의 광경로를 따라 위치된 제1 반사 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분산 피드백 레이저 영역은 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분산 피드백 레이저 영역은 파브리-페로 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 증폭기 영역은 한쌍의 테이퍼된 에지를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사 소자는 평평한 발산 미러인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광경로를 따라 위치된 제2 반사 소자를 더 포함하는것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 반사 소자는 평평한 수렴 미러인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  8. 제6항에 있어서, 상기 광경로를 따라 위치된 제2 증폭기 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 증폭기 영역은 한 쌍의 테이퍼된 에지를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  10. 제5항에 있어서, 상기 평평한 발산 미러는 한 층의 반사 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  11. 가간섭광 빔을 발생하는 분산 피드백 레이저 수단;
    상기 가간섭광 빔을 광학적으로 증폭하는 증폭기 수단; 및
    상기 분산 피드백 레이저 수단으로부터 상기 증폭기 수단으로 상기 가간섭광 빔을 방향 바꾸는 반사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분산 피드백 레이저 수단은 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분산 피드백 레이저 수단은 파브리-페로 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  14. 제11항에 있어서, 상기 증폭기 수단은 한쌍의 테이퍼된 에지를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  15. 제11항에 있어서, 상기 반사 수단은 평평한 발산 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사 수단은 평평한 수렴 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  17. 제16항에 있어서, 상기 증폭기 수단은 제1 증폭기 영역 및 제2 증폭기 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 증폭기 영역은 각각 한쌍의 테이퍼된 에지를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  19. 제15항에 있어서, 상기 평평한 발산 미러는 한 층의 반사 물질을 포함하는 것을 특징으로 반도체 레이저.
  20. 가간섭광 빔을 발생시키는 단계;
    상기 가간섭광 빔을 반사하는 단계; 및
    상기 가간섭광 빔을 증폭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저를 작동하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 가간섭광 빔은 평평한 발산 미러에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저를 작동하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 가간섭광 빔은 평평한 수렴 미러에 의해 더 반사되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저를 작동하는 방법.
  23. 기판상에 하부 클래딩 층을 형성하는 단계;
    상기 하부 클래딩 층 위에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 위에 상부 클래딩 층을 형성하는 단계;
    상기 클래딩 층 위에 접촉층을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 클래딩 층, 활성 층, 및 상부 클래딩 층에 반사 소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 반사 소자는 상기 하부 클래딩 층, 활성층, 및 상부 클래딩 층의 일부를 에칭함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 제조방법.
  25. 제24항에 있어서, 한 층의 반사 물질이 상기 하부 클래딩 층, 활성층, 및 상부 클래딩 층의 상기 에칭된 부분위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 제조방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 활성층에 회절 격자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 제조방법.
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