KR20040101270A - 변화하는 굴절율을 가진 증폭 섹션을 가진 레이저 다이오드 - Google Patents

변화하는 굴절율을 가진 증폭 섹션을 가진 레이저 다이오드 Download PDF

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Abstract

변화하는 굴절율을 가진 펌핑 스트라이프 섹션을 포함하는 고전력 레이저 다이오드가 개시되어 있다. 굴절율의 변화하는굴절율은 종래 기술의 고전력 레이저 다이오드에서 발견되는 셀프 포커싱 현상을 감소시킬 수 있어서, 고 품질 출력 빔을 제공한다. 굴절율은 펌핑 스트라이프 섹션의 일측으로부터 펌핑 스트라이프 섹션의 타측으로 변화할 수 있다. 굴절율은 레이저 다이오드내의 레이저의 도핑 도는 두게와 같은 펌핑 스트라이프 섹션의 구조적 특성을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 열 경도는 굴절율을 변화시키기 위해 펌핑 스트라이프 섹션을 가로질러 생성될 수 있다. 열 경도는 가열 요소를 통합시킴으로써 또는 펌핑 스트라이프 섹션을 통하는 불균일한 전류를 생성함으로써 생성될 수 있다.

Description

변화하는 굴절율을 가진 증폭 섹션을 가진 레이저 다이오드{A LASER DIODE WITH AN AMPLIFICATION SECTION THAT HAS A VARYING INDEX OF REFRACTION}
반도체 레이저는 다양한 시스템 애플리케이션에서 사용된다. 예를 들어, 레이저 다이오드는 광섬유 통신 시스템내의 광원으로서 널리 사용되고 있다. 때로는 초고전력 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에르븀 도핑된 광 섬유 증폭기 및 라만 광섬유 증폭기는 고전력 레이저에 의해 펌핑하는 것이 필요하다. 펌핑 레이저는 섬유 코어에 효과적으로 연결되기 위해 고 광학 품질의 빔을 방출하여햐 한다. 효율성, 소형화 및 다른 요인 대문에 레이저 다이오드로 증폭기를 펌핑하는 것이 바림직하다. 불행하게도, 고품질 빔을 가진 레이저 다이오드는 보통 약 0.5 와트의 전력 상한선을 가지고 있지만, 광섬유 증폭기는 2 와트 이상을 필요로 할 수 있다.
도 1에서, 레이저 다이오드(1)의 전력은 다이오드(1)의 펌핑 스트라이프를 넓힘으로써 증가될 수 있다. 펌핑 스트라이프(2)를 넓힘으로써 다이오드(1)내의 광전력 밀도 및 최종 열을 감소시킬 수 있다. 고전력 밀도에서, 넓혀진 레이저 다이오드에서 발생된 광은 스트라이프(2)의 길이를 가로질러 필라멘트내에 "셀프 포커싱"할 것이다. 이러한 셀프 포커스 효과는 도 1에 도시된 바와 같이 밀도 스파이크를 가진 출력 빔을 생성한다. 이러한 출력의 품질은 대부분 포토닉 애플리케이션에서 수용할 수 없다. 고품질의 레이저 빔을 방출하는 고전력 레이저 다이오드를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 반도체 레이저의 분야에 관한 것이다.
도 1은 종래기술의 레이저 다이오드의 도면,
도 2은 레이저 다이오드를 도시하는 도면,
도 3은 레이저 다이오드의 상이한 층의 일예를 도시한 도면,
도 4는 레이저 다이오드의 대안의 예를 도시한 도면,
도 5는 레이저 다이오드의 대안의 예를 도시한 도면, 및
도 6은 레이저 다이오드의 대안의 예를 도시한 도면.
변화하는 굴절율을 가진 펌핑 스트라이프 섹션을 가진 레이저 다이오드가 개시되어 있다.
방출의 방향에 수직인 방향으로 모노토닉하게 변하는 굴절율을 가진 펌핑 스트라이프 섹션을 포함하는 고전력 레이저 다이오드가 개시된다. 변하는 굴절율은 종래기술의 고전력 레이저 다이오드에서 발견되는 셀프 포커싱 현상을 감소시킬 수 있어서, 고품질의 출력 빔을 제공한다. 굴절율은 증폭기 섹션의 일측으로부터 증폭기 섹션의 타측으로 변화할 수 있다. 굴절율은 레이저 다이오드내의 레이저의컴포지션, 도핑, 또는 두께와 같은 증폭기 섹션의 구조적 특성을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 열경도는 굴절율을 변화시키기 위해 증폭기 섹션을 가로질러 생성될 수 있다. 열경도는 증폭기 섹션의 일측을 따라 가열 요소를 통합시킴으로써 또는 증폭기 섹션을 통해 일정치 않은 전류를 생성시킴으로써 생성될 수 있다.
부재 번호에 의해 도면을 보다 상세하게 참조하면, 도 2에 레이저 다이오드(10)가 도시되어 있다. 레이저 다이오드(10)는 펌핑 스트라이프 섹션을 포함한다. 펌핑 스트라이프 섹션(12)는 폭 W만큼 분리되어 있는 제1 측부(14) 및 제2 측부(16)을 가지고 있다. 펌핑 스트라이프 섹션(12)는 광축 Op를 따라 다이오드(10)로부터 방출된 유도 광방출을 발생시키도록 구성되어 있다. 레이저 다이오드(10)는 5와트에 이르는 전력을 가진 고품질의 광빔을 방출시킬 수 있는 비교적 넓은 펌핑 스트라이프 섹션(12)으로써 구성될 수 있다.
레이저 다이오드(10)는 유도 광에 대한 피드백을 생성하는 반사면(18)을 구비할 수 있다. 대안으로, 레이저 다이오드(10)는 펌핑 스트라이프 섹션(12)에 연결된 별개의 분포된 피드백 섹션(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 유도 광방출은 피드백 섹션에서 발생될 수 있고 또한 펌핑 스트라이프 섹션(12)에서 증폭될 수 있다. 레이저 다이오드(10)는 펌핑 스트라이프 섹션(12)의 외측에 논-펌핑된 섹션(20)을 더 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 굴절율 n은 제1 측부(14)로부터 제2 측부(16)로 스트라이프(16)를 가로질러 변화할 수 있다. 굴절율은 펌핑 스트라이프 섹션912)의 구조 특성을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 예를 들어, 펌핑 스트라이프 섹션(12)은 굴절율을 생성하는 방식으로 도핑될 수 있다. 펌핑 스트라이프 섹션내의 하나 이상의 층의 두께는 굴절율을 변화시키기 위해 변화될 수 있다.
굴절율을 변화시킴으로서 고전력 레이저에서 발생할 수있는 셀프 포커싱 효과를 감소시킬 수 있다. 결과적으로 고전력 고품질 레이저 빔을 얻을 수 있다. 굴절율의 선형 경도가 도시되어 있지만, 굴절율은 펌핑 스트라이프 섹션(12)을 가로질러 비선형 변화할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 3에는 반도체 레이저(10)의 일실시예의 상이한 층(30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46)이 도시되어 있다. 도시되고 설명된 실시예는 단지 예일 뿐이고 다른 층, 재료, 컴포지션이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 레이저(10)는 기판(30)상에 형성된 로우어 클래딩(32)를 포함할 수 있다. 기판(30)은 n 도핑된 인화인듐(PIn) 또는 비화갈륨(GaAs) 재료일 수 있다. 클래딩(32)은 n 도핑된 InP 또는 GaAs 재료일 수 있다.
레이저(10)은 콘파인먼트 레이어(34, 38) 사이에 위치된 멀티 양자 웰 활성층(36)을 더 가질 수 있다. 콘파인먼트 레이어(34)는 n 도핑된 InGaAsP 또는 AlyGa1-yAs 재료일 수있다. 콘파인먼트 레이어(38)는 p 도핑된 InGaAsP 또는 AlyGa1-yAs 재료일 수 있다. 레이저(40, 42, 44)는 p 도핑된 재료를 포함하는 상부 클래딩일 수 있다. 예를 들어, 레이어(40)는 p 도핑된 InGaAsP 또는 AlxGa1-xAs 재료일 수 있다. 레이어(42)는 n 도핑된 InGaAsP 또는 AlzGa1-zAs 재료일 수 있다. 레이어(44)는 n 도핑된 InP 또는 AlxGa1-xAs 재료일 수 있다. 레이어(46)는 P+도핑된 InGaAs 또는 GaAs 재료를 포함하는 전기적으로 접촉한 레이어일 수 있다.
레이어(34, 36, 38)는 전류의 흐름에 응답하여 유도 광 방출을 발생시킬 PN 접합을 생성한다. 클래딩 레이어(32, 40, 42, 44)는 광을 안내하는 도파관을 형성한다. 전류는 콘택트 레이어(46)로부터, 펌핑된 스프라이프 섹션(12)을 통해 흐른다. 전류로 인해 펌핑 스트라이프 섹션(12)내에 광의 유도 방출이 발생한다.
반도체 레이저(10)는 기판(30)상에 레이어(32, 34, 36, 38)를 초기에 형성함으로써 구성될 수 있다. 그다음, 나머지 레이어(40, 42, 44, 46)는 레이어(480상에 연속적으로 형성될 수 있다. 모든 레이어는 공지된 에픽택셜 반도체 제조 공정으로 형성될 수 있다. 레이어(30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46)를 가진 레이저 다이오드(10)가 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예는 단지 예일 뿐이고 다이오드(10)는 상이한 구조를 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 4에는 펌핑된 스트라이프 섹션(12)의 제1 측부(14)에 인접하여 위치된 가열 요소(50)을 가진 레이저 다이오드의 상이한 실시예가 도시되어 있다. 가열 요소(50)는 전원(52)에 접속된 전기적으로 저항성의 스트라이프일 수 있다. 가열 요소(50)는 펌핑 스트라이프 섹션(12)내로 흐르는 열을 발생시킬 수 있다. 다이오드의 일측에 인접한 가열 요소(50)를 오프세팅하면 펌핑 스트라이프 섹션(12)을 가로지르는 열 경도를 생성시킬 수 있다. 열 경도는 제1 측부(14)로부터 제2 측부(16)로 굴정율을 변화시키게 된다.
도 5에는 콘택트 레이어(도시되지 않음)가 유전층(54)에 의해 나머지 층으로부터 분리되어 있는 대안의 실시예가 도시되어 있다. 유전층(54)은 복수의 오프셋 개구(56)를 가지고 있다. 전류는 유전 개구(56)를 통해서만 흐른다. 개구(56)는 펌핑 스트라이프 섹션(12)의 제1 측부(14)에 인접하여 위치될 수 있다. 제1 측부(14)로부터의 전류는 펌핑 스트라이프 섹션(12)을 가로지르는 최종 열 경도를 생성한다. 열 경도는 펌핑 스트라이프 섹션(12)의 제1 측부(14)로부터 제2 측부(16)로 굴절율을 변화시킨다.
도 6에는 제2 측부(16)에 인접항 위치된 개구(54R)이 제1 측부(14)에 인접하여 위치된 개구(54L) 및 펌핑 스트라이프 섹션(12)의 중심의 개구(54C) 보다 큰 효율의 에어리어를 가지고 있는 다른 실시예가 도시되어 있다.
중심의 개구(54C)는 개구(54L)의 효율적인 에어리어보다 큰 효율적인 에어리어를 가질 수 있다. 효율적인 에어리어에서의 차이는 펌핑 스트라이프 섹션(12)을 통하여 불균일하게 흐르는 전류를 생성하게 된다. 이러한 불균일한 전류는 열경도를 유도하고 펌핑 스트라이프 섹션(12)의 제2 측부(16)로부터 제1 측부(14)로 굴절율을 변화시키도록 한다.
특정 실시예가 첨부된 도면에서 설명되고 도시되어 있지만, 이러한 실시예는 단지 예일 뿐이고 광의의 발명을 제한하려는 것은 아니며, 본 발명은 다양한 다른 수정이 당업자에게 발생할 수 있기 때문에 특정 구조 및 배열에 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 변화하는 굴절율을 가지고 있는 펌핑 스트라이프 섹션;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 광 피드백;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 스트라이프 섹션은 광축에 실질상 수직인 방향으로 변화하는 구조적 특성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  3. 상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 가열 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  4. 상기 가열 요소는 논-펌핑 스트라이프 섹션내에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오프셋 개구를 가지고 있는 유전 재료층에 의해 상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 전기 콘택트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 스트라이프 섹션의 반대측상의 개구보다 상기 펌핑 스트라이프 섹션의 일측상의 보다 큰 에어리어를 가진 개구의 패턴을 가지고 있는 유전 재료층에 의해 상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 전기 콘택트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  7. 유도 광 방출을 발생시키는 증폭 수단;
    발생된 광의 코히러런스를 유도하는 피드백 수단;
    상기 증폭 수단의 굴절율을 변화시키는 인덱스 수단;을 포함하는 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인덱스 수단은 상기 증폭 수단의 구조적 특성에서의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  9. 제6항에 있어서, 상기 인덱스 수단은 상기 증폭 수단을 가열시키는 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  10. 제7항에 있어서, 상기 인덱스 수단은 상기 증폭 수단을 통하여 흐르는 전류의 밀도를 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  11. 제1 측부 및 제2 측부를 가지고 있는 펌핑 스트라이프 섹션;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션의 상기 제1 측부에 인접하여 위치되어 있는 가열요소; 및
    상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 광 피드백;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가열 요소에 연결되어 있는 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  13. 펌핑 스트라이프 섹션;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 콘택트; 및
    상기 펌핑 스트라이프 섹션 및 상기 콘택트 사이에 위치되어 있고, 적어도 하나의 오프셋 개구를 가지고 있는 유전 재료층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  14. 제1 측부 및 제2 측부를 가지고 있는 펌핑 스트라이프 섹션;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 콘택트;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션의 상기 제1 측부상의 개구보다 큰 에어리어를 가진 상기 펌핑 스트라이프의 상기 제2 측부상의 복수의 개구를 가지고 있고, 상기 펌핑 스트라이프 섹션과 상기 콘택트 사이에 위치되어 있는 유전 재료층;
    상기 펌핑 스트라이프 섹션에 연결되어 있는 광 피드백;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  15. 레이저 다이오드를 동작시키는 방법에 있어서,
    펌핑 스트라이프 섹션내에 광을 발생시키는 단계; 및
    상기 펌핑 스트라이프 섹션의 굴절율을 변화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 굴절율은 가열 요소에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 굴절율은 상기 펌핑 스트라이프 섹션내에 전류의 흐름을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
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