KR20050060305A - 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈 - Google Patents

광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 기판 상에 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈에 은 광을 발진하기 위한 격자를 갖으며, 발진된 광을 제1 및 제2 단을 통해 출력하기 위한 분포 궤환 레이저와, 상기 분포 궤환 레이저의 제1 단을 통해서 출력된 제1 광을 변조시키기 위한 전계 흡수 변조기와, 상기 반도체 기판 상에 상기 분포 궤환 레이저의 제2 단에 대향되게 형성됨으로써 상기 제2 단을 통해서 출력된 제2 광을 검출하기 위한 광검출기와, 상기 분포 궤환 레이저와 상기 광검출기의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 광의 세기를 감쇠시키며, 상기 분포 궤환 레이저 및 광검출기를 전기적으로 절연시키기 위한 제1 이너 윈도우를 포함한다.

Description

광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈{ELECTRO-ABSORPTIVE OPTICAL MODULATOR MODULE WITH MONOLITHIC INTEGRATED PHOTO DETECTOR}
본 발명은 광통신용 광원에 관한 것으로서, 특히 분포 궤환 레이저를 포함하는 광변조기의 구성에 관한 것이다.
광통신은 일반적인 전기 신호의 전송에 비해서 보다 많은 신호를 동시에 장거리 전송시킬 수 있다는 이점이 있다. 상술한 바와 같은 광통신용 광원으로는 간섭성의 광을 출력할 수 있는 레이저 등이 사용되고 있으며, 특히, 반도체 제조 공정에 의해서 제작됨으로써 그 부피가 소형화된 반도체 레이저 등이 널리 사용되고 있다.
근래에는 상호 다른 파장을 갖는 복수의 광신호들을 동시에 송, 수신함으로써 광통신 용량 및 속도를 향상시킨 파장 분할 다중 방식의 광통신이 사용되고 있다. 상술한 파장 분할 다중 방식의 광통신은 좁은 발진 선폭을 갖는 광신호를 생성할 수 있는 분포 궤환 레이저(Distributed Feedback Laser) 또는 특정 파장의 광신호를 선택적으로 출력할 수 있는 능동형 광소자들을 광원으로서 사용한다.
광통신의 전송 거리 증가에 필수적인 좁은 발진 스펙트럼을 갖는 분포 궤환 레이저 또는 파장 분할 다중(WDM) 방식의 광통신 망에서 특정 파장을 선택하는 기능성 광소자들은 기본적으로 회절 격자를 이용하여 파장 필터링을 하고 있으며, 지금까지 여러가지 형태의 회절 격자 구조에 관하여 발표되었거나 개발되었다.
반도체 광소자에서는 파장 필터링에 의하여 광소자로 진행되는 광파의 주기적인 굴절률 변화를 감지하고, 브라그 파장에 해당되는 특정 파장만이 반사되어 이득 영역으로 궤환됨으로써 특정 파장의 광신호를 발진시킨다.
그러나, 종래의 광원은 전기 신호를 광신호에 변조시키기 위한 변조 수단을 별도로 더 포함함으로써 제작 공정 및 불량율 증가와, 생산 원가의 상승과 같은 문제 요인이 있었다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 전계 흡수 변조기 등과 분포 궤환 레이저를 단일 기판에 집적시키는 모놀리식 집적된 반도체 광소자가 제안되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈은 분포 궤환 레이저(110)와, 전계 흡수 변조기(120)가 집적된 광변조기와, 상기 분포 궤환 레이저(110)를 포함하는 상기 광변조기의 일단에 대향되게 위치된 광검출기(150) 등을 포함한다.
상기 광변조기는 기판(101)과, 상기 기판(101) 상에 형성된 하부 클래드(104)와, 상기 하부 클래드(104) 상에 선택 영역 성장법 또는 버트 조인트 방법에 의해서 상호 독립적인 밴드 갭을 갖도록 형성된 제1 및 제2 활성층들(105a, 105b)과, 상기 제1 및 제2 활성층들(105a, 105b) 상에 형성된 상부 클래드(106)를 포함한다.
상기 하부 클래드(104)는 상기 기판(101) 상에 형성된 버퍼 층(Buffer layer, 미도시)과, 상기 버퍼 층 상에 형성된 n-InP 층(미도시) 등을 포함한다.
상기 제1 활성층(105a)은 상기 분포 궤환 레이저(110)의 이득 매질로서 기설정된 파장의 광을 생성하며, 상기 분포 궤환 레이저(110)는 상기 하부 클래드(104) 상에 기설정된 주기를 갖는 격자들을 형성함으로써 상기 제1 활성층(105a)에서 생성된 상기 광을 발진시켜서 상기 전계 흡수 변조기(120)로 출력한다.
상기 제2 활성층(105b)은 상기 전계 흡수 변조(120)기의 이득 매질로서 상기 제1 활성층(105a)에서 출력된 광을 그 내부로 진행시키며, 인가된 전압에 따라 그 흡수도가 변화됨으로써 상기 광을 세기 변조시킨다.
상기 상부 클래드(106)는 상기 제1 및 제2 활성층들(105a, 105b) 상에 형성된 P-InP 층(미도시)과, 상기 P-InP층 상에 형성된 접촉층(Cotact layer, 미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기 분포 궤환 레이저(110)와 상기 전계 흡수 변조기(120)는 상기 기판(101) 상에 연속적으로 성장된 제1 및 제2 활성층들(105a, 105b)을 포함함으로써 상기 분포 궤환 레이저(110)에서 출력된 광을 변조시켜서 출력한다.
또한, 상기 광변조기는 상기 분포 궤환 레이저(110)를 포함하는 끝단에 고반사 층(130)을, 상기 전계 흡수 변조기(120)를 포함하는 끝단에 무반사 층(140)을 각각 코팅함으로써 상기 분포 궤환 레이저(110)에서 발진된 광을 상기 고반사 층(130)에서 상기 전계 흡수 변조기(120)로 반사시킨다.
상기 광검출기(150)는 도파로 형태의 포토 다이오드 등을 사용할 수 있으며 상기 고반사 층(130)이 코팅된 상기 광변조기의 일단에 대향되게 위치됨으로써, 상기 고반사 층(130)을 투과한 일부 광의 세기로부터 상기 광변조기의 무반사 층(140)에서 출력된 광의 세기를 모니터링할 수 있다.
그러나, 종래의 전계 흡수 광변조 모듈은 분포 궤환 레이저 및 전계 흡수 변조기를 포함하는 광변조기와, 상기 분포 궤환 레이저에서 발진된 광의 세기를 모니터링 하기 위한 광검출기를 각각 별도의 기판에 형성함으로써 각각의 소자들을 제작한 후에 광축 정렬시켜야 하는 문제가 있다.
이는 광축 정렬에 의해 공정되며, 이로 인해서 전계 흡수 광변조 모듈의 공정 시간 및 생산성의 손실을 유발하는 요인이 되며, 제작 후에 다양한 요인으로 인한 광축의 틀어짐으로 인해서 정확한 광신호의 세기를 모니터링할 수 없는 요인이 되기도 한다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작이 용이하고, 광검출기에서 검출해내는 광의 세기 분포가 주변 환경의 영향으로 인해서 변화되지 않는 전계 흡수 광변조 모듈을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 반도체 기판 상에 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈에 있어서,
광을 발진하기 위한 격자를 갖으며, 발진된 광을 제1 및 제2 단을 통해 출력하기 위한 분포 궤환 레이저와;
상기 분포 궤환 레이저의 제1 단을 통해서 출력된 제1 광을 변조시키기 위한 전계 흡수 변조기와;
상기 반도체 기판 상에 상기 분포 궤환 레이저의 제2 단에 대향되게 형성됨으로써 상기 제2 단을 통해서 출력된 제2 광을 검출하기 위한 광검출기와;
상기 분포 궤환 레이저와 상기 광검출기의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 광의 세기를 감쇠시키며, 상기 분포 궤환 레이저 및 광검출기를 전기적으로 절연시키기 위한 제1 이너 윈도우를 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈의 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈은 광을 발진시키기 위한 격자(212)를 갖는 분포 궤환 레이저(210)와, 전계 흡수 변조기(220)와, 제2 광을 검출하기 위한 광검출기(250)와, 상기 분포 궤환 레이저(210) 및 광검출기(250)의 사이에 형성된 제1 이너 윈도우(260a)와, 제2 이너 윈도우(260b)와, 상기 분포 궤환 레이저(210)와 상기 전계 흡수 변조기(220)를 전기적으로 절연시키기 위한 트랜치(202)를 포함하며, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 양 끝단 각각에는 무반사 층들(230, 240)이 코팅된다.
상기 분포 궤환 레이저(210)는 광을 발진하기 위한 격자(212)와, 제1 상부 전극(211)을 포함함으로써 제1 및 제2 광을 발진시켜며, 발진된 상기 제1 및 제2 광 각각을 제1 및 제2 단을 통해 출력한다. 상기 분포 궤환 레이저(210)는 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 클래드(204)와, 상기 하부 클래드(204) 상에 형성된 제1 활성층(205a)과, 상기 제1 활성층(205a) 상에 형성된 상부 클래드(206)를 포함함으로써 상기 제1 및 제2 광을 도파시키기 위한 도파로의 기능을 갖는다.
도 3과, 도 4 각각은 도 2에 도시된 분포 궤환 레이저만을 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 3과 도 4에 도시된 분포 궤환 레이저의 폭 변화에 따른 상기 제1 활성층의 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3 과 도 4를 참조하면, 상기 분포 궤환 레이저(210)는 상기 제1 단을 포함하는 제1 영역(210b) 보다 상기 제2 단을 포함하는 제2 영역(210a)의 폭이 더 넓은 스텝 구조를 갖도록 식각되거나, 상기 제1 단을 포함하는 제1 영역(210b)으로부터 상기 제2 단을 포함하는 제2 영역(210a)으로의 폭이 더 넓어지는 테이퍼 구조를 갖도록 식각된 구조를 갖는다.
상기 분포 궤환 레이저(210)는 단일 주기를 갖는 격자 보다 상호 다른 주기를 갖는 복수의 격자들을 포함할수록 출력되는 광의 수율이 높아진다. 상술한 바와 같이 상호 다른 주기를 갖는 복수의 격자들을 형성하기 위한 방법은 하기 [수학식 1]에 나타난 바와 같이 상호 다른 주기를 갖는 복수의 격자들을 형성하거나, 격자가 형성된 매질의 유효 굴절률을 변화시키는 등의 방법을 사용할 수 있다.
그러나, 상호 다른 주기를 갖는 격자들을 직접 형성하는 방법에는 포토 리소그래피 또는 홀로그램 포토 리소그래피 등의 방법 등이 있으나, 그 제작 자체가 복잡할 뿐더러 100 ~ 250㎚의 미세한 주기를 갖는 복수의 격자들을 제작하는 것 자체가 용이하지 않다.
반면에, 상기 반도체 기판(201) 상에 형성된 상기 분포 궤환 레이저(210)의 격자(212)는 상기 제1 활성층(205a)의 유효 굴절률을 변화시킴으로써 상기 격자(212)들의 주기를 변화시키지 않고도 상호 다른 주기를 갖는 복수의 격자들이 형성된 것과 동일한 특성을 갖게 될 수 있다.
상기 [수학식 1]에서 λB 는 상기 격자의 중심 파장을 의미하며, neff는 상기 격자가 형성된 매질의 굴절률을 의미하며, Λ는 격자의 주기를 의미한다.
상기 격자(212)에서 발진되는 광의 중심 파장은 상기 격자의 주기 또는 상기 격자(212)에서 발진된 상기 광이 진행하는 매질의 굴절률에 따라서 변화될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 활성층(205a)의 굴절률은 상기 분포 궤환 레이저(210)의 폭이 넓어질 수록 커짐을 알 수 있다. 즉, 상기 제1 활성층(205a)의 굴절률은 상기 제1 영역(210b)과 제2 영역(210a)의 폭을 다르게 형성함으로써 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 영역(210a)의 폭을 상기 제1 영역(210b)의 폭 보다 넓게 형성함으로써 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제2 단에 고반사 층을 코팅시키지 않고도 상기 격자(212)에 의해서 발진된 광을 상기 제1 단으로 반사시킬 수 있다.
상기 [수학식 2]는 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제2 단과 상기 제1 이너 윈도우(260a) 사이의 경계에서 발생한 반사율을 나타내는 수학식 이다. 이를 참조하면, 상기 n2는 상기 제1 활성층(205a) 제2 영역(210b)의 굴절률을 나타내고, nInP는 상기 제1 이너 윈도우(260a)의 굴절률을 나타낸다.
상기 제1 이너 윈도우(260a)의 굴절률이 3.17일 경우에 도 5에 도시된 제1 도파로의 폭 변화에 따라서 변화된 굴절률들을 대입해 보면, 상기 제1 이너 윈도우(260a)와 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제2 단에서의 반사율은 0.001% 미만임을 알 수 있다.
즉, 상기 분포 궤환 레이저(210)는 상기 제1 영역(210b) 및 제2 영역(210a)의 폭을 상호 다르게 형성됨으로써 고반사 층을 형성하지 않고도, 상술한 고반사 층이 형성된 것과 동일한 특성을 갖게 된다. 또한, 상기 분포 궤환 레이저(210)에서 생성된 광 중에서 상기 제2 단을 통과한 제2 광은 상기 광검출기(250)에 의해서 검출된다.
상기 전계 흡수 변조기(220)는 상기 반도체 기판(201) 상에 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제1 단에 대향되게 성장되며, 상기 전계 흡수 변조기(220)를 구동시키기 위한 제2 상부 전극(221)을 포함한다. 상기 전계 흡수 변조기(220)는 상기 반도체 기판(201) 상에 형성된 하부 클래드(204)와, 상기 하부 클래드(204) 상에 형성된 제2 활성층(205c)과, 상기 제2 활성층(205c) 상에 형성된 상부 클래드(206)를 포함한다.
상기 제2 활성층(205c)는 상기 제2 상부 전극(221)에 인가되는 전압에 따라 그 흡수도가 변하는 특성을 갖는다. 상기 전계 흡수 변조기(220)는 상기 분포 궤환 레이저(210)에서 발진된 광의 세기를 변조하기 위해 저전압에서 그 흡수도가 작고 고전압에서 그 흡수도가 큰 특성을 가지며, 이를 위해 그 흡수 끝 파장(absorptioin edge wavelength)을 저전압에서 상기 제1 광의 파장보다 작도록 한다.
상기 광검출기(250)는 상기 반도체 기판(201) 상에 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제2 단에 대향되게 성장되며, 상기 광검출기(250)에 구동 전압을 인가하는 제3 상부 전극(252)를 포함한다.
상기 광검출기(250)는 상기 반도체 기판(201) 상에 형성된 하부 클래드(204)와, 상기 하부 클래드(204) 상에 형성된 제3 활성층(205b)과, 상기 제3 활성층(205b) 상에 형성된 상부 클래드(206)를 포함하며, 상기 분포 궤환 레이저(210)의 제2 단에서 출력된 상기 제2 광의 출력 파워를 검출해냄으로써 상기 제1 광의 출력 파워를 모니터링 할 수 있다.
즉, 상기 광검출기(250)는 상기 분포 궤환 레이저(210)와 함께 상기 반도체 기판(201) 상에 집적됨으로써 광축 정렬의 틀어짐의 우려가 없으며, 그로 인한 제품의 편차 분포를 최소화시키는 등의 이점이 있다.
상기 제1 이너 윈도우(260a)는 상기 분포 궤환 레이저(210)와 상기 광검출기(250)의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 광의 세기를 감쇠시키며, 상기 분포 궤환 레이저(210)와 상기 광검출기(250)를 전기적으로 절연시킨다. 상기 제1 이너 윈도우(260a)는 상기 분포 궤환 레이저(210)와 상기 광검출기(250) 사이의 상기 반도체 기판(201)면까지 상호 이격되게 식각된 벽개면에 성장된 절연층 등에 Fe 등의 물질을 도핑시킴으로써 형성할 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 분포 궤환 레이저에서 출력되는 제1 및 제2 광의 출력 효율을 비교한 그래프이고, 도 7은 도 2에 도시된 제1 이너 윈도우의 길이에 따른 상기 제2 광의 광검출기(250)로의 광결합 효율을 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 도 6의 x 축에 표시된 kL은 상기 분포 궤환 레이저(210)의 격자 구조에 대한 결합계수 k와 레이저 길이 L의 곱으로서 격자에 의한 광의 궤환 정도를 나타내며, 상기 제1 상부 전극(211)을 통한 구동 전류의 증가분에 대한 상기 제1 및 제2 광의 출력 파워가 증가하는 비율을 각각 제1 및 제2 광의 출력 효율이라 칭한다. -●-는 제2 광의 출력 파워를, - ■ - 는 제1 광의 출력 파워를 각각 의미한다.
상기 분포 궤환 레이저(210)는 KL이 3 ~ 4 사이의 범위일 경우에 발진 문턱 전류 및 외부 반사 의존성 등의 동작 특성이 최적화될 수 있다. 이 경우에 도 6의 그래프에서 상기 분포 궤환 레이저(210)는 상기 제2 단에서 출력되는 상기 제2 광의 출력 파워가 상기 제1 단에서 출력되는 상기 제1 광의 출력 파워에 대해서 20 ~ 30% 사이의 비율을 갖게 됨을 알 수 있다.
예를 들어서, 일반적인 분포 궤환 레이저는 10㎽ 이상의 출력 파워를 갖는 제1 광을 필요로 하며, 이 경우에 광검출기에서 검출되는 제2 광은 2㎃이하의 전류를 유지해야 한다. 결과적으로 상기 제1 이너 윈도우(260a)는 상기 제2 광의 출력 파워를 5㏈ 이상 감쇄시켜야 한다.
상기 제1 이너 윈도우(260a)는 상기 kL이 3 ~ 4인 경우의 상기 분포 궤환 레이저(210)와 상기 광검출기(250) 사이의 이격 간격을 조절함으로써 상기 제1 단에서 출력되는 상기 제1 광의 출력 파워가 10㎽ 이상일 때 상기 광검출기(250)에서 2㎃ 이하의 전류가 생기도록 상기 제2 단에서 출력되는 상기 제2 광의 출력 파워가 상기 광검출기(250)에 결합되는 양을 감쇠시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 이너 윈도우(260a)의 길이가 30㎛일 경우는 10㏈ 정도의 광 감쇄 효과가 나타나며, 이 경우 상기 광검출기(250)에서 검출되는 상기 제2 광에 대한 전류는 200 ㎂ ~ 1㎃의 값을 갖게 됨으로써 상술한 2㎃이하의 전류에 대해서 충족됨을 알 수 있다.
상기 제2 이너 윈도우(260b)는 상기 전계 흡수 변조기(220)의 일단부에 배치되며, 상기 제2 활성층(205c)에서 입력된 광을 발산시킴으로써, 상기 제1 광이 상기 전계 흡수 변조기(220)를 거쳐서 상기 분포 궤환 레이저(211)로 역방향으로 진행하는 것을 방지한다.
상기 무반사층들(230, 240)은 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 양 끝단에 코팅됨으로써, 상기 제2 이너 윈도우(260b)와 함께 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 양 끝단에서 반사되는 광을 최소화시킨다.
상기 트랜치(202)는 상기 제1 상부 전극(211)과 상기 제2 상부 전극(221)을 상호 절연시키기 위해서 상기 제1 상부 및 제2 하부 전극(211, 212) 사이의 상기 상부 클래드에 형성된다.
즉, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈은 상기 상부 및 하부 클래드 각각(206, 204)을 상기 반도체 기판(201) 상에 형성하고, 상기 하부 클래드(204) 상에 선택 영역 성장 또는 버트 죠인트 방법 등에 의해서 상호 다른 밴드 갭을 갖는 활성층들(205a, 205b, 205c)을 성장시킴으로써 상기 분포 궤환 레이저(210)와, 상기 광검출기(250)와, 상기 전계 흡수 변조기(220) 등을 집적시킬 수 있다.
또한, 상기 분포 궤환 레이저(210)는 상기 반도체 기판(201)의 길이를 따라서 그 폭을 상호 다르게 식각시킴으로써 상기 격자(212)의 주기를 변화시키지 않고도, 변화시킨 것과 동일한 동작 특성을 얻을 수 있다. 더욱이, 그 폭의 변화로 인한 굴절률 변화는 상기 제2 단에 고반사 층을 형성하지 않고도 고반사 층을 형성한 것과 유사한 동작 특성을 갖게된다.
상기 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c)의 밴드갭은 그 필요에 따라 다양하게 형성 가능하나, 상기 전계 흡수 변조기(220)의 에너지 밴드갭이 가장 크고, 상기 분포 궤환형 레이저(210)의 에너지 밴드갭을 가장 적게 형성할 수도 있다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 집적된 전계 흡수형 광변조의 모듈의 제작 과정을 나타내기 위한 도면들이다. 이하, 도 8 내지 도 12를 참조해서 상기 전계 흡수형 광변조의 모듈의 제작 과정을 설명하기로 하며, 상기 제작 과정은 하기하는 과정들을 포함한다.
상기 반도체 기판(201)은 그 밑면에 공동 전극(203)이 형성되며, 상기 반도체 기판(201)은 n-InP 재질 등을 사용할 수 있다. 상기 반도체 기판(201) 상에 하부 클래드(204)를 형성하며, 상기 하부 클래드(204)는 상기 반도체 기판(201) 상에 성장된 버퍼 층(204a)과, 상기 버퍼 층(204a) 상에 형성된 n-InP 층(204b)을 포함한다.
상기 하부 클래드(204) 상에 포토리소그래피(photolithgraphy) 공정을 이용해서 격자 패턴을 갖는 포토레지스트층(photoresist layer)을 형성한 후, 상기 하부 클래드(204)를 식각시켜서 격자(diffration grating, 212)를 형성한다. 도 8에 도시된 바와 같이 상기 격자 상에 굴절률이 상이한 물질(301)을 성장시킨 후 상술한 구조 상의 일 영역(분포 궤환형 레이저가 형성될 영역) 상에 만 포토레지스트 층(302)을 형성한 후 이 외 영역의 격자 구조를 에칭해서 제거시킴으로써 상기 하부 클래드(204) 상의 일 부분에만 격자가 형성된다.
상기 분포 궤환형 레이저, 상기 전계 흡수 변조기 및 상기 광검출기 등의 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c) 각각은 선택 성장 방법 또는 버트 조인트 방법 등에 의해서 동시에 성장된다. 상기 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c)은 각각 InGaAsP 재질 등을 사용할 수 있으며, 다중 양자 우물 구조를 갖는다. 또한, 상기 제1 내지 제3 활성층(205a, 205b, 205c)은 그 필요에 따라서 기 설정된 에너지 밴드갭들(energy bandgap)을 갖도록 성장된다.
상기 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c) 상에 상부 클래드(206)를 형성하며, 상기 상부 클래드(206)는 상기 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c) 상에 성장된 p-InP 층(206b)과, 상기 p-InP 층(206b) 상에 성장된 컨텍 층(206a)을 포함한다.
상기 반도체 기판(201) 상에 성장된 상기 하부 클래드(204)로부터 상기 상부 클래드(206)까지는 포토리소그래피 공정 등의 방법을 이용해서 메사 구조를 갖는 상기 제1 내지 제3 활성층들(205a, 205b, 205c) 각각을 갖는 도파로로서 식각된다.
상술한 각 도파로들을 식각하는 과정에 있어서 상기 각 도파로들 사이의 경계 영역들과 이들과 이격되어 있는 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 일 끝단에 위치된 도파로의 일단부를 동시에 식각시키며, 상기 식각된 영역들 내에 InP 재질을 갖는 절연층(310)을 성장시킨다. 상기 각 도파로들 사이의 경계 영역에 성장된 상기 절연층(310)과, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 일 끝단에 성장된 절연층(310)에는 Fe 등을 도핑함으로써 제1 이너 윈도우(260a) 및 제2 이너 윈도우(260b) 각각을 형성한다.
상기 접촉 층(206a)은 그 상면에 상호 독립된 제1 내지 제3 상부 전극들(211, 221, 251)이 형성된다.
상기 제1 상부 전극(211)과 상기 제2 상부 전극(221)의 사이에 노출된 상기 상부 접촉 층(206a) 및 p-InP 층(206b)의 일부분을 식각시킨 트렌치(trench, )를 형성함으로써, 상기 제1 상부 전극(211)과 상기 제2 상부 전극(221) 사이에 10㏀ 이상의 절연 저항을 구현한다. 이와 같은 과정들을 통해서 상기 반도체 기판(201) 상에 분포 궤환형 레이저, 전계 흡수 변조기 및 광검출기가 집적된다.
또한, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈의 양 끝단에 유전체 재질의 무반사 층들(미도시)을 코팅할 수도 있다.
본 발명에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈은 분포 궤환 레이저에서 출력되는 광의 세기를 모니터링 하기 위한 광검출기를 분포 궤환 레이저가 형성된 기판 상에 모놀리식 집적함으로써 광검출기와 분포 궤환 레이저의 광축 정렬이 용이하고, 주변 환경의 영향으로 인한 광검출기의 오작동을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈은 광검출기와 분포 궤환 레이저 사이에 이너 윈도우를 형성함으로써 광검출기와 분포 궤환 레이저 사이의 전기적 절연성 확보가 용이하다.
도 1은 종래 기술에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 스텝드 메사 구조의 분포 궤환 레이저를 나타내는 평면도,
도 4는 도 2에 도시된 테이퍼드 구조의 분포 궤환 레이저만을 나타내는 평면도,
도 5는 도 3과 4에 도시된 분포 궤환 레이저의 폭 변화에 따른 굴절률 변화를 나타내는 그래프,
도 6은 도 2에 도시된 분포 궤환 레이저에서 출력되는 제1 및 제2 광의 파워를 비교한 그래프,
도 7은 도 2에 도시된 제1 이너 윈도우의 길이에 따른 광결합 효율을 나타내는 그래프.
도 8내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 흡수형 광변조 모듈을 제작하는 방법을 나타내기 위한 도면.

Claims (9)

  1. 반도체 기판 상에 단일 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈에 있어서,
    광을 발진하기 위한 격자를 갖으며, 발진된 광을 제1 및 제2 단을 통해 출력하기 위한 분포 궤환 레이저와;
    상기 분포 궤환 레이저의 제1 단을 통해서 출력된 제1 광을 변조시키기 위한 전계 흡수 변조기와;
    상기 반도체 기판 상에 상기 분포 궤환 레이저의 제2 단에 대향되게 형성됨으로써 상기 제2 단을 통해서 출력된 제2 광을 검출하기 위한 광검출기와;
    상기 분포 궤환 레이저와 상기 광검출기의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 광의 세기를 감쇠시키며, 상기 분포 궤환 레이저 및 광검출기를 전기적으로 절연시키기 위한 제1 이너 윈도우를 포함함을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈은,
    상기 기판 상에 상기 분포 궤환 레이저와, 상기 광검출기와, 상기 전계 흡수 변조기들을 둘러싸도록 성장된 절연층을 더 포함하며,
    상기 제1 이너 윈도우는 상기 절연층으로 Fe가 첨가된 InP를 사용함으로써 형성됨을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈은,
    상기 기판 상의 일측에 상기 전계 흡수 변조기의 일단에 접하게 형성됨으로써 상기 전계 흡수 변조기에서 변조된 상기 광을 발산시킴으로써, 상기 광이 상기 분포 궤환 레이저로 반사되는 것을 방지 하기 위한 제2 이너 윈도우와;
    상기 제1 및 제2 도파로의 사이에 위치된 트랜치를 더 포함함을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈은,
    상기 기판 상에 형성된 하부 클래드와;
    상기 분포 궤환 레이저와, 상기 광검출기와, 상기 전계 흡수 변조기들 각각에 일대일 대응되는 독립된 밴드 갭을 갖으며 상기 하부 클래드 상에 형성된 제1 내지 제3 활성층들과;
    상기 각 활성층들 상에 형성된 상부 클래드를 포함함을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분포 궤환 레이저는 상기 제1 단을 포함하는 제1 영역으로부터 상기 제2 단을 포함하는 제2 영역으로의 폭이 더 넓어지는 테이퍼 구조를 갖음을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분포 궤환 레이저는 상기 제1 단을 포함하는 제1 영역 보다 상기 제2 단을 포함하는 제2 영역의 폭이 더 넓은 스텝 구조임을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 분포 궤환 레이저는 상기 제1 단을 포함하는 제1 영역의 폭이 일정하고, 상기 제1 영역으로부터 연장된 제2 영역의 폭은 상기 제2 단까지 넓어지는 테이퍼 구조를 갖음을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 전계 흡수형 광변조 모듈,
    상기 반도체 기판의 하면에 형성된 공동 전극과;
    상기 분포 궤환 레이저와, 상기 전계 흡수 변조기와, 상기 광검출기를 구동 시키기 위한 각각의 전극 수단들을 더 포함함을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전극 수단들은,
    상기 분포 궤환 레이저를 구동시키기 위한 구동 전류를 인가하는 제1 상부 전극과;
    상기 전계 흡수 변조기를 구동시키기 위한 구동 전압을 인가하는 제2 상부 전극과;
    상기 광검출기를 구동시키기 위한 구동 전류를 인가하는 제3 상부 전극을 포함함을 특징으로 하는 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈.
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