KR20060092647A - Quantum well laser diode having wide band gain - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 주입된 전류를 광으로 변환하는, 다중 양자우물 구조를 구비한 활성층과, 상기 활성층을 사이에 두고 형성되는 화합물 반도체의 PN접합 구조와, 전류의 주입을 위한 전극을 포함하는 양자우물 레이저 다이오드에 있어서, 상기 활성층의 다중 양자우물은, 양자우물들의 두께가 일정하지 않은 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드가 개시된다.According to the present invention, a quantum including an active layer having a multi-quantum well structure for converting injected current into light, a PN junction structure of a compound semiconductor formed with the active layer interposed therebetween, and an electrode for injecting current In a well laser diode, the quantum well laser diode is disclosed, wherein the multiple quantum wells of the active layer have a structure in which the thickness of the quantum wells is not constant.

DFB LD, 활성층, 다중 양자우물, 회절격자, DH DFB LD, active layer, multiple quantum well, diffraction grating, DH

Description

광대역 이득을 갖는 양자우물 레이저 다이오드{QUANTUM WELL LASER DIODE HAVING WIDE BAND GAIN}Quantum well laser diode with wide-band gain {QUANTUM WELL LASER DIODE HAVING WIDE BAND GAIN}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to

도 1은 종래기술에 따른 분포 귀환형 레이저 다이오드의 구성도.1 is a block diagram of a distributed feedback laser diode according to the prior art.

도 2는 종래기술에 따른 분포 귀환형 레이저 다이오드의 다중 양자우물 구조도.Figure 2 is a structure diagram of a multi-quantum well of a distributed feedback laser diode according to the prior art.

도 3은 종래기술에 따른 분포 귀환형 레이저 다이오드의 이득 프로파일(Profile).Figure 3 is a gain profile of the distributed feedback laser diode according to the prior art.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드의 구성을 도시하는 절개사시도.4 is a cutaway perspective view showing the configuration of a laser diode according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 다중 양자우물 구조도.5 is a structural diagram of a multi-quantum well of FIG. 4.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드의 이득 프로파일.6 is a gain profile of a laser diode according to a preferred embodiment of the present invention.

도 7은 종래기술에 따른 분포 귀환형 레이저 다이오드의 온도변화에 따른 이 득 피크와 브래그(Bragg) 파장의 변화를 도시하는 그래프.7 is a graph showing changes in gain peaks and Bragg wavelengths according to temperature changes of a distributed feedback laser diode according to the prior art.

도 8은 본 발명에 따른 분포 귀환형 레이저 다이오드의 온도변화에 따른 이득 피크와 브래그 파장의 변화를 도시하는 그래프.8 is a graph showing changes in gain peaks and Bragg wavelengths according to temperature changes of the distributed feedback laser diode according to the present invention;

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>

100...InP 기판 101a...n형 전극100 ... InP substrate 101a ... n type electrode

101b...p형 전극 102...다중 양자우물101b ... p-type electrode 102 ... multiple quantum wells

103...전류 차단층 104...p-InP 클래드층103 ... current blocking layer 104 ... p-InP cladding layer

105...InGaAs층 106...절연층105 ... InGaAs layer 106 ... Insulation layer

107...U-채널 108...회절격자107 ... U-channel 108 ... Diffraction grating

109...고반사막109 ... High Reflective

본 발명은 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광대역 이득(Gain)을 제공하는 다중 양자우물(Mutiple Quantum Well; MQW) 구조를 구비한 레이저 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser diode (LD), and more particularly, to a laser diode having a multiple quantum well (MQW) structure that provides a broadband gain.

반도체 레이저 다이오드 중 특히, 비냉각형 분포 귀환형 레이저 다이오드(Uncooled DFB LD)는 통상적으로 매립된 활성층과 평탄한 표면을 갖는 PBH(Planar Buried Heterostructure) 구조로 이루어진다.In particular among semiconductor laser diodes, an uncooled distributed feedback laser diode (Uncooled DFB LD) typically consists of a Planar Buried Heterostructure (PBH) structure having a buried active layer and a flat surface.

도 1을 참조하면, 통상적인 분포 귀환형 레이저 다이오드는 베이스가 되는 InP 기판(10)과, 주입된 전류를 광으로 변환시켜 주는 활성층(13)과, 빛이 잘 구속되도록 상기 활성층(13)의 양측에 구비되는 InGaAsP 물질의 광구속층(12,14)과, 싱글모드 파장을 만들어 주도록 상기 InP 기판과 활성층(13) 사이에 구비되는 회절격자(11)와, 광구속층(14) 위로 가면서 순차적으로 구비되는 p-InP 클래드층(15), InGaAs층(16), InP층(17)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a typical distributed feedback laser diode includes an InP substrate 10 serving as a base, an active layer 13 for converting injected current into light, and an active layer 13 so that light is well constrained. The photoresist layers 12 and 14 of the InGaAsP material provided at both sides, the diffraction grating 11 provided between the InP substrate and the active layer 13 to form a single mode wavelength, and the optical confinement layer 14 The p-InP cladding layer 15, the InGaAs layer 16, and the InP layer 17 are sequentially provided.

특히 활성층(13)은 빛이 생성되는 부분으로서, 최근에는 레이저 다이오드의 성능을 향상시키기 위하여 양자우물(13a)과 장벽층(13b)이 반복적으로 형성된 다중양자우물 구조가 구비되는 것이 일반적이다.In particular, the active layer 13 is a portion where light is generated. In recent years, in order to improve the performance of a laser diode, a multi-quantum well structure in which a quantum well 13a and a barrier layer 13b are repeatedly formed is generally provided.

종래의 레이저 다이오드에 구비되는 다중 양자우물은 한결같이 양자우물들의 두께가 서로 동일한 구조를 갖는데, 도 2에 나타난 바와 같이 각각의 양자우물들의 두께가 같은 경우, 모든 양자우물의 전도대 지역에 구속되는 전자의 에너지 상태가 비슷하고 또한 가전자대 지역에 있는 정공의 에너지 상태가 모두 비슷한 값을 가지기 때문에 전도대역의 전자가 가전자대 지역의 정공과 결합하여 만들어 내는 에너지(Eg)가 모두 비슷한 파장 영역에 존재하게 된다(도 3의 이득 프로파일 참조).The multiple quantum wells provided in the conventional laser diode have a structure in which the quantum wells have the same thickness, as shown in FIG. 2. Since the energy states are similar and the energy states of the holes in the valence band all have similar values, the energy (E g ) produced by the electrons in the conduction band combined with the holes in the valence band is present in the same wavelength range. (See gain profile in FIG. 3).

한편, 레이저 다이오드의 동작을 살펴보면, 순방향 전압을 인가하는 초기에는 레이저 다이오드가 LED와 같이 작동하게 되는데, 이것은 저전압 영역에서 활성층의 캐리어가 밀도반전(Population inversion)이 될 만큼 충분하지 않아서 자발방출(Spontaneous emission)이 우세하기 때문이다. 전압이 증가함에 따라 활성층 내에서 밀도반전이 일어나고, 자극방출(Stimulated emission)이 우세해지는 문턱전압 (Threshold voltage) 지점에서는 레이저 다이오드 내에서의 빛의 손실과 광증폭에 의한 이득이 균형을 이루게 되고 문턱전류(Threshold current)가 흐를 때 LED 동작으로부터 레이저 발진으로의 변화가 일어나게 된다. 문턱전류 이상의 주입 전류에서는 자극방출에 의해 레이저 다이오드로부터 간섭성(Coherent)의 빛이 나오게 되며, 이때의 파장 스펙트럼은 페브리-페롯(Fabry-Perot) 모드를 만족하는 공진조건과, 다중 양자우물 구조에 의해 결정되는 이득 스펙트럼 프로파일에 의해 다중모드(Multiple mode)의 파장을 포함하게 된다.Looking at the operation of the laser diode, on the other hand, in the initial application of the forward voltage, the laser diode acts like an LED, which means that the carrier of the active layer in the low voltage region is not enough to be a density inversion (Spontaneous). This is because emission is dominant. As the voltage increases, density inversion occurs in the active layer, and at the threshold voltage point at which stimulated emission predominates, the loss of light in the laser diode and the gain due to the optical amplification are balanced and the threshold When the current flows, a change from LED behavior to laser oscillation occurs. In the injection current above the threshold current, coherent light is emitted from the laser diode by the stimulus emission, and the wavelength spectrum is the resonance condition satisfying the Fabry-Perot mode and the multi-quantum well structure. The gain spectral profile determined by the includes the wavelength of the multiple mode.

분포 귀환형 레이저 다이오드(DFB LD)는 페브리-페롯 레이저 다이오드의 활성층 가까운 곳에 회절격자를 구비한 구조를 갖는 것으로서, 회절격자의 피치(Pitch)에 의해 반사지수(Reflective index)가 변하게 되어 이득 스펙트럼에서 회절격자 주기에 맞는 특정 브래그 파장(Bragg wavelength)만을 선택적으로 출력한다. 즉, 여러개의 페브리-페롯 모드들 중에 하나의 모드만 선택적으로 취하여 싱글모드 파장 스펙트럼(DFB 모드)이 가능하게 해 준다.The distributed feedback laser diode (DFB LD) has a structure having a diffraction grating near the active layer of the Fabry-Perot laser diode. The reflectance index is changed by the pitch of the diffraction grating so that the gain spectrum is increased. Selectively outputs only a specific Bragg wavelength for the diffraction grating period. That is, only one mode among the multiple Fabry-Perot modes is selectively taken to enable the single mode wavelength spectrum (DFB mode).

일반적으로 DFB 모드와 이득 피크(페브리-페롯 모드)의 온도 계수는 각각 약 0.1nm/℃와 0.4nm/℃의 값을 갖는다. 이러한 온도 계수의 차이로 인해 온도 변화에 따른 DFB 모드의 동작 범위가 종종 제약을 받는다. 통상적으로 이득 피크는 온도가 변할때 DFB 모드 보다 3~5배 빠르게 움직이기 때문에 만약 DFB 모드와 이득 피크가 일치하면 더 낮거나 높은 온도에서 DFB 모드가 이득 피크로부터 분리되고 심할 경우 DFB 모드와 이득 피크가 결합하지 못하기 때문에 페브리-페롯 모드가 발진하게 된다. DFB 모드의 온도 동작범위는 결합계수의 함수이고 결합계수가 증가함에 따라 증가한다. 큰 결합계수는 문턱전류밀도를 낮게 유지해 주고 DFB 모드의 동작 온도범위를 넓게 해주는 장점이 있으나, 비선형적인 전류-광출력 특성을 보여주거나 변태(Kink) 특성을 보여주기 때문에 결합계수를 크게 하지 못한다. 따라서, -40 ~ 85℃ 정도의 온도범위에서 DFB 발진이 가능한 비냉각 분포 귀환형 레이저 다이오드를 만들기 위해 종래에는 결합계수를 적당한 값으로 유지한 상태에서 이득 피크와 DFB 모드 발진파장 사이의 간격, 즉 디튜닝(Detuning)을 적당히 조절하여 DFB 모드 발진의 온도범위를 조절하는 방식이 사용되었다.In general, the temperature coefficients of the DFB mode and the gain peak (Febri-Perot mode) have values of about 0.1 nm / ° C. and 0.4 nm / ° C., respectively. These differences in temperature coefficients often limit the operating range of the DFB mode with temperature changes. Normally, the gain peak moves three to five times faster than the DFB mode when the temperature changes, so if the gain peak coincides with the DFB mode, the DFB mode will be separated from the gain peak at lower or higher temperatures, and if the DFB mode and gain peak are severe, Because of the inability to combine, the Fabry-Perot mode oscillates. The temperature operating range in DFB mode is a function of the coupling coefficient and increases as the coupling coefficient increases. The large coupling coefficient has the advantage of keeping the threshold current density low and widening the operating temperature range of the DFB mode, but it does not increase the coupling coefficient because it shows nonlinear current-light output characteristics or kink characteristics. Therefore, in order to make an uncooled distributed feedback laser diode capable of DFB oscillation in the temperature range of about -40 to 85 ° C., the distance between the gain peak and the DFB mode oscillation wavelength while maintaining the coupling coefficient at an appropriate value is known. A method of controlling the temperature range of DFB mode oscillation was used by adjusting the detuning appropriately.

그러나, 종래의 비냉각형 분포 귀환형 레이저 다이오드는 다중 양자우물을 이루는 양자우물들의 두께가 모두 일정한 구조를 갖는 관계로 -3dB에서의 이득 피크의 폭(이득 피크의 1/2이 되는 지점의 폭)이 좁기 때문에 전온도 범위(-40 ~ 85℃)를 만족하는 값에 대하여 디튜닝 지점을 잡아도 디튜닝값의 허용범위가 작게 된다. 또한 반도체 기판에 다중 양자우물을 성장시킬 때 웨이퍼 전체의 이득 피크 균일도도 엄격히 관리해야 하는 취약점이 있다.However, in the conventional uncooled distributed feedback laser diode, the width of the gain peak at -3 dB (the width of the half point of the gain peak), since the thicknesses of the quantum wells constituting the multiple quantum wells are all uniform. Because of this narrowness, the allowable range of the detuning value becomes small even if the detuning point is obtained for a value satisfying the entire temperature range (-40 to 85 ° C). In addition, when growing multiple quantum wells on a semiconductor substrate, there is a vulnerability that must strictly control the gain peak uniformity of the entire wafer.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 사용 온도범위를 넓히도록 광대역 이득을 갖는, 다중 양자우물 구조를 구비한 레이저 다이오드를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a laser diode having a multi-quantum well structure having a broadband gain to widen a use temperature range.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 주입된 전류를 광으로 변환하는, 다중 양자우물 구조를 구비한 활성층과, 상기 활성층을 사이에 두고 형성되는 화합물 반도체의 PN접합 구조와, 전류의 주입을 위한 전극을 포함하는 양자우물 레이저 다이오드에 있어서, 상기 활성층의 다중 양자우물은, 양자우물들의 두께가 일정하지 않은 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an active layer having a multi-quantum well structure, which converts the injected current into light, a PN junction structure of a compound semiconductor formed with the active layer interposed therebetween, and injection of current. In the quantum well laser diode comprising an electrode for, the multi-quantum well of the active layer, characterized in that the thickness of the quantum well has a constant structure.

상기 다중 양자우물은, 양자우물들의 두께가 각각 서로 다르도록 구성될 수 있다.The multiple quantum wells may be configured such that thicknesses of quantum wells are different from each other.

대안으로 상기 다중 양자우물은, 동일한 두께를 갖는 양자우물들의 그룹별로 다른 두께를 갖는 구조로 이루어질 수 있다.Alternatively, the multi quantum well may have a structure having a different thickness for each group of quantum wells having the same thickness.

본 발명에는 베이스가 되는 InP 기판과, 상기 기판과 활성층 사이에 개재되어 상기 활성층에서 생성된 광을 싱글모드 파장으로 만들어 주는 회절격자가 더 포함될 수 있다.The present invention may further include an InP substrate serving as a base and a diffraction grating interposed between the substrate and the active layer to make light generated in the active layer into a single mode wavelength.

바람직하게, 상기 회절격자는 지수결합(Index coupled)형, 이득결합(Gain coupled)형, 손실결합(Loss coupled)형 또는 복합결합(Complex coupled)형이 채용될 수 있다.Preferably, the diffraction grating may be an index coupled type, a gain coupled type, a loss coupled type, or a complex coupled type.

상기 회절격자에 의해 만들어지는 싱글모드 파장은 가시광 영역으로부터 적외선 영역까지의 범위에 포함될 수 있다.The single mode wavelength produced by the diffraction grating may be included in the range from the visible light region to the infrared region.

본 발명에 구비되는 도파구조로는 융기(Ridge)형 혹은 매립헤테로(Buried Heterostructure) 구조가 채용되는 것이 바람직하다.As the waveguide structure provided in the present invention, it is preferable to adopt a ridge type or buried heterostructure.

바람직하게, 상기 다중 양자우물 또는 그 장벽층에는 스트레인(Strain)이 인가될 수 있다.Preferably, strain may be applied to the multiple quantum well or its barrier layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양자우물 레이저 다이오드의 구성을 도시하는 절개사시도이다.4 is a cutaway perspective view showing the configuration of a quantum well laser diode according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양자우물 레이저 다이오드는 화합물 반도체의 PN접합 구조 사이에 구비되는, 다중 양자우물 구조를 구비한 활성층(102)과, 전류의 주입을 위한 전극(101a,101b)을 포함하고, 상기 다중 양자우물을 이루는 양자우물들의 두께가 일정하지 않은 구조를 갖는다. 이러한 레이저 다이오드에 구비되는 도파구조로는 공지의 융기형 혹은 매립헤테로구조가 바람직하게 채용될 수 있다.4, the quantum well laser diode according to the preferred embodiment of the present invention is provided between the PN junction structure of the compound semiconductor, the active layer 102 having a multi-quantum well structure, and the electrode for the injection of current ( 101a and 101b), and the thickness of the quantum wells constituting the multi quantum well is not constant. As the waveguide structure provided in such a laser diode, a well-known raised or buried heterostructure can be preferably employed.

보다 구체적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드는 InP 기판(100) 위에서 활성층(102)이 1 ~ 1.5㎛ 정도의 폭을 갖는 메사(Mesa) 모양으로 식각되어 형성되고, 식각된 활성층(102) 양측에 p-InP층과 n-InP층의 전류 차단층(103)이 성장되며, 다시 활성층(102) 위쪽에 p-InP 클래드층(104)이 성장된 구조를 갖는다. 여기서, 전류 차단층(103)은 주입된 전류가 활성층(102) 이외의 영역으로 누설되는 것을 차단하는 작용을 한다.More specifically, the laser diode according to the preferred embodiment of the present invention is formed by etching the active layer 102 in a mesa shape having a width of about 1 ~ 1.5㎛ on the InP substrate 100, the etched active layer ( 102) The current blocking layer 103 of the p-InP layer and the n-InP layer is grown on both sides, and the p-InP cladding layer 104 is grown on the active layer 102 again. Here, the current blocking layer 103 serves to block the injected current from leaking to regions other than the active layer 102.

바람직하게, 상기 InP 기판(100)과 활성층(102) 사이에는 싱글모드 파장을 만들어 주기 위한 회절격자(108)가 구비될 수 있다. 이러한 회절격자(108)는 공지되어 있는 지수결합형, 이득결합형, 손실결합형 또는 복합결합형이 사용되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 회절격자에 의해 만들어지는 싱글모드 파장은 가시광 영역으로부터 적외선 영역까지의 범위에 포함되는 것이 바람직하다.Preferably, a diffraction grating 108 may be provided between the InP substrate 100 and the active layer 102 to create a single mode wavelength. Such a diffraction grating 108 is preferably a known exponential coupling type, gain coupling type, loss coupling type or complex coupling type. In addition, the single mode wavelength produced by the diffraction grating is preferably included in the range from the visible light region to the infrared region.

또한, 기생 정전용량의 감소를 위해 U-자 모양으로 p-InP층(104)과 전류차단층(103)을 식각하여 형성된 U-채널(107)이 마련되고, U-채널(107)의 위에 InGaAs층(105) 및 절연층(106)이 증착된 후 U-채널(107) 안쪽 부분의 절연층(106)이 선택적으로 제거되고, 상기 InP 기판(100) 하면의 n형 전극(101a)에 대응하는 p형 전극(101b)이 일정 패턴으로 형성된다.In addition, to reduce the parasitic capacitance, a U-channel 107 formed by etching the p-InP layer 104 and the current blocking layer 103 in a U-shape is provided, and on top of the U-channel 107. After the InGaAs layer 105 and the insulating layer 106 are deposited, the insulating layer 106 inside the U-channel 107 is selectively removed, and the n-type electrode 101a on the bottom surface of the InP substrate 100 is removed. The corresponding p-type electrode 101b is formed in a certain pattern.

상기와 같이 다층으로 구성된 후 레이저 다이오드의 길이에 걸맞게 웨이퍼 절단공정을 거쳐 형성되는 절단면(Facet) 앞쪽은 무반사막(미도시)이 코팅되고, 뒤쪽은 고반사막(109)이 코팅되어 광출력 효율을 보다 높이게 된다.After the multilayer structure is formed as described above, an antireflective film (not shown) is coated on the front side of the cutting surface (Facet), which is formed through a wafer cutting process, and a high reflective film 109 is coated on the rear side to improve light output efficiency. Will be higher.

특히, 활성층(102)은 전극(101a,101b)을 통해 주입되는 전류를 광으로 변환시켜 주는 것으로서, 다중 양자우물 구조를 구비한다. 여기서, 다중 양자 우물구조를 이루는 양자우물들은 각각 두께가 서로 다르거나, 동일한 두께를 갖는 양자우물들의 그룹별로 다른 두께를 갖는다.In particular, the active layer 102 converts the current injected through the electrodes 101a and 101b into light, and has a multi-quantum well structure. Here, the quantum wells constituting the multi-quantum well structure have different thicknesses or different thicknesses for each group of quantum wells having the same thickness.

상기 다중 양자우물은, 양자우물과 장벽층이 반복적으로 형성된 구조를 갖게 되는데, 레이저 다이오드의 특성을 조절하도록 각 양자우물이나 장벽층에는 스트레인이 인가될 수 있다.The multi-quantum well has a structure in which a quantum well and a barrier layer are repeatedly formed, and a strain may be applied to each quantum well or the barrier layer to control the characteristics of the laser diode.

도 5에 도시된 바와 같이, 양자우물들의 두께가 서로 다르게 형성되면 전도대 지역에 있는 양자우물들의 에너지 상태가 다양하게 분포되고 마찬가지로 가전자대 지역의 정공의 에너지 상태가 모두 다른 값을 가지게 된다. 따라서, 전도대 지역의 전자가 가전자대 지역의 정공과 결합하여 만들어 내는 에너지(Eg)가 넓은 파장 영역에 걸쳐 존재하게 되므로 도 6에 도시된 바와 같이 파장에 따른 이득 프로파일이, 도 3을 참조하여 설명한 종래기술에 비해 상대적으로 넓은 이득폭을 가지게 된다.As illustrated in FIG. 5, when the quantum wells are formed to have different thicknesses, the energy states of the quantum wells in the conduction band region are distributed in various ways, and the energy states of the holes in the valence band region all have different values. Therefore, since the energy E g generated by the electrons in the conduction band region combined with the holes in the valence band region is present over a wide wavelength region, a gain profile according to the wavelength is shown in FIG. It has a relatively wide gain range compared to the prior art described.

한편, 종래기술에 따라 양자우물들의 두께를 일정하게 하여 비냉각형 분포 귀환형 레이저 다이오드를 제작할 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상온 T2에서 이득 피크(중앙 프로파일 참조)와 DFB 모드 브래그 파장(A)을 일치시켰을 때 저온 T1(좌측 프로파일 참조)이나 고온 T3(우측 프로파일 참조)에서 이득 피크의 이동속도가 브래그 파장(T1은 B, T3는 C 참조)의 이동속도보다 빠르기 때문에 저온 T1이나 고온 T3에서의 브래그 파장의 이득값이 DFB 문턱 이득값(기준선 Ⅰ참조)보다 작아서 DFB 발진이 되지 않고 저온이나 고온의 이득 프로파일의 피크 지점에서의 페브리-페롯 파장이 발진하게 된다.On the other hand, when manufacturing a non-cooled distributed feedback laser diode with a constant thickness of the quantum wells according to the prior art, as shown in Figure 7, the gain peak (see the center profile) and the DFB mode Bragg wavelength (at room temperature T2) When A) is matched, at low temperature T1 (see left profile) or at high temperature T3 (see right profile), the gain peak travels faster than the Bragg wavelength (T1 is B and T3 is C). The gain value of the Bragg wavelength at T3 is smaller than the DFB threshold gain value (see baseline I) so that DFB oscillation does not occur and the Fabry-Perot wavelength oscillates at the peak point of the low or high temperature gain profile.

그러나, 본 발명에 따라 다중 양자우물의 두께를 도 5와 같이 형성하게 되면 이득폭이 상대적으로 넓기 때문에 비냉각형 분포 귀환 레이저 다이오드를 제작할 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 상온 T2에서 이득 피크(중앙 프로파일 참조)와 브래그 파장(A)을 일치시켰을 때 저온 T1이나 고온 T3에서 이득 피크(T1은 좌측, T3는 우측 프로파일 참조)의 이동속도가 브래그 파장(T1은 B, T3는 C 참조)의 이동속도보다 빠르지만 이득 프로파일의 폭이 넓기 때문에 저온 T1이나 고온 T3에서의 브래그 파장의 이득값이 DFB 문턱 이득값(기준선 Ⅰ참조)보다 충분히 커서 DFB 발진이 일어나고 페브리-페롯 파장이 발진하지 않는다.However, according to the present invention, when the thickness of the multi-quantum well is formed as shown in FIG. 5, the gain width is relatively wide, and thus, when the uncooled distributed feedback laser diode is manufactured, the gain peak (center) at room temperature T2 is shown in FIG. 8. When the Bragg wavelength (A) is matched with the Bragg wavelength (A), the shift speed of the gain peak (T1 is on the left, T3 is on the right profile) at the low temperature T1 or T3 is the shift of the Bragg wavelength (T1 is B, T3 is C) Although faster than speed, the gain profile is wider, so the Bragg wavelength gain at low temperature T1 or T3 is sufficiently larger than the DFB threshold gain (see Baseline I), resulting in DFB oscillation and no Fabry-Perot wavelength oscillation.

따라서, 양자우물을 제외한 모든 구성이 같은 조건이라면 본 발명에서 사용하는 다중양자 우물을 사용할 경우 종래기술에 비해 보다 넓은 온도 영역에서 DFB 모드 발진이 가능하다.Therefore, if all configurations except the quantum well are the same condition, when using the multi-quantum well used in the present invention, DFB mode oscillation is possible in a wider temperature range than in the prior art.

본 발명에 있어서, 양자우물을 제작하는 공정 자체는 종래의 반도체 공정기술을 사용하여 수행될 수 있다.In the present invention, the process of manufacturing the quantum well itself may be performed using conventional semiconductor processing techniques.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

본 발명에 따른 분포 귀환 레이저 다이오드는 종래에 비해 폭이 넓은 이득 프로파일을 가지게 되므로 넓은 사용 온도범위에 걸쳐 DFB 발진이 가능하다.Since the distributed feedback laser diode according to the present invention has a wider gain profile than in the related art, DFB oscillation is possible over a wide use temperature range.

또한, 불균일한 다중 양자우물 구조를 이용하므로 제조시 웨이퍼 전체의 이득 피크 균일도를 엄격히 관리할 필요가 없는 이점도 있다.In addition, there is an advantage in that it is not necessary to strictly control the gain peak uniformity of the entire wafer during manufacturing because of using a nonuniform multi-quantum well structure.

Claims (8)

주입된 전류를 광으로 변환하는, 다중 양자우물 구조를 구비한 활성층과, 상기 활성층을 사이에 두고 형성되는 화합물 반도체의 PN접합 구조와, 전류의 주입을 위한 전극을 포함하는 양자우물 레이저 다이오드에 있어서,In a quantum well laser diode comprising an active layer having a multi-quantum well structure for converting the injected current into light, a PN junction structure of a compound semiconductor formed between the active layer and an electrode for injection of current , 상기 활성층의 다중 양자우물은, 양자우물들의 두께가 일정하지 않은 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.The quantum well laser diode of the active layer has a structure in which the thickness of the quantum wells is not constant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다중 양자우물은, 양자우물들의 두께가 각각 서로 다른 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.The multi-quantum well, quantum well laser diode, characterized in that the thickness of each quantum well different. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다중 양자우물은, 동일한 두께를 갖는 양자우물들의 그룹별로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.The multi-quantum well laser diode, characterized in that having a different thickness for each group of quantum wells having the same thickness. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 베이스가 되는 InP 기판이 구비되고,A base InP substrate is provided, 상기 기판과 활성층 사이에 개재되어 상기 활성층에서 생성된 광을 싱글모드 파장으로 만들어 주는 회절격자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이 저 다이오드.And a diffraction grating interposed between the substrate and the active layer to make light generated in the active layer into a single mode wavelength. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 회절격자는 지수결합형, 이득결합형, 손실결합형 또는 복합결합형이 채용되는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.The diffraction grating is a quantum well laser diode, characterized in that the exponential coupling type, gain coupling type, lossy coupling type or complex coupling type is employed. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 회절격자에 의해 만들어지는 싱글모드 파장은 가시광 영역으로부터 적외선 영역까지의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.The single mode wavelength generated by the diffraction grating is included in the range from the visible region to the infrared region quantum well laser diode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 도파구조로서 융기형 혹은 매립헤테로구조가 채용되는 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.A quantum well laser diode, wherein a raised or buried heterostructure is employed as the waveguide structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다중 양자우물 또는 그 장벽층에 스트레인이 인가된 것을 특징으로 하는 양자우물 레이저 다이오드.Strain is applied to the multi-quantum well or its barrier layer.
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