KR20120064507A - 다중 분포 귀환 레이저 소자 - Google Patents

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KR20120064507A
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Abstract

다중 분포 귀환 레이저 소자를 제공한다. 이 소자는 제1 분포 귀환 영역, 변조 영역, 제2 분포 귀환 영역 및 증폭 영역을 포함하는 기판을 포함한다. 활성층이 제1 분포 귀환, 변조, 제2 분포 귀환 및 증폭 영역들의 기판 상에 배치된다. 제1 회절 격자가 제1 분포 귀환 영역 내에 배치되어, 제1 분포귀환 영역의 활성층과 커플된다. 제2 회절 격자가 제2 분포 귀환 영역 내에 배치되어, 제2 분포귀환 영역의 활성층과 커플된다. 또한, 이 소자는 제1 회절 격자에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터 및 제2 회절 격자에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터를 포함한다.

Description

다중 분포 귀환 레이저 소자{MULTIPLE DISTRIBUTED FEEDBACK LASER DEVICES}
본 발명은 레이저 소자에 관한 것으로, 특히, 다중분포귀환 레이저 소자에 관한 것이다.
반도체 기반의 광 소자는 성장 공정, 포토리소그라피 공정, 식각 공정 및/또는 증착 공정등의 반도체 공정들을 이용하여 제조될 수 있다. 반도체 공정들을 이용함으로써, 반도체 기반의 광 소자는 소형화, 낮은 제조 단가 및/또는 대량 생산등의 장점을 가질 수 있다. 이에 따라, 반도체 기반의 광 소자에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다.
반도체 기반의 광 소자들 중에서, 분포귀환(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드 및/또는 분포 브래그 반사형 (Distributed Bragg Reflector) 레이저 다이오드등의 특정 파장을 선택하는 기능성 레이저 소자들이 개발되고 있다. 이러한 기능성 레이저 소자들은 회절 격자를 이용하여 파장 필터링을 수행할 수 있다. 예컨대, 광파가 주기적인 굴절률 변화에 의한 브래그 파장에 해당하는 특정 파장을 갖는 광파만이 반사될 수 있다. 이로써, 파장 필터링이 이루어 질 수 있다. 반사된 특정 파장의 광파는 이득 영역으로 피드백(feedback)되어 발진될 수 있다. 이러한 기능성 레이저 소자는 광통신용 광원 뿐만 아니라 포토믹싱등에 의한 테라헤르츠(THz)파 생성을 위한 광원등으로 사용될 수 있다.
테라헤르츠파 생성 방법은 주파수 배가법, 후진파 발진기(Backward Wave Oscillator), 포토믹싱 방법, 이산화탄소 펌핑 가스 레이저, 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser), 자유 전자 레이저(Free Electron Laser) 등의 다양한 기술이 존재한다. 포토믹싱 방법은 파장이 다른 2개의 레이저 다이오드의 비팅 시그널(beating signal)을 포토믹서(photomixer)에 입사시켜 그 비팅 주기에 해당하는 주파수의 테라헤르츠파를 확보하는 방법이다. 포토믹싱 방법을 위해서는 2개의 레이저 빔들 중에서 적어도 하나의 주파수가 안정적으로 연속적으로 튜닝되어야 한다. 또한, 2개의 레이저 빔들의 특성들을 일치시키는 것이 요구될 수 있다. 이러한 요구치를 확보하기 위하여, 추가적인 장치들이 요구됨으로써, 포토믹싱 방법에 의한 테라헤르츠파 생성 장비는 대형화되고 구조가 복잡해질 수 있으며, 장비의 제조 단가가 증가될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 갖는 다중 분포귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화된 다중 분포 귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 테라헤르츠파 생성의 효율을 증가시킬 수 있는 다중 분포 귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고출력이 가능한 다중 분포 귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 다중 분포 귀환 레이저 소자를 제공한다. 이 소자는 제1 분포 귀환 영역, 변조 영역, 제2 분포 귀환 영역 및 증폭 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 분포 귀환, 변조, 제2 분포 귀환 및 증폭 영역들의 기판 상에 연속적으로 배치된 활성층; 상기 제1 분포 귀환 영역 내에 배치되고, 상기 제1 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제1 회절격자; 상기 제2 분포 귀환 영역 내에 배치되고, 상기 제2 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제2 회절격자; 상기 제1 회절 격자에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터; 및 상기 제2 회절 격자에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 활성층 및 상기 기판 사이에 개재된 하부 클래딩층; 및 상기 활성층 상에 배치된 상부 클래딩층을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 클래딩층은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 상부 클래딩층은 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 분포 귀환 영역의 활성층에 제1 레이저 전류를 공급하여, 제1 파장을 갖는 제1 광원이 발진될 수 있으며, 상기 제2 분포 귀환 영역의 활성층에 제2 레이저 전류를 공급하여, 제2 파장을 갖는 제2 광원이 발진될 수 있다. 상기 변조 영역의 상부 클래딩층, 활성층 및 하부 클래딩층에 역바이어스를 인가하여, 상기 변조 영역 내에서 전계흡수 현상이 발생될 수 있다. 상기 증폭 영역의 활성층에 증폭 전류를 공급하여, 상기 증폭 영역 내로 공급된 상기 제1 및 제2 광원들이 증폭될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 제1 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제1 전극; 상기 제2 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제2 전극; 상기 변조 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제3 전극; 및 상기 증폭 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제4 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 상부 클래딩층 상부에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 상부 클래딩층과 전기적으로 절연될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터는 상기 제1 전극과 중첩될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터는 상기 제2 전극과 중첩될 수 있다. 이 경우에, 상기 소자는 상기 제1 전극 및 제1 마이크로 히터 사이에 개재된 제1 층간 절연 패턴; 및 상기 제2 전극 및 제2 마이크로 히터 사이에 개재된 제2 층간 절연 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은 상기 제1 분포 귀환 영역 내 활성층의 일부와 중첩될 수 있으며, 상기 제1 마이크로 히터는 상기 제1 분포 귀환 영역 내 활성층의 다른 일부와 중첩될 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제2 분포 귀환 영역 내 활성층의 일부와 중첩될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터는 상기 제2 분포 귀환 영역 내 활성층의 다른 일부와 중첩될 수 있다. 이 경우에, 상기 기판의 상부면을 기준으로, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 제1 및 제2 전극들의 적어도 일부와 동일한 레벨(level)에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자는 상기 제1 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층 및 하부 클래딩층 중에 어느 하나의 내부에 배치될 수 있으며, 상기 제2 회절 격자는 상기 제2 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층 및 하부 클래딩층 중에 어느 하나의 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 하부 클래딩층 및 상기 활성층 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드 갭(band gap) 파장을 갖는 제1 분리한정 헤테로층(first separate confinement hetero layer); 및 상기 하부 클래딩층 및 상기 활성층 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드 갭 파장을 갖는 제2 분리한정 헤테로층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 평면적 관점에서(in plan view), 상기 증폭 영역 내 활성층은 균일한 폭을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 평면적 관점에서, 상기 증폭 영역 내 활성층은 테이퍼(taper) 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터 및 상기 제2 마이크로 히터는 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제1 회절 격자의 굴절률이 변화될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제2 회절 격자의 굴절률이 변화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터가 상기 제1 회절 격자에 공급하는 열의 온도는 상기 제2 마이크로 히터가 상기 제2 회절 격자에 공급하는 열의 온도와 다를 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자 및 제2 회절 격자 중에서 적어도 하나는 손실 결합 회절 격자(loss-coupled diffraction grating), 이득 결합 회절 격자(gain-coupled diffraction grating), 인덱스 결합 회절 격자(index coupled diffraction grating) 또는 복소 결합 회절 격자(complex coupled diffraction grating) 중에서 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자의 주기는 상기 제2 회절 격자의 주기와 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자의 주기는 상기 제2 회절 격자의 주기와 다를 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 회절 격자는 n형 또는 p형 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
상술한 다중 분포 귀환 레이저 소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들로 인하여 발진되는 상기 제1 광원 및 제2 광원간 파장 차이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 매우 안정적인 상기 제1 광원 및 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 광원들은 상기 증폭 영역 내에서 증폭된다. 이로 인하여, 고출력의 제1 및 제2 광원들이 발진될 수 있다.
또한, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자는 상기 기판에 함께 탑재된 상기 제1 분포 귀환 영역, 변조 영역, 제2 분포 귀환 영역, 및 증폭 영역를 포함한다. 이에 따라, 매우 고집적화된 다중 분포 귀환 레이저 소자가 구현될 수 있다.
이에 더하여, 상기 활성층은 상기 제1 및 제2 분포 귀환 영역들 뿐만 아니라 상기 변조 영역 및 증폭 영역 내에도 배치된다. 이에 따라, 상호 코히어런트한 특성의 제1 광원 및 제2 광원을 연속적이며 안정적이며 또한 고출력으로 발진시킬 수 있다. 그 결과, 테라헤르츠파 발생에 핵심인 매우 안정적인 다중 모드 발진파들을 연속적으로 생성시킬 수 있다. 또한, 고집적화된 다중분포 레이저 소자를 구현할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자를 나타내는 평면도.
도 1b는 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자를 나타내는 평면도.
도 4b는 도 4a의 II-II'을 따라 취해진 단면도.
도 4c는 도 4a의 III-III'을 따라 취해진 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 변형예를 나타내는 단면도.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
(제1 실시예)
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자를 나타내는 평면이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(200)은 제1 분포 귀환 영역(DFB1, first distributed feedback region), 변조 영역(P), 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 및 증폭 영역(AMP)을 포함할 수 있다. 상기 변조 영역(P)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 증폭 영역(AMP)은 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 일 측에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)은 상기 변조 영역(P) 및 상기 증폭 영역(AMP) 사이에 배치될 수 있다.
활성층(206)이 상기 기판(200) 상에 배치될 수 있다. 상기 활성층(206)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P), 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 및 증폭 영역(AMP)의 기판(200) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 활성층(206)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 내부로부터, 상기 변조 영역(P) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2)을 경유하여, 상기 증폭 영역(AMP) 내부까지 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 평면적 관점에서 상기 활성층(206)은 제1 방향으로 연장된 라인 형태(line shape)일 수 있다. 상기 제1 방향은 도 1a에서 x축 방향에 해당할 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 활성층(206)은 다른 형태일 수도 있다.
상기 활성층(206)은 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(206)은, 교대로 적층되고 그리고 서로 다른 밴드 갭(band gap)을 갖는 제1 화합물 반도체층들 및 제2 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(206)은, 교대로 적층되고 그리고 서로 다른 밴드 갭을 갖는 제1 InGaAsP층들(well) 및 제2 InGaAsP층들(barrier)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 활성층(206)은 약 1. 55㎛ 의 밴드 갭 파장(band gap wavelength)을 갖는 InGaAsP로 형성된 벌크 형태(bulk shape)일 수도 있다. 상기 활성층(206)은 진성 상태일 수 있다.
하부 클래딩층(202, lower cladding layer)이 상기 활성층(206) 및 기판(200) 사이에 개재될 수 있다. 상부 클래딩층(225)이 상기 활성층(206) 상에 배치될 수 있다. 상기 활성층(206)과 같이, 상기 하부 및 상부 클래딩층들(202, 225)도 연장되어, 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P), 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 및 증폭 영역(AMP) 내에 배치될 수 있다. 상기 하부 클래딩층(202)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 상부 클래딩층(206)의 적어도 윗부분은 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형의 도펀트 및 제2 도전형의 도펀트 중에서 어느 하나는 n형 도펀트이고, 다른 하나는 p형 도펀트이다. 예컨대, 상기 하부 클래딩층(202)은 n형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있으며, 상기 상부 클래딩층(225)의 적어도 윗부분은 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 이와는 반대로, 상기 하부 클래딩층(202)이 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있으며, 상기 상부 클래딩층(225)의 적어도 윗부분이 n형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 상기 하부 클래딩층(202)이 n형 인듐인(InP)으로 형성되고 상기 상부 클래딩층(225)의 적어도 윗부분이 p형 인듐인(InP)으로 형성된 실시예에 대하여 설명한다.
제1 분리한정 헤테로층(204, first separate hetero layer)이 상기 활성층(206) 및 하부 클래딩층(202) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 분리한정 헤테로층(204)은 상기 활성층(206)의 밴드 갭 파장 보다 작은 밴드 갭 파장을 갖는 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 분리한정 헤테로층(204)은 약 1.3㎛의 밴드 갭 파장을 갖는 InGaAsP로 형성될 수 있다. 제2 분리한정 헤테로층(208)이 상기 활성층(206) 및 상기 상부 클래딩층(225) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2 분리한정 헤테로층(208)도 상기 활성층(206)의 밴드 갭 파장 보다 작은 밴드 갭 파장을 갖는 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 분리한정 헤테로층(208)은 약 1.3㎛의 밴드 갭 파장을 갖는 InGaAsP로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층(204, 208)도 연장되어, 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P) 및 증폭 영역(AMP) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(204, 208)의 각각은 약 0.1㎛ 의 두께로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(204, 208)의 각각은 다른 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(204, 208)은 진성 상태일 수 있다.
제1 회절 격자(212a)가 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내에 배치되고, 제2 회절 격자(212b)가 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내에 배치된다. 상기 변조 영역(P) 및 상기 증폭 영역(AMP) 내에는 회절 격자가 배치되지 않을 수 있다. 상기 제1 회절 격자(212a)는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내의 활성층(206)과 커플되고(coupled), 상기 제2 회절 격자(212b)는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내의 활성층(206)과 커플된다. 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)내의 활성층(206)에서 발생된 광은 상기 제1 회절 격자(212a)에 의해 브래그 반사되어(bragg-reflected), 제1 파장을 갖는 제1 광원(first light source)이 발진될 수 있다. 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내의 활성층(206)에서 발생된 광은 상기 제2 회절 격자(212b)에 의해 브래그 반사되어, 제2 파장을 갖는 제2 광원이 발진될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자(212a)는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 상부 클래딩층(225) 내에 배치될 수 있으며, 상기 제2 회절 격자(212b)는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 상부 클래딩층(225) 내에 배치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 상부 클래딩층(125)은 차례로 적층된 제1 상부 클래딩층(222) 및 제2 상부 클래딩층(224)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 회절 격자(212a)는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)내의 제1 상부 클래딩층(222) 내에 배치될 수 있으며, 상기 제2 회절 격자(212b)는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내의 제1 상부 클래딩층(222) 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(224)은 상기 제2 의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 하부 클래딩층(202)이 n형 인듐인(InP)으로 형성되는 경우에, 상기 제2 상부 클래딩층(224)은 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 상기 회절 격자들(212a, 212b)을 둘러싸는 상기 제1 상부 클래딩층(222)은 언도프트 상태의 화합물 반도체(ex, 언도프트 인듐인 등)로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 상부 클래딩층(222)은 상기 제2 상부 클래딩층(224)과 동일한 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체(ex, p형 인듐인 등)로 형성될 수도 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 다른 위치에 배치될 수도 있다. 이에 대한 내용은 후술한다.
상기 제1 회절 격자(212a)의 주기는 상기 제2 회절 격자(212b)의 주기와 동일할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제1 회절 격자(212a)의 주기는 상기 제2 회절 격자(212b)의 주기와 다를 수 있다. 상기 제1 회절 격자(212a)의 형태는 상기 제2 회절 격자(212b)의 형태와 같거나 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b) 중에서 적어도 하나는 손실 결합 회절 격자(loss-coupled diffraction grating), 이득 결합 회절 격자(gain-coupled diffraction grating), 인덱스 결합 회절 격자(index coupled diffraction grating) 또는 복소 결합 회절 격자(complex coupled diffraction grating) 중에서 어느 하나일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)이 복수 결합 회절 격자들인 경우에, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 복소 결합을 위한 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 InGaAs로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)이 인덱스 결합 회절 격자들인 경우에, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b) 중에서 적어도 하나는 λ/4 위상 변위(λ/4 phase-shifted) 상태일 수도 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 다른 형태의 회절 격자들일 수도 있다.
제1 전극(228a)이 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)내 상부 클래딩층(225)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(228b)이 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내 상부 클래딩층(225)에 전기적으로 접속된다. 제3 전극(228c)이 상기 변조 영역(P)내 상부 클래딩층(225)에 전기적으로 접속되고, 제3 전극(228d)이 상기 증폭 영역(AMP) 내의 상부 클래딩층(225)에 전기적으로 접속된다.
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극들(228a, 228b, 228c, 228d)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 제2 분포 귀환 영역(DFB2), 변조 영역(P) 및 증폭 영역(AMP)의 상부 클래딩층(225) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극들(228a, 228b, 228c, 228d)은 분리 트렌치(230)에 의하여 서로 옆으로 이격될 수 있다. 분리 절연 패턴(232)이 상기 분리 트렌치(230) 내에 배치될 수 있다. 즉, 상기 분리 절연 패턴(232)이 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극들(228a, 228b, 228c, 228d) 사이에 배치될 수 있다. 상기 분리 절연 패턴(232)은 산화물, 질화물 또는 산화질화물 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 분리 트렌치(230)는 아래로 연장되어 상기 상부 클래딩층(225)의 윗부분에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 분리 트렌치(230)의 바닥면은 상기 상부 클래딩층(225)의 상면 보다 낮을 수 있다. 상기 분리 트렌치(230)로 인하여 상기 영역들(DFB1, P, DFB2, AMP)내 요소들이 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 상기 각 요소는 각 영역(DFB1, P, DFB2 또는 AMP) 내 하부 및 상부 클래딩층들(202, 225), 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(204, 208) 및 활성층(206) 등을 포함하는 다이오드 형태일 수 있다. 상기 요소들에 대한 구체적인 설명은 하술한다. 상기 분리 트렌치(230)는 상기 영역들(DFB1, P, DFB2, AMP)내 상기 요소들의 독립적인 동작들이 가능한 깊이인 것이 바람직하다. 또한, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자에서 발진된 광원들이 상기 분리 트렌치(230)에 커플링 되는 것이 최소화되도록, 상기 분리 트렌치(230)의 깊이가 조절되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분리 트렌치(230)의 깊이는 상기 영역들(DFB1, P, DFB2, AMP)내 요소들의 독립적인 동작 및 발진된 광원들과의 커플링이 최소화되는 것 등이 고려되어 결정되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 전극들(228a, 228b, 228c, 228d)은 상기 분리 트렌치(230) 이외에 다른 방식으로 서로 분리될 수도 있다. 예컨대, 상기 제1 내지 제4 전극들(228a, 228b, 228c, 228d)은 절연 원소가 주입된 영역들에 의하여 서로 분리될 수도 있다. 즉, 도 1b에서, 상기 분리 트렌치(230)가 위치한 영역에, 상기 분리 트렌치(230)를 대신하여 절연 원소 이온들을 이온 주입기를 통하여 주입하여 분리 영역을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 절연 원소는 철(Fe)일 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 절연 원소는 다른 원소일 수도 있다.
제1 오믹 패턴(226a, first ohmic pattern)이 상기 제1 전극(228a) 및 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 상부 클래딩층(225) 사이에 배치될 수 있다. 제2 오믹 패턴(226b)이 상기 제2 전극(228b) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 상부 클래딩층(225) 사이에 배치될 수 있다. 제3 오믹 패턴(226c)이 상기 제3 전극(228c) 및 변조 영역(P) 내 상부 클래딩층(225) 사이에 배치될 수 있으며, 제4 오믹 패턴(226d)이 상기 제4 전극(228d) 및 증폭 영역(AMP) 내 상부 클래딩층(225) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)은 상기 분리 트렌치(230)에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)은 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)은 InGaAs로 형성될 수 있다.
제1 마이크로 히터(236a, first micro heater)가 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내에 배치되고, 제2 마이크로 히터(236b)가 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내에 배치된다. 소자의 동작 시에, 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 제1 회절 격자(212a)에 열을 공급할 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터(236b)는 상기 제2 회절 격자(212b)에 열을 공급할 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)내 상부 클래딩층(225) 상부(over)에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 상부 클래딩층(225)과 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 상기 제2 마이크로 히터(236b)는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내 상부 클래딩층(225) 상부(over)에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 마이크로 히터(236a)는 상기 상부 클래딩층(225)과 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다.
상기 제1 마이크로 히터(236a) 및 제2 마이크로 히터(236b)는 서로 독립적으로 제어된다. 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 의해 공급되는 열에 의하여 상기 제1 회절 격자(212a)의 굴절률이 변화될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 의해 공급되는 열에 의하여 상기 제2 회절 격자(212b)의 굴절률이 변화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 의해 공급되는 열의 온도는 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 의해 공급되는 열의 온도와 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)에 의해 공급되는 열들의 온도들 중에서 하나는 0 ℃일 수도 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)에 의해 공급되는 열들의 온도들이 다르다는 것은 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)에서 어느 하나는 소정 온도의 열을 공급하고, 다른 하나는 열을 공급하지 않는 것도 포함한다.
상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)은 주울 열(Joule's heat)을 이용하여 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)에 열을 공급할 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)은 전기적 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)은 크롬(Cr) 및 금(Au)등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 히터들(236a, 236b)에 포함된 크롬(Cr)이 저항체로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 히터들(236a, 136b)에 포함된 금(Au)은 접속 볼(connection ball)과의 본딩 및/또는 저항체를 위해서 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)은 전기적 저항을 갖는 다른 물질들로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 제1 전극(228a)과 중첩될 수 있다. 이때, 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 제1 전극(228a) 상부(over)에 배치될 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a)는 상기 제1 전극(228a)과 절연되는 것이 바람직하다. 제1 층간 절연 패턴(234a)이 상기 제1 전극(228a) 및 상기 제1 마이크로 히터(236a) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b)는 상기 제2 전극(228b)과 중첩될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b)은 상기 제2 전극(228b) 상부(over)에 배치될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b)도 상기 제2 전극(228b)과 절연되는 것이 바람직하다. 제2 층간 절연 패턴(234b)이 상기 제2 전극(228b) 및 제2 마이크로 히터(236b) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a) 및 제1 전극(228a)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 활성층(206)과 중첩될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b) 및 제2 전극(228b)은 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 활성층(206)과 중첩될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)는 상기 제1 및 제2 전극들(228a, 228b)로부터 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 제1 및 제2 층간 절연 패턴들(234a, 234b)은 산화물, 질화물 또는 산화질화물 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 코팅층(250a)이 상기 활성층(206)의 제1 끝면(first end surface) 상에 형성될 수 있으며, 제2 코팅층(250b)이 상기 활성층(206)의 제2 끝면(second end surface)에 형성될 수 있다. 도 1b에 개시된 바와 같이, 상기 활성층(206)의 제1 및 제2 끝면들은 상기 기판(100)의 상부면에 대하여 실질적으로 수직할 수 있다. 상기 제1 코팅층(250a)은 상기 증폭 영역(AMP)에 인접할 수 있으며, 상기 제2 코팅층(250b)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)에 인접할 수 있다. 상기 제1 코팅층(250a)은 무반사 코팅(AR coating; Anti Reflect coating)일 수 있다. 상기 제2 코팅층(250b)은 무반사 코팅 또는 고반사 코팅(HR coating; High Reflect coating)일 수 있다.
상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)내 하부 클래딩층(202), 제1 분리한정 헤테로층(204), 활성층(206), 제2 분리한정 헤테로층(208), 제1 회절 격자(212a) 및 상부 클래딩층(225)은 제1 분포 귀환 레이저 다이오드에 포함될 수 있다. 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내 하부 클래딩층(202), 제1 분리한정 헤테로층(204), 활성층(206), 제2 분리한정 헤테로층(208), 제2 회절 격자(212b) 및 상부 클래딩층(225)은 제2 분포 귀환 레이저 다이오드에 포함될 수 있다. 상기 변조 영역(P)내 하부 클래딩층(202), 제1 분리한정 헤테로층(204), 활성층(206), 제2 분리한정 헤테로층(208) 및 상부 클래딩층(225)은 변조 다이오드에 포함될 수 있다. 상기 증폭 영역(AMP) 내 하부 클래딩층(202), 제1 분리한정 헤테로층(204), 활성층(206), 제2 분리한정 헤테로층(208) 및 상부 클래딩층(225)은 광증폭 다이오드에 포함될 수 있다.
상기 제1 분포 귀환 레이저 다이오드의 활성층(206)에 제1 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제2 전극(228a)에 상기 제1 분포 귀환 레이저 다이오드에 순방향의 바이어스를 인가하여 상기 제1 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제1 레이저 전류에 의하여 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 상기 활성층(206)에서 광이 생성될 수 있다. 상기 생성된 광은 상기 제1 회절 격자(212a)에 의해 브래그 반사되어 제1 파장만을 갖는 제1 광원이 발진될 수 있다. 상기 제1 광원의 제1 파장은 상기 제1 회절 격자(212a)의 굴절률의 변화에 의하여 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 광원의 제1 파장은 상기 제1 회절 격자(212a)의 굴절률에 비례할 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 제1 히터 전류를 공급하여, 제1 온도의 열을 상기 제1 회절 격자(212a)에 공급함으로써 상기 회절 격자(212a)의 굴절률이 변화된다. 이에 인하여, 상기 제1 광원의 제1 파장이 변화될 수 있다. 즉, 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 공급되는 제1 히터 전류에 의하여 상기 제1 광원의 제1 파장이 변화될 수 있다.
상기 제2 전극(228b)을 통하여 상기 제2 분포 귀환 레이저 다이오드의 활성층(206)에 제2 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제2 전극(228b)에 상기 제2 분포 귀환 레이저 다이오드에 순방향의 바이어스를 인가하여 상기 제2 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제2 레이저 전류에 의하여 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 상기 활성층(206)에 광이 생성된다. 상기 생성된 광은 상기 제2 회절 격자(212b)에 의해 브래그 반사되어 제2 파장을 갖는 제2 광원이 발진될 수 있다. 상기 제2 광원의 제2 파장은 상기 제2 회절 격자(212b)의 굴절률의 변화에 의하여 변경될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 제2 히터 전류를 공급하여, 제2 온도의 열을 상기 제2 회절 격자(212b)에 공급함으로써 상기 제2 회절 격자(212b)의 굴절률이 변화된다. 이에 따라, 상기 제2 광원의 제2 파장이 변화될 수 있다. 즉, 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 공급되는 제2 히터 전류에 의하여 상기 제2 광원의 제2 파장이 변화될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 광원의 제2 파장은 상기 제1 광원의 제1 파장과 다를 수 있다.
상기 제3 전극(228c)을 통하여 상기 변조 다이오드에 역바이어스를 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 변조 다이오드에는 전계흡수(electro absorption) 현상이 발생될 수 있다. 상기 변조 다이오드의 전계흡수 현상에 의하여 상기 제1 및 제2 광원들의 주 발진 모드를 제외한 사이드 모드들을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광원 및 제2 광원은 매우 안정적으로 발진될 수 있으며, 또한, 상호 코히어런트한(coherent) 특성을 가질 수 있다. 상기 변조 다이오드가 형성되는 상기 변조 영역(P)은 광 손실을 최소화하기 위하여 제한된 길이(예컨대, 상기 제1 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1, DFB2) 사이의 거리)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 변조 영역(P)의 길이는 약 50㎛ 이하일 수 있다.
상기 제4 전극(228d)을 통하여 상기 광증폭 다이오드에 증폭 전류를 공급할 수 있다. 상기 제4 전극(228d)에 순방향 바이어스를 제공하여 상기 증폭 전류를 공급할 수 있다. 상기 변조 영역(P)에 의하여 안정적이며 코히어런트한 특성을 갖는 상기 제1 및 제2 광원들은 상기 광증폭 다이오드에 의하여 증폭될 수 있다.
상술된 다중 분포 귀환 레이저 소자의 동작 방법을 설명한다. 상기 제1 및 제2 전극들(228a, 228b)을 통하여 상기 제1 및 제2 분포 귀환 레이저 다이오드들에 상기 제1 및 제2 레이저 전류들을 각각 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 분포 귀환 레이저 다이오드들로부터 상기 제1 파장의 제1 광원 및 상기 제2 파장의 제2 광원이 각각 발진된다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b) 중에서 적어도 하나를 동작시켜, 상기 제1 및 제2 광원들 중에서 적어도 하나의 파장을 변화시킬 수 있다. 결과적으로, 서로 다른 파장을 갖는 제1 및 제2 광원들을 발진시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 광원들은 상기 변조 다이오드에 의하여 매우 안정적이며 코히어런트한 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 광원들은 상기 증폭 전류가 공급된 상기 광증폭 다이오드에 의하여 증폭되어, 고출력의 상기 제1 및 제2 광원들이 발진될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(236a)을 동작시키지 않고, 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 상기 제2 히터 전류를 공급할 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 히터 전류를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 상기 제2 히터 전류의 변화에 따라, 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 의해 공급되는 열의 온도가 변화되고, 열의 온도 변화에 따라서 상기 제2 회절 격자(212b)의 굴절률이 변화될 수 있다. 그 결과, 상기 제2 광원의 제2 파장이 연속적이며 안정적으로 변화된다. 이 실시예에 따르면, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자는 고정된 제1 파장의 제1 광원, 및 연속적으로 변화되는 제2 파장의 제2 광원을 연속적으로 발진시킬 수 있다. 상기 발진된 제1 및 제2 광원들은 공진기를 경유하여 포토믹서(photomixer)에 제공될 수 있다. 이 경우에 가변되는 테라헤르츠파를 생성시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 상기 제1 히터 전류를 공급하고, 상기 제2 마이크로 히터(236b)를 동작시키지 않을 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 히터 전류를 연속적으로 변화시킴으로써, 연속적으로 변하는 제1 파장의 제1 광원 및 고정된 제2 파장의 제2 광원을 연속적으로 발진시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(236a)에 상기 제1 히터 전류를 공급하고, 상기 제2 마이크로 히터(236b)에 제2 히터 전류를 공급할 수 있다. 이때, 상기 제1 히터 전류를 연속적으로 변화시키고, 상기 제2 히터 전류를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자는 연속적으로 변화되는 제1 파장의 제1 광원, 및 연속적으로 변화되는 제2 파장의 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)로부터 발생된 열들의 온도들은 서로 다르게 하여 상기 제1 및 제2 광원들의 제1 및 제2 파장들을 서로 다르게 할 수 있다.
본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 2개의 광원을 요구하는 장비의 요구에 따라 상술된 방법들을 다양하게 조합하여 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자를 사용할 수 있다.
상술된 다중 분포 귀환 레이저 소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)로 인하여 발진되는 상기 제1 광원 및 제2 광원간 파장 차이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 매우 안정적인 상기 제1 광원 및 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 예컨대, 상기 제1 광원 및 제2 광원이 한 개의 컴파운드(compound) 공진기를 구성함으로서, 발진된 제1 광원 및 제2 광원이 서로 커플링 된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 광원들은 서로 독립적인 광원으로 작동되지 않고, 제1 및 제2 광원들의 위상들이 서로 상관관계를 가져 마치 위상차가 락킹된 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자는 매우 안정적인 상기 제1 및 제2 광원들을 발진시킬 수 있다. 결과적으로, 우수한 신뢰성의 다중 분포 귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 광원들은 상기 증폭 영역(AMP) 내 광증폭 다이오드로 인하여 고출력으로 발진될 수 있다. 이에 따라, 매우 안정적이고 고효율의 이중 모드 광원을 발진시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 다중 분포 귀환 레이저 소자는 상기 기판(200)에 함께 탑재된 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 제1 분포 귀환 레이저 다이오드, 변조 영역(P)의 변조 다이오드, 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 제2 분포 귀환 레이저 다이오드, 및 증폭 영역(AMP)의 광증폭 다이오드를 포함한다. 이에 따라, 매우 고집적화된 다중 분포 귀환 레이저 소자가 구현될 수 있다.
이에 더하여, 상기 제1 광원의 제1 파장 및 제2 광원의 제2 파장은 각각 상기 제1 회절 격자(212a)의 주기의 변화, 및 제2 회절 격자(212a)의 주기의 변화에 의해서 변화될 수 있다. 따라서, 상기 마이크로 히터들(236a, 136b)의 동작과 더불어 상기 회절 격자들(212a, 212b)의 주기들을 변화시킴으로써, 상기 제1 및 제2 광원들의 파장 차이를 더욱 정밀하게 조절할 수 있다.
이에 더하여, 상기 활성층(206)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 내부로부터, 상기 변조 영역(P) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2)를 경유하여, 상기 증폭 영역(AMP) 내로 연장된다. 이에 따라, 모드 부정합에 따른 내부 손실을 최소화될 수 있다. 그 결과, 고효율 및/또는 고출력의 상기 제1 및 제2 광원들을 발진시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 변조 다이오드에 역 바이어스를 제공하여 상기 변조 다이오드 내에 전계흡수 현상이 발생됨으로써, 매우 안정적이며 상호 코히어런트한(coherent) 특성을 갖는 상기 제1 및 제2 광원들을 발진 시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 회절 격자들(212a, 212b) 중에서 적어도 하나는 복소 결합 회절 격자일 수 있다. 이에 따라, 변조지수가 매우 큰 출력을 획득할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 광원들을 이용하여 발생되는 테라헤르츠파의 생성 효율이 매우 향상시킬 수 있다.
한편, 상술된 다중 분포 귀환 레이저 소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 상기 상부 클래딩층(225) 내부에 배치될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제1 및 제2 회절 격자들은 다른 위치에 배치될 수 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 제1 회절 격자(212a')는 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내의 하부 클래딩층(202) 내에 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 회절 격자(212b')는 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내의 하부 클래딩층(202) 내에 배치될 수 있다.
이와는 다르게, 도 2b에 개시된 바와 같이, 제1 회절 격자(212a)는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내의 상부 클래딩층(225) 내에 배치될 수 있으며, 제2 회절 격자(212b')는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내의 하부 클래딩층(202) 내에 배치될 수 있다. 이와는 반대로, 제1 회절 격자가 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 하부 클래딩층(202) 내에 배치되고, 제2 회절 격자가 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 상부 클래딩층(225) 내에 배치될 수 있다. 즉, 본 변형예에 따르면, 제1 및 제2 회절 격자들 중에서 어느 하나는 상부 클래딩층 내부에 배치될 수 있으며, 다른 하나는 하부 클래딩층 내부에 배치될 수 있다.
도 1a에 개시된 바와 같이, 평면적 관점에서 상기 활성층(206)은 상기 증폭 영역(AMP) 내에서 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있다. 이와는 달리, 활성층은 다른 형태일 수도 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 2c를 참조하면, 평면적 관점에서, 증폭 영역(AMP) 내의 활성층(206m)은 테이퍼 형태(taper shape)일 수 있다. 예컨대, 평면적 관점에서 상기 증폭 영역(AMP) 내의 활성층(206m)의 폭은 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 일단으로부터 제1 코팅층(250a)을 향하여 점진적으로 증가될 수 있다. 이 경우에, 평면적 관점에서 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내의 활성층(206m)은 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있다. 상기 증폭 영역(AMP) 내의 활성층(206m)이 테이퍼 형태를 가짐으로써, 상기 제1 및 제2 광원들의 각각은 단일 모드를 유지한 채로 증폭 될 수 있다. 상기 증폭 영역(AMP)의 활성층(206m)과 중첩된 제4 전극(228dm)의 일부분도 테이퍼 형태일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 제조 방법을 도면들을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P), 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 및 증폭 영역(AMP)을 포함하는 기판(200)을 준비한다. 상기 기판(200) 상에 하부 클래딩층(202)을 형성할 수 있다. 상기 하부 클래딩층(202)은 상기 영역들(DFB1, P, DFB2, AMP)의 기판(200) 상에 형성될 수 있다. 상기 하부 클래딩층(202)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 하부 클래딩층(202) 상에 제1 분리한정 헤테로층(204)을 형성할 수 있다. 상기 제1 분리한정 헤테로층(204) 상에 활성층(206)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(206)의 평면적 형태는 도 1a에 개시된 바와 같이, 일 방향으로 연장된 라인 형태일 수 있다. 상기 활성층(206)은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 내부로부터, 상기 변조 영역(P) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2)를 경유하여, 상기 증폭 영역(AMP) 내로 연장될 수 있다. 상기 활성층(206) 상에 제2 분리한정 헤테로층(208)을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(204,208)도 상기 영역들(DFB1, P, DFB2, AMP)의 기판(100) 상에 형성된다. 일 실시예에 따르면, 평면적 관점에서 상기 활성층(206)은 도 2c에 개시된 활성층(206m)과 같이 형성될 수도 있다.
상기 제2 분리한정 헤테로층(208) 상에 제1 화합물 반도체막(210)을 형성할 수 있으며, 상기 제1 화합물 반도체막(210) 상에 회절 격자층(212)을 형성할 수 있다. 상기 제1 화합물반도체막(210)은 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 상기 제1 화합물 반도체막(210)은 언도프트 상태이거나, 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 회절 격자층(212)은 복소결합 회절격자를 위한 화합물 반도체, 예컨대, InGaAs으로 형성될 수 있다. 상기 회절 격자층(212)은 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 이와는 달리, 상기 회절격자층(212)은 언도프트 상태일 수 있다. 상기 회절격자층(212) 상에 버퍼 화합물 반도체막(214)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 화합물 반도체막(214)은 상기 제1 화합물 반도체막(210)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 버퍼 화합물 반도체막(214) 상에 하드마스크막(216)을 형성할 수 있다. 상기 하드마스크막(216)은 질화물, 산화물 또는 산화질화물 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 하드마스크막(216) 상에 감광막을 도포하고, 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴들(218)을 형성할 수 있다. 상기 감광막은 홀로그래피 시스템이나 전자선 리소그라피 장비에 의해 패터닝되어 상기 감광막 패턴들(218)이 형성될 수 있다. 상기 감광막 패턴들(218)은 회절 격자들을 정의할 수 있다. 상기 감광막 패턴들(218)의 주기를 조절하여 회절 격자들의 주기들을 제어할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 감광막 패턴들(218)을 식각마스크로 사용하여 상기 하드마스크막(216)을 패터닝하여, 하드마스크 패턴들(216a)이 형성될 수 있다. 상기 하드마스크막(216)은 자장 강화 반응성 이온 식각(magnetically enhanced reactive ion etching)으로 식각될 수 있다. 이어서, 상기 감광막 패턴들(218)이 제거될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴들(216a)을 식각마스크로 사용하여 상기 버퍼 화합물 반도체막(214) 및 회절 격자층(212)을 식각할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내에 제1 회절 격자(212a)가 형성될 수 있으며, 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내에 제2 회절 격자(212b)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 변조 영역(P) 내에 제1 잔여 격자(212c)가 형성될 수 있으며, 상기 증폭 영역(P) 내에 제2 잔여 격자(212d)가 형성될 수 있다. 상기 격자들(212a, 212b, 212c, 212d) 상에 버퍼 화합물 반도체 패턴들(214a)이 형성될 수 있다. 상기 하드마스크 패턴들(216a)을 식각마스크로 사용하는 식각 공정은 등방성 식각(ex, 습식 식각 등) 및/또는 건식 식각일 수 있다.
도 3e를 참조하면, 이어서, 상기 하드마스크 패턴들(216a)을 제거할 수 있다. 이어서, 상기 변조 영역(P) 및 증폭 영역(AMP) 내의 잔여 격자들(212c, 212d)을 제거할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 격자들(212a, 212b) 및 상기 제1 및 제2 격자들(212a, 212b) 상의 버퍼 화합물 패턴들(214a)은 잔존될 수 있다. 상기 잔여 격자들(212c, 212d)을 선택적으로 제거하여 위하여 포토리소그라피 공정에 의한 마스크 패턴(미도시함)을 이용할 수 있다.
도 3f를 참조하면, 이어서, 상기 기판(200) 상에 제2 화합물 반도체막(220)을 형성할 수 있다. 상기 제2 화합물 반도체막(220)은 언도프트 상태이거나 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다 상기 제2 화합물 반도체막(220)은 상기 제1 화합물 반도체막(210)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2 화합물 반도체막(220)은 유기 금속 화학 증착법(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Depostion)으로 형성될 수 있다. 상기 제1 화합물 반도체막(210), 제1 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1, DFB2) 내 버퍼 화합물 반도체 패턴들(214a) 및 제2 화합물 반도체막(220)은 제1 상부 클래딩층(222)을 구성할 수 있다.
도 3g를 참조하면, 상기 제1 상부 클래딩층(222) 상에 제2 상부 클래딩층(224)을 형성할 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(224)은 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(224)은 상기 제1 상부 클래딩층(224)과 동일한 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 상부 클래딩층(222,224)은 상부 클래딩층(225)에 포함될 수 있다. 상기 상부 클래딩층(225) 상에 오믹층(226)을 형성할 수 있다. 상기 오믹층(226) 상에 전극막(228)을 형성할 수 있다. 상기 전극막(228)은 금속을 포함할 수 있다.
도 3h를 참조하면, 상기 전극막(228), 오믹층(226) 및 상부 클래딩층(225)을 연속적으로 패터닝하여 분리 트렌치(230)를 형성할 수 있다. 상기 분리 트렌치(230)에 의하여, 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1)의 제1 분포 귀환 레이저 다이오드, 상기 변조 영역(P)의 변조 다이오드, 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)의 제2 분포 귀환 레이저 다이오드, 및 상기 증폭 영역(AMP)의 광증폭 다이오드가 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 상기 분리 트렌치(230)을 형성함으로써, 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내의 제1 오믹 패턴(226a) 및 제1 전극(228a), 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내의 제2 오믹 패턴(226b) 및 제2 전극(228b), 상기 변조 영역(P)내의 제3 오믹 패턴(226c) 및 제3 전극(228c)과, 상기 증폭 영역(AMP)내의 제4 오믹 패턴(226d) 및 제4 전극(228d)이 형성될 수 있다. 상기 전극들(228a, 228b, 228c, 228d)은 서로 이격된다. 또한, 상기 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 228d)도 서로 이격된다. 상기 분리 트렌치(230) 내에 분리 절연 패턴(232)을 형성할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 전극막(228)을 형성하기 전에, 상기 오믹층(226) 및 상부 클래딩층(225)을 연속적으로 패터닝하여 상기 분리 트렌치(230)를 형성할 수도 있다. 이 경우에, 상기 분리 트렌치(230) 및 분리 절연 패턴(232)을 형성하여, 상기 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d) 상에 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 전극들(228a, 228b, 228c)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 기판(200) 상에 층간 절연막 및 히터막을 차례로 형성할 수 있으며, 상기 히터막 및 층간 유전막을 연속적으로 패터닝하여, 도 1a 및 도 1b에 개시된 적층된 제1 층간 절연 패턴(234a) 및 제1 마이크로 히터(236a)와, 적층된 제2 층간 절연 패턴(234b) 및 제2 마이크로 히터(236b)를 형성할 수 있다.
한편, 3a 내지 3f를 참조하여 설명한 상기 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)의 제조 방법을 상기 하부 클래딩층(202)에 적용하고, 상부 클래딩층을 활성층(206) 상에 단순히 증착할 수 있다. 이 경우에, 도 2a에 개시된 다중 분포 귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다.
이와는 다르게, 도 3a 내지 도 3f의 회절 격자들의 제조 방법을 이용하여, 상기 하부 클래딩층(202) 내에 상기 제1 및 제2 회절 격자들 중에 하나를 형성하고, 상기 상부 클래딩층(225) 내에 상기 제1 및 제2 회절 격들 중에 다른 하나를 형성할 수 있다. 이로써, 도 2b에 개시된 다중 분포 귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자는 도 1a 및 도 1b에 개시된 다중 분포 귀환 레이저 소자와 유사하다. 상술된 제1 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자를 나타내는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 II-II'을 따라 취해진 단면도이며, 도 4c는 도 4a의 III-III'을 따라 취해진 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 상부 클래딩층(225)의 윗부분에 분리 트렌치(230)가 형성되고, 분리 절연 패턴(232)이 상기 분리 트렌치(230)를 채울 수 있다. 상기 분리 트렌치(230)는 상기 상부 클래딩층(225)을 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역 및 제4 영역으로 구분할 수 있다. 상기 상부 클래딩층(225)의 제1 영역은 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내에 배치되며, 상기 상부 클래딩층(225)의 제2 영역은 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내에 배치된다. 상기 상부 클래딩층(225)의 제3 영역은 변조 영역(P) 내에 배치되고, 상기 상부 클래딩층(225)의 제4 영역은 증폭 영역(AMP) 내에 배치된다. 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)이 상기 상부 클래딩층(225)의 상기 제1 영역 내지 제4 영역들 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)는 상기 상부 클래딩층(225)의 제1 영역 내지 제4 영역들에 각각 자기 정렬될 수 있다. 즉, 상기 분리 절연 패턴(232)는 위로 연장되어, 상기 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226a, 226c, 226d)은 상기 기판(200)의 상부면으로부터 실질적으로 동일한 레벨(level)에 배치될 수 있다.
상기 기판(200) 상에 층간 유전막(234)이 배치될 수 있다. 상기 층간 유전막(234)은 산화물, 질화물 또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다. 제1 마이크로 히터(236a') 및 제1 전극(228a')이 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 층간 유전막(234) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a')는 상기 제1 전극(228a')과 옆으로 이격될 수 있다. 따라서, 상기 제1 마이크로 히터(236a')는 상기 제1 전극(228a')과 중첩되지 않을 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(236a')는 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 활성층(206)의 일부분과 중첩될 수 있으며, 상기 제1 전극(228a')은 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1) 내 상기 활성층(206)의 다른 부분과 중첩될 수 있다. 상기 제1 전극(228a')의 일부분이 아래로 연장되어 상기 층간 유전막(234)을 관통할 수 있다. 이로써, 상기 제1 전극(228a')은 상기 제1 오믹 패턴(226a)에 접속될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제1 마이크로 히터(236a')는 상기 층간 절연막(234)에 의하여 상기 제1 오믹 패턴(226a)과 절연될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 마이크로 히터(236b') 및 제2 전극(228b')이 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 층간 유전막(234) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b')는 상기 제2 전극(228b')과 옆으로 이격될 수 있다. 따라서, 상기 제2 마이크로 히터(236b')는 상기 제2 전극(228b')과 중첩되지 않을 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b')는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 활성층(206)의 일부분과 중첩될 수 있으며, 상기 제2 전극(228b')은 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내 상기 활성층(206)의 다른 부분과 중첩될 수 있다. 상기 제2 전극(228b')의 일부분이 아래로 연장되어 상기 층간 유전막(234)을 관통할 수 있다. 이로써, 상기 제2 전극(228b')은 상기 제2 오믹 패턴(226b)에 접속될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(236b')는 상기 층간 절연막(234)에 의하여 상기 제2 오믹 패턴(226b)과 절연될 수 있다.
제3 전극(228c')이 변조 영역(P) 내 층간 유전막(234) 상에 배치될 수 있으며, 제4 전극(228d')이 증폭 영역(AMP) 내 층간 유전막(234) 상에 배치될 수 있다. 상기 제3 전극(228c')의 일부분이 아래로 연장되어 상기 층간 유전막(234)을 관통할 수 있다. 이로써, 상기 제3 전극(228c')은 상기 제3 오믹 패턴(226c)에 접속될 수 있다. 상기 제4 전극(228d')이 아래로 연장되어 상기 층간 유전막(234)을 관통할 수 있다. 이로써, 상기 제4 전극(228d')이 상기 제3 오믹 패턴(226d)과 접속될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 기판(200)의 상면을 기준으로 하여 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a', 236b')은 상기 제1 내지 제4 전극들(228a', 228b', 228c', 228d')의 적어도 일부분들과 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 전극들(228a', 228b', 228c', 228d')은 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a', 236b')과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a', 236b')은 상술된 제1 실시예의 제1 및 제2 마이크로 히터들(236a, 236b)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c의 다중 분포 귀환 레이저 소자에서도, 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b)은 하부 클래딩층(202) 내에 배치될 수 있다. 이와는 달리, 제1 및 제2 회절 격자들(212a, 212b) 중에서 어느 하나는 하부 클래딩층(202) 배치될 수 있으며, 다른 하나는 상부 클래딩층(225) 내에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 제조 방법은 전극들의 형성 및 히터들의 형성을 제외하고 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 설명한 방법과 동일할 수 있다. 본 실시예에 따른 다중 분포 귀환 레이저 소자의 히터들 및 전극들을 형성하는 일 방법을 간략히 설명한다. 분리 트렌치(230)의 형성으로, 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)을 분리한 후에, 기판(200) 상에 상기 층간 절연막(234)을 형성할 수 있다. 상기 층간 절연막(234)을 관통하여, 상기 제1 내지 제4 오믹 패턴들(226a, 226b, 226c, 226d)을 각각 노출시키는 제1 내지 제4 개구부들을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 제1 내지 제4 개구부들을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 패터닝하여, 상기 히터들(236a', 236b')과, 상기 제1 내지 제4 전극들(228a', 228b', 228c', 228d')을 형성할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 전극들(228a', 228b', 228c', 228d')은 상기 제1 내지 제4 개구부들을 각각 채울 수 있다.
도 4a에서 개시된 바와 같이, 평면적 관점에서 상기 활성층(206)은 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있다.
이와는 다르게, 도 5a에 개시된 바와 같이, 상기 증폭 영역(AMP) 내의 활성층(206m)은 테이퍼 형태(taper shape)일 수도 있다. 이 경우에, 상기 제1 분포 귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P) 및 제2 분포 귀환 영역(DFB2) 내의 활성층(206m)은 평면적 관점에서 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 증폭 영역(AMP)내 활성층(206m)과 중첩된 제4 전극(228dm')의 일부분도 테이퍼 형태일 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 제1 분포 귀환 영역, 변조 영역, 제2 분포 귀환 영역 및 증폭 영역을 포함하는 기판;
    상기 제1 분포 귀환, 변조, 제2 분포 귀환 및 증폭 영역들의 기판 상에 연속적으로 배치된 활성층;
    상기 제1 분포 귀환 영역 내에 배치되고, 상기 제1 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제1 회절격자;
    상기 제2 분포 귀환 영역 내에 배치되고, 상기 제2 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제2 회절격자;
    상기 제1 회절 격자에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터; 및
    상기 제2 회절 격자에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터를 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층 및 상기 기판 사이에 개재된 하부 클래딩층; 및
    상기 활성층 상에 배치된 상부 클래딩층을 더 포함하되,
    상기 하부 클래딩층은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하고, 상기 상부 클래딩층은 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 분포 귀환 영역의 활성층에 제1 레이저 전류를 공급하여, 제1 파장을 갖는 제1 광원이 발진되고,
    상기 제2 분포 귀환 영역의 활성층에 제2 레이저 전류를 공급하여, 제2 파장을 갖는 제2 광원이 발진되고,
    상기 변조 영역의 상부 클래딩층, 활성층 및 하부 클래딩층에 역바이어스를 인가하여, 상기 변조 영역 내에서 전계흡수 현상이 발생되고,
    상기 증폭 영역의 활성층에 증폭 전류를 공급하여, 상기 증폭 영역 내로 공급된 상기 제1 및 제2 광원들이 증폭되는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제1 전극;
    상기 제2 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제2 전극;
    상기 변조 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제3 전극; 및
    상기 증폭 영역 내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제4 전극을 더 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 상부 클래딩층 상부에 배치되고,
    상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 상부 클래딩층과 전기적으로 절연된 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 마이크로 히터는 상기 제1 전극과 중첩되고, 상기 제2 마이크로 히터는 상기 제2 전극과 중첩되되,
    상기 제1 전극 및 제1 마이크로 히터 사이에 개재된 제1 층간 절연 패턴; 및
    상기 제2 전극 및 제2 마이크로 히터 사이에 개재된 제2 층간 절연 패턴을 더 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 분포 귀환 영역 내 활성층의 일부와 중첩되고, 상기 제1 마이크로 히터는 상기 제1 분포 귀환 영역 내 활성층의 다른 일부와 중첩되고,
    상기 제2 전극은 상기 제2 분포 귀환 영역 내 활성층의 일부와 중첩되고, 상기 제2 마이크로 히터는 상기 제2 분포 귀환 영역 내 활성층의 다른 일부와 중첩된 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판의 상부면을 기준으로, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상기 제1 및 제2 전극들의 적어도 일부와 동일한 레벨(level)에 위치한 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 회절 격자는 상기 제1 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층 및 하부 클래딩층 중에 어느 하나의 내부에 배치되고,
    상기 제2 회절 격자는 상기 제2 분포 귀환 영역 내 상부 클래딩층 및 하부 클래딩층 중에 어느 하나의 내부에 배치된 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부 클래딩층 및 상기 활성층 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드 갭(band gap) 파장을 갖는 제1 분리한정 헤테로층(first separate confinement hetero layer); 및
    상기 하부 클래딩층 및 상기 활성층 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드 갭 파장을 갖는 제2 분리한정 헤테로층을 더 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    평면적 관점에서(in plan view), 상기 증폭 영역 내 활성층은 균일한 폭을 갖는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    평면적 관점에서, 상기 증폭 영역 내 활성층은 테이퍼(taper) 형태인 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 마이크로 히터 및 상기 제2 마이크로 히터는 서로 독립적으로 제어되는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제1 회절 격자의 굴절률이 변화되고,
    상기 제2 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제2 회절 격자의 굴절률이 변화되는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 마이크로 히터가 상기 제1 회절 격자에 공급하는 열의 온도는 상기 제2 마이크로 히터가 상기 제2 회절 격자에 공급하는 열의 온도와 다른 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 격자 및 제2 회절 격자 중에서 적어도 하나는 손실 결합 회절 격자(loss-coupled diffraction grating), 이득 결합 회절 격자(gain-coupled diffraction grating), 인덱스 결합 회절 격자(index coupled diffraction grating) 또는 복소 결합 회절 격자(complex coupled diffraction grating) 중에서 어느 하나인 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 격자의 주기는 상기 제2 회절 격자의 주기와 동일한 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 격자의 주기는 상기 제2 회절 격자의 주기와 다른 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층은 다중 양자 우물 구조로 형성된 다중 분포 귀환 레이저 소자.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회절 격자는 n형 또는 p형 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하는 다중 분포 귀환 레이저 소자.
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