KR20130069116A - 반도체 레이저 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 선택된 영역 내에만 레이저 발진을 위한 게르마늄 단결정막을 선택적 에피 성장방법으로 형성되도록 하여, 패브리 페로 양단의 표면 거칠기를 최소화하도록 하고, 반도체 레이저 제작 공정에서 절단 및 연마 공정 필요 없도록 한다.

Description

반도체 레이저 및 그의 제조방법{Semiconductor LASER and method of fabricating the same}
본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히 모노리식 집적화를 용이하게 할 수 있는 반도체 레이저 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
CMOS (complementary metal oxide semiconductor) 소자의 발전이 데이터 전송속도 한계, 소비전력의 한계 등에 직면하게 됨에 따라 실리콘 웨이퍼 상에 광-인터커넥션을 구현하는 기술이 한층 더 주목을 받게 되었다.
광 트랜스미터, 광 리시버 및 광 수동 소자가 많은 연구 개발을 거쳐 일부 적용 단계에 이르고 있다. 하지만, 실리콘 기판 상에 모노리식 집적 (monolithic integration)이 가능하면서 외부로부터의 광-펌핑을 필요로 하지 않는 광원은 아직 개발되지 않은 상태이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 게르마늄을 실리콘 기판 위에 성장하여 레이저를 제작하려는 연구가 진행 중이다.
게르마늄 반도체 레이저가 실리콘 기판 상에 제조되면, 실리콘 재료의 특성상, 이득 매질 (게르마늄막) 양단에 경면을 얻기 위해 벽개면을 따라 절단하는 (cleaving) 것이 어려워, 쏘잉(sawing) 후 경면 연마 (polishing)하는 방법을 사용해야 하는데, 기판 상에 광변조기, 광검출기, 파장다중화기 등의 광 소자들과 모노리식하게 집적하기 위해서는 이 방법도 적용할 수가 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 레이저 제조시 절단 및 패브리 페로 공동 (Fabry Perot cavity) 양단의 경면 (facet) 연마 공정을 생략할 수 있는 반도체 레이저 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 모노리식 집적화를 용이하게 할 수 있는 반도체 레이저 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 레이저 제조방법은, 기판 상에 마스크막을 형성하고; 상기 마스크막을 패터닝하여, 상기 기판을 노출하는 개구부를 형성하는 마스크 패턴을 형성하고; 상기 개구부에 게르마늄 단결정막을 선택적 에피택시 방법으로 형성하여 패브리 페롯 공동을 제공하고; 그리고 상기 게르마늄 단결정막 상에 전극을 형성하는 것을 포함한다. 여기서, 상기 마스크 패턴을 형성하는 것은, 상기 마스크 패턴의 측면에서의 표면 거칠기를 개선하기 위해, 건식 식각 공정 및 습식 식각 공정 중 어느 하나로 상기 마스크막을 먼저 패터닝한 후에 나머지 하나로 상기 마스크 막을 다시 패터닝하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스크막은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 마스크막은 불산에 의해 습식 식각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 실리콘 기판 또는 소이 (SOI, silicon on insulator) 기판일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 패브리 페로 공동의 일단에 인접하여 스페이서를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스페이서는 금속 또는 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 스페이서는 그레이팅 미러를 포함할 수 있다. 상기 그레이팅 미러는 포토닉 밴드갭 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스페이서와 패브리 페롯 공동은 상기 마스크 막에 의해 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 패브리 페롯 공동의 타단에 인접하여 광결합기를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광결합기는 광 도파로일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 도파로는 실리콘 단결정 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패브리 페로 공동의 일단과 상기 스페이서 사이 및 상기 패브리 페로 공동의 타단과 상기 광결합기 사이는 상기 마스크막으로 채워질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 패브리 페로 공동의 상부면은 상기 스페이서 및 상기 광결합기의 상부면과 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 레이저는, 기판; 상기 기판 상에 선택적 에피택시 방법으로 성장된 게르마늄 단결정의 패브리 페로 공동; 상기 패브리 페로 공동의 일단에 인접하여 이격된 스페이서; 및 상기 패브리 페로 공동의 타단에 인접하여 이격된 광결합기를 포함한다. 여기서, 상기 패브리 페로 공동의 상부면의 높이는 상기 스페이서 또는 상기 광결합기의 높이와 다를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 기판 상에 레이저 이득 물질을 선택적 에피택시 성장함으로써, 절단 및/또는 패브리 페로 양단의 경면의 연마가 필요 없이 반도체 레이저를 제작할 수 있다.
나아가, 소이 기판 위에 실리콘 포토닉스 기술로 제작된 실리콘 광 모듈레이터, 수동 도파로 소자, 광 검출기 등의 광 소자들을 모노리식 집적화 (monolithic integration)할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반도체 레이저를 제조하는 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 반도체 레이저가 광결합기와 연결된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 6의 II-II' 선에 따른 단면도이다.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 부품들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 층들에서 배치된 구조나 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 형태로 구성될 수 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함될 수 있으며, 반도체 레이저의 제조 및 동작에 대한 기본적 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않았음에 유의한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 반도체 레이저를 제조하는 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판이 준비된다. 상기 반도체 기판(10)은 소이 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판(10)은 실리콘 기판(11), 매립 산화막(13), 및 상부 실리콘막(15)을 포함할 수 있다. 상부 실리콘막(15)은 전류 주입을 위한 전극 형성을 위해 도전성 불순물로 in-situ 도핑된 에피층을 포함할 수 있다. 또한, 상부 실리콘막(15)은 임플란트 방법에 의해 도핑된 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 상기 상부 실리콘막(15)과 상기 매립 산화막(13) 사이의 굴절률 차에 의해 빛이 상부 실리콘막(15)에 형성하는 도파로를 따라 가이드 되어 전파할 수 있으며, 이를 활용하여, 실리콘 광도파로, 모듈레이터, 광검출기, 링-필터 등의 광소자들을 모노리식하게 형성할 수 있다. 상기 반도체 기판(10)에 광소자를 형성하는 이른바 실리콘 포토닉스 기술은, 저렴하고 대면적을 갖는, 실리콘 기판을 사용하여 고성능의 광소자를 형성할 수 있다. 실리콘 포토닉스 기술은 드라이버, 증폭 회로 등의 전자 집적회로를 광소자와 모노리식하게 집적할 수 있도록 한다.
도면들에서는 소이 기판이 반도체 기판(10)으로 도시되지만, 여기에 한정되지 않고 벌크 실리콘이 반도체 기판(10)으로 사용될 수도 있다. 또한, 벌크 실리콘 반도체 기판(10)에 일례로 LOCOS (local oxidation) 등의 부분 열산화 방법으로 형성된 국소 소이 영역에 광소자를 제작하여 본 발명에 의한 반도체 레이저와 집적할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 반도체 기판(10) 위에, 예를 들면 LPCVD 방법으로 마스크막(21)을 형성한다. 상기 마스크막(21)은, 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 마스크막(21)을 패터닝하여, 상기 상부 실리콘막(15)을 노출한다. 이에 따라, 상기 마스크막(21)의 일부분이 리세스되어, 개구부(23)가 형성된다. 상기 개구부(23)는 상기 상부 실리콘막(15)을 노출한다.
상기 마스크막(21)을 패터닝하는 공정이 보다 상세하게 설명된다. 상기 마스크막(21) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 마스크막(21)을 식각한다. 상기 식각 공정은 건식 식각 공정과 습식 식각 공정을 포함한다. 예를 들어, 상기 마스크막(21)은 건식 식각 공정으로 식각된 다음 다시 습식 식각 공정으로 식각될 수 있다. 반대로, 상기 마스크막(21)은 습식 식각 공정으로 패터닝된 다음 다시 건식 식각 공정으로 패터닝될 수 있다. 따라서, 상기 마스크막(21)은 건식 식각 공정과 습식 식각 공정의 조합에 의해 패터닝될 수 있다. 상기 건식 식각 공정은 RIE(Reactive Ion Etch), 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 공정일 수 있다. 상기 습식 식각 공정은 마스크막(21)을 식각하는 불산과 같은 강산성 식각액(etchant)에 의해 수행될 수 있다. 상기 건식 식각 공정과 상기 습식 식각 공정의 결합은, 패터닝된 마스크막(21) 측면(facet)의 표면 거칠기를 최소화하고, 식각 면이 최대한 수직이 되도록 최적화 된다.
도 4를 참조하면, 상기 개구부(25)에 게르마늄 단결정막(25)을 선택적으로 형성한다. 상기 게르마늄 단결정막(25)은 선택적 에피택시 성장에 의하여 형성될 수 있다. 상기 선택적 에피택시 성장은 감압 화학적 기상 증착(reduced pressure chemical vapor deposition) 방법, 또는 저압 화학적 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition) 방법으로 구현될 수 있다. 상기 선택적 에피택시얼 성장은 플로우 가스로 수소 가스를 사용할 수 있다. 상기 게르마늄 소스는 사수소화 게르마늄(Germanium Tetrahydride: GeH4)일 수 있다. 상기 게르마늄 단결정막(25)의 가장자리는 (111), (113) 등의 결정면의 출현에 의해 경사질 수 있다. 이의 평탄화를 위해 CMP (chemico-mechanical planarization (polishing)) 등의 연마과정을 적용할 수도 있다.
도 5를 참조하여, 상기 게르마늄 단결정막(25) 상에 n-형 이나 p-형으로 도핑된컨택 층(28)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 레이저는 제1 및 제2 경면들(26, 27)에서의 광의 반사에 의하여 제공된다. 상기 게르마늄 단결정막(25)은 패브리 페로 공동의 역할을 한다. 도시되지는 않았지만, 컨택 층(28) 상에 상부 전극이 형성될 수 있다.
전술한 방법으로, 상기 패터닝된 마스크막(21) 측면의 표면 거칠기를 최소화하는 것을 전제로 하고 있으므로, 상기 게르마늄 단결정막(25)의 상기 제1 및 제2 면들(26, 27)이 경면으로 작용하게 되어, 패브리 페로 공동 형성을 위한 별도의 연마과정이 필요 없게 된다. 일반적인 방법에 의하면, 게르마늄 단결정막을 형성한 후, 이를 절단하고 절단된 게르마늄 단결정막 양단의 경면을 연마하여 표면 거칠기를 줄여야 하나, 이 방법으로는 벌크 실리콘 혹은 소이 기판 위의 다른 광소자들과 모노리식 집적하는 것이 불가능하게 된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 반도체 레이저가 광결합기와 모노리식 집적된 것이 나타나 있다.
상기 게르마늄 단결정막(25)을 형성하기 전 또는 후에, 스페이서(31) 및 광결합기(33)가 동일한 반도체 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 7을 참조하여, 상기 반도체 기판(10) 상에 상기 스페이서(31) 및 상기 광결합기(33)를 형성한다. 상기 마스크막(21)을 형성하여, 상기 스페이서(31) 및 상기 광결합기(33)을 덮는다. 이후, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 공정으로 상기 게르마늄 단결정막(25)이 형성될 수 있다. 또한, 도 8을 참조하여, 상기 마스크막(21) 상에서 상기 게르마늄 단결정막(25) 양측의 단결정 실리콘막(15)에 전기적으로 접촉(contact)되는 전극 패드들(29)이 형성될 수 있다.
상기 스페이서(31)는 상기 게르마늄 단결정막(25)의 일단에 인접하여 형성된다. 상기 스페이서(31)는 상기 게르마늄 단결정막(25)으로부터 제1 간격(0≤1) 만큼 이격된다. 즉, 상기 스페이서(31)와 게르마늄 단결정막(25)은 접촉될 수 있다. 또한 상기 스페이서(31)와 게르마늄 단결정막(25)은 상기 마스크막(21)에 의해 서로 이격될 수 있다. 상기 스페이서(31)는 상기 마스크막(23)과 다른 물질로 구성될 수 있다. 상기 스페이서(31)는, 예를 들면 백금, 은, 알루미늄과 같은 금속 또는 상기 마스크 막(21)과 굴절률이 다른 어떤 종류의 막으로 형성될 수 있으며, 다층막의 반사율 조건에 의해 최대 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 상기 스페이서(31)은 그레이팅 미러를 포함할 수 있다. 상기 그레이팅 미러는 포토닉 밴드갭 구조를 가질 수 있다. 또한, 스페이서(31)는 상기 게르마늄 단결정막(25)의 제 1 경면(도 6의 26)을 노출하는 트렌치에 형성된 빈 공간을 포함할 수 있다. 상기 광결합기(33)는 상기 게르마늄 단결정막(25)의 타단에 인접하여 형성된다. 상기 광결합기(33)은 실리콘 단결정 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 광 도파로일 수 있다. 상기 광결합기(33)는 상기 게르마늄 단결정막(25)으로부터 제2 간격(d2)만큼 이격된다. 상기 제1 간격(d1) 및 상기 제2 간격(d2)을 조절함에 따라, 상기 게르마늄 단결정막(25) 양단의 반사율이 적절하게 조절될 수 있다. 상기 게르마늄 단결정막(25)의 일단은 상기 게르마늄 단결정막(25)의 타단 (광결합기 측) 보다 더 큰 반사율을 갖는다. 상기 게르마늄 단결정막(25)의 일단과 상기 스페이서(31) 사이 및 상기 게르마늄 단결정막(25)의 타단과 상기 광결합기(33) 사이는 전술한 마스크막(21)으로 채워진다. 상기 마스크막(21)은 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 게르마늄 패브리 페롯 공동(25)에서 발진된 레이저 빛은 상기 광결합기(33)로 입사되어 광도파로를 따라 가이드 되어 진행되어간다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저는 소이 또는 벌크 실리콘 기판 위에 실리콘 포토닉스 기술로 제작된 실리콘 광 모듈레이터, 수동 도파로 소자, 광 검출기 등의 광 소자들을 모노리식하게 집적할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서를 통해 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 반도체 기판 11: 실리콘 기판
13: 매립 산화막 15: 상부 실리콘막
21: 마스크막 23: 개구부
25: 게르마늄 단결정막 26, 27: 제1 및 제2 경면들
28: 컨택층 (n-형 또는 p-형) 29: 전극 패드
31: 스페이서 33: 광결합기

Claims (20)

  1. 기판 상에 마스크막을 형성하고;
    상기 마스크막을 패터닝하여, 상기 기판을 노출하는 개구부를 형성하는 마스크 패턴을 형성하고;
    상기 개구부에 게르마늄 단결정막을 선택적 에피택시 방법으로 형성하여 패브리 페롯 공동을 제공하고; 그리고
    상기 게르마늄 단결정막 상에 전극을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 마스크 패턴을 형성하는 것은, 상기 마스크 패턴의 측면에서의 표면 거칠기를 개선하기 위해, 건식 식각 공정 및 습식 식각 공정 중 어느 하나로 상기 마스크막을 먼저 패터닝한 후에 나머지 하나로 상기 마스크 막을 다시 패터닝하는 것을 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크막은 실리콘 산화물로 형성되는 반도체 레이저 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마스크막은 불산에 의해 습식 식각되는 반도체 레이저 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판 또는 소이 기판인 반도체 레이저 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동의 일단에 인접하여 스페이서를 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스페이서는 금속 또는 실리콘 산화막을 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 스페이서는 그레이팅 미러를 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 그레이팅 미러는 포토닉 밴드갭 구조를 갖는 반도체 레이저 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 스페이서와 패브리 페로 공동은 상기 마스크 막에 의해 서로 이격된 반도체 레이저 제조방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동의 타단에 인접하여 광결합기를 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광결합기는 광 도파로인 반도체 레이저 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광 도파로는 실리콘 단결정 또는 실리콘 질화막을 포함하는 반도체 레이저 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동의 일단과 상기 스페이서 사이 및 상기 패브리 페로 공동의 타단과 상기 광결합기 사이는 상기 마스크막으로 채워진 반도체 레이저 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동의 상부면은 상기 스페이서 및 상기 광결합기의 상부면과 다른 높이를 갖도록 형성되는 반도체 레이저 제조방법.
  15. 기판;
    상기 기판 상에 선택적 에피택시 방법으로 성장된 게르마늄 단결정의 패브리 페로 공동;
    상기 패브리 페로 공동의 일단에 인접하여 이격된 스페이서; 및
    상기 패브리 페로 공동의 타단에 인접하여 이격된 광결합기를 포함하고,
    상기 패브리 페로 공동의 상부면의 높이는 상기 스페이서 또는 상기 광결합기의 높이와 다른 반도체 레이저.
  16. 청구항 15 있어서,
    상기 스페이서는 금속 또는 실리콘 산화막을 포함하는 반도체 레이저.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동은 상기 스페이서와 인접하는 방향으로 제 1 경면을 갖되, 상기 스페이서는 상기 제 1 경면을 노출하는 트렌치를 포함하는 반도체 레이저.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광결합기는 광 도파로인 반도체 레이저.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 광 도파로는 실리콘 단결정 또는 실리콘 질화막을 포함하는 반도체 레이저.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 패브리 페로 공동의 일단과 상기 스페이서 사이 및 상기 패브리 페로 공동의 타단과 상기 광결합기 사이는 실리콘 산화막으로 채워진 반도체 레이저.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101865752B1 (ko) * 2011-12-07 2018-06-12 한국전자통신연구원 광 검출기의 형성 방법
US9231131B2 (en) * 2014-01-07 2016-01-05 International Business Machines Corporation Integrated photodetector waveguide structure with alignment tolerance

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7627018B1 (en) * 2000-05-26 2009-12-01 Opticomp Corporation Polarization control using diffraction gratings in VCSEL waveguide grating couplers
US7194016B2 (en) * 2002-03-22 2007-03-20 The Research Foundation Of The University Of Central Florida Laser-to-fiber coupling
US6831784B2 (en) * 2003-03-31 2004-12-14 Kyocera Corporation Multilayered optical thin-film filter, method of designing the same and filter module utilizing the same
KR101110767B1 (ko) * 2003-07-14 2012-02-24 플렉스 프로덕츠, 인코포레이티드 노출 및/또는 은폐 패턴층을 갖는 보안 물품과 그 제조 방법
CA2490603C (en) * 2003-12-24 2012-12-11 National Research Council Of Canada Optical off-chip interconnects in multichannel planar waveguide devices
US7596158B2 (en) 2005-10-28 2009-09-29 Massachusetts Institute Of Technology Method and structure of germanium laser on silicon
JP2009193069A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Jds Uniphase Corp 光学的な特殊効果フレークを含むレーザ印刷用の媒体
US8031991B2 (en) * 2008-05-28 2011-10-04 Lightwire Inc. Low index, large mode field diameter optical coupler
US8253211B2 (en) * 2008-09-24 2012-08-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor sensor structures with reduced dislocation defect densities
US7961765B2 (en) * 2009-03-31 2011-06-14 Intel Corporation Narrow surface corrugated grating
JP2011124442A (ja) * 2009-12-11 2011-06-23 Panasonic Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
US20110198711A1 (en) * 2010-02-13 2011-08-18 Ivan Padron System and method for an integrated electronic and optical mems based sensor
JPWO2011111436A1 (ja) * 2010-03-08 2013-06-27 株式会社日立製作所 ゲルマニウム発光素子
US20110299166A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-08 Aegis Lightwave, Inc. Thermally Tunable Optical Filter with Single Crystalline Spacer Fabricated by Fusion Bonding

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9231372B2 (en) 2013-11-28 2016-01-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor laser and method of fabricating the same

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