KR20130120266A - 분포 궤환형 레이저 다이오드 - Google Patents

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임영안
권오균
한영탁
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Abstract

본 발명은 분포 궤환형 레이저 다이오드를 제시한다. 이의 레이저 다이오드는 기판과, 상기 기판 상에서 회절격자를 갖는 하부 클래드 층과, 상기 하부 클래드 층 상에 배치된 활성 층과, 상기 활성 층 상에 배치된 제 1 상부 클래드 층과, 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 제 1 방향으로 배치된 위상 이동 영역과, 상기 위상 이동 영역 상에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 배치된 배치된 리지 도파로 층을 포함한다.

Description

분포 궤환형 레이저 다이오드 {distributed feedback laser diode}
본 발명은 광학 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 단일 모드 분포 궤환형 레이저 다이오드에 관한 것이다.
분포 궤환형 레이저 다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode: DFB-LD)는 우수한 발진특성과 변조특성을 갖기 때문에 다양한 종류의 초고속 광통신 시스템에 적용되고 있다. 소자의 변조특성은 레이저 다이오드 자체의 공진특성 및 기생효과에 영향을 받으며, 단일모드 특성은 출력단면의 반사율, 회절격자 (grating) 형태, 결합계수 (coupling coefficient) 등과 같은 소자 구조와 밀접한 연관성을 가지고 있다.
분포 궤환형 레이저 다이오드는 활성층 상단 혹은 하단에 굴절율 혹은 손실이 주기적으로 반복되는 회절격자(grating)가 배치되는 구조를 갖는다. 레이저 광은 분포 궤환형 레이저 다이오드내 광도파로의 유효 굴절율 변화 구조, 즉 굴절율 결합형 회절격자(index-coupled grating)에서 브래그 조건(Bragg condition)에 만족되는 파장으로 발진될 수 있다. 회절격자는 스톱 밴드(stop band)사이의 두 파장에서 위상조건을 만족하여 레이저 광을 발진시킬 수 있다. 회절격자는 레이저 광의 스펙트럼에서 두 파장에서 발진을 시킬 수 있다. 회절격자를 갖는 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드의 종류를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 그의 종단면에 배치된 고굴절 반사(HR: high reflection) 코팅과 무반사(AR: anti-reflection) 코팅을 가질 수 있다. 레이저 광의 파장은 회절격자의 결합 계수, HR 코팅의 반사율, 동작 전류에 따라 매우 유동적으로 가변되기 때문에 제한적인 발진 특성을 가질 수 있다. 따라서, 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 HR 코팅면에서의 회절격자의 위상이 random 하게 나타나기 때문에 약 20% 이내의 낮은 단일모드의 수율을 갖는 단점이 있었다.
둘째, 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 캐버티(cavity) 내의 임의의 지점에서 쿼터 파장(quarter wavelength) 만큼 이동된 위상이동 회절격자를 포함할 수 있다. 그러나, 위상이동 회절격자는 전자빔 리쏘그래피(Electron-beam lithography)와 같은 고가의 장비에 의해 정밀 제조되어야 하기 때문에 생산성이 떨어질 수 있다.
셋째, 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 굴절율 결합형 회절격자 구조에서 광 손실 (optical loss) 혹은 광 이득 (optical gain)을 축방향으로 변화시킨 이득형/복합형 회절격자를 가질 수 있다. 그러나, 종래의 복합형(complex-coupled) 분포 궤환형 레이저 다이오드는 소자의 광 손실 혹은 광 이득 변화에 의해 발진 파장이 변화하기 때문에 동작 파장의 제어가 어려운 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단일 모드의 수율을 극대화할 수 있는 분포 궤환형 레이저다이오드를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저다이오드는, 기판; 상기 기판 상에서 회절격자를 갖는 하부 클래드 층; 상기 하부 클래드 층 상에 배치된 활성 층; 활성 층 상에 배치된 제 1 상부 클래드 층; 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 제 1 방향으로 연장된 위상 이동 영역; 및 상기 위상 이동 영역 상에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장된 리지 도파로 층을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 이동 영역 및 상기 리지 도파로 층 아래, 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 배치된 제 1 식각중단층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 위상 이동 영역은, 상기 제 1 식각중단층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 2 상부 클래드 층; 및 상기 제 2 상부 클래드 층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 2 식각중단층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 상부 클래드 층, 제 2 상부 클래드 층 및 리지 도파로 층은, 인듐인, 알루미늄갈륨아세나이드, 또는 인듐갈륨인 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 식각중단층들은 인듐갈륨아세나이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 활성 층과 상기 제 1 상부 클래드 층 사이에 배치된 제 1 광가둠 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 상부 클래드 층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 1 식각중단 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 이동 영역은 상기 제 1 상부 클래드 층과 상기 제 1 식각중단층 사이에 배치된 제 2 광가둠 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2 광가둠 층은 인듐갈륨아세나이드인 또는 알루미늄갈륨아세나이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 제 2 광가둠 층 상부와 상기 제 1 식각중단층 아래에 배치된 배치된 제 2 상부 클래드 층을 더 포함하는 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 리지 도파로 층은 역 메사 구조를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 평탄 층들 사이의 활성 층 상에 배치되고, 상기 활성 층으로부터 생성된 레이저 광에 대해 유효 굴절률 변화량을 갖는 영역을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 분포 궤환형 레이저다이오드의 위상조건이 변화되어 단일모드의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 유효 굴절률 변화량의 크기에 따른 스펙트럼들을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 제 2 식각중단층을 기준으로 깊이에 따른 굴절률의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 발진된 레이저 광의 도파모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7의 제 1 식각중단층을 기준으로 깊이에 따른 굴절률의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 발진된 레이저 광의 도파모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 11과 도 12는 종래와 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에서의 광자 밀도 분포를 나타낸 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 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 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 활성 층(30) 상에 제 1 방향으로 연장된 위상 이동 영역(60)과, 상기 위상 이동 영역(60)에 교차되는 제 2 방향으로 연장된 리지 도파로 층(70)을 포함할 수 있다. 리지 도파로 층(70)은 활성 층(30)의 상부 표면에서 좁고 전극(80)의 하부 표면에서 넓은 역 메사 구조를 가질 수 있다. 평탄 층(71)은 리지 도파로 층(70)과 위상 이동 영역(60)과 동일한 높이로 그들을 둘러쌀 수 있다. 평탄 층(71)은 폴리 이미드 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 고분자(polymer)를 포함할 수 있다. 리지 도파로 층(70) 및 활성 층(30)은 제 2 방향으로 레이저 광을 전파시킬 수 있다. 위상 이동 영역(60)은 리지 도파로 층(70)을 따라 전달되는 레이저 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 레이저 광은 위상 이동 영역(60)이외의 도파로 층(70)에서 제 1 유효 굴절률(first effective refractive index, neff)로 진행 수 있다. 반면, 레이저 광은 위상 이동 영역(60)에서 제 1 유효 굴절률(neff)과 다른 제 2 유효 굴절률(neffc)로 전파될 수 있다. 레이저 광은 제 1 유효 굴절률(neff)과 제 2 유효 굴절률(neffc)차에 대응되는 유효 굴절량 변화량(Δneff=neffc-neff)에 의해 단일 모드(도 6의 90)로 발진될 수 있다.
기판(10)과 전극(80)에 소정의 전압이 인가되면, 활성 층(30)에서 회절격자(22)의 간격에 대응되는 파장을 갖는 레이저 광이 발진될 수 있다. 전극(80)은 리지 도파로 층(70) 상에 제 2 방향으로 배치될 수 있다. 회절격자(22)은 하부 클래딩(20) 내에 배치될 수 있다. 하부 클래딩(20)과 활성 층(30)은 제 1 폭(first width, L)을 가질 수 있다. 위상 이동 영역(60)은 제 1 폭(L)보다 작은 제 2 폭(second width, l)을 가질 수 있다.
활성 층(30)의 제 1 폭(L)과 레이저 광은 수학식 1과 같은 상관 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00001
여기서, β는 레이저 광의 전파상수이다. β는 2πneff/λ에 대응될 수 있다. λ는 레이저 광의 동작 파장이다. β0은 β0은 π/Λ에 대응될 수 있다. Λ은 회절격자(22)의 주기이다. m은 회절격자(22)의 차수로서, 0, ±1, ±2 ...일 수 있다. 레이저 광은 통상 0차수의 회절격자(22)을 통해 발진될 수 있다. 이때 수학식 1은 +π와 -π 각각에서의 위상 조건을 만족할 수 있다. 따라서, 회절격자(22)을 갖는 하부 클래딩(20)과, 제 1 선폭(L)을 갖는 활성 층(30)는 수학식 1로부터 도출되는 복수개의 제 1 및 제 2 파장 대(λ1, λ2)의 레이저 광이 발진될 수 있다. 다시, 위상 천이 영역으로서 위상 이동 영역(60)의 제 2 폭(l)은 수학식 2와 같은 위상 조건을 가질 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Δβ는 2πΔneff/λ에 대응될 수 있다. Δneff는 위상 이동 영역(60)과 리지 도파로(70)의 유효굴절율 차(neffc - neff)이다. Δβl은 ±π에 대응될 수 있다. 수학식 1과 수학식 2을 정리하면, 수학식 3이 도출될 수 있다.
Figure pat00003
유효굴절률 변화량(Δneff)이 증가될 경우 제 2 폭(l)은 감소하고, 유효굴절률 변화량(Δneff)이 감소될 경우 제 2 폭(l)은 증가될 수 있다. 예를 들어, 동작 파장이 1300nm이고, neff가 3.25이고, 회절격자(22)의 주기 Λ는 200nm이고, 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 약 6X10-3일 때 위상 이동 영역(60)의 제 2 폭(l)은 약 108um일 수 있다.　따라서, 위상 이동 영역(60)은 유효 굴절률 변화량(Δneff)에 반비례하여 증감되는 제 2 폭(l)가질 수 있다. 따라서, 약 6X10- 3정도의 유효 굴절률 변화량(Δneff)에서 단일 모드(90)의 레이저 광을 발진 시킬 수 있다.
도 2는 유효 굴절률 변화량(Δneff)의 크기에 따른 스펙트럼들을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 리지 도파로(70)와 위상 이동 영역(60)의 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 있을 때 단일 모드(90)의 레이저 광이 발진되고, 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 없을 때 이중 모드이상의 다중 모드의 레이저 광이 발진될 수 있다. 도 2의 가로 축은 레이저 광의 발진 파장이고, 세로 축은 정규화된 출력 파워이다. 분포 궤환형 레이저 다이오드의 제 1 폭(L)은 300um이고, 제 2 선폭(l)은 약 100um 이다. 정규화 결합계수 (normalized coupling coefficient)는 2이다. 예를 들어, 유호 굴절률의 변화량(Δneff)이 0일 때, 약 1545.nm와 1547.8nm파장의 레이저 광이 발진될 수 있다. 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 약 2X10-3일 때, 약 1545.9nm파장의 레이저 광이 발진될 수 있다. 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 약 4X10-3일 때, 약 1547nm파장의 레이저 광이 발진될 수 있다. 그리고, 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 약 6X10-3일 때, 약 1546.5nm 파장의 레이저 광이 발진될 수 있다. 따라서, 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 유효 굴절률 변화량(Δneff)이 약 6X10-3일 때, 단일 모드(90)의 레이저 광을 발진 시킬 수 있다.
이와 같은 유효 굴절률 변화량(Δneff)을 갖는 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에 대해 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 제 2 식각중단층(64) 기준의 깊이에 따른 굴절률의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 3및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드는 기판(10)과, 하부 클래드 층(20)과, 활성 층(30)과, 제 1 상부 클래드 층(40)과, 제 1 식각중단층(50)과, 위상 이동 영역(60)과, 리지 도파로 층(70)과, 전극(80)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 InP, 또는 GaAs를 포함할 수 있다. 하부 클래드 층(20)은 InP, AlGaAs, InGaP를 포함할 수 있다. 활성 층(30)은 다중양자우물 구조(multiple quantum well structure)의 InGaAsP, InGaAlAs, AlGaAs, GaAs, InGaAs을 포함할 수 있다. 제 1 상부 클래드 층(40)은 InP, AlGaAs, 또는 InGaP를 포함할 수 있다. 제 1 식각중단층(50)은 InGaAs를 포함할 수 있다. 위상 이동 영역(60)은 제 2 상부 클래드 층(62)과, 제 2 식각중단층(64)을 포함할 수 있다. 제 2 상부 클래드 층(62)은 제 1 상부 클래드 층(40)과 동일한 재질을 가질 수 있다. 제 2 식각중단층(64)은 제 1 중단층(50)과 동일한 InGaAs를 포함할 수 있다. 리지 도파로 층(70)은 제 1 상부 클래드 층(40)과 동일한 InP, AlGaAs, 또는 InGaP를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 상부 클래드 층(62, 64)과 리지 도파로 층(70)은 제 1 및 제 2 식각중단층들(50, 64)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 도 4의 가로 축은 하부 클래드 층(20) 내지 리지 도파로 층(70)까지의 깊이를 나타내고, 세로 축은 굴절률을 나타낸다. 위상 이동 영역(60)은 제 2 식각중단층(64)에 의해 제 1 유효 굴절률(neff)과 다른 제 2 유효 굴절률(neffc)을 가질 수 있다. 제 2 식각중단층(64)은 약 50nm 정도의 제 1 두께(d)일 때, 리지 도파로 층(70)을 따라 전파되는 레이저 광에 대해 약 0.006정도의 유효 굴절률 변화량(Δneff)을 유도시킬 수 있다. 위상 이동 영역(60)은 레이저 광에 대해 0.006정도의 유효 굴절률 변화량을 가질 때, 높은 수율의 단일 모드(90)를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드는 단일모드의 수율을 극대화할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 발진된 레이저 광의 도파모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 5을 참조하여, 제 2 식각중단층(64)이 0 nm로 제거된 도파 모드는 얇게 퍼진 단일 모드(90)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 유효굴절률(neff, neffc)은 약3.2553으로 동일할 수 있다.
반면, 도 6을 참조하여, 제 2 식각중단층(64)이 약 120nm인 본 발명의 제 1 실시예에서의 도파 모드는 중심 방향으로 넓게 모아진 단일 모드(90)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 유효굴절률(neff)는 약 3.2553이고, 제 2 유효 굴절률(neffc)는 약 3.2697이다. 제 2 식각중단층(64)이 약 120nm제 1 두께(d)일 때, 단일 모드(90)의 레이저 광에 대한 유효 굴절률 변화량(Δneff)은 약 0.0144 정도일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다. 도 8은 도 7의 제 1 식각중단층(50)을 기준으로 깊이에 따른 굴절률의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드는 활성 층(30)과 제 1 상부 클래드 층(40) 사이에 배치된 제 1 광가둠 층(separate confinement hetero-structure, 92)과, 상기 제 1 상부 클래드 층(40)과 제 2 상부 클래드 층(40) 사이에 배치된 제 2 광가둠 층들(94)을 포함할 수 있다. 활성 층(30)은 다중 양자우물 구조의 InGaAsP, InGaAlAs, AlGaAs, GaAs, 또는 InGaAs을 포함할 수 있다. 제 1 광가둠 층(92)은 활성 층(30)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 InGaAsP, 또는 AlGaAs를 포함할 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 제 1 식각중단 층(50) 아래에 배치될 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 활성 층(30) 및 리지 도파로 층(70) 사이에 배치된 위상 이동 영역(60)이 될 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 도파로 층(70)을 따라 진행되는 레이저 광에 대해 유효 굴절률 변화량(Δneff)을 유도할 수 있다. 제 2 상부 클래드 층(62)은 제 2 광가둠 층 층(94)과 제 1 식각중단층(50) 사이에 배치될 수 있다.
위상 이동 영역(60)의 제 2 유효 굴절률(neffc)은 제 2 광가둠 층(94)의 두께에 따라 증감될 수 있다. 도 8의 가로 축은 하부 클래드 층(20)에서 리지 도파로 층(70)까지의 깊이를 나타내고, 세로 축은 굴절률을 나타낸다. 리지 도파로 층(70)은 위상 이동 영역(60)의 외곽에서 활성 층(30)에서 생성된 레이저 광에 대한 제 1 유효 굴절률(neff)을 가질 수 있다. 위상 이동 영역(60)은 제 1 유효 굴절률(neff)과 다른 제 2 유효 굴절률(neffc)을 가질 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 약 30nm정도의 제 2 두께(t)일 때, 약 0.006정도의 유효 굴절률 변화량(Δneff)을 유도시킬 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)은 리지 도파로 층(70)을 따라 도파되는 레이저 광에 대해 0.006정도의 유효 굴절률 변화량을 가질 때, 높은 수율의 단일 모드(90)를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드는 단일 모드(90)의 수율을 극대화할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 발진된 레이저 광의 도파모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 도파 모드는 약 0nm와 약 80 nm의 제 2 두께(t)를 갖는 제 2 광가둠 층(94)을 포함한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 생성된다. 제 2 광가둠 층(94)이 제거될 때, 도파 모드는 제 1 및 제 2 유효굴절률(neff, neffc)이 동일한 약3.251일 수 있다. 제 2 광가둠 층(94)이 80nm일 때, 도파 모드는 약 3.251정도의 제 1 유효굴절률(neff)과, 약 3.266정도의 제 2 유효 굴절률(neffc)을 가질 수 있다. 유효 굴절률 변화량(Δneff)은 약 0.015 정도일 수 있다. 제 2 실시예에 따르면, 약 30nm 제 2 두께(t)의 제 2 광가둠 층(94)은 0.006 정도의 유효 굴절률 변화량(Δneff)을 유도할 수 있다.
종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 높은 LSHB(Longitudinal Spatial Hole Burning)에 의해 낮은 광 출력을 갖고, 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 낮은 LSHB와 높은 광 출력을 구현할 수 있다.
도 11과 도 12는 각각 종래와 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드에서 회절격자의 결합계수가 동일한 경우의 레이저 다이오드 해석 툴을 사용해서 얻은 공진기내의 정규화된 광자 밀도 분포를 나타낸 그래프들이다. 여기서, 가로 축은 레이저 공진기의 길이이고, 세로 축은 정규화된 광자 밀도이다.
도 11을 참조하면, 종래의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 약 300㎛ 길이의 공진기(미도시) 내에서 약 2.8배 정도의 광자 밀도 차이가 크게 나타나고 있다. 이러한 광자 밀도의 차이는 축방향 공간 홀 버닝 효과에 의해 레이저 발진 특성이 저하될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 분포 궤환형 레이저 다이오드는 약 300㎛ 길이의 공진기 내에서 약 1.3배 내지 약 2.2 배 정도의 광자 밀도의 차이가 종래보다 작게 나타난다. 광자 밀도 차이의 감소는 단일 모드 특성을 개선시킬 수 있다.
결국, 본 발명의 실시 예에 따른 분포 궤환형 레이저 다이오드는 단일 모드의 수율을 향상시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 20: 하부 클래드 층
30: 활성 층 40: 제 1 상부 클래드 층
50: 제 1 식각중단층 60: 위상 이동 영역
70: 리지 도파로 층 80: 전극

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판 상에서 회절격자를 갖는 하부 클래드 층;
    상기 하부 클래드 층 상에 배치된 활성 층;
    상기 활성 층 상에 배치된 제 1 상부 클래드 층;
    상기 제 1 상부 클래드 층 상에 제 1 방향으로 연장된 위상 이동 영역; 및
    상기 위상 이동 영역 상에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장된 리지 도파로 층을 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 이동 영역 및 상기 리지 도파로 층 아래, 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 배치된 제 1 식각중단층을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 이동 영역은,
    상기 제 1 식각중단층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 2 상부 클래드 층; 및
    상기 제 2 상부 클래드 층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 2 식각중단층을 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 클래드 층, 제 2 상부 클래드 층 및 리지 도파로 층은, 인듐인, 알루미늄갈륨아세나이드, 또는 인듐갈륨인 중 적어도 하나를 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 식각중단층들은 인듐갈륨아세나이드를 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 층과 상기 제 1 상부 클래드 층 사이에 배치된 제 1 광가둠 층을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 클래드 층과 상기 리지 도파로 층 사이에 배치된 제 1 식각중단층을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상 이동 영역은 상기 제 1 상부 클래드 층과 상기 제 1 식각중단층 사이에 배치된 제 2 광가둠 층을 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 광가둠 층은 인듐갈륨아세나이드인 또는 알루미늄갈륨아세나이드를 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 제 2 광가둠 층 상부와 상기 제 1 식각중단층 아래에 배치된 배치된 제 2 상부 클래드 층을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 도파로 층은 역 메사 구조를 갖는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 층은 다중양자우물 구조를 갖는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 도파로 및 상기 위상 이동 영역을 둘러싸는 평탄 층을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 평탄 층은 폴리이미드 또는 벤조사이클로 부탄을 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 도파로 층 상에 상기 제 1 방향으로 배치된 전극을 더 포함하는 분포 궤환형 레이저 다이오드.
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