KR20190115778A - wavelength-tunable light source - Google Patents

wavelength-tunable light source

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KR20190115778A KR1020180038879A KR20180038879A KR20190115778A KR 20190115778 A KR20190115778 A KR 20190115778A KR 1020180038879 A KR1020180038879 A KR 1020180038879A KR 20180038879 A KR20180038879 A KR 20180038879A KR 20190115778 A KR20190115778 A KR 20190115778A
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a wavelength variable light source, which comprises: an external reflector; a substrate disposed on one side of the external reflector and including a gain region, a reflection region, and a modulation region arranged along a first direction; an optical waveguide continuously arranged on the substrate of the reflection region and the modulation region; and a first diffraction grating and a second diffraction grating disposed adjacent to the optical waveguide on the substrate of the reflection region. The gain region is disposed between the external reflector and the reflection region, and the first diffraction grating and the second diffraction grating may have different grating periods.

Description

파장가변 광원{wavelength-tunable light source}Wavelength-tunable light source

본 발명은 파장가변 광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 반사기를 포함하는 파장가변 광원에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength variable light source, and more particularly to a wavelength variable light source including an external reflector.

반도체 기반의 광원은 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.The semiconductor based light source may be manufactured using semiconductor processes such as a growth process, a photolithography process, an etching process, and / or a deposition process. By using semiconductor processes, semiconductor-based optical devices can have advantages such as miniaturization, low manufacturing cost, and / or mass production. Accordingly, many studies on semiconductor-based optical devices have been conducted.

최근, 데이터 통신, 방송 융합 서비스 등에 대한 수요가 증가함에 따라 큰 통신용량을 서비스할 수 있는 광 전송망인 WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network)과 이 광 전송망에 사용될 광원의 개발이 중요해지고 있다. WDM-PON 광 전송망은 일정한 파장간격의 채널들을 파장가변 시키면서 고속 변조가 가능한 파장가변 레이저 모듈을 필요로 한다. 이러한 흐름 속에서, 연속적인 파장 가변이 가능하며, 광의 고속변조가 가능한 반도체 기반의 파장가변 광원에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.Recently, as the demand for data communication, broadcasting convergence service, etc. increases, the development of the Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network (WDM-PON), which is an optical transmission network capable of serving a large communication capacity, and the light source to be used for the optical transmission network become important. have. The WDM-PON optical transmission network requires a wavelength tunable laser module capable of high-speed modulation while varying wavelengths with a constant wavelength interval. In this flow, there is a need for research on semiconductor-based wavelength-variable light sources capable of continuously changing wavelengths and enabling high-speed modulation of light.

본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 광의 연속적인 파장가변이 가능하며, 광의 고속변조가 가능한 파장가변 광원을 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a wavelength variable light source capable of continuously changing the wavelength of light, the high speed modulation of the light.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 파장 가변 광원은 외부 반사기; 상기 외부 반사기의 일측에 배치되고, 제1 방향을 따라 배열된 이득영역, 반사영역 및 변조영역을 포함하는 기판; 상기 이득영역, 상기 반사영역 및 상기 변조영역들의 기판 상에 연속적으로 배치된 광 도파로; 및 상기 반사영역의 기판 상에 상기 광 도파로와 인접하게 배치된 제1 회절격자 및 제2 회절격자를 포함하되, 상기 이득영역은 상기 외부 반사기 및 상기 반사영역의 사이에 배치되고, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 서로 다른 격자 주기를 가질 수 있다. According to embodiments of the present invention for solving the above problems, the variable wavelength light source includes an external reflector; A substrate disposed on one side of the external reflector and including a gain region, a reflection region, and a modulation region arranged along a first direction; An optical waveguide continuously disposed on a substrate of the gain region, the reflection region and the modulation regions; And a first diffraction grating and a second diffraction grating disposed adjacent to the optical waveguide on the substrate of the reflection area, wherein the gain area is disposed between the external reflector and the reflection area, and the first diffraction The grating and the second diffraction grating may have different grating periods.

실시예들에 따르면, 상기 광 도파로 및 상기 기판 사이에 배치된 하부 클래딩층; 및 상기 광 도파로 상에 배치된 상부 클래딩층을 더 포함하되, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 상기 하부 클래딩층 또는 상기 상부 클래딩층 내에 배치될 수 있다.According to embodiments, the lower cladding layer disposed between the optical waveguide and the substrate; And an upper cladding layer disposed on the optical waveguide, wherein the first diffraction grating and the second diffraction grating may be disposed in the lower cladding layer or the upper cladding layer.

실시예들에 따르면, 상기 하부 클래딩층은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하고, 상기 상부 클래딩층은 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함할 수 있다.In example embodiments, the lower cladding layer may include a compound semiconductor doped with a dopant of a first conductivity type, and the upper cladding layer may include a compound semiconductor doped with a dopant of a second conductivity type.

실시예들에 따르면, 상기 광 도파로는 상기 이득영역 내의 이득 도파로, 상기 반사영역 내의 수동 도파로 및 상기 변조영역 내의 변조 도파로를 포함하고, 상기 수동 도파로는 상기 이득 도파로 및 상기 변조 도파로와 맞대기 결합된 형태로 제작될 수 있다.In some embodiments, the optical waveguide includes a gain waveguide in the gain region, a passive waveguide in the reflection region and a modulation waveguide in the modulation region, and the passive waveguide is butt-coupled with the gain waveguide and the modulation waveguide. It can be produced as.

실시예들에 따르면, 상기 광 도파로와 상기 기판 사이에 배치되는 하부 전극, 상기 이득 도파로 상에 배치된 제1 상부 전극 및 상기 변조 도파로 상에 배치된 제2 상부전극을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the semiconductor device may further include a lower electrode disposed between the optical waveguide and the substrate, a first upper electrode disposed on the gain waveguide, and a second upper electrode disposed on the modulation waveguide.

실시예들에 따르면, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 배치될 수 있다.In example embodiments, the first diffraction grating and the second diffraction grating may be continuously disposed along the first direction.

실시예들에 따르면, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자 사이의 제3 회절격자를 더 포함하고, 상기 제3 회절격자의 격자 주기는 상기 제1 회절격자의 격자 주기보다 크고 상기 제2 회절격자의 격자 주기보다 작을 수 있다.The grating period of the third diffraction grating may further include a third diffraction grating between the first diffraction grating and the second diffraction grating. It may be smaller than the grating period of the diffraction grating.

실시예들에 따르면, 상기 제3 회절격자의 격자 수는 상기 제1 회절격자의 격자 수 및 상기 제2 회절격자의 격자 수보다 작을 수 있다.According to embodiments, the number of gratings of the third diffraction grating may be smaller than the number of gratings of the first diffraction grating and the number of gratings of the second diffraction grating.

실시예들에 따르면, 상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자의 격자 수는 실질적으로 동일할 수 있다.According to embodiments, the number of gratings of the first diffraction grating and the second diffraction grating may be substantially the same.

실시예들에 따르면, 상기 외부 반사기는 외부 회절격자를 포함할 수 있다.According to embodiments, the external reflector may include an external diffraction grating.

실시예들에 따르면, 상기 외부 반사기는 외부 회절격자 및 상기 외부 회절격자를 지지하는 지지대를 포함하고, 상기 외부 회절격자는 상기 지지대에 회동 가능하게 결합될 수 있다.According to embodiments, the external reflector may include an external diffraction grating and a support for supporting the external diffraction grating, and the external diffraction grating may be rotatably coupled to the support.

실시예들에 따르면, 상기 외부 반사기와 상기 이득영역의 사이에 배치되는 편향기 및 상기 편향기와 상기 이득영역 사이에 배치되는 렌즈를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the apparatus may further include a deflector disposed between the external reflector and the gain region and a lens disposed between the deflector and the gain region.

실시예들에 따르면, 상기 광 도파로는 상기 이득영역 내의 이득 도파로 및 상기 반사영역의 내부로부터 상기 변조영역의 내부로 연장되는 수동 도파로를 포함하고, 상기 이득 도파로 및 상기 수동 도파로는 맞대기 결합된 형태로 제작될 수 있다.In some embodiments, the optical waveguide includes a gain waveguide in the gain region and a passive waveguide extending from the interior of the reflection region to the interior of the modulation region, wherein the gain waveguide and the passive waveguide are in a butt-coupled form. Can be made.

실시예들에 따르면, 상기 수동 도파로는 상기 변조영역 내에서 복수의 도파로들로 분기되고, 상기 복수의 도파로들 중 적어도 어느 한 도파로 상에 배치되는 전극을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the passive waveguide may further include an electrode branched into a plurality of waveguides in the modulation region, and disposed on at least one of the plurality of waveguides.

실시예들에 따르면, 상기 하부 클래딩층, 광도파로 및 상부 클래딩층은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 적층되고, 상기 외부 반사기는 상기 제2 방향을 따라 연장된 형상을 갖는 외부 회절격자를 포함할 수 있다.In example embodiments, the lower cladding layer, the optical waveguide, and the upper cladding layer are stacked in a second direction perpendicular to the first direction, and the external reflector has an external diffraction grating having a shape extending along the second direction. It may include.

실시예들에 따르면, 상기 외부 회절격자는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향을 따라 굴절률이 주기적으로 변화하는 브래그 격자를 포함할 수 있다.In example embodiments, the external diffraction grating may include a Bragg grating whose refractive index periodically changes in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction.

본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 소자 내의 반사영역과 외부 반사기의 사이에 형성된 공동(cavity) 내에서 단일모드의 광이 발진될 수 있으며, 발진된 단일모드의 광은 반도체 소자 내에 모놀리식으로 직접된 변조기에 의해 변조되어 반도체 소자의 외부로 출력될 수 있다. 이에 따라, 처핑(chirping)이 감소되고, 연속적인 파장가변이 가능하며, 고속 변조가 가능한 파장가변 광원이 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, a single mode of light may be oscillated in a cavity formed between a reflecting region in a semiconductor device and an external reflector, and the light of the oscillated single mode may be monolithic in the semiconductor device. The modulator may be modulated by a direct modulator and output to the outside of the semiconductor device. Accordingly, a wavelength variable light source capable of reducing chirping, continuously changing wavelengths, and enabling high-speed modulation may be provided.

도 1은 본 발명의 실시예들에 파장가변 광원을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I~I' 선에 따른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 회절격자를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 A 부분에 대응되는 확대도이다.
도 5는 회절격자들의 브래그 컨디션에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 B부분에 따른 확대도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 외부 반사기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 파장 가변 광원을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 반도체소자의 변조영역을 설명하기 위한 평면도이다.1 is a view for explaining a wavelength variable light source in the embodiments of the present invention.
2 is a plan view of a semiconductor device according to example embodiments.
3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
4A and 4B are views for explaining a diffraction grating according to embodiments of the present invention and are enlarged views corresponding to portion A of FIG. 1.
5 is a graph showing reflectance according to Bragg conditions of diffraction gratings.
FIG. 6 is an enlarged view of portion B of FIG. 1.
7A and 7B are plan views illustrating an external reflector according to embodiments of the present invention.
8 is a view for explaining a variable wavelength light source according to embodiments of the present invention.
9 is a diagram for describing a semiconductor device according to example embodiments.
FIG. 10 is a plan view illustrating a modulation area of the semiconductor device of FIG. 9.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the words "comprises" and / or "comprising" refer to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, shapes of the exemplary views may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. For example, the etched regions shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and not to limit the scope of the invention.

이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 광원에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a wavelength variable light source according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 파장가변 광원을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 도 3은 도 2의 I~I' 선에 따른 단면도이다.1 is a view for explaining a wavelength variable light source in the embodiments of the present invention. 2 is a plan view of a semiconductor device according to example embodiments. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 광원은 외부 반사기(100) 및 외부 반사기(100)의 일측에 배치된 반도체 소자(200)를 포함할 수 있다. 반도체 소자(200)는 제1 방향(D1)으로 배열된 이득영역(GR), 반사영역(RR) 및 변조영역(MR)을 포함할 수 있다. 외부 반사기(100)와 반도체 소자(200) 내의 반사영역(RR)은 광을 공진 시키기 위한 광 공동(OC, optical cavity)을 형성할 수 있다. 광 공동(OC)의 내부(즉, 외부 반사기(100)) 및 반사영역(RR)의 사이)에 배치된 이득영역(GR)은 광을 발진할 수 있다. 이득영역(GR)에서 발진된 광은 광 공동(OC) 내부에서 증폭되어 반도체 소자(200) 내에 모놀리식(monolithic)으로 집적된 변조영역(MR)으로 전달될 수 있다. 변조영역(MR)은 수신된 광을 변조하여 파장가변 광원의 외부로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1, the wavelength variable light source according to the embodiments of the present invention may include an external reflector 100 and a semiconductor device 200 disposed on one side of the external reflector 100. The semiconductor device 200 may include a gain region GR, a reflection region RR, and a modulation region MR arranged in the first direction D1. The external reflector 100 and the reflective region RR in the semiconductor device 200 may form an optical cavity (OC) for resonating light. The gain region GR disposed inside the optical cavity OC (that is, between the external reflector 100 and the reflection region RR) may emit light. Light oscillated in the gain region GR may be amplified in the optical cavity OC and transferred to the modulation region MR that is monolithically integrated in the semiconductor device 200. The modulation region MR may modulate the received light and output the modulated light to the outside of the wavelength tunable light source.

구체적으로, 반도체 소자(200)는 기판(202), 광 도파로(210), 하부 클래딩층(222), 상부 클래딩층(224), 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)를 포함할 수 있다. 기판(202)은 이득영역(GR), 반사영역(RR) 및 변조영역(MR)을 포함할 수 있다. 반사영역(RR)은 이득영역(GR) 및 변조영역(MR) 사이에 배치될 수 있다.In detail, the semiconductor device 200 includes a substrate 202, an optical waveguide 210, a lower cladding layer 222, an upper cladding layer 224, a first diffraction grating G1, and a second diffraction grating G2. It may include. The substrate 202 may include a gain region GR, a reflection region RR, and a modulation region MR. The reflective region RR may be disposed between the gain region GR and the modulation region MR.

광 도파로(210)가 기판(202) 상에 배치될 수 있다. 광 도파로(210)는 이득영역(GR), 반사영역(RR) 및 변조영역(MR)의 내에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 광 도파로(210)는 이득영역(GR)으로부터 반사영역(RR)을 경유하여 변조영역(MR)으로 연장될 수 있다. 일 예에 따르면, 광 도파로(210)는 제1 방향(D1)으로 연장된 라인 형태(line shape)를 가질 수 있다. 광 도파로(210)의 구체적인 구조 및 동작은 후술한다.An optical waveguide 210 may be disposed on the substrate 202. The optical waveguide 210 may be disposed in the gain region GR, the reflection region RR, and the modulation region MR. In other words, the optical waveguide 210 may extend from the gain region GR to the modulation region MR via the reflection region RR. According to an example, the optical waveguide 210 may have a line shape extending in the first direction D1. Specific structure and operation of the optical waveguide 210 will be described later.

하부 클래딩층(222, lower cladding layer)이 광 도파로(210) 및 기판(202) 사이에 배치될 수 있다. 상부 클래딩층(224)이 광 도파로(210) 상에 배치될 수 있다. 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224)은 이득영역(GR), 반사영역(RR) 및 변조영역(MR) 내에 배치될 수 있다. 다시 말해, 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224)은 이득영역(GR)으로부터 반사영역(RR)을 경유하여 변조영역(MR)으로 연장될 수 있다. 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224)의 각각은 제1 방향(D1)으로 연장된 하나의 연속된 층일 수 있다.A lower cladding layer 222 may be disposed between the optical waveguide 210 and the substrate 202. The upper cladding layer 224 may be disposed on the optical waveguide 210. The lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224 may be disposed in the gain region GR, the reflective region RR, and the modulation region MR. In other words, the lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224 may extend from the gain region GR to the modulation region MR via the reflection region RR. Each of the lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224 may be one continuous layer extending in the first direction D1.

하부 클래딩층(222)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 제1 도전형 도펀트는, 예컨대, n형 또는 p형일 수 있다. 상부 클래딩층(224)의 적어도 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는, 예컨대, n형 및 p형 중 제1 도전형과 다른 어느 하나일 수 있다. 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224)은 광 도파로(210) 보다 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있따. 일 예에 따르면, 하부 클래딩층(222)은 n형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있으며, 상부 클래딩층(225)은 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 이와는 반대로, 하부 클래딩층(222)이 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있으며, 상부 클래딩층(225)이 n형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 하부 클래딩층(222)이 n형 인듐인(InP)으로 형성되고 상부 클래딩층(225) 이 p형 인듐인(InP)으로 형성된 실시예에 대하여 설명한다.The lower cladding layer 222 may be formed of a compound semiconductor doped with a dopant of a first conductivity type. The first conductivity type dopant may be, for example, n-type or p-type. The upper cladding layer 224 may be doped with at least a second conductivity type dopant. The second conductivity type dopant may be, for example, any other than the first conductivity type of n-type and p-type. The lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224 may include a material having a lower refractive index than the optical waveguide 210. According to an example, the lower cladding layer 222 may be formed of n-type indium phosphorus (InP), and the upper cladding layer 225 may be formed of p-type indium phosphorus (InP). On the contrary, the lower cladding layer 222 may be formed of p-type indium phosphorus (InP), and the upper cladding layer 225 may be formed of n-type indium phosphorus (InP). For convenience of description, an embodiment in which the lower cladding layer 222 is formed of n-type indium phosphorus (InP) and the upper cladding layer 225 is formed of p-type indium phosphorus (InP) will be described.

제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)가 반사영역(RR)의 기판(202) 상에 배치될 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 광 도파로(210)와 인접하게 배치될 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 광 도파로(210)가 연장된 방향인 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 서로 인접할 수 있다. 일 예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 하부 클래딩층(222) 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)의 상부면은 하부 클래딩층(222)의 상부면 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 상부 클래딩층(224) 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 회절격자 및 제2 회절격자의 하부면은 상부 클래딩층(224)의 하부면 보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be disposed on the substrate 202 of the reflection region RR. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be disposed adjacent to the optical waveguide 210. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be arranged along the first direction D1, which is a direction in which the optical waveguide 210 extends. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be adjacent to each other. According to an example, as shown in FIG. 1, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be disposed in the lower cladding layer 222. In this case, upper surfaces of the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be located at a level lower than the upper surface of the lower cladding layer 222. However, it is not limited thereto. According to another example, as shown in FIG. 3, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be disposed in the upper cladding layer 224. In this case, lower surfaces of the first diffraction grating and the second diffraction grating may be located at a level higher than the lower surface of the upper cladding layer 224.

제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 하부 클래딩층(222) 또는 상부 클래딩층(224)보다 굴절률이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224)이 인듐인(InP)을 포함하는 경우, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 InGaAsP를 포함할 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 진성(Intrinsic) 상태이거나, 제1 도전형 도펀트 또는 제2 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다.The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may include a material having a higher refractive index than the lower cladding layer 222 or the upper cladding layer 224. For example, when the lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224 include indium phosphorus (InP), the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may include InGaAsP. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be intrinsic or doped with a first conductivity type dopant or a second conductivity type dopant.

제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 광 도파로(210) 내부를 일 방향으로 진행하는 광을 상기 일 방향의 반대 방향으로 반사시킬 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 서로 다른 격자 주기(grating period)를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 서로 다른 파장 대역의 광을 반사시킬 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2) 격자 주기 및 격자 주기에 따른 반사 파장대역은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 후술한다.The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may reflect light traveling in one direction in the optical waveguide 210 in a direction opposite to the one direction. The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may have different grating periods. Accordingly, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may reflect light having different wavelength bands. The reflection wavelength band according to the grating period and the grating period of the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 will be described later with reference to FIGS. 4A and 4B.

반도체 소자(200)는 기판(202) 및 하부 클래딩층(222) 사이의 하부 전극(232) 및 상부 클래딩층(224) 상의 상부 전극들(234a, 234b)을 포함할 수 있다 The semiconductor device 200 may include a lower electrode 232 between the substrate 202 and the lower cladding layer 222 and upper electrodes 234a and 234b on the upper cladding layer 224.

하부 전극(232)은 적어도 이득영역(GR) 및 변조영역(MR)의 내에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 하부 전극(232)은 이득영역(GR)으로부터 반사영역(RR)을 경유하여 변조영역(MR)으로 연장될 수 있다. The lower electrode 232 may be disposed at least in the gain region GR and the modulation region MR. According to an example, the lower electrode 232 may extend from the gain region GR to the modulation region MR via the reflection region RR.

제1 상부전극(234a)이 이득영역(GR) 내의 상부 클래딩층(224) 상에 배치될 수 있다. 제1 상부전극(234a)은 이득영역(GR) 내의 상부 클래딩층(224)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 상부전극(234a)이 변조영역(MR) 내의 상부 클래딩층(224) 상에 배치될 수 있다. 제2 상부전극(234b)은 변조영역(MR) 내의 상부 클래딩층(224)에 전기적으로 연결될 수 있다.The first upper electrode 234a may be disposed on the upper cladding layer 224 in the gain region GR. The first upper electrode 234a may be electrically connected to the upper cladding layer 224 in the gain region GR. The second upper electrode 234a may be disposed on the upper cladding layer 224 in the modulation region MR. The second upper electrode 234b may be electrically connected to the upper cladding layer 224 in the modulation region MR.

제1 오믹 콘택층(236a)이 제1 상부전극(234a) 및 이득영역(GR) 내의 상부 클래딩층(224) 사이에 배치될 수 있다. 제2 오믹 콘택층(236b)이 제2 상부전극(234b) 및 변조영역(MR) 내의 상부 클래딩층(224) 사이에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 오믹 콘택층(236a, 236b)은 제2 도전형의 InGaAs를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 오믹 콘택층(236a, 236b)은 급속 열처리(RTA: rapid-thermal annealing) 공정을 통해 형성된 것일 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 오믹 콘택층(236a)의 양 측면들은 제1 상부전극(234a)의 양 측면들과 정렬될 수 있다. 제2 오믹 콘택층(236b)의 양 측면들은 제2 상부전극(234b)의 양 측면들과 정렬될 수 있다.The first ohmic contact layer 236a may be disposed between the first upper electrode 234a and the upper cladding layer 224 in the gain region GR. The second ohmic contact layer 236b may be disposed between the second upper electrode 234b and the upper cladding layer 224 in the modulation region MR. The first and second ohmic contact layers 236a and 236b may include InGaAs of a second conductivity type. The first and second ohmic contact layers 236a and 236b may be formed through a rapid-thermal annealing (RTA) process. According to an example, both sides of the first ohmic contact layer 236a may be aligned with both sides of the first upper electrode 234a. Both sides of the second ohmic contact layer 236b may be aligned with both sides of the second upper electrode 234b.

분리 트렌치들(226)이 상부 클래딩층(224)에 형성될 수 있다. 분리 트렌치들(226)은 이득영역(GR)과 반사영역(RR) 사이의 및 반사영역(RR)과 변조영역(MR)의 사이에 형성될 수 있다. 분리 트렌치들(226)은 상부 클래딩층(224)의 상면으로부터 상부 클래딩층(224)의 하면을 향하여 연장될 수 있다. 즉, 분리 트렌치들(226)의 바닥면은 상부 클래딩층(224)의 상면 보다 낮을 수 있다. 분리 트렌치들(226)의 일 내측벽은 오믹 콘택층들(236a, 236b) 및 상부전극들(234a, 234b)의 일 측면과 정렬될 수 있다.Isolation trenches 226 may be formed in the upper cladding layer 224. The isolation trenches 226 may be formed between the gain region GR and the reflection region RR and between the reflection region RR and the modulation region MR. The isolation trenches 226 may extend from an upper surface of the upper cladding layer 224 toward the lower surface of the upper cladding layer 224. That is, the bottom surfaces of the isolation trenches 226 may be lower than the top surface of the upper cladding layer 224. One inner wall of the isolation trenches 226 may be aligned with one side of the ohmic contact layers 236a and 236b and the upper electrodes 234a and 234b.

분리 트렌치(226)로 인하여 이득영역(GR), 반사영역(RR) 및 변조영역(MR)이 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 다시 말해, 분리 트렌치(226)의 깊이는 기판(202) 상의 각 영역들(GR, RR, MR) 내의 전극들(232, 234a, 234b)이 다른 영역에 영향을 미치지 않기 위한 깊이로 형성될 수 있다. 예컨대, 분리 트렌치(226)의 깊이는 상부 클래딩층(224)의 두께의 10% 이상일 수 있다. 또한, 분리 트렌치(226)의 깊이는 광 도파로(210) 내로 진행하는 광이 분리 트렌치(226)에 커플링되는 것이 최소화되도록 하기 위한 깊이로 형성될 수 있다. 예컨대, 분리 트렌치(226)의 깊이는 상부 클래딩층(224)의 두께의 25% 이하일 수 있다.The isolation trench 226 may operate the gain region GR, the reflection region RR, and the modulation region MR independently of each other. In other words, the depth of the isolation trench 226 may be formed to a depth such that the electrodes 232, 234a, and 234b in each of the regions GR, RR, and MR on the substrate 202 do not affect other regions. have. For example, the depth of isolation trench 226 may be at least 10% of the thickness of upper cladding layer 224. In addition, the depth of the isolation trench 226 may be formed to a depth to minimize the light traveling into the optical waveguide 210 to the isolation trench 226. For example, the depth of isolation trench 226 may be 25% or less of the thickness of upper cladding layer 224.

코팅층들(240)이 반소체 소자(200)의 일측 및 일측과 제1 방향(D1)으로 대향하는 타측 상에 배치될 수 있다. 코팅층들(240)은 하부 클래딩층(222) 광 도파로(210) 및 상부 클래딩층(224)의 측면들을 덮을 수 있다. 코팅층들(240)은 무반사 코팅(AR coating; Anti-Reflection coating)일 수 있다.The coating layers 240 may be disposed on one side and one side of the semi-elementary body 200 and the other side opposite to each other in the first direction D1. The coating layers 240 may cover side surfaces of the lower cladding layer 222 optical waveguide 210 and the upper cladding layer 224. The coating layers 240 may be an anti-reflection coating (AR coating).

도 2 및 도 3을 참조하면, 광 도파로(210)는 이득영역(GR) 내의 이득 도파로(212), 반사영역(RR) 내의 수동 도파로(214) 및 변조영역(MR) 내의 변조 도파로(216)를 포함할 수 있다. 2 and 3, the optical waveguide 210 includes a gain waveguide 212 in a gain region GR, a passive waveguide 214 in a reflection region RR, and a modulation waveguide 216 in a modulation region MR. It may include.

이득 도파로(212)는 이득매질(gain medium)을 포함하는 활성층(active layer)일 수 있다. 이득 도파로(212)는 진성(Intrinsic) 상태일 수 있다. 이득 도파로(212)는 예컨대, 인듐인(InP) 또는 InGaAsP를 포함할 수 있다. 이득 도파로(212)가 진성 상태를 가짐에 따라, 이득영역(GR) 내에는 P-i-N 접합 구조가 형성될 수 있다. 제1 상부전극(234a) 및 하부 전극(232)을 통하여 이득영역(GR)에 캐리어(예컨대, 정공 및 전자)가 주입될 수 있다. 캐리어는 진성 상태인 이득 도파로(212)에서 재결합(recombination) 하여 광을 발생시킬 수 있다. The gain waveguide 212 may be an active layer including a gain medium. The gain waveguide 212 may be intrinsic. Gain waveguide 212 may include, for example, indium phosphorus (InP) or InGaAsP. As the gain waveguide 212 has an intrinsic state, a P-i-N junction structure may be formed in the gain region GR. Carriers (eg, holes and electrons) may be injected into the gain region GR through the first upper electrode 234a and the lower electrode 232. Carriers may be recombined in the gain waveguide 212 in an intrinsic state to generate light.

수동 도파로(214)가 반사영역(RR) 내에 배치될 수 있다. 수동 도파로(214)는 이득 도파로(212)와 맞대기 결합(butt coupling)되어 제작될 수 있다. 수동 도파로(214)로는 이득 도파로(212)에서 발생된 광을 전달받을 수 있다. 수동 도파로(214)는 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)와 커플링될 수 있다. 이득 도파로(212)로부터 수동 도파로(214)로 전달된 광은 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)에 의해 반사되어 도 1을 참조하여 설명한 외부 반사기(100)를 향하여 출력될 수 있다. The passive waveguide 214 may be disposed in the reflection area RR. The passive waveguide 214 may be manufactured by butt coupling with the gain waveguide 212. The passive waveguide 214 may receive light generated by the gain waveguide 212. The passive waveguide 214 may be coupled with the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2. Light transmitted from the gain waveguide 212 to the passive waveguide 214 is reflected by the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 to be output toward the external reflector 100 described with reference to FIG. 1. Can be.

수동 도파로(214)가 배치되는 반사영역(RR)은 외부 반사기(100)와 함께 광의 발진을 위한 광 공동(OC)을 형성할 수 있다. 이득 도파로(212) 내에서 발생하는 광은 광 공동(OC) 내에서 중첩되어 광 공동(OC)의 외부에 배치되는 변조영역(MR)으로 발진될 수 있다.The reflection region RR in which the passive waveguide 214 is disposed may form an optical cavity OC for oscillation of light together with the external reflector 100. Light generated in the gain waveguide 212 may be oscillated into the modulation region MR that overlaps in the optical cavity OC and is disposed outside the optical cavity OC.

변조 도파로(216)가 변조영역(MR)이 내에 배치될 수 있다. 변조 도파로(216)는 광 공동(OC)의 내부에서 발진된 광을 수신할 수 있다. 변조 도파로(216)는 진성 상태일 수 있다. 변조 도파로(216)는 흡수 매질(Absorptive medium)을 포함할 수 있다. 변조영역(MR) 내에 순차적으로 적층된 하부 전극(232), 하부 클래딩층(222), 변조 도파로(216), 상부 클래딩층(224) 및 제2 상부전극(234b)은 변조 다이오드를 구성할 수 있다. 하부 전극(232) 및 제2 상부전극(234b)을 통하여 변조영역에 역바이어스를 인가할 수 있다. 이에 따라, 변조영역(MR) 내에는 전계흡수(electro absorption) 현상이 발생될 수 있다. 예컨대, 전계흡수 현상은 QCSE(quantum confined Stark effect), WS (Wannier-Stark localization), FK (Franz-Keldysh effect) 등을 포함할 수 있다. 전계흡수 현상에 의하여, 변조영역(MR) 내의 광이 변조될 수 있다. 변조영역(MR)이 광 공동(OC) 외부에 배치되며, 이득영역(GR) 및 반사영역(RR)과 모놀리식 집적(monolithic integration)됨에 따라, 고속변조가 가능하며 광의 처핑(chirping)이 감소되고 장거리 전송이 용이한 광을 발진할 수 있는 파장가변 광원이 제공될 수 있다. 변조영역(MR)의 광 변조속도는, 예컨대, 10Gbps 이상일 수 있다. 또한, 광 공동(OC)의 형성을 위한 외부 반사기(100)가 변조영역(MR)이 형성된 반도체 소자(200)의 외부에 배치되므로, 광원의 저 선폭 특성과, 연속적 파장가변이 가능한 이점이 유지될 수 있다.The modulation waveguide 216 may be disposed within the modulation region MR. The modulation waveguide 216 may receive light oscillated inside the optical cavity OC. Modulation waveguide 216 may be in an intrinsic state. Modulation waveguide 216 may comprise an absorptive medium. The lower electrode 232, the lower cladding layer 222, the modulation waveguide 216, the upper cladding layer 224, and the second upper electrode 234b sequentially stacked in the modulation region MR may constitute a modulation diode. have. The reverse bias may be applied to the modulation region through the lower electrode 232 and the second upper electrode 234b. As a result, an electroabsorption phenomenon may occur in the modulation region MR. For example, the field absorption phenomenon may include a quantum confined stark effect (QCSE), a wanner-stark localization (WS), a franz-keldysh effect (FK), and the like. By the electric field absorption phenomenon, light in the modulation region MR may be modulated. As the modulation region MR is disposed outside the optical cavity OC and monolithic integration with the gain region GR and the reflection region RR, high-speed modulation is possible and chirping of light is achieved. A variable wavelength light source capable of oscillating light which is reduced and is easy to transmit over long distances can be provided. The optical modulation rate of the modulation area MR may be, for example, 10 Gbps or more. In addition, since the external reflector 100 for forming the optical cavity OC is disposed outside the semiconductor device 200 in which the modulation region MR is formed, the low line width characteristic of the light source and the advantage of enabling continuous wavelength variation are maintained. Can be.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 회절격자를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 A 부분에 대응되는 확대도이다. 도 5는 회절격자들의 브래그 컨디션에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다. 도 4a 내지 도 5를 참조하여 상술한 회절격자 영역(A)에 대해 보다 상세히 설명한다.4A and 4B are views for explaining a diffraction grating according to embodiments of the present invention and are enlarged views corresponding to portion A of FIG. 1. 5 is a graph showing reflectance according to Bragg conditions of diffraction gratings. The diffraction grating region A described above with reference to FIGS. 4A to 5 will be described in more detail.

도 1 및 도 4a를 참조하면, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 서로 다른 격자 주기(grating period)를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 광 도파로(210)가 연장되는 방향인 제1 방향(D1)을 따라 굴절률이 서로 다른 물질이 교번적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 격자 주기는 제1 방향(D1)을 따라 제1 회절격자(G1) 또는 제2 회절격자(G2)의 내부의 굴절률이 변화되는 주기를 의미할 수 있다. 1 and 4A, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may have different grating periods. Specifically, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 have a structure in which materials having different refractive indices are alternately arranged along the first direction D1, which is a direction in which the optical waveguide 210 extends. Can have The grating period may mean a period in which the refractive index of the first diffraction grating G1 or the second diffraction grating G2 is changed along the first direction D1.

좀 더 구체적으로, 제1 회절격자(G1)는 제1 격자요소(ge1)를 포함할 수 있다. 제1 격자요소(ge1)는 하부 클래딩층(222) 및 상부 클래딩층(224) 보다 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 제1 격자요소(ge1)는, 예컨대, InGaAsP를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제1 격자요소(ge1) 제3 방향(D3)으로 길쭉한 막대의 형상을 가질 수 있다. 제3 방향(D3)은 광 도파로(210)의 길이 방향인 제1 방향(D1)과 기판(202)의 두께 방향인 제2 방향(D2)과 모두 수직한 방향일 수 있다. 제1 격자요소(ge1)는 제1 회절격자(G1) 내에서 일정한 폭 및 간격을 갖고 제1 방향(D1)으로 배열될 수 있다. More specifically, the first diffraction grating G1 may include a first grating element ge1. The first grating element ge1 may include a material having a refractive index greater than that of the lower cladding layer 222 and the upper cladding layer 224. The first grating element ge1 may include, for example, InGaAsP. Although not shown, the first grating element ge1 may have a shape of an elongated bar in the third direction D3. The third direction D3 may be a direction perpendicular to both the first direction D1, which is the longitudinal direction of the optical waveguide 210, and the second direction D2, which is the thickness direction of the substrate 202. The first grating element ge1 may be arranged in the first direction D1 at a predetermined width and interval within the first diffraction grating G1.

제2 회절격자(G2)는 제2 격자요소(ge2)를 포함할 수 있다. 제2 격자요소(ge2)는 제1 회절격자(G1)와 폭 및 배열된 간격이 다를 뿐, 제1 회절격자(G1)와 동일/유사할 수 있다. 예컨대, 제1 회절격자(G1)의 격자 주기(P1)는 서로 인접한 제1 격자요소(ge1) 사이의 간격 및 제1 격자요소(ge1)의 폭의 합을 의미할 수 있다. 제2 회절격자(G2) 의 격자 주기(P2)는 서로 인접한 제2 격자요소(ge2) 사이의 간격 및 제2 격자요소(ge2)의 폭의 합을 의미할 수 있다.The second diffraction grating G2 may include a second grating element ge2. The second grating element ge2 may have the same width as that of the first diffraction grating G1 and may be the same as or similar to the first diffraction grating G1. For example, the grating period P1 of the first diffraction grating G1 may mean the sum of the spacing between the first grating elements ge1 adjacent to each other and the width of the first grating element ge1. The grating period P2 of the second diffraction grating G2 may mean the sum of the spacing between the second grating elements ge2 adjacent to each other and the width of the second grating elements ge2.

제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 격자 주기에 따라 각각 다른 파장대역의 광을 반사시킬 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 각각의 브래그 조건을 만족시키는 파장 대역의 광을 반사시킬 수 있다. 브래그 조건은 mλ=2neqΛ (m: 회절차수 (=1), λ: 광의 파장, neq: 광 도파로의 유효굴절율, Λ: 격자 주기)로 정의될 수 있다.The first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may reflect light of different wavelength bands according to the grating period. According to an example, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may reflect light of a wavelength band satisfying each Bragg condition. The Bragg condition may be defined as mλ = 2n eq Λ (m: diffraction order (= 1), λ: wavelength of light, n eq : effective refractive index of the optical waveguide, Λ: lattice period).

일 예에 따르면, 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)는 제1 방향(D1)을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 제2 회절격자(G2)의 격자주기(P2)는 제1 회절격자(G1)의 격자 주기(P1)보다 클 수 있다. 이에 따라 제2 회절격자(G2)는 제1 회절격자(G1)보다 큰 파장 대역의 광을 반사시킬 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 도 4a에 도시된 것과 달리, 제1 회절격자(G1)의 격자주기(P1)가 제2 회절격자(G2)의 격자 주기(P2)보다 클 수도 있다. 따라서 제1 회절격자(G1)가 제2 회절격자(G2)보다 큰 파장 대역의 광을 반사시킬 수도 있다. 반사영역(RR) 내에 서로 다른 격자 주기를 갖는 복수의 회절격자가 배치됨에 따라 반사영역(RR)은 다중대역의 파장의 광에 대한 반사 특성을 가질 수 있다.According to an example, the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be sequentially arranged along the first direction D1. The grating period P2 of the second diffraction grating G2 may be greater than the grating period P1 of the first diffraction grating G1. Accordingly, the second diffraction grating G2 may reflect light having a wavelength band larger than that of the first diffraction grating G1. However, it is not limited thereto. Unlike FIG. 4A, the grating period P1 of the first diffraction grating G1 may be larger than the grating period P2 of the second diffraction grating G2. Therefore, the first diffraction grating G1 may reflect light having a wavelength band larger than that of the second diffraction grating G2. As a plurality of diffraction gratings having different grating periods are disposed in the reflection area RR, the reflection area RR may have reflection characteristics with respect to light having a wavelength of a multi-band.

도 1, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 반사영역(RR)의 회절격자 영역(A) 내에 제3 회절격자(G3)가 배치될 수 있다. 제3 회절격자(G3)는 제3 격자요소(ge3)를 포함할 수 있다. 제3 회절격자(G3)는 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)의 사이에 배치될 수 있다. 제3 회절격자(G3)의 격자주기(P3)는 제1 회절격자(G1)의 격자주기(P1)보다 크고 제2 회절격자(G2)의 격자주기(P2)보다 작을 수 있다. 제1 회절격자(G1) 및 제2 회절격자(G2)의 격자 수는 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 회절격자(G3)의 격자 수는 제1 회절격자(G1)의 격자 수 및 제2 회절격자(G2)의 격자 수보다 작을 수 있다. 다시 말해, 제3 격자요소(ge3)의 수는 제1 격자요소(ge1)의 수 및 제2 격자요소(ge2)의 수보다 작을 수 있다. 이에 따라 반사영역(RR)의 길이가 짧아 질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반사영역(RR) 내에 서로 다른 격자 주기를 갖는 제1 내지 제3 회절격자(G1, G2, G3)가 배치됨에 따라, 반사영역(RR)은 광대역의 파장에 대한 반사특성을 가질 수 있다. 또한 제3 회절격자의 격자수가 제1 회절격자(G1)의 격자수 및 제2 회절격자(G2)의 격자 수보다 작음에 따라, 넓은 파장 대역에서 고른 반사 특성을 가질 수 있다. 1, 4B and 5, the third diffraction grating G3 may be disposed in the diffraction grating area A of the reflection area RR. The third diffraction grating G3 may include a third grating element ge3. The third diffraction grating G3 may be disposed between the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2. The grating period P3 of the third diffraction grating G3 may be larger than the grating period P1 of the first diffraction grating G1 and smaller than the grating period P2 of the second diffraction grating G2. The number of gratings of the first diffraction grating G1 and the second diffraction grating G2 may be substantially the same. The number of gratings of the third diffraction grating G3 may be smaller than the number of gratings of the first diffraction grating G1 and the number of gratings of the second diffraction grating G2. In other words, the number of third grating elements ge3 may be smaller than the number of first grating elements ge1 and the number of second grating elements ge2. Accordingly, the length of the reflective region RR may be shortened. As shown in FIG. 5, as the first to third diffraction gratings G1, G2, and G3 having different lattice periods are disposed in the reflection area RR, the reflection area RR may have a wider wavelength range. It may have reflection characteristics. In addition, as the grating number of the third diffraction grating G1 is smaller than the grating number of the first diffraction grating G1 and the grating number of the second diffraction grating G2, the third diffraction grating may have even reflection characteristics in a wide wavelength band.

도 6은 도 1의 B부분에 따른 확대도이다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 외부 반사기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 6 내지 도 7b를 참조하여, 외부 반사기(100)에 대해 보다 상세히 설명한다.6 is an enlarged view illustrating a portion B of FIG. 1. 7A and 7B are plan views illustrating an external reflector according to embodiments of the present invention. 6 to 7B, the external reflector 100 will be described in more detail.

도 1 및 도 6을 참조하면, 외부 반사기(100)는 지지대(102) 및 외부 회절격자(110)를 포함할 수 있다. 지지대(102)는 외부 회절격자(110)를 지지할 수 있다. 외부 회절격자(110)는 지지대(102)에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 외부 회절격자(110)와 반도체 소자(200)가 이루는 각도(θ)에 따라, 외부 회절격자(110)가 반사하는 광의 파장대역이 달라질 수 있다. 외부 회절격자(110)가 반사하는 파장대역의 광이 광 공동(OC) 내에서 공진되고 및 증폭될 수 있다. 즉, 외부 회절격자(110)와 반도체 소자(200)가 이루르 각도(θ)에 따라, 파장가변 광원의 외부로 발진되는 광의 파장이 가변될 수 있다. 외부 회절격자(110)는 지지판(112) 및 지지판(112) 상의 돌기부들(114)을 포함할 수 있다. 외부 회절격자(110)의 격자 주기(P4)는 제1 내지 제3 회절격자들(G1, G2, G3) 각각의 격자주기(P1, P2, P3)보다 클 수 있다. 1 and 6, the external reflector 100 may include a support 102 and an external diffraction grating 110. The support 102 may support the external diffraction grating 110. The external diffraction grating 110 may be rotatably coupled to the support 102. Depending on the angle θ formed between the external diffraction grating 110 and the semiconductor device 200, the wavelength band of the light reflected by the external diffraction grating 110 may vary. Light in the wavelength band reflected by the external diffraction grating 110 may be resonated and amplified in the optical cavity OC. That is, according to the angle θ of the external diffraction grating 110 and the semiconductor device 200, the wavelength of the light oscillated to the outside of the wavelength variable light source may vary. The outer diffraction grating 110 may include a support plate 112 and protrusions 114 on the support plate 112. The grating period P4 of the external diffraction grating 110 may be larger than the grating periods P1, P2, and P3 of the first to third diffraction gratings G1, G2, and G3.

도1, 도7a 및 도 7b를 참조하면, 외부 회절격자(110)는 일 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 지지판(112)은 평판의 형상을 가질 수 있다. 돌기부들(114)은 일 방향으로 연장된 라인의 형태를 가질 수 있다. 1, 7A, and 7B, the external diffraction grating 110 may have a shape extending in one direction. The support plate 112 may have a shape of a flat plate. The protrusions 114 may have a form of a line extending in one direction.

일 예에 따르면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 외부 회절격자(110)는 제3 방향(D3)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 다시 말해서, 외부 회절격자(110)는 하부 클래딩층(222), 광 도파로(210) 및 상부 클래딩층(224)이 적층된 방향과 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 돌기부들(114)은 제3 방향(D3)으로 연장된 라인의 형상을 가질 수 있다. 즉, 외부 회절격자(110)는 제2 방향(D2)을 따라 굴절률이 주기적으로 변화하는 브래그 격자를 포함할 수 있다. 본 예에 따르면, 파장 가변 광원은 TM모드(transverse magnetic mode)로 동작할 수 있다. According to an example, as shown in FIG. 7A, the external diffraction grating 110 may have a shape extending in the third direction D3. In other words, the external diffraction grating 110 may extend in a direction perpendicular to the direction in which the lower cladding layer 222, the optical waveguide 210, and the upper cladding layer 224 are stacked. The protrusions 114 may have a shape of a line extending in the third direction D3. That is, the external diffraction grating 110 may include a Bragg grating whose refractive index periodically changes along the second direction D2. According to this example, the tunable light source can operate in a TM mode (transverse magnetic mode).

다른 예에 따르면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 외부 회절격자(110)는 제2 방향(D2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 다시 말해서, 외부 회절격자(110)는 하부 클래딩층(222), 광 도파로(210) 및 상부 클래딩층(224)이 적층된 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 돌기부들(114)은 제2 방향(D2)으로 연장된 라인의 형상을 가질 수 있다. 즉, 외부 회절격자(110)는 제3 방향(D3)을 따라 굴절률이 주기적으로 변화하는 브래그 격자를 포함할 수 있다. 본 예에 따르면, 파장 가변 광원은 TE모드(transverse electric mode)로 동작할 수 있다.According to another example, as shown in FIG. 7B, the external diffraction grating 110 may have a shape extending in the second direction D2. In other words, the external diffraction grating 110 may extend in the same direction in which the lower cladding layer 222, the optical waveguide 210, and the upper cladding layer 224 are stacked. The protrusions 114 may have a shape of a line extending in the second direction D2. That is, the external diffraction grating 110 may include a Bragg grating whose refractive index periodically changes along the third direction D3. According to this example, the tunable light source can be operated in a transverse electric mode (TE mode).

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 파장 가변 광원을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.8 is a view for explaining a variable wavelength light source according to embodiments of the present invention. For simplicity, the description of the duplicated configuration may be omitted.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 파장 가변 광원은 외부 반사기(100) 및 반도체 소자(200)의 사이에 배치된 편향기(310) 및 렌즈(320)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the tunable light source according to the embodiments of the present invention may further include a deflector 310 and a lens 320 disposed between the external reflector 100 and the semiconductor device 200. .

편향기(310)는 외부 반사기(100) 및 반도체 소자(200)의 사이에 형성된 광 공동(OC)의 내에 배치될 수 있다. 편향기(310)는 광 공동(OC) 내를 진행하는 광의 방향을 바꾸도록 구성될 수 있다. 편향기(310)는 소정의 굴절률을 갖는 제1 편향패턴 및 제2 편향패턴을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 편향패턴 및 제2 편향패턴은 제3 방향(D3)에 따라 폭이 변하는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 제1 편향기 전극이 제1 편향패턴에 연결될 수 있고, 제2 편향기 전극이 제2 편향패턴에 연결될 수 있다. 편향기(310)는 제1 편향기 전극 및 제2 편향기 전극에 인가하는 전류를 조절함으로써 편향기(310)를 통과하는 광의 진행 경로를 바꿀 수 있다. 본 예에 따르면, 외부 회절격자(110)는 지지대(102)의 소정의 각도(θ)로 고정될 수 있다. 외부 회절격자(110)로 입력되는 광의 각도는 편향기(310)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 편향기(310)는 파장가변 광원의 외부로 발진되는 광의 파장이 가변될 수 있다.The deflector 310 may be disposed in the optical cavity OC formed between the external reflector 100 and the semiconductor device 200. The deflector 310 may be configured to redirect the light traveling within the optical cavity OC. The deflector 310 may include a first deflection pattern and a second deflection pattern having a predetermined refractive index. According to one example, the first deflection pattern and the second deflection pattern may have a tapered shape in which the width varies in the third direction D3. The first deflector electrode may be connected to the first deflection pattern, and the second deflector electrode may be connected to the second deflection pattern. The deflector 310 may change a propagation path of light passing through the deflector 310 by adjusting a current applied to the first deflector electrode and the second deflector electrode. According to the present example, the external diffraction grating 110 may be fixed at a predetermined angle θ of the support 102. The angle of light input to the external diffraction grating 110 may be controlled by the deflector 310. That is, the deflector 310 may vary the wavelength of the light oscillated to the outside of the wavelength variable light source.

렌즈(320)가 편향기(310) 및 반도체 소자(200)의 사이에 배치될 수 있다. 렌즈(320)는 광 공동(OC) 내부를 진행하는 광이 광 도파로(210)의 내부로 용이하게 입력될 수 있도록 광을 포커싱할 수 있다. 예컨대, 렌즈(320)는 콜리메이션 렌즈(collimation lens)일 수 있다. The lens 320 may be disposed between the deflector 310 and the semiconductor device 200. The lens 320 may focus the light so that light traveling in the optical cavity OC may be easily input into the optical waveguide 210. For example, the lens 320 may be a collimation lens.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 도 9의 반도체소자의 변조영역을 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.9 is a diagram for describing a semiconductor device according to example embodiments. FIG. 10 is a plan view illustrating a modulation area of the semiconductor device of FIG. 9. For simplicity, the description of the duplicated configuration may be omitted.

도 9 및 도 10을 참조하면, 광 도파로(210)는 이득영역(GR) 내의 이득 도파로(212) 및 반사영역(RR)의 내부로부터 상기 변조영역(MR)의 내부로 연장되는 수동 도파로(214)를 포함할 수 있다.9 and 10, the optical waveguide 210 is a passive waveguide 214 extending from the inside of the gain waveguide 212 and the reflection region RR in the gain region GR to the inside of the modulation region MR. ) May be included.

수동 도파로(214)는 변조영역(MR)의 내부에서 제1 수동 도파로(214) 및 제2 수동 도파로(214)로 분기될 수 있다. 일 예에 따르면, 수동 도파로(214)는 변조영역(MR)의 전단부분에서 제1 수동 도파로(214) 및 제2 수동 도파로(214)로 분기될 수 있으며, 변조영역(MR)의 후단부분에서 다시 하나의 수동 도파로(214)로 합쳐질 수 있다. The passive waveguide 214 may branch into the first passive waveguide 214 and the second passive waveguide 214 in the modulation region MR. According to an example, the passive waveguide 214 may branch from the front end of the modulation region MR to the first passive waveguide 214 and the second passive waveguide 214, and at the rear end of the modulation region MR. Again it can be combined into one passive waveguide 214.

제2 상부전극(234b) 제1 수동 도파로(214) 및 제2 수동 도파로(214) 중 어느 한 도파로 상에 배치될 수 있다. 제2 상부전극(234b)에 인가되는 전류에 따라, 제1 수동 도파로(214) 또는 제2 수동 도파로(214)를 통과하는 광의 위상이 변화될 수 있다. 예컨대, 변조영역(MR)은 마흐젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator)를 포함할 수 있다.The second upper electrode 234b may be disposed on any one of the first passive waveguide 214 and the second passive waveguide 214. According to the current applied to the second upper electrode 234b, the phase of the light passing through the first passive waveguide 214 or the second passive waveguide 214 may be changed. For example, the modulation region MR may include a Mach-Zehnder modulator.

본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 소자 내의 반사영역과 외부 반사기의 사이에 형성된 공동(cavity) 내에서 단일모드의 광이 발진될 수 있으며, 발진된 단일모드의 광은 반도체 소자 내에 모놀리식으로 직접된 변조기에 의해 변조되어 반도체 소자의 외부로 출력될 수 있다. 이에 따라, 처핑(chirping)이 감소되고, 연속적인 파장가변이 가능하며, 고속 변조가 가능한 파장가변 광원이 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, a single mode of light may be oscillated in a cavity formed between a reflecting region in a semiconductor device and an external reflector, and the light of the oscillated single mode may be monolithic in the semiconductor device. The modulator may be modulated by a direct modulator and output to the outside of the semiconductor device. Accordingly, a wavelength variable light source capable of reducing chirping, continuously changing wavelengths, and enabling high-speed modulation may be provided.

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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (16)

외부 반사기;
상기 외부 반사기의 일측에 배치되고, 제1 방향을 따라 배열된 이득영역, 반사영역 및 변조영역을 포함하는 기판;
상기 이득영역, 상기 반사영역 및 상기 변조영역들의 기판 상에 연속적으로 배치된 광 도파로; 및
상기 반사영역의 기판 상에 상기 광 도파로와 인접하게 배치된 제1 회절격자 및 제2 회절격자를 포함하되,
상기 이득영역은 상기 외부 반사기 및 상기 반사영역의 사이에 배치되고,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는 파장 가변 광원.External reflectors;
A substrate disposed on one side of the external reflector and including a gain region, a reflection region, and a modulation region arranged along a first direction;
An optical waveguide continuously disposed on a substrate of the gain region, the reflection region and the modulation regions; And
A first diffraction grating and a second diffraction grating disposed adjacent to the optical waveguide on the substrate of the reflective region,
The gain region is disposed between the external reflector and the reflective region,
The variable wavelength light source of the first diffraction grating and the second diffraction grating have a different grating period. 제 1 항에 있어서,
상기 광 도파로 및 상기 기판 사이에 배치된 하부 클래딩층; 및
상기 광 도파로 상에 배치된 상부 클래딩층을 더 포함하되,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 상기 하부 클래딩층 또는 상기 상부 클래딩층 내에 배치되는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
A lower cladding layer disposed between the optical waveguide and the substrate; And
Further comprising an upper cladding layer disposed on the optical waveguide,
And the first diffraction grating and the second diffraction grating are disposed in the lower cladding layer or the upper cladding layer. 제 2 항에 있어서,
상기 하부 클래딩층은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하고, 상기 상부 클래딩층은 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 2,
The lower cladding layer includes a compound semiconductor doped with a dopant of a first conductivity type, and the upper cladding layer includes a compound semiconductor doped with a dopant of a second conductivity type. 제 1 항에 있어서,
상기 광 도파로는 상기 이득영역 내의 이득 도파로, 상기 반사영역 내의 수동 도파로 및 상기 변조영역 내의 변조 도파로를 포함하고,
상기 수동 도파로는 상기 이득 도파로 및 상기 변조 도파로와 맞대기 결합(buttcoupling)되는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
The optical waveguide includes a gain waveguide in the gain region, a passive waveguide in the reflection region and a modulation waveguide in the modulation region,
And the passive waveguide is buttcoupling with the gain waveguide and the modulation waveguide. 제 4 항에 있어서,
상기 광 도파로와 상기 기판 사이에 배치되는 하부 전극, 상기 이득 도파로 상에 배치된 제1 상부 전극 및 상기 변조 도파로 상에 배치된 제2 상부전극을 더 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 4, wherein
And a lower electrode disposed between the optical waveguide and the substrate, a first upper electrode disposed on the gain waveguide, and a second upper electrode disposed on the modulation waveguide. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자는 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 배치되는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
And the first diffraction grating and the second diffraction grating are continuously disposed along the first direction. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자 사이의 제3 회절격자를 더 포함하고,
상기 제3 회절격자의 격자 주기는 상기 제1 회절격자의 격자 주기보다 크고 상기 제2 회절격자의 격자 주기보다 작은 파장 가변 광원.The method of claim 1,
Further comprising a third diffraction grating between the first diffraction grating and the second diffraction grating,
The grating period of the third diffraction grating is greater than the grating period of the first diffraction grating and smaller than the grating period of the second diffraction grating. 제 7 항에 있어서,
상기 제1 회절격자 및 상기 제2 회절격자의 격자 수는 실질적으로 동일한 파장 가변 광원.The method of claim 7, wherein
And the grating number of the first diffraction grating and the second diffraction grating is substantially the same. 제 7 항에 있어서,
상기 제3 회절격자의 격자 수는 상기 제1 회절격자의 격자 수 및 상기 제2 회절격자의 격자 수보다 작은 파장 가변 광원.The method of claim 7, wherein
And a grating number of the third diffraction grating is smaller than a grating number of the first diffraction grating and a grating number of the second diffraction grating. 제 1 항에 있어서,
상기 외부 반사기는 외부 회절격자를 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
And the external reflector comprises an external diffraction grating. 제 1 항에 있어서,
상기 외부 반사기는 외부 회절격자 및 상기 외부 회절격자를 지지하는 지지대를 포함하고,
상기 외부 회절격자는 상기 지지대에 회동 가능하게 결합되는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
The external reflector includes an external diffraction grating and a support for supporting the external diffraction grating,
And the external diffraction grating is rotatably coupled to the support. 제 1 항에 있어서,
상기 외부 반사기와 상기 이득영역의 사이에 배치되는 편향기 및 상기 편향기와 상기 이득영역 사이에 배치되는 렌즈를 더 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
And a deflector disposed between the external reflector and the gain region and a lens disposed between the deflector and the gain region. 제 1 항에 있어서,
상기 광 도파로는 상기 이득영역 내의 이득 도파로 및 상기 반사영역의 내부로부터 상기 변조영역의 내부로 연장되는 수동 도파로를 포함하고,
상기 이득 도파로 및 상기 수동 도파로는 맞대기 결합되는 파장 가변 광원.The method of claim 1,
The optical waveguide includes a gain waveguide in the gain region and a passive waveguide extending from the interior of the reflection region to the interior of the modulation region,
And the gain waveguide and the passive waveguide are butt coupled. 제 13 항에 있어서,
상기 수동 도파로는 상기 변조영역 내에서 복수의 도파로들로 분기되고,
상기 복수의 도파로들 중 적어도 어느 한 도파로 상에 배치되는 전극을 더 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 13,
The passive waveguide branches into a plurality of waveguides in the modulation region,
And a electrode disposed on at least one of the plurality of waveguides. 제 2 항에 있어서,
상기 하부 클래딩층, 광도파로 및 상부 클래딩층은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 적층되고,
상기 외부 반사기는 상기 제2 방향을 따라 연장된 형상을 갖는 외부 회절격자를 포함하는 파장 가변 광원.The method of claim 2,
The lower cladding layer, the optical waveguide and the upper cladding layer are stacked in a second direction perpendicular to the first direction,
The external reflector includes an external diffraction grating having a shape extending in the second direction. 제 15 항에 있어서,
상기 외부 회절격자는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향을 따라 굴절률이 주기적으로 변화하는 브래그 격자를 포함하는 파장 가변 광원.
The method of claim 15,
The external diffraction grating includes a Bragg grating whose refractive index periodically changes in a first direction and a third direction perpendicular to the second direction.
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