KR20210087085A - 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말 및 광 네트워크 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 실시예는 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말 및 광 네트워크 유닛을 제공한다. 반도체 레이저는 기판, 기판 상에 순차적으로 형성되는 하부 도파관층, 하부 제한층, 중심층, 상부 제한층, 격자층, 상부 도파관층 및 전극층을 포함한다. 필터링 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 필터링 영역의 코어층을 형성한다. 필터링 영역의 격자층은 경사 격자를 포함한다. 본 출원에서, 전송된 광 펄스의 변조 처프 및 분산이 감소될 수 있다.

Description

반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말 및 광 네트워크 유닛
본 출원은 광통신 기술에 관한 것으로, 구체적으로는, 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말(Optical Line Terminal, OLT) 및 광 네트워크 유닛(Optical Network Unit, ONU)에 관한 것이다.
인터넷 기술의 발전과 4K/8K 고화질, 홈 클라우드, 화상 통화와 같은 고 대역폭 서비스의 지속적인 개발로 인해, 사용자는 대역폭 증가를 요구한다. 사용자의 대역폭 요구사항을 충족하기 위해, 수동 광 네트워크(Passive Optical Network, PON) 시스템은 동선 광대역 액세스를 점차적으로 대체하고 액세스 네트워크의 주류 기술이 되었다. PON 시스템은 일반적으로 중앙 사무실(Central Office, CO)에 위치한 OLT, 사용자 측에 위치한 ONU, OLT와 ONU 사이에 연결된 광 분배 네트워크(Optical Distribution Network, ODN)를 포함할 수 있다.
현재, 이더넷 수동 광 네트워크(Ethernet Passive Optical Network, EPON)와 기가비트 가능 수동 광 네트워크(Gigabit-capable Passive Optical Network, GPON)가 대규모로 배치되어 대중화되고 있다. 더 높은 속도의 PON 네트워크 표준이 공식화됨에 따라, EPON 또는 GPON에서 원활하게 진화될 수 있는 10G PON이 점차 대중화되고 있다. 고속 PON 시스템의 신호 소스에는 주로 직접 변조 레이저(Direct Modulated Laser, DML)와 전기 흡수 변조 반도체 레이저(Electro-absorption Modulated Semiconductor Laser)가 포함된다. DML의 출력 광 전력은 주입된 변조 전류를 변경함으로써 변조될 수 있다. DML은 구조가 간단하고, 구현하기 쉬우며, 비용 효율적이고, PON 시스템에 이상적인 광원이다. 그러나, 전류 변조는 레이저 도파관의 유효 굴절률을 변화시켜, 결과적으로 광의 위상이 변조된다. 이 경우, 레이저의 작동 주파수가 넓어진다. 즉, 상대적으로 큰 주파수 처프(chirp)가 있다. 변조율이 증가함에 따라, 처프 현상이 심화되고, 전송되는 광 펄스의 분산이 커진다. 결과적으로, 신호 전송 거리가 제한된다.
고속 PON에서 신호 전송 효과 및 신호 전송 거리가 보장되는 반면에, DML이 상대적으로 낮은 분산 페널티로 광섬유 전송 거리의 요구사항을 충족 시키도록 DML의 처프를 줄이는 것이 특히 중요하다.
본 출원의 실시예는 PON 시스템에서 변조 처프를 감소시키고, 전송된 광 펄스의 분산을 감소시키며, 광 신호의 전송 거리를 증가시키기 위해 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말 및 광 네트워크 유닛을 제공한다.
본 출원의 실시예는 기판 및 층 본체를 포함하는 반도체 레이저를 제공한다. 층 본체는 기판 상에 미리 설정된 방향으로 순차적으로 형성되는 하부 도파관층, 하부 제한층, 중심층, 상부 제한층, 격자층, 상부 도파관층 및 제1 전극층을 포함한다. 미리 설정된 방향은 기판에 가까운 단부에서 기판으로부터 멀어지는 단부까지의 방향이다. 층 본체(layer body)는 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역, 제1 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할된다. 제1 격리 영역은 레이저 영역과 필터링 영역 사이에 위치하고, 제1 격리 영역은 제1 전극층을 수직 방향으로 식각하여 형성된 홈을 포함한다.
레이저 영역의 제1 전극층은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 레이저 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하고 전송하기 위해 레이저 영역의 활성층을 형성한다. 필터링 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해 필터링 영역의 코어층을 형성한다.
레이저 영역의 격자층은 브래그(Bragg) 격자를 포함하고, 브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성된다. 필터링 영역의 격자층은 경사 격자를 포함하고, 경사 격자는 광 필터링을 수행하도록 구성된다.
구현에서, 레이저 영역의 각각의 적층된 층의 물질 구조는 필터링 영역의 대응하는 적층된 층의 물질 구조와 동일하다.
본 실시예의 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 각각의 적층된 층의 물질 구조는 반도체 레이저의 제조 공정 난이도를 감소시키기 위해 필터링 영역에서 대응하는 적층된 층의 물질 구조와 동일하다.
브래그 격자는 파장이 λ/4인 위상 편이 격자이며, 여기서 λ는 레이저 영역의 레이징(lasing) 파장이다.
캐비티 길이 방향의 브래그 격자의 길이는 100 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 임의의 길이이다.
다른 구현에서, 브래그 격자는 균일한 굴절률 결합 격자, 이득 결합 격자 및 복합 결합 격자 중 어느 하나이다.
이득 결합 격자는 주기적으로 변화는 이득 또는 손실 매체를 포함하는 격자이다. 복합 결합 격자는 굴절률 결합 격자와 이득 결합 격자를 포함하는 격자이다.
경사 격자는 미리 설정된 경사각을 갖는 균일한 격자이며, 경사 격자의 경사 방향은 도파관 방향에 수직이거나 또는 도파관 방향과 반대이다.
미리 설정된 경사각은 2°에서 10°까지의 임의의 각도이다.
본 실시예에서, 경사 격자의 반사광이 레이저 영역에 미치는 영향을 감소시키기 위해 2°에서 10°까지의 임의의 각도가 경사 격자의 경사 각도로서 선택된다.
브래그 격자는 다음의 관계식
Figure pct00001
을 만족하며,
여기서
Figure pct00002
은 레이저 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
Figure pct00003
은 단일 주기에서 브래그 격자의 격자 길이이며,
Figure pct00004
은 브래그 격자의 브래그 파장이다.
경사 격자는 다음의 수학식
Figure pct00005
을 만족하며,
여기서
Figure pct00006
는 필터링 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
Figure pct00007
는 단일 주기에서 경사 격자의 격자 길이이며,
Figure pct00008
는 경사 격자의 필터링 파장이다.
또 다른 가능한 구현에서, 브래그 격자가 파장이 λ/4인 위상 편이 격자인 경우, 여기서 λ는 레이저 영역의 레이저 파장이고,
Figure pct00009
는
Figure pct00010
과 같다.
본 실시예에서, 반도체 레이저의 단일 모드 수율이 달성될 수 있고, 반도체 레이저에 의해 출력되는 광 신호에 대한 파장 제어가 단순화될 수 있도록 파장이 λ/4인 위상 편이 격자가 브래그 격자로 사용된다.
캐비티 길이 방향의 경사 격자의 길이는 150 나노미터이다.
반도체 레이저에서, 레이저 영역 쪽 단부면은 고 반사(highly reflective, HR) 필름으로 도금된다. 반도체 레이저에서, 필터링 영역 쪽 단부면은 반사 방지(antireflective, AR) 필름으로 도금된다.
본 실시예에서, 반도체 레이저에서, 레이저 영역 측 단부면은 HR 필름으로 추가로 도금되고, 필터링 영역 측 단부면은 AR 필름으로 추가로 도금된다. 이러한 방식으로, 반도체 레이저의 광 출력 효율이 효과적으로 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 레이저 영역의 레이징 파장의 중심 값은 필터링 영역의 필터링 파장의 중심 값에 대응하는 주파수를 50 GHz만큼 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 획득되는 범위에 속한다.
제1 전극층과 상부 도파관층 사이에 컨택층이 추가로 형성된다. 홈은 제1 전극층 및 컨택층을 완전히 식각하고 상부 도파관층을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성된다. 레이저 영역과 필터링 영역 사이의 격리 저항은 1000 옴보다 크다. 층 본체에서, 필터링 영역에 대응하는 부분은 수신된 제2 전기 여기 신호에 기초하여 광 신호를 증폭하고 필터링하기 위해, 상부 도파관층에 미리 설정된 방향으로 순차적으로 형성되는 컨택층 및 제2 전극층을 더 포함한다.
본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 필터링 영역의 캐리어 밀도가 투명한 캐리어 밀도보다 클 수 있도록 광전류가 필터링 영역의 컨택층에 주입될 수 있다. 광전류는 광 출력 이득을 얻기 위해 필터링 영역의 컨택층에 지속적으로 주입된다. 이러한 방식으로, 필터링이 수행되는 동안 반도체 레이저의 광 출력 효율이 향상된다.
다른 예에서, 레이저 영역의 활성층은 필터링 영역의 코어층과 상이하고, 필터링 영역의 코어층의 광발광 파장은 레이저 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 nm 더 짧다.
층 본체에서, 필터링 영역에 대응하는 부분은 광 신호를 필터링하기 위해 미리 설정된 방향으로 상부 도파관층 상에 형성된 컨택층을 더 포함하지만 제2 전극층은 포함하지 않는다.
선택적으로, 중심층은 반도체 물질로 만들어진 코어층, 다중 양자 우물층(multiple quantum well layer), 양자 와이어층(quantum wire layer) 또는 양자점층(quantum dot layer)이다.
또 다른 가능한 구현에서, 레이저 영역은 캐비티 길이 방향으로 후방 반사 영역, 이득 영역, 위상 영역 및 전방 반사 영역으로 순차적으로 분할된다. 두 개의 인접한 영역들 사이에 제2 격리 영역이 있고, 제2 격리 영역은 제1 전극층을 완전히 식각하고 상부 도파관층을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성된다. 인접 영역들 사이의 격리 저항은 1000 옴보다 크다.
레이저 영역에서, 후방 반사 영역 및 전방 반사 영역에 수직인 격자층은 브래그 격자를 포함하고, 레이저 영역은 후방 반사 영역 및 전방 반사 영역 중 적어도 하나를 포함한다.
위상 영역 및 반사 영역의 활성층의 광발광 파장은 이득 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 nm 더 짧다. 반사 영역은 전방 반사 영역 또는 후방 반사 영역이다.
본 출원의 실시예는 전술한 반도체 레이저 중 어느 하나를 포함하는 광 전송기 컴포넌트를 추가로 제공할 수 있다.
본 출원의 실시예는 광 전송기 컴포넌트를 포함하는 광 회선 단말(OLT)을 더 제공할 수 있다. 광 전송기 컴포넌트는 전술한 반도체 레이저 중 어느 하나를 포함한다.
본 출원의 실시예는 광 전송기 컴포넌트를 포함하는 광 네트워크 유닛(ONU)을 더 제공할 수 있다. 광 전송기 컴포넌트는 전술한 반도체 레이저 중 어느 하나를 포함한다.
본 출원의 실시예는 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, 광 회선 단말 및 광 네트워크 유닛을 제공한다. 반도체 레이저는 기판 및 층 본체를 포함한다. 층 본체는 기판 상에 미리 설정된 방향으로 순차적으로 형성된 하부 도파관층, 하부 제한층, 중심층, 상부 제한층, 격자층, 상부 도파관층 및 제1 전극층을 포함한다. 미리 설정된 방향은 기판에 가까운 단부에서 기판에서 멀어지는 단부까지의 방향이다. 층 본체는 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역, 제1 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할된다. 제1 격리 영역은 레이저 영역과 필터링 영역 사이에 위치하며, 제1 격리 영역은 제1 전극층을 식각하여 형성된 홈을 포함한다. 레이저 영역의 제1 전극층은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 레이저 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하고 전송하기 위해, 레이저 영역의 활성층을 형성한다. 필터링 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해, 필터링 영역의 코어층을 형성한다. 레이저 영역의 격자층은 브래그 격자를 포함한다. 필터링 영역의 격자층은 경사 격자를 포함한다. 브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성되고, 경사 격자는 광 필터링을 수행하도록 구성된다. 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 단일 종 방향 모드가 선택될 수 있고, 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 광 필터링이 수행될 수 있다. 이와 같이, 반도체 레이저의 변조 처프(modulation chirp)가 감소되고, 소광비(extinction ratio )가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서도 충족된다
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 PON 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 1이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 2이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 3이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 4이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 광 전송기 컴포넌트의 개략적인 구조도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 OLT의 개략적인 구조도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 ONU의 개략적인 구조도이다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 반도체 레이저, 광 전송기 컴포넌트, OLT, ONU 등이 PON 시스템에 적용될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예의 PON 시스템의 예를 설명한다. 도 1은 본 출원의 실시예에 따른 PON 시스템의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, PON 시스템은 중앙 사무실에 위치한 OLT와 사용자 측에 위치한 N개의 ONU를 포함한다. N개의 ONU는 도 1에 도시된 ONU #1 내지 ONU #N일 수 있다. OLT는 ODN을 사용하여 N개의 ONU에 연결될 수 있다. ODN은 OLT와 ONU 사이의 광 신호 전송을 담당한다. PON 시스템에서, 중앙 사무소에 위치한 OLT의 신호 소스와 사용자 측에 위치한 각각의 ONU의 신호 소스 각각은 전송될 광 신호를 출력하기 위해 DML을 사용하여 변조될 수 있다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 반도체 레이저는 광 신호의 변조 처프를 줄이고 광 신호의 전송 거리를 보장하기 위해 전송된 광 펄스의 분산을 줄이도록 도 1의 OLT에 적용될 수 있거나, 또는 도 1의 ONU에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 출원의 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에 대해 복수의 예를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티(cavity) 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 1이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저는 기판(18) 및 층 본체(layer body)를 포함한다. 층 본체는 미리 설정된 방향으로 기판 상에 순차적으로 형성된 하부 도파관층(17), 하부 제한층(16), 중심층(15), 상부 제한층(14), 격자층(13), 상부 도파관층(12) 및 제1 전극층(11)을 포함한다. 미리 설정된 방향은 기판(18)에 가까운 단부로부터 기판(18)으로부터 멀어지는 단부까지의 방향이다. 층 본체는 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역, 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할된다. 격리 영역은 레이저 영역과 필터링 영역 사이에 있다. 레이저 영역과 필터링 영역 사이의 격리 영역은 제1 격리 영역으로 지칭될 수 있고, 격리 영역은 제1 전극층(11)을 식각하여 형성된 홈을 포함할 수 있다. 홈은 미리 설정된 방향의 반대 방향으로 제1 전극층(11)을 식각하여 형성된 홈일 수 있다.
레이저 영역, 격리 영역 및 필터링 영역은 기판(18) 상에 위치한다. 레이저 영역은 광 신호를 생성하여 전송하도록 구성된다. 필터링 영역은 필터 영역으로도 지칭될 수 있고, 광 신호를 필터링하도록 구성된다.
레이저 영역의 제1 전극층(11)은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 레이저 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하여 전송하기 위해 레이저 영역의 활성층을 형성한다. 필터링 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해 필터링 영역의 코어층을 형성한다.
레이저 영역의 격자층(13)은 브래그(Bragg) 격자를 포함한다. 선택적으로, 격리 영역의 격자층(13)은 또한 브래그 격자를 포함할 수 있다. 레이저 영역의 브래그 격자와 격리 영역의 브래그 격자는 도 1에 도시된 격자(1)를 형성할 수 있다. 필터링 영역의 격자층(13)은 경사 격자(slanted grating), 예를 들어 도 1에 도시된 격자(2)를 포함한다.
브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성되고, 경사 격자는 광학 필터링을 수행하도록 구성된다.
구체적으로, 레이저 영역은 분산 피드백 레이저(Distributed Feedback Laser, DFB) 영역 또는 분산 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector, DBR) 영역일 수 있다. 레이저 영역이 DFB 영역인 경우, 제1 전기 여기 신호는 바이어스 티(Bias-Tee)를 사용하여 레이저 영역의 제1 전극층(11)에 로딩될 수 있다. 제1 전기 여기 신호는 또한 직접 변조 신호로도 지칭된다. 본 출원의 본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저의 경우, 반도체 레이저의 과도 처프 및 단열 처프의 크기는 바이어스 전류의 강도 및 제1 전기 여기 신호의 변조 전류, 즉 변조 신호를 제어함으로써 제어될 수 있다.
레이저 영역의 격자층(13)에 포함된 브래그 격자는 단일 종 방향 모드 광 신호를 선택하고 선택된 단일 종 방향 모드 광 신호를 레이저 영역의 활성층을 사용하여 전송하도록 구성된다.
경사 격자는 광 신호를 필터링하기 위해 필터링 영역에서 경사 격자 필터를 형성할 수 있다. 경사 격자에 의한 필터링을 통해, 반도체 레이저의 변조 처프가 감소되고, 소광비(extinction ratio)가 증가된다.
10 Gbps의 변조율에서, 20 km의 광섬유 전송 거리에 대한 분산 페널티 요구사항은 필터링 영역의 대역폭이 변조율의 절반(5 GHz)이고 레이저 영역의 단열 처프가 5 GHz일 필요없이 충족될 수 있다. 선택적으로, 작은 필터링 손실을 달성하기 위해, 레이저 영역의 단열 처프와 필터링 영역의 대역폭은 1 GHz에서 20 GHz일 수 있다. 본 출원의 본 실시예에서, 필터링은 레이저 영역으로의 필터링 영역에 의해 야기되는 도파관 손실을 피하기 위해 경사 격자를 사용하여 구현된다.
본 출원의 본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저는 기판 및 층 본체를 포함할 수 있다. 층 본체는 기판 상에 미리 설정된 방향으로 순차적으로 형성되는 하부 도파관층, 하부 제한층, 중심층, 상부 제한층, 격자층, 상부 도파관층 및 제1 전극층을 포함한다. 미리 설정된 방향은 기판에 가까운 단부에서 기판에서 멀어지는 단부까지의 방향이다. 층 본체는 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역, 제1 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할된다. 제1 격리 영역은 레이저 영역과 필터링 영역 사이에 위치하며, 제1 격리 영역은 제1 전극층을 식각하여 형성된 홈을 포함한다. 레이저 영역의 제1 전극층은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 레이저 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하여 전송하기 위해 레이저 영역의 활성층을 형성한다. 필터링 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해 필터링 영역의 코어층을 형성한다. 레이저 영역의 격자층은 브래그 격자를 포함한다. 필터링 영역의 격자층은 경사 격자를 포함한다. 브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성되고, 경사 격자는 광 필터링을 수행하도록 구성된다. 본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 단일 종 방향 모드는 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 선택되고, 광 필터링은 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 수행될 수 있다. 이와 같이, 반도체 레이저의 변조 처프가 감소되고, 소광비가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서 충족된다.
또한, 본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 경사 격자에 의한 필터링을 통해 변조 처프가 감소되는 경우 추가적인 장치 제조 어려움 및 비용이 없다. 또한, 표준 장치를 사용하지 않고도 기존의 캡슐화 방식으로 높은 단일 모드 수율이 달성될 수 있고 고전력 작동이 동시에 구현될 수 있다. 반도체 레이저는 광 전력 예산에 높은 요구사항을 부과하는 PON 시스템에 적용될 수 있다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 캐비티 길이 방향의 레이저 영역의 길이는 200 마이크로미터(μm)일 수 있고, 캐비티 길이 방향의 제1 격리 영역의 길이는 20 μm일 수 있으며, 캐비티 길이 방향의 필터링 영역은 150 ㎛일 수 있다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 레이저 영역에서 각각의 적층된 층의 물질 구조는 필터링 영역에서 대응하는 적층된 층의 물질 구조와 동일하다.
구체적으로, 상부 도파관층(12) 및 하부 도파관층(17)은 광 신호의 전송 도파관을 형성하도록 구성되고, 인화 인듐(InP) 물질로 제조될 수 있다. 미리 설정된 방향에서 상부 도파관층(12) 및 하부 도파관층(17) 각각의 두께는 1.5 ㎛ 내지 2 ㎛의 임의의 두께일 수 있다. 인화 인듐의 도핑 농도는 1E18cm-3보다 크거나 같을 수 있다. 레이저 영역에서 상부 도파관층(12)의 물질 구조는 필터링 영역에서 상부 도파관층(12)의 물질 구조와 동일하고, 둘 다 인화 인듐 물질로 제조될 수 있다. 인화 인듐 물질의 도핑 농도는 1E18cm-3보다 크거나 같은 농도 값일 수 있다. 레이저 영역에서 하부 도파관층(17)의 물질 구조는 필터링 영역에서 하부 도파관층(17)의 물질 구조와 동일하며, 둘 다 인화 인듐 물질로 제조될 수 있다. 인화 인듐 물질의 도핑 농도는 1E18cm-3보다 크거나 같은 농도 값일 수 있다.
레이저 영역에서 상부 도파관층(12)의 두께는 필터링 영역에서 상부 도파관층(12)의 두께와 동일하거나 상이할 수 있음에 유의해야 한다. 레이저 영역에서 하부 도파관층(17)의 두께는 필터링 영역에서 상부 도파관층(17)의 두께와 동일하거나 상이할 수 있다.
레이저 영역에서 상부 도파관층(12)의 두께는 레이저 영역에서 하부 도파관층(17)의 두께와 동일하거나 상이할 수 있다. 필터링 영역에서, 상부 도파관층(12)의 두께는 필터링 영역에서 하부 도파관층(17)의 두께와 동일하거나 상이할 수 있다.
레이저 영역에서 격자층(13)의 물질 구조는 필터링 영역에서 격자층(13)의 물질 구조와 동일하다. 즉, 브래그 격자의 물질 구조는 경사 격자의 물질 구조와 동일하다. 예를 들어, 브래그 격자 및 경사 격자 각각의 물질 구조는 인화 인듐과 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드(InGaAsP)의 교번 재료일 수 있다.
상부 제한층(14) 및 하부 제한층(16)은 캐리어 및 광자를 미리 설정된 방향 및 미리 설정된 방향의 반대 방향으로 제한하도록 구성되며, 의도하지 않게 도핑된 GRIN(graded index) 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드(InGaAlAs)와 같은 4차 물질로 제조된 GRIN-SCH(graded index separate confinement heterostructure)일 수 있다. 상부 제한층(14) 및 하부 제한층(16)의 미리 설정된 방향의 두께는 50 nm 내지 100 nm의 임의의 두께일 수 있다. 레이저 영역의 상부 제한층(14)의 물질 구조는 필터링 영역의 상부 제한층(14)의 물질 구조와 동일할 수 있으며, 둘 다 의도하지 않게 도핑된 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드와 같은 4차 물질로 제조된 GRIN-SCH일 수 있다.
중심층(15)은 전기 에너지를 광자로 변환하도록 구성되고, 중심층(15)은 의도하지 않게 도핑된 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드와 같은 4차 물질로 제조된다. 미리 설정된 방향의 중심층(15)의 두께는 100 nm 내지 200 nm의 임의의 두께일 수 있다. 선택적으로, 중심층(15)은 반도체 물질로 제조된 다중 양자 우물층, 양자 와이어층, 양자점층 또는 코어층일 수 있다. 레이저 영역의 중심층(15)의 물질 구조는 필터링 영역의 중심층(15)의 물질 구조와 동일할 수 있으며, 둘 다 의도하지 않게 도핑된 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드와 같은 4차 물질로 제조된다.
본 실시예의 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 각각의 적층된 층의 물질 구조는 반도체 레이저의 제조 공정 난이도를 감소시키기 위해 필터링 영역에서 대응하는 적층된 층의 물질 구조와 동일하다. 또한, 의도하지 않게 도핑된 GRIN 인듐 갈륨 아르세나이드 포스파이드(InGaAlAs)와 같은 4차 물질로 제조된 GRIN-SCH가 상부 제한층(14) 및 하부 제한층(16)으로 사용된다. 이러한 방식으로, 반도체 레이저의 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 기판(18)은 인화 인듐(InP), 갈륨 비소(GaAs) 또는 갈륨 질화물(GaN) 중 임의의 물질로 제조될 수 있다.
선택적으로, 전술한 반도체 레이저 중 어느 하나에 기초하여, 본 출원의 실시예는 반도체 레이저를 더 제공할 수 있다. 도 3은 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 2이다. 도 3은 능동 필터링 영역을 갖는 반도체 레이저의 예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(11)과 상부 도파관층(12) 사이에 컨택층(19)이 추가로 형성된다. 제1 격리 영역의 홈은 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 완전히 식각하고 상부 도파관층(12)을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성된다. 레이저 영역과 필터링 영역 사이의 격리 저항은 1000 옴보다 크거나 같다.
컨택층(19)은 레이저 영역과 금속 사이에 옴 접촉을 하도록 구성되며, 일반적으로 고농도로 도핑된 In0.53Ga0.47As로 제조된다. In0.53Ga0.47As의 도핑 농도는 1E19cm-3보다 크거나 같을 수 있다. 컨택층(19)의 수직 방향의 두께는 50 nm 내지 300 nm의 임의의 두께일 수 있다.
격리 영역은 또한 전기적 격리 영역으로도 지칭될 수 있으며, 레이저 영역과 필터링 영역 사이에 전기 신호를 격리하도록 구성된다. 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 완전히 식각하는 것은 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 미리 설정된 방향의 반대 방향으로 완전히 식각하는 것을 의미한다.
선택적으로, 일부 예에서, 격리 영역의 홈은 격리 저항의 저항값을 증가시키기 위해 주입된 미리 설정된 전기 이온을 더 포함한다.
예를 들어, 레이저 영역과 필터링 영역 사이의 격리 저항이 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 완전히 식각하고 상부 도파관층(12)을 부분적으로 식각한 후 1000 ohms보다 크거나 같을 수 없는 경우, 미리 설정된 전기 이온은 격리 저항의 저항값을 증가시키기 위해 격리 영역의 홈에 주입될 수 있다.
선택적으로, 도 3에 도시된 반도체 레이저에서, 층 본체에서, 필터링 영역에 대응하는 부분은 수신된 제2 전기 여기 신호에 기초하여 광 신호를 증폭하고 필터링하기 위해 미리 설정된 방향으로 상부 도파관층 상에 순차적으로 형성된 컨택층(21) 및 제2 전극층(20)을 더 포함한다.
제1 전극층(11)은 P형 전극층일 수 있으며, 티타늄 합금, 백금 합금 또는 금속으로 제조될 수 있다. 제1 전극층(11)의 미리 설정된 방향의 두께는 500 nm 내지 2 ㎛의 임의의 두께일 수 있다.
제2 전극층(20)은 N형 전극층일 수 있으며, 금-게르마늄-니켈 합금 또는 금속으로 제조될 수 있다. 제2 전극층(20)의 미리 설정된 방향의 두께는 200 nm 내지 500 nm일 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 반도체 레이저에서, 필터링 영역은 제2 전기 여기 신호를 수신할 수 있는 제2 전극층을 포함함에 유의해야 한다. 이 경우, 필터링 영역은 활성 영역일 수 있다.
선택적으로, 활성 필터링 영역을 갖는 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 활성층은 필터링 영역의 코어층과 상이하고, 필터링 영역의 코어층의 광발광 파장은 레이저 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 nm 더 짧다.
본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 필터링 영역의 캐리어 밀도가 투명 캐리어 밀도보다 클 수 있도록 필터링 영역의 컨택층에 광전류가 주입된다. 광전류는 광 출력 이득을 얻기 위해 필터링 영역의 컨택층에 지속적으로 주입된다. 이러한 방식으로, 필터링이 수행되는 동안 반도체 레이저의 광 출력 효율이 향상된다.
선택적으로, 전술한 반도체 레이저 중 어느 하나에 기초하여, 본 출원의 실시예는 반도체 레이저를 추가로 제공할 수 있다. 도 4는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 3이다. 도 4는 수동 필터링 영역을 갖는 반도체 레이저의 예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저에서, 층 본체에서, 필터링 영역에 대응하는 부분은 미리 설정된 방향으로 상부 도파관층에 형성된 컨택층(21)을 더 포함하지만, 광 신호를 필터링하기 위해 도 3의 제2 전극층(20)은 포함하지 않는다.
컨택층(21)은 필터링 영역과 금속 사이에 옴 컨택을 형성하도록 구성되며, 일반적으로 고농도로 도핑된 In0.53Ga0.47As로 제조된다. In0.53Ga0.47As의 도핑 농도는 1E19cm-3보다 크거나 같을 수 있다. 컨택층(21)의 수직 방향의 두께는 50 nm 내지 300 nm의 임의의 두께일 수 있다.
도 4에 도시된 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 상부 도파관층(12)과 필터링 영역의 상부 도파관층(12)은 미리 설정된 방향의 두께가 다를 수 있고, 레이저 영역의 상부 제한층(14)과 필터링 영역의 상부 제한층(14)은 미리 설정된 방향의 두께가 다를 수 있으며, 레이저 영역의 중심층(15)과 필터링 영역의 중심층(15)은 미리 설정된 방향으로 두께가 다를 수 있고, 레이저 영역의 하부 제한층(16) 및 필터링 영역의 하부 제한층(16)은 미리 설정된 방향에서 두께가 다를 수 있으며, 레이저 영역의 하부 도파관층(17)과 필터링 영역의 하부 도파관층(17)은 미리 설정된 방향으로 두께가 다를 수 있다.
수동 필터링 영역을 갖는 반도체 레이저에서, 필터링 영역의 중심층(15)의 밴드갭 파장은 필터링 영역의 상부 도파관층(12) 및 하부 도파관층(17)에 의한 광 흡수를 감소시키기 위해 레이저 영역의 중심층(15)의 밴드갭 파장보다 적어도 150 nm 더 작다. 이러한 방식으로, 반도체 레이저의 광 출력 효율이 보장된다.
선택적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 레이저에서, 레이저 영역 측 단부면은 고 반사(Highly Reflective, HR) 필름으로 추가로 도금된다. 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 레이저에서, 필터링 영역 측 단부면은 반사 방지(Antireflective, AR) 필름으로 도금된다. 레이저 영역 측 단부면은 캐비티 길이 방향에서 레이저 영역에 가까운 단부면일 수 있고, 필터링 영역 측 단부면은 캐비티 길이 방향에서 필터링 영역에 가까운 단부면일 수 있다.
필터링 영역 측 단부면은 반도체 레이저에 의해 출력되는 광 신호를 출력하기 위해 반도체 레이저의 출력단으로 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 반도체 레이저에서, 레이저 영역 측 단부면은 HR 필름으로 추가로 도금되고, 필터링 영역 측 단부면은 AR 필름으로 추가로 도금된다. 이러한 방식으로, 반도체 레이저의 광 출력 효율이 효과적으로 향상될 수 있다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 레이저 영역의 레이저 파장의 중심 값은 필터링 영역의 필터링 파장의 중심 값에 대응하는 주파수를 50 GHz만큼 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 획득되는 범위에 속한다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 격자층(13)의 브래그 격자는 위상 편이 격자이다. 위상 편이 격자는 파장이 λ/4인 위상 편이 격자이며, 여기서 λ는 레이저 영역의 레이저 파장이다.
파장이 λ/4인 위상 편이 격자의 위상 편이 영역은 반도체 레이저에서 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역으로부터 1/3 떨어진 위치에 위치될 수 있다.
본 실시예에서, 반도체 레이저의 단일 모드 수율이 달성될 수 있고, 반도체 레이저에 의해 출력되는 광 신호에 대한 파장 제어가 단순화될 수 있도록 파장이 λ/4인 위상 편이 격자가 브래그 격자로 사용된다.
선택적으로, 캐비티 길이 방향의 브래그 격자의 길이는 100 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 임의의 길이이다. 예를 들어, 캐비디 길이 방향의 브래그 격자의 길이는 220 ㎛일 수 있다.
본 실시예에서, 반도체 레이저의 변조율이 10 Gbps보다 크거나 같을 수 있도록 100 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 임의의 길이가 캐비티 길이 방향으로 반도체 레이저의 브래그 격자의 길이로서 사용된다.
선택적으로, 브래그 격자는 균일한 굴절률 결합 격자, 이득 결합 격자 및 복합 결합 격자 중 어느 하나이다. 이득 결합 격자는 주기적으로 변하는 이득 또는 손실 매체를 포함하는 격자이다. 복합 결합 격자는 굴절률 결합 격자와 이득 결합 격자를 포함하는 격자이다.
레이저 영역은 반도체 레이저에서 이득 및 모드 선택 영역일 수 있다. 레이저 영역의 격자층(13)에 포함된 브래그 격자는 단일 종 방향 모드 신호, 즉 단일 파장 신호의 레이징(lasing)을 구현하기 위해 단일 종 방향 모드 광 신호를 선택하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 반도체 레이저에서, 경사 격자는 미리 설정된 경사 각도를 갖는 균일한 격자일 수 있다.
경사 격자의 경사 방향은 도파관 방향에 수직이거나 또는 도파관 방향과 반대이고, 경사 격자의 미리 설정된 경사 각도는 도파관 방향에 수직인 방향으로 경사 격자의 경사 각도 또는 도파관 방향의 반대 방향으로 경사 격자의 경사 각도일 수 있다. 도파관 방향은 상부 도파관층(12) 또는 하부 도파관층(17)의 광 도파관 투과 방향일 수 있다. 도파관 방향은 캐비티 길이 방향과 평행할 수 있거나 또는 평행하지 않을 수 있다.
선택적으로, 경사 격자의 미리 설정된 경사 각도는 2°내지 10°의 임의의 각도일 수 있다.
본 실시예에서, 레이저 영역에 대한 경사 격자의 반사광의 영향을 감소시키기 위해 2°내지 10°의 임의의 각도가 경사 격자의 경사 각도로서 선택된다.
선택적으로, 격자층(13)의 브래그 격자, 즉 레이저 영역의 격자층(13)에 포함된 격자는 다음의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
Figure pct00011
여기서
Figure pct00012
은 레이저 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
Figure pct00013
은 단일 주기에서 브래그 격자의 격자 길이이며,
Figure pct00014
은 브래그 격자의 브래그 파장이다.
레이저 영역의 유효 도파관 굴절률은 레이저 영역에서 상부 도파관층(12) 및 하부 도파관층(17)의 유효 굴절률일 수 있다.
선택적으로, 격자층(13)의 경사 격자, 즉 필터링 영역의 격자층(13)에 포함된 격자는 다음의 [수학식 2]를 만족할 수 있다.
Figure pct00015
여기서
Figure pct00016
는 필터링 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
Figure pct00017
는 단일 주기에서 경사 격자의 격자 길이이며,
Figure pct00018
는 경사 격자의 필터링 파장이다.
필터링 영역의 유효 도파관 굴절률은 필터링 영역에서 상부 도파관층(12) 및 하부 도파관층(17)의 유효 굴절률일 수 있다.
선택적으로, 브래그 격자가 파장이 λ/4인 위상 편이 격자이면, 여기서 λ는 레이저 영역의 레이저 파장이고,
Figure pct00019
는
Figure pct00020
과 같다.
반도체 레이저가 상대적으로 작은 소광비를 갖는 경우,
Figure pct00021
은 신호 0의 파장일 수 있다. 전기 여기 신호의 전류가 다르기 때문에 특정 값 사이에 편차가 있을 수 있다. 즉,
Figure pct00022
과 신호 0의 파장 사이의 차이가 미리 설정된 범위 내에 속할 수 있다.
반도체 레이저가 작동 상태에 있는 경우, 레이저 영역과 필터링 영역의 작동 전류는
Figure pct00023
와
Figure pct00024
사이의 정렬을 구현하기 위해 반도체 레이저의 프런트 엔드(front-end) 광 전력에 대한 백엔드 광 전력의 비율을 최대화하도록 조정함으로써 파장 잠금을 구현할 수 있다.
선택적으로, 캐비티 길이 방향으로 경사 격자의 길이는 150 나노미터이다.
선택적으로, 레이저 영역의 레이저 파장의 중심 값은 필터링 영역의 필터링 파장의 중심 값에 대응하는 주파수를 50 GHz까지 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 획득되는 범위에 속한다.
선택적으로, 레이저 영역은 DFB 영역 또는 DBR 영역일 수 있다. 레이저 영역이 DBR 영역인 경우, 레이저 영역은 2 세그먼트 DBR영역일 수 있고, 2 세그먼트 DBR 영역은 캐비티 길이 방향으로 후방 반사 영역과 이득 영역으로 순차적으로 분할된다. 다르게는, 레이저 영역은 3 세그먼트 DBR 영역일 수 있으며, 3 세그먼트 DBR 영역은 캐비티 길이 방향에서 후방 반사 영역, 이득 영역 및 위상 영역으로 순차적으로 분할된다. 다르게는, 레이저 영역은 4 세그먼트 DBR 영역일 수 있고, 4 세그먼트 DBR 영역은 캐비티 길이 방향으로 후방 반사 영역, 이득 영역, 위상 영역 및 전방 반사 영역으로 순차적으로 분할된다.
어떤 DBR 영역을 사용하든, DBR 영역에서 인접한 두 영역 사이에 격리 영역, 예를 들어 제2 격리 영역이 존재한다. 인접한 두 영역 사이의 격리 영역은 제1 전극층(11)을 완전히 식각하고, 미리 설정된 방향과 반대 방향으로 상부 도파관층(12)을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성될 수 있다. 인접 영역 사이의 격리 저항은 1000 옴보다 크다. 선택적으로, 컨텍층(19)이 제1 전극층(11)과 상부 도파관층(12) 사이에 추가로 형성된다. 이 경우, 인접하는 두 영역 사이의 격리 영역은 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 완전히 식각하고 미리 설정된 방향의 반대 방향으로 상부 도파관층(12)을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성될 수 있다.
레이저 영역에서, 후방 반사 영역 및 전방 반사 영역의 격자층(13)은 브래그 격자를 포함할 수 있다.
레이저는 후방 반사 영역 및 전방 반사 영역 중 적어도 하나를 포함한다. 구체적으로, 레이저 영역이 2 세그먼트 DBR 영역 또는 3 세그먼트 DBR 영역인 경우, 레이저는 후방 반사 영역을 포함해야 하거나, 또는 레이저 영역이 4 세그먼트 DBR 영역인 경우, 레이저 영역은 후방 반사 영역과 전방 반사 영역을 포함해야 한다.
선택적으로, 위상 영역 및 반사 영역의 활성층의 광발광 파장은 이득 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 nm 더 짧다. 반사 영역은 전방 반사 영역 또는 후방 반사 영역이다.
이하에서는 레이저 영역이 3 세그머트 DBR 영역인 예를 사용하여, 전술한 실시예에서 제공된 반도체 레이저를 설명한다. 도 5는 본 출원의 실시예에 따른 캐비티 길이 방향의 반도체 레이저의 단면 개략도 4이다. 도 5는 레이저 영역이 3 세그먼트 DBR 영역인 반도체 레이저의 예이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저는 기판(18) 및 층 본체를 포함한다. 층 본체는 미리 설정된 방향으로 기판(18) 상에 순차적으로 형성된 하부 도파관층(17), 하부 제한층(16), 중심층(15), 상부 제한층(14), 격자층(13), 상부 도파관층(12) 및 제1 전극층(11)을 포함한다. 컨택층(19)은 제1 전극층(11)과 상부 도파관층(12) 사이에 추가로 형성된다.
반도체 레이저는 캐비티 길이 방향으로 레이저 영역, 제1 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할된다. 레이저 영역은 캐비티 길이 방향으로 후방 반사 영역, 이득 영역 및 위상 영역으로 분할된다.
제1 격리 영역은 제1 전극층(11)과 컨택층(19)을 완전히 식각하고 미리 설정된 방향의 반대 방향으로 상부 도파관층(12)을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성된 홈을 포함할 수 있다. 제1 격리 영역은 레이저 영역과 필터링 영역 사이의 전기적 격리를 구현하도록 구성될 수 있다.
레이저 영역에서, 후방 반사 영역과 이득 영역 또는 이득 영역과 위상 영역과 같은 인접한 두 영역 사이에 제2 격리 영역이 존재한다. 제2 격리 영역은 제1 전극층(11) 및 컨택층(19)을 완전히 식각하고 상부 도파관층(12)을 미리 설정된 방향과 반대 방향으로 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성된 홈을 포함할 수 있다. 제2 격리 영역은 레이저 영역에서 인접한 두 영역 사이의 전기적 격리를 구현하도록 구성될 수 있다.
레이저 영역, 격리 영역 및 필터링 영역은 기판(18) 상에 위치한다. 레이저 영역은 광 신호를 생성하여 전송하도록 구성된다. 필터링 영역은 또한 필터 영역으로도 지칭될 수 있으며, 광 신호를 필터링하도록 구성된다.
레이저 영역의 제1 전극층(11)은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성된다. 레이저 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하여 전송하기 위해 레이저 영역의 활성층을 형성한다. 필터링 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해 필터링 영역의 코어층을 형성한다.
레이저 영역의 후방 반사 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 레이저 영역의 후방 반사 영역의 코어층(51)을 형성한다. 레이저 영역의 위상 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 레이저 영역의 위상 영역의 코어층(51)을 형성한다. 레이저 영역의 이득 영역의 상부 제한층(14), 중심층(15) 및 하부 제한층(16)은 레이저 영역의 이득 영역의 활성층(52)을 형성한다.
후방 반사 영역 및 위상 영역의 코어층(51)의 밴드갭 파장(또한 광발광 파장으로도 지칭됨)은 이득 영역의 활성층(52)의 밴드갭 파장보다 적어도 100 nm 더 짧을 수 있다.
레이저 영역의 후방 반사 영역의 격자층(13)은 브래그 격자를 포함한다. 레이저 영역의 후방 반사 영역의 브래그 격자는 도 5에 도시된 격자(1)를 형성할 수 있다. 필터링 영역의 격자층(13)은 경사 격자, 예를 들어 도 5에 도시된 격자(2)를 포함한다. 브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성되고, 경사 격자는 광 필터링을 수행하도록 구성된다.
도 5에 도시된 브래그 격자 및 경사 격자에 대한 설명은 전술한 설명을 참조한다. 자세한 내용은 여기서 다시 설명되지 않는다.
반도체 레이저에서, 레이저 영역 측 단부면은 HR 필름으로 추가로 도금되고, 필터링 영역 측 단부면은 반도체 레이저의 광 출력 효율을 효과적으로 향상시키기 위해 AR 필름으로 추가로 도금된다.
본 실시예에서 제공되는 반도체 레이저에서, 단일 종 방향 모드는 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 선택될 수 있고, 광 필터링은 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 수행될 수 있다. 이와 같이, 반도체 레이저의 변조 처프가 감소되고, 소광비가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서도 충족된다.
또한, 본 실시예의 반도체 레이저에서, 경사 격자에 의한 필터링을 통해 변조 처프가 감소되는 경우 추가적인 장치 제조 어려움 및 비용이 없다. 또한, 표준 장치를 사용하지 않고도 기존의 캡슐화 방식으로 높은 단일 모드 수율이 달성될 수 있고 고전력 작동이 구현될 수 있다. 반도체 레이저는 광 전력 예산에 높은 요구사항을 부과하는 PON 시스템에 적용될 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예는 광 전송기 컴포넌트를 추가로 제공할 수 있다. 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 광 전송기 컴포넌트의 개략적인 구조도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광 전송기 컴포넌트(60)는 반도체 레이저(61)를 포함할 수 있다. 반도체 레이저(61)는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시된 반도체 레이저일 수 있다.
전송기 컴포넌트는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시된 반도체 레이저를 포함하므로, 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 단일 종 방향 모드가 선택될 수 있고, 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 광 필터링이 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송기 컴포넌트의 변조 처프가 감소되고, 소광비가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서도 충족된다.
선택적으로, 본 출원의 실시예는 OLT를 추가로 제공할 수 있다. 도 7은 본 출원의 실시예에 따른 OLT의 개략적인 구조도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, OLT(70)는 광 전송기 컴포넌트(71)를 포함할 수 있다. 광 전송기 컴포넌트(71)는 반도체 레이저(711)를 포함한다. 반도체 레이저(711)는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시된 반도체 레이저일 수 있다.
OLT의 광 전송기 컴포넌트는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시된 반도체 레이저를 포함할 수 있으므로, 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 단일 종 방향 모드가 선택될 수 있고, 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 광 필터링이 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, OLT의 변조 처프가 감소되고, 소광비가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서도 충족된다.
선택적으로, 본 출원의 실시예는 ONU를 더 제공할 수 있다. 도 8은 본 출원의 실시예에 따른 ONU의 개략적인 구조도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, ONU(80)는 광 전송기 컴포넌트(81)를 포함할 수 있다. 광 전송기 컴포넌트는 반도체 레이저(811)를 포함한다. 반도체 레이저(811)는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시 된 반도체 레이저일 수 있다.
OLT의 광 전송기 컴포넌트는 도 2 내지 도 5 중 어느 하나에 도시된 반도체 레이저를 포함할 수 있으므로, 레이저 영역의 격자층에 포함된 브래그 격자를 사용하여 단일 종 방향 모드가 선택될 수 있고, 필터링 영역의 격자층에 포함된 경사 격자를 사용하여 광 필터링이 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, ONU의 변조 처프가 감소되고, 소광비가 증가되며, 광 펄스의 분산이 감소되고, 광 신호의 전송 거리가 증가되므로, 광섬유 전송 거리의 요구사항이 비교적 낮은 분산 페널티에서도 충족된다.
전술한 설명은 본 발명의 특정 구현일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명에 개시된 기술적 범위 내에서 당업자에 의해 용이하게 파악되는 임의의 변형 또는 대체는 본 발명의 보호 범위 내에 속한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구 범위의 보호 범위에 따른다.

Claims (22)

  1. 반도체 레이저로서,
    기판 및 층 본체(layer body)를 포함하며,
    상기 층 본체는 미리 설정된 방향으로 상기 기판 상에 순차적으로 형성된 하부 도파관층, 하부 제한층, 중심층, 상부 제한층, 격자층, 상부 도파관층 및 제1 전극층을 포함하고, 상기 미리 설정된 방향은 상기 기판에 가까운 단부로부터 상기 기판으로부터 멀어지는 단부까지의 방향이며, 상기 층 본체는 캐비티(cavity) 길이 방향으로 레이저 영역, 제1 격리 영역 및 필터링 영역으로 분할되고, 상기 제1 격리 영역은 상기 레이저 영역과 상기 필터링 영역 사이에 위치되며, 상기 제1 격리 영역은 상기 제1 전극층을 식각하여 형성된 홈을 포함하고,
    상기 레이저 영역의 제1 전극층은 제1 전기 여기 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 레이저 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 상기 제1 전기 여기 신호의 작용하에 광 신호를 생성하고 전송하기 위해 상기 레이저 영역의 활성층을 형성하며, 상기 필터링 영역의 상부 제한층, 중심층 및 하부 제한층은 필터링된 광 신호를 전송하기 위해 상기 필터링 영역의 코어층을 형성하고,
    상기 레이저 영역의 격자층은 브래그(Bragg) 격자를 포함하고, 상기 브래그 격자는 단일 종 방향 모드를 선택하도록 구성되며, 상기 필터링 영역의 격자층은 경사 격자를 포함하고, 상기 경사 격자는 광 필터링을 수행하도록 구성되는,
    반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 영역의 각각의 적층된 층의 물질 구조는 상기 필터링 영역의 대응하는 적층된 층의 물질 구조와 동일한,
    반도체 레이저.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 브래그 격자는 λ/4의 파장을 갖는 위상 편이 격자이고, λ는 상기 레이저 영역의 레이징(lasing) 파장인,
    반도체 레이저.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 캐비티 길이 방향의 브래그 격자의 길이는 100 마이크로미터 내지 400 마이크로미터의 임의의 길이인,
    반도체 레이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브래그 격자는 균일한 굴절률 결합 격자, 이득 결합 격자, 또는 복합 결합 격자 중 어느 하나이고,
    상기 이득 결합 격자는 주기적으로 변하는 이득 또는 손실 매체를 포함하는 격자이고, 상기 복합 결합 격자는 상기 굴절률 결합 격자 및 상기 이득 결합 격자를 포함하는 격자인,
    반도체 레이저.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경사 격자는 미리 설정된 경사 각도를 갖는 균일한 격자이고, 상기 경사 격자는 도파관 방향에 수직이거나 또는 도파관 방향과 반대인,
    반도체 레이저.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 미리 설정된 경사 각도는 2°내지 10°의 임의의 각도인,
    반도체 레이저.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브래그 격자는 다음의 관계식
    Figure pct00025

    을 만족하며,
    여기서
    Figure pct00026
    은 상기 레이저 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
    Figure pct00027
    은 단일 주기에서 상기 브래그 격자의 격자 길이이며,
    Figure pct00028
    은 상기 브래그 격자의 브래그 파장인,
    반도체 레이저.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경사 격자는 다음의 수학식
    Figure pct00029

    을 만족하며,
    여기서
    Figure pct00030
    는 상기 필터링 영역의 유효 도파관 굴절률이고,
    Figure pct00031
    는 단일 주기에서 상기 경사 격자의 격자 길이이며,
    Figure pct00032
    는 상기 경사 격자의 필터링 파장인,
    반도체 레이저.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 브래그 격자가 상기 λ/4의 파장을 갖는 위상 편이 격자인 경우, λ는 상기 레이저 영역의 레이징 파장이고,
    Figure pct00033
    는
    Figure pct00034
    과 같은,
    반도체 레이저.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티 길이 방향에서 상기 경사 격자의 길이는 150 나노미터인,
    반도체 레이저.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저에서, 레이저 영역 측 단부면은 고 반사(highly reflective, HR) 필름으로 도금되고, 상기 반도체 레이저에서, 필터링 영역 측 단부면은 반사 방지(antireflective, AR) 필름으로 도금되는,
    반도체 레이저.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 영역의 레이징 파장의 중심 값은 상기 필터링 영역의 필터링 파장의 중심 값에 대응하는 주파수를 50 GHz만큼 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 획득되는 범위 내에 속하는,
    반도체 레이저.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨택층은 상기 제1 전극층과 상기 상부 도파관층 사이에 추가로 형성되고, 상기 홈은 상기 제1 전극층 및 상기 컨택층을 완전히 식각하고 상기 상부 도파관층을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성되며, 상기 레이저 영역과 상기 필터링 영역 사이의 격리 저항은 1000 옴보다 큰,
    반도체 레이저.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 영역의 활성층은 상기 필터링 영역의 코어층과 상이하고, 상기 필터링 영역의 코어층의 광발광 파장은 상기 레이저 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 나노 미터 더 짧은,
    반도체 레이저.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층 본체에서, 상기 필터링 영역에 대응하는 부분은 수신된 제2 전기 여기 신호에 기초하여 광 신호를 증폭하고 필터링하기 위해, 미리 설정된 방향으로 상기 상부 도파관층 상에 순차적으로 형성된 컨택층 및 제2 전극층을 더 포함하거나, 또는
    상기 층 본체에서, 상기 필터링 영역에 대응하는 부분은 광 신호를 필터링하기 위해, 상기 미리 설정된 방향으로 상기 상부 도파관층 상에 형성된 컨택층을 더 포함하지만, 제2 전극층은 포함하지 않는,
    반도체 레이저.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심층은 반도체 물질로 이루어진 코어층, 다중 양자 우물층, 양자 선층(quantum line layer) 또는 양자점층(quantum dot layer)인,
    반도체 레이저.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 영역은 상기 캐비티 길이 방향으로 후방 반사 영역, 이득 영역, 위상 영역 및 전방 반사 영역으로 순차적으로 분할되고, 두 개의 인접한 영역 사이에 제2 격리 영역이 있으며, 상기 제2 격리 영역은 상기 제1 전극층을 완전히 식각하고 상기 상부 도파관층을 부분적으로 또는 완전히 식각함으로써 형성되고, 상기 인접한 영역의 격리 저항은 1000 옴보다 크며,
    상기 레이저 영역에서, 상기 후방 반사 영역 및 상기 전방 반사 영역의 격자층은 상기 브래그 격자를 포함하고, 상기 레이저 영역은 상기 후방 반사 영역 및 상기 전방 반사 영역 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 레이저.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 위상 영역 및 상기 반사 영역의 활성층의 광발광 파장은 상기 이득 영역의 활성층의 광발광 파장보다 적어도 100 나노미터 더 짧고, 상기 반사 영역은 상기 전방 반사 영역 또는 상기 후방 반사 영역인,
    반도체 레이저.
  20. 광 전송기 컴포넌트로서,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 반도체 레이저를 포함하는,
    광 전송기 컴포넌트.
  21. 광 회선 단말(optical line terminal, OLT)로서,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 반도체 레이저를 포함하는 광 전송기 컴포넌트를 포함하는
    광 회선 단말.
  22. 광 네트워크 유닛(optical network unit, ONU)으로서,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 반도체 레이저를 포함하는 광 전송기 컴포넌트를 포함하는
    광 네트워크 유닛.
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