KR20220032220A - 파장가변 레이저 다이오드 - Google Patents

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KR20220032220A
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Abstract

제 1 방향을 따라 배열되는 분포 영역, 위상 영역 및 게인 영역을 갖는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 하부 클래드층, 상기 분포 영역 상에 배치된 회절 격자들, 상기 하부 클래드층상에 배치되고, 상기 분포 영역에서 상기 게인 영역까지 연장되는 도파로층, 상기 도파로층 상에 배치되는 상부 클래드층, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 상기 상부 클래드층의 폭은 상기 도파로층에 가까울수록 작아지고, 상기 분포 영역 상에서 상기 상부 클래드층 상에 제공되는 전극, 및 상기 전극 상에 배치되고, 절연층에 의해 상기 전극과 전기적으로 절연되는 히터를 포함하는 파장가변 레이저 다이오드를 제공하되, 상기 절연층의 두께는 5nm 내지 20nm일 수 있다.

Description

파장가변 레이저 다이오드{tunable laser diode}
본 발명은 파장가변 레이저 다이오드 에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 광의 파장을 전기적 및 열적으로 가변할 수 있는 파장가변 레이저 다이오드 에 관한 것이다.
최근, 초고속 인터넷 및 다양한 멀티미디어 서비스가 등장함에 따라 대용량의 정보를 제공하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 특히, 반도체 레이저 및 광섬유를 이용한 정보 전송을 위해서 다양한 광원 장치들이 개발되고 있다. 소자 공정의 발전과 물질 성장 및 증착 기술의 발달로 여러 종류의 광 소자들이 광 통신 분야 및 여러 분야에서 이용되고 있고, 이러한 기술 중에서 반도체 기반의 광 소자는 핵심적인 역할을 하고 있다.
일반적인 분포 브라그 반사형 파장가변 레이저 다이오드(distributed Bragg reflector-laser diode)는 축방향 단일모드 광원(longitudinal single-mode light source) 및 파장가변 광원(wavelength tunable laser)일 수 있다. 일반적인 분포 브라그 반사형 파장가변 레이저 다이오드는 게인 섹션(gain section) 및 분포 브라그 반사 섹션(DBR section)을 포함할 수 있다. 게인 섹션, 위상 섹션, 및 분포 브라그 반사 섹션은 반도체 기판 내에 도파로 (waveguide) 형태로 단일집적(monolithic integrate)될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 향상된 파장가변 레이저 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 특성이 향상된 파장가변 레이저 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 소형화된 파장가변 레이저 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드는 제 1 방향을 따라 배열되는 분포 영역, 위상 영역 및 게인 영역을 갖는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 하부 클래드층, 상기 분포 영역 상에 배치된 회절 격자들, 상기 하부 클래드층상에 배치되고, 상기 분포 영역에서 상기 게인 영역까지 연장되는 도파로층, 상기 도파로층 상에 배치되는 상부 클래드층, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 상기 상부 클래드층의 폭은 상기 도파로층에 가까울수록 작아지고, 상기 분포 영역 상에서 상기 상부 클래드층 상에 제공되는 전극, 및 상기 전극 상에 배치되고, 절연층에 의해 상기 전극과 전기적으로 절연되는 히터를 포함할 수 있다. 상기 절연층의 두께는 5nm 내지 20nm일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드는 히터로부터 상부 클래드층에 전달되는 열의 손실이 적을 수 있으며, 상부 클래드층의 온도 유지 또는 온도 조절을 위한 전력이 작을 수 있다. 더하여, 작은 간격을 갖는 전극 및 히터 사이의 단락이 방지될 수 있다. 즉, 파장가변 레이저 다이오드의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드는 온도 변화에 따른 상부 클래드층의 굴절률 변화가 없을 수 있으며, 생성되는 광과 목표를 하는 광의 오차가 적을 수 있다. 즉, 신뢰도가 높은 파장가변 레이저 다이오드 소자가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드는 파장가변 레이저 다이오드의 평면적이 작을 수 있으며, 소형의 파장가변 레이저 다이오드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드의 각 부분들을 상세히 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 상면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
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 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호로 표시된 부분들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면에 해당한다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드의 각 부분들을 상세히 설명하기 위한 단면도들로, 도 3a는 도 1의 B-B'선에 따른 단면에 해당하고, 도 3b는 도 1의 C-C'선에 따른 단면에 해당하며, 도 3C는 도 1의 D-D'선에 따른 단면에 해당한다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 파장가변 레이저 다이오드를 설명하기 위한 상면도이다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 인듐 인(InP)을 포함할 수 있다. 이때, 기판(100)은 제 1 도전형을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 도전형은 n형일 수 있다. 또는, 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 산화 아연(ZnO), 인듐 인(InP), 게르마늄(Ge) 또는 갈륨 옥사이드(Ga2O3)를 포함할 수 있다. 기판(100)은 제 1 방향(D1)으로 배열되는 제 1 영역(R1), 제 2 영역(R2) 및 제 3 영역(R3)을 가질 수 있다. 제 1 영역(R1)은 파장가변 레이저 다이오드의 분포 영역일 수 있고, 제 2 영역(R2)은 파장가변 레이저 다이오드의 위상 영역일 수 있고, 제 3 영역(R3)은 파장가변 레이저 다이오드의 게인 영역일 수 있다. 여기서, 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)은 기판(100)의 상면에 평행하고, 상호 수직한 방향들이며, 제 3 방향(D3)은 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로 정의된다.
기판(100)의 하면 상에 공통 전극(110)이 배치될 수 있다. 공통 전극(110)은 상기한 제 1 도전형을 갖는 반도체 물질을 포함하거나, 금속 물질 또는 투명 전도 물질을 포함할 수 있다.
기판(100) 상에 하부 클래드층(200)이 배치될 수 있다. 하부 클래드층(200)은 기판(100)과 일체로 제공될 수 있다. 하부 클래드층(200)은 기판(100)의 굴절률보다 높고 후술되는 도파로층(400)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 하부 클래드층(200)은 상기한 제 1 도전형을 갖는 인듐 인(InP)을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 하부 클래드층(200) 상에 서브 도파로층이 배치될 수 있다. 상기 서브 도파로층은 약 200Å 내지 700Å의 두께를 가질 수 있다. 상기 서브 도파로층은 인듐 갈륨 비소 인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 상기 서브 도파로층은 하부 클래드층(200)과 이하 설명될 스페이서층(300) 사이에 제공될 수 있다.
하부 클래드층(200) 상에 회절 격자들(310)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 클래드층(200) 상에 스페이서층(300)이 배치될 수 있으며, 회절 격자들(310)은 스페이서층(300)의 내부에 매립될 수 있다. 회절 격자들(310)은 제 1 방향(D1)으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들(310)은 제 1 방향(D1)으로 일정한 주기를 갖고 이격될 수 있다. 회절 격자들(310)은 브래그 회절 격자(Bragg diffraction grating)일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들(310)의 배열 주기는 mλBragg/2neff일 수 있다. 여기서, m은 회절격자 차수, λBragg는 브라그 파장, 및 neff은 도파로 유효굴절률을 나타낸다. 회절 격자들(310)은 단일 모드 수율을 높이기 위하여 중심부에서 파장의 1/4만큼 오프셋을 가지는 quarter-wave shift 구조일 수 있다. 스페이서층(300)은 약 0.5um 내지 0.7um의 두께를 가질 수 있다. 회절 격자들(310)의 패턴들 각각은 약 0.1um의 폭 또는 길이를 가질 수 있다. 스페이서층(300)은 상기한 제 1 도전형을 갖는 인듐 인(InP)을 포함할 수 있다. 회절 격자들(310)은 제 2 도전형을 갖는 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 또는 인듐 갈륨 비소 인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 도전형은 p형일 수 있다. 이와는 다르게, 회절 격자들(310)은 캐버티를 포함할 수 있다.
스페이서층(300) 상에 도파로층(400)이 배치될 수 있다. 도파로층(400)은 스페이서층(300)을 덮을 수 있다. 도파로층(400)은 회절 격자들(310) 상부에 위치하는 일부 스페이서층(300)에 의해 회절 격자들(310)과 제 3 방향(D3)으로 이격될 수 있다. 도파로층(400)은 하부 클래드층(200) 및 상부 클래드층(500)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 도파로층(400)은 1.3um 내지 1.55um 파장의 밴드갭 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도파로층(400)은 진성 인듐 인(InP) 또는 진성 인듐 갈륨 비소 인(intrinsic InGaAsP)을 포함할 수 있다. 도파로층(400)은 다중 양자 레이저 광을 발진할 수 있다. 실시예들에서, 도파로층(400)은 다중 양자 우물(multiple quantum well; MQW) 구조를 가질 수 있다. 또한, 도파로층(400)은 분리 집속 이종층(separate confinement hetero; SCH) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도파로층(400)의 상면 및 하면 상에 도파로층(400)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 반도체층들이 배치될 수 있다. 이때, 상기 반도체층들의 두께 및 밴드갭은 도파로층(400)의 광구속(optical confinement) 인자에 따라 조절될 수 있다.
도파로층(400)은 활성 도파로들(410)과 수동 도파로(420)를 포함할 수 있다. 활성 도파로들(410)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2) 상에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 활성 도파로들(410)은 레이저 광의 게인을 얻기 위한 불순물을 포함할 수 있다. 제 1 영역(R1)의 활성 도파로(410)는 스페이서층(300)의 상면을 덮을 수 있다. 제 2 영역(R2)의 활성 도파로(410)는 제 1 영역(R1)의 활성 도파로(410)의 일측으로부터 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형상을 가질 수 있다. 수동 도파로(420)는 제 2 영역(R2)의 활성 도파로(410)와 연결될 수 있다. 수동 도파로(420)는 제 3 영역(R3)의 스페이서층(300) 상에 배치될 수 있다. 수동 도파로(420)는 제 2 영역(R2)의 활성 도파로(410)의 일측으로부터 제 1 방향(D1)을 따라 연장되는 라인 형상을 가질 수 있다.
도파로층(400) 상에 상부 클래드층(500)이 배치될 수 있다. 상부 클래드층(500)은 도파로층(400)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 상부 클래드층(500)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형상을 가질 수 있다. 상부 클래드층(500)은 약 1.5um 내지 2um의 두께를 가질 수 있다. 상부 클래드층(500)은 도파로층(400)과 좁은 접촉면을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 클래드층(500)은 도파로층(400)을 향할수록 제 2 방향(D2)의 폭이 감소하는 역메사(reverse mesa) 형상을 가질 수 있다. 이때, 상부 클래드층(500)의 제 2 방향(D2)의 측면들은 도파로층(400)의 상면과 약 40° 내지 70°의 사이 각을 가질 수 있다. 상부 클래드층(500)의 상면의 제 2 방향(D2)의 폭은 약 5um 내지 7um일 수 있으며, 상부 클래드층(500)의 하면의 제 2 방향(D2)의 폭은 약 2.5um 내지 3.5um일 수 있다. 제 2 영역(R2) 상에서, 상부 클래드층(500)의 하면의 제 2 방향(D2)의 폭은 제 2 영역(R2)의 활성 도파로(410)의 제 2 방향(D2)의 폭과 동일할 수 있다. 제 3 영역(R3) 상에서, 상부 클래드층(500)의 하면의 제 2 방향(D2)의 폭은 수동 도파로(420)의 제 2 방향(D2)의 폭과 동일할 수 있다. 상부 클래드층(500)은 상기한 제 1 도전형을 갖는 인듐 인(InP)을 포함할 수 있다.
상부 클래드층(500) 상에 제 1 전극 구조체(610)가 배치될 수 있다. 제 1 전극 구조체(610)는 제 1 영역(R1) 상에서 상부 클래드층(500)의 상면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 이때, 역메사 형상의 상부 클래드층(500)의 상면은 제 1 전극 구조체(610)가 배치되기 위한 넓은 면적을 확보할 수 있으며, 이에 따라 상부 클래드층(500)과 제 1 전극 구조체(610)의 정렬이 용이할 수 있다. 제 1 전극 구조체(610)는 순차적으로 적층되는 제 1 전극(612), 제 1 절연층(616) 및 제 1 히터(614)를 포함할 수 있다.
제 1 전극(612)은 상부 클래드층(500)의 상면에 접할 수 있다. 제 1 전극(612)은 오믹 접합(ohmic conntct)을 위한 상기 제 1 도전형을 갖는 반도체 물질을 포함하거나, 금속 물질을 포함할 수 있다. 제 1 전극(612)은 기판(100)으로 제 1 전류를 제공할 수 있다. 상기 제 1 전류는 하부 클래드층(200), 활성 도파로(410) 및 상부 클래드층(500)의 굴절률을 전기적으로 변화시킬 수 있다. 제 1 전극(612)에 상기 제 1 전류가 제공되면, 도파로층(400)의 활성 도파로(410)를 따라 레이저 광이 생성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(612)에 상기 제 1 전류가 인가되면, 상기 레이저 광의 모드 록킹이 생성될 수 있다. 상기 모드 록킹은 피코초(10-12초) 또는 팸토 초(10-15초) 정도의 매우 짧은 지속 시간의 레이저 광의 펄스를 생성할 수 있는 광학 기술이다. 모드 록킹된 상기 레이저 광의 대역폭(bandwidth)이 증가하면 통신 채널 및/또는 전송 용량은 증가할 수 있다. 한편, 상기 레이저 광의 대역폭은 회절 격자들(310)의 길이 또는 폭에 따라 변화될 수 있다.
제 1 전극(612)은 외부 회로(또는 전력)와 접속되기 위한 제 1 전극 패드를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(612)은 제 1 전극(612)으로부터 제 2 방향(D2)의 반대 방향으로 돌출된 제 1 전극 패드(612P)를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 1 전극 패드(612P)는 제 1 영역(R1)에서 도파로층(400) 상에 배치되는 컬럼(미도시)에 의해 지지되거나, 상부 클래드층(500)을 매립하는 절연막(미도시) 상에 배치될 수 있다.
제 1 전극(612) 상에 제 1 히터(614)가 배치될 수 있다. 제 1 히터(614)에 제 2 전류가 제공되면, 제 1 히터(614)는 상부 클래드층(500)에 열을 제공할 수 있다. 제 1 히터(614)로부터 전달된 열에 의해, 상부 클래드층(500)의 온도는 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 상부 클래드층(500)은 온도 변화에 따른 굴절률 변화가 없을 수 있으며, 생성되는 광과 목표를 하는 광의 오차가 적을 수 있다. 즉, 신뢰도가 높은 파장가변 레이저 다이오드 소자가 제공될 수 있다. 제 1 히터(614)는 저항이 높은 금속 물질을 포함할 수 있다.
제 1 히터(614)는 외부 회로(또는 전력)와 접속되기 위한 제 1 히터 패드를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 히터(614)는 제 1 히터(614)로부터 제 2 방향(D2)으로 돌출된 제 1 히터 패드(614P)를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 1 히터 패드(614P)는 제 1 영역(R1)에서 도파로층(400) 상에 배치되는 컬럼(미도시)에 의해 지지되거나, 상부 클래드층(500)을 매립하는 절연막(미도시) 상에 배치될 수 있다.
제 1 전극(612)과 제 1 히터(614)의 사이에 제 1 절연층(616)이 배치될 수 있다. 제 1 절연층(616)은 제 1 전극(612) 전체를 덮을 수 있다. 제 1 절연층(616)은 제 1 전극(612)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 제 1 히터(614)에서 발생한 열이 제 1 절연층(616)에서 손실되지 않도록, 제 1 절연층(616)은 충분히 얇은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층(616)은 5nm 내지 20nm의 두께를 가질 수 있다. 제 1 전극(612)과 제 1 히터(614) 간의 단락이 발생하지 않도록, 제 1 절연층(616)은 비저항이 큰 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층(616)은 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층(616)의 비저항은 1014ohm·cm보다 클 수 있다.
상부 클래드층(500) 상에 제 2 전극(622)이 배치될 수 있다. 제 2 전극(622)은 제 2 영역(R2) 상에서 상부 클래드층(500)의 상면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 이때, 역메사 형상의 상부 클래드층(500)의 상면은 제 2 전극(622)이 배치되기 위한 넓은 면적을 확보할 수 있으며, 이에 따라 상부 클래드층(500)과 제 2 전극(622)의 정렬이 용이할 수 있다.
제 2 전극(622)은 상부 클래드층(500)의 상면에 접할 수 있다. 제 2 전극(622)은 오믹 접합(ohmic conntct)을 위한 상기 제 1 도전형을 갖는 반도체 물질을 포함하거나, 금속 물질을 포함할 수 있다. 제 2 전극(622)은 기판(100)으로 제 3 전류를 제공할 수 있다. 상기 제 3 전류는 하부 클래드층(200), 활성 도파로(410) 및 상부 클래드층(500)의 굴절률을 전기적으로 변화시킬 수 있다. 제 2 전극(622)에 상기 제 3 전류가 제공되면, 도파로층(400)의 활성 도파로들(410)은 레이저 광의 게인을 얻을 수 있다. 상기 레이저 광의 세기는 제 1 전류에 비례할 수 있다.
제 2 전극(622)은 외부 회로(또는 전력)와 접속되기 위한 제 2 전극 패드를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(622)은 제 2 전극(622)으로부터 제 2 방향(D2)의 반대 방향으로 돌출된 제 2 전극 패드(622P)를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 2 전극 패드(622P)는 제 2 영역(R2)에서 스페이서층(300) 상에 배치되는 컬럼(미도시)에 의해 지지되거나, 상부 클래드층(500)을 매립하는 절연막(미도시) 상에 배치될 수 있다.
상부 클래드층(500) 상에 제 2 전극 구조체(630)가 배치될 수 있다. 제 2 전극 구조체(630)는 제 3 영역(R3) 상에서 상부 클래드층(500)의 상면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 이때, 역메사 형상의 상부 클래드층(500)의 상면은 제 2 전극 구조체(630)가 배치되기 위한 넓은 면적을 확보할 수 있으며, 이에 따라 상부 클래드층(500)과 제 2 전극 구조체(630)의 정렬이 용이할 수 있다. 제 2 전극 구조체(630)는 순차적으로 적층되는 제 3 전극(632), 제 2 절연층(636) 및 제 2 히터(634)를 포함할 수 있다.
제 3 전극(632)은 상부 클래드층(500)의 상면에 접할 수 있다. 제 3 전극(632)은 오믹 접합(ohmic conntct)을 위한 상기 제 1 도전형을 갖는 반도체 물질을 포함하거나, 금속 물질을 포함할 수 있다. 제 3 전극(632)은 기판(100)으로 제 4 전류를 제공할 수 있다. 상기 제 4 전류는 하부 클래드층(200), 수동 도파로(420) 및 상부 클래드층(500)의 굴절률을 전기적으로 변화시킬 수 있다. 제 3 전극(632)에 상기 제 4 전류가 제공되면, 상기 레이저 광의 위상은 변조될 수 있다. 상기 제 4 전류는 제 3 영역(R3) 내의 수동 도파로(420)의 굴절률을 전기적으로 변화시켜 상기 레이저 광의 파장을 가변(tune)할 수 있다.
제 3 전극(632)은 외부 회로(또는 전력)와 접속되기 위한 제 3 전극 패드를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 전극(632)은 제 3 전극(632)으로부터 제 2 방향(D2)의 반대 방향으로 돌출된 제 3 전극 패드(632P)를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 3 전극 패드(632P)는 제 3 영역(R3)에서 스페이서층(300) 상에 배치되는 컬럼(미도시)에 의해 지지되거나, 상부 클래드층(500)을 매립하는 절연막(미도시) 상에 배치될 수 있다.
제 3 전극(632) 상에 제 2 히터(634)가 배치될 수 있다. 제 2 히터(634)에 제 5 전류가 제공되면, 제 2 히터(634)는 상부 클래드층(500)에 열을 제공할 수 있다. 제 2 히터(634)로부터 전달된 열에 의해, 제 3 영역(R3)에서 상부 클래드층(500)의 온도를 변경할 수 있다. 이때, 상부 클래드층(500)의 굴절률은 상부 클래드층(500)에 따라 달라질 수 있으며, 상기 레이저 광의 파장 가변 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, 파장가변 레이저 다이오드의 가변 특성이 향상될 수 있다. 제 2 히터(634)는 저항이 높은 금속 물질을 포함할 수 있다.
제 2 히터(634)는 외부 회로(또는 전력)와 접속되기 위한 제 2 히터 패드를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 히터(634)는 제 2 히터(634)로부터 제 2 방향(D2)으로 돌출된 제 2 히터 패드(634P)를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 2 히터 패드(634P)는 제 3 영역(R3)에서 스페이서층(300) 상에 배치되는 컬럼(미도시)에 의해 지지되거나, 상부 클래드층(500)을 매립하는 절연막(미도시) 상에 배치될 수 있다.
제 3 전극(632)과 제 2 히터(634)의 사이에 제 2 절연층(636)이 배치될 수 있다. 제 2 절연층(636)은 제 3 전극(632) 전체를 덮을 수 있다. 제 2 절연층(636)은 제 3 전극(632)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 제 2 히터(634)에서 발생한 열이 제 2 절연층(636)에서 손실되지 않도록, 제 2 절연층(636)은 충분히 얇은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 절연층(636)은 5nm 내지 20nm의 두께를 가질 수 있다. 제 3 전극(632)과 제 2 히터(634) 간의 단락이 발생하지 않도록, 제 2 절연층(636)은 비저항이 큰 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 절연층(636)은 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiN)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 절연층(636)의 비저항은 1014ohm·cm보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파장가변 레이저 다이오드에 전기 신호 및 열을 인가하기 위한 전극(612, 632) 및 히터(614, 634)를 수직으로 적층하여 배치함에 따라, 파장가변 레이저 다이오드의 평면적이 작을 수 있으며, 소형의 파장가변 레이저 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 전극(612, 632) 및 히터(614, 634) 사이의 절연층(616, 636)의 두께를 얇게 함으로써, 히터(614, 634)로부터 상부 클래드층(500)에 전달되는 열의 손실이 적을 수 있다. 즉, 제 1 영역(R1)에서 상부 클래드층(500)의 온도를 유지하기 위하여 또는 제 3 영역(R3)에서 상부 클래드층(500)의 온도를 조절하기 위하여 필요한 전력이 작을 수 있으며, 파장가변 레이저 다이오드의 전기적 특성이 향상될 수 있다. 더하여, 비저항이 높은 절연층(616, 636)을 이용하여, 작은 간격을 갖는 전극(612, 632) 및 히터(614, 634) 사이의 단락을 방지할 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 110: 공통 전극
200: 하부 클래드층 300: 스페이서층
310: 회절 격자 400: 도파로층
500: 상부 클래드층 612, 622, 632: 전극
614, 634: 히터 616, 636: 절연층

Claims (1)

  1. 제 1 방향을 따라 배열되는 분포 영역, 위상 영역 및 게인 영역을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 하부 클래드층;
    상기 분포 영역 상에 배치된 회절 격자들;
    상기 하부 클래드층상에 배치되고, 상기 분포 영역에서 상기 게인 영역까지 연장되는 도파로층;
    상기 도파로층 상에 배치되는 상부 클래드층, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 상기 상부 클래드층의 폭은 상기 도파로층에 가까울수록 작아지고;
    상기 분포 영역 상에서 상기 상부 클래드층 상에 제공되는 전극; 및
    상기 전극 상에 배치되고, 절연층에 의해 상기 전극과 전기적으로 절연되는 히터를 포함하되,
    상기 절연층의 두께는 5nm 내지 20nm인 파장가변 레이저 다이오드.
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