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KR100566187B1 - 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기및 그제조방법 - Google Patents

수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기및 그제조방법 Download PDF

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KR100566187B1 KR1020030057705A KR20030057705A KR100566187B1 KR 100566187 B1 KR100566187 B1 KR 100566187B1 KR 1020030057705 A KR1020030057705 A KR 1020030057705A KR 20030057705 A KR20030057705 A KR 20030057705A KR 100566187 B1 KR100566187 B1 KR 100566187B1
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Abstract

본 발명은 레이저의 발진 방향과 신호가 증폭되는 방향이 서로 다른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기는 광신호를 증폭하는 이득층과; 상기 이득층의 양측에 상기 이득층의 길이방향을 따라 형성되어 해당 파장의 광이 상기 이득층의 길이방향에 대해 수직방향으로 공진하도록 하는 브래그 격자층과; 상기 브래그 격자층 사이를 공진하는 광을 구속하는 수동광도파로층과; 상기 이득층에 전류를 공급하는 전극과; 상기 이득층 이외의 영역으로의 전류흐름을 차단하는 전류차단층을 포함한다.
수평방향 레이징, 이득층, 브래그 격자층, 위상변환영역

Description

수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 및 그 제조방법{GAIN CLAMPED SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIER WITH LATERAL LASING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 이득 고정 반도체 광증폭기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 I-I' 방향에 따른 단면도,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 리지형의 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기의 제조과정을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감싼 이종접합형태의 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기의 구성을 나타낸 도면,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종접합형태의 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기의 제조과정을 나타낸 도면.
본 발명은 광증폭기에 관한 것으로, 특히 이득고정용 레이저의 발진 방향과 신호가 증폭되는 방향이 서로 다른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 광통신 시스템에 있어서, 송신기로부터 송출된 신호광은 광전송로를 통해 전송될 때에 전송 손실을 입고 수신기에 도달할 때에는 파워가 작아지게 된다. 수신기에 도달한 신호광의 파워가 소정치 이하이면, 수신 에러에 의해 정상적으로 광통신을 행할 수 없는 경우가 생길 수 있다. 따라서, 송신기와 수신기 사이에 광 증폭기를 설치하여 신호광을 증폭함으로써 신호광이 광전송로를 통해 전송될 때에 입은 전송손실을 보상하고, 좀 더 먼 거리를 적은 오류를 가지고 전송할 수 있다.
이러한 광증폭기에는 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier), 라만 증폭기(Raman Amplifier), 반도체 광 증폭기(SOA)가 있다.
EDFA는 희토류 원소(예를 들면 Er)가 첨가된 증폭용 광섬유를 이용한 것으로, 높은 이득 특성과 낮은 잡음 지수(Noise Figure; NF), 큰 포화출력파워(saturation output power) 특성을 갖고 있어 기간망이나 메트로(metro)망에 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나, 가격이 비싸고 동작파장이 1.5㎛ 대역에 국한되는 문제점이 있다.
라만 증폭기(Raman amplifier)는 광섬유 내에서의 라만증폭을 이용한 광증폭 기이다. 라만증폭은 광섬유에 강한 광인 펌핑광(pumping light)을 입사했을 때, 유도라만산란(Raman scattering)에 의해 펌핑광 파장으로부터 약 100nm정도 장파장쪽에 이득(gain)이 나타나고, 이 여기된 상태의 광섬유에 상기 이득을 가진 파장대역의 신호광을 입사하면 그 신호광이 증폭되는 소위 라만증폭현상을 이용한 광신호의 증폭방법이다. 라만 증폭기는 라만 증폭용 펌핑광의 파장을 적절히 설정함으로써 증폭대역도 비교적 자유롭게 조절할 수 있으며, 잡음 지수가 낮은 특징을 갖고 있다. 반면, 광증폭효율이 매우 낮고, 고가의 펌핑 광원을 필요로 하므로 광증폭기 모듈의 전체 크기가 커지고, 가격을 상승시키는 문제점이 있다.
반도체 광증폭기(SOA)는 반도체의 이득 특성을 이용한 것으로, 반도체 밴드-갭(band-gap)에 따라 증폭대역을 조절할 수 있다. 반도체 광증폭기는 수 ㎝ 이내로 소형이며, 특히 고가의 펌핑 광원을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.
그러나, 반도체 광증폭기는 일반적으로 입력 신호의 세기가 증가하면 이득 값이 줄어드는 이득 포화 현상을 나타내며, 이로 인해 광출력이 큰 신호가 입력될 경우 신호증폭에 있어 신호를 왜곡하여 전송하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 이득 고정 반도체 광증폭기(Gain Clamped SOA)가 제시된 바 있다.
도 1은 종래 일반적인 이득고정 반도체 광증폭기(100)의 구조를 나타낸 도면으로, 상기 이득고정 반도체 광증폭기(100)는 n-InP 기판(101), InGaAsP 패시브도파로층(102), InP 스페이서(103), DBR 격자패턴(104), 활성층도파로(105), 전류차단층(106), p-InP 클래드층(107), 오믹접촉저항을 줄이기 위한 p-InGaAs층(108), 산화물층(109), 상부전극(110), 하부전극(111)을 포함하여 구성된다.
상기 이득고정 반도체 광증폭기(100)는 양쪽의 DBR(Distributed Bragg Reflector) 격자를 이용하여 증폭하고자 하는 입력신호 파장영역에서 멀리 떨어진 단파장에서 레이저 발진을 유도하여 공진기 내의 캐리어 밀도를 고정시킴으로써 광이득을 구동 전류가 증가하더라도 일정하게 유지하도록 한다.
그러나, 상기 종래의 이득고정 반도체 광증폭기는 증폭해야 할 신호의 진행방향(도 1의 A)과 발진을 유도하는 레이저 빔의 진행방향(도 1의 B)이 동일하며 이로 인해 여러 채널의 신호를 증폭할 때 발진 파장과 신호 파장 사이에서 4파장 섞임(four wave mixing) 현상이 나타나는 문제점이 있다. 또한, 레이저 발진 파장을 제거하기 위해 파장 필터를 부가적으로 사용해야 하는 문제점을 안고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 레이저의 발진 방향과 신호가 증폭되는 방향이 서로 다른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기는 광신호를 증폭하는 이득층과; 상기 이득층의 양측에 상기 이득층의 길이방향을 따라 형성되어 해당 파장의 광이 상기 이득층의 길이방향에 대해 수직방향으로 공진하도록 하는 브래그 격자층과; 상기 브래그 격자층 사이를 공진하는 광을 구속하는 수동광도파로층과; 상기 이득층에 전류를 공급하는 전극과; 상기 이득층 이외의 영역으로의 전류흐름을 차단하는 전류차단층을 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수동광도파로층은 상기 브래그 격자층의 위 또는 아래에 형성됨을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 일측 브래그 격자층 사이에 형성된 위상변환영역 및 상기 위상변환영역에 전류를 공급하는 위상변환용 전극을 더 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법은 제1 도전형의 반도체 기판 위에 브래그 격자층을 형성하되, 예정된 이득층 형성영역 이외의 상기 반도체 기판 위에 브래그 격자층을 형성하는 과정과; 상기 브래그 격자층이 형성된 반도체 기판 위에 제1 도전형의 하부클래드층, 광도파로층, 제1 도전형의 상부클래드층을 형성하는 과정과; 상기 예정된 이득층 형성영역의 상기 상부클래드층 위에 이득층 및 제2 도전형의 클래드층을 형성하는 과정과; 상기 이득층이 형성되지 않은 상기 상부클래드층 위에 전류차단층을 형성하는 과정과; 상기 이득층을 감싸도록 상기 제2 도전형의 클래드층 및 상기 전류차단층이 형성되지 않은 상기 상부클래드층 위에 전극을 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법은 제1 도전형의 반도체 기판 위에 이득물질층, 제2 도전형의 상부 클래드층을 형성하는 과정과; 예정된 이득층 형성영역의 상기 제2 도전형의 상부 클래드층 위에 마스크 패턴을 형성한 다음 이를 식각마스크로 이용한 선택 식각공정을 통해 메사구조의 이득층을 형성하고, 상기 이득층 측벽의 상기 반도체 기판에 식각홈을 형성하는 과정과; 상기 식각홈에 전류차단층을 형성하는 과정과; 상기 전류차단층 위에 상기 반도체 기판의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 된 광도파로층을 형성하는 과정과; 상기 광도파로층 위에 브래그 격자층을 형성하는 과정과; 상기 브래그 격자층 및 상기 이득층 전체 상부에 제2 도전형의 상부 클래드층을 형성하는 과정과; 상기 상부 클래드층 위에 상기 이득층으로의 전류 공급을 위한 전극을 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기(200)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 I-I' 방향에 따른 단면도이다. 상기 이득 고정 반도체 광증폭기(200)는 반도체 기판(201)과, 브래그 격자층(202)과, n-InP 하부 클래드층(203)과, 수동광도파로층(204)과, n-InP 상부 클래드층(205)과, 이득층(206)과, p-InP 클래드층(207)과, 전류 차단층(208)과, 전극(209)을 포함하여 구성된다. 또한, 위상변환영역(210)과, 위상변환용 전극(211)을 구비한다.
상기 브래그 격자층(202)은 해당 파장의 광이 브래그 격자층(202) 사이를 공진하도록 함으로써 수평방향으로 브래그 레이저 발진이 일어나도록 하며, 상기 수동광도파로층(204)의 위 또는 아래에 형성된다. 본 실시예의 도면은 브래그 격자층(202)이 수동광도파로층(204) 아래에 형성된 경우를 도시한 것이다.
상기 수동광도파로층(204)은 양쪽의 브래그 격자층(202)에 의해 공진되는 모드들의 광 손실을 억제하고 브래그 반사를 효율적으로 하기 위해 브래그 격자층(202)과 이득층(206)에서의 광가둠 계수를 크게 하며, 반도체 기판(201)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 갖는다.
상기 이득층(206)은 입력 광신호를 증폭하며, 브래그 격자층(202)이 형성되지 않은 영역의 n-InP 상부 클래드층(205) 위에 형성된다. 이득층(206) 위에는 p-InP 클래드층(207)이 형성된다.
상기 전류차단층(208)은 이득층 이외의 영역으로의 전류흐름을 차단하여 이득층(206)의 전류효율을 증가시키며, 이득층(206) 주변 및 위상변환영역(210)을 제외한 n-InP 상부 클래드층(205) 위에 형성된다.
상기 전극(209)은 이득층(206)에 전류를 공급하며, 모듈 제작시 도선 연결이 용이하도록 넓은 영역의 n-InP 상부 클래드층(205) 위에 형성된다.
상기 위상변환영역(210)은 레이징 파장 조절에 의해 레이저의 임계전류를 조 절함으로써 이득고정 반도체 광 증폭기의 이득 값을 조절하며, 일측 브래그 격자(202)층 사이에 브래그 격자가 일부 형성되지 않도록 함으로써 구현할 수 있다.
상기 위상 변환용 전극(211)은 위상변환영역(210)으로 인가되는 전류 또는 전압을 변화시켜 레이저의 발진파장을 변화시킬 수 있으며, 위상변환영역(210)의 전류차단층(208) 위나 InP 상부 클래드층(205)에 형성된다. 레이저의 발진파장이 변화되면 이득영역의 이득곡선이 파장에 따라 다르기 때문에 발진을 위해 필요한 구동 전류 및 전하밀도가 바뀌게 된다. 이러한 결과는 증폭하고자 하는 파장영역에서 보면 증폭기의 이득 값이 변하는 현상으로 나타난다.
상기 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기(200)의 동작은 다음과 같다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 이득층(206)에 펌핑 전류를 주입하면 높은 에너지 준위인 전도대에서 낮은 에너지 준위로 전도대 천이가 일어나는 자연발광(spontaneous emission) 및 밀도 반전이 이루어져 낮은 에너지 준위인 가전자대로의 천이에 의해 유도 방출(stimulated emission)이 일어난다. 이득층(206)에서 발생되는 자연발광에 의해서 발생되는 광의 일부가 수동광도파로(204)에 구속된다. 구속된 광 중에 브래그 격자의 공진조건을 만족하는 특정파장은 이득층(206) 및 이득층 양쪽으로 형성된 수동도파로(204)가 형성한 공진구간을 반복적으로 회귀하게 된다. 한 번 회귀할 때 마다 이득층(206)을 두 번씩 지나가면서 밀도반전에 의해서 얻어지는 유도방출에 의한 이득을 얻을 수 있다. 이득층(206)의 이득이 전류의 증가에 따라 증가하여 수평방향으로의 한 번 회귀에 의해 발생되는 광손실보다 크게 되면 발진이 일어난다. 상기와 같이 발진이 일어나기 시작하면 이득층의 전하밀도가 고정되며 소자의 이득이 구동전류가 증가하더라도 더 이상 증가하지 않는 이득고정 특성을 보여준다. 발진전류 이상의 전류를 계속 증가해주면 이득은 증가하지 않고 발진파장의 광세기만 계속 커지게 된다. 이때, 신호광(light)은 이득층(206)의 길이방향(A)으로 증폭되고, 레이저의 발진은 수평방향(B)으로 이루어진다.
도 4a 내지 도 4e는 도 2의 리지형 이득 고정 반도체 광증폭기(200)의 제작과정을 도시한 것이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, n-InP 기판(201) 위에 브래그 격자를 형성하기 위해 상기 n-InP 기판(201)의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 물질층(202')을 형성한다.
도 4b에서, 선택식각법을 이용하여 상기 굴절률이 다른 물질층(202')을 식각함으로써 예정된 이득층 형성영역 및 위상변환영역(210)을 제외한 n-InP 기판(201) 위에 브래그 격자(202)를 형성한다. 이때, 위상변환영역(210)을 형성하지 않고, 이득층 형성영역 이외의 n-InP 기판(201) 위에 브래그 격자(202)를 형성할 수도 있다. 브래그 격자(202) 형성방법은 일반적인 파장궤환레이저에서 사용하는 방법과 동일하다.
도 4c에서, 상기 브래그 격자(202) 및 n-InP 기판(201) 위에 n-InP 하부클래드층(203)을 형성하고, 수동광도파로층(204), n-InP 상부클래드층(205), 이득물질층(206') 및 p-InP 클래드층(207)을 차례로 성장한다. 상기 이득물질층(206')은 벌크나 양자우물구조로 성장하며, 입력 광신호의 파장에 따라 이득층을 이루는 물질의 조성비를 조절하거나 이득층의 두께를 조절함으로써 증폭대역을 조절할 수 있다. 도면에서 점선 원 내의 계단형 그래프는 각 구성물질층(201 내지 207)의 밴드-갭(band-gap)을 나타낸 것이다. 이때, 상기 브래그 격자층(202)은 수동광도파로층(204)의 위 또는 아래에 형성될 수 있으며, 본 실시예는 브래그 격자층(202)이 수동광도파로층(204)의 아래에 형성된 경우이다. 또한, 도시하지는 않았으나 리지형 도파로를 형성하기 위한 식각정지층(etching stop layer) 형성공정을 추가할 수도 있다.
도 4d에서, SiO2 또는 SiNX 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 이득물질층을 선택적으로 식각함으로써 이득층(206)을 형성한다. 상기 선택식각 후 전체구조 상부에 SiO2 또는 SiNX 전류 차단층(208)을 형성하고, 포토 마스크 공정 및 식각공정을 통해 전류를 주입할 이득영역을 드러나게 한 후 전극(209)을 형성한다.
또한, 도 4e에 도시된 바와 같이 상기 위상변환영역(210)의 전류차단층(208) 위에는 위상변환용 전극(211)을 형성한다. 또한 n-InP 기판 하부면에 전극(212)을 형성한다.
한편, 본 발명의 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기는 전술한 도 2의 리지형(ridge waveguide type) 외에 감싼 이종접합형태(burried hetero-structure)로도 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감싼 이종접합형태의 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기(300)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 이득 고정 반도체 광증폭기(300)는 반도체 기판(301) 과, 이득층(302)과, p-InP 상부클래드층(303)과, 전류 차단층(309)과, 광도파로층(310)과, p-InP 상부클래드층(311)과, 브래그 격자(312)와, p-InP 상부클래드층(313)과, 절연층(314)과, 전극(315, 316)을 포함하여 구성된다. 또한, 위상변환영역(320)과, 상기 위상변환영역(320) 위에 형성된 위상변환용 전극(321)을 구비한다.
상기 구성을 갖는 감싼 이종접합형 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기(300)의 동작은 도 2의 리지형 이득 고정 반도체 광증폭기(200)와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 감싼 이종접합형 이득 고정 반도체 광증폭기(300)의 제작과정을 도시한 것이다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, n-InP 기판(301) 위에 이득물질층(302'), p-InP 클래드층(303)을 성장한다.
도 6b에서, SiO2 또는 SiNX 마스크를 이용한 식각공정을 통해 예정된 이득층 형성영역의 상기 p-InP 클래드층(303) 위에 마스크 패턴(304)을 형성하고 이를 식각마스크로 이용한 식각공정을 통해 p-InP 클래드층(303), 이득물질층(302'), n-InP 기판(301)을 선택적으로 제거하여 메사구조의 이득층(302) 및 식각홈(305)을 형성한다.
도 6c에서, 상기 식각홈(305)에 p-InP층(306), n-InP층(307), p-InP층(308)으로 된 전류차단층(309)을 형성한 다음, 상기 전류차단층(309) 위에 n-InP 기판(301)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 된 광도파로층(310)을 형성한다. 상기 이득층(302)과 광도파로(310)의 높이 차이는, 상기 이득층(302)과 광도파로(310) 사이에서의 모드의 광결합을 위해 2㎛ 이내로 함이 바람직하다. 여기서, 이득층(302)에서 발생하는 광의 일부분을 효과적으로 광도파로(310) 내에 광결합시키기 위해서는 이득층(302)과 광도파로(310)가 동일한 높이에 있으면서 전기적으로 분리되어 있어야 한다. 그러나 광도파로(310)가 전류차단층(309)의 맨 위층에 형성되기 때문에 이득층(302)과 광도파로(310)가 동일한 높이에 위치하도록 하는 것이 어렵다. 이득층(302)과 광도파(310)로 사이의 높이 차이가 크게 나면 광결합 효율이 떨어지게 되므로 이격 정도를 적절히 조절해야 한다. 일반적으로 이득층과 광도파로 사이의 높이는 두 도파로 사이의 광결합 효율을 얼마나 유지해야 하는지에 따라 달라지며, 본 실시예에서는 2㎛ 이내로 하는 것이 적절하다. 계속해서, p-InP층(311)과 InP의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질층(312')과 p-InP층(313)을 형성한다.
도 6d에서, 위상변환영역(320)을 제외한 영역에 브래그 격자(312)를 형성한다. 전술한 일 실시예의 경우와 마찬가지로, 상기 브래그 격자(312)는 광도파로층(310)의 위 또는 아래에 형성될 수 있으며, 본 실시예는 브래그 격자(312)가 광도파로층(310)의 위에 형성된 경우이다. 또한, 위상변환영역(320)은 필요에 따라 형성하지 않을 수 있으며, 브래그 격자(312) 형성방법은 일반적인 파장궤환레이저에서 사용하는 방법과 동일하다. 도면에서 점선 원 내의 계단형 그래프는 전류차단층(309), 광도파로층(310), p-InP 클래드층(311), 브래그 격자층(312) 및 p-InP 클래드층(313)의 밴드-갭(band-gap)을 나타낸 것이다.
도 6e에서, 상기와 같이 준비된 상태에 다시 p-InP 클래드층(313)을 형성하고, SiO2 또는 SiNX 절연층(314)을 증착한 후 포토 마스크 공정 및 식각을 통해 전류를 주입할 영역을 드러나게 한 후 전극(315)을 형성한다. 또한 위상변환영역(320)에 전류를 인가할 수 있도록 전극(321)을 형성한다. 또한, I-InP 기판(301) 하부면에 전극(316)을 형성한다. 이때, 이득층에 전류를 공급하기 위한 전극(315)과 위상변환영역(320)에 전류를 공급하기 위한 위상변환용 전극(321)은 각각 독립적으로 형성한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기는 레이저의 발진 방향과 신호가 증폭되는 방향이 서로 다르다. 따라서, 이득 고정을 위해 사용된 레이저 파장을 제거하기 위한 필터를 별도로 구비하지 않아도 된다. 또한, 위상변환기에 인가되는 전류나 전압 변화에 의해 레이저 발진 파장을 이동시켜 반도체 광증폭기의 고정된 이득을 조절할 수 있다.

Claims (13)

  1. 광신호를 증폭하는 이득층과;
    상기 이득층의 양측에 상기 이득층의 길이방향을 따라 형성되어 해당 파장의 광이 상기 이득층의 길이방향에 대해 수직방향으로 공진하도록 하는 브래그 격자층과;
    상기 브래그 격자층 사이를 공진하는 광을 구속하는 수동광도파로층과;
    상기 이득층에 전류를 공급하는 전극과;
    상기 이득층 이외의 영역으로의 전류흐름을 차단하는 전류차단층을 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수동광도파로층은
    상기 브래그 격자층의 위 또는 아래에 형성됨을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 일측 브래그 격자층 사이에 형성된 위상변환영역을 더 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 위상변환영역에 전류를 공급하는 위상변환용 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 고정 반도체 광증폭기는
    리지형(ridge type)임을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 고정 반도체 광증폭기는
    감싼 이종접합형(buried hetero-structure)임을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기.
  7. 제1 도전형의 반도체 기판 위에 브래그 격자층을 형성하되, 예정된 이득층 형성영역 이외의 상기 반도체 기판 위에 브래그 격자층을 형성하는 과정과;
    상기 브래그 격자층이 형성된 반도체 기판 위에 제1 도전형의 하부클래드층, 광도파로층, 제1 도전형의 상부클래드층을 형성하는 과정과;
    상기 예정된 이득층 형성영역의 상기 상부클래드층 위에 이득층 및 제2 도전형의 클래드층을 형성하는 과정과;
    상기 이득층이 형성되지 않은 상기 상부클래드층 위에 전류차단층을 형성하는 과정과;
    상기 이득층을 감싸도록 상기 제2 도전형의 클래드층 및 상기 전류차단층이 형성되지 않은 상기 상부클래드층 위에 전극을 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 브래그 격자층을 형성하는 과정은
    상기 일측 브래그 격자층 사이에 브래그 격자가 부분적으로 존재하지 않는 위상변환영역이 형성되도록 함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 위상변환영역에 전류 또는 전압을 인가할 수 있는 위상변환용 전극을 형성하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  10. 제1 도전형의 반도체 기판 위에 이득물질층, 제2 도전형의 하부 클래드층을 형성하는 과정과;
    예정된 이득층 형성영역의 상기 제2 도전형의 하부 클래드층 위에 마스크 패턴을 형성한 다음 이를 식각마스크로 이용한 선택 식각공정을 통해 메사구조의 이득층을 형성하고, 상기 이득층 측벽의 상기 반도체 기판에 식각홈을 형성하는 과정과;
    상기 식각홈에 전류차단층을 형성하는 과정과;
    상기 전류차단층 위에 상기 반도체 기판의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 된 광도파로층을 형성하는 과정과;
    상기 광도파로층 위에 브래그 격자층을 형성하는 과정과;
    상기 브래그 격자층 및 상기 이득층 전체 상부에 제2 도전형의 상부 클래드층을 형성하는 과정과;
    상기 상부 클래드층 위에 상기 이득층으로의 전류 공급을 위한 전극을 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 브래그 격자층을 형성하는 과정은
    상기 일측 브래그 격자층 사이에 브래그 격자가 부분적으로 존재하지 않는 위상변환영역이 형성되도록 함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 위상변환영역에 전류 또는 전압을 인가할 수 있는 위상변환용 전극을 형성하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 수평방향 레이징 구조를 갖는 이득 고정 반도체 광증폭기 제조방법.
  13. 삭제
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200828624A (en) * 2006-12-27 2008-07-01 Epistar Corp Light-emitting diode and method for manufacturing the same
US20080192794A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-14 Jacob Meyer Hammer Lateral-Bragg-Grating-Surface-Emitting Laser/Amplifier (LBGSE)
GB2465754B (en) * 2008-11-26 2011-02-09 Univ Dublin City A semiconductor optical amplifier with a reduced noise figure
US9231367B2 (en) * 2012-05-17 2016-01-05 Finisar Corporation Co-modulation of DBR laser and integrated optical amplifier
WO2015157980A1 (zh) * 2014-04-17 2015-10-22 华为技术有限公司 一种光波导和印刷电路板
US10771155B2 (en) 2017-09-28 2020-09-08 Soraa Laser Diode, Inc. Intelligent visible light with a gallium and nitrogen containing laser source
US11757250B2 (en) 2019-12-23 2023-09-12 Kyocera Sld Laser, Inc. Specialized mobile light device configured with a gallium and nitrogen containing laser source

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5715268A (en) * 1994-01-24 1998-02-03 Sdl, Inc. Laser amplifiers with suppressed self oscillation
US5379318A (en) * 1994-01-31 1995-01-03 Telefonaktiebolaget L M Ericsson Alternating grating tunable DBR laser
FR2737582B1 (fr) * 1995-08-04 1997-08-29 Alcatel Nv Composant opto-electronique integre
US6330265B1 (en) * 1998-04-21 2001-12-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical functional element and transmission device
JP3813450B2 (ja) * 2000-02-29 2006-08-23 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子
DE60028366T2 (de) * 2000-07-11 2006-10-12 Corning Incorporated Optischer Verstärker mit verstellbarer stabilisierter Verstärkung
WO2003021733A1 (en) * 2001-09-05 2003-03-13 Kamelian Limited Variable-gain gain-clamped optical amplifiers
EP1472763A4 (en) * 2002-01-18 2005-12-07 Wisconsin Alumni Res Found TWO-DIMENSIONAL NETWORK LASER OF SEMICONDUCTOR DIODES, EMITTED BY THE SURFACE AND HIGH COHERENT POWER

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