KR101221873B1 - Multiple distributed feedback laser devices - Google Patents
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Abstract
다중 분포귀환 레이저 소자를 제공한다. 이 레이저 소자는 제1 분포귀환 영역, 변조 영역 및 제2 분포귀환 영역의 기판 상에 배치된 활성층, 제1 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제1 회절격자, 제2 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제2 회절격자를 포함한다. 또한, 이 레이저 소자는 제1 회절 격자에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터, 및 제2 회절 격자에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터를 포함한다. 제1 마이크로 히터 및 제2 마이크로 히터는 서로 독립적으로 제어된다.Provided is a multi-distribution feedback laser device. The laser device has an active layer disposed on a substrate of a first distributed feedback region, a modulation region and a second distributed feedback region, a first diffraction grating coupled with an active layer of a first distributed feedback region, and an active layer of a second distributed feedback region. And a second diffraction grating. The laser element also includes a first micro heater for supplying heat to the first diffraction grating, and a second micro heater for supplying heat to the second diffraction grating. The first micro heater and the second micro heater are controlled independently of each other.
Description
본 발명은 레이저 소자에 관한 것으로, 특히, 다중분포귀환 레이저 소자에 관한 것이다.The present invention relates to laser devices, and more particularly, to a multi-distribution feedback laser device.
반도체 기반의 광 소자는 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.Semiconductor-based optical devices 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.
반도체 기반의 광 소자들 중에서, 분포귀환(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드 및/또는 분포 브래그 반사형 (Distributed Bragg Reflector) 레이저 다이오드등의 특정 파장을 선택하는 기능성 레이저 소자들이 개발되고 있다. 이러한 기능성 레이저 소자들은 회절 격자를 이용하여 파장 필터링을 수행할 수 있다. 예컨대, 광파가 주기적인 굴절률 변화에 의한 브래그 파장에 해당하는 특정 파장을 갖는 광파만이 반사될 수 있다. 이로써, 파장 필터링이 이루어 질 수 있다. 반사된 특정 파장의 광파는 이득 영역으로 피드백(feedback)되어 발진될 수 있다. 이러한 기능성 레이저 소자는 광통신용 광원 뿐만 아니라 포토믹싱등에 의한 테라헤르츠(THz)파 생성을 위한 광원등으로 사용될 수 있다.Among semiconductor-based optical devices, functional laser devices for selecting a specific wavelength such as a distributed feedback laser diode and / or a distributed Bragg reflector laser diode have been developed. Such functional laser devices can perform wavelength filtering using a diffraction grating. For example, only light waves having a specific wavelength whose light waves correspond to Bragg wavelengths due to periodic refractive index changes may be reflected. In this way, wavelength filtering may be performed. Reflected light waves of a particular wavelength may be fed back to the gain region and oscillated. Such a functional laser device may be used as a light source for generating terahertz (THz) waves by photomixing as well as a light source for optical communication.
테라헤르츠파 생성 방법은 주파수 배가법, 후진파 발진기(Backward Wave Oscillator), 포토믹싱 방법, 이산화탄소 펌핑 가스 레이저, 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser), 자유 전자 레이저(Free Electron Laser) 등의 다양한 기술이 존재한다. 포토믹싱 방법은 파장이 다른 2개의 레이저 다이오드의 비팅 시그널(beating signal)을 포토믹서(photomixer)에 입사시켜 그 비팅 주기에 해당하는 주파수의 테라헤르츠파를 확보하는 방법이다. 포토믹싱 방법을 위해서는 2개의 레이저 빔들 중에서 적어도 하나의 주파수가 안정적으로 연속적으로 튜닝되어야 한다. 또한, 2개의 레이저 빔들의 특성들을 일치시키는 것이 요구될 수 있다. 이러한 요구치를 확보하기 위하여, 추가적인 장치들이 요구됨으로써, 포토믹싱 방법에 의한 테라헤르츠파 생성 장비는 대형화되고 구조가 복잡해질 수 있으며, 장비의 제조 단가가 증가될 수 있다.Terahertz wave generation methods include frequency doubling method, backward wave oscillator, photomixing method, carbon dioxide pumping gas laser, quantum cascade laser, and free electron laser. exist. In the photomixing method, a beating signal of two laser diodes having different wavelengths is incident on a photomixer to secure terahertz waves of frequencies corresponding to the beating period. For the photomixing method, at least one frequency of two laser beams must be stably and continuously tuned. In addition, it may be required to match the characteristics of the two laser beams. In order to secure these requirements, additional devices are required, so that the terahertz wave generating equipment by the photomixing method can be enlarged and the structure becomes complicated, and the manufacturing cost of the equipment can be increased.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 다중 분포귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.One technical problem to be achieved by the present invention is to provide a multi-distribution feedback laser device with excellent reliability.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화된 다중 분포귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a highly integrated multi-distribution feedback laser device.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 테라헤르츠파 생성의 효율 을 증가시킬 수 있는 다중 분포귀환 레이저 소자를 제공하는 데 있다.Another technical object of the present invention is to provide a multi-distribution feedback laser device capable of increasing the efficiency of terahertz wave generation.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 다중 분포귀환 레이저 소자를 제공한다. 이 레이저 소자는 제1 분포귀환 영역, 변조 영역 및 제2 분포귀환 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 분포귀환, 변조 및 제2 분포귀환 영역들의 기판 상의 활성층; 상기 제1 분포귀환 영역내에 배치되고, 상기 제1 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제1 회절격자; 상기 제2 분포귀환 영역내에 배치되고, 상기 제2 분포귀환 영역의 활성층과 커플된 제2 회절격자; 상기 제1 회절 격자에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터; 및 상기 제2 회절 격자에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터를 포함한다. 상기 제1 마이크로 히터 및 제2 마이크로 히터는 서로 독립적으로 제어된다.To provide a multi-distribution feedback laser device for solving the above technical problems. The laser device comprises: a substrate comprising a first distributed feedback region, a modulation region, and a second distributed feedback region; An active layer on a substrate of said first distributed feedback, modulation and second distributed feedback regions; A first diffraction grating disposed in the first distributed feedback region and coupled to an active layer of the first distributed feedback region; A second diffraction grating disposed in the second distributed feedback region and coupled to an active layer of the second distributed feedback region; A first micro heater for supplying heat to the first diffraction grating; And a second micro heater supplying heat to the second diffraction grating. The first micro heater and the second micro heater are controlled independently of each other.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제1 회절 격자의 굴절률이 변화될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터로부터 공급된 열에 의하여 상기 제2 회절 격자의 굴절률이 변화될 수 있다. According to an embodiment, the refractive index of the first diffraction grating may be changed by heat supplied from the first micro heater, and the refractive index of the second diffraction grating may be changed by heat supplied from the second micro heater. have.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터가 상기 제1 회절 격자에 공급하는 열의 온도는 상기 제2 마이크로 히터가 상기 제2 회절 격자에 공급하는 열의 온도와 다를 수 있다.According to an embodiment, the temperature of the heat supplied by the first micro heater to the first diffraction grating may be different from the temperature of the heat supplied by the second micro heater to the second diffraction grating.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 소자는 상기 활성층 및 상기 기판 사이에 개재된 하부 클래딩층; 및 상기 활성층 상에 배치된 상부 클래딩층을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 클래딩층은 제1 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 상부 클래딩층의 적어도 윗부분은 제2 타입의 도펀트로 도핑된 화 합물 반도체를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the laser device comprises a lower cladding layer interposed between the active layer and the substrate; And an upper cladding layer disposed on the active layer. The lower cladding layer may include a compound semiconductor doped with a dopant of a first type, and at least an upper portion of the upper cladding layer may include a compound semiconductor doped with a dopant of a second type.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 분포귀환 영역의 활성층에 제1 레이저 전류를 공급하여, 제1 파장의 제1 광원을 발진시킬 수 있으며, 상기 제2 분포귀환 영역의 활성층에 제2 레이저 전류를 공급하여 제2 파장의 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 상기 변조 영역의 상부 클래딩층, 활성층 및 하부 클래딩층에 역바이어스를 인가하여, 상기 변조 영역 내에서 전계흡수 현상을 발생시킬 수 있다.According to an embodiment, the first laser current may be supplied to the active layer of the first distributed feedback region to oscillate a first light source having a first wavelength, and the second laser current may be applied to the active layer of the second distributed feedback region. The second light source of the second wavelength may be oscillated by supply. Reverse bias may be applied to the upper cladding layer, the active layer, and the lower cladding layer of the modulation region to generate an electric field absorption phenomenon in the modulation region.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자 및 제2 회절 격자는 상기 상부 클래딩층 내에 배치될 수 있다.According to one embodiment, the first diffraction grating and the second diffraction grating may be disposed in the upper cladding layer.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 소자는 상기 하부 클래딩층 및 상기 활성층 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드갭 파장을 갖는 제1 분리한정 헤테로층(first separate confinement hetero layer); 및 상기 상부 클래딩층 및 상기 활성 사이에 개재되고, 상기 활성층 보다 작은 밴드갭 파장을 갖는 제2 분리한정 헤테로층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the laser device comprises a first separate confinement hetero layer interposed between the lower cladding layer and the active layer, and having a bandgap wavelength smaller than the active layer; And a second separation-limited heterolayer interposed between the upper cladding layer and the active and having a bandgap wavelength smaller than that of the active layer.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터는 상기 제1 분포귀환 영역의 상부 클래딩층 상부에 배치될 수 있으며, 상기 제2 마이크로 히터는 상기 제2 분포귀환 영역의 상부 클래딩층 상부에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들은 상부 클래딩층과 전기적으로 절연된다.According to an embodiment, the first micro heater may be disposed above the upper cladding layer of the first distributed feedback region, and the second micro heater may be disposed above the upper cladding layer of the second distributed feedback region. have. The first and second micro heaters are electrically insulated from the upper cladding layer.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 소자는 상기 제1 분포귀환 영역내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제1 전극; 상기 제2 분포귀환 영역내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속된 제2 전극; 상기 변조 영역내 상부 클래딩층에 전기적으로 접속 된 제3 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제1 마이크로 히터 사이에 개재된 제1 층간 절연 패턴; 및 상기 제2 전극 및 상기 제2 마이크로 히터 사이에 개재된 제2 층간 절연 패턴을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the laser device comprises: a first electrode electrically connected to an upper cladding layer in the first distributed feedback region; A second electrode electrically connected to an upper cladding layer in the second distributed feedback region; A third electrode electrically connected to an upper cladding layer in the modulation region; A first interlayer insulating pattern interposed between the first electrode and the first micro heater; And a second interlayer insulating pattern interposed between the second electrode and the second micro heater.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자 및 제2 회절 격자 중에서 적어도 하나는 복소결합 회절 격자일 수 있다.According to one embodiment, at least one of the first diffraction grating and the second diffraction grating may be a complex coupling diffraction grating.
일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 다중양자우물 구조로 형성될 수 있다.According to one embodiment, the active layer may be formed of a multi-quantum well structure.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자의 주기 및 상기 제2 회절 격자의 주기는 서로 동일할 수 있다.According to an embodiment, the period of the first diffraction grating and the period of the second diffraction grating may be the same.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자의 주기 및 상기 제2 회절 격자의 주기는 서로 다를 수 있다.According to an embodiment, the period of the first diffraction grating and the period of the second diffraction grating may be different from each other.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 회절 격자는 n형 또는 p형 도펀트로 도핑될 수 있다.According to one embodiment, the first and second diffraction gratings may be doped with n-type or p-type dopants.
상술된 다중 분포귀환 레이저 소자에 따르면, 서로 독립적으로 제어되는 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들로 인하여 발진 되는 제1 광원 및 제2 광원의 파장 차이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 매우 안정적인 제1 광원 및 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 그 결과, 우수한 신뢰성의 다중 분포귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다. According to the multi-distribution feedback laser device described above, it is possible to adjust the wavelength difference between the first light source and the second light source oscillated by the first and second micro heaters controlled independently of each other. Thus, the first and second light sources, which are very stable, can be oscillated. As a result, it is possible to implement a multi-distribution feedback laser device with excellent reliability.
또한, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자는 상기 기판에 상기 제1 분포귀환 영역, 변조 영역 및 제2 분포귀환 영역이 집적되고, 상기 활성층은 상기 분포귀환 영 역들 뿐만 아니라 상기 변조 영역내에도 배치된다. 즉, 상기 활성층은 상기 제1 분포귀환, 변조 및 제2 분포귀환 영역들의 기판 상에 연속적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상호 코히어런트(coherent)한 특성의 제1 광원 및 제2 광원을 연속적으로 안정적으로 발진시킬 수 있다. 예컨대, 한 개의 공진기내에 각기 발진하는 복수의 분포귀환 레이저 소자를 집적화함으로써, 각기 발진된 발진파들의 위상들이 서로 커플링되어 서로 상관관계를 가질 수 있다. 이로써, 상기 발진파들의 위상차가 락킹되는 현상을 유도할 수 있다. 그 결과, 테라헤르츠파 발생에 핵심인 매우 안정적인 다중 모드 발진파들을 연속적으로 생성시킬 수 있다. 또한, 고집적화된 다중분포 레이저 소자를 구현할 수 있다.In the multi-distribution feedback laser device, the first distribution feedback region, the modulation region, and the second distribution feedback region are integrated on the substrate, and the active layer is disposed within the modulation region as well as the distribution feedback regions. That is, the active layer may be continuously disposed on a substrate of the first distribution feedback, modulation and second distribution feedback regions. Accordingly, the first light source and the second light source having coherent characteristics can be stably continuously oscillated. For example, by integrating a plurality of distributed feedback laser elements each oscillating in one resonator, the phases of the oscillating waves respectively oscillated can be coupled to each other and correlated with each other. As a result, a phenomenon in which the phase difference of the oscillation waves is locked may be induced. As a result, it is possible to continuously generate highly stable multi-mode oscillations that are key to terahertz wave generation. In addition, it is possible to implement a highly integrated multi-distribution laser device.
더 나아가서, 상기 회절 격자들 중에서 적어도 하나는 복소 결합 회절 격자일 수 있다. 이에 따라, 변조지수가 매우 큰 출력을 획득할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 광원들을 이용하여 발생되는 테라헤르츠파의 생성 효율이 매우 높을 수 있다.Furthermore, at least one of the diffraction gratings may be a complex coupled diffraction grating. Accordingly, an output having a very large modulation index can be obtained. As a result, the generation efficiency of terahertz waves generated by using the first and second light sources may be very high.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층(또는 막) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층(또는 막)이 다른 층(또는 막) 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층(또는 막) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층(또는 막)이 개재될 수도 있다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers (or films) and regions are exaggerated for clarity. In addition, where it is said that a layer (or film) is "on" another layer (or film) or substrate, it may be formed directly on another layer (or film) or substrate or a third layer between them. (Or membrane) may be interposed. The expression 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a multi-distribution feedback laser device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 분포귀환 영역(DFB1, first distributed feedback region), 변조 영역(P) 및 제2 분포귀환 영역(DFB2)을 포함하는 기판(100) 상에 활성층(106)이 배치된다. 상기 활성층(106)은 상기 제1 분포귀환, 변조 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100) 상에 배치된다. 상기 변조 영역(P)은 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 및 제2 분포귀환 영역(DFB2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판(100)은 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)은 인듐인(InP) 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1, an
상기 활성층(106)은 상기 제1 분포귀환, 변조 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 상기 활성층(106)은 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 활성층(106)은 다중양자우물 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(106)은 밴드갭이 서로 다른 제1 InGaAsP층(well) 및 제2 InGaAsP층(barrier)을 교대로 적층하여 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층(106)은 약 1.55㎛ 의 밴드갭 파장을 갖는 InGaAsP로 형성된 벌크 형태일 수도 있다. 상기 활성층(106)은 진성 상태(intrinsic state)인 것이 바람직하다.The
상기 활성층(106) 및 상기 기판(100) 사이에 하부 클래딩층(102, lower cladding layer)이 개재될 수 있다. 상기 하부 클래딩층(102)은 제1 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 활성층(106) 상에 상부 클래딩층(125)이 배치될 수 있다. 상기 상부 클래딩층(125)의 적어도 윗부분은 제2 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제1 타입의 도펀트 및 제2 타입의 도펀트 중에 어느 하나는 n형 도펀트이고, 다른 하나는 p형 도펀트이다. 예컨대, 상기 하부 클래딩층(102)은 n형 인듐인(InP)으로 형성되고, 상부 클래딩층(125)의 적어도 윗부분은 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 하부 클래딩층(102)이 p형 인듐인(InP)으로 형성되고, 상부 클래딩층(125)의 적어도 윗부분이 n형 인듐인(InP)으로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 하부 클래딩층(102)이 n형 인듐인(InP)으로 형성되고, 상기 상부 클래딩층(125)의 적어도 윗부분이 p형 인듐인(InP)으로 형성되는 경우에 대해서 설명한다. A
상기 활성층(106) 및 하부 클래딩층(102) 사이에 제1 분리한정 헤테로층(104, first separate hetero layer)이 개재될 수 있다. 상기 제1 분리한정 헤테로층(104)은 상기 활성층(106)의 밴드갭 파장보다 작은 밴드갭 파장을 갖는 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 분리한정 헤테로층(104)은 약 1.3㎛의 밴드갭 파장을 갖는 InGaAsP로 형성될 수 있다. 상기 활성층(106) 및 상기 상부 클래딩층(125) 사이에 제2 분리한정 헤테로층(108)이 개재될 수 있다. 상기 제2 분리한정 헤테로층(108)은 상기 활성층(106)의 밴드갭 파장 보다 작은 밴드갭 파장을 갖는 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 분리한정 헤테로층(108)은 약 1.3㎛의 밴드갭 파장을 갖는 InGaAsP로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(104,108)의 각각은 약 0.1㎛의 두께로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(104,108)의 각각은 다른 두께로 형성될 수도 있다. 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(104,108)은 진성 상태일 수 있다.A first separate
상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내에 제1 회절 격자(112a)가 배치되고, 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2) 내에 제2 회절 격자(112b)가 배치된다. 상기 변조 영역(P)내에는 회절 격자가 배치되지 않는다. 상기 제1 회절 격자(112a)는 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내의 활성층(106)과 커플되고(coupled), 상기 제2 회절 격자(112b)는 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내의 활성층(106)과 커플된다. 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내의 활성층(106)에서 발생된 광은 상기 제1 회절 격자(112a)에 의해 브래그 반사되어, 제1 파장만을 갖는 제1 광원이 발진될 수 있다. 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내의 활성층(106)에서 발생된 광은 상기 제2 회절 격자(112b)에 의해 브래그 반사되어, 제2 파장만을 갖는 제2 광원이 발진될 수 있다.A
상기 제1 회절 격자(112a)는 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내 상부 클래딩층(125) 내에 배치될 수 있으며, 상기 제2 회절 격자(112b)는 상기 제2 분포 귀환 영역(DFB2)내 상부 클래딩층(125) 내에 배치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 상부 클래딩층(125)은 차례로 적층된 제1 상부 클래딩층(122) 및 제2 상부 클래딩층(124)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 회절 격자(112a)는 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내의 제1 상부 클래딩층(122) 내에 배치되고, 상기 제2 회절 격자(112b)는 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내의 제1 상부 클래딩층(122) 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(124)은 제2 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 하부 클래딩층(102)이 n형 인듐인(InP)으로 형성되는 경우에, 상기 제2 상부 클래딩층(124)은 p형 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 상기 회절 격자들(112a,112b)을 둘러싸는 상기 제1 상부 클래딩층(122)은 언도프트 상태의 화합물 반도체(ex, 언도프트 인듐인등)로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 상부 클래딩층(122)은 상기 제2 상부 클래딩층(124)과 동일한 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체(ex, p형 인듐인등)로 형성될 수도 있다. The
상기 제1 회절 격자(112a)의 주기는 상기 제2 회절 격자(112b)의 주기와 동일할 수 있다. 이와는 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 회절 격자(112a)의 주기는 상기 제2 회절 격자(112b)의 주기와 다를 수 있다. 이에 더하여, 상기 제1 회절 격자(112a)의 형태는 상기 제2 회절 격자(112b)의 형태와 같거나 다를 수 있다.The period of the
상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b) 중에서 적어도 하나는 복소 결합 회절 격자(complex coupled diffraction grating)일 수 있다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b)은 복소 결합을 위한 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨 대, 상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b)은 InGaAs 로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b)은 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b) 중에서 적어도 하나는 인덱스 결합 회절 격자(index coupled diffraction grating)일 수도 있다.At least one of the first and
제1 전극(128a)이 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내 상부 클레딩층(125)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극(128b)이 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내 상부 클래딩층(125)에 전기적으로 접속된다. 제3 전극(128c)이 상기 변조 영역(P)내 상부 클래딩층(125)에 전기적으로 접속된다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극들(128a,128b,128c)은 각각 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1), 제2 분포귀환 영역(DFB2) 및 변조 영역(P)의 상부 클래딩층(125) 상에 각각 배치된다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극들(128a,128b,128c)은 분리 트렌치(130)에 의하여 서로 이격된다. 상기 전극들(128a,128b,128c)은 금속으로 형성될 수 있다. 분리 절연 패턴(132)이 상기 분리 트렌치(130)내에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 및 제3 전극들(128a,128b,128c)들 사이에 상기 분리 절연 패턴(132)이 배치될 수 있다. 상기 분리 절연 패턴(132)은 산화물, 질화물 및 산화질화물등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 분리 트렌치(130)는 아래로 연장되어 상기 상부 클래딩층(125)의 윗부분에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 분리 트렌치(130)의 바닥면은 상기 상부 클래딩층(125)의 상면 보다 낮을 수 있다. 상기 분리 트렌치(130)로 인하여 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)내 요소들(ex, 다이오드들)이 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 상기 분리 트렌치(130)는 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)내 요소들의 독립적인 동작들이 가능한 깊이인 것이 바람직하다. 또한, 상기 분리 트렌치(130)는 발진된 특정 파장의 광파와의 커플링이 최소화될 수 있는 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분리 트렌치(130)의 깊이는 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)내 요소들의 독립적인 동작들 및 발진된 광파와의 커플링이 최소화되는 것등을 고려하여 적절한 것이 바람직하다.The
상기 제1 전극(128a) 및 제1 분포귀환 영역(DFB1)의 상부 클래딩층(120) 사이에 제1 오믹 패턴(126a)이 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(128b) 및 제2 분포귀환 영역(DFB2)의 상부 클래딩층(120) 사이에 제2 오믹 패턴(126b)이 배치될 수 있으며, 상기 제3 전극(128c) 및 변조 영역(P)의 상부 클래딩층(120) 사이에 제3 오믹 패턴(126c)이 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 오믹 패턴들(126a,126b,126c)은 상기 분리 절연 패턴(132)에 의하여 서로 분리될 수 있다. 상기 오믹 패턴들(126a,126b,126c)은 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 오믹 패턴들(126a,126b,126c)은 InGaAs로 형성될 수 있다.A first
상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내에 상기 제1 회절 격자(112a)에 열을 공급하는 제1 마이크로 히터(136a)가 배치되고, 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2) 내에 상기 제2 회절 격자(112b)에 열을 공급하는 제2 마이크로 히터(136b)가 배치된다. 상기 제1 마이크로 히터(136a)는 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내 상부 클래딩층(125) 상부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 마이크로 히터(136a)는 상기 상부 클래딩층(125)과 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 상기 제2 마이크 로 히터(136b)는 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내 상부 클래딩층(125) 상부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 마이크로 히터(136a)는 상기 상부 클래딩층(125)과 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 상기 제1 마이크로 히터(136a) 및 제2 마이크로 히터(136b)는 서로 독립적으로 제어된다. 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 의해 공급되는 열에 의하여 상기 제1 회절 격자(112a)의 굴절률이 변화된다. 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 의해 공급되는 열에 의하여 상기 제2 회절 격자(112b)의 굴절률이 변화된다. 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 의해 공급되는 열의 온도는 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 의해 공급되는 열의 온도와 다를 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)에 의해 공급되는 열들의 온도들 중에서 하나는 0 ℃일 수도 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)에 의해 공급되는 열들의 온도들이 다르다는 것은 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)에서 어느 하나는 소정 온도의 열을 공급하고, 다른 하나는 열을 공급하지 않는 것도 포함한다.A first
상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)은 주울 열(Joule's heat)을 이용하여 상기 제1 및 제2 회절 격자들(112a,112b)에 열을 공급할 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)은 전기적 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)은 크롬(Cr) 및 금(Au)등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 히터들(136a,136b)에 포함된 크롬(Cr)이 저항체로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 히터들(136a,136b)에 포함된 금(Au)은 접속 볼(connection ball)과의 본딩 및/또는 저항체를 위해서 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)은 전기적 저항을 갖는 다른 물질들로 형성될 수도 있다.The first and second
상기 제1 마이크로 히터(136a)는 상기 제1 전극(128a) 상부에 배치될 수 있다. 제1 층간 절연 패턴(134a)이 상기 제1 전극(128a) 및 상기 제1 마이크로 히터(136a) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(136b)는 상기 제2 전극(128b) 상부에 배치될 수 있다. 제2 층간 절연 패턴(134b)이 상기 제2 전극(128b) 및 제2 마이크로 히터(136b) 사이에 개재될 수 있다. 상기 층간 절연 패턴들(134a,134b)에 의하여 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)은 상기 제1 및 제2 전극들(128a,128b)과 전기적으로 절연될 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b) 및 제1 및 제2 전극들(128a,128b)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 제1 및 제2 층간 절연 패턴들(134a,134b)은 옆으로 연장되어 서로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 층간 절연 패턴들(134a,134b)은 산화물, 질화물 및 산화질화물등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first
상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)내 하부 클래딩층(102), 제1 분리한정 헤테로층(104), 활성층(106), 제2 분리한정 헤테로층(108), 제1 회절 격자(112a) 및 상부 클래딩층(125)은 제1 분포귀환 레이저 다이오드에 포함될 수 있다. 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내 하부 클래딩층(102), 제1 분리한정 헤테로층(104), 활성층(106), 제2 분리한정 헤테로층(108), 제2 회절 격자(112b) 및 상부 클래딩층(125)은 제2 분포귀환 레이저 다이오드에 포함될 수 있다. 상기 변조 영역(P)내 하부 클래딩층(102), 제1 분리한정 헤테로층(104), 활성층(106), 제2 분리한정 헤테로층(108) 및 상부 클래딩층(125)은 변조 다이오드에 포함될 수 있다.The
상기 제1 전극(128a)을 통하여 상기 제1 분포귀환 레이저 다이오드의 활성층(106)에 제1 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제1 전극(128a)에 상기 제1 분포귀환 레이저 다이오드에 순방향의 바이어스를 인가하여 상기 제1 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제1 레이저 전류에 의하여 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)의 상기 활성층(106)에 광이 생성되고, 상기 생성된 광은 상기 제1 회절 격자(112a)에 의해 브래그 반사되어 제1 파장만을 갖는 제1 광원이 발진될 수 있다. 상기 제1 광원의 제1 파장은 상기 제1 회절 격자(112a)의 굴절률의 변화에 의하여 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 광원의 제1 파장은 상기 제1 회절 격자(112a)의 굴절률에 비례할 수 있다. 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 제1 히터 전류를 공급하여, 제1 온도의 열을 상기 제1 회절 격자(112a)에 공급함으로써 상기 회절 격자(112a)의 굴절률이 변화된다. 이에 따라, 상기 제1 광원의 제1 파장이 변화될 수 있다. 즉, 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 공급되는 제1 히터 전류에 의하여 상기 제1 광원의 제1 파장이 변화될 수 있다.A first laser current may be supplied to the
상기 제2 전극(128b)을 통하여 상기 제2 분포귀환 레이저 다이오드의 활성층(106)에 제2 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제2 전극(128b)에 상기 제2 분포귀환 레이저 다이오드에 순방향의 바이어스를 인가하여 상기 제2 레이저 전류를 공급할 수 있다. 상기 제2 레이저 전류에 의하여 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)의 상기 활성층(106)에 광이 생성되고, 상기 생성된 광은 상기 제2 회절 격자(112b)에 의해 브래그 반사되어 제2 파장만을 갖는 제2 광원이 발진될 수 있다. 상기 제2 광원의 제2 파장은 상기 제2 회절 격자(112b)의 굴절률의 변화에 의하여 변경될 수 있다. 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 제2 히터 전류를 공급하여, 제2 온도의 열을 상기 제2 회절 격자(112b)에 공급함으로써 상기 제2 회절 격자(112b)의 굴절률이 변화된다. 이에 따라, 상기 제2 광원의 제2 파장이 변화될 수 있다. 즉, 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 공급되는 제2 히터 전류에 의하여 상기 제2 광원의 제2 파장이 변화될 수 있다.A second laser current may be supplied to the
상기 제3 전극(128c)을 통하여 상기 변조 다이오드에 역바이어스를 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 변조 다이오드에는 전계흡수(electro absorption) 현상이 발생될 수 있다. 상기 변조 다이오드의 전계흡수 현상에 의하여 상기 제1 및 제2 광원들의 주 발진 모드를 제외한 사이드 모드들을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 광원들의 손실을 최소화할 수 있다. 변조 다이오드가 형성되는 상기 변조 영역(P)은 광 손실을 최소화하기 위하여 제한된 폭(예컨대, 상기 제1 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1,DFB2) 사이의 거리)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 변조 영역(P)은 폭은 50㎛ 이하일 수 있다.A reverse bias may be applied to the modulation diode through the
상술된 다중 분포귀환 레이저 소자의 동작 방법을 설명한다. 상기 제1 및 제2 전극들(128a,128b)을 통하여 상기 제1 및 제2 분포귀환 레이저 다이오드들에 상기 제1 및 제2 레이저 전류들을 각각 공급한다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 분포귀환 레이저 다이오드들로부터 상기 제1 파장의 제1 광원 및 상기 제2 파장의 제2 광원이 각각 발진된다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b) 중에서 적어도 하나를 동작시켜, 상기 제1 및 제2 광원들 중에서 적어도 하나의 파장을 변화시킬 수 있다. 결과적으로, 서로 다른 파장을 갖는 제1 및 제2 광원들을 발진시킬 수 있다.An operation method of the multi-distribution feedback laser device described above will be described. The first and second laser currents are supplied to the first and second distributed feedback laser diodes through the first and
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(136a)을 동작시키지 않고, 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 제2 히터 전류를 공급할 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 히터 전류를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 상기 제2 히터 전류의 변화에 따라, 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 의해 공급되는 열의 온도가 변화되고, 열의 온도 변화에 따라, 상기 제2 회절 격자(112b)의 굴절률이 변화될 수 있다. 그 결과, 상기 제2 광원의 제2 파장이 연속적이며 안정적으로 변화된다. 이 실시예에 따르면, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자는 고정된 제1 파장의 제1 광원, 및 연속적으로 변화되는 제2 파장의 제2 광원을 연속적으로 발진시킬 수 있다. 상기 발진된 제1 및 제2 광원들은 공진기를 경유하여 포토믹서(photomixer)에 제공됨으로써, 가변되는 테라헤르츠파를 생성시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second heater current may be supplied to the second
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 제1 히터 전류를 공급하고, 상기 제2 마이크로 히터(136b)를 동작시키지 않을 수 있다. 이 경우에, 제1 히터 전류를 연속적으로 변화시켜, 연속적으로 변하는 제1 파장의 제1 광원, 및 고정된 제2 파장의 제2 광원을 연속적으로 발진시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a first heater current may be supplied to the first
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 마이크로 히터(136a)에 제1 히터 전류를 공급하고, 상기 제2 마이크로 히터(136b)에 제2 히터 전류를 공급할 수 있다. 이때, 상기 제1 히터 전류를 연속적으로 변화시키고, 상기 제2 히터 전류 를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자는 연속적으로 변화되는 제1 파장의 제1 광원, 및 연속적으로 변화되는 제2 파장의 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)로부터 발생된 열들의 온도들은 서로 다르게 하여 상기 제1 및 제2 광원들의 파장들을 서로 다르게 할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a first heater current may be supplied to the first
본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 2개의 광원을 요구하는 장비의 요구치에 따라 상술된 방법들을 다양하게 조합하여 상기 다중 분포귀환 레이저 소자를 사용할 수 있다.The present invention is not limited to this. The multi-distribution feedback laser device can be used by various combinations of the above-described methods depending on the requirements of equipment requiring two light sources.
상술된 다중 분포귀환 레이저 소자에 따르면, 상기 서로 독립적으로 제어되는 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)로 인하여 발진되는 상기 제1 광원 및 제2 광원의 파장 차이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 매우 안정적인 상기 제1 광원 및 제2 광원을 발진시킬 수 있다. 예컨대, 상기 제1 광원 및 제2 광원이 한개의 컴파운드(compound) 공진기를 구성함으로서, 발진된 제1 광원 및 제2 광원이 서로 커플링된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 광원들은 서로 독립적인 광원으로 작동되지 않고, 제1 및 제2 광원들의 위상들이 서로 상관관계를 가져 마치 위상차가 락킹된 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자는 매우 안정적인 상기 제1 및 제2 광원들을 발진시킬 수 있다. 결과적으로, 우수한 신뢰성의 다중 분포 귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다. 또한, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자로 테라헤르츠파 생성하는 경우에, 테라헤르츠파 발생의 핵심요소사항인 발진 주파수가 안정에 직접적인 영향을 미치는 여기 광원(beat source)의 RIN(Relative Intensity Noisy)을 크게 향상시킬 수 있다.According to the multi-distribution feedback laser device described above, the wavelength difference between the first light source and the second light source oscillated due to the first and second
또한, 상기 다중 분포귀환 레이저 소자는 상기 기판(100)에 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)의 제1 분포귀환 레이저 다이오드, 상기 변조 영역(P)의 변조 다이오드 및 제2 분포귀환 영역(DFB2)이 탑재되어 있다. 이로써, 고집적화된 다중 분포귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다.In addition, the multi-distribution feedback laser device includes a first distribution feedback laser diode of the first distribution feedback area DFB1, a modulation diode of the modulation area P, and a second distribution feedback area DFB2 on the
이에 더하여, 상기 제1 광원의 제1 파장 및 제2 광원의 제2 파장은 각각 상기 제1 회절 격자(112a)의 주기의 변화, 및 제2 회절 격자(112a)의 주기의 변화에 의해서 변화될 수 있다. 따라서, 상기 마이크로 히터들(136a,136b)의 동작과 더불어 상기 회절 격자들(112a,112b)의 주기들을 변화시킴으로써, 상기 제1 및 제2 광원들의 파장 차이를 더욱 정밀하게 조절할 수 있다.In addition, the first wavelength of the first light source and the second wavelength of the second light source may be changed by the change of the period of the
더 나아가서, 상기 활성층(106)은 상기 분포귀환 영역들(DFB1,DFB2) 뿐만 아니라, 상기 변조 영역(P)내에도 형성된다. 즉, 상기 활성층(106)은 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100) 상에 연속적으로 배치된다. 이에 따라, 상호 코히어런트(coherent)한 특성의 상기 제1 광원 및 제2 광원을 연속적으로 발진시킬 수 있다. 결과적으로, 상호 코히어런트 특성의 제1 및 제2 광원들을 이용하여 테라헤르츠파를 발생시킴으로써, 매우 안정적이고 우수한 특성의 테라헤르츠파를 생성시킬 수 있다.Furthermore, the
더 나아가서, 상기 회절 격자들(112a,112b) 중에서 적어도 하나는 복소 결합 회절 격자일 수 있다. 이에 따라, 변조지수가 매우 큰 출력을 획득할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 광원들을 이용하여 발생되는 테라헤르츠파의 생성 효율이 매우 높다.Furthermore, at least one of the
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 형성 방법을 도면들을 참조하여 설명한다.Next, a method of forming a multi-distribution feedback laser device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2a 내지 2h는 본 발명의 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a multi-distribution feedback laser device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 제1 분포귀환 영역(DFB1), 변조 영역(P) 및 제2 분포귀환 영역(DFB2)을 포함하는 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100) 상에 하부 클래딩층(102)을 형성할 수 있다. 상기 하부 클래딩층(102)은 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100) 상에 형성된다. 상기 하부 클래딩층(102)은 제1 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 하부 클래딩층(102) 상에 제1 분리한정 헤테로층(104)을 형성할 수 있다. 상기 제1 분리한정 헤테로층(104) 상에 활성층(106)을 형성하고, 상기 활성층(106) 상에 제2 분리한정 헤테로층(108)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(106)은 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100) 상에 형성된다. 이와 마찬가지로, 상기 제1 및 제2 분리한정 헤테로층들(104,108)도 상기 영역들(DFB1,P,DFB2)의 기판(100) 상에 형성된다.Referring to FIG. 2A, a
상기 제2 분리한정 헤테로층(108) 상에 제1 화합물 반도체막(110)을 형성하고, 상기 제1 화합물 반도체막(110) 상에 회절격자층(112)을 형성한다. 상기 제1 화합물반도체막(110)은 인듐인(InP)으로 형성될 수 있다. 상기 제1 화합물 반도체막(110)은 언도프트 상태이거나, 제2 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 회절 격자층(112)은 복소결합 회절격자를 위한 화합물 반도체, 예컨대, InGaAs으로 형성될 수 있다. 상기 회절격자층(112)은 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 이와는 달리, 상기 회절격자층(112)은 언도프트 상태일 수 있다.A first
상기 회절격자층(112) 상에 버퍼 화합물 반도체막(114)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 화합물 반도체막(114)은 상기 제1 화합물 반도체막(110)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.A buffer
도 2b를 참조하면, 상기 버퍼 화합물 반도체막(114) 상에 하드마스크막(116)을 형성할 수 있다. 상기 하드마스크막(116)은 질화물, 산화물 및 산화질화물등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2B, a
상기 하드마스크막(116) 상에 감광막을 도포하고, 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴들(118)을 형성한다. 상기 감광막은 홀로그래피 시스템이나 전자선 리소그라피 장비에 의해 패터닝되어 상기 감광막 패턴들(118)이 형성될 수 있다. 상기 감광막 패턴들(118)은 회절 격자들을 정의할 수 있다. 상기 감광막 패턴들(118)의 주기를 조절하여 회절 격자들의 주기들을 제어할 수 있다.A photoresist is coated on the
도 2c를 참조하면, 상기 감광막 패턴들(118)을 식각마스크로 사용하여 상기 하드마스크막(116)을 패터닝하여 하드마스크 패턴들(116a)을 형성할 수 있다. 상기 하드마스크막(116)은 자장 강화 반응성 이온 식각(magnetically enhanced reactive ion etching)으로 식각될 수 있다. 이어서, 상기 감광막 패턴들(118)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 2C, the
도 2d를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴들(116a)을 식각마스크로 사용하여 상기 버퍼 화합물 반도체막(114) 및 회절 격자층(112)을 식각한다. 이에 따라, 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내에 제1 회절 격자(112a)가 형성되고, 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내에 제2 회절 격자(112b)를 형성한다. 이때, 상기 변조 영역(P) 내에 잔여 격자(112c)가 형성될 수도 있다. 상기 격자들(112a,112b,112c) 상에 버퍼 화합물 반도체 패턴들(114a)이 형성될 수 있다. 상기 하드마스크 패턴들(116a)을 식각마스크로 사용하는 식각 공정은 등방성 식각(ex, 습식식각등) 및/또는 건식 식각일 수 있다.Referring to FIG. 2D, the buffer
도 2e를 참조하면, 이어서, 상기 하드마스크 패턴들(116a)을 제거한다. 이어서, 상기 변조 영역(P) 내의 잔여 격자(112c) 및 상기 잔여 격자(112c) 상의 버퍼 화합물 반도체 패턴(114a)을 제거한다. 이때, 상기 제1 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1,DFB2) 내의 제1 및 제2 회절격자들(112a,112b) 및 회절 격자들(112a,112b) 상의 버퍼 화합물 반도체 패턴(114a)은 잔존된다. 상기 잔여 격자(112c)를 선택적으로 제거하여 위하여 포토리소그라피 공정에 의한 마스크 패턴(미도시함)을 이용할 수 있다.Referring to FIG. 2E, the
도 2f를 참조하면, 이어서, 상기 기판(100) 상에 제2 화합물 반도체막(120)을 형성할 수 있다. 상기 제2 화합물 반도체막(120)은 언도프트 상태이거나 제2 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다 상기 제2 화합물 반도체막(120)은 상기 제1 화합물 반도체막(120)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2 화합물 반도체막(120)은 유기 금속 화학 증착법(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Depostion)으로 형성될 수 있다. 상기 제1 화합물 반도체막(110), 제1 및 제2 분포귀환 영역들(DFB1,DFB2)의 버퍼 화합물 반도체 패턴(114a) 및 제2 화합물 반도체막(120)은 제1 상부 클래딩층(122)을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 2F, a second
도 2g를 참조하면, 상기 제1 상부 클래딩층(122) 상에 제2 상부 클래딩층(124)을 형성할 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(124)은 제2 타입의 도펀트로 도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제2 상부 클래딩층(124)은 상기 제1 상부 클래딩층(124)과 동일한 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 상부 클래딩층(122,124)은 상부 클래딩층(125)에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 2G, a second
상기 상부 클래딩층(125) 상에 오믹층(126)을 형성할 수 있다. 상기 오믹층(126)은 InGaAs로 형성될 수 있다. 상기 오믹층(126) 상에 전극막(128)을 형성할 수 있다. 상기 전극막(128)은 금속으로 형성될 수 있다.An
도 2h를 참조하면, 상기 전극막(128), 오믹층(126) 및 상부 클래딩층(125)을 연속적으로 패터닝하여 분리 트렌치(130)를 형성할 수 있다. 상기 분리 트렌치(130)에 의하여, 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1)의 제1 분포귀환 레이저 다이오드, 상기 변조 영역(P)의 변조 다이오드, 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)의 제2 분포귀환 레이저 다이오드는 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 상기 분리 트렌치(13)를 형성함으로써, 상기 제1 분포귀환 영역(DFB1) 내의 제1 오믹 패턴(126a) 및 제1 전극(128a), 상기 제2 분포귀환 영역(DFB2)내의 제2 오믹 패턴(126b) 및 제2 전극(128c)과, 상기 변조 영역(P)내의 제3 오믹 패턴(126c) 및 제3 전극(128c)이 형성될 수 있다. 상기 전극들(128a,128b,128c)은 서로 이격된다. 또한, 상기 오믹 패턴들(126a,126b,126c)도 서로 이격된다. 상기 분리 트렌치(130) 내에 분리 절연 패턴(132)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2H, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극막(128)을 형성하기 전에, 상기 오믹층(126) 및 상부 클래딩층(125)을 연속적으로 패터닝하여 상기 분리 트렌치(130)를 형성할 수도 있다. 이 경우에, 상기 분리 트렌치(130) 및 분리 절연 패턴(132)을 형성한 후에, 서로 분리된 제1, 제2 및 제3 오믹 패턴들(126a,126b,126c) 상에 각각 제1 전극(128a,128b,128c)을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
이어서, 상기 제1 전극(128a) 상에 층간 절연막 및 히터막을 차례로 형성하고, 상기 히터막 및 층간 절연막을 연속적으로 패터닝하여 상기 도 1의 제1 전극(128a) 상의 제1 층간 절연 패턴(134a) 및 제1 마이크로 히터(136a)와, 제2 전극(128b) 상의 제2 층간 절연 패턴(134b) 및 제2 마이크로 히터(136b)를 형성할 수 있다. 이로써, 도 1의 다중 분포귀환 레이저 소자를 구현할 수 있다. Subsequently, an interlayer insulating film and a heater film are sequentially formed on the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히터막을 상기 층간 절연막이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 제1 및 제2 마이크로 히터들(136a,136b)을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heater film may be planarized until the interlayer insulating film is exposed to form the first and second
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a multi-distribution feedback laser device according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 2h는 본 발명의 실시예에 따른 다중 분포귀환 레이저 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a multi-distribution feedback laser device according to an exemplary embodiment of the present invention.
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