KR0149775B1 - Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method - Google Patents
Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method Download PDFInfo
- Publication number
- KR0149775B1 KR0149775B1 KR1019950008647A KR19950008647A KR0149775B1 KR 0149775 B1 KR0149775 B1 KR 0149775B1 KR 1019950008647 A KR1019950008647 A KR 1019950008647A KR 19950008647 A KR19950008647 A KR 19950008647A KR 0149775 B1 KR0149775 B1 KR 0149775B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- waveguide
- laser diode
- substrate
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0268—Integrated waveguide grating router, e.g. emission of a multi-wavelength laser array is combined by a "dragon router"
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
- H01S5/0203—Etching
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
본 발명은 광전집적회로용 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 낮은 구동전류에서도 동작이 가능하도록 지붕형 반사기가 형성된 광전집적회로용 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 레이저 다이오드는 기판(31); 전기한 기판(31)의 상면에 형성되며 N-클래딩층(32) 및 수동도파층(33)으로 구성된 도파로; 전기한 도파로의 상면에 분리층(34), 활성층(35), P-클래딩층(36) 및 p-저항층(37)이 차례로 적층되어 구성되며 지붕형 반사기를 지닌 능동도파로; 전기 능동도파로의 상면에 구성되며 선형전극창(41)이 형성된 SiO2막(38); 전기 SiO2막(38)의 상면에 형성된 금속재의 상부전극층(39); 및 전기 기판(31)의 하단면에 형성된 금속재의 하부전극층(40)을 포함한다. 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드는 레이저 다이오드로부터 발생된 빛의 이용효율이 우수하고 낮은 문턱전류를 지녀 작은 구동전류에 의해서도 원활한 동작이 가능하며, 광전집적회로 상에 집적이 용이하고 간편하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의해 전기한 레이저 다이오드를 간단한 공정에 의해 경제적으로 제조할 수 있다.The present invention relates to a laser diode for a photonic integrated circuit and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a laser diode for a photonic integrated circuit in which a roof type reflector is formed to operate even at a low driving current, and a method of manufacturing the same. The laser diode of the present invention includes a substrate 31; A waveguide formed on the upper surface of the substrate 31 and composed of an N-cladding layer 32 and a passive waveguide layer 33; An active waveguide comprising a separation layer 34, an active layer 35, a P-cladding layer 36, and a p-resistance layer 37 sequentially stacked on the upper surface of the waveguide, and having a roof reflector; An SiO 2 film 38 formed on the upper surface of the electrically active waveguide and having a linear electrode window 41 formed thereon; An upper electrode layer 39 of metal material formed on the upper surface of the electric SiO 2 film 38; And a lower electrode layer 40 made of a metal material formed on the bottom surface of the electric substrate 31. The laser diode for the photonic integrated circuit of the present invention has excellent utilization efficiency of the light generated from the laser diode and has a low threshold current, which enables a smooth operation even by a small driving current, and is easy to integrate onto the photonic integrated circuit and can be manufactured easily. Can be. In addition, the laser diode delivered by the manufacturing method of the present invention can be economically manufactured by a simple process.
Description
제1도는 도파로와 수직방향으로 집적된 종래의 레이저 다이오드를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional laser diode integrated vertically with the waveguide.
제2도는 도파로와 수평방향으로 집적된 종래의 레이저 다이오드를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a conventional laser diode integrated horizontally with the waveguide.
제3도는 본 발명에 의해 도파로 상에 구성된 광전집적회로용 레이저 다이오드를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing a laser diode for a photonic integrated circuit constructed on a waveguide according to the present invention.
제4도는 본 발명에 의한 광전집적회로용 레이저 다이오드가 도파로에 의해 연결된 상태를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a state where the laser diode for the photonic integrated circuit according to the present invention is connected by a waveguide.
제5도는 본 발명의 제조방법에 의해 이중도파로가 증착된 기판의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a substrate on which a double waveguide is deposited by the manufacturing method of the present invention.
제6(a)도는 본 발명의 제조방법에 의해 SiO2막이 형성된 기판의 단면도이다.6 (a) is a sectional view of a substrate on which a SiO 2 film is formed by the manufacturing method of the present invention.
제6(b)도는 본 발명에 의해 SiO2막이 형성된 기판의 평면도이다.6 (b) is a plan view of a substrate on which an SiO 2 film is formed according to the present invention.
제7(a)도는 본 발명의 제조방법에 의해 상부전극층이 형성된 기판의 단면도이다.7 (a) is a sectional view of a substrate on which an upper electrode layer is formed by the manufacturing method of the present invention.
제7(b)도는 본 발명에 의해 상부전극층이 구성된 기판의 평면도이다.7 (b) is a plan view of a substrate on which an upper electrode layer is formed according to the present invention.
제8(a)도는 본 발명의 제조방법에 따른 수직식각에 의해 식각된 기판의 단면도이다.8 (a) is a cross-sectional view of the substrate etched by the vertical etching according to the manufacturing method of the present invention.
제8(b)도는 본 발명의 수직식각에 의해 식각된 기판의 평면도이다.8 (b) is a plan view of a substrate etched by the vertical etching of the present invention.
제9(a)도는 본 발명의 제조방법에 의해 하부전극층이 형성된 기판의 단면도이다.9 (a) is a sectional view of a substrate on which a lower electrode layer is formed by the manufacturing method of the present invention.
제9(b)도는 본 발명에 의해 하부전극층이 형성된 기판의 평면도이다.9 (b) is a plan view of a substrate on which a lower electrode layer is formed according to the present invention.
제10도는 본 발명의 레이저 다이오드에 형성된 지붕형 반사기에 의해 빛이 전반사되는 과정을 도시한 개념도이다.FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a process in which light is totally reflected by the roof type reflector formed in the laser diode of the present invention.
제11도는 임계각 이상의 값을 지닌 매질의 경계면에서 빛이 전반사되는 현상을 예시한 참고도이다.11 is a reference diagram illustrating a phenomenon in which light is totally reflected at an interface of a medium having a value greater than or equal to a critical angle.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
31 : 기판 32 : N-클래딩층31 substrate 32 N-cladding layer
33 : 수동도파층 34 : 분리층33: Passive waveguide 34: Separation layer
35 : 활성층 36 : P-클래딩층35 active layer 36 P-cladding layer
37 : p-저항층 38 : SiO2막37 p-resistance layer 38 SiO 2 film
39 : 상부전극층 40 : 하부전극층39: upper electrode layer 40: lower electrode layer
41 : 선형전극창41: linear electrode window
본 발명은 광전집적회로용 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 낮은 구동전류에서도 동작이 가능하도록 지붕형 반사기가 형성된 광전집적회로용 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser diode for a photonic integrated circuit and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a laser diode for a photonic integrated circuit in which a roof type reflector is formed to operate even at a low driving current, and a method of manufacturing the same.
광전집적회로(optoelectronic integrated circuit)는 하나의 기판상에 다수의 광소자와 전자소자를 집적하여 구성된 회로로서, 이러한 광전집적회로는 각각의 독립적으로 제조된 소자를 연결시켜 구성한 회로에 비하여 회로의 신뢰도가 높고 회로 전체의 크기를 대폭 줄일 수 있으며, 회로의 생산성이 향상되어 회로의 구성에 소요되는 비용을 절약할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 또한, 광소자간의 연결에 필요한 정렬과정이 필요없게 되어 제조가 용이하며, 진동이 심한 사용환경이나 그이외의 열악한 외부환경하에서도 회로가 안정적으로 동작할 수 있다는 장점으로 인하여, 최근 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.An optoelectronic integrated circuit is a circuit formed by integrating a plurality of optical devices and electronic devices on a single substrate. The optoelectronic integrated circuit is more reliable than a circuit formed by connecting each independently manufactured device. It has the advantage of high efficiency, greatly reducing the size of the entire circuit, and increasing the productivity of the circuit, thereby reducing the cost of constructing the circuit. In addition, it is easy to manufacture because there is no need for the alignment process required for the connection between the optical elements, and because of the advantage that the circuit can operate stably under severe vibration environment or other poor external environment, recent research on this It is actively underway.
상기한 광전집적회로의 형성에는 광전집적회로에서 광원의 역할을 수행하기 위한 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)나 발광 다이오드(Light emitting diode; LED) 등의 발광소자를 광검출기, 광증폭기 및 광변조기 등의 기타 광소자에 하나의 도파로를 사용하여 연결시키는 과정이 요구되는데, 상기한 여러 소자 중에서도 레이저 다이오드는 다른 광소자와 달리 공진기 양쪽에 광궤환을 위한 거울이 필요하기 때문에, 도파로에 연결되는 광소자 중에서 레이저 다이오드를 도파로에 연결하는 과정이 가장 난해한 과정으로 알려져 있다. 즉, 발광소자인 통상적인 레이저 다이오드의 거울은 기판을 절단함으로써 얻어지는데, 이러한 경우에는 광전집적회로 상에서 레이저 다이오드와 도파로와의 연결에 따른 소자의 집적이 불가능하게 된다는 문제점이 있었다.In the formation of the photonic integrated circuit, a light emitting device such as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) for performing a role of a light source in the photonic integrated circuit may be used as a photodetector, an optical amplifier, and an optical modulator. It is required to connect a single waveguide to other optical elements such as a laser. Among the above-mentioned elements, a laser diode requires a mirror for optical feedback on both sides of the resonator, unlike other optical elements. Among the devices, the process of connecting a laser diode to a waveguide is known as the most difficult process. That is, a mirror of a conventional laser diode, which is a light emitting device, is obtained by cutting a substrate. In this case, there is a problem in that the integration of the device due to the connection of the laser diode and the waveguide on the photoelectric integrated circuit becomes impossible.
상기한 레이저 다이오드와 도파로와의 특성에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 레이저 다이오드의 거울 구조를 변화시킴으로써 레이저 다이오드와 도파로를 연결을 개선하려는 다양한 시도가 행하여져 왔으며, 이와 관련된 종래의 기술에 대하여는 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다:In order to solve the problems caused by the characteristics of the laser diode and the waveguide, various attempts have been made to improve the connection between the laser diode and the waveguide by changing the mirror structure of the laser diode, and related arts are as follows. It is disclosed in the literature:
보터(G. A. Vawter) 등은 제1도에 도시한 것과 같이, 도파로와 수직방향으로 집적된 레이저 다이오드에 대하여 개시하고 있다[참조:G. A. Vawter et al, IEEE J. Quan. Elec., 25:154(1989)]. 전기한 레이저 다이오드는 레이저 다이오드(11)가 도파로(12)의 상면에 구성되어 레이저 다이오드(11)로부터 방출된 빛이 레이저 다이오드(11)의 하부에 구성된 도파로(12)로 입사되는 구조를 지니고 있다. 즉, 레이저 다이오드(11)와 도파로(12)를 광출력방향(13)에 대하여 수직으로 적층하여 레이저 다이오드(11)로부터 방출된 빛의 일부가 도파로(12)로 입사될 수 있도록 구성한 것이다.G. A. Vawter et al. Disclose a laser diode integrated perpendicular to the waveguide, as shown in FIG. A. Vawter et al, IEEE J. Quan. Elec., 25: 154 (1989). The above-described laser diode has a structure in which a laser diode 11 is configured on the upper surface of the waveguide 12 so that light emitted from the laser diode 11 is incident on the waveguide 12 configured under the laser diode 11. . That is, the laser diode 11 and the waveguide 12 are stacked vertically with respect to the light output direction 13 so that a part of the light emitted from the laser diode 11 may be incident on the waveguide 12.
전기한 종래기술에 따른 레이저 다이오드(11)는 레이저 다이오드(11)를 1회의 결정성장에 의해 도파로(12)상에 집적할 수 있으므로, 제조가 용이하다는 장점을 지니고 있으나, 도파로(12)와 수직방향으로 집적된 레이저 다이오드(11)는 레이저 다이오드(11)로부터 발생된 빛 중에서 일부분만이 도파로(12)로 입사되는 구조를 지니고 있기 때문에, 광의 이용효율이 현저히 떨어진다는 문제점을 지니고 있었다.Since the laser diode 11 according to the related art can integrate the laser diode 11 on the waveguide 12 by one crystal growth, it is easy to manufacture, but is perpendicular to the waveguide 12. Since the laser diode 11 integrated in the direction has a structure in which only a part of the light generated from the laser diode 11 is incident on the waveguide 12, the utilization efficiency of light is remarkably degraded.
또한, 허비츠(C. E. Hurwitz) 등은 제2도에 도시한 바와 같이, 도파로와 수직방향으로 집적된 레이저 다이오드에 대하여 개시하고 있는데, 이러한 레이저 다이오드(21)는 레이저 다이오드(21)에서 방출된 빛이 도파로(22)로 곧바로 입사되기 때문에, 레이저 다이오드(21)에서 나오는 대부분의 빛이 도파로(22)로 전송될 수 있는 구조를 지니고 있다[참조:C. E. Hurwitz et al, Appl. Phys. Lett., 27:241(1975)].In addition, CE Hurwitz et al. Disclose a laser diode integrated in a direction perpendicular to the waveguide, as shown in FIG. 2. The laser diode 21 emits light emitted from the laser diode 21. Since it is incident directly to the waveguide 22, it has a structure in which most of the light emitted from the laser diode 21 can be transmitted to the waveguide 22 (cf. C. E. Hurwitz et al, Appl. Phys. Lett., 27: 241 (1975).
전기한 레이저 다이오드는 레이저 다이오드(21)와 도파로(22)를 광출력방향(23)과 수평이 되도록 레이저 다이오드(21)와 도파로(22)를 구성함으로써, 도파로와 수직방향으로 집적된 레이저 다이오드에 비하여 광의 이용효율이 향상된다는 장점을 지니고 있으나, 레이저 다이오드(21)와 도파로(22)의 집적에는 최소한 2회 이상의 결정성장을 필요로 하므로 제조 공정이 매우 복잡해지며, 수율이 떨어진다는 단점을 지니고 있었다.The above-described laser diode forms the laser diode 21 and the waveguide 22 so that the laser diode 21 and the waveguide 22 are parallel to the optical output direction 23, thereby providing a laser diode integrated vertically with the waveguide. Compared with the laser diode 21 and the waveguide 22, at least two crystal growths are required for the integration of the laser diode 21 and the waveguide 22. However, the manufacturing process is complicated and the yield is low. .
아울러, 전기한 종래의 기술에 따른 레이저 다이오드는 높은 문턱전류(threshold current)를 지니는 구조로 형성되어, 레이저 다이오드의 동작을 위해서는 큰 구동전류가 필요하기 때문에, 광전집적회로에 실제적으로 사용하는데에는 한계를 지니고 있었다.In addition, since the laser diode according to the related art described above has a structure having a high threshold current, and a large driving current is required for the operation of the laser diode, it is limited to practical use in a photoelectric integrated circuit. Had.
결국, 본 발명의 주된 목적은 레이저 다이오드로부터 발생된 빛의 이용효율이 높고 낮은 문턱전류를 지녀 작은 구동전류에 의해서도 동작이 가능하며, 광전집적회로 상에 용이하게 집적할 수 있는 광전집적회로용 레이저 다이오드를 제공함에 있다.As a result, the main object of the present invention is a laser for a photonic integrated circuit, which can be operated by a small driving current with high utilization efficiency of light generated from a laser diode and a low threshold current, and can be easily integrated on a photonic integrated circuit. In providing a diode.
본 발명의 또 다른 목적은 전기한 광전집적회로용 레이저 다이오드를 간단한 공정에 의해 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for economically manufacturing the above-described laser diode for photonic integrated circuit by a simple process.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드는 기판; 전기한 기판의 상면에 N-클래딩(N-cladding)층 및 수동도파층으로 구성된 도파로; 전기한 도파로의 상면에 분리층, 활성층, P-클래딩층 및 p-저항(p-ohmic)층이 차례로 적층되어 구성되며 지붕형 반사기를 지닌 능동도파로; 전기 능동도파로의 상면에 구성되며 선형전극창이 형성된 SiO2막; 전기 SiO2막의 상면에 형성된 금속재의 상부전극층; 및 전기 기판의 하단면에 형성된 금속재의 하부전극층으로 구성된다.Laser diode for an integrated circuit of the present invention to achieve the above object is a substrate; A waveguide composed of an N-cladding layer and a passive waveguide layer on the upper surface of the substrate; An active waveguide having a roof-type reflector and having a stacked layer, an active layer, a P-cladding layer, and a p-ohmic layer sequentially stacked on the upper surface of the waveguide; An SiO 2 film formed on an upper surface of the electrically active waveguide and having a linear electrode window formed thereon; An upper electrode layer of a metal material formed on an upper surface of the electric SiO 2 film; And a lower electrode layer of a metal material formed on the lower surface of the electrical substrate.
또한, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드 제조방법은 기판의 상단면에 각기 상이한 Al 몰분율, 불순물 농도, 불순물 형태, 두께 및 굴절율을 지닌 AlxGa1-xAs을 증착하여 N-클래딩층, 수동도파층, 분리층, 활성층, P-클래딩층 및 p-저항층을 차례로 적층하여 이중도파로를 형성하는 과정; 전기한 이중도파로가 형성된 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 포토레지스트 패턴의 상면에 SiO2막을 증착하여 전기 포토레지스트 패턴을 제거하고 선형전극창이 구성된 SiO2막을 형성하는 과정; 전기 선형전극창이 구성된 SiO2막의 상면에 금속을 증착하여 상부전극층을 형성하는 과정; 전기 상부전극층이 형성된 기판을 수동도파층의 상면까지 수직식각하여 지붕형 반사기를 형성하는 과정; 및 전기한 기판의 하단면을 일부 식각하고 금속을 증착하여 하부전극층을 형성하는 과정을 포함한다.In addition, the method of manufacturing a laser diode for a photonic integrated circuit of the present invention is an N-cladding layer by depositing Al x Ga 1-x As having different Al mole fraction, impurity concentration, impurity form, thickness and refractive index on the top surface of the substrate, Forming a double waveguide by sequentially stacking a passive waveguide layer, a separation layer, an active layer, a P-cladding layer, and a p-resistance layer; Forming a photoresist pattern on the substrate on which the double waveguide is formed, depositing an SiO 2 film on the upper surface of the photoresist pattern, removing the electric photoresist pattern, and forming a SiO 2 film having a linear electrode window; Forming a top electrode layer by depositing a metal on the upper surface of the SiO 2 film having the electric linear electrode window; Forming a roof reflector by vertically etching the substrate on which the electrical upper electrode layer is formed to an upper surface of the passive waveguide layer; And forming a lower electrode layer by partially etching the lower surface of the substrate and depositing a metal.
이하, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the laser diode for a photonic integrated circuit of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명에 의해 도파로 상에 구성된 광전집적회로용 레이저 다이오드를 나타낸 사시도이며, 제4도는 본 발명에 의한 광전집적회로용 레이저 다이오드가 도파로에 의해 연결된 상태를 나타낸 단면도이다.3 is a perspective view showing a photodiode integrated laser diode configured on a waveguide according to the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the photodiode integrated laser diode is connected by a waveguide.
제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 다이오드는 기판(31)과 기판(31)상에 형성된 N-클래딩층(32) 및 수동도파층(33)으로 구성된 도파로의 상부에 지붕형 반사기를 지닌 능동도파로가 형성된 구조를 지닌다. 지붕형 반사기를 지닌 능동도파로는 도파로의 상부에 분리층(34), 활성층(35), P-클래딩층(36) 및 p-저항층(37)으로 구성되고, SiO2막(38)에는 전극형성을 위한 선형전극창이 형성되고 SiO2막(38)의 상부에는 레이저 다이오드에 전류를 인가하기 위한 금속재의 상부전극층(39)이 구성된다. 또한, 기판(31)의 하단면에는 금속재로 이루어진 하부전극층(40)이 구성되어, 상부전극층(39)과 하부전극층(40)의 전극쌍에 의해 레이저 다이오드에 전류가 인가되게 된다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the laser diode of the present invention has a top of a waveguide composed of a substrate 31 and an N-cladding layer 32 and a passive waveguide layer 33 formed on the substrate 31. FIG. It has a structure in which an active waveguide with a roof type reflector is formed. An active waveguide with a roof reflector consists of a separation layer 34, an active layer 35, a P-cladding layer 36 and a p-resistance layer 37 on top of the waveguide, and an electrode formation on the SiO 2 film 38. The linear electrode window is formed and the upper electrode layer 39 made of a metal material for applying a current to the laser diode is formed on the SiO 2 film 38. In addition, a lower electrode layer 40 made of a metal material is formed on the lower surface of the substrate 31 so that a current is applied to the laser diode by the electrode pairs of the upper electrode layer 39 and the lower electrode layer 40.
이하, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a laser diode for a photonic integrated circuit of the present invention will be described.
제5도는 본 발명의 제조방법에 의해 이중도파로가 증착된 기판의 단면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 이중도파로는 GaAs 기판(31)의 상면에서 서로 다른 Al 몰분율을 지닌 AlxGa1-xAs층을 교대로 형성함으로써 수직집적된 능동 및 수동의 이중도파로를 형성한다. 즉, 기판(31)의 상면에 각각 상이한 Al 몰분율, 불순물 농도, 불순물 형태, 두께 및 굴절율을 지닌 AlxGa1-xAs을 증착하여 N-클래딩층(32), 수동도파층(33), 분리층(34), 활성층(35), P-클래딩층(36) 및 p-저항층(37)을 차례로 적층하여 이중도파로를 형성한다.The fifth turning a cross-sectional view of the deposition substrate double waveguide by the method of the present invention, As shown, the dual-waveguide according to the present invention is Al x Ga 1 with different Al mole fractions with each other in the top surface of the GaAs substrate 31, Alternating -x As layers form vertically integrated active and passive dual waveguides. That is, by depositing Al x Ga 1-x As having different Al mole fractions, impurity concentrations, impurity forms, thicknesses and refractive indices on the upper surface of the substrate 31, the N-cladding layer 32, the passive waveguide layer 33, A double waveguide is formed by sequentially stacking the separation layer 34, the active layer 35, the P-cladding layer 36, and the p-resistance layer 37.
본 발명의 제조방법에서 바람직하게 사용되는 각 층의 Al 몰분율, 불순물 농도, 불순물 형태, 두께 및 굴절율을 하기 표 1에 나타내었다.Al mole fraction, impurity concentration, impurity form, thickness and refractive index of each layer preferably used in the production method of the present invention are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타낸 본 발명의 레이저 다이오드에 대한 각 층의 Al 몰분율, 불순물 농도, 불순물 형태, 두께 및 굴절율에 대한 수치는 하나의 실시예로서, 기판(31)의 상면에 각각 상이한 값을 지닌 AlGaAs을 증착하여 레이저 다이오드의 각 층을 적층한다는 점에 본 발명의 요지가 있는 것으로, 상기 표 1의 수치는 전기한 각 층이 서로 상이한 값을 지니는 범위내에서 변동이 가능하게 된다.The numerical values for the Al mole fraction, impurity concentration, impurity form, thickness, and refractive index of each layer for the laser diode of the present invention shown in Table 1 are examples of AlGaAs having different values on the upper surface of the substrate 31. It is a gist of the present invention to deposit each layer of a laser diode by depositing the above, and the numerical values in Table 1 can be varied within the range in which the above-described layers have different values from each other.
전기한 과정에 의해 이중도파로를 형성한 다음에는 이중도파로가 형성된 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 전기 포토레지스트 패턴의 상면에 제6(a)도에 도시된 것과 같이, SiO막(38)을 증착한 다음, 전기 포토레지스트 패턴을 제거하여 선형전극창이 구성된 SiO막(38)을 형성한다. 이때, 포토레지스트 패턴은 제6(b)도에 도시된 SiO막(38)의 형상과 반대의 형상을 지니도록 형성하고, 이 포토레지스트 패턴의 상부에 SiO막(38)을 증착한 다음, 아세톤 등의 용매를 사용하여 포토레지스트 패턴을 제거하게 되면, 제6(b)도에 도시된 것과 같이 선형전극창(41)이 구성된 SiO막(38)을 형성할 수 있다. 상기한 과정에 의해 SiO막(38)이 형성된 기판의 형태가 제6(a)도 및 제6(b)도에 도시되어 있는데, 제6(a)도는 본 발명의 제조방법에 의해 SiO막(38)이 형성된 기판의 단면도이며 제6(b)도는 전기 기판의 평면도로서, SiO막(38)의 중앙에는 띠모양의 선형전극창(41)이 형성되어 있다.After forming the double waveguide by the above-described process, a photoresist pattern is formed on the substrate on which the double waveguide is formed, and the SiO film 38 is formed on the upper surface of the electrical photoresist pattern as shown in FIG. After the deposition, the photoresist pattern is removed to form the SiO film 38 having the linear electrode window. At this time, the photoresist pattern is formed to have a shape opposite to that of the SiO film 38 shown in FIG. 6 (b), the SiO film 38 is deposited on the photoresist pattern, and then acetone When the photoresist pattern is removed using a solvent such as the above, as shown in FIG. 6 (b), the SiO film 38 including the linear electrode window 41 may be formed. The shape of the substrate on which the SiO film 38 is formed by the above-described process is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6 (a) shows the SiO film ( 38 is a cross-sectional view of the substrate, and FIG. 6 (b) is a plan view of the electric substrate, and a band-shaped linear electrode window 41 is formed in the center of the SiO film 38.
제7(a)도는 본 발명의 제조방법에 의해 상부전극층이 형성된 기판의 단면도이며, 제7(b)도는 전기 기판의 평면도로서, 본 발명에서는 전술한 과정에 의해 형성된 SiO막(38)의 상면에 AuZn/Au 등의 금속을 증착하여 SiO막(38)의 상면에 상부전극층(39)을 형성한다. 이와 같이, SiO막(38)의 상면에 금속을 증착하게 되면, SiO막(38)의 상면에 구성된 선형전극창(41)을 통하여 전류가 레이저 다이오드에 인가되게 된다.FIG. 7 (a) is a cross-sectional view of a substrate on which an upper electrode layer is formed by the manufacturing method of the present invention. FIG. 7 (b) is a plan view of an electric substrate. The upper electrode layer 39 is formed on the upper surface of the SiO film 38 by depositing a metal such as AuZn / Au. As such, when metal is deposited on the upper surface of the SiO film 38, current is applied to the laser diode through the linear electrode window 41 formed on the upper surface of the SiO film 38.
전기한 과정에 의해 상부전극층(39)이 형성된 기판은 하기의 과정에 따라 수동도파층(33)의 윗면까지 수직식각하여 지붕형 반사기를 형성하게 되는데, 기판의 수직식각시 전술한 과정에 의해 생성된 SiO막(38)은 마스크로 작용하게 되어 기판의 수직식각시 선택적 식각이 이루어진다. 이때, 상기한 수직식각방법으로는 건식식각법 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 수직식각에 의해 식각된 기판의 단면도 및 평면도를 제8(a)도 및 제8(b)도에 도시하였다.The substrate on which the upper electrode layer 39 is formed by the above process is vertically etched to the upper surface of the passive waveguide layer 33 according to the following process to form a roof reflector. The SiO film 38 serves as a mask to selectively etch the substrate during vertical etching. In this case, the dry etching method may be used as the vertical etching method. A cross-sectional view and a plan view of the substrate etched by such vertical etching are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).
제9(a)도 및 제9(b)도는 본 발명의 제조방법에 의해 하부전극층이 형성된 기판의 단면도 및 평면도로서, 전기 과정에 의해 기판(31)의 상면을 식각한 다음, 기판(31)의 하면을 일부 식각하여 기판의 두께를 약 100μm의 두께를 지니도록 형성하고, 하단면 전체에 AuGe/Ni/Au 등의 금속을 증착하여 하부전극층(40)을 형성함으로서, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드를 제조하게 된다.9 (a) and 9 (b) are cross-sectional views and a plan view of a substrate on which a lower electrode layer is formed by a manufacturing method of the present invention. The upper surface of the substrate 31 is etched by an electrical process, and then the substrate 31 is etched. The lower surface of the substrate is partially etched to form a substrate having a thickness of about 100 μm, and a lower electrode layer 40 is formed by depositing a metal such as AuGe / Ni / Au on the entire lower surface, thereby forming the lower electrode layer 40. To manufacture a laser diode.
또한, 본 발명에서는 레이저 다이오드의 도파로를 형성할 때, 선택적 수직식각에 의해 기판을 식각하고 지붕형 반사기와 수동도파층에 포토레지스를 입힌 다음, 기판을 HSO, HO및 HO의 혼합용액(HSO:HO:HO=1:8:1, v/v)을 사용하여 습식식각함으로써 레이저 다이오드 사이에 있는 띠모양의 도파로를 제외한 나머지 수동도파층을 기판까지 식각하여 단일 도파로를 제조할 수도 있다.In the present invention, when forming the waveguide of the laser diode, the substrate is etched by selective vertical etching and the photoresist is coated on the roof reflector and the passive waveguide, and then the substrate is mixed with HSO, HO, and HO (HSO: HO). A single waveguide may be manufactured by etching the passive waveguide layer except for the band-shaped waveguide between the laser diodes to the substrate by wet etching using: HO = 1: 8: 1, v / v).
이하, 본 발명에 의한 광전집적회로용 레이저 다이오드의 작용을 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the laser diode for a photonic integrated circuit according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 광전집적회로용 레이저 다이오드의 지붕형 반사기는 직각을 이루는 두 개의 매끈한 평면으로 구성되어 있는데, 제10도에 도시된 바와 같이, 지붕형 반사기는 높은 굴절율을 지닌 GaAs로 구성되므로, 레이저 다이오드의 내부에서 발진된 빛을 지붕형 반사기에 의해 전반사되어 공기로의 입사를 방지하게 된다.The roof type reflector of the laser diode for a photonic integrated circuit according to the present invention is composed of two smooth planes formed at right angles. As shown in FIG. 10, the roof type reflector is composed of GaAs having a high refractive index. The light emitted from the inside is totally reflected by the roof type reflector to prevent the incident to the air.
제11도는 임계각 이상의 값을 지닌 매질의 경계면에서 빛이 전반사되는 현상을 예시한 참고도로서, 일반적으로 빛이 상이한 굴절율을 지닌 매질의 경계면에 입사될 때 굴절율이 큰 매질로부터 굴절율이 작은 매질로 진행하는 경우에는, 임계각 이상의 각을 지니면서 입사된 빛을 전반사가 일어나게 된다.FIG. 11 is a reference diagram illustrating a phenomenon in which light is totally reflected at an interface of a medium having a value greater than or equal to a critical angle. In this case, total reflection occurs of the incident light having an angle greater than or equal to the critical angle.
따라서, 본 발명의 레이저 다이오드의 경우에는 GaAs와 공기 사이의 임계각이 17°이기 때문에, 지붕형 반사기에서의 반사율은 전반사에 해당하므로 이론적으로는 100%가 된다. 즉, 17° 이상의 입사각을 지닌 빛은 전반사되어 반사율이 100%가 되어, 본 발명의 레이저 다이오드는 종래의 레이저 다이오드에 형성된 직선형 반사기에 대한 반사율인 31%와 비교할 때 거의 3배 정도 큰 반사율을 지니므로, 레이저 다이오드 내부로 빛이 반사되는 양이 증대되어, 결국 적은 이득(gain)으로도 레이저 다이오드의 동작이 가능하게 된다. 그 결과, 본 발명에 의한 광전집적회로용 레이저 다이오드는 전기한 지붕형 반사기에 의해 낮은 문턱전류를 지니게 되므로, 작은 구동전류에서도 동작이 가능하게 된다.Therefore, in the case of the laser diode of the present invention, since the critical angle between GaAs and air is 17 °, the reflectance in the roof type reflector corresponds to total reflection, thus theoretically being 100%. That is, the light having an angle of incidence of 17 ° or more is totally reflected and the reflectance is 100%. Thus, the laser diode of the present invention has a reflectance almost three times larger than that of the 31% reflectance of the linear reflector formed in the conventional laser diode. Therefore, the amount of light reflected inside the laser diode is increased, so that the laser diode can be operated with a small gain. As a result, the laser diode for the photonic integrated circuit according to the present invention has a low threshold current by the electrical roof type reflector, thereby enabling operation even at a small driving current.
아울러, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드는 레이저 다이오드로부터 발진된 빛이 다이오드의 하부에 형성된 수동도파로를 통하여 다른 광소자에 전달될 수 있도록 구성되어 하나의 도파로 상에 레이저, 검출기, 변조기 및 증폭기 등의 다양한 형태의 소자를 집적시킬 수 있으므로, 광전집적회로의 집적이 용이하게 된다.In addition, the laser diode for the photonic integrated circuit of the present invention is configured such that light emitted from the laser diode can be transmitted to another optical element through a passive waveguide formed at the bottom of the diode, so that a laser, a detector, a modulator, and an amplifier on one waveguide are provided. Since various types of devices, such as these, can be integrated, integration of the photoelectric integrated circuit becomes easy.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 광전집적회로용 레이저 다이오드는 레이저 다이오드로부터 발생된 빛의 이용효율이 우수하고 낮은 문턱전류를 지녀 작은 구동전류에 의해서도 원활한 동작이 가능하며, 광전집적회로 상에 집적이 용이하고 간편하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의해 전기한 레이저 다이오드를 간단한 공정에 의해 경제적으로 제조할 수 있다.As described in detail above, the laser diode for the photonic integrated circuit of the present invention has excellent utilization efficiency of light generated from the laser diode and has a low threshold current, thereby enabling smooth operation even by a small driving current. It is easy to integrate and can be manufactured easily. In addition, the laser diode delivered by the manufacturing method of the present invention can be economically manufactured by a simple process.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950008647A KR0149775B1 (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950008647A KR0149775B1 (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960039505A KR960039505A (en) | 1996-11-25 |
| KR0149775B1 true KR0149775B1 (en) | 1998-12-01 |
Family
ID=19412077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019950008647A Expired - Fee Related KR0149775B1 (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0149775B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190134504A (en) * | 2018-05-23 | 2019-12-04 | 주식회사 오이솔루션 | Laser device |
-
1995
- 1995-04-13 KR KR1019950008647A patent/KR0149775B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190134504A (en) * | 2018-05-23 | 2019-12-04 | 주식회사 오이솔루션 | Laser device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960039505A (en) | 1996-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8774571B2 (en) | Optical device, optical module, and method for manufacturing optical device | |
| US7972879B2 (en) | Multi-level integrated photonic devices | |
| CN107565374B (en) | Laser with beam shape modification | |
| US20050083982A1 (en) | Surface emitting and receiving photonic device | |
| KR100532281B1 (en) | Side illuminated refracting-facet photodetector and method for fabricating the same | |
| US11719883B1 (en) | Integrated GaAs active devices with improved optical coupling to dielectric waveguides | |
| US20080130698A1 (en) | Nitride-based semiconductor device and method of fabricating the same | |
| US5721750A (en) | Laser diode for optoelectronic integrated circuit and a process for preparing the same | |
| KR100582114B1 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor optical device | |
| US5438208A (en) | Mirror coupled monolithic laser diode and photodetector | |
| US5763287A (en) | Method of fabricating semiconductor optical device | |
| JPH03256386A (en) | Semiconductor laser, its manufacture and optical communication system | |
| JP2001028456A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| US6343087B2 (en) | Semiconductor laser | |
| CN120090040A (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device structure | |
| KR0149775B1 (en) | Laser diode for optoelectronic integrated circuit and its manufacture method | |
| JPH0797661B2 (en) | Light emitting diode and manufacturing method thereof | |
| JPH09237940A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US6989312B2 (en) | Method for fabricating semiconductor optical device | |
| CN112821197A (en) | Light emitting chip manufacturing method and light emitting chip | |
| CN113508502B (en) | Double-cavity DFB laser chip, light emitting assembly, optical module and optical network device | |
| JPH09298337A (en) | Semiconductor distributed Bragg reflector and surface emitting semiconductor laser using the same | |
| KR940011269B1 (en) | Method of manufacturing surface emitting semiconductor laser diode | |
| JP7783738B2 (en) | quantum cascade device | |
| CN114512896B (en) | Semiconductor light source and preparation method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| R17-X000 | Change to representative recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20061207 Year of fee payment: 10 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 10 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903 Not in force date: 20080610 Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE |
|
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903 Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE Not in force date: 20080610 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |