We have fabricated and investigated the characteristics of the InGaAs/InGaAsP multi-qunatum well ITG-LD with grooved corner reflector. The improvement in reflectivity from the etched corner reflector is offset by their tendency to favor odd-order transverse modes. The threshold current density rapidly increases due to the large diffraction at the corner reflector, as the cavity width of the ITG-LD with corner reflector decreases. Therefore, by introducing the groove at the center of active cavity, we can reduce optical loss otherwise occurred at the corners, and simultaneously enhance the traveling wave characteristic such as mode purity. Especially, Grooved corner reflector will be good candidate for low threshold operating device with good mode purity in the case of small width of cavity.
Normal mode analysis was utilized for the simulation of ITG-LD with grooved corner reflector. For smooth and almost vertical dry-etched facet, we set up the InP/InGaAsP RIBE etching conditions using $Ar/Cl_2/H_2$. The RMS roughness of dry etching surface is about 290Å, which remains within the requirement for acceptable losses from the etched facet. For low threshold operation, we set up LP-MOCVD growth conditions for multi quantum well structure based on the InGaAs/InGaAsP material system.
In the case of the ITG-LD with grooved corner reflector, the threshold current is measured to be 33mA. The emission peak wavelength is about 1.62㎛. The fabricated device showed single mode operation, which was maintained at current levels more than 1.7 times of the threshold current. Their spectrum characteristics and near fields are compared with those of the ITG-LD without the groove.
본 논문에서는 홈이 있는 구석반사기를 가지는 이중도파로 레이저 다이오드에 관한 연구이다. 전반사를 이용하는 구석반사기는 일반적으로 큰 반사율을 가짐으로해서 이를 채택한 레이저다이오드에서의 동작전류를 감소시키는 장점이 있는 반면에, 구석반사기에서의 광손실과 오드모드(odd-mode)를 가지는 단점이 있어서, 모드이득이 감소되는 결과를 가진다. 특히 구석반사기의 크기가 작아질수록, 광산란이 크게 일어나 구석반사기의 높은 반사율의 장점이 희석된다. 두개의 구석반사기로 이루어진 공진기 가운데에 홈을 팜으로해서 이 경로를 통해서 일어나는 광산란을 줄이고, 동시에 진행파의 장점인 모드 순도를 증가시키는 장점을 가지는 이중도파로 레이저 다이오드를 제안하고 제작하였다.
이중도파로 레이저 다이오드에서는 두 도파로 사이에 결합력이 강하기 때문에, 보다 정확한 normal mode 분석을 시도하여, 소자 구조와 마스크 설계를 실시하였다.
부드럽고 거의 수직에 가까운 건식식각 반사기 제작을 위하여, 염소를 기본으로 하는 아르곤/수소/염소 혼합기체를 이용하여InP/InGaAsP RIBE의 조건을 확립하였다. 식각된 표면의 평균 거칠기는 290옴스트롱 으로 이 값은 반사기로 허용되는 범위에 드는 것이다.
낮은 동작전류를 위하여 MOCVD를 이용하여 InGaAs/InGaAsP 다중양자우물 조건을 확립하였다. 특히compressive strain을 가지는 다중양자우물을 가지는 F-P 레이저 다이오드는 370A/㎠ 라는 낮은 문턱전류밀도를 가지는 것을 실험을 통해서 확인하였다.
위에서 설명한 설계방식과 기본 제작 공정을 통하여 홈이있는 이중도파로 레이저 다이도를 제작하였는데, 동작문턱전류는 33mA, 발진파장은 1.62㎛ 이다. 경우에 따라서는 본 소자가 문턱전류의 두배가까운 전류상태에서도 단일모드 동작을 함을 알 수가 있었고, 근접장 분석을 통해서 발진모드가 내부링모드에 해당됨을 알 수가 있었다. 홈이 없는 반사기를 가지는 경우에는 소자의 크기가 작아짐에 따라 문턱전류가 급격히 증가됨을 확인할 수가 있었고, 이는 홈이 있는 구석반사기를 가지는 소자의 유용성이 소자가 작을수록 커짐을 의미한다고 볼 수 있다.
구석반사기에서의 반사계수가 구석반사기와 도파로 사이의 정렬에 상당한 영향을 가지게 때문에, 좀 더 안정적인 동작을 위해서는 구석반사기와 도파로를 제작함에 있어서 자기 정렬과정이 필요할 것이다
