다이오드에 흐른 전류의 일부가 빛으로 변환되어 레이저 광이 되는 것을 말합니다.

반도체 레이저는 반도체 소자의 일종인 다이오드에 흐른 전류의 일부가 빛으로 변환되어 레이저 광이 되는 것을 말합니다. 이 때문에 다이오드 레이저 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)로 불리며 광반도체에서는 능동 소자에 장착되어 광원으로 사용됩니다.

반도체 레이저의 특징

와이엠케이포토닉스는 TriPleX와 InP의 장점을 활용하여 반도체 레이저를 구현합니다.

레이저 다이오드는 구성되는 화합물 반도체와 구조에 따라 자외선에서 근적외선에 이르는 폭넓은 파장으로 발진이 가능합니다. 또한 초소형임에도 적은 소비전력만으로 높은 효율을 보여주며, 수명이 길어 장시간에 걸쳐 사용 가능하고, 대량 생산이 가능합니다. 직접 변조가 가능하여 빠르게 변조시킬 수 있어 정보를 실어 보내기에 용이하여 광 통신 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 하지만 광 통신의 광원의 경우 각기 다른 파장의 빛들이 각각 다른 속도로 전달되기 때문에 파장 퍼짐이 적고 충분한 변조 대역폭을 가지는 단일 파장 레이저이어야 합니다.

반도체 레이저의 활용·적용


현재의 수퍼컨티늄은 부피가 큰 비선형 미디어와 테이퍼드 광섬유 등을 통해서만 구현이 가능한 제약이 있습니다. 하지만 기존의 CMOS 공정과 호환이 가능하게 되면, 따로 설비를 갖추지 않아도 되어 비용 절감과 대량 생산이 가능하게 됩니다. CMOS 공정이 가능하지만 수퍼컨티늄을 적용할 수 없는 실리콘포토닉스 대신 독자적 TriPleX 핵심기술인 실리카 및 질화규소의 유리플랫폼으로 수퍼컨티늄을 구현할 수 있습니다. 최근까지 가장 넓은 폭의 연속파장대역을 얻게 해준 방식으로 자외선 영역까지 우수한 투명도를 제공하여 빛의 투과가 가능하고, 매우 낮은 광 전파 손실로 재현성 또한 높습니다. 뿐만 아니라 5.5mm만큼 짧은 길이로도 초광대역 수퍼컨티늄 기술 구현이 가능합니다.

반도체 레이저 종류

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 공진기 표면 발광 레이저)

여러 개의 반도체 층이 활성층 위, 아래에 놓여 거울을 형성하여 수직 공진을 유도합니다. 따라서 칩의 옆면에서 빛이 나오는 것이 아니라 웨이퍼 표면에 수직으로 빛이 나오게 됩니다. 이에 따라 기존의 측면 발광에 비해 제작이 쉽고 문턱전압이나 동작전류도 적으며 웨이퍼 상에서의 테스트가 가능한 여러 장점이 있습니다. 하지만 다소 적은 광출력으로 주로 단거리에서만 사용됩니다.

DFB-LD (Distributed FeedBack, 분포귀환형 레이저 다이오드)

회절격자(브래그 격자)가 있는 부분에 전류를 주입하여 이득을 갖게한 레이저 다이오드로 cavity내의 온도를 제어함으로써 출력 파장을 가변시킵니다. 이미 검증된 DFB 레이저가 사용되어 파장의 안정성, 고출력 (≒ 2 mW), 짧은 선폭 (<< 1 nm), 매우 낮은 RIN, 빠른 응답 특성의 장점을 갖고 있지만 넓은 파장 대역을 가지기 위해서는 여러 DFB레이저를 배열하여 사용해야 하며 느린 가변 시간과 고가라는 단점을 가지고 있습니다.

DBR-LD (Distributed Bragg Reflector, 브랙반사형 레이저 다이오드)

분포 귀환형 레이저와 유사하지만 활성 영역의 양 끝단에만 회절격자가 있으며 전류 제어에 의한 파장 가변이 우수하여 훨씬 큰 가변 파장 범위를 갖고 있습니다. 가변 속도가 매우 빠르며 신뢰성과 안정성이 보장되는 방법이지만, 넓은 대역의 파장 가변을 위해서는 구조 변형이 필요하고 이 과정이 매우 복잡하고 어려운 단점이 있습니다.

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