$GaAs/Al_xO_y$ 출력경을 가진 장파장 수직 공진 표면광 레이저 연구

Abstract

광통신의 파장에서 동작하는 저손실 장파장 수직 공진 표면광 레이저를 연구하였다. 장파장 수직 공진 표면광 레이저는 기판 용융접합 방법으로 구현되었다. 레이저의 공진기는 $Al_xO_y$/GaAs 반사경과 주기적인 공간 이득 구조의 17개의 양자우물 그리고 GaAs/AlAs 반사경으로 구성되어 있다. P-형 반사경에서의 광손실을 최소화하기 위해서 p-접촉층 위에 $Al_xO_y$/GaAs 반사경을 출력경에 도입하였다. 그리고 산화막 구경을 공진기 내의 정상파의 중점에 위치시켰다. Nd-YAG 레이저로 광펌핑하여 1.54 ㎛ 파장에서 상온 연속 동작하였다. 산화막 구경의 직경이 5 ㎛인 소자에 대해서 문턱 펌핑 광강도는 1.4 mW로 낮은 값을 얻었다. 직경이 16 ㎛인 소자에 대해서는 64℃ 까지 연속 동작하였다. 이러한 낮은 문턱과 높은 온도 연속 동작은 출력경으로 사용된 $Al_xO_y$/GaAs 반사경의 장파장 수직 공진 표면광 레이저에서의 유용성을 증명하는 것이다. 전류 펄스 동작하는 장파장 수직 공진 표면광 레이저도 또한 상온에서 실현되었다. 산화막 구경이 13.5 ㎛ 와 17 ㎛ 인 소자에 대해서 각각 7.1 mA와 9.5 mA의 문턱 전류로 레이저 동작하였다. 13.5 ㎛ 직경보다 작은 소자의 경우 단일 횡 모드 동작하며, 이보다 큰 소자에 대해서는 문턱부터 고차의 횡 모드로 동작한다. 이 경우에 빛을 안내하는 작용(guiding effect)을 줄이려고 산화막 구경을 정상파의 최소 위치에 두었다. 약한 빛 안내로 인해서 훨씬 큰 구경(13.5 ㎛)의 소자에 대해서도 단일 횡 모드 동작을 하며, 비교적 큰 모드 크기(12.5 ㎛)를 보인다. 전기 펌핑형 수직 공진 표면광 레이저 소자에서의 켜짐 전압은 5.7 볼트이다. 이렇게 큰 값은 p-GaAs/p-InP 접합 계면에서의 전압 강하로부터 온 것이다. 약 3-9 볼트에 달하는 p-GaAs/p-InP 접합 계면에서의 전압 강하는 기판 용융 접합 방식으로 제작된 이 장파장 수직 공진 표면광 레이저의 상온 연속 동작을 어렵게 하고 있다. n-GaAs/n-InP 기판 용융접합 계면의 전압 강하는 무시할 만한 것으로 측정되었다. 이러한 구조의 장파장 수직 공진 표면광 레이저의 횡 모드 특성, 온도 특성, 편광 특성 등이 조사되었다. 상온 연속 전기 동작을 이루기 위해서 p-형 기판 용융 접합 계면의 전기적 특성에 관한 추가적인 연구가 요구된다.