하이브리드 레이저 다이오드의 공진기 document_id A220623111588

실리콘(silicon)과 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체의 이종 결합를 이용한 하이브리드 레이저 다이오드(hybrid LASER diode)가 광 소자과 전자 소자를 융합하는 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 기술을 위한 광원으로 주목받고 있다. 이러한 하이브리드 레이저 다이오드가 정보 전송을 위한 광원으로 사용되는 경우, 전송 품질의 향상을 위해서는 단일 모드(single mode)로 동작하는 레이저 다이오드를 구현하는 것이 요구된다. SOI(Silicon On Insulator) 기판의 등장으로 실리콘 광 도파로의 구성이 가능해졌다. 이에 따라, 실리콘 기판의 전자 소자에 광 소자가 집적될 수 있게 되었다. 이러한 새로운 연구 분야를 실리콘 포토닉스라 한다. 그러나 실리콘 자체가 광 통신용 파장 대역에서 이득을 가질 수 없어, 외부 광원의 사용이 불가피하다. 이러한 난점을 극복하기 위해서 근래에 화합물 반도체와 실리콘 사이의 웨이퍼 본딩(wafer bonding)을 이용한 하이브리드 레이저 다이오드가 연구되고 있다. 하이브리드 레이저 다이오드의 경우, 웨이퍼 본딩 기술을 통해 제작되기 때문에, 화합물 반도체 레이저 다이오드에서 이용되는 재성장 방식으로 다양한 형태의 구조를 만드는 기술이 하이브리드 레이저 다이오드에서는 사용될 수 없다. 하이브리드 레이저 다이오드에서 그 성능을 결정하는 부분은 화합물 반도체 도파로의 구조이다. 이러한 화합물 반도체 도파로의 구조로 사용 가능한 구조로는 리지 도파로(ridge waveguide)와 슬랩 도파로(slab waveguide)가 있다. 화합물 반도체 도파로의 구조가 리지 도파로인 경우, 실리콘 도파로의 단면적이 작은 경우에도 단일 모드 도파로가 구성될 수 있으며, 높은 전류 속박(carrier confinement) 특성을 갖는 장점이 있다. 하지만, 외부로 드러나는 화합물 반도체 도파로의 표면에서의 표면 결합(surface recombination) 효과에 의한 누설 전류(leakage current)가 큰 단점이 있다. 이와는 달리, 화합물 반도체 도파로의 구조가 슬랩 도파로인 경우, 슬랩 도파로는 기본적으로 다중 모드를 지원하는 도파로이고, 전류 속박 특성을 높이기 위해서는 이온 주입 기술을 사용하여 전류를 속박하는 불순물 영역을 형성하여야 하나, 불순물 영역의 폭을 작고 정확하게 형성하는 것이 어렵기 때문에, 안정적인 기본 모드(fundamental mode) 발진이 어렵다는 단점이 있다.