KR0129466Y1 - 광검출기 일체형 표면광 레이저 - Google Patents

광검출기 일체형 표면광 레이저 Download PDF

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Abstract

광검출기 일체형 표면장 레이저가 개시되어 있다. 이 개시된 광검출기 일체형 표면광 레이저는 기판(31)과, 이 기판(31)상에 위치하며 광을 흡수하는 버퍼층(33)과, 버퍼층(33)의 상부에 위치하며 전원의 한 전극이 접속되는 제1전극층(35)과, 제1전극층(35) 상에 위치하며 전원 인가시에 전자 또는 정공을 이동시키며 그 표면으로 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부만을 투과시키는 제1반사기층(37)과, 이 제1반사기층(37)상에 위치하고 전자와 정공의 재결합으로 발광하는 활성층(39)과, 활성층(39) 상에 위치하고 제1반사기층(37)과 다른 반도체형으로서 전자 또는 정공을 이동시키며 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 제2반사기층(41)과, 제2반사기층(41) 상부면 일부에 적층되고 상기한 전원의 다른 전극이 접속되는 평판부(45)와 제2반사기층(41)을 투과한 광이 출사되는 공동(47)이 형성된 돌출부(46)를 가지는 제2전극층(43)을 구비하며, 제2반사기층(41)과, 활성층(39) 및 제1반사기층(37)을 관통하여 제1전극층(35)의 일부가 외부로 노출되도록 된 제1홈부(49)가 형성되고, 활성층(39)에서 생성 출사되는 광의 출사영역을 제한하기 위해 돌출부(46)주위에 제2홈부(51)가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

광검출기 일체형 표면광 레이저
제1도는 종래의 광검출기 일체형 표면광 레이저의 일 형태를 나타낸 개략적인 구성도.
제2도는 종래의 광검출기 일체형 표면광 레이저의 다른 형태를 나타낸 개략적인 구성도.
제3도는 본 고안에 따른 광검출기 일체형 표면광 레이저의 일 실시예를 나타낸 사시도.
제4도는 본 고안에 따른 광검출기 일체형 표면광 레이저의 일 실시예를 나타낸 평면도.
제5도는 제3도의 A-A선을 절개한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 기판 33 : 버퍼층
35 : 제1전극층 37 : 제1반사기층
39 : 활성층 41 : 제2반사기층
43 : 제2전극층 45 : 평판부
46 : 돌출부 47 : 공동
49 : 제1홈부 51 : 제2홈부
본 고안은 광검출기 일체형 표면광 레이저에 관한 것으로, 더 상세하게는 동일 반도체 기판 상에 광원 및 모니터용 광검출기를 일체형으로 적층 형성하여 그 구조가 컴팩트하게 되고, 검출되는 신호특성을 향상할 수 있도록 된 광검출기 일체형 표면광 레이저에 관한 것이다.
일반적으로 표면광 레이저는 모서리 발광레이저와는 달리 적층된 반도체 물질에 대하여 수직한 방향으로 광을 출사한다. 또한, 모서리 발광레이저에 비하여 원형광에 가까운 가우시안 빔을 출사하므로 출사광의 형상 보정을 위한 광학계가 불필요하다. 그리고, 그 크기를 작게 할 수 있고, 단일 반도체 웨이퍼 상에 복수개의 표면광 레이저가 직접가능하므로 이차원 배열이 용이하다. 따라서, 전자계산기, 음향 영상기기, 레이저 프린터, 레이저 스캐너, 의료장비 및 통신분야 등 광응용 분야에서 널리 이용될 수 있다.
그러나, 이 표면광 레이저를 이용한 광원은 종래의 모서리 발광 레이저를 이용한 광원과는 다르게 기판에 대하여 수직방향으로 광이 출사되고, 그 출사면중 일면이 기판에 결합되어 있으므로, 출사광을 조절하기 위해 사용되는 모니터용 광검출기를 설치하기 위한 대응방안이 모색되어야 한다.
종래에는 모니터용 광검출기를 설치하기 위한 수단으로 광원으로 이용되는 표면광 레이저의 상면에 평판형의 광검출기를 마련하거나, 상기 광원이 구동시 측면으로 방향성이 없이 발산되는 측면 자발광을 수광하도록 상기 광원의 주변을 둘러싼 광검출기를 마련하였다.
제1도는 종래의 표면광 레이저를 이용한 광원 및 모니터용 광검출기 조합체의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
이 도면을 참조하여 그 구조와 동작 원리를 설명하면, 다음과 같다.
이 표면광 레이저를 이용한 광원 및 모니터용 광검출기 조합체는 반도체 기판(10)과, 이 기판(10)상 집적되어 광을 발산하도록 순방향 바이어스 전압의 인가 등 전기적 수단을 포함한 광원(12)과 이 광원(12)의 측면으로 발산하는 자발광을 흡수하도록 상기 광원 주변은 고리형상이고 역방향 바이어스 전압 또는 전압이 인가되지 않는 전기수단을 포함하는 모니터용 광검출기(14)로 이루어져 있다.
상기 광검출기(14)는 상기 광원(12)에서 발산되는 자발광을 흡수한후 전기적 신호로 변환하여 상기 광원(12)을 이루는 전극에 피드백하여 인가함으로써 광량을 제어할 수 있는 장점이 있지만 그 측면으로 방출되는 자발광이 수직으로 발산되는 광량에 비례하지 않을 뿐만 아니라 수직 발산광에 비하여 그 출사량이 현저히 적고, 광검출기를 통과하는 동안 측면 자발광의 흡수율이 좋지 않으므로, 수직 발산 광량을 제어하기 위한 신호로 사용하는데 어려움이 있다.
제2도는 종래의 표면광 레이저를 이용한 광원 및 모니터용 광검출기의 다른 형태를 나타낸 사시도이다.
이 표면광 레이저를 이용한 광원 및 모니터용 광검출기 조합체는 반도체 기판(20)과, 이 기판(20)상에 형성된 표면광 레이저로 된 광원(22)과, 이 광원(22)의 상부면에 위치되어 상기 광원(22)에서 출사되는 광량을 모니터하는 모니터용 광검출기(24)로 이루어져 있다.
상기 광검출기(24)는 상기 광원(22)의 상부면에 소정의 두께로 마련되어 있어 입사되는 일부 광은 흡수하고 나머지 광은 투과하도록 되어 있다. 이때 흡수되는 광을 이용하여 모니터용 광을 검출한다. 이 경우 모니터용으로 검출되는 광량은 충분하여 그 기능을 수행하는데 문제가 없으나 그 모니터를 투과하여 본래의 기능을 위해 쓰이는 광량이 감소되는 단점이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 단점들을 극복하기 위하여 안출된 것으로서 모니터용 광검출기를 통하여 수광하는 광의 효율을 극대화 시키고, 그 구조의 콤팩트화 및 저가격화의 실현 뿐만 아니라, 출사광의 특성 및 효율을 향샹시키는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 광검출기 일체형 표면광 레이저는, 기판과, 이 기판상에 위치하며 광을 흡수하는 버퍼층과, 상기 버퍼층의 상부에 위치하며 전원의 한 전극이 접속되는 제1전극층과, 상기 제1전극층 상에 위치하며 전원 인가시에 전자 또는 정공을 이동시키며 그 표면으로 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부만을 투과시키는 제1반사기층과, 이 제1반사기층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합으로 발광하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합으로 발광하는 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하고 상기 제1반사기층과 다른 반도체형으로서 전자 또는 정공을 이동시키며 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 제2반사기층과, 상기 제2반사기층 상부면 일부에 적층되고 상기한 전원의 다른 전극이 접속되는 평판부와 상기 제2반사기층을 투과한 광이 출사되는 공동이 형성된 돌출부를 가지는 제2전극층을 구비하며, 상기 제2반사기층과 활성층 및 제1반사기층을 관통하여 상기 제1전극층의 일부가 외부로 노출되도록 된 제1홈부가 형성되고, 상기 활성층에서 생성 출사되는 광의 출사영역을 제한하기 위해 상기 돌출부 주위에 제2홈부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 광검출기 일체형 표면광 레이저의 실시예들을 상세히 설명한다.
제3도는 본 고안에 따른 광검출기 일체형 표면광 레이저를 나타낸 사시도이다. 또한, 제4도는 제3도의 평면도이며, 제5도는 제3도의 A-A선을 절개한 단면도이다.
도시한 바와 같이 광검출기 일체형 표면광 레이저는 기판(31)과, 이 기판(31)상에 위치하며 인가 전원에 의해 광을 흡수할 수 있도록 된 버퍼층(33)과, 상기 버퍼층(33)의 상부에 위치하며 전원의 한 전극이 접속되는 제1전극층(35)과, 상기 제1전극층(35) 상에 위치하며 인가 전원에 따라 전자 또는 정공을 생성하고 그 표면에 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 반도체 물질로 된 제1반사기층(37)과, 이 제1반사기층(37) 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합에 의해 레이저광을 생성하는 활성층(39)과, 상기 활성층(39) 상에 위치하고 상기 제1반사기층(37)과 다른 반도체형으로 입사되는 광을 대부분 반사시키고 일부를 투과시키도록 된 제2반사기층(41)및 활성층(39)에 전원을 인가하도록 전원의 다른 전극이 접속되는 평판부(45)와 상기 제2반사기층(41)을 통과한 광이 출사하도록 된 공동(47)이 형성된 돌출부(46)를 가지는 제2전극층(43)을 구비한다.
상기 기판(31)은 대체로 반도체 물질 예를 들면, n형 또는 p형의 GaAs 물질 등으로 된 반도체 기판(31)이며, 상기 버퍼층(33)의 광검출 효율을 높이기 위하여 외부 전원이 인가될 수 있다. 상기 버퍼층(33)은 후술하는 광원의 적층방향에 대하여 수직한 방향으로 출사되는 광중 그 하부로 출사되는 광을 수렴할 수 있도록 된 진성반도체물질로 된 반도체층이다. 상기 제1전극층(35)은 외부의 일 전원과 전기적 접속시전기 전달이 용이하도록 높은 전기전도도를 가지는 금속층으로 되어 있다.
상기 기판(31)과 버퍼층(33) 그리고 제1전극층(35)이 하나의 광검출기를 이루며, 상기 제1전극층(35)의 상부로 입사되는 광을 수광한다. 수광을 원활히 하기 위하여 상기 기판(31)과 상기 제1전극층(35)에 역바이어스 전압을 인가할 수 있다.
또한, 상기 제1반사기층(37), 활성층(39), 제2반사기층(41)과 제2전극층(43)은 상기 제1전극층(35)과 더불어 광을 출사하는 광원을 이룬다.
상기 제1반사기층(37)은 불순물 반도체 예를 들면, n형 AlXGa1-XAS와 AlAS가 교대로 적층되어 이루어진다. 이 제1반사기층(37)은 전체적으로 대략 99.9% 이상의 높은 반사율을 가지며, 상기 활성층(39)에서 레이징 된 광중 일 부광을 투과시킨다. 상기 제2반사기층(41)은 상기 제1반사기층(37)과 같은 반도체 물질로 이루어진 층이며, 제1반사기층(37)과 반대의 반도체형을 가지는 불순물 반도체 물질로 되어 있다. 즉, p형 AlXGa1-XAS와 AlAS가 교대로 적층 도핑 되어 있으며, 상기 활성층(39)에서 레이징 된 광이 출사될 수 있도록 대략 99.6%이상의 반사율을 가진다. 또한, 상기 제1 및 제2 반사기층(39,41)에서는 외부에서 인가되는 전원에 의하여 전자와 정공의 흐름을 유도한다. 상기 활성층(37)은 전자와 정공의 재결합으로 인한 에너지 천이에 의하여 광을 발생시키는 영역으로 단일 또는 다중 양자-우물 구조 또는 슈퍼래티스(super lattice) 구조일 수 있으며, 단일 반도체 물질 또는 비전도체 물질로 되어 있다.
상기 제2전극층(43)은 상기 제2반사기층(41) 상부면에 형성되어 있다. 이 제2전극층(43)을 이루는 상기 평판부(45)는 외부 전원의 접속이 용이하도록 된 부분이며, 상기 돌출부(46)는 상기 활성층(39)에서 생성되어 상기 제1 및 제2반사기층(41)을 투과하는 광이 단일 횡모드인 TEM0의 특성을 보이도록 광 출사부분에 균일 전류를 흘려 주도록 된 부분이다. 상기 평판부(45)에 외부 전원의 한전극을 접속하면, 상기 제1전극층(35)과 상기 제2전극층(43)의 마주하는 부분을 중심으로 상기 활성층(39)에서 생성 방출되는 광의 모드가 영향을 받게 된다. 상기 제2전극층(43)의 평판부쪽으로 출사되는 광은 전극층을 투과하는 투과율이 낮으므로 무시하고, 상기 돌출부 쪽으로 출사되는 광을 이용한다. 이를 위하여 상기 돌출부(46)의 형상은 그 단부를 통하여 광이 출사할 수 있도록 된 공동(47)이 형성되도록 고리형상으로 할 수 있다.
또한, 상기 돌출부(46)의 공동(47) 내부에 보조전극층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 이 보조전극층은 상기 제2전극층(43)과 실질적으로 동일한 층으로 상호 전기적으로 접속되어 있으며, 그 형상은 내부로 전류의 흐름을 원활히 할 수 있도록 십자형상 또는 일자형상일 수 있다. 물론, 이 형상은 언급한 바에 의해 제한 되는 것이 아니며, 상기 활성층(39)에서 생성되는 광이 균일광이 되도록 하는 형태이면 족하다.
따라서, 상기 제2전극층(43)이 형성되지 않는 상기 제2반사기층(41)의 적층면에 대하여 상기 돌출부(46)의 단부를 중심으로 상기 활성층(39)에서 생성된 광이 출사하게 되므로 상기 돌출부(46)의 단부 주위는 단일 횡모드인 TEM0를 가진다.
그러나, 상기 돌출부에서 멀어질 수록 고차 횡모드 특성이 나타난다. 이를 방지하고, 상기 제1전극층(35)에 외부전원을 접속하기 위하여 제1홈부(49)와 제2홈부(51)를 마련하였다.
상기 제1홈부(49)는 상기 제1전극층(35)에 외부전원을 접속할 수 있도록 상기 제2전극층(43)이 형성되지 않은 면에서 제2반사기층(41)과, 활성층(39) 및 제1반사기층(37)를 관통하는 홈부로 외부 전원을 리드를 통하여 접속할 수 있는 통로로 사용된다. 상기 제2홈부(51)는 상기 제2전극층(43)의 돌출부(46)의 단부 주위에서 발생되는 고차횡모드의 출사광의 발생을 억제하는 기능을 하도록 상기 제2반사기층(41)의 돌출부(46) 주위의 소정 간격 이격된 위치에 형성하였으며, 상기 제2반사기층(41)과 활성층(39) 및 제1반사기층(37)을 모두 드러낼 수 있는 깊이로 인입 형성할 수 있다. 그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 제2반사기층(41)과 활성층(39)을 드러내도록 소정 깊이로 인입 형성할 수도 있다.
따라서, 상기 제1전극층에 외부 전원의 접속이 용이하도록 되고, 상기 제2반사기층의 상부로 출사되는 광의 모드 특성을 향상할 수 있다. 또한, 광원에서 출사되는 광을 그 저면에 마련된 광검출기를 통하여 수광하므로 출사광량을 용이하게 제어할 수 있는 등 매우 유용하다.
상기 제2전극층의 형상과 상기 홈부는 도시한 바와 같은 형상에 국한 되는 것은 아니며, 청구범위 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판(31)과, 이 기판(31)상에 위치하며 광을 흡수하는 버퍼층(33)과, 상기 버퍼층(33)의 상부에 위치하며 전원의 한 전극이 접속되는 제1전극층(35)과, 상기 제1전극층(35) 상에 위치하며 전원 인가시에 전자 또는 정공을 이동시키며 그 표면으로 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부만을 투과시키는 제1반사기층(37)과, 이 제1반사기층(37) 상에 위치하고 전자와 정공의 재결합으로 발광하는 활성층(39)과, 상기 활성층(39) 상에 위치하고 상기 제1반사기층(37)과 다른 반도체형으로서 전자 또는 정공을 이동시키며 입사되는 광을 대부분 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 제2반사기층(41)과, 상기 제2반사기층(41) 상부면 일부에 적층되고 상기한 전원의 다른 전극이 접속되는 평판부(45)와 상기 제2반사기층(41)을 투과한 광이 출사되는 공동(47)이 형성된 돌출부(46)를 가지는 제2전극층(43)을 구비하며, 상기 제2반사기층(41)과, 활성층(39) 및 제1반사기층(37)을 관통하여 상기 제1전극층(35)의 일부가 외부로 노출되도록 된 제1홈부(49)가 형성되고, 상기 활성층(39)에서 생성 출사되는 광의 출사영역을 제한하기 위해 상기 돌출부(46) 주위에 제2홈부(51)가 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층(33)에서 흡수되는 광의 효율을 향상시키도록 상기 제1전극층(35)을 기준으로 상기 기판(31)에 역바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 돌출부(46)는 그 단부가 원형고리형으로 원형 고리의 내부에 공동(47)이 형성되고, 고리의 외부에 소정 간격 이격되어 상기 제2홈부(51)가 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  4. 제3항에 있어서, 상기 돌출부(46)의 공동 내부에 십자형으로 가로지르며 상기 제2전극층(43)과 전기적으로 접속되는 보조전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  5. 제3항에 있어서, 상기 돌출부(46)의 공동 내부에 일자형으로 가로지르며 상기 제2전극층(43)과 전기적으로 접속되는 보조전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2홈부(51)는 상기 제2반사기층(41)과 활성층(39)을 관통하도록 인입 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2홈부(51)는 상기 제2반사기층(41)과 활성층(39) 및 제1반사기층(37)을 관통하도록 인입 형성된 것을 특징으로 하는 광검출기 일체형 표면광 레이저.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100565050B1 (ko) * 1999-10-25 2006-03-30 삼성전자주식회사 표면광 레이저 및 그 제조방법

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