KR100238309B1 - 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 - Google Patents

모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 Download PDF

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Abstract

표면광 레이저의 출사광량 제어를 위해 자동출력조절회로를 채용할 수 있는 구조를 갖는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치가 개시되어 있다.
이 개시된 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 기판과 기판 상에 순차로 적층된 하부 반사기층 활성층 및 상부 반사기층과 기판의 하면과 상부 반사기층의 상면 일부에 각각 형성된 제1 및 제2전극을 포함하며 제2전극을 통해 인가되는 구동 전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저와, 상부 반사기층 상에 적층 형성되어 입사광의 일부를 흡수하고 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기를 구비하며, 모니터용 광검출기는 상부 반사기층 상에 적층 형성된 제1불순물 반도체층과 제1불순물 반도체층 상면 일부에 형성된 진성반도체층 및 진성반도체층 상에 적층 형성된 제2불순물 반도체층과 제1및 제2불순물 반도체층 상에 각각 형성된 제3 및 제4전극과 상부 반사기층과 제1불순물 반도체층 사이에 적층되어 표면광 레이저와 모니터용 광검출기를 전기적으로 절연시키고, 레이저광은 통과시키는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치
본 발명은 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 관한 것으로, 상세하게는 표면광 레이저의 출사광량 제어를 위해 자동출력조절회로를 채용할 수 있는 구조를 갖는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표면광 레이저(SEL:Surface Emitting Laser)는 소형 광출력장치로 각광받고 있다. 이 표면광 레이저는 반도체 물질층의 적층방향으로 광을 출사하므로, 단일 기판 상에 복수개의 표면광 레이저를 집적할 수 있다. 또한, 상기 표면광 레이저는 빔의 모양이 원형에 가깝고, 광도가 가우시안 분포를 나타내므로 출사광의 형상 보정을 위한 광학계가 불필요한 이점이 있다. 이와 같은 표면광 레이저의 출사광량은 일정하게 유지되어야 하며, 이를 위하여 모니터용 광검출기를 채용한다.
도 1은 종래의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 보인 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 등가회로를 개략적으로 보인 도면이며, 도 3a 및 도 3b는 상용 광출력장치의 등가회로를 개략적으로 보인 도면이다.
도시된 바와 같이, 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 적층 방향으로 광을 생성 출사하는 표면광 레이저(20)와, 상기 표면광 레이저(20) 상에 적층된 모니터용 광검출기(50)로 구성된다.
상기 표면광 레이저(20)는 기판(1)과, 이 기판(1) 상에 광을 발생시키는 활성층(23)과, 상기 활성층(23)의 상하부 각각에 반도체 화합물을 교대로 적층하여 만들어져 상기 활성층(23)에서 발생한 광을 공진시키는 하부 및 상부반사기층(22)(27)과, 광이 출사되도록 상기 모니터용 광검출기(50)의 상부에 형성된 윈도우(29)와, 상기 기판(1)의 하부와 상기 상부반사기층(27) 상면의 일부에 각각 형성된 제1 및 제2전극(10)(30)으로 구성된다.
제1 및 제2전극(10)(30)에 순방향 바이어스를 걸어주면 상기 활성층(23)에서 전자와 정공의 결합에 의하여 광이 발생하게 된다. 이 발생된 광중에서 하부 반사기층(21)과 상부 반사기층(27)의 공진 조건에 맞는 파장의 광만이 살아남는다. 상기 살아남은 광은 상기 활성층(23)에서 파장과 위상이 같은 광을 유도 방출함으로써 증폭된다. 이와 같이 발생된 유도방출광 즉 레이저광은 상기 하부 및 상부반사기층(21)(27)을 투과하여 상기 표면광 레이저(20)의 상하면으로 출사된다.
상기 모니터용 광검출기(50)는 상기 상부 반사기층(27) 상에 순차로 적층 형성된 제1불순물 반도체층(51), 진성반도체층(57) 및 제2불순물 반도체층(58)과, 상기 모니터용 광검출기(50)에서 검출된 신호를 출력하기 위한 제3전극(70)을 포함하며, 상기 표면광 레이저(20)의 상면으로 출사된 광중 일부를 흡수하여 흡수된 광량에 비례하는 전기신호를 출력한다. 여기서 상기 제1 및 제2불순물 반도체층(51)(58)은 서로 다른 반도체 형을 갖는다. 또한, 상기 제1불순물 반도체층(51)은 반도체 적층 문제로 인해 상기 상부 반사기층(27)과 동일한 반도체 형으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 종래의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에서 상기 표면광 레이저(20)의 상면으로 출사되는 광 중 일부는 모니터용 광검출기(50)에서 흡수되고 나머지 광은 투과되어 윈도우(29)를 통해 출사된다.
이때 상기 모니터용 광검출기(50)의 검출신호는 상기 윈도우(29)를 통해 출사되는 표면광 레이저(20)의 출사광량에 비례한다. 그러므로 자동출력조절회로로 상기 모니터용 광검출기(50)의 검출신호를 피드백하여 상기 표면광 레이저(20)에 인가되는 구동전류를 제어함으로써 상기 표면광 레이저(50)가 일정한 출사광량을 내도록 할 수 있다. 또한, 구동전류를 가변시켜 상기 표면광 레이저(50)의 출사광량을 변화시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 종래의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 표면광 레이저(20)의 상부 반사기층(27)과 모니터용 광검출기(50)의 제1불순물 반도체층(51)이 동일 반도체 형이기 때문에 도 2와 같은 등가 회로로 나타낼 수 있다.
이때 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2전극(30)을 통해 인가되는 구동 전류가 A에서 화살표 방향 즉, 모니터용 광검출기(50)쪽으로도 흐르게 되므로 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 통상의 광출력장치에 채용되는 자동출력조절회로를 채용할 수 없는 문제가 있다. 여기서, 도 3a 및 도 3b의 참조부호 81, 85는 각각 반도체 레이저, 참조부호 87, 89는 각각 모니터용 광검출기이다.
한편, 상기 표면광 레이저(20)는 상기한 유도방출광 뿐만 아니라 자발적으로 발생된 자발방출광도 사방으로 출사하는데, 이 자발방출광은 여러 파장의 광이 섞여 있으며 위상도 각각 달라서 상기 유도방출광과는 성격이 다른 광이다. 그러므로, 상기 모니터용 광검출기(20)에서 검출되는 광은 유도방출광 뿐만아니라 자발방출광을 포함하고, 이 자발방출광의 검출신호가 모니터용 광검출기(20)의 검출신호에 영향을 미치므로 상기 모니터용 광검출기(20)의 검출신호로 상기 표면광 레이저(50)에서 출사되는 광량의 정밀 제어가 곤란하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 자동출력조절회로를 채용할 수 있도록 구조가 개선되고 모니터용 광검출기를 향하는 자발방출광의 대부분을 차단함으로써 표면광 레이저에서 출사되는 광출력을 정밀 제어할 수 있도록 된 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 모니터용 광검출기가 일체로 형성된 표면광 레이저장치를 보인 개략적인 단면도,
도 2는 도 1의 등가회로를 개략적으로 보인 도면,
도 3a 및 도 3b는 상용 광출력장치의 등가회로를 개략적으로 보인 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 5는 도 4의 등가회로를 개략적으로 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100...기판 110,130...제1 및 제2전극
120...표면광 레이저 122...하부 반사기층
123...활성층 127...상부 반사기층
140,170...제3 및 제4전극 150...모니터용 광검출기
151...제1불순물 반도체층 155...절연층
157...진성반도체층 158...제2불순물 반도체층
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 순차로 적층된 하부 반사기층, 활성층 및 상부 반사기층과, 상기 기판의 하면과 상기 상부 반사기층의 상면 일부에 각각 형성된 제1 및 제2전극을 포함하며, 상기 제2전극을 통해 인가되는 구동 전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저와; 상기 상부 반사기층 상에 적층 형성되어 입사광의 일부를 흡수하고 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기;를 구비하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 있어서, 상기 모니터용 광검출기는 상기 상부 반사기층 상에 적층 형성된 제1불순물 반도체층과, 상기 제1불순물 반도체층 상면 일부에 형성된 진성반도체층 및 상기 진성반도체층 상에 적층 형성된 제2불순물 반도체층과; 상기 제1및 제2불순물 반도체층 상에 각각 형성된 제3 및 제4전극과; 상기 상부 반사기층과 제1불순물 반도체층 사이에 적층되어 상기 표면광 레이저와 모니터용 광검출기를 전기적으로 절연시키고, 레이저광은 통과시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 등가회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 적층방향으로 광을 생성 출사하는 표면광 레이저(120)와, 상기 표면광 레이저(120)에서 출사되는 광의 일부를 수광하여 그 출사광량을 검출할 수 있도록 상기 표면광 레이저(120) 상에 적층 형성된 모니터용 광검출기(150)를 포함하여 구성된다.
상기 표면광 레이저(120)는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 순차로 적층된 하부 반사기층(122), 활성층(123) 및 상부 반사기층(127)과, 이 표면광 레이저(120)에 순방향 바이어스를 인가하도록 상기 기판(100)의 하면과 상기 상부 반사기층(127)의 상면 일부에 각각 형성된 제1 및 제2전극(110)(130)를 포함한다.
상기 기판(100)은 갈륨-비소등의 반도체 물질에 n형 또는 p형 불순물을 도핑하여 사용하거나 불순물을 함유하지 않는 진성반도체 물질을 사용한다.
상기 하부 및 상부 반사기층(122)(127)은 서로 다른 형의 불순물 반도체물질층으로, 예를 들면 두 반사기층(122)(127) 각각은 굴절율이 다른 두 반도체화합물 AlxGa1-xAs 와 GaAs , 또는 AlxGa1-xAs 와 AlyGa1-yAs (x≠y) 를 교대로 적층하여 형성된다. 이 두 반사기층(122)(127)은 상기 제1 및 제2전극(110)(130)에서 인가되는 순방향 바이어스에 의해 상기 표면광 레이저(120)에 전자와 정공을 제공하며, 반사에 의해 상기 표면광 레이저(120)에서 발생된 광을 공진시킨다. 상기 두 반사기층(122)(127)은 입사광의 거의 대부분을 반사시키고, 소정 파장의 광을 출사시키도록 고반사율을 가진다. 여기서 두 반사기층(122)(127)의 반사율은 적층된 반도체 화합물의 페어수에 의해 결정된다. 이때 하부 반사기층(122)은 상기 상부 반사기층(127)보다 큰 반사율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 활성층(123)은 진성반도체물질을 단일 및 다중 양자-우물 구조 또는 초격자(superlattice) 구조로 적층 형성된다. 상기 활성층(123)은 상기 제1 및 제2전극(110)(130)에 인가되는 순방향 바이어스에 의해 상기 두 반사기층(122)(127)에서 제공된 전자와 정공의 결합에 의해 빛을 방출한다. 이때 상기 활성층(123)의 중앙부(123a)로 인가 전류의 흐름을 안내할 수 있도록, 상기 활성층(123)의 중앙부(123a)를 제외한 영역에 고저항부(125)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이때 이 고저항부(125)는 양성자를 주입하여 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 표면광 레이저(120)는 제1 및 제2전극(110)(130)을 통해 인가되는 순방향 바이어스에 의해 상하면으로 유도방출광을 출사한다. 이때 표면광 레이저(120)는 사방으로 출사되는 자발방출광도 함께 출사한다.
상기 모니터용 광검출기(150)는 상기 상부 반사기층(127) 상에 적층 형성된 제1불순물 반도체층(151)과, 상기 제1불순물 반도체층(151)의 상면 일부에 순차로 적층 형성된 진성반도체층(157) 및 제2불순물 반도체층(158)과, 상기 제1불순물 반도체층(151)과 상기 제2불순물 반도체층(158) 상에 각각 형성된 제3 및 제4전극(140)(170)과, 상기 상부 반사기층(127)과 제1불순물 반도체층(151) 사이에 형성된 절연층(155)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2불순물 반도체층(151)(158)은 서로 다른 형의 불순물로 도핑된 층이다. 상기 제4전극(170)은 상기 제2불순물 반도체층(158) 상의 윈도우(129)를 제외한 영역에 형성된다. 상기 윈도우(129)는 상기 표면광 레이저(120)에서 출사된 광이 그 본래의 목적을 위해 출사되는 창이다.
상기 절연층(155)은 AlAs층을 적층시킨다음, 이 AlAs층을 산화시킴으로써 형성된 AlAs 산화(AlAs-oxide)층인 것이 바람직하다. 이 AlAs 산화층은 상기 표면광 레이저(120)와 모니터용 광검출기(150)를 전기적으로 절연시킨다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에서 상기 모니터용 광검출기(150)에서 수광된 검출광량의 신호는 자동출력조절회로에 의해 상기 표면광 레이저(120)의 구동 전류로 피드백되어, 상기 표면광 레이저(120)의 출사광량을 제어하는데 사용된다.
이때 표면광 레이저(120)와 모니터용 광검출기(150)는 본 발명에 따른 절연층(155)에 의해 전기적으로 절연되어 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같은 등가회로로 나타낼 수 있다. 그리고 이 등가회로는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 통상의 광출력장치이 등가회로로 쉽게 변형될 수 있으므로, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 표면광 레이저(120)의 출사광량 제어를 위해 통상의 자동출력조절회로를 채용할 수 있다.
한편, 상기 AlAs 산화층은 상기 표면광 레이저(120)로부터 출사되는 유도방출광 즉, 레이저광은 대부분 통과시키고, 자발방출광은 대부분 차폐시킨다. 따라서, 상기 표면광 레이저(120)에서 그 상면으로 출사되는 광 중 레이저광은 대부분 통과되고, 자발방출광은 대부분 차폐되므로, 상기 모니터용 광검출기(150)에 입사되는 광은 대부분 레이저광이 된다. 이때 상기 입사된 광의 일부는 상기 모니터용 광검출기(150)의 진성반도체층(157)에서 흡수되고, 나머지는 투과되어 상기 윈도우(129)를 통하여 출사된다.
상기한 바와 같이 표면광 레이저(120)의 상면으로 출사되는 대부분의 자발방출광이 본 발명에 따른 절연층(155)에 의해 차폐되므로, 상기 모니터용 광검출기(150)의 검출신호는 상기 윈도우(129)를 통하여 출사되는 유도방출광 즉, 레이저광의 광량에 비례하게 된다. 그러므로 이 모니터용 광검출기(150)에 의해 검출되는 광량으로부터 상기 윈도우(129)를 통하여 출사되는 광량의 변화를 알아낼 수 있다. 따라서 상기한 자동출력회로를 사용하여 이 검출된 광량에서 얻어진 신호를 표면광 레이저(120)에 구동전류로 피드백시킴으로써 상기 윈도우(129)를 통하여 출사되는 표면광 레이저(120)의 광량의 정밀 제어가 가능하게 된다.
본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 표면광 레이저와 모니터용 광검출기를 전기적으로 절연시키는 절연층을 구비하므로 광검출기에서 검출된 광량 신호로부터 표면광 레이저의 출사광량 제어를 위해 자동출력조절회로를 채용할 수 있다.
또한, 상기 절연층이 레이저광은 대부분 통과시키고, 자발방출광은 대부분 차단시키는 AlAs 산화층이므로, 윈도우를 통해 출사되는 광량에 비례하는 유도방출광을 검출할 수 있어서, 출사 광량의 정밀 제어가 가능하다.

Claims (3)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 순차로 적층된 하부 반사기층, 활성층 및 상부 반사기층과, 상기 기판의 하면과 상기 상부 반사기층의 상면 일부에 각각 형성된 제1 및 제2전극을 포함하며, 상기 제2전극을 통해 인가되는 구동 전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저와;
    상기 상부 반사기층 상에 적층 형성되어 입사광의 일부를 흡수하고 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기;를 구비하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 있어서,
    상기 모니터용 광검출기는 상기 상부 반사기층 상에 적층 형성된 제1불순물 반도체층과, 상기 제1불순물 반도체층 상면 일부에 형성된 진성반도체층 및 상기 진성반도체층 상에 적층 형성된 제2불순물 반도체층과; 상기 제1및 제2불순물 반도체층 상에 각각 형성된 제3 및 제4전극과; 상기 상부 반사기층과 제1불순물 반도체층 사이에 적층되어 상기 표면광 레이저와 모니터용 광검출기를 전기적으로 절연시키고, 레이저광은 통과시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 AlAs를 적층시키고, 상기 AlAs 층을 산화시킴으로써 형성된 AlAs 산화(AlAs-oxide)층인 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면광 레이저는 상기 활성층의 중앙부를 제외한 영역에 형성되어 상기 제1 및 제2전극에 의해 제공되는 전자와 정공의 흐름을 가이드하는 고저항부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102482465B1 (ko) 2021-12-01 2022-12-28 대진첨단소재 주식회사 인공지능 기반의 복합 소재의 조성-공정 추천 장치 및 이를 이용한 복합 소재의 조성-공정 추천 방법

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KR19990012972A (ko) 1999-02-25

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