KR100244853B1 - 가변형 광원과 그를 이용한 이종 광디스크용광픽업 장치 - Google Patents

가변형 광원과 그를 이용한 이종 광디스크용광픽업 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광빔의 크기를 가변할 수 있는 가변형 광원과 그를 이용한이종 광디스크용 광픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가변형 광원은 반도체 기판상에 다중 양자웰 활성층을 포함하도록 형성된 이중 헤테로 구조물과, 다중 양자 웰 활성층쪽으로 공급되는 캐리어가 수직 방향과 광빔의 진행방향의 합성방향으로 진행하게끔 계곡 형상이 이루어지는 형태로 만들어진 전류 합착 구조물과, 전류 합착 구조물의 상부에 형성되어 가변 전류 신호에 응답하여 광빔의 진행 방향으로 진행하는 캐리어의 유동속도를 가변하기 위한 전극판을 포함함과 아울러 전류 합착 구조물 위에 형성된 전극 패턴을 구비한다.
이 결과, 가변형 광원은 가변 전류 신호의 량을 조절하여 광빔의 크기를 가변시킬 수 있다. 그리고 가변형 광원은 가변 전류 신호에 의해 광디스크 별로 적절한 크기의 광빔을 발생하여 이종 광디스크용 광픽업의 구성을 간소화 할 수 있다.

Description

가변형 광원과 그를 이용한 이종 광디스크용 광픽업 장치
제 1 도는 종래의 광원의 구조를 개략적으로 도시하는 도면.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 n형 GaAs 블럭층 패턴을 상세하게 도시하는 도면.
제 3 도는 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 광원의 구조를 개략적으로 도시하는 도면.
제 4 도는 제 3 도에 도시된 n형 GaAs 블럭층 패턴을 상세하게 도시하는 도면.
제 5 도는 가변 전류량에 따라 제 3 도에 도시된 광원에서 발생되는 광빔의 상태를 평면적으로 도시하는 도면.
제 6 도는 가변 전류량에 따라 제 3 도에 도시된 광원에서 발생되는 광빔의 세기를 나타내는 특성도.
제 7 도는 가변 전류에 따라 제 3 도에 도시된 광원에서 발생되는 광빔의 크기를 나타내는 특성도.
제 8 도는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10,30 : n형 GaAs 기판 12,32 : n형 AlGaAs 글루트 층
14,34 : 다중 양자 웰 활성층 16,36 : p형 AlGaAs 글루트 층
18,38 : p형 GaAs 콘택층 20,40 : n형 GaAs 블럭층 패턴
22,42 : p형 GaAs 매출층 24 : 전극층
44 : 전극 패턴 50 : 광디스크
52 : 가변형 광원 54 : 광검출기
56 : 대물렌즈 58 : 빔 스프리터
60 : 시준렌즈 62 : 센서렌즈
본 발명은 광디스크를 광학적을 억세스하는 광픽업 장치에 사용되는 광원에 관한 것으로, 특히 광빔의 크기를 가변할 수 있는 가변형 광원에 관한 것이다. 그리고 본 발명은 가변형 광원을 이용하여 구조를 간소화 할 수 있는 이종 광디스크용 광픽업 장치에 관한것이다.
최근, 광디스크는 기록용량을 증가시키기 위한 꾸준한 개발 노력에 의해 기존의 컴팩트 디스크(Compact Disk; 이하 ＆quot;CD＆quot;라 함) 및 재기록 가능한 컴팩트 디스크(이하 ＆quot;CD-R＆quot;이라 함) 보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지탈 버서타일 디스크(Digital Versatile Disk; 이하 ＆quot;DVD＆quot;라 함)가 개발되었다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도(즉, 트랙 민도)가 조밀할 뿐만아니라 디스크의 표면으로 부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다. 실제로, DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다. 실제로, DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 0.6mm인 반면에 CD 및 CD-R은 1.2mm이다.
이로인하여, DVD용 광픽업 장치와 CD 및 CD-R용 광픽업 장치에 사용되는 광빔의 파장(λ)과 빔 사이즈(BS) 그리고 대물렌즈의 개구수(NA)가 달라진다. 예를 들면, CD-R 및 CD용 광픽업 장치에 사용되는 광빔의 파장(λC)과 빔사이즈(NAc)는 0.35∼0.45를 유지하여야 한다. 반면에, DVD용 광픽업 장치에 사용되는 광빔의 파장(λD)과 빔사이즈(BSD)는 가각 635∼650nm와 0.9㎛를 가져야 하고, 그리고 대물렌즈의 개구수(NAD)는 0.6을 유지하여야 한다.
CD-R/CD와 DVD 모두를 억세스하기 위하여, 광픽업 장치는 광빔의 사이즈를 가변할 수 있어야 한다. 그러나, 종래의 광원은 구조적으로 광빔의 사이즈를 가변시킬 수 없어 고정된 크기의 광빔만을 발생할 수 있었다. 이로 인하여, 종래의 광픽업 장치는 두개의 광원을 이용하여야 했으며 아울러 복잡한 구조를 가질 수 밖에 없었다.
실제로, 종래의 광원은 제1도에 도시된 바와 같이 이중 헤테로(Double Hetero) 구조를 이루도록 n형 반도체 기판(10)에 적층된 n형 AlGaAs 글루트층(12), 다중 양자 웰(Well) 활성층(14), P형 AlGaAs 글루트 층(16) 및 P형 GaAs 콘택(Contact) 층(18)을 구비한다. 그리고 종래의 광원은 P형 GaAs 콘택 층(18)의 상부에 전류협착 구조를 이루도록 형성된 n형 GaAs 블럭 층 패턴(20), p형 GaAs 매출층(22) 및 도전층(24)을 추가로 구비한다. n형 GaAs 블럭 층 패턴(20)은 제2도에 도시된 바와 같이 중앙에 터널 형태의 안내 홈(21)이 형성되도록 좌우 양측에 각각 위치한다.
이러한 구조를 가지는 종래의 광원에 있어서, 도전층(24)에 일정한 크기의 여자전류(Im)가 인가되면 안내 홈(21)에 위치한 p형 GaAs 매출층(22)로 부터 p형 GaAs 콘택 층(18) 및 p형 AlGaAs 글루트 층(16)을 경유하여 다중 양자 웰 활성층(14)쪽으로 정공이 유동하게 된다. 이와 더불어, n형 GaAs 기판(10)으로부터 n형 AlGaAs 글루트 층(12)를 거쳐 다중 양자 웰 활성층(14)쪽으로 전자들이 유동하게 된다. 이 윗쪽으로부터의 유입되는 정공들과 아래쪽으로부터 유입되는 전자들에 의해 다중 양자 웰 활성층(14)는 레이저 광빔을 발생하게 된다. 이 때, 레이저 광빔은 다중 양자웰 활성층(14) 중 안내 홈(21)의 하부에 위치하는 영역에서 발생되며 아울러 일정한 빔 사이즈를 가지게 된다. 이는 여자전류에 의해 유동되는 정공들이 안내 홈(21)에 균일하게 분포됨과 아울러 이 안내 홈(21)에서 평면 방향으로 이동되지 않는 것에 기인한다.
이와 같이, 종래의 광원은 구조적으로 일정한 크기의 광빔을 발생하도록 되어 있어 광빔의 빔 크기를 조절할 수 없었다. 이로 인하여, 종래의 이종 광디스크 광픽업 장치는 두개의 광빔을 이용할 수 밖에 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 광빔의 크기를 조절할 수 있는 가변형 광원을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 가변형 광원을 이용하여 구성을 간소화 할 수 있는 이종 광디스크용 광픽업 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가변형 광원은 반도체 기판상에 다중 양자 웰 활성층을 포함하도록 형성된 이중 헤테로 구조물과, 다중 양자 웰 활성층쪽으로 공급되는 캐리어가 수직 방향과 광빔의 진행방향의 합성방향으로 진행하게끔 계곡 형상이 이루어지는 형태로 만들어진 전류 합착 구조물과, 전류 합착 구조물의 상부에 형성되어 가변 전류 신호에 응답하여 광빔의 진행 방향으로 진행하는 캐리어의 유동속도를 가변하기 위한 전극판을 포함함과 아울러 상기 전류 합착 구조물 위에 형성된 전극 패턴을 구비한다.
본 발명에 다른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 캐리어가 수직방향과 광빔의 진행반향의 합성방향으로 진행하게끔 계곡 형상으로 이루어진 전극 합착 구조물이 형성되어 광디스크의 종류에 따라 크기가 다른 광빔을 발생하는 가변형 광원과, 광디스크에 의해 반사된 광빔을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출 수단과, 광원으로부터 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와, 가변형 광원, 대물렌즈 및 광검출수단 사이에 위치하여 가변형 광원으로부터의 광빔을 대물렌즈쪽으로 그리고 대물렌즈로부터의 반사 광빔을 광검출수단쪽으로 전달하는 광경로 분리수단을 구비한다.
상기 목적들외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제 3 도를 참조하면, n형 GaAs 기판(30)의 상부에 순차적으로 적층된 n형 AlGaAs 글루트 층(32), 다중 양자 웰 활성층(34), p형 AlGaAs 글루트 층(36) 및 p형 GaAs 콘택층(38)을 구비하는 본 발명의 실시 예에 따른 가변형 광원이 도시되어 있다. 이들 n형 GaAs 기판(30), n형 AlGaAs 글루트 층(32), p형 AlGaAs 글루트 층(36) 및 p형 GaAs 콘택층(38)은 다중 양자 웰 활성층(34)을 기준으로 이중 헤테로 구조를 이루고 있다. 다중 양자 웰 활성층(34)는 레이저 광빔을 발생하게 된다.
그리고 가변형 광원은 p형 GaAs 콘택층(38)의 상부에 순차적으로 형성된 n형 GaAs 블럭층 패턴(40), p형 GaAs 매출층(42) 및 전극 패턴(44)을 추가로 구비한다. n형 GaAs 블럭층 패턴(40)과 p형 GaAs매출층(42)는 전류 협착 구조로 형성된다. n형 GaAs 블럭층 패턴(40)은 제4도에 도시된 바와 같이 깔대기의 단면 형태의 안내 홈(31)이 중앙선 부근에 형성되도록 p형 GaAs 글루트 층(38)의 상부의 좌우에 각각 위치한다. 이 안내 홈(31)에는 n형 GaAs 매출층(42)이 매립되게 된다. 그리고 이 안내 홈(31)은 다수 캐리어인 정공이 위에서 아래쪽으로 이동함과 아울러 뒷쪽에서 부터 앞쪽으로 이동하게끔 한다. 전극 팬턴(44)은 중앙부에 깔대기의 단면 형상을 이루도록 중앙선을 기준으로 대치되게 형성된 제1 및 제2 전극 패턴(44A,44B)과, 제1 및 제2 전극(44A,44B)의 양옆에 각각 형성된 제3 및 제4 전극 패턴(44C,44D)로 구성되어 있다.
제3 및 제4 전극 패턴(44C,44D)에는 여자 전류 신호(Im)가 그리고 제1 및 제2 전극 패턴(44A,44B)에는 가변 전류 신호(Is)가 각각 공급된다. 여자 전류 신호(Im)는 p형 GaAs 매출층(42)상에서 다수캐리어인 정공이 안내 홈(31)쪽으로 집중되도록 하여 안내 홈(31)을 경유하여 다중 양자 웰 활성층(34)쪽으로 이동하도록 한다. 한편, 가변 전류 신호(Is)는 안내 홈(31)에서 정공이 뒷쪽으로 부터 앞쪽으로 진행하는 유동 속도를 조절한다. 즉, 가변 전류 신호(Is)가 큰경우 안내 홈(31)의 뒤쪽으로부터 앞쪽으로 진행하는 정공의 속도는 가속되어 광빔의 크기(즉, 빔 사이즈)가 점진적으로 작아진다. 이에 따라, p형 GaAs 글루트층(36)을 경유하여 다중 양자 웰 활성층(34)쪽으로 유동하는 정공들은위에서 아래로그리고 뒷쪽에서 앞쪽으로 이어지는 단면상에서 경사지게 유동하게 된다. 한편, 여자 전류 신호(Im) 및/또는 가변 전류 신호(Is)에 의해 전자들이 n형 GaAs 기판(30)으로부터 n형 AlGaAs 글루트 층(32)을 경유하여 다중 양자 웰 활성층(34)쪽으로 진행하게 된다. 위쪽으로부터의 정공들과 아래쪽으로부터의 전자들에 의하여, 다중 양자 웰 활성층(34)에서는 레이저 광빔이 발생된다. 이 때, 레이저 광빔은 다중 양자 웰 활성층(34) 중 안내 홈(31)의 하부에 위치한 영역에서 발생된다. 그리고 가변 전류 신호(Is)의 인가여부 및 그 크기에 따라 레이저 광빔의 크기와 세기는 변하게 된다.
이를 상세히 하면, 여자 전류 신호(Im)만 제3 및 제4 전극 패턴(44C,44D)에 공급된 경우, 광빔은 제5A도에 도시된 바와 같이 안내 홈(31)의 경계면으로부터 약간씩 떨어진 경계선들의 내부에 분포되어 중간의 빔 사이즈를 가지게 된다. 그리고 여자 전류 신호(Im)가 제3 및 제4 전극 패턴(44C,44D)에 공급되고 비교적 작은 량의 가변 전류 신호(Is)가 제1 및 제2 전극 패턴(44A,44B)에 공급되는 경우, 레이저 광빔은 제5B도에서와 같이 안내 홈(31)과 인접하는 영역까지 분포하게 되어 큰 빔 사이즈를 가지게 된다. 마지막으로, 여자 전류 신호(Im)가 제3 및 제4 전극 패턴(44C,44D)에 공급되고 비교적 큰 량의 가변 전류 신호(Is)가 제1 및 제2 전극 패턴(44A,44B)에 공급되는 경우에 레이저 광빔은 제5C도에서와 같이 안내 홈(31)의 중앙부에만 분포되어 매우 작은 사이즈를 가지게 된다.
제 6 도는 가변 전류 신호(Is)의 량에 따른 광빔의 세기를 나타낸다. 여기서, 광빔은 가변 전류 신호(Is)가 인가되지 않은 때부터 가변 전류 신호(Is)가 20mA에 도달하기 전까지는 5mW를 세기를 가지고, 가변 전류 신호(Is)가 20mA)에 도달한 경우에 최대의 세기를 가지게 된다. 그리고 가변 전류 신호(Is)가 20mA 이상으로 증가됨에 따라 광빔의 세기는 점진적으로 약하게 된다.
제 7 도는 가변 전류 신호(Is)의 량에 따른 광빔의 크기를 나타내는 것으로, 광빔의 가변 전류 신호(Is)가 인가되지 않은 때부터 가변 전류 신호(Is)가 20mA에 도달하기 전까지는 중간의 빔 사이즈를 갖고, 가변 전류 신호(Is)가 20mA에 도달한 경우에 최대로 큰 빔 사이즈를 가지게 된다. 그리고 가변 전류 신호(Is)가 20mA 이상으로 증가됨에 따라 광빔의 빔 사이즈는 점진적으로 작아지게 된다.
제 8 도에는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치가 도시되어 있다. 제8도에서 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광디스크(50)에 조사될 광빔을 발생하는 가변형 광원(52)과, 광디스크(50)에 의해 반사된 광빔을 전기적신호로 변환하는 광검출기(54)와, 광디스크(50)에 조사될 광빔을 집속하기 위한 대물렌즈(56)를 구비한다. 가변형 광원(52)은 제어라인(51)을 경유하여 공급되는 가변 전류 신호(Is)에 의해 광디스크(50)의종류에 따른 크기의 광빔을 발생한다. 이를 상세히 하면, 가변형 광원(52)은 광디스크(50) CD 인 경우에는 비교적 큰 크기의 광빔을 발생하는 반면, 광디스크(50)가 DVD 인 경우에는 비교적 작은 크기의 광빔을 발생한다. 대물렌즈(56)는 가변형 광원(52)에서 비교적 큰 크기의 광빔이 발생되는 경우에는 광빔의 스폿이 광디스크(50)의 제1 정보 기록면(50A)에 형성되도록 한다. 반면에, 가변형 광원(52)에서 비교적 작은 크기의 광빔이 발생하는 경우에 대물렌즈(56)은 광빔의 스폿이 제2 정보 기록면(50B)에 형성되도록 한다. 여기서, 제1 정보 기록면(50A)은 광디스크(50)의 표면으로 부터 비교적 얇은 깊이에 위치하는 DVD의 정보 기록면이고, 제2 정보 기록면(50B)는 광디스크(50)의 표면으로 부터 비교적 깊은 깊이에 위치하는 CD 또는 CD-R의 정보 기록면이다.
그리고 이종 광디스크용 광픽업 장치는 가변형 광원(52)과 대물렌즈(56) 사이에 나란하게 설치된 빔 스프리터(58) 및 시준렌즈(60)와, 빔 스프리터(58)와 광검출기(54) 사이에 위치한 센서렌즈(62)를 추가로 구비한다. 빔 스프리터(58)는 가변형 광원(52)으로부터의 광빔이 시준렌즈(60) 및 대물렌즈(56)를 경유하여 광디스크(50)의 제1 또는 제2 정보 기록면(50A,50B)에 조사되도록 통과시킴과 아울러 대물렌즈(56) 및 시준렌즈(60)을 경유한 광디스크(50)로부터의 반사 광빔을 센서렌즈(62)쪽으로 반사시킨다. 시준렌즈(60)는 빔 스프리터(58)로부터의 발산형의 광빔이 대물렌(56)쪽으로 평행하게 진행시킴으로써 광빔의 누설을 방지한다. 한편, 센서렌즈(62)는 빔 스프리터(58)로부터 광검추리(54)쪽으로 진행하는 광빔을 집속하여 광빔의 누설을 방지한다. 결국, 시준렌즈(60)와 센서렌즈(62)는 광빔의 누설을 방지하여 이종 광디스크용 광픽업 장치의 광 감도를 일정한 수준으로 향상시키는 기능을 가진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변형 광원은 다중 양자 웰 활성층쪽으로 이동되는 다수캐리어를 광빔의 진행 방향쪽으로도 이동 가능하게 하고 그 이동속도를 가변함으로써 광빔의 크기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 가변형 광원은 이종 광디스크용 광픽업 장치가 요구하는 다양한 크기의 광빔을 발생할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 가변형 광원을 이용함으로써 소요 광학부품의 수를 최소화 할 수 있음은 물론 구성을 간소화 할 수 있는 이점을 제공한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.

Claims (6)

  1. 반도체 기판상에 다중 양자 웰 활성층을 포함하도록 형성된 이중 헤테로 구조물과,
    상기 다중 양자 웰 활성층쪽으로 공급되는 캐리어가 수직 방향과 광빔의 진행방향의 합성방향으로 진행하게끔 계곡 형상이 이루어지는 형태로 만들어진 전류 합착 구조물과,
    상기 전류 합착 구조물의 상부에 형성되어 가변 전류 신호에 응답하여 상기 광빔의 진행 방향으로 진행하는 캐리어의 유동속도를 가변하기 위한 전극판을 포함함과 아울러 상기 전류 합착 구조물 위에 형성된 전극 패턴을 구비한 것을 특징으로 하는 가변형 광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 패턴이 깔대기의 단면 형상을 이루도록 중앙선을 기준으로 대칭적으로 형성되어 상기 가변 전류 신호를 공급받는 제1 및 제2 전극판을 구비한 것을 특징으로 하는 가변형 광원.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극 패턴이 상기 제1 및 제2 전극 패턴의 외곽쪽에 각각 위치하여 캐리어를 중앙부를 향하여 수직방향으로 유동시키기 위한 여자 전류 신호를 공급받는 제3 및 제4 전극판을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 가변형 광원.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 협착 구조물은,
    상기 이중 헤테로 구조물의 상부의 중앙부에 깔대기의 단면 형상의 안내 홈을 이루도록 형성된 블럭층 패턴과,
    상기 안내 홈을 매립하는 형태로 상기 블럭층 패턴과 상기 전극 패턴 사이에 형성된 반도체 매출층을 구비한 것을 특징으로 하는 가변형 광원.
  5. 캐리어가 수직방향과 광빔의 진행방향의 합성방향으로 진행하게끔 계곡 형상으로 이루어진 전극 합착 구조물이 형성되어 광디스크의 종류에 따라 크기가 다른 광빔을 발생하는 가변형 광원과.
    상기 광디스크에 의해 반사된 광빔을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출수단과,
    상기 광원으로부터 상기 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와,
    상기 가변형 광원, 상기 대물렌즈 및 상기 광검출수단 사이에 위치하여 상기 가변형 광원으로부터의 광빔을 상기 대물렌즈쪽으로 그리고 대물렌즈로 부터의 반사 광빔을 상기 광검출수단쪽으로 전달하는 광경로 분리수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광경로 분리수단과 상기 대물렌즈 사이에 위치하여 상기 광경로 분리수단으로부터 상기 대물렌즈쪽으로 진행하는 광빔을 평행하게 하는 시준렌즈와,
    상기 광경로 분리수단과 상기 광검출수단 사이에 위치하여 상기 광경로 분리수단으로부터 상기 광검출수단쪽으로 진행하는 광빔을 집속하는 센서렌즈를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.
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