KR100317576B1 - 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 - Google Patents

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Abstract

자동출력조절회로와 결합하여 표면광 레이저의 출력을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 및 그 제조방법에 관하여 개시한다. 본 발명은 표면광 레이저부에서 출사되는 광의 일부를 흡수하여 그 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기에, 표면광 레이저부에서 출사되는 자발방출광에 의한 광전류가 제거되도록 진성반도체층과 불순물 반도체층 사이에 절연층을 더 구비한다. 본 발명에 의하면, 레이저 윈도우를 통해 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 {Surface emitting laser with a monolithically integrated monitor photdetector}
본 발명은 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 자동출력조절회로와 결합하여 표면광 레이저의 출력을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 소형 광출력장치로서 표면광 레이저(Surface Emitting Laser, SEL) 장치가 각광을 받고 있다. 이 표면광 레이저장치는 반도체층들의 적층방향으로 광을 출사하므로, 단일 기판 상에 복수개의 표면광 레이저 장치를 집적할 수 있다. 또한, 표면광 레이저장치는 출사되는 광의 모양이 원형에 가깝고, 그 강도가 가우시안 분포를 나타내므로 출사광의 형상 보정을 위한 광학계가 불필요하다는 이점이 있다.
이와 같은 표면광 레이저장치의 출력은 일정하게 유지되어야 바람직하며, 이를 위하여는 모니터용 광검출기가 필요하다. 이 때, 모니터용 광검출기를 일체형으로 하면 생산원가가 절감되고, 표면광 레이저장치의 행렬도 동시에 모니터할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 반도체층들의 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부(10)와, 표면광 레이저부(10)상에 형성된 모니터용 광검출기(60)로 구성된다.
표면광 레이저부(10)는 기판(12)과, 광을 발생시키는 이득매질층(42)과, 이득매질층(42)의 상하부에 각각 위치하여 이득매질층(42)에서 발생한 광을 공진시키는 상부반사경층(34) 및 하부반사경층(32)과, 공진된 광이 외부로 출사되도록 모니터용 광검출기(60)의 상부에 형성된 레이저 윈도우(82)와, 기판(12)의 뒷면에 형성된 제1 전극(22)과, 상부반사경층(34)상에 형성되되 그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2 전극(24)과, 이득매질층(42)과 상부반사경층(34) 사이에 개재되되 그 중앙부에 개구부를 가짐으로써 제2 전극(24)측으로부터 제공되는 정공이 그 개구부를 통해서만 이득매질층(42)쪽으로 흐르도록 가이드하는 고저항층(52)으로 구성된다.
제1 전극(22) 및 제2 전극(24)에 순방향 바이어스를 인가하면 이득매질층(42)에서 전자와 정공의 재결합에 의한 광이 발생하게 된다. 이 발생된 광 중에서 하부반사경층(32)과 상부반사경층(34)에 의한 공진조건에 맞는 파장의 광만의 살아남게 되고, 이렇게 살아남은 광은 이득매질층(42)에서 파장과 위상이같은 광이 유도방출되도록 함으로써 궁극적으로 증폭된다. 이와 같이 발생한 유도방출광 즉 레이저광은 레이저 윈도우(82)를 통하여 외부로 출사된다.
한편, 모니터용 광검출기(60)는 제2 전극(24)의 개구부에 의해 노출되는 상부반사경층(34)상에 순차적으로 적층된 제1 불순물 반도체층(62), 진성반도체층(72), 및 제2 불순물 반도체층(64)과, 모니터용 광검출기(60)에서 검출된 신호를 출력하기 위한 제3 전극(26)을 포함한다. 여기서, 제1 불순물 반도체층(62)과 제2 불순물 반도체층(64)은 서로 다른 반도체형을 갖으며, 제1 불순물 반도체층(62)은 상부반사경층(34)과 동일한 반도체형을 갖는다.
모니터용 광검출기(60)는 표면광 레이저부(10)에서 출사되는 광 중의 일부를 흡수하여 흡수된 광량에 비례하는 전기적 신호를 출력한다. 이 때, 모니터용 광검출기(60)에 흡수되지 않은 나머지 광은 투과되어 레이저 윈도우(82)를 통해 외부로 출사된다.
모니터용 광검출기(60)에서의 검출신호는 레이저 윈도우(82)를 통해 출사되는 표면광 레이저의 출력에 비례한다. 따라서, 자동출력조절회로를 이용하여 모니터용 광검출기(60)에서의 검출신호를 피드백하여 표면광 레이저부(10)에 인가되는 구동전류 즉, 제1 전극(22)과 제2 전극(24)에 인가되는 구동전류를 제어함으로써 표면광 레이저부(10)가 일정한 출력을 내도록 할 수 있다. 또한, 구동전류를 가변시켜 표면광 레이저부(10)의 출력을 변화시킬 수도 있다.
한편, 표면광 레이저부(10)는 유도방출광 뿐만 아니라 자발적으로 발생된 자발방출광도 출사하는데, 이 자발방출광은 여러 파장의 광이 섞여 있으며 위상도 각각 달라서 유도방출광과는 성격이 다른 광이다. 따라서, 모니터용 광검출기(60)에서 검출되는 광은 유도방출광 뿐만 아니라 자발방출광을 포함하며, 이 자발방출광에 의해 모니터용 광검출기(60)에서의 검출신호가 영향을 받게 된다. 결국, 자발방출광 때문에, 모니터용 광검출기(60)에서의 검출신호를 이용하여 표면광 레이저부(10)에서 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어하는 것이 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모니터용 광검출기에 유도방출광에 의한 광전류만이 흐르도록 자발방출광에 의한 광전류를 효과적으로 차단함으로써 표면광 레이저부에 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어할 수 있는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 기술적 과제를 달성하는 데 적합한 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 설명하기 위한 도면들;
도 3a 내지 도 3c는 도 2b의 모니터용 광검출기의 작용효과를 설명하기 위한 그래프들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10, 110: 표면광 레이저부
12, 112: 기판 22, 122: 제1 전극
24, 124: 제2전극 32, 132: 하부반사경층
34, 134: 상부반사경층 42, 142: 이득매질층
52, 152: 고저항층 82, 182: 레이저 윈도우
60, 160: 모니터용 광검출기
62, 162: 제1 불순물 반도체층 64, 164: 제2 불순물 반도체층
72, 172: 진성반도체층
192: 하부절연층 194: 상부절연층
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 의하면, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 하부반사경층, 이득매질층, 및 상부반사경층과, 상기 기판의 뒷면에 형성된 제1 전극과, 상기 상부반사경 상에 형성되되그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2 전극을 포함하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 구동전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부와;
상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 형성되어 출사되는 상기 광의 일부를 흡수하여 그 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 있어서,
상기 모니터용 광검출기는, 상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 순차적으로 적층된 제1 불순물 반도체층, 진성반도체층, 및 제2 불순물 반도체층과;
상기 제2 불순물 반도체층 상에 형성되되 상기 제2 불순물 반도체층의 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제3 전극과;
상기 표면광 레이저부에서 출사되는 자발방출광에 의한 광전류가 제거되도록 상기 진성반도체층과 상기 제1 및 제2 불순물 반도체층 사이에 각각 개재되고, 그 각각의 중앙부에 개구부를 가지는 상부 및 하부절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는, 상기 제1 및 제2 불순물 반도체층은 각각 복수개의 층이 적층되어 이루어지고, 상기 제1 불순물 반도체층의 최상층과 상기 제2 불순물 반도체층의 최하층은 각각AlxGa1-xAs로 이루어지며, 상기 상부 및 하부 절연층은 상기 AlxGa1-xAs가 산화되어 이루어지는 것을 특징으로 한다(단, 0.95 ≤ x ≤ 1).
구체적으로는, 상기 제1 불순물 반도체층은 Zn이 도핑된 AlyGa1-yAs층과 Zn이 도핑된 AlxGa1-xA층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 상기 제2 불순물 반도체층은 Si이 도핑된 AlxGa1-xA층, Si이 도핑된 AlyGa1-yAs층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상기 하부 및 상부절연층은 상기 Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs과, 상기 Si이 도핑된 AlxGa1-xAs가 산화되어 이루어진다(단, 0.95 ≤ x ≤ 1, 0 < y ≤ 0.5).
본 발명의 일 예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는, 상기 진성반도체층이 상기 표면광 레이저의 내부 광세기가 최대되는 곳에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는, 상기 이득매질층과 상기 상부반사경층 사이에 개재되어 설치되되 그 중앙부에 개구부를 가지는 고저항층을 더 구비하여 그 개구부를 통해서만 정공이 흐르도록 가이드 하는 것을 특징으로 하며, 상기 고저항층은 상기 상부반사경층에 양성자가 주입되어 이루어지거나, AlxGa1-xAs의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 한다(단, 0.95 ≤ x ≤ 1)
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 의하면, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 하부반사경층, 이득매질층, 및 상부반사경층과, 상기 기판의 뒷면에 형성된 제1 전극과, 상기 상부반사경 상에 형성되되 그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2 전극을 포함하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 구동전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부와;
상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 형성되어 출사되는 상기 광의 일부를 흡수하여 그 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치의 제조방법에 있어서,
상기 모니터용 광검출기를 제조하는 단계는, 상기 상부반사경층 상에 Zn이 도핑된 AlyGa1-yAs층과, Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs층이 순차적으로 적층되어 이루어진 제1 불순물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 불순물 반도체층상에 GaAs로 이루어진 진성반도체층을 형성하는 단계;
상기 진성반도체층상에 Si이 도핑된 AlxGa1-xAs층, Si이 도핑된 AlyGa1-yAs층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 제2 불순물 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs층과 상기 Si이 도핑된 AlxGa1-xAs층이 측면으로부터 산화되도록 상기 결과물을 습식산화하되 그 각각의 중앙부는 산화되지 않도록함으로써 AlxGa1-xAs의 산화물로 이루어지는 하부 및 상부절연층을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 제조방법을 제공한다(단, 0.95 ≤ x ≤ 1, 0 < y≤ 0.5).
본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 및 그 제조방법에 의하면, 상기 표면광 레이저부의 상면으로 출사되는 대부분의 자발방출광에 의한 광전류는 상기 진성반도체층과 이에 인접하는 상기 상부 및 하부 절연층 각각의 계면에 위치하는 비발광 결합중심에 의해서 제거된다.
따라서, 상기 모니터용 광검출기에서의 검출신호를 자동출력조절회로를 통하여 상기 표면광 레이저부의 구동전류로 피드백시킴으로써 상기 레이저 윈도우를 통해 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 2a는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치의 평면도를, 그리고 도 2b는 도 2a의 A-A'선에 따른 단면도를 각각 나타낸다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치는 반도체층들의 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부(110)와, 표면광 레이저부(110)에서 출사되는 광의 일부를 수광하여 그 출사광량을 검출할 수 있도록 표면광 레이저부(110)상에 형성된 모니터용 광검출기(160)를 포함하여 구성된다.
표면광 레이저부(110)는 Si이 도핑된 GaAs로 이루어진 기판(112)과, 기판(112) 상에 순차적으로 적층된 하부반사경층(132), 이득매질층(142), 및 상부반사경층(134)과, 기판의 뒷면에 형성된 제1전극(122)과, 상부반사경층(134) 상에 형성되되 그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2전극(124)과, 이득매질층(142)과 상부반사경층(134) 사이에 개재되되 그 중앙부에 크기가 7㎛인 개구부를 가지는 고저항층(152)을 포함하여 구성된다.
여기서, 하부반사경층(132)은 실리콘이 도핑된 Al0.9Ga0.1As층과 실리콘이 도핑된 Al0.3Ga0.7As층 40쌍이 교대로 적층되어 이루어지며, 상부반사경층(134)은 탄소가 도핑된 Al0.9Ga0.1As층과 탄소가 도핑된 Al0.3Ga0.7As층 28쌍이 교대로 적층되어 이루어진다. 그리고, 이득매질층(142)은 4개의 양자우물이 생기도록 Al0.3Ga0.7As층과 Al0.11Ga0.89As층이 교대로 적층되어 이루어진다. 고저항층(152)은 저항이 크기 때문에 그 개구부를 통해서만 정공이 흐르도록 가이드하며, 상부반사경층(152)에 양성자, 예컨대 수소핵(H+)을 주입하거나, AlxGa1-xAs층을 증착한 후 중앙부를 제외한 부분만을 산화시켜 형성한다.(단, 0.95 ≤ x ≤ 1)
제1 전극(122) 및 제2 전극(124)에 순방향 바이어스 즉, 제1 전극(122)에는 음의 전압을, 그리고 제2 전극(124)에는 양의 전압을 인가하면, 이득매질층(142)에서 전자와 정공의 재결합에 의한 광이 발생하게 된다. 이 발생된 광 중에서 이득매질층(142)의 상하부에 각각 위치하는 상부반사경층(134) 및 하부반사경층(132)에 의한 공진조건에 맞는 파장의 광만이 살아남게 된다. 이렇게 살아남은 광은 이득매질층(142)에서 파장과 위상이 같은 광이 유도방출되도록 함으로써 궁극적으로 증폭되고, 이와 같이 발생한 유도방출광 즉 레이저광은 레이저 윈도우(182)를 통하여 외부로 출사된다.
한편, 모니터용 광검출기(160)는 제2 전극(124)의 개구부에 의해 노출되는 상부반사경층(134) 상에 순차적으로 적층된 제1 불순물 반도체층(162), 진성반도체층(172), 및 제2 불순물 반도체층(164)과, 제2 불순물 반도체층(164) 상에 형성되되 제2 불순물 반도체층(164)의 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제3 전극(126)과, 진성반도체층(172)과 제1 및 제2 불순물 반도체층(162, 164) 사이에 각각 개재되고 그 각각의 중앙부에 개구부를 가지는 상부 및 하부절연층(194, 192)을 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 불순물 반도체층(162)은 Zn이 도핑된 Al0.3Ga0.7As층과 Zn이 도핑된 AlAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 제2 불순물 반도체층(164)은 Si이 도핑된 AlAs층, Si이 도핑된 Al0.3Ga0.7As층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어진다. 그리고, 진성반도체층(172)은 GaAs로 이루어진다.
상부 및 하부 절연층(194, 192)은 진성반도체층(172)의 상하에 바로 인접하여 형성된 Zn이 도핑된 AlAs층과 Si이 도핑된 AlAs층이 그 각각의 중앙부를 제외한 부분만이 산화되도록 측면산화시켜 형성한다. 그리고, 진성반도체층(172)은 표면광레이저부(110)에서의 레이저 출력에 보다 민감하게 반응하도록 제1 불순물 반도체층(162) 및 제2 불순물 반도체층(164)의 두께를 조절하여 표면광 레이저의 내부 광세기가 최대되는 곳에 위치시킨다.
모니터용 광검출기(160)는 제2 전극(124)과 제3 전극(126)에 역방향 바이어스 즉, 제2 전극에는 음의 전압을, 그리고 제3 전극(126)에는 양의 전압을 인가한 상태에서 표면광 레이저부(110)에서 출사되는 광 중의 일부를 흡수하여 흡수된 광량에 비례하는 전기적 신호를 제3 전극(126)을 통하여 출력한다. 이 때, 모니터용 광검출기(160)에 흡수되지 않은 나머지 광은 투과되어 레이저 윈도우(182)를 통해 외부로 출사된다.
표면광 레이저부(110)는 유도방출광 뿐만 아니라 여러 파장이 섞여 있는 자발방출광도 출사하는데, 이 자발방출광에 의해 진성반도체층(172)에 형성되는 전자와 정공은 진성반도체층(172)과 이에 인접하는 상부 및 하부 절연층(194, 192)의 각각의 계면에 위치하는 비발광 결합중심에 의해서 제거된다. 따라서, 유도방출광에 의해 진성반도체층(172)에 형성되는 전자와 정공에 의한 전류만이 제1 및 제2 불순물 반도체층(162, 164)의 중앙부(184)를 통하여 제3 전극(126)으로 흐르게 된다.
결국, 모니터용 광검출기(160)에서의 검출신호는 레이저 윈도우(182)를 통해 출사되는 유도방출광 즉 레이저광의 광량에 비례하게 되고, 모니터용 광검출기(160)에서 검출되는 광량으로부터 레이저 윈도우(182)를 통하여 출사되는 레이저광의 변화를 알아낼 수 있다. 따라서, 이 검출된 광량에서 얻어진 전기적 신호를 자동출력조절회로를 통하여 표면광 레이저부(110)의 구동전류로 피드백시킴으로써 레이저 윈도우(182)를 통해 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어할 수 있다.
이하에서, 도 2a 및 도 2b의 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치를 제조하는 방법을 설명하되, 종래기술과의 반복적인 설명을 피하기 위해 본 발명의 특징부인 모니터용 광검출기(160)를 제조하는 단계만을 구체적으로 설명한다.
먼저, 상부반사경층(134) 상에 Zn이 도핑된 Al0.3Ga0.7As층과 Zn이 도핑된 AlAs층이 순차적으로 적층되어 이루어진 제1 불순물 반도체층(162)을 형성하고, 제1 불순물 반도체층(162)상에 GaAs로 이루어진 진성반도체층(172)을 형성한다. 이어서, 진성반도체층(172)상에 Si이 도핑된 AlAs층, Si이 도핑된 Al0.3Ga0.7As층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 제2 불순물 반도체층(164)을 형성한다.
다음에, 본 발명의 특징부로서 제1 불순물 반도체층(162)의 Zn이 도핑된 AlAs층과, 제2 불순물 반도체층(164)의 Si이 도핑된 AlAs층이 측면으로부터 산화되도록 위의 결과물을 약 450℃에서 습식산화하여 하부 및 상부 절연층(192, 194)을 형성한다. 이 때, 그 중앙부(184)는 산화되지 않도록 산화시간을 조절하며, 산화시간이 길수록 중앙부(184)의 크기가 작아지게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2b의 모니터용 광검출기(160)의 작용효과를 알아보기 위해, 제1 및 제2 전극(122, 124)을 통해 표면광 레이저부(110)에 구동전류를 주입하고, 모니터용 광검출기(160)와 이와는 다른 별도의 외부 광검출기를 각각 이용하여 광전류와 표면광 레이저의 세기를 측정한 그래프들이다. 여기서, 도 3a는 중앙부(184)의 크기가 2㎛인 경우, 도 3b는 중앙부(184)의 크기가 18㎛인 경우, 그리고 도 3c는 상부 및 하부절연층(194, 192)이 형성되지 않은 경우를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 일점쇄선으로 도시한 그래프는 모니터용 광검출기(160)에서 측정된 광전류를 나타낸 것이고, 실선으로 도시한 그래프는 외부 광검출기에서 측정된 표면광 레이저의 세기를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 모니터용 광검출기(160)의 반응이 외부 광검출기의 반응과 잘 들어맞고, 또한 표면광 레이저의 문턱전류에서 모니터용 광검출기(160)에 의해 검출된 광전류가 8㎂ 임을 알 수 있다. 이에 반해, 도 3b 및 3c를 참조하면 표면광 레이저의 문턱전류에서 모니터용 광검출기(160)에 의해 검출된 광전류는 각각 94㎂, 118㎂ 임을 알 수 있다.
따라서, 상부 및 하부절연층(194, 192)이 없는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치보다는 그것이 있는 경우가 더 좋은 성능을 가지며, 중앙부(184)의 크기가 2㎛인 경우가 18㎛인 경우보다 약 10배 이상의 향상된 성능을 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 및 그 제조방법에 의하면, 표면광 레이저부(11)의 상면으로 출사되는 대부분의 자발방출광에 의한 광전류는 진성반도체층(172)과 이에 인접하는 상부 및 하부절연층(194, 192)의 각각의 계면에 위치하는 비발광 결합중심에 의해서 제거된다. 따라서, 모니터용 광검출기(160)에서의 검출신호를 자동출력조절회로를 통하여 표면광 레이저부(110)의 구동전류로 피드백시킴으로써 레이저 윈도우(182)를 통해 출사되는 표면광 레이저의 광량을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 하부반사경층, 이득매질층, 및 상부반사경층과, 상기 기판의 뒷면에 형성된 제1 전극과, 상기 상부반사경 상에 형성되되 그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2 전극을 포함하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 구동전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부와;
    상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 형성되어 출사되는 상기 광의 일부를 흡수하여 그 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치에 있어서,
    상기 모니터용 광검출기는, 상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 순차적으로 적층된 제1 불순물 반도체층, 진성반도체층, 및 제2 불순물 반도체층과;
    상기 제2 불순물 반도체층 상에 형성되되 상기 제2 불순물 반도체층의 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제3 전극과;
    상기 표면광 레이저부에서 출사되는 자발방출광에 의한 광전류가 제거되도록 상기 진성반도체층과 상기 제1 및 제2 불순물 반도체층 사이에 각각 개재되고, 그 각각의 중앙부에 개구부를 가지는 상부 및 하부절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 불순물 반도체층은 각각 복수개의 층이 적층되어 이루어지고, 상기 제1 불순물 반도체층의 최상층과 상기 제2 불순물 반도체층의 최하층은 각각 AlxGa1-xAs로 이루어지며, 상기 상부 및 하부 절연층은 상기 AlxGa1-xAs가 산화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치, 단 0.95 ≤ x ≤ 1 임.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 불순물 반도체층은 Zn이 도핑된 AlyGa1-yAs층과 Zn이 도핑된 AlxGa1-xA층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 상기 하부절연층은 상기 Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs가 산화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치, 단 0.95 ≤ x ≤ 1, 0 < y ≤ 0.5 임.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제2 불순물 반도체층은 Si 이 도핑된 AlxGa1-xA층, Si이 도핑된 AlyGa1-yAs층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 상기 상부절연층은 상기 Si 이 도핑된 AlxGa1-xAs가 산화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치, 단 0.95 ≤ x ≤ 1, 0 <y ≤ 0.5 임.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 진성반도체층이 상기 표면광 레이저의 내부 광세기가 최대되는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 이득매질층과 상기 상부반사경층 사이에 개재되어 설치되되 그 중앙부에 개구부를 가지는 고저항층을 더 구비하여 그 개구부를 통해서만 정공이 흐르도록 가이드 하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 고저항층은 상기 상부반사경층에 양성자가 주입되어 이루어지거나, AlxGa1-xAs의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치, 단 0.95 ≤ x ≤ 1 임.
  8. 기판과, 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 하부반사경층, 이득매질층, 및 상부반사경층과, 상기 기판의 뒷면에 형성된 제1 전극과, 상기 상부반사경 상에 형성되되 그 중앙부를 노출시키는 개구부를 가지는 제2 전극을 포함하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 구동전류에 의해 그 적층방향으로 광을 출사하는 표면광 레이저부와;
    상기 제2 전극의 개구부에 의해 노출되는 상기 상부반사경층 상에 형성되어 출사되는 상기 광의 일부를 흡수하여 그 검출신호를 출력하는 모니터용 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치의 제조방법에 있어서,
    상기 모니터용 광검출기를 제조하는 단계는, 상기 상부반사경층 상에 Zn이 도핑된 AlyGa1-yAs층과, Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs층이 순차적으로 적층되어 이루어진 제1 불순물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 불순물 반도체층상에 GaAs로 이루어진 진성반도체층을 형성하는 단계;
    상기 진성반도체층상에 Si이 도핑된 AlxGa1-xAs층, Si이 도핑된 AlyGa1-yAs층, 및 Si이 도핑된 GaAs층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 제2 불순물 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 Zn이 도핑된 AlxGa1-xAs층과 상기 Si이 도핑된 AlxGa1-xAs층이 측면으로부터 산화되도록 상기 결과물을 습식산화하되 그 각각의 중앙부는 산화되지 않도록 함으로써 AlxGa1-xAs의 산화물로 이루어지는 하부 및 상부절연층을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치 제조방법, 단, 0.95 ≤ x ≤ 1, 0 < y≤ 0.5 임.
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DE10055884A DE10055884C2 (de) 1999-11-08 2000-11-08 Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit monolithisch integriertem Kontrollphotodetektor und Verfahren zu ihrer Herstellung
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2503348A1 (en) * 2002-10-22 2004-05-06 University College Cardiff Consultants Ltd. Semiconductor optical devices
CN100438062C (zh) * 2003-02-10 2008-11-26 波科海姆技术公共有限公司 用于半导体激光器的光功率监测
JP4058633B2 (ja) * 2003-07-10 2008-03-12 セイコーエプソン株式会社 面発光型発光素子、光モジュール、光伝達装置
JP3738849B2 (ja) * 2003-08-07 2006-01-25 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザ、光モジュール、ならびに光伝達装置
JP3729270B2 (ja) * 2004-01-08 2005-12-21 セイコーエプソン株式会社 光素子およびその製造方法
JP3729271B2 (ja) * 2004-01-08 2005-12-21 セイコーエプソン株式会社 光素子およびその製造方法
JP4449756B2 (ja) * 2005-01-18 2010-04-14 セイコーエプソン株式会社 光素子
KR101145219B1 (ko) 2007-09-17 2012-05-25 삼성전자주식회사 광출력장치 및 이를 채용한 광주사유니트
JP2010272558A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Seiko Epson Corp 受発光装置
JP2011096787A (ja) * 2009-10-28 2011-05-12 Sony Corp 半導体発光装置
US20220352693A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Lumentum Operations Llc Methods for incorporating a control structure within a vertical cavity surface emitting laser device cavity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10125999A (ja) * 1996-09-02 1998-05-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レーザおよびその製造方法
JPH10135568A (ja) * 1996-10-29 1998-05-22 Samsung Electron Co Ltd 光出力装置
JPH1146036A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JPH11330609A (ja) * 1998-03-11 1999-11-30 Seiko Epson Corp モニタ付き面発光レーザおよびその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136603A (en) * 1991-04-29 1992-08-04 At&T Bell Laboratories Self-monitoring semiconductor laser device
US5606572A (en) * 1994-03-24 1997-02-25 Vixel Corporation Integration of laser with photodiode for feedback control
KR0185950B1 (ko) * 1996-04-25 1999-04-15 김광호 레이저다이오드의 광출력모니터링패케지
DE19807783A1 (de) * 1998-02-18 1999-09-02 Siemens Ag Bauelement mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger
JP3928295B2 (ja) * 1999-03-16 2007-06-13 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10125999A (ja) * 1996-09-02 1998-05-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レーザおよびその製造方法
JPH10135568A (ja) * 1996-10-29 1998-05-22 Samsung Electron Co Ltd 光出力装置
JPH1146036A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JPH11330609A (ja) * 1998-03-11 1999-11-30 Seiko Epson Corp モニタ付き面発光レーザおよびその製造方法

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