KR100480746B1 - Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자 - Google Patents

Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100480746B1
KR100480746B1 KR1019980010581A KR19980010581A KR100480746B1 KR 100480746 B1 KR100480746 B1 KR 100480746B1 KR 1019980010581 A KR1019980010581 A KR 1019980010581A KR 19980010581 A KR19980010581 A KR 19980010581A KR 100480746 B1 KR100480746 B1 KR 100480746B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gan
gan layer
birefringent medium
layer
electro
Prior art date
Application number
KR1019980010581A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990075995A (ko
Inventor
오은순
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1019980010581A priority Critical patent/KR100480746B1/ko
Publication of KR19990075995A publication Critical patent/KR19990075995A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100480746B1 publication Critical patent/KR100480746B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 GaN를 이용한 전자-광 변조 소자(electro-optic modulator)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 GaN을 이용한 전자-광 변조 소자는 GaN계 물질의 복굴절 매체를 통과하는 광경로상의 전방과 후방에 서로 편광(polarization) 방향이 교차하는 편광자를 배치하고, 복굴절 매체에 인가되는 전계를 변화시킴으로써, 복굴절 매체를 통과하는 광을 온/오프시키는 변조를 이용하여, 온/오프 비(on/off ratio)를 크게 한다. 특히 GaN계 물질을 광매체로 사용함으로써 단파장의 광을 변조시킨다.

Description

ＧａＮ를 이용한 청색 전자-광 변조 소자{GaN-based electro-optic modulators in the blue range}
본 발명은 GaN를 이용한 전자-광 변조 소자(electro-optic modulator)에 관한 것이다.
현재까지 박막에서 사용된 전자 광 변조기(electro-optic modulator)는 흡수 밴드(absorption bandadge)가 전계에 의해 변화하는 것을 이용한다. 정확하게는, 특정한 파장에서의 투과율이 전계에 따라 변화하는 것을 이용한다. 이 때, 박막 물질로는 GaAs계가 보통 사용되는 데, 밴드갭(bandgap)이 작아서 400nm 영역에서는 사용할 수 없다. ZnSe의 경우에도 460nm 보다 단파장에서는 사용할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 청색의 단파장에서도 사용할 수 있는 GaN를 이용한 청색 전자-광 변조 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 청색-광 변조 소자는, 기판; 상기 기판상에 n-GaN층, AlGaN층, InGaN층 혹은 GaN층, AlGaN층 및 p-GaN층이 순차로 적층된 복굴절 매체; 및 상기 복굴절 매체를 사이에 두고 상기 GaN층을 통과하는 광경로 상의 양쪽에 서로 수직하는 편광방향을 갖도록 각각 배치된 두 개의 편광자;를 구비하고, 상기 n-GaN층 및 p-GaN층에는 각각 광변조 전압을 인가하기 위한 전극 콘택이 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 GaN를 이용한 청색 전자-광 변조 소자를 상세하게 설명한다.
도 1은 포켈 지연기(GaN-based Pockels retarder)의 동작 원리에 따라 창안된 본 발명에 따른 GaN을 이용한 청색 전자-광 변조 소자의 개략적 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 GaN을 이용한 청색 전자-광 변조 소자는 복굴절 매체(200) 및 두 개의 편광자(100, 300)로 이루어진다. 여기서, 복굴절 매체(200)는 기판(20) 상에 n-GaN층(21), AlGaN층(22), InGaN층 혹은 GaN층(23), AlGaN층(24) 및 p-GaN층(25)이 순차로 적층된 구조를 가지며, n-GaN층(21) 및 p-GaN층(25)에는 각각 전압을 인가하기 위한 전극 콘택이 형성된다.
이와 같이, 복굴절 매체(200)에 전극 콘택이 이루어짐으로써 인가되는 전압을 변화시킴으로써 GaN층에서 형성되는 전계의 세기 변화에 따라 GaN층(23)을 통과하는 광을 변조시킨다. GaN층(23)의 GaN는 우르차이트 구조(wurtzite structure)를 가지는 단축 결정(uni-axial crystal)이므로, c-축(axis) 방향의 굴절율(refractive index)(n∥)과 이에 수직한 방향의 굴절율(n⊥)이 다르다. 따라서 c-축(axis)에 45도 각도로 편광된(polarized) 빛을 GaN 결정(crystal)에 투과시키면, 타원형으로 편광된(elliptically polarized) 빛이 나오게 된다. 이 때 타원율(ellipticity)은 분산(dispersion) 때문에(즉, 파장에 따른 굴절율이 다르기 때문에), 파장에 따라 다르게 된다. 즉, 하나의 편광자(polarizer)(100)는 광경로상에서 복굴절 매체(200)의 입사면 쪽에 두고, 다른 하나의 편광자(분광자, analyzer)(300)는 출사면(exit face) 쪽에 두면 투과된 빛의 세기(intensity)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 파장에 따라 다르게 된다. 복굴절 매체(200)에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전계(electric field)에 따라 복굴절 매체(200)의 굴절율(refractive index)은 변화하므로, 외부에서 전계(electric field)를 변화시키면 투과된 빛의 세기(intensity)는 전계(electric field)로서 변조(modulate)할 수 있다. 즉, GaN층(23)을 두 개의 편광자(polarizer)(100, 300) 사이에 놓고, GaN층(23)에 빛의 파장 벡터(wave-vector)와 수직한 전계(electric field)를 온/오프(on/off)하여 광의 투과(transmission)를 변조(modulation)한다. GaN는 밴드갭(bandgap)이 실온에서 3.42 eV(363nm 정도)이므로 365nm 보다 장파장의 빛은 결정을 투과하게 된다. 따라서 기존의 다른 복합 반도체(compound semiconductor) 보다 단파장대에서 변조 소자(modulator)로 사용할 수 있다. 특히, GaN계 레이저 다이오드(laser diode)의 410nm대의 발진파장에 적합한 변조기(modulator)로 사용될 수 있다.
또한, GaN층(23)이 사파이어(sapphire)와 같이 절연 물질 기판에 박막으로 성장된 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 박막을 p-i(intrinsic)-n 구조로 성장하고, 이 p-i-n 구조 일부를 에칭한 후 전압을 인가한다. 이렇게 하면 전압이 얇은 진성층(intrinsic layer)에 걸리어 큰 전계를 얻을 수 있다. 대부분 GaN가 c-축(axis) 방향으로 성장되므로, 이 때의 전계는 c-축에 평행한 방향이 된다. GaN 벌크(bulk)를 사용하는 경우에는 c-축에 수직한 방향으로도 전계를 걸 수 있고, 혹은 c-축을 파장 벡터와 평행하게 하여 입방정계(cubic crystal)에서 처럼 동작할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고정된 포톤 에너지(photon energy)에서의 투과 세기(transmission intensity)는 전계(electric field)에 의해 변조되며, GaN 밴드갭(bandgap) 보다 작은 포톤 에너지(photon energy)에 대해서는 변조기로 사용이 가능하다. 복굴절 매체(200)의 두께가 두꺼워지면 전체적으로 투과 세기(transmission intensity)는 줄어들지만 적은 전압으로 세기 변조(intensity modulation)가 가능하므로 두께에 대한 최적화(opimization)가 필요하다. 또한, 특정한 파장에서 투과 세기(transmission intensity)를 거의 0으로 하기 위해서는 파장에 따라 복굴절 매체(200)의 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
편광자(polarizer)를 통과한 빛의 전장은 c-축에 수직한 성분과 수평한 성분으로 나누어 생각할 수있다. 우르차이트 구조(wurtzite structure)에서의 선택규칙(selection rule)에 의하면 c-축에 수직한 성분은 B-여기자(엑시톤; exciton)만 허용되며, c-축에 평행한 성분은 A-여기자(exciton)와 B-여기자(exciton) 둘 다 허용된다. A-여기자(exciton)의 투과 에너지(transition energy)가 B-여기자(exciton)의 투과 에너지(transition energy) 보다 작으므로, 두 성분에 대한 굴절율은 대략적으로 도 4에 도시된 바와 같이 된다. 도 4의 EA, EB는 각각 A-여기자, B-여기자(exciton)의 투과 에너지(transition energy)로서, EA는 3.42 eV, EB는 3.44 eV이다. 굴절율의 차이에 의해, 복굴절 매체(200)를 통과한 빛의 전계(electric field)는 타원형으로 편광(elliptically polarized)된다. 여기에 외부 전계(external electric field)를 걸면 복굴절(birefringence)이 변화하게 되어 타원율(ellipticity)이 변화하고, 이에 따라 분광기(analyzer)(300)를 통과한 빛의 투과 세기가 변조(modulate)된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 GaN을 이용한 전자-광 변조 소자는 단파장에서 사용될 수있다는 것 이외에도 GaAs나 ZnSe와는 달리 입방체 구조(cubic structure)가 아닌 우르차이트 구조(wurtzite structure)이므로 외부 자계external field)나 스트레인(strain)이 걸리지 않아도 c-축의 굴절율이 이에 수직한 방향의 굴절율과 다르다. GaAs처럼 흡수(absorption) 차이에 의해서 변조하는 경우 보다는 이처럼 편광(polarization)의 변화에 의한 변조에서는 온/오프 비(on/off ratio)를 크게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 포켈 지연기(GaN-based Pockels retarder)의 동작 원리에 따라 창안된 본 발명에 따른 GaN을 이용한 청색 전자-광 변조 소자의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 GaN을 이용한 청색 전자-광 변조 소자에 외부 전기장이 인가되는 경우 및 인가되지 않는 경우에 각각 서로 교차하는 편광방향을 갖는 두 편광자들 사이에 배치된 GaN 복굴절 매체의 투과 스펙트럼들(Transmission spectra of a GaN-based electro-optic device between two crossed polzarizers with and without external electric field)이며,
도 3은 도 1의 GaN을 이용한 청색 전자-광 소자에서 복굴절 매체의 세부 적층 구조를 보여주기 위한 단면도(전계(electric field)를 인가하기 위한 p-i-n 구조의 반도체와 그 금속 콘택트(metal contact)를 도시한 도면)이며,
그리고 도 4는 도 1의 GaN을 이용한 청색 전자-광 소자에서 복굴절 매체에서의 포톤 에너지에 대한 c-축(axis)에 수평, 수직한 성분의 굴절율(refractive index)(n∥와 n⊥)의 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20:기판 21:n-GaN층
22:AlGaN층 23:InGaN층 혹은 GaN층
24:AlGaN층 25:p-GaN층
100:편광자 200:복굴절 매체
300:편광자(분광기)

Claims (2)

  1. 기판;
    상기 기판상에 n-GaN층, AlGaN층, GaN층, AlGaN층 및 p-GaN층이 순차로 적층된 복굴절 매체; 및
    상기 복굴절 매체를 사이에 두고 상기 GaN층을 통과하는 광경로 상의 양쪽에 서로 수직하는 편광방향을 갖도록 각각 배치된 두 개의 편광자;를 구비하고,
    상기 n-GaN층 및 p-GaN층에는 각각 광변조 전압을 인가하기 위한 전극 콘택이 이루어진 것을 특징으로 하는 GaN를 이용한 전자-광 변조 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복굴절 매체에서 GaN층 대신에 InGaN층이 형성된 것을 특징으로 하는 GaN를 이용한 전자-광 변조 소자.
KR1019980010581A 1998-03-26 1998-03-26 Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자 KR100480746B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980010581A KR100480746B1 (ko) 1998-03-26 1998-03-26 Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980010581A KR100480746B1 (ko) 1998-03-26 1998-03-26 Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990075995A KR19990075995A (ko) 1999-10-15
KR100480746B1 true KR100480746B1 (ko) 2005-06-16

Family

ID=37303026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980010581A KR100480746B1 (ko) 1998-03-26 1998-03-26 Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100480746B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101025947B1 (ko) 2008-11-27 2011-03-30 삼성엘이디 주식회사 전자-광 변조소자
WO2019133623A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Tetravue, Inc. Wide field of view electro-optic modulator and methods and systems of manufacturing and using same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101025947B1 (ko) 2008-11-27 2011-03-30 삼성엘이디 주식회사 전자-광 변조소자
WO2019133623A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Tetravue, Inc. Wide field of view electro-optic modulator and methods and systems of manufacturing and using same
US10437082B2 (en) 2017-12-28 2019-10-08 Tetravue, Inc. Wide field of view electro-optic modulator and methods and systems of manufacturing and using same

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990075995A (ko) 1999-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4889402A (en) Electro-optic polarization modulation in multi-electrode waveguides
WO2018059083A1 (zh) 显示面板和显示装置
US5047822A (en) Electro-optic quantum well device
US5341390A (en) Surface emitting second harmonic generating device
US20170329127A1 (en) Light modulator using total internal reflection at an interface with a tunable conductive layer
US4947223A (en) Semiconductor devices incorporating multilayer interference regions
US5825525A (en) Electro-optic modulator with voltage tunable quantum well waveguide cladding layer
US5485014A (en) Multiple quantum well birefringent spatial light modulator
CN104201555A (zh) 一种偏振无关电光q开关
US6950579B2 (en) Polarization-independent optical polymeric intensity modulator
KR100480746B1 (ko) Gan를 이용한 청색 전자-광 변조 소자
EP1255156A2 (en) Tunable optical filter
US5351320A (en) Optical modulator depressing optical feedback and optical modulating element and channel optical waveguide used therefore
US4869569A (en) Polarizing optical waveguides
JP2717210B2 (ja) 半導体光導波路型偏光素子
CN113671735A (zh) 一种用于1053nm线偏振光的高激光损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器
JPS63187221A (ja) 光論理素子
JPH01112226A (ja) 光論理素子
Snelling et al. Electrooptic polarization modulation in [110]-oriented GaAs-InGaAs multiple quantum wells
US5387997A (en) Optical modulator based on piezoelectrically driven anisotropic optical absorption
JP3289391B2 (ja) カラー液晶表示装置
JPH04350826A (ja) 導波路型光デバイス
Huang et al. Room temperature optical absorption characteristics of GaAs/AlGaAs multiple quantum well structures under external anisotropic strain
KR100193218B1 (ko) 전기광학 폴리머 광도파로를 이용한 편광-비의존 광변조기
JP2833391B2 (ja) 波長変換素子および複数波長光源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080115

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee