KR101746508B1 - 테라헤르츠파 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 테라헤르츠파를 생성 및 검출하기 위한 테라헤르츠파 발생기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 테라헤르츠파 발생기는 적어도 두 개 파장의 레이저 광을 생성하고, 생성된 레이저 광을 비팅(Beating)하여 출력하는 이중 모드 반도체 레이저 소자, 그리고 상기 이중 모드 반도체 레이저 소자와 동일 칩 상에 형성되며, 상기 비팅된 레이저광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하는 포토믹서를 포함한다.

Description

테라헤르츠파 발생기{TERAHERTZ WAVE GENERATOR}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 여기 광원 소자와 포토믹서가 단일 칩 상에 형성될 수 있는 테라헤르츠파 발생기에 관한 것이다.
테라헤르츠파(THz Wave)는 마이크로파와 적외선 사이에 위치하는 전자기파로서, 주파수는 대략 0.1~10 THz의 구간으로 정의된다. 테라헤르츠파는 스펙트럼 위치상 전파의 유전체 투과성과 광파의 직진성을 동시에 가진다. 수분에 흡수가 잘 되는 테라헤르츠파는 영상과 분광 및 통신 분야 등에서 새로운 기술로 적용이 가능하다. 테라헤르츠파를 이용하여 불투명한 사물의 내부를 투시하거나, 분자 운동 에너지 레벨의 생체 메커니즘과 우주 신호 등을 분석할 수 있다. 또한, 테라헤르츠파를 사용하면 마이크로파 및 밀리미터파보다 훨씬 우수한 초고속 근거리 무선 통신이 가능해진다.
이와 같은 응용성을 지닌 테라헤르츠파 기술은 과거에는 광원 및 검출기의 개발이 어려워 그 활용이 제한적으로 이뤄졌다. 하지만, 최근의 반도체와 레이저 기술의 발달은 과거보다 훨씬 다양한 광원(Light source)의 출현을 가능하게 해 주었다. 테라헤르츠파 발생 기술로서, 지금까지 개발된 펄스 광원 기술로는 광전도체 안테나(Photoconductive Antenna)와 광정류(Optical Rectification) 방식 등이 있다. 테라헤르츠파를 발생하기 위한 연속파 광원 기술로 포토믹서(Photomixer)와 핫홀 레이저(Hothole Laser), 자유전자 레이저(Free Electron Laser), 양자 캐스케이드 레이저(Quantum Cascade Laser) 등이 있다.
그 중에서 포토믹서(Photomixer)는 다른 기술들에 비하여 실용화 가능성이 높은 테라헤르츠 기술로 간주되고 있다. 왜냐하면, 포토믹서(Photomixer)는 상온에서 구동될 수 있고, 주파수 가변이 자유로우며, 저가의 소형 시스템으로 구현될 수 있기 때문이다.
포토믹서는 운반자 수명(Carrier lifetime)이 수백 펨토 초(fs)에서 수 피코초(ps) 정도의 광전도체(Photoconductive material)와, 이 광전도체 위에 형성되는 안테나를 이용하여 테라헤르츠파를 발생시키거나 검출한다. 광전도체는 여기광에 의해 여기되는 운반자에 의하여 저항이 변하는 물질이다. 광전도체는 집적된 안테나에 전류를 흐르게 하는 스위치의 역할을 한다. 안테나와 광전도체 스위치(Photo-Conductive Switch)를 통칭하여 포토믹서(Photomixer)라 한다.
테라헤르츠파를 발생시키는 경우, 펨토 초(Femto second) 펄스 레이저가 주로 사용된다. 펨토초(Femto second) 펄스 레이저는 광의 세기가 크기 때문에 넓은 주파수 영역에서 비교적 큰 세기를 갖는 펄스 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 연속 테라헤르츠파를 발생시키는 경우, 두 개 파장의 레이저 광들을 비팅(Beating)시켜 여기광으로 사용한다. 주파수를 가변할 수 있는 연속 테라헤르츠파의 발생시, 두 개의 분포 궤환 레이저(Distributed Feedback Laser: DFB) 혹은 연속 광원 레이저에서 출력되는 두 개의 연속파들을 사용한다. 하나 혹은 둘 모두의 파장을 가변하면 비팅되는 신호의 주파수가 변하게 되고, 결국에는 발생하는 테라헤르츠파의 주파수가 가변된다. 이때에 여기광 출력의 세기는 파장이 변하는 동안 큰 세기로 유지되어야 한다.
최근에는 휴대형 테라헤르츠파 발생 및 검출기에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 하지만, 테라헤르츠파 발생/검출기에 사용되는 여기광의 광원으로는 여전히 부피가 큰 펨토 초 레이저 발생 장치가 일반적으로 사용되고 있다. 따라서, 저가 및 소형으로 제작될 수 있는 테라헤르츠파 발생 및 검출기를 구성할 수 있는 기술이 절실한 실정이다.
본 발명은 소형의 집적 가능한 테라헤르츠파 발생기를 제공하기 위한 것이다. 그리고, 단일 칩 상에 포토믹서와 여기광을 제공하기 위한 이중 모드 반도체 레이저 소자를 집적할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 테라헤르츠파 발생기는, 적어도 두 개 파장의 레이저 광을 생성하고, 생성된 레이저 광을 비팅하여 출력하는 이중 모드 반도체 레이저 소자, 그리고 상기 비팅된 레이저광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하되, 상기 이중 모드 반도체 레이저 소자와 동일 칩 상에 형성되는 포토믹서를 포함한다.
이상에서 기술된 본 발명 실시 예에 따르면, 단일 칩 상에 집적 가능하고, 재성장 과정이 없는 테라헤르츠파 발생기를 구성할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 휴대 가능하고 소형의 신뢰도 높은 테라헤르츠파 발생기 및 테라헤르츠파 검출기가 구성될 수 있다.
도 1은 테라헤르츠파를 발생하기 위한 테라헤르츠파 발생기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 테라헤르츠파 발생기(100)를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)의 예시적 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)의 형태를 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 포토믹서(120)의 단면을 보여주는 단면도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 테라헤르츠파(THz 파)를 발생하기 위한 테라헤르츠파 발생기의 구조를 간략히 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 연속 테라헤르츠파를 발생하기 위하여 테라헤르츠파(THz 파) 발생기는 제 1 및 제 2 분포 궤환 레이저(10, 20)와 포토믹서(30)를 포함한다.
제 1 및 제 2 분포 궤환 레이저 광원(10, 20)은 각각 서로 다른 파장(λ1, λ2)의 레이저광을 생성한다. 그리고 두 개 파장의 레이저 광들이 비팅(Beating, 맥놀이)된 광을 포토믹서(30)의 여기광(Exciting light)으로 사용한다. 여기광의 주파수는 비팅되는 두 레이저광의 파장 차이에 해당한다. 이때에 여기광 출력의 세기는 파장이 변하는 동안에도 큰 세기로 유지되어야 한다.
그러나, 이 경우 둘 중 적어도 한 개의 레이저 광원은 반드시 연속적인 파장 튜닝이 가능하여야 하고, 두 빔을 일치시키기 위해 빔분할기(Beam Splitter)나 거울(Mirror)과 같은 벌크(bulk)한 광학부품들, 그리고 마이크로미터 이하의 정밀도로 조작되는 이동 및 회전 스테이지(Stage)가 필요하게 되어 어느 정도 공간을 차지하는 고가인 장비가 될 수밖에 없다.
포토믹서(30)는 기판 위에 박막으로 광전도체를 형성하거나, 응답속도가 빠르도록 설계된 포토다이오드(Photodiode)를 형성하고, 그 위에 마주보는 형태로 안테나를 형성하여 구성될 수 있다.
본 발명에서는 상술한 제 1 및 제 2 분포 궤환 레이저 광원(10, 20)이 이중 모드 반도체 레이저 소자로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 한 개의 레이저 광원 소자에서 두 개의 파장의 레이저 광이 나오면서 연속적으로 튜닝 가능한 이중 모드 반도체 레이저 소자가 제공된다. 그리고, 본 발명의 이중 모드 반도체 레이저 소자는 포토믹서(30)와 동일한 칩상에 형성될 수 있는 반도체 레이저 소자로 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 테라헤르츠파 발생기(100)를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 테라헤르츠파를 생성하기 위한 테라헤르츠파 발생기(100)는 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)와 포토믹서(120)를 포함한다.
이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 서로 다른 두 파장의 혼합광을 포토믹서(120)에 제공한다. 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 파장이 다른 두 개의 연속파 레이저광을 생성한다. 그리고 생성된 레이저광을 비팅(Beating)시켜 포토믹서(120)에 입사시킨다. 비팅 주기에 해당하는 주파수의 테라헤르츠파를 얻는 포토믹싱 방식은 상대적으로 저가이면서 상온에서 구동이 가능하다. 이 경우 둘 중 적어도 한 개의 레이저광은 반드시 연속적인 파장 튜닝이 가능해야 할 것이다.
특히, 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 포토믹서(120)와 단일 칩에서 집적 가능한 소자이어야 한다. 저온 성장 비소화갈륨(GaAs)의 물리적 특성으로 인해 800nm 파장 대역에서의 경우 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 따라서, 800nm 파장 대역에서 구동되는 소자로 형성되는 경우, 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 튜닝(Tuning) 영역이 작은 장점이 있다. 반면, 1500 nm 대역에서, 1 THz의 주파수를 갖는 비팅 신호를 얻기 위해서는 두 레이저 광의 파장 차이는 약 8nm 이어야 한다. 이에 반하여, 800nm 대역의 경우 두 레이저 광의 파장의 차이가 약 2nm 정도로 감소하게 된다. 그러므로 800nm 대역에서 구동되는 주파수 가변형 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)를 제작한다면, 조정 영역이 상대적으로 적더라도 발생하는 THz 연속파의 주파수 가변 영역을 넓힐 수 있다.
일반적으로 1500nm 대역이 광통신 시스템의 개발과 함께 반도체 레이저 제작을 위한 기술이나 물질이 잘 개발되어 있다. 그에 반하여, 800nm 대역은 상대적으로 활발한 연구가 부족하여 반도체 레이저 소자 기술과 물질에 개발이 제한적이다. 가장 대표적인 예로, 800nm 대역의 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)를 제작할 때에, 알루미늄(Al)과 같은 물질을 사용하기 때문에 재성장 공정이 어려운 문제가 발생한다. 또한, 저온 성장 비소화갈륨(GaAs)이나 포토믹서는 성장 후의 열처리 등에 매우 민감한 특성이 있다. 따라서, 이들 소자들은 다른 소자의 공정을 위해 온도가 높은 공정이 수반되면, 그 특성이 크게 저하되는 단점이 있다.
또한, 분자빔 성장(Molecular Beam Epitaxy: MBE)을 이용한 저온 성장 방식의 공정에서, 재성장이 가능한 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 사용할 수 없다. 그렇기 때문에 반도체 레이저 소자를 먼저 제작한 후에 저온 성장 포토믹서(120)를 재성장할 수 없는 문제 역시 발생한다. 포토믹서(120)의 광전도체 안테나(Photo-Conductive Antenna: PCA)를 응답속도가 빠른 포토 다이오드(PD)를 사용하는 경우에도 집적되는 두 소자의 특성 저하를 막기 위하여 재성장 과정은 최소화하는 것이 유리하다. 이러한 이유로, 집적하는 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)의 구조가 간단할 것이 요구된다.
포토믹서(120)는 기판 위에 박막으로 광전도체(122)를 형성하거나, 응답속도가 빠르도록 설계된 포토다이오드(Photodiode)를 형성하고, 그 위에 마주보는 형태로 안테나(124, 125)를 형성하여 구성될 수 있다. 안테나(124, 125)에 바이어스를 제공하기 위한 전극들(126, 127)이 각각 더 포함될 수 있다. 도시된 포토믹서(120)는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도시된 예시에 지나지 않는다. 목적에 따라서 다양한 형태의 안테나들이 본 발명의 포토믹서(120)에 사용될 수 있다. 포토믹서(120)에 대한 상세한 구성 및 동작은 절단선(A-A′)의 단면을 설명하는 도 2에서 설명하기로 한다.
일반적으로 포토믹서(120)는 분자빔 성장(Molecular Beam Epitaxy: MBE)를 사용하여 저온에서(약, 200℃ ~ 250℃) 성장시켜 형성하거나 이온 주입형 반도체로 형성된다. 따라서, 포토믹서(120)는 반도체 레이저와의 집적이 어려운 단점이 있다. 이는 저온 성장 혹은 이온 주입형 반도체를 광전도체 안테나(Photo-Conductive Antenna: PCA)로 이용하는 경우, 성장 혹은 이온 주입 후의 열처리가 매우 중요하다. 따라서, 반도체 레이저 공정에서 수반되는 재성장 과정이 제한될 수밖에 없다.
그러므로 단일 칩 테라헤르츠파(THz 파) 발생기의 개발을 위해서는 반도체 레이저 소자 공정에서 재성장 과정이 없는 것이 유리할 것이다. 또한 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 빠른 응답속도를 갖는 포토 다이오드(PD)를 이용하는 경우에도 두 소자들(110, 120)의 특성이 안정적으로 유지되도록 하기 위해서는 재성장 과정을 최소화하는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 포토믹서(120)와 단일 칩 상에 집적될 수 있다. 집적된 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)는 재성장 공정을 최소화하기 위하여 리지(Ridge)형 반도체로 구현될 수 있다. 그리고 분포 궤환 레이저(DFB 레이저)를 형성하기 위하여 금속 격자(Metal grating) 혹은 리지(Ridge)의 형태를 조절하여 구현될 수 있다. 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)에서 출력되는 여기광은 포토믹서(120)의 광전도체 안테나(Photo-Conductive Antenna: PCA)로 입사되어야 한다. 이를 위하여 레이저의 출력단에서 포토믹서(120)까지 도파로(130)가 사용될 수 있으며, 이 도파로(130) 영역은 재성장이 없이 능동 도파로로 구현될 수 있다.
포토믹서(120)에 입사된 여기광에 의하여 테라헤르츠 대역의 전류가 집적된 안테나에 흐르게 될 것이다. 그리고 결국 포토믹서(120)는 테라헤르츠 대역의 연속파를 방사하게 된다. 집적 소자로 형성되기 위하여, 포토믹서(120)는 도파로형으로 구성되어야 할 것이다.
도 3은 도 2의 이중 모드 반도체 레이저 소자(110)의 예시적 형태를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 재성장 과정을 최소화하기 위한 리지(Ridge)형 반도체 레이저를 기본으로 본 발명의 이중 모드 반도체 레이저(110a)가 구성된다. 이중 모드 반도체 레이저(110a)는 제 1 및 2 분포 궤환 레이저(220, 230)와 위상 조정 영역(240)을 포함한다.
제 1 분포 궤환 레이저(220)는 기판(210) 상에 형성되는 제 1 도파로층(222)을 포함한다. 제 1 도파로층(222)은 능동 도파로로 구성될 수 있다. 수동 도파로의 경우, 재성장 과정이 필요하다. 따라서, 포토믹서(120, 도 2 참조)와 단일 칩에 실장하기가 용이하지 못하다. 제 1 분포 궤환 레이저(220)를 구성하기 위하여 제 1 도파로층(222)의 측면에는 제 1 회절격자(224)가 형성될 수 있다.
제 2 분포 궤환 레이저(230)는 기판(210) 상에 형성되는 제 2 도파로층(232)을 포함한다. 제 2 도파로층(232)도 제 1 도파로층(222)과 마찬가지로 재성장 과정이 필요없는 능동 도파로로 구성될 수 있다. 제 2 분포 궤환 레이저(230)를 구성하기 위하여 제 2 도파로층(232)의 측면에는 제 2 회절격자(234)가 형성될 수 있다.
위상 조정 영역(240)은 제 1 분포 궤환 레이저(220)와 제 2 분포 궤환 레이저(230)의 사이에 형성된다. 위상 조정 영역(240)은 기판(210) 상에 형성되는 제 3 도파로층(242)을 포함한다. 제 3 도파로층(242)은 제 1 및 제 2 도파로층과 동일한 능동 도파로로 구성될 것이다. 위상 조정 영역(240)은 굴절률의 변화에 따라 제 1 및 2 분포 궤환 레이저들(220, 230)에서 생성되는 광들의 위상을 이동시킨다.
여기서, 제 1 내지 3 도파로층(222, 232, 242)은 동일한 공정에서 형성될 수 있다. 제 1 내지 3 도파로층(222, 232, 242)은 각각 동일한 이득 물질을 포함할 수 있다. 그리고 제 1 내지 3 도파로층(222, 232, 242)은 기판(210)이나 클래드층(미도시됨)에 비하여 큰 굴절률을 갖도록 형성될 수 있다.
제 1 및 2 회절격자들(224, 234)은 각각 제 1 및 2 도파로층(222, 232)의 측면에 금속 격자(Metal grating)로 형성할 수 있다. 또는, 제 1 및 2 회절격자들(224, 234)은 서로 다른 굴절률을 갖는 기판(210)과 클래드층(미도시) 사이에서 분포 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector: 이하, DBR) 형태로 형성될 수 있다. 제 1 및 2 회절격자들(224, 234) 각각의 격자 주기(Λ1, Λ2)는 생성되는 레이저광의 파장에 따라서 달라진다. 제 1 및 2 회절격자들(224, 234) 각각의 격자 주기(Λ1, Λ2)는 동일하게 또는 다르게 형성될 수 있을 것이다. 또는, 격자들의 간격이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 형성하는 것도 가능하다. 또한, 제 1 및 2 도파로층(222, 232)의 리지(Ridge) 구조의 변경을 통하여 형성되는 굴절률 격자(Index grating)로도 형성 가능할 것이다. 또한, 제 1 및 2 회절격자들(224, 234)의 위치는 도시된 위치에만 국한되지 않는다.
이상의 구조에서, 기판(210)은 n-InP 또는 n-GaAs로 형성될 수 있다. 또한, 기판(210)은 n형 화합물 반도체뿐만 아니라, p형의 화합물 반도체 물질로 형성될 수도 있을 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 이중 모드 반도체 레이저 소자를 좀더 상세하게 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 이중 모드 반도체 레이저 소자(110b)는 재성장 과정이 불필요한 리지(Ridge)형으로 구성된다. 이중 모드 반도체 레이저 소자(110b)는 제 1 및 2 분포 궤환 레이저(320, 330)와 위상 조정 영역(340)을 포함한다.
제 1 분포 궤환 레이저(320)는 기판(310) 상에 형성되는 제 1 도파로층(322)을 포함한다. 제 1 도파로층(322)은 능동 도파로로 형성될 수 있다. 수동 도파로의 경우, 재성장 과정이 필요하다. 따라서, 포토믹서(120, 도 2 참조)와 단일 칩에 실장하기가 용이하지 못하다. 제 1 분포 궤환 레이저(320)를 구성하기 위하여 제 1 도파로층(322)의 측면에는 제 1 회절격자(324)가 형성될 수 있다.
제 2 분포 궤환 레이저(330)는 기판(310) 상에 형성되는 제 2 도파로층(332)을 포함한다. 제 2 도파로층(332)도 제 1 도파로층(322)과 마찬가지로 재성장 과정이 필요없는 능동 도파로로 구성될 수 있다. 제 2 분포 궤환 레이저(330)를 구성하기 위하여 제 2 도파로층(332)의 측면에는 제 2 회절격자(334)가 형성될 수 있다.
위상 조정 영역(340)은 제 1 분포 궤환 레이저(320)와 제 2 분포 궤환 레이저(330)의 사이에 형성된다. 위상 저정 영역(340)은 기판(310) 상에 제 3 도파로층(342)을 포함한다. 제 3 도파로층(342)은 제 1 및 제 2 도파로층과 동일한 능동 도파로로 구성될 것이다. 위상 조정 영역(340)은 굴절률의 변화에 따라 제 1 및 2 분포 궤환 레이저들(320, 330)에서 생성되는 광들의 위상을 이동시킨다.
여기서, 제 1 내지 3 도파로층(322, 332, 342)은 동일한 공정에서 형성될 수 있다. 제 1 내지 3 도파로층(322, 332, 342)은 각각 동일한 이득 물질을 포함할 수 있다. 그리고 제 1 내지 3 도파로층(322, 332, 342)은 기판(310)이나 클래드층(미도시됨)에 비하여 큰 굴절률을 갖도록 형성될 수 있다.
제 1 및 2 회절격자들(324, 334)은 각각 제 1 및 2 도파로층(322, 332)의 측면에 금속 격자(Metal grating)로 형성할 수 있다. 또는, 제 1 및 2 회절격자들(324, 334)은 서로 다른 굴절률을 갖는 기판(310)과 클래드층(미도시) 사이에서 분포 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector: 이하, DBR) 형태로 형성될 수 있다. 제 1 및 2 회절격자들(324, 334) 각각의 격자 주기(Λ1, Λ2)는 생성되는 레이저광의 파장에 따라서 달라진다. 제 1 및 2 회절격자들(324, 334) 각각의 격자 주기(Λ1, Λ2)는 동일하게 또는 다르게 형성될 수 있을 것이다. 또는, 격자들의 간격이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 형성하는 것도 가능하다. 또한, 제 1 및 2 도파로층(322, 332)의 리지(Ridge) 구조의 변경을 통하여 형성되는 굴절률 격자(Index grating)로도 형성 가능할 것이다. 또한, 제 1 및 2 회절격자들(324, 334)의 위치는 도시된 위치에만 국한되지 않는다.
특히, 제 1 및 2 회절격자들(324, 334)의 상부에는 각각 제 1 및 2 마이크로 히터들(370a, 370b)이 더 포함될 수 있다. 제 1 및 2 마이크로 히터들(370a, 370b)에 의해서 발생하는 줄 열에 의하여 제 1 및 제 2 도파로층(322, 332)의 굴절률이 변화될 수 있다. 또는, 제 1 및 2 마이크로 히터들(370a, 370b)에 의해서 발생하는 줄 열에 의하여 제 1 및 2 회절격자들(324, 334)에 의한 반사율이 연속적으로 제어될 수 있다. 제 1 및 2 마이크로 히터들(370a, 370b)은 절연층(360)의 상부에 증착되는 메탈층으로 형성될 수 있다.
제 1 내지 3 도파로층(322, 332, 342)의 상부에는 전극들(380a, 380b, 380c)이 형성될 수 있다. 전극들(380a, 380c)을 통하여 제 1 및 제 2 도파로층(322, 332)의 굴절률의 제어가 가능하다. 그리고, 전극(380b)을 통해서 제 3 도파로층(342)에 대한 굴절률의 제어가 가능하다. 전극(380b)을 통해서 제 3 도파로층(342)에 대한 굴절률을 제어하면, 비팅되는 여기광의 위상 이동이 가능하다.
도 5는 도 2의 포토믹서(120)의 단면(A-A′)을 보여주는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 포토믹서(120)는 기판 위에 광전도체(122) 혹은 응답속도가 빠른 포토다이오드를 형성하고, 그 위에 마주보는 형태로 안테나(124, 125)를 형성함으로써 제작될 수 있다.
여기광은 반도체 광증폭기(110)에 의해서 증폭 또는 변조된 비팅 신호(Beating Signal)이다. 그리고 안테나(124, 125)에 인가되는 바이어스 전압(V, -V)에 의해서 광전도체(122)에는 전계(E)가 형성된다. 이러한 바이어스 상태에서 여기광이 입사되면, 광흡수에 의해서 광전도체(122)에서는 캐리어(전자-정공 쌍)가 생성된다. 캐리어는 광전도체(122)에 형성된 전계(E)에 의해서 가속되고 순간적으로 안테나(124, 125)로 이동한다. 캐리어의 수명(약, 수백 펨토초) 동안 흐르는 광전류에 의해서 안테나(124, 125)에서는 테라헤르츠파가 발생한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 적어도 두 개 파장의 레이저 광을 생성하고, 생성된 레이저 광을 비팅(Beating)하여 출력하는 이중 모드 반도체 레이저 소자;
    상기 이중 모드 반도체 레이저 소자와 동일 칩 상에 형성되며, 상기 비팅된 레이저 광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하는 포토믹서; 그리고
    상기 비팅된 레이저 광을 상기 이중 모드 반도체 레이저 소자로부터 상기 포토믹서에 전달하기 위한 도파로를 포함하되,
    상기 도파로는 재성장 공정없이 형성되는 능동 도파로인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 모드 반도체 레이저 소자는 리지(Ridge)형으로 형성되는 도파로를 포함하는 테라헤르츠파 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이중 모드 반도체 레이저 소자는,
    제 1 파장의 광을 생성하는 제 1 분포 궤환 레이저 다이오드;
    제 2 파장의 광을 생성하는 제 2 분포 궤환 레이저 다이오드; 그리고
    상기 제 1 분포 궤환 레이저 다이오드와 상기 제 2 분포 궤환 레이저 다이오드 사이에서 상기 제 1 파장 또는 상기 제 2 파장의 위상을 제어하는 위상 조정 영역을 포함하는 테라헤르츠파 발생기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 분포 궤환 레이저 다이오드와 상기 제 2 분포 궤환 레이저 다이오드, 그리고 상기 위상 조정 영역들 각각은 능동 도파로를 포함하는 테라헤르츠파 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각각의 능동 도파로들의 상부에는 상기 능동 도파로의 굴절률을 제어하기 위한 전극들이 형성된 테라헤르츠파 발생기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 분포 궤환 레이저 다이오드는 제 1 격자 주기의 제 1 회절 격자를, 상기 제 2 분포 궤환 레이저 다이오드는 제 2 격자 주기의 제 2 회절 격자를 포함하는 테라헤르츠파 발생기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자들은 능동 도파로의 측면에 금속 격자(Metal grating)로 형성되는 테라헤르츠파 발생기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자들의 상부에는 상기 제 1 파장 및 상기 제 2 파장을 조정하기 위한 제 1 및 제 2 마이크로 히터들이 더 포함되는 테라헤르츠파 발생기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토믹서는 도파로형 포토믹서로 형성되는 테라헤르츠파 발생기.
  10. 삭제
  11. 삭제
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