KR101941170B1 - 다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용한 투과형 이미지 변조기 - Google Patents
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Abstract
다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용하여 넓은 대역폭에 걸쳐 이미지 변조가 가능한 투과형 이미지 변조기가 개시된다. 투과형 이미지 변조기는, 하부 반사층; 상기 하부 반사층 위에 배치된 것으로, 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층을 포함하는 활성층; 상기 활성층 위에 배치된 상부 반사층; 상기 하부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 1 마이크로 캐비티층; 및 상기 상부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 2 마이크로 캐비티층;을 포함하며, 공진 파장을 λ라 할 때, 상기 활성층과 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층은 λ/2의 정수배의 광학적 두께를 가질 수 있다.
Description
개시된 실시예들은 투과형 이미지 변조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용하여 넓은 대역폭에 걸쳐 이미지 변조가 가능한 투과형 이미지 변조기에 관한 것이다.
일반적인 카메라로 촬영된 영상은 카메라로부터 피사체까지의 거리에 관한 정보를 갖지 않는다. 3D 카메라와 같은 3차원 영상 획득 장치를 구현하기 위해서는 피사체 표면 상의 다수의 점들로부터의 거리를 측정할 수 있는 부가적인 수단이 필요하다. 피사체에 대한 거리 정보는, 통상적으로, 두 대의 카메라를 이용한 양안 입체시(Stereo Vision) 방법이나 구조광(Structured Light)과 카메라를 이용한 삼각 측량법(Triangulation)을 이용하여 얻을 수 있다. 그러나 이러한 방법은 피사체의 거리가 멀어질수록 거리 정보에 대한 정확도가 급격히 저하되고 피사체의 표면 상태에 의존적이어서 정밀한 거리 정보를 얻기 어렵다.
보다 정확한 거리 정보를 얻기 위하여 광시간비행법(Time-of-Flight; TOF)이 도입되었다. TOF 방법은 레이저 빔을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 광이 수광부에서 수광되기까지의 광 비행시간을 측정하는 방법이다. TOF 방법에 따르면, 특정 파장의 빛(예컨대, 850nm의 근적외선)을 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 이용하여 피사체에 투사하고, 피사체로부터 반사된 동일한 파장의 빛을 수광부에서 수광한 후, 거리 정보를 추출하기 위한 특별한 처리 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 광 처리 과정에 따라 다양한 TOF 방법이 소개되어 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 피사체에 펄스광을 투사하고 피사체에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 피사체에 투사하고 피사체에 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 피사체에 투사하고 피사체에 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다.
또한, 위상지연 측정 방법에도 여러 가지 방식이 있는데, 그 중에서 광변조기로 반사광을 진폭 변조한 후, 변조된 반사광을 CCD나 CMOS와 같은 촬상소자로 촬영하여 위상지연을 측정하는 외부 변조 방식(external modulation)이 고해상도 거리 영상을 획득하는데 유리하다. 외부 변조 방식의 경우, 촬상소자에의 입력 광량을 일정 시간 누적하거나 샘플링하여 밝기 영상을 얻고 이로부터 위상 지연과 거리를 계산할 수 있다. 외부 변조 방식은 일반적인 촬상소자를 그대로 이용할 수 있지만, 정확한 위상지연을 구하기 위해 수십~수백 MHz의 초고속으로 광을 변조할 수 있는 광변조기를 필요로 한다.
광변조기 중에서 예를 들어, 영상증폭기(image intensifier)나 결정광학에 기반을 둔 포켈(Pockel) 효과나 커(Kerr) 효과를 이용한 투과형 변조기가 있는데, 그러한 종류의 광변조기는 부피가 크고, 수 kV의 고전압을 이용하며 가격이 고가라는 단점이 있다.
최근에는 구현이 보다 용이하고 소형이면서 저전압 구동이 가능한 GaAs 반도체 기반의 광변조기가 제안되었다. GaAs 기반의 광변조기는 P-전극과 N-전극 사이에 다중양자우물층(multiple quantum well; MQW)을 배치한 것으로, PN 양단에 역방향 바이어스 전압을 인가할 때 다중양자우물층 내에서 광이 흡수되는 현상을 이용한다. GaAs 기반의 광변조기는 고속 구동이 가능하고, 구동 전압이 상대적으로 낮으며, ON/OFF 시의 반사도차(즉, 명암비)가 크다는 장점이 있다. 그런데 GaAs 기반의 광변조기는 변조기의 대역폭이 4~5nm로 매우 좁다.
3D 카메라의 경우, 여러 개의 광원을 사용하게 되는데, 광원들 간에는 중심 파장의 산포가 발생한다. 또한, 온도에 따라 광원의 중심 파장이 변화할 수 있다. 광변조기의 경우에도 마찬가지로 제조상의 공정변수 및 온도 변화에 따라서 중심 흡수 파장이 변화하는 특성을 지닌다. 따라서 3D 카메라에 적용되기 위해서는 넓은 대역폭에 걸쳐 광변조가 가능한 광변조기가 요구된다. 그러나, ON/OFF 시의 반사도차와 대역폭 사이에는 트레이드-오프 관계가 있기 때문에, ON/OFF 시의 반사도차와 대역폭을 동시에 증가시키기가 어렵다.
한편, 반사형 변조기의 경우에는 변조된 광 이미지를 촬상소자(CCD, CMOS)에 제공하기 위한 광경로가 복잡하고 이에 따라 추가적인 광학계의 구성이 요구된다.
넓은 대역폭에 걸쳐 이미지 변조가 가능하며, 제작이 용이하고 높은 투과도차를 갖는 투과형 이미지 변조기를 제공한다.
일 유형에 따른 투과형 이미지 변조기는, 하부 반사층; 상기 하부 반사층 위에 배치된 것으로, 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층을 포함하는 활성층; 상기 활성층 위에 배치된 상부 반사층; 상기 하부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 1 마이크로 캐비티층; 및 상기 상부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 2 마이크로 캐비티층;을 포함할 수 있으며, 여기서 공진 파장을 λ라 할 때, 상기 활성층과 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층은 λ/2의 정수배의 광학적 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하부 반사층과 상기 상부 반사층은 광학적 두께가 각각 λ/4이고 굴절률이 서로 다른 제 1 굴절률층과 제 2 굴절률층이 반복적으로 교호하여 적층된 DBR 층일 수 있다.
상기 하부 반사층은, 제 1 하부 반사층, 상기 제 1 하부 반사층 위에 배치된 상기 제 1 마이크로 캐비티층, 상기 제 1 마이크로 캐비티층 위에 배치된 제 1 위상 매칭층, 및 상기 제 1 위상 매칭층 위에 배치된 제 2 하부 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 하부 반사층은 다수의 제 1 굴절률층과 제 2 굴절률층의 제 1 쌍을 포함하며, 상기 제 1 마이크로 캐비티층은 제 1 굴절률층으로 이루어지고, 상기 위상 매칭층은 제 2 굴절률층으로 이루어지며, 상기 제 2 하부 반사층은 다수의 제 1 굴절률층과 제 2 굴절률층의 제 2 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제 1 쌍의 갯수는 상기 제 2 쌍의 갯수보다 작을 수 있다.
또한, 상기 상부 반사층은, 상기 활성층 위에 배치된 제 1 상부 반사층, 상기 제 1 상부 반사층 위에 배치된 제 2 위상 매칭층, 상기 제 2 위상 매치층 위에 배치된 상기 제 2 마이크로 캐비티층, 및 상기 제 2 마이크로 캐비티층 위에 배치된 제 2 상부 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 상부 반사층은 다수의 제 2 굴절률층과 제 1 굴절률층의 제 3 쌍을 포함하며, 상기 제 2 위상 매칭층은 제 2 굴절률층으로 이루어지고, 상기 제 2 마이크로 캐비티층은 제 1 굴절률층으로 이루어지며, 상기 제 2 상부 반사층은 다수의 제 2 굴절률층과 제 1 굴절률층의 제 4 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제 3 쌍의 갯수는 상기 제 4 쌍의 갯수보다 많을 수 있다.
상기 하부 반사층과 상기 상부 반사층은 상기 활성층을 중심으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
상기 제 1 하부 반사층의 반사도와 상기 제 2 상부 반사층의 반사도가 서로 동일하며, 제 2 하부 반사층의 반사도와 상기 제 1 상부 반사층의 반사도가 서로 동일할 수 있다.
상기 제 2 상부 반사층의 표면에서 반사된 광의 위상은 π이고, 상기 제 1 하부 반사층, 제 2 하부 반사층, 및 제 1 상부 반사층의 표면에서 반사된 광의 위상은 0일 수 있다.
상기 제 1 굴절률층은 AlxGa1-xAs을 포함하며, 제 2 굴절률층은 AlyGa1-yAs*여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1, x < y)을 포함할 수 있다.
또한 상기 활성층은, 반복적으로 교호하여 적층된 상기 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층, 상기 하부 반사층과 상기 활성층 사이에 배치된 제 1 클래딩층, 및 상기 상부 반사층과 상기 활성층 사이에 배치된 제 2 클래딩층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 클래딩층은 상기 양자우물층의 굴절률과 상기 상부 반사층의 굴절률 사이의 굴절률을 가지며, 상기 제 2 클래딩층은 상기 양자우물층의 굴절률과 상기 하부 반사층의 굴절률 사이의 굴절률을 갖고, 상기 제 1 클래딩층과 상기 제 2 클래딩층은 서로 동일한 재료 및 동일한 두께로 이루어질 수 있다.
상기 양자우물층은 두께가 서로 다른 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 투과형 이미지 변조기는, 상기 하부 반사층의 하부 표면에 배치되는 제 1 컨택층, 및 상기 상부 반사층의 상부 표면에 배치되는 제 2 컨택층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 컨택층은 n-GaAs 또는 n-InGaP으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 투과형 이미지 변조기는, 상기 제 1 컨택층의 하부 표면에 배치되는 기판, 및 상기 기판의 중심부에서 상기 기판을 제거하고 형성된 투명 윈도우를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 투과형 이미지 변조기는, 상기 제 2 컨택층 위에 도포된 투명 수지 및 상기 투명 수지 위에 배치된 투명 커버를 더 포함할 수 있다.
한편, 일 유형에 따른 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법은, 기판 위에 제 1 컨택층을 형성하는 단계; 상기 제 1 컨택층 위에 하부 반사층, 활성층 및 상부 반사층을 갖는 상술한 투과형 이미지 변조기를 형성하는 단계; 상기 상부 반사층의 상부 표면에 제 2 컨택층을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 컨택층은 n-GaAs로 이루어지며, 상기 기판 위에 제 1 컨택층을 형성하는 단계는 상기 기판 위에 AlAs 버퍼층을 먼저 형성하는 단계, 및 상기 AlAs 버퍼층 위에 제 1 컨택층 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계는: 상기 기판의 하부 표면에 제 1 보호층을 형성하고 상기 제 2 컨택층의 상부 표면에 제 2 보호층을 형성하는 단계; 제 1 보호층의 가장자리를 따라 포토레지스트를 형성하고, 상기 기판이 노출되도록 상기 제 1 보호층의 중심부를 제거하는 단계; 상기 버퍼층이 드러나기 직전까지 건식 에칭 방식으로 상기 노출된 기판을 제거하는 단계; 상기 버퍼층이 노출되도록 습식 에칭 방식으로 상기 기판의 남은 부분을 제거하는 단계; 및 상기 노출된 버퍼층과 상기 제 1 및 제 2 보호층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제 1 컨택층은 n-InGaP으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계는: 상기 기판의 하부 표면에 제 1 보호층을 형성하고 상기 제 2 컨택층의 상부 표면에 제 2 보호층을 형성하는 단계; 제 1 보호층의 가장자리를 따라 포토레지스트를 형성하고, 상기 기판이 노출되도록 상기 제 1 보호층의 중심부를 제거하는 단계; 상기 버퍼층이 노출되도록 습식 에칭 방식으로 상기 기판의 노출된 부분을 제거하는 단계; 및 상기 노출된 버퍼층과 상기 제 1 및 제 2 보호층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 따르면, PIN 구조의 투과형 이미지 변조기의 상부 미러와 하부 미러에 다수의 마이크로 캐비티를 형성함으로써, 3개 이상의 피크를 갖는 공진 파장 모드로 넓은 파장 영역에 걸쳐 투과도를 향상시킬 수 있다. 마이크로 캐비티는 광학적 길이가 λ/2의 정수배로 설계되어 제작이 매우 용이할 수 있다. 이러한 이미지 변조기는 투과 대역폭이 넓고 평활한 특성을 가질 수 있기 때문에, 제작 공정의 오차에 의한 공진 파장의 변동이나, 온도 등의 외부 환경에 따른 공진 파장의 변동에도 안정된 성능을 보일 수 있다. 따라서, 개시된 이미지 변조기는 3D 카메라와 같은 3차원 영상 획득 장치에서의 사용에 적당하다. 그 밖에도, 개시된 이미지 변조기는 광통신 분야, 광연결(optical interconnection) 분야, 광 신호처리 분야 등에도 이용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 변조기의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2a 내지 도 4b는 다중 패브리-페로 공진 모드에 의해 대역폭이 증가하는 원리를 간단하게 보여준다.
도 5는 3개의 캐비티에 의한 다중 패브리-페로 공진 모드에서 미러들의 반사도에 따른 투과도 피크의 변화를 보이는 그래프이다.
도 6은 3개의 캐비티에 의한 다중 패브리-페로 공진 모드에서 미러들의 반사도를 대칭으로 설계한 경우에 반사도의 변화에 따른 투과도 피크의 변화를 보이는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 활성층에 한 종류의 양자우물층이 배치된 경우에 활성층의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 활성층에 2종류의 양자우물층이 배치된 경우에 활성층의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 이미지 변조기의 예시적인 층 구조 및 층 두께를 나타낸다.
도 10a는 이미지 변조기의 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 10b는 도 10a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 11a는 이미지 변조기의 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 11b는 도 11a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 12a는 이미지 변조기의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 12b는 도 12a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 13a는 이미지 변조기의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 13b는 도 13a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 14a 내지 도 14h는 기판에 투명 윈도우를 형성하기 위한 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 기판에 투명 윈도우를 형성하기 위한 다른 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 16은 이미지 변조기의 상부면에 투명한 보강 구조물을 장착한 예를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 17은 도 1에 도시된 다수의 이미지 변조기들의 어레이를 포함하는 대면적 이미지 변조기 어레이를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 4b는 다중 패브리-페로 공진 모드에 의해 대역폭이 증가하는 원리를 간단하게 보여준다.
도 5는 3개의 캐비티에 의한 다중 패브리-페로 공진 모드에서 미러들의 반사도에 따른 투과도 피크의 변화를 보이는 그래프이다.
도 6은 3개의 캐비티에 의한 다중 패브리-페로 공진 모드에서 미러들의 반사도를 대칭으로 설계한 경우에 반사도의 변화에 따른 투과도 피크의 변화를 보이는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 활성층에 한 종류의 양자우물층이 배치된 경우에 활성층의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 활성층에 2종류의 양자우물층이 배치된 경우에 활성층의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 이미지 변조기의 예시적인 층 구조 및 층 두께를 나타낸다.
도 10a는 이미지 변조기의 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 10b는 도 10a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 11a는 이미지 변조기의 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 11b는 도 11a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 12a는 이미지 변조기의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 12b는 도 12a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 13a는 이미지 변조기의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보인다.
도 13b는 도 13a에 도시된 이미지 변조기의 광학적 특성을 보이는 그래프이다.
도 14a 내지 도 14h는 기판에 투명 윈도우를 형성하기 위한 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 기판에 투명 윈도우를 형성하기 위한 다른 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 16은 이미지 변조기의 상부면에 투명한 보강 구조물을 장착한 예를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 17은 도 1에 도시된 다수의 이미지 변조기들의 어레이를 포함하는 대면적 이미지 변조기 어레이를 개략적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용한 투과형 이미지 변조기에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 변조기(100)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 이미지 변조기(100)는 기판(101), 기판(101) 위에 차례로 배치된 제 1 컨택층(102), 제 1 컨택층(102) 위에 배치된 하부 DBR(distributed Bragg reflector) 층(110), 하부 DBR 층(110) 위에 배치된 다중양자우물층 구조의 활성층(120), 활성층(120) 위에 배치된 상부 DBR 층(130), 및 상부 DBR 층(130) 위에 배치된 제 2 컨택층(140)을 포함할 수 있다. 또한, 이미지 변조기(100)는 하부 DBR 층(110) 내에 배치된 제 1 마이크로 캐비티층(111)과 상부 DBR 층(130) 내에 배치된 제 2 마이크로 캐비티층(131)을 더 포함할 수 있다.
기판(101)은 예를 들어 도핑되지 않은 GaAs로 이루어질 수 있다. 광이 투과될 수 있도록 기판(101)의 중심이 제거되어 투명 윈도우(101a)가 형성될 수 있다. 제 1 컨택층(102)은 활성층(120)에 전압을 인가하기 위한 전극(미도시)과 연결되기 위한 층으로서, 예를 들어 실리콘(Si)으로 도핑된 n-GaAs이나 n-InGaP로 이루어질 수 있다. 또한, 제 2 컨택층(140)은 활성층(120)에 전압을 인가하기 위한 다른 전극(미도시)과 연결되기 위한 층으로서, 예를 들어 베릴륨(Be)으로 도핑된 p-GaAs로 이루어질 수 있다.
하부 DBR 층(110)과 상부 DBR 층(130)은 굴절률이 상대적으로 낮은 저굴절률층과 굴절률이 상대적으로 높은 고굴절률층이 반복적으로 교호하여 적층된 구조를 갖는다. 예를 들어, 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)은 고굴절률층으로서 AlxGa1-xAs을 포함하며, 저굴절률층으로서 AlyGa1-yAs을 포함하는 AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs 구조의 다수의 다수의 쌍으로 이루어질 수 있다(여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1, x < y). 보다 구체적으로, 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)은 Al0.2Ga0.8As/Al0.87Ga0.13As가 반복적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 다층 구조의 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)에 특정 파장을 갖는 광이 입사하는 경우, 하부 및 상부 DBR 층(110, 130) 내의 굴절률이 다른 두 층(즉, 고굴절률층과 저굴절률층) 사이의 경계면에서 반사가 일어나는데, 이때 반사되는 모든 광들의 위상차를 동일하게 함으로써 높은 반사율을 얻게 된다. 이를 위하여, 하부 및 상부 DBR 층(110, 130) 내의 각각의 고굴절률층과 저굴절률층의 광학적 두께(즉, 물리적 두께에 층 재료의 굴절률을 곱한 값)를 각각 λ/4(λ는 변조하고자 하는 입사광의 파장 또는 공진 파장)의 홀수 배로 형성한다. 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)의 반사도는 고굴절률층과 저굴절률층의 쌍이 반복되는 횟수가 늘어날수록 높아질 수 있다. 한편, 상기 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)은 활성층(120)에서의 광흡수를 위한 전계(Electric field)가 형성될 수 있도록 전극을 구성한다. 이를 위해 하부 DBR 층(110)은 예컨대 Si가 2.0~2.6×1018/cm3의 농도로 도핑된 n-DBR 층일 수 있드며, 상부 DBR 층(130)은 Be이 0.8~1.2×1019/cm3의 농도로 도핑된 p-DBR 층일 수 있다.
활성층(120)은 광의 흡수가 일어나는 층으로서, 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층이 반복적으로 적층된 다중양자우물층 구조를 갖는다. 예컨대, 활성층(120)은 Al0.31Ga0.69As로 이루어진 다수의 장벽층과 GaAs로 이루어진 다수의 양자우물층을 포함할 수 있다. 이러한 활성층(120)은 또한 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진을 위한 메인 캐비티(main cavity)의 역할을 한다. 이를 위해, 활성층(120)은 광학적 두께가 λ/2의 정수 배와 같도록 형성될 수 있다.
따라서, 이미지 변조기(100)는 p-형의 상부 DBR 층(130), 도핑되지 않은 활성층(120), n-형의 하부 DBR 층(110)을 포함하는 P-I-N 구조를 갖는다. 이러한 구조에서, 이미지 변조기(100)에 입사한 광은 상부 DBR 층(130)과 하부 DBR 층(110) 사이에서 활성층(120)을 왕복하여 공진하며, 공진 조건을 만족하는 파장(λ)의 광이 이미지 변조기(100)를 투과할 수 있다. 이때, 이미지 변조기(100)에 역방향의 바이어스 전압을 인가함으로써, 활성층(120)에서의 광 흡수도를 조절하여 투과광의 세기를 변조할 수 있다.
또한, 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)에는 제 1 마이크로 캐비티층(111)과 제 2 마이크로 캐비티층(131)이 각각 배치되어 있다. 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층(111, 131)은 패브리-페로 공진을 위한 부가적인 캐비티의 역할을 한다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층(111, 131)은 광학적 두께가 λ/2의 정수 배와 같도록 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층(111, 131)의 재료는 예를 들어 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)의 고굴절률층 재료(예컨대, Al0.2Ga0.8As)와 같거나 또는 저굴절률층 재료(예컨대, Al0.87Ga0.13As)와 같을 수 있다. 또한, 제 1 마이크로 캐비티층(111)은 하부 DBR 층(110)과 마찬가지로 활성층(120)으로의 전류 전달을 위해 n-형으로 도핑될 수 있으며, 제 2 마이크로 캐비티층(131)은 p-형으로 도핑될 수 있다.
하부 DBR 층(110)은 제 1 마이크로 캐비티층(111)으로 인해 두 부분으로 나뉘게 된다. 즉, 제 1 마이크로 캐비티층(111)의 하부에는 제 1 하부 DBR 층(112)이 배치되며, 제 1 마이크로 캐비티층(112)의 상부에는 제 2 하부 DBR 층(113)이 배치된다. 이와 마찬가지로, 상부 DBR 층(130)도 역시 제 2 마이크로 캐비티층(131)으로 인해 두 부분으로 나뉘게 된다. 즉, 제 2 마이크로 캐비티층(131)의 하부에는 제 1 상부 DBR 층(132)이 배치되며, 제 2 마이크로 캐비티층(131)의 상부에는 제 2 상부 DBR 층(133)이 배치된다. 따라서, 이미지 변조기(100)는 4개의 미러(112, 113, 132, 133)와 3개의 캐비티(111, 120, 131)에 의한 다중 패브리-페로 공진 모드를 가질 수 있다. 이러한 다중 패브리-페로 공진 모드를 이용함으로써 이미지 변조기(100)의 투과 대역폭을 증가시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 4b는 다중 패브리-페로 공진 모드에 의해 투과 대역폭이 증가하는 원리를 간단하게 보여준다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 2개의 미러(R1, R2) 사이에 하나의 캐비티가 배치된 경우에는, 도 2b에 도시된 바와 같이 하나의 투과도 피크(peak)만이 형성된다. 도 2b에서 위상은 이미지 변조기(100)에 입사하는 입사광과 이를 빠져나가는 출사광 사이의 위상차를 의미하며 패브리-페로 공진 파장에서 위상은 영(0)이 된다. 여기서, 캐비티에 의한 흡수는 0이고, 두 미러(R1, R2)의 반사도가 같다고 가정하였다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이 3개의 미러(R1~R3) 사이에 2개의 캐비티가 배치된 경우에는, 도 3b에 도시된 것처럼 2개의 투과도 피크가 형성된다. 2개의 피크가 일어나는 공진 파장에서의 위상은 각각 0과 180도 근처가 된다. 그리고, 도 4a에 도시된 바와 같이 4개의 미러(R1~R4) 사이에 3개의 캐비티가 배치된 경우에는, 도 4b에 도시된 것처럼 3개의 투과도 피크가 형성될 수 있다. 따라서, 캐비티의 갯수를 증가시키면 공진 파장의 중첩에 의해 투과 대역폭을 증가시키는 것이 가능하다. 4개의 미러(R1~R4)와 3개의 캐비티를 사용하는 예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 미러의 반사도를 대칭으로 설계할 경우(즉, R1=R4, R2=R3)에는 3개의 투과도 피크가 동일하게 된다. 또한, 중간 미러의 반사도가 바깥쪽 미러의 반사도보다 높을 경우(즉, R1=R4 < R2=R3), 도 6에 도시된 바와 같이, 공진 파장들의 중첩에 의해 평활한 투과도 특성(flat-top)을 얻을 수 있다. 미러(R1~R4)들이 도 1에 도시된 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)인 경우에, 반사도는 고굴절률층과 저굴절률층의 쌍들의 갯수에 비례할 수 있다.
이미지 변조기(100)의 투과 대역폭은 활성층(120)의 광흡수 특성에 의해서도 영향을 받는다. 특히, 이미지 변조기(100)의 광변조 성능을 나타내는 투과도차(즉, 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않았을 때의 투과도와 전압이 인가되었을 때의 투과도 사이의 차이)는 활성층(120)의 광흡수 특성에 의해 큰 영향을 받을 수 있다. 활성층(120)의 광흡수 특성은 양자우물층과 장벽층의 두께와 물질 조성에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 다른 조건들을 동일하게 고정하고 양자우물층의 두께를 증가시킬수록 흡수 계수의 피크가 장파장 쪽으로 이동한다.
도 7a 및 도 7b는 활성층(120)에 한 종류의 양자우물층(예컨대, 두께가 8nm인 양자우물층)들만이 배치된 경우에 활성층(120)의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다. 여기서, 활성층(120)은 850nm의 공진 파장을 갖도록 설계되었다고 가정한다. 먼저, 도 7a를 참조하면, 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않았을 때에는, 점선으로 표시된 그래프와 같이, 공진 파장보다 낮은 파장에서 활성층(120)에 의한 엑시톤 흡수가 일어나며, 공진 파장에서는 거의 흡수가 일어나지 않는다. 그리고, 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압(예컨대, -8.1V/um)이 인가되면, 실선으로 표시된 바와 같이, 엑시톤 피크(exciton peak)는 스타크 효과(Stark effect)에 의해 장파장 쪽으로 이동하면서 세기가 줄어든다. 이때, 엑시톤 피크(849.4nm)가 공진 파장과 거의 일치하게 된다. 그러면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 공진 파장에서 투과도가 낮아지게 된다.
한편, 도 8a 및 도 8b는 활성층(120)에 2종류의 양자우물층(예컨대, 두께가 8nm인 양자우물층과 8.5nm인 양자우물층)들이 배치된 경우에 활성층(120)의 광흡수 특성을 보이는 그래프이다. 여기서도, 활성층(120)은 850nm의 공진 파장을 갖도록 설계되었다고 가정한다. 도 8a를 참조하면, 8nm 양자우물층과 8.5nm 양자우물층에 의해 각각 엑시톤 흡수가 일어난다. 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압이 인가되면, 각각의 엑시톤 피크가 장파장 쪽으로 이동하는데, 8nm 양자우물층의 엑시톤 피크는 849.4nm로 이동하고, 8.5nm 양자우물층의 엑시톤 피크는 853.9nm로 이동할 수 있다. 그러면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 공진 파장 근처의 두 엑시톤 피크로 인하여 비교적 넓은 파장 구간에 대해 낮은 투과도를 얻을 수 있다.
도 9는 위에서 논의된 사항들을 고려하여 구성될 수 있는 일 실시예에 따른 이미지 변조기(100)의 예시적인 층 구조 및 층 두께를 나타내고 있다. 도 9에 도시된 이미지 변조기(100)는 GaAs 화합물 반도체를 이용하여 약 850nm의 중심 흡수 파장을 갖도록 설계되어 있다. 도 9를 참조하면, p-컨택층의 역할을 하는 제 2 컨택층(140)은 p-GaAs로 이루어져 있다. GaAs 물질은 표면의 산화율이 적고 밴드갭이 작아서 전극을 형성할 때 오믹 컨택의 형성에 유리하다. 제 2 컨택층(140)의 두께는 입사광의 흡수 손실을 고려하여 약 100Å 정도일 수 있다.
제 2 컨택층(140)의 아래에는 상부 DBR 층(130)이 배치되어 있다. 상부 DBR 층(130)은 제 1 상부 DBR 층(132), 위상 매칭층(phase matching layer)(135), 제 2 마이크로 캐비티층(131), 및 제 2 상부 DBR 층(133)을 포함할 수 있다. 제 2 상부 DBR 층(133)은 위쪽으로부터 순서대로 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)이 반복적으로 적층된 구조이다. 고굴절률층(130a)은 예컨대 약 3.483의 굴절률을 갖는 Al0.2Ga0.8As로 이루어질 수 있으며, 이 경우 고굴절률층(130a)의 두께는 약 610Å 정도일 수 있다. 그러면, 고굴절률층(130a)의 광학적 두께는 λ/4(= 850nm/4 = 물리적 두께×굴절률(= 610Å×3.483))가 될 수 있다. 또한, 저굴절률층(130b)은 예컨대 약 3.096의 굴절률을 갖는 Al0.87Ga0.13As로 이루어질 수 있으며, 이 경우 저굴절률층(130b)의 두께는 약 685Å 정도일 수 있다. 그러면, 저굴절률층(130b)의 광학적 두께는 λ/4(= 850nm/4 = 물리적 두께×굴절률(= 685Å×3.096))가 될 수 있다. 그러나, 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)의 재료가 위의 예에만 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 재료 또는 다른 조성비의 재료를 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)으로서 사용할 수도 있다.
제 2 상부 DBR 층(133) 아래에는 제 2 마이크로 캐비티층(131)이 배치된다. 제 2 상부 DBR 층(133)의 맨 아래에 저굴절률층(130b)이 배치되어 있으므로, 제 2 마이크로 캐비티층(131)은 고굴절률층(130a)과 동일한 재료인 Al0.2Ga0.8As로 이루어질 수 있다. 제 2 마이크로 캐비티층(131)의 두께는 λ의 광학적 두께를 갖도록 약 2440Å 정도일 수 있다. 그러나, 제 2 마이크로 캐비티층(131)의 광학적 두께가 λ에만 한정되는 것은 아니며, λ/2의 정수배 중에서 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 제 2 상부 DBR 층(133)에서 고굴절률층(130a)이 맨 아래에 배치된다면, 제 2 마이크로 캐비티층(131)의 재료는 저굴절률층(130b)과 동일할 수 있다.
제 2 마이크로 캐비티층(131)의 아래에는 λ/4의 광학적 두께를 갖는 위상 매칭층(135)이 배치된다. 위상 매칭층(135)은 상부 DBR 층(130) 내에서 전체적으로 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)이 교호할 수 있도록 추가되는 층이다. 따라서, 제 2 마이크로 캐비티층(131)이 고굴절률층(130a)과 동일한 재료로 이루어지는 경우, 위상 매칭층(135)은 저굴절률층(130b)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 만약 제 2 마이크로 캐비티층(131)이 저굴절률층(130b)과 동일한 재료로 이루어진다면, 위상 매칭층(135)은 고굴절률층(130a)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
위상 매칭층(135)의 아래에는 제 1 상부 DBR 층(132)이 배치된다. 제 2 상부 DBR 층(133)과 마찬가지로, 제 1 상부 DBR 층(132)도 역시 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)이 반복적으로 적층된 구조를 갖는다. 위상 매칭층(135)이 저굴절률층(130b)과 동일한 재료로 이루어져 있으므로, 위상 매칭층(135)의 바로 아래에는 고굴절률층(130a)이 먼저 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 상부 DBR 층(132), 위상 매칭층(135), 제 2 마이크로 캐비티층(131), 및 제 2 상부 DBR 층(133)을 포함하는 상부 DBR 층(130)은 전체적으로 λ/4의 광학적 두께를 갖는 고굴절률층(130a)과 저굴절률층(130b)이 교호하도록 구성되어 있다. 단지, 마이크로 캐비티층(131)의 광학적 두께만이 λ/4가 아닌 λ/2의 정수배가 된다. 따라서, 상부 DBR 층(130)을 형성함에 있어서, 각각의 박막층들의 두께를 정확하게 형성하는 것이 중요할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 반사 측정 방식(In-situ optical reflectometry)으로 각각의 박막층들의 측정과 성장을 병행할 수 있다. 즉, 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE) 장비 내부로 백색광을 투사하면서, 박막층이 성장하는 동안 기판에 반사되어 오는 빛을 감지하여 개별 박막층의 두께를 정교하게 조절할 수 있다.
또한, 앞서 이미 설명한 바와 같이, 상부 DBR 층(130)은 전류가 흐르는 통로의 역할도 한다. 따라서, 제 1 상부 DBR 층(132), 위상 매칭층(135), 제 2 마이크로 캐비티층(131), 및 제 2 상부 DBR 층(133)의 재료들은 Be를 도펀트로 사용하여 p-도핑될 수 있다. 도핑 농도는 약 0.8~1.2×1019/cm3 정도일 수 있다.
상부 DBR 층(130)의 아래에는 빛을 흡수하며 메인 캐비티의 역할을 하는 활성층(120)이 배치된다. 활성층(120)은 예를 들어 GaAs으로 이루어진 다수의 양자우물층(122)들과 상기 다수의 양자우물층(122)들 사이에 배치되며 Al0.31Ga0.69As로 이루어지는 다수의 장벽층(123)을 포함할 수 있다. 또한, 양자우물층(122)과 상부 DBR 층(130) 사이 및 양자우물층(122)과 하부 DBR 층(110) 사이에는 클래딩층(121)이 더 배치될 수 있다. 양자우물층(122)의 재료인 GaAs의 굴절률은 약 3.652이므로 광이 공진하는 동안 상부 DBR 층(130)의 저굴절률층(130b)(굴절률: 3.096)과 양자우물층(122) 사이 및 하부 DBR 층(110)의 저굴절률층(110b)과 양자우물층(122) 사이에서 광손실이 발생할 수도 있다. 따라서, 광손실을 최소화하기 위하여 양자우물층(122)과 저굴절률층(110b, 130b)의 중간 굴절률을 갖는 클래딩층(121)을 배치할 수 있다. 예를 들어, 클래딩층(121)은 약 3.413의 굴절률을 갖는 Al0.31Ga0.69As로 이루어질 수 있다.
메인 캐비티의 역할을 하는 활성층(120)의 광학적 두께는 λ/2의 정수배일 수 있다. 보다 높은 광흡수를 위해서 활성층(120)의 광학적인 두께를 예를 들어 3λ, 5λ 또는 7λ로 선택할 수도 있다. 활성층(120)이 두꺼워지면 흡수율이 증가하고 소자의 정전용량이 감소하지만, 제작 공정이 복잡해지고 구동전압이 높아지는 트레이드오프 관계가 있다. 이러한 활성층(120)의 광학적 두께는 양자우물층(122)과 장벽층(123)의 층 갯수와 두께, 및 클래딩층(121)의 두께에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 원하는 흡수 특성이 나타날 수 있도록 양자우물층(122)과 장벽층(123)의 층 갯수와 두께를 맞춘 후, 클래딩층(121)을 포함하는 활성층(120) 전체의 광학적 두께가 3λ, 5λ 또는 7λ가 되도록 클래딩층(121)의 두께를 선택할 수 있다.
활성층(120) 아래에는 하부 DBR 층(110)이 배치되어 있다. 하부 DBR 층(110)은 제 1 하부 DBR 층(112), 제 1 마이크로 캐비티층(111), 위상 매칭층(115), 및 제 2 하부 DBR 층(113)을 포함할 수 있다. 제 2 하부 DBR 층(113)은 위쪽으로부터 순서대로 저굴절률층(110b)과 고굴절률층(110a)이 반복적으로 적층된 구조이다. 고굴절률층(110a)은 예컨대 약 3.483의 굴절률을 갖는 Al0.2Ga0.8As로 이루어질 수 있으며, 고굴절률층(110a)의 두께는 약 610Å일 수 있다. 저굴절률층(110b)은 예컨대 약 3.096의 굴절률을 갖는 Al0.87Ga0.13As로 이루어질 수 있으며, 저굴절률층(130b)의 두께는 약 685Å일 수 있다. 제 2 하부 DBR 층(113) 아래에는 λ/4의 광학적 두께를 갖는 위상 매칭층(115)이 배치된다. 위상 매칭층(115)은 하부 DBR 층(110) 내에서 전체적으로 저굴절률층(110b)과 고굴절률층(110a)이 교호할 수 있도록 추가되는 층이다. 예를 들어, 위상 매칭층(115)은 저굴절률층(110b)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
위상 매칭층(115) 아래에는 제 1 마이크로 캐비티층(111)이 배치된다. 제 1 마이크로 캐비티층(111)은 고굴절률층(110a)과 동일한 재료인 Al0.2Ga0.8As로 이루어질 수 있다. 제 1 마이크로 캐비티층(111)의 두께는 λ의 광학적 두께를 갖도록 약 2440Å 정도일 수 있다. 그러나, 제 1 마이크로 캐비티층(111)의 광학적 두께가 λ에만 한정되는 것은 아니며, λ/2의 정수배 중에서 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 위상 매치층(115)이 고굴절률층(110a)과 동일한 재료인 경우에는, 제 1 마이크로 캐비티층(111)의 재료는 저굴절률층(110b)과 동일할 수도 있다. 마지막으로, 제 1 마이크로 캐비티층(111)의 아래에는 제 1 하부 DBR 층(112)이 배치될 수 있다. 제 2 하부 DBR 층(113)과 마찬가지로, 제 1 하부 DBR 층(112)도 저굴절률층(110b)과 고굴절률층(110a)이 반복적으로 적층된 구조를 갖는다.
이미 앞서 설명한 바와 같이, 하부 DBR 층(110)은 전류가 흐르는 통로의 역할도 한다. 따라서, 제 1 하부 DBR 층(112), 제 1 마이크로 캐비티층(111), 위상 매칭층(115), 및 제 2 하부 DBR 층(113)의 재료들은 Si가를 도펀트로 사용하여 n-도핑될 수 있다. 도핑 농도는 약 2.0~2.6×1018/cm3 정도일 수 있다.
또한, 하부 DBR 층(110) 아래에는 약 100Å의 두께의 n-GaAs로 이루어진 제 1 컨택층(102)이 배치될 수 있다. 제 1 컨택층(102)은 GaAs 기판(101) 위에 직접 형성될 수도 있지만, AlAs와 같은 버퍼층을 먼저 형성한 후, AlAs 버퍼층 위에 형성될 수도 있다. 또한, AlAs 버퍼층과 n-GaAs 컨택층을 대신하여, InGaP을 제 1 컨택층(102)으로서 사용할 수도 있다. GaAs 기판(101)의 중심에는 빛이 손실 없이 투과할 수 있도록 투명 윈도우(101a)가 형성될 수 있다. 투명 윈도우(101a)는 예를 들어 공기(air)일 수 있다.
상술한 하부 DBR 층(110), 활성층(120) 및 상부 DBR 층(130)의 각각의 박막층들은 예를 들어 분자빔 에피택시(MBE) 기술을 이용하여 에피택시 성장될 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 박막층들을 정확한 두께로 성장시키기 위하여, 반사 측정 방식으로 각각의 박막층들의 측정과 성장을 병행할 수 있다. 이러한 점에서 하부 DBR 층(110), 활성층(120) 및 상부 DBR 층(130)을 "P-I-N 에피택시 구조"라고 부를 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이미지 변조기(100)는 4개의 DBR 미러, 즉, 제 1 하부 DBR 층(112), 제 2 하부 DBR 층(113), 제 1 상부 DBR 층(132), 및 제 2 상부 DBR 층(133)과 3개의 캐비티, 즉, 활성층(120), 제 1 마이크로 캐비티(111), 및 제 2 마이크로 캐비티(131)를 포함하는 4-미러 3-캐비티 구조를 갖는다. 여기서, 각각의 DBR 미러에 의한 반사광의 위상은 광의 입사 순서에 따라 차례로 π, 0, 0, 0일 수 있다(도 4a 참조). 즉, 제 2 상부 DBR 층(133)의 상부면에서 반사되는 광의 위상은 입사광에 비해 π만큼 위상차를 갖는다. 나머지 DBR 층(112, 113, 132)의 상부면에서 반사되는 광의 위상은 입사광의 위상과 동일할 수 있다.
하부 DBR 층(110)과 상부 DBR 층(130)은 활성층(120)을 중심으로 대칭적으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 제 2 하부 DBR 층(113)과 제 1 상부 DBR 층(132)의 반사도는 동일하며, 제 1 하부 DBR 층(112)과 제 2 상부 DBR 층(133)의 반사도는 동일할 수 있다. 각각의 DBR 층의 반사도는 고굴절률층과 저굴절률층의 쌍의 갯수로 결정될 수 있다. 도 9에서, R1, R2, R3, R4는 각각 제 2 상부 DBR 층(133), 제 1 상부 DBR 층(132), 제 2 하부 DBR 층(113), 제 1 하부 DBR 층(112) 내의 고굴절률층과 저굴절률층의 쌍의 갯수를 나타낸다. 이미지 변조기(100)의 요구되는 광학적 특성에 따라 R1, R2, R3, R4는 적절히 선택될 수 있다. 그러나, 하부 DBR 층(110)과 상부 DBR 층(130)이 반드시 대칭적으로 형성되어야만 하는 것은 아니며, 제 1 마이크로 캐비티(111)와 제 2 마이크로 캐비티(131) 중 어느 하나가 생략될 수도 있다. 또는, 하부 DBR 층(110)과 상부 DBR 층(130) 중에서 적어도 하나의 층에 복수의 마이크로 캐비티가 배치될 수도 있다.
또한, 도 9에서 X1와 X2는 양자우물층(122)의 두께를 나타내며, 예를 들어 7nm, 7.5nm, 8nm, 8.5nm 중에서 선택될 수 있다. X1와 X2는 동일할 수도 있지만, 상이할 수도 있다. 또한, Y'는 양자우물층(122)의 개수를 나타내며, Y-λ는 활성층(120) 전체의 광학적 두께를 나타낸다. Y-λ는 예를 들어 3λ, 5λ, 7λ 중에서 선택될 수 있다. Y"는 클래딩층(121)의 두께로서, X1, X2, Y', Y가 정해지면 그에 따라 Y"도 함께 결정될 수 있다.
도 10a는 이미지 변조기(100)의 예시적인 설계 결과를 보이고 있다. 도 10a를 참조하면, 활성층(120)은 80Å의 두께를 갖는 137개의 양자우물층(122)과 136개의 장벽층(123) 및 70Å 두께의 클래딩층(121)을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 상부 DBR 층(133)은 2쌍, 제 1 상부 DBR 층(132)은 11쌍, 제 2 하부 DBR 층(113)은 11쌍, 그리고 제 1 하부 DBR 층(112)은 2쌍을 가질 수 있다. 활성층(120)의 전체 두께는 7λ이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 이미지 변조기(100)의 광학적 특성을 보이는 그래프이다. 도 10b에서, ①로 표시된 그래프는 활성층(120)이 존재하지 않는다고 가정할 경우의 파장별 투과도 특성을 나타낸다. 또한, ②로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 투과도 특성을 나타내고, ③으로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압이 인가되었을 때의 투과도 특성을 나타내다. 그리고, ④로 표시된 그래프는 ②의 투과도와 ③의 투과도 사이의 차이(이하, 투과도차)를 보인다. 그래프 ④에 표시된 투과도차의 크기가 크고 투과도차의 대역폭(예를 들어, 반치폭)이 넓을수록 이미지 변조기(100)의 변조 성능이 향상될 수 있다. 그래프 ④에서 투과도차의 대역폭은 약 9.4nm이다.
도 11a는 이미지 변조기(100)의 다른 예시적인 설계 결과를 보이고 있다. 도 11a를 참조하면, 상부 DBR 층(130)에만 λ/2 두께의 마이크로 캐비티(131)가 형성되어 있으며, 하부 DBR 층(110)에는 마이크로 캐비티가 형성되어 있지 않다. 또한, 고굴절률층으로서 Al0.2Ga0.8As 대신 Al0.31Ga0.69As를 사용하고, 저굴절률층으로서 Al0.87Ga0.13As 대신 Al0.88Ga0.12As를 사용한다. 제 2 상부 DBR 층(133)은 2쌍, 제 1 상부 DBR 층(132)은 11쌍, 제 2 하부 DBR 층(113)은 1쌍, 제 1 하부 DBR 층(112)은 1쌍을 가질 수 있다. 또한, 활성층(120)은 85Å의 두께를 갖는 74개의 양자우물층(122)과 80Å 두께를 갖는 60개의 양자우물층(122)을 포함한다. 즉, 활성층(120)은 두께가 다른 2종류의 양자우물층을 갖는다. 클래딩층(121)의 두께는 61Å이다. 활성층(120)의 전체 두께는 7λ이다. 하부의 제 1 컨택층(102)은 500Å 두께의 n-GaAs로 이루어진다. 본 실시예는 이후의 전극 형성 공정에서 에칭-스톱을 용이하게 하기 위해 제 1 컨택층(102)을 두껍게 설계한 경우이다.
도 11b는 도 11a에 도시된 이미지 변조기(100)의 광학적 특성을 보이는 그래프이다. 도 11b에서, ①로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 투과도 특성을 나타내고, ②으로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압이 인가되었을 때의 투과도 특성을 나타내다. 그리고, ③으로 표시된 그래프는 ①의 투과도와 ②의 투과도 사이의 투과도차를 보인다. 그래프 ③에서 투과도차의 대역폭은 약 10nm이다.
도 12a는 이미지 변조기(100)의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보이고 있다. 도 12a를 참조하면, DBR 층(110, 130)의 구성은 도 10a에 도시된 DBR 층(110, 130)의 구성과 유사하다. 다만, 제 1 상부 DBR 층(132)과 제 2 하부 DBR 층(113)은 12쌍을 갖는다. 활성층(120)의 구성은 도 11a에 도시된 활성층(120)과 같다. 즉, 활성층(120)은 85Å의 두께를 갖는 74개의 양자우물층(122)과 80Å 두께를 갖는 60개의 양자우물층(122)을 포함한다. 클래딩층(121)의 두께는 61Å이며, 활성층(120)의 전체 두께는 7λ이다.
도 12b는 도 12a에 도시된 이미지 변조기(100)의 광학적 특성을 보이는 그래프이다. 도 12b에서, ①로 표시된 그래프는 활성층(120)이 존재하지 않는다고 가정할 경우의 파장별 투과도 특성을 나타낸다. 또한, ②로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 투과도 특성을 나타내고, ③으로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압이 인가되었을 때의 투과도 특성을 나타내다. 그리고, ④로 표시된 그래프는 ②의 투과도와 ③의 투과도 사이의 투과도차를 보인다. 그래프 ④에서 투과도차의 대역폭은 약 10.6nm이며, 투과도차 그래프의 꼭지점 부분이 보다 평활하게 되었다.
도 13a는 이미지 변조기(100)의 또 다른 예시적인 설계 결과를 보이고 있다. 도 13a를 참조하면, DBR 층(110, 130)의 구성은 도 12a에 도시된 DBR 층(110, 130)의 구성과 동일하다. 활성층(120)은 75Å의 두께를 갖는 75개의 양자우물층(122)과 80Å 두께를 갖는 65개의 양자우물층(122)을 포함한다. 클래딩층(121)의 두께는 83Å이며, 활성층(120)의 전체 두께는 7λ이다.
도 13b는 도 13a에 도시된 이미지 변조기(100)의 광학적 특성을 보이는 그래프이다. 도 13b에서, ①로 표시된 그래프는 활성층(120)이 존재하지 않는다고 가정할 경우의 파장별 투과도 특성을 나타낸다. 또한, ②로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 투과도 특성을 나타내고, ③으로 표시된 그래프는 이미지 변조기(100)에 역 바이어스 전압이 인가되었을 때의 투과도 특성을 나타내다. 그리고, ④로 표시된 그래프는 ②의 투과도와 ③의 투과도 사이의 투과도차를 보인다. 그래프 ④에서 투과도차의 대역폭은 약 11.0nm이며, 투과도차 그래프의 꼭지점 부분이 더욱 평활하게 되었다.
상술한 바와 같이, PIN 구조의 투과형 이미지 변조기(100)의 하부 및 상부 DBR 층(110, 130)에 적어도 하나의 마이크로 캐비티(111, 131)를 형성함으로써, 3개 이상의 피크를 갖는 공진 파장 모드로 넓은 파장 영역에 걸쳐 투과도를 향상시킬 수 있다. 이러한 마이크로 캐비티(111, 131)는 고굴절률 재료나 저굴절률 재료를 λ/2 정수배의 광학적 두께로 형성되기 때문에, 마이크로 캐비티(111, 131)의 형성을 위한 별도의 복잡한 공정이 요구되지 않아 제작이 용이할 수 있다. 상술한 이미지 변조기(100)는 투과 대역폭이 넓고 평활한 특성을 가질 수 있기 때문에, 제작 공정의 오차에 의한 공진 파장의 변동이나, 온도 등의 외부 환경에 따른 공진 파장의 변동에도 안정된 성능을 보일 수 있다.
한편, 상술한 이미지 변조기(100)는 투과형이기 때문에 850nm 파장 대역의 빛을 흡수하는 GaAs 기판(101)을 제거하여 광손실을 최소화하는 것이 유리하다. 기판(101)을 제거하는 방법으로서, 습식 에칭을 통해 기판(101)을 완전히 제거하는 방법이나 ELO(Epitaxy Lift Off)와 같이 기판(101)을 떼어내는 방법 등이 있다. 그러나, 상술한 방법들은 이미지 변조기(100) 내의 다른 박막층들을 손상시킬 가능성이 있다. 따라서, 복잡한 기판(101) 제거 공정으로 인한 불확실성을 줄이기 위하여, 기판(101)을 부분적으로 제거함으로써 850nm 파장 대역의 빛이 통과할 수 있도록 투명 윈도우(101a)를 기판(101)의 중심부에 형성할 수 있다. 그런데, 투명 윈도우(101a)를 형성하기 위해 GaAs로 이루어진 기판(101)을 에칭하게 되면, 기판(101) 위의 제 1 컨택층(102)인 n-GaAs이 손상될 위험이 있다. 특히, GaAs에 의한 광손실을 줄이기 위하여 제 1 컨택층(102)을 50nm 정도로 매우 얇게 형성하기 때문에, 제 1 컨택층(102)의 손상 가능성이 높다. 에칭에 의한 제 1 컨택층(102)의 손상을 방지하기 위하여, 제 1 컨택층(102)으로서 n-GaAs 대신, 예를 들어 n-AlGaAs를 사용할 경우에는 그 위에 전극을 형성하기가 어렵다.
도 14a 내지 도 14h는 이러한 점을 고려하여 기판(101)에 투명 윈도우(101a)를 형성하기 위한 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
먼저, 도 14a를 참조하면, GaAs 기판(101) 위에 버퍼층(150)을 형성한다. 버퍼층(150)은 예를 들어 AlAs로 이루어질 수 있다. 그런 후, 버퍼층(150) 위에 제 1 컨택층(102), 에피택시층(200), 및 제 2 컨택층(140)을 차례로 성장시킨다. 예를 들어, 제 1 컨택층(102)은 n-GaAs이며 제 2 컨택층(140)은 p-GaAs일 수 있다. 여기서, 에피택시층(200)은 하부 DBR 층(110), 활성층(120) 및 상부 DBR 층(130)을 포함하는 층일 수 있다.
그런 후, 도 14b를 참조하면, 예컨대 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방식을 이용하여 기판(101)의 두께를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 350um이던 기판(101)의 두께를 200um로 줄일 수 있다. 그리고, 제 1 컨택층(102)이 부분적으로 노출되도록 에피택시층(200)과 제 2 컨택층(140)을 메사 에칭한다. 그러면 제 1 컨택층(102) 위에 제 1 전극(161)을 형성하고 제 2 컨택층(140) 위에 제 2 전극(162)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 14c를 참조하면, 이후의 건식 및 습식 에칭 공정 동안 제 1 컨택층(102), 에피택시층(200), 제 2 컨택층(140), 제 1 전극(161), 제 2 전극(162) 등을 보호하기 위하여 보호층(151, 152)을 형성할 수 있다. 보호층(151, 152)은 기판(101)의 저면 및 제 2 컨택층(140)과 제 2 전극(162)을 완전히 덮을 수 있다. 보호층(151, 152)은 예를 들어 SiO2로 이루어질 수 있다.
그런 후, 도 14d에 도시된 바와 같이, 하부 보호층(151)의 표면에 포토레지스트(153)를 형성하고 패터닝한다. 그 결과, 하부 보호층(151)의 가장자리를 따라 포토레지스트(153)가 형성되어 있으며, 하부 보호층(151)의 중심부는 외부에 노출되어 있다. 그런 후에는, 도 14e에 도시된 바와 같이, 노출된 하부 보호층(151)의 중심부를 에칭을 통해 제거한다. 이에 따라, 기판(101)의 중심부가 외부에 노출될 수 있다.
그러면, 예를 들어 ICP(Inductive Coupled Plasma) 에칭과 같은 건식 에칭 방식을 이용하여, 도 14f에 도시된 바와 같이, 외부로 노출된 기판(101)의 중심부를 제거할 수 있다. 건식 에칭을 통해서는 버퍼층(150)이 드러날 정도로 기판(101)을 완전히 제거하지 않고 일부 남겨둘 수 있다. 이어서, 도 14g에 도시된 바와 같이, 습식 에칭 방식으로 기판(101)의 남은 부분을 정밀하게 에칭한다. 예를 들어, 에칭액으로서 수산화 용액(NH4OH)을 사용할 수 있다. 기판(101)이 완전히 제거되어 버퍼층(150)이 노출되면 습식 에칭을 중단한다.
마지막으로, 도 14h를 참조하면, 적절한 버퍼 산화물 식각용액(buffer oxide etchant; BOE)을 이용하여 하부 및 상부 보호층(151, 152)의 SiO2를 제거할 수 있다. 이때, 기판(101)의 중심부를 통해 노출되어 있는 버퍼층(150)도 함께 제거될 수 있다. 상술한 방법에 따르면, 에피택시층(200) 내의 다양한 박막층들을 손상시키지 않으면서 기판(101)에 투명 윈도우(101a)를 형성할 수 있다.
도 14a 내지 도 14h에 도시된 방법은 제 1 컨택층(102)으로서 GaAs를 사용하는 경우에 대한 것이다. 제 1 컨택층(102)으로서 다른 재료를 사용할 경우에는 다른 방법으로 기판(101)에 투명 윈도우(101a)를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 컨택층(102)의 재료로서 InGaP를 사용할 수 있다. InGaP는 850nm 파장의 빛을 투과시킬 수 있으며, 그 위에 전극을 형성하기도 쉽다. 또한, InGaP는 에칭액으로서 사용하는 수산화 용액에 대해 에칭 스톱층으로서 작용할 수도 있다.
도 16a 내지 도 16c는 제 1 컨택층(102)으로서 InGaP를 사용하는 경우에 기판(101)에 투명 윈도우(101a)를 형성하기 위한 다른 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
먼저, 도 16a를 참조하면, GaAs 기판(101) 위에 제 1 컨택층(102), 에피택시층(200), 및 제 2 컨택층(140)을 차례로 성장시킨다. 예를 들어, 제 1 컨택층(102)은 n-InGaP이며 제 2 컨택층(140)은 p-GaAs일 수 있다. 에피택시층(200)은 하부 DBR 층(110), 활성층(120) 및 상부 DBR 층(130)을 포함하는 층일 수 있다. InGaP를 제 1 컨택층(102)의 재료로 사용하는 경우에는, GaAs를 사용하는 경우와 달리 광 손실이 적으므로 제 1 컨택층(102)의 두께를 충분히 두껍게 형성할 수 있다. 따라서, 기판(101)을 에칭하는 이후의 과정을 정교하게 하지 않아도 된다.
그런 후에는 도 14b 내지 도 14e에 도시된 과정과 동일한 공정을 수행한다. 즉, 기판(101)의 연마한 후, 제 1 컨택층(102)과 제 2 컨택층(140) 위에 각각 제 1 전극(161)과 제 2 전극(162)을 형성할 수 있다. 또한, 기판(101)의 저면과 제 2 전극(162)을 덮도록 보호층(151, 152)을 형성할 수 있다. 그리고, 하부 보호층(151)의 가장자리에 포토레지스트(153)를 형성하고, 노출된 하부 보호층(151)의 중심부를 에칭을 통해 제거할 수 있다.
다음으로, 도 15b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 수산화 용액(NH4OH)과 같은 에칭액을 사용하여 습식 에칭 방식으로 기판(101)을 제거할 수 있다. InGaP를 제 1 컨택층(102)의 재료로 사용하는 경우에는 건식 에칭을 통해 기판(101)의 일부만을 미리 제거해둘 필요가 없다. 기판(101)이 완전히 제거되어 InGaP로 이루어진 제 1 컨택층(102)이 노출되면 에칭을 중단할 수 있다.
마지막으로, 도 15c를 참조하면, 적절한 버퍼 산화물 식각용액(buffer oxide etchant; BOE)을 이용하여 하부 및 상부 보호층(151, 152)의 SiO2를 제거할 수 있다. 이때, 기판(101)의 중심부를 통해 노출되어 있는 버퍼층(150)도 함께 제거될 수 있다. 상술한 방법에 따르면, 버퍼층(150) 없이 에피택시층(200) 내의 다양한 박막층들을 손상시키지 않으면서 기판(101)에 투명 윈도우(101a)를 보다 간단하게 형성할 수 있다.
한편, 기판(101)에 투명 윈도우(101a)가 형성되어 있기 때문에, 이미지 변조기(100)가 외부의 충격에 취약해질 수도 있다. 따라서, 도 16에 도시된 바와 같이 투명한 보강 구조물을 이미지 변조기(100)의 상부에 장착할 수도 있다. 도 16을 참조하면, 예를 들어 투명한 에폭시 수지(170)를 이미지 변조기(100)의 상부에 도포한 다음, 그 위에 투명 커버(171)를 접착할 수 있다. 투명 커버(171)로는 예를 들어 유리나 투명한 플라스틱 재료를 사용할 수 있다. 투명 커버(171)의 광입사면에는 광손실을 줄이기 위하여 예를 들어 반사방지층을 코팅할 수 있다.
상술한 이미지 변조기(100)는 예를 들어 3차원 영상 획득 장치의 촬상소자 앞에 배치되어 변조된 이미지를 촬상소자에게 제공할 수 있다. 그런데, 이미지 변조기(100)를 CCD나 CMOS와 같은 면적으로 제작할 경우, 이미지 변조기(100)의 정전 용량(capacitance)이 증가하게 될 수 있다. 정전 용량의 증가는 결과적으로 RC 시정수(Time constant)의 증가를 초래하기 때문에, 20~40MHz의 초고속 동작을 제약하는 원인이 될 수 있다. 따라서, 정전용량과 면저항(sheet resistance)을 줄이기 위하여 다수의 소면적 이미지 변조기(100)를 어레이의 형태로 배열하여 사용할 수 있다.
도 17은 상술한 구조를 갖는 다수의 이미지 변조기(100)들의 어레이를 포함하는 이미지 변조기 어레이 장치(200)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 17을 참조하면, 이미지 변조기 어레이 장치(200)는 인쇄회로기판(201), 인쇄회로기판(201) 위에 배열된 다수의 구동 회로(210) 및 인쇄회로기판(201) 위에 실장된 이미지 변조기 어레이(220)를 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 이미지 변조기 어레이(220)는 절연층(221) 내에 배열된 다수의 이미지 변조기(100)들의 어레이를 포함할 수 있다. 구동 회로(210)의 개수와 이미지 변조기(100)의 개수는 같을 수 있으며, 하나의 구동 회로(210)가 하나의 이미지 변조기(100)를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 이미지 변조기(100)의 상부면에는 제 2 전극(162)이 배치되어 있으며, 제 2 전극(162)은 절연층(221) 상에 형성된 제 2 전극 패드(223)와 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 제 2 전극 패드(223)는 대응하는 구동 회로(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 전극(162)은 예를 들어 피쉬본(fish bone) 형태, 매트릭스 또는 메시 형태의 격자로 형성될 수 있다. 또한, 이미지 변조기(100)의 둘레를 따라 제 1 전극(161)이 배치되어 있으며, 제 1 전극(161)은 절연층(221) 상에 형성된 제 1 전극 패드(222)와 전기적으로 연결되어 있다. 제 1 전극 패드(222)는 공통 전원에 연결될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용한 투과형 이미지 변조기에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100.....이미지 변조기 101.....기판
102.....제 1 컨택층 110.....하부 DBR 층
111.....제 1 마이크로 캐비티 120.....활성층
130.....상부 DBR 층 131.....제 2 마이크로 캐비티
140.....제 2 컨택층 200.....이미지 변조기 어레이 장치
201.....인쇄회로기판 210.....구동 회로
220.....이미지 변조기 어레이 221.....절연층
102.....제 1 컨택층 110.....하부 DBR 층
111.....제 1 마이크로 캐비티 120.....활성층
130.....상부 DBR 층 131.....제 2 마이크로 캐비티
140.....제 2 컨택층 200.....이미지 변조기 어레이 장치
201.....인쇄회로기판 210.....구동 회로
220.....이미지 변조기 어레이 221.....절연층
Claims (24)
- 하부 반사층;
상기 하부 반사층 위에 배치된 것으로, 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층을 포함하는 활성층;
상기 활성층 위에 배치된 상부 반사층;
상기 하부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 1 마이크로 캐비티층; 및
상기 상부 반사층 내에 배치된 적어도 하나의 제 2 마이크로 캐비티층;을 포함하며,
공진 파장을 λ라 할 때, 상기 활성층과 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층은 λ/2의 정수배의 광학적 두께를 가지며,
상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 마이크로 캐비티층은 패브리-페로 공진기의 역할을 하도록 구성되고,
상기 하부 반사층은, 제 1 하부 반사층, 상기 제 1 하부 반사층 위에 배치된 상기 제 1 마이크로 캐비티층, 상기 제 1 마이크로 캐비티층 위에 배치된 제 1 위상 매칭층, 및 상기 제 1 위상 매칭층 위에 배치된 제 2 하부 반사층을 포함하며,
상기 제 1 하부 반사층은 굴절률이 서로 다르고 반복적으로 교호하여 적층된 다수의 제 1 굴절률층과 다수의 제 2 굴절률층의 제 1 쌍을 포함하며, 상기 제 1 마이크로 캐비티층은 제 1 굴절률층으로 이루어지고, 상기 위상 매칭층은 제 2 굴절률층으로 이루어지며, 상기 제 2 하부 반사층은 다수의 제 1 굴절률층과 다수의 제 2 굴절률층의 제 2 쌍을 포함하고,
상기 상부 반사층은, 상기 활성층 위에 배치된 제 1 상부 반사층, 상기 제 1 상부 반사층 위에 배치된 제 2 위상 매칭층, 상기 제 2 위상 매치층 위에 배치된 상기 제 2 마이크로 캐비티층, 및 상기 제 2 마이크로 캐비티층 위에 배치된 제 2 상부 반사층을 포함하며,
상기 제 1 상부 반사층은 다수의 제 2 굴절률층과 다수의 제 1 굴절률층의 제 3 쌍을 포함하며, 상기 제 2 위상 매칭층은 제 2 굴절률층으로 이루어지고, 상기 제 2 마이크로 캐비티층은 제 1 굴절률층으로 이루어지며, 상기 제 2 상부 반사층은 다수의 제 2 굴절률층과 다수의 제 1 굴절률층의 제 4 쌍을 포함하고,
상기 제 1 쌍의 갯수는 상기 제 2 쌍의 갯수보다 작고 상기 제 3 쌍의 갯수는 상기 제 4 쌍의 갯수보다 많은 투과형 이미지 변조기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 굴절률층과 제 2 굴절률층의 광학적 두께가 각각 λ/4인 투과형 이미지 변조기. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 하부 반사층과 상기 상부 반사층은 상기 활성층을 중심으로 대칭적인 구조를 갖는 투과형 이미지 변조기. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 하부 반사층의 반사도와 상기 제 2 상부 반사층의 반사도가 서로 동일하며, 제 2 하부 반사층의 반사도와 상기 제 1 상부 반사층의 반사도가 서로 동일한 투과형 이미지 변조기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 상부 반사층의 표면에서 반사된 광의 위상은 π이고, 상기 제 1 하부 반사층, 제 2 하부 반사층, 및 제 1 상부 반사층의 표면에서 반사된 광의 위상은 0인 투과형 이미지 변조기. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 굴절률층은 AlxGa1-xAs을 포함하며, 제 2 굴절률층은 AlyGa1-yAs을 포함하고 0 < x < 1, 0 < y < 1, x < y인 투과형 이미지 변조기. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층은, 반복적으로 교호하여 적층된 상기 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층, 상기 하부 반사층과 상기 활성층 사이에 배치된 제 1 클래딩층, 및 상기 상부 반사층과 상기 활성층 사이에 배치된 제 2 클래딩층을 포함하는 투과형 이미지 변조기. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 클래딩층은 상기 양자우물층의 굴절률과 상기 상부 반사층의 굴절률 사이의 굴절률을 가지며, 상기 제 2 클래딩층은 상기 양자우물층의 굴절률과 상기 하부 반사층의 굴절률 사이의 굴절률을 갖고, 상기 제 1 클래딩층과 상기 제 2 클래딩층은 서로 동일한 재료 및 동일한 두께로 이루어지는 투과형 이미지 변조기. - 제 13 항에 있어서,
상기 양자우물층은 두께가 서로 다른 제 1 양자우물층과 제 2 양자우물층을 포함하는 투과형 이미지 변조기. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 반사층의 하부 표면에 배치되는 제 1 컨택층, 및 상기 상부 반사층의 상부 표면에 배치되는 제 2 컨택층을 더 포함하는 투과형 이미지 변조기. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 컨택층은 n-GaAs 또는 n-InGaP으로 이루어지는 투과형 이미지 변조기. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 컨택층의 하부 표면에 배치되는 기판, 및 상기 기판의 중심부에서 상기 기판을 제거하고 형성된 투명 윈도우를 더 포함하는 투과형 이미지 변조기. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 컨택층 위에 도포된 투명 수지 및 상기 투명 수지 위에 배치된 투명 커버를 더 포함하는 투과형 이미지 변조기. - 기판 위에 제 1 컨택층을 형성하는 단계;
상기 제 1 컨택층 위에 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 투과형 이미지 변조기를 형성하는 단계;
상기 상부 반사층의 상부 표면에 제 2 컨택층을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계;를 포함하는, 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 1 컨택층은 n-GaAs로 이루어지며, 상기 기판 위에 제 1 컨택층을 형성하는 단계는 상기 기판 위에 AlAs 버퍼층을 먼저 형성하는 단계, 및 상기 AlAs 버퍼층 위에 제 1 컨택층 형성하는 단계를 포함하는, 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계는:
상기 기판의 하부 표면에 제 1 보호층을 형성하고 상기 제 2 컨택층의 상부 표면에 제 2 보호층을 형성하는 단계;
제 1 보호층의 가장자리를 따라 포토레지스트를 형성하고, 상기 기판이 노출되도록 상기 제 1 보호층의 중심부를 제거하는 단계;
상기 버퍼층이 드러나기 직전까지 건식 에칭 방식으로 상기 노출된 기판을 제거하는 단계;
상기 버퍼층이 노출되도록 습식 에칭 방식으로 상기 기판의 남은 부분을 제거하는 단계; 및
상기 노출된 버퍼층과 상기 제 1 및 제 2 보호층을 제거하는 단계;를 포함하는, 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 1 컨택층은 n-InGaP으로 이루어지는, 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 기판의 중심부를 제거하여 투명 윈도우를 형성하는 단계는:
상기 기판의 하부 표면에 제 1 보호층을 형성하고 상기 제 2 컨택층의 상부 표면에 제 2 보호층을 형성하는 단계;
제 1 보호층의 가장자리를 따라 포토레지스트를 형성하고, 상기 기판이 노출되도록 상기 제 1 보호층의 중심부를 제거하는 단계;
상기 제 1 컨택층이 노출되도록 습식 에칭 방식으로 상기 기판의 노출된 부분을 제거하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 보호층을 제거하는 단계;를 포함하는, 기판 상에 투과형 이미지 변조기를 형성하는 방법.
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