KR0113733Y1 - 표면 광 레이저(vcset)의 광출력 검출장치 - Google Patents

Abstract

표면 광 레이저(VCSEL : vertical cavity surface emitting laser)의 광출력 검출장치가 개시되어 있다.

이 VCSEL의 광출력 검출장치는 반도체 기판과, 이 기판상에 집적된 VCSEL 다이오드인 제1광원과, 상기 제1광원과 마찬가지 구조의 VCSEL다이오드인 제2광원을 구비하고, 이 두 광원의 전극층에 동일 또는 상호 비례하는 순방향 바이어스 전압을 인가한다. 이 전압에 의하여 상기 VCSEL다이오드는 수직방향으로 원형광이 출사한다. 상기 제1광원에서 출사되는 광은 그 본래의 목적에 이용하고, 상기 제2광원에서 출사되는 광은 상기 제1광원에서 출사되는 광량을 제어하기 위한 모니터 전용으로 이용한다.

이를 위하여 상기 제2광원의 상부에 광검출기를 결합 구비하였다. 이 광검출기에서 수광된 광량에 따른 신호를 상기 제1광원에 자동제어부를 경유하여 제어신호를 전달하므로써 제1광원에서 출사되는 출사광량을 제어한다.

Description

표면 광 레이저(VCSEL)의 광출력 검출장치

제1도는 종래의 VCSEL 다이오드를 광원으로 이용하는 경우의 모니터용 광검출기의 일 예를 나타낸 사시도이다.

제2도는 종래의 VCSEL 다이오드를 광원으로 이용하는 경우의 모니터용 광검출기의 다른 예를 나타낸 사시도이다.

제3도는 본 고안에 따른 VCSEL의 광출력 검출장치를 나타낸 사시도이다.

( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 반도체 기판 32 : 제1VCSEL 다이오드

41 : 광검출기 42 : 제2VCSEL 다이오드

50 : 자동제어부

본 고안은 표면 광 레이저(vertical cavity surface emitting laser :이하 VCSEL로 기술함)의 광출력 검출장치에 관한 것으로, 상세하게는 수직으로 발산되는 광을 제어하는데 사용되는 광량을 검출하기 위한 모니터용 광검출기를 개량한 VCSEL 다이오드의 광출력 검출장치에 관한 것이다.

VCSEL 다이오드를 이용한 광원은 모서리 발광 레이저 다이오드와는 다르게 기판 상에 적층된 반도체 물질로 이루어진 스택(stack)에 대하여 수직 방향으로 광을 발산한다. 이 광원에서 발산된 광은 원형광에 가깝고, 높은 광밀도를 가지며 단일 종모드로 동작하는 특징을 가진다. 상기 VCSEL다이오드는 단일 반도체 기판상에 광원과 이 광원에서 출사된 광을 이용하여 검출된 광신호중 에러신호에 대한 정보 검출수단인 광검출이 집적 가능하므로, 광픽업용 광원등 광응용 분야에서 관심을 끌고 있다.

그러나, 종래의 모서리 발광 레이저 다이오드는 대응되는 양측면에서 광이 출사되어 그 일면에서 출사된 광은 광원으로 사용하고, 나머지 면에서 출사된 광은 모니터용으로 사용하므로 모니터용 광검출기를 통하여 광원의 광량 조절에 어려움이 없는 것에 비하여, 상기 VCSEL 다이오드는 광이 수직한 방향으로 출사되고 그 출사되는 면중 일면이 반도체 기판상에 결합되어 있으므로, 모니터용 광검출기를 설치하기 위한 대응 방안을 마련하여야 한다.

종래에는 모니터용 광검출기를 설치하기 위한 수단으로 광원으로 이용되는 VCSEL다이오드의 상면에 평판형의 광검출기를 마련하거나, 상기 VCSEL 다이오드가 구동시 측면으로 방향성이 없이 발산되는 자발광을 수광하도록 상기 VCSEL 다이오드 주변을 둘러싼 광검출기를 마련하였다.

제1도는 종래의 VCSEL 다이오드를 광원으로 이용하는 경우의 모니터용 광검출기의 일 예를 나타낸 사시도이다. 이 도면을 참조하여 그 구조와 동작 원리를 설명하면, 다음과 같다.

VCSEL 다이오드는 기판(10)과, 이 기판(10)상에 집적되어 광을 발산하도록 순방향 바이어스 전압의 인가등 전기적 수단을 포함한 VCSEL 다이오드 광원(12)과, 상기 광원의 측면으로 발산하는 자발광을 흡수하도록 상기 광원 주변을 감싸도록 된 고리형상이고 역방향 바이어스 전압 또는 전압이 인가되지 않는 전기적 수단을 포함하는 VCSEL 다이오드로 된 광검출기(14)로 이루어져 있다.

상기 광검출기(14)는 상기 광원(12)에서 발산되는 자발광을 흡수한후 전기적 신호로 변환하여 상기 광원(12)의 전극에 피드백하여 인가함으로써 광량을 제어할 수 있는 장점이 있지만, 그 측면으로 방출되는 자발광이 수직으로 발산되는 광량에 정확히 비례하지 않을 뿐 아니라 수직으로 발산되는 광량에 비하여 그 출사량이 현저히 적고, 발산된 자발광의 대부분이 광검출기를 통하여 흡수되지 않고 외부로 통과하므로 수직 발산 광량을 제어하기 위한 신호로 사용하는데 어려움이 있었다.

제2도의 종래의 VCSEL 다이오드를 광원으로 이용하는 경우의 모니터용 광검출기의 다른 예를 나타낸 사시도이다.

자발광을 이용할때의 검출되는 출력량을 증가시키기 위하여 측면 자발광을 이용하지 않고 수직으로 발산되는 광량을 이용하였다. 그 이용 수단으로 반도체 기판(20)과, 이 기판(20)상에 적어도 하나의 P층과 적어도 하나의 N층을 포함하는 복수개의 수평층들의 적층구조의 스택(stack)으로 이루어진 VCSEL 다이오드 광원(22)과, 상기 광원(22)의 상면에 광검출기(24)를 위치하였다. 이 광검출기(24)는 상기 VCSEL다이오드 광원(22)의 상면에 소정 두께로 마련되어 있어 입사된 일부광은 흡수하고 나머지 광은 투과하도록 되어 있다. 이때 흡수되는 광을 이용하여 모니터용 광을 검출한다. 이 경우 모니터용으로 검출되는 광량은 충분하여 그 기능을 수행하는데 문제가 없으나 그 모니터를 투과하여 광 기록 재생 매체에 입사되는 광량이 감소하는 단점이 있었다. 따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 단점들을 극복하기 위하여 안출된 것으로서 상기 광검출기의 형상을 변형함으로써, 흡수되는 광의 효율을 높임과 동시에 디스크에 입사되는 광의 효율을 좋게 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 반도체 기판과, 상기 기판상에 집적되고 적어도 하나의 N층과 적어도 하나의 P층을 포함하는 복수개의 수평층들의 적층구조이며, 이 적층구조의 상면과 하면에 각각 전극층이 형성되고 이 전극층에 순방향 바이어스 전압이 인가되여 수직으로 광을 발산하도록 된 제1VCSEL 다이오드와, 상기 제1VCSEL 다이오드의 주위에 마련되어 상기 광원에서 출사되는 광량을 검출하여 제어하도록 된 광제어수단을 구비한 VCSEL의 광출력 검출장치에 있어서, 상기 광제어수단으로 상기 기판상에 적어도 하나의 N층과 적어도 하나의 P층으로 된 복수개의 수평층들의 적층구조로 되고, 상기 수평층들의 상면과 하면에 각각 전극층이 형성되고 이 전극층들에 인가되는 순방향 바이어스 전압이 상기 제1VCSEL 다이오드에 인가되는 전압에 비례하도록 된 모니터용 제2VCSEL 다이오드와, 상기 제2VCSEL 다이오드에서 수직방향으로 출사되는 광을 수광하도록 그 상면에 결합된 광검출기와, 상기 광검출기에서 수광된 신호를 통하여 상기 제1VCSEL 다이오드에 공급되는 전기력의 세기를 조절하는 자동제어부가 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

제3도는 본 고안에 따른 VCSEL의 광출력 검출장치를 나타낸 사시도이다.

표면 광 레이저(vertical cavity surface emitting laser : 이하, VCSEL로 기술함)다이오드인 제1광원 (32)은 예를 들면 N형 GaAs와 같은 반도체 기판(30)상에 형성되어 있으며, 적어도 하나의 N층과 적어도 하나의 P층을 포함하며, 하나의 층위에 다른 층이 적층되어 스택(stack)을 이룬다. 이 스택은 N형 분포 브래그 반사기 (distributed Braggreflector : 이하, DBR로 기술함) 스택과 P형 DBR 스택 사이에 형성된 양자-우물 활성 영역에 의해 광을 출사하게 된다. 이 제1광원(32)은 전원을 포함하는 바이어스 회로에 의하여 순방향으로 바이어스 되며, 도시된 바와 같이 수직 방향으로 광을 발산한다. 동시에 측면으로도 방향성이 없는 자발광을 발산하지만, 이 자발광은 수직으로 발산되는 광에 비하여, 그 광량이 작으므로 그 광량의 방출을 활용하지 않았다.

상기 제1광원(32)의 수직방향으로 출사되는 광량을 제어하기 위한 수단으로 상기 제1광원(32)과 동일 기판(30)상에 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량에 비례하는 광을 출사하도록 된 제2광원(42)을 마련하였다. 이 제2광원(42)은 상기 제1광원(32)과 마찬가지로 VCSEL다이오드를 이용하였다. 이 VCSEL 다이오드는 상기 제1광원(32)으로 사용되는 VCSEL 다이오드와 그 구조에 있어서, 구별될 필요가 없으며 때에 따라서는 동일 물질로 동일 구조로 집적할 수 있다.

상기 제1광원(32)에 인가되는 순방향 바이어스 전압에 의하여 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량이 결정된다. 이 출사광량을 제어하기 위하여 상기 제2광원(42)에 인가되는 전압으로 상기 제1광원(32)에 인가되는 순방향 바이어스 전압을 이용하거나 이에 비례하는 전압원을 이용한다. 따라서, 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량에 비례하여 상기 제2광원(42)에서 출사되는 광량이 변화하게 된다.

상기 제2광원(42)의 상면에 모니터에 의한 광검출기(41)를 직접 체결구비하였다. 이 광검출기(41)는 상기 제2광원(42)에서 출사하는 광량을 수광한다.

상기 광검출기의 구조는 종래의 모서리 발광 레이저 다이오드에서 채용한 모니터용 광검출기와 동일한 구조일 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 다이오드의 구조를 가지며, 그 양 전극층에 전압을 인가하지 않거나, 양전극층에 역방향 바이어스 전압을 인가하여 상기 제2광원(42)에서 출사하는 광을 능동적으로 수광할 수 있도록 할 수 있다.

상기 광검출기(41)에서 수광된 광량은 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량의 증감에 비례하여 변화하므로, 상기 제1광원(32)과 이 광검출기(41)사이에 자동제어부(APC:automatic power controller:50)를 마련하였다. 상기 자동제어부(50)를 통하여 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량이 적정 광량보다 큰경우, 상기 광검출기(41)에서 수광된 광량이 증가하게 되어 그 수광량에 따른 적정 광량과의 변위를 계산하여 상기 제1광원(32)의 출사 광량을 감소시킨다. 물론, 상기 제1광원(32)에서 출사되는 광량이 적정광량 이하인 경우, 상기 광검출기(41)의 수광량이 감소하게 되고, 그 정보가 상기 자동제어부(50)에 전달되어, 상기 제1광원(32)을 제어하게 된다.

이와 같이 이루어진 VCSEL을 이용한 광원 및 광검출기 조합체는 출사되는 광의 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 제2광원에서 출사되는 광량을 모니터용 광검출기 전용으로 이용하므로 보다 정밀한 광량 제어가 가능하다.

따라서, 광 기록 장치와, 광통신, 컴퓨터 시스템등 많은 광응용 분야에 다양하게 적용 가능한 매우 유용한 고안이다.

Claims (3)

1. 반도체 기판(30)과, 상기 기판(30)상에 집적되고 적어도 하나의 N층과 적어도 하나의 P층을 포함하는 복수개의 수평층들의 적층구조이며, 이 적층구조의 상면과 하면에 각각 전극층이 형성되고 이 전극층에 순방향 바이어스 전압이 인가되여 수직으로 광을 발산하도록 된 제1VCSEL다이오드(32)와, 상기 제1VCSEL 다이오드의 주위에 마련되어 상기 광원에서 출사되는 광량을 검출하여 제어하도록 된 광제어수단을 구비한 VCSEL의 광출력 검출장치에 있어서, 상기 광제어수단으로 상기 기판(30)상에 적어도 하나의N층과 적어도 하나의 P층으로 된 복수개의 수평층들의 적층구조로 되고, 상기 수평층들의 상면과 하면에 각각 전극층이 형성되고 이 전극층들에 인가되는 순방향 바이어스 전압이 상기 제1VCSEL 다이오드(32)에 인가되는 전압에 비례하도록 된 모니터용 제2VCSEL 다이오드(42)와, 상기 제2VCSEL 다이오드(42)에서 수직방향으로 출사되는 광을 수광하도록 그 상면에 결합된 광검출기(41)와, 상기 광검출기(41)에서 수광된 신호를 통하여 상기 제1VCSEL 다이오드(32)에 공급되는 전기력의 세기를 조절하는 자동제어부(50)가 구비된 것을 특징으로 하는 VCSEL의 광출력 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2VCSEL 다이오드(42)가 상기 제1VCSEL 다이오드(32)와 동일 형상과 동일 구조로 이루어 진 것을 특징으로 하는 VCSEL의 광출력 검출장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광검출기(41)는 적어도 하나의 N층과 적어도 하나의 P층으로 된 복수개의 수평층들의 적층구조로 되고, 상기 수평층들의 상면과 하면에 각각 전극층이 형성되고, 상기 전극층들에 역방향 바이어스 전압이 인가되어 상기 제2광원(42)에서 출사되는 광을 수광하도록 된 것을 특징으로 하는 VCSEL의 광출력 검출장치.