KR100346377B1

KR100346377B1 - 상온 구동 반도체 레이저 ｃｒｔ

Info

Publication number: KR100346377B1
Application number: KR1019990018448A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 김상균; 김상묵; 송영우; 김문권; 박덕성; 최종식
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2002-08-01
Also published as: KR20000074475A; US6518698B1; JP2000340131A

Abstract

본 발명은 전자빔에 의해 펌핑되는 상온 구동 반도체 레이저 CRT를 기재한다. 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT는 비이커 형태의 유리로된 투명지지판에 레이저 타겟이 고정되고, 이 유리 지지판을 유리 벌브와 프릿 유리로 봉착한 구조를 가진다. 따라서, 열팽창 차이에 의한 유리 벌브의 파열이나 진공 기밀 유지가 파손될 염려가 없다.

Description

상온 구동 반도체 레이저 ＣＲＴ{Semiconductor laser cathode ray tube for driving at room temperature}

본 발명은 전자빔에 의해 펌핑되는 상온 구동 반도체 레이저 CRT에 관한 것이다.

도 1은 종래의 반도체 레이저 CRT의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 레이저 CRT는 기본적으로 일측 끝단에 탑재된 레이저 타겟(2)과 타측 끝단 가까이에 위치한 전자총(14)을 갖는 진공의 유리 벌브(3)를 구비한다. 전자 빔 집속 및 편향 수단, 즉 자기 배열은 전자빔이 집속되어 레이저 타켓(2)를 가로질러 스캐닝되도록 전자총 근처의 튜브를 둘러싼다. 고 전압원(미도시)에 의하여 높은 양의 포텐셜에서 유지되는 레이저 타겟(2)은 유리 벌브(3)의 끝에 봉해진 투명지지판(5)의 내부표면에 탑재된다. 레이저 타겟(2)은 반도체 구조체로 이루어져 발광의 자극 방출을 유지하기 위한 기존의 Fabry-Perot 형태의 공진기를 형성하는 수단을 포함한다. 즉, 공진기는 한쌍의 미러(미도시)에 의해 형성된다. 이에 대해서는 나중에 설명한다.

동작에 있어서, 레이저 타겟(2)에 인가된 높은 양의 포텐셜은 전자빔이 레이저 타겟(2)의 반도체 구조체 쪽으로 끌어당겨져 흡수되도록 한다. 이 반도체 구조체 내에서 전자빔은 전자-정공 쌍을 발생시킨다. 전자들 및 정공들이 방사적으로 재결합할 때, 그들은 광 방사를 발생시키는데, 이 광사는 공진기 내의 순수 이득으로 자극 방출을 야기하여 기본적으로 레이저 타겟(2) 면에 수직하게 방출되는 광 빔을 생성한다. 전자빔은 타겟의 내측면에 거의 90°각도를 만들기 때문에, 광 빔 및 전자빔은 근본적으로 평행으로 생각될 수 있다. 광 빔은 전자빔을 스캐닝함으로써 스캐닝될 수 있다.

특히, 도 1에 도시된 레이저 CRT는 유리 벌브(3)에 레이저 타켓(2)을 탑재하는 투명지지판(5)이 금속 링(8)에 의해 접합된다. 이 금속 링(8)은 유리 벌브(3)와 열팽창 계수가 유사하여 유리 벌브(3)와 접합된 코바 링(covar-ring)(8a) 및 사파이어 등으로 형성된 투명지지판(5)과 열팽창 계수가 유사하여 투명지지판(5)과 접합된 코바 링(8b)이 접합된 구조로 되어 있다. 또한, 레이저 타겟(2)을 냉각시키기 위한 저온유지장치(1) 즉 크리어스탯(cryostat)이 보조 투명지지판(6)과 함께 구비되며, 저온유지장치(1)와 외기와의 열전달을 막기 위하여 진공 밀봉된 유리 튜브(7)을 구비하고 있다. 여기서, 유리 벌브(3)와 접합된 코바 링(covar-ring)(8a) 및 투명지지판(5)과 접합된 코바 링(8b)은 솔더링(soldering) 등의 기법으로 접합된다. 도 2는 이와 같은 유리 벌브(3)와 접합된 코바 링(covar-ring)(8a)및 투명지지판(5)과 접합된 코바 링(8b)의 입체적 모습을 조립된 순서로 분해하여 보여준다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 레이저 CRT는 저온유지장치(1)를 구비하고 있으나, 상온 구동시에는 이 저온유지장치(1)가 필요없게 된다. 더욱이, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 제작된 레이저 타겟(2)이 사용되는 경우, 투명 지지판인 사파이어 기판에 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)법으로 직접 단결정을 성장시켜 사용하게 된다. 따라서, 코바-링(8)이 측면에 부착된 사파이어 지지판(5, 6)을 성장 기판으로 사용하여야 한다. 이럴 경우, MOCVD 공정에서의 성장 온도가 최소 800℃ 이상이어야 하므로 반응기에 유입되는 금속유기가스(metalorganic gas) 및 수소화합물 가스(hydride gas)가 코바-링과 반응하여 쉽게 부식되거나 표면에 또 다른 화합물을 형성시켜 코바-대-코바 접합이 불가능하여 지는 문제점이 발생된다. 이와는 달리 사파이어 지지판에 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 성장시키고 나서 코바-링을 부착할 경우에는 용접(welding)시 발생되는 1000℃ 이상의 고온의 열기에 의해 성장된 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 단결정의 구조 및 조성의 파괴가 유발된다.

또한, 이러한 코바-링 접착 방법은 공정이 복잡하고, 그 재료가 되는 코바-링 자체의 재료가 비싸며, 내부 진공에 대한 기밀 유지가 어렵다는 문제가 있다. 특히, 기밀 유지는, 도 2에 도시된 바와 같이, 유리 벌브(3)와 코바-링(8a) 사이에 열팽창 계수에 약간의 차이만 있어도, 코바-링(8a)이 화살표 방향으로 유리 벌브(3) 보다 과도하게 팽창하거나 혹은 수축하여 유리 벌브(3)가 깨어지거나 유리 벌브(3)와의 틈이 생겨, 어렵게 된다. 코바-링의 과도 팽창에 의한 유리 벌브의 파손을 막기위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 벌브(13)의 외측에 코바-링(18a)을 접착한다 하더라도 틈이 생기는 문제는 해결할 수 없다.

또한, 금속 재료인 코바-링을 사용하는 경우에 유리 벌브 내부의 내전압을 저하시키는 문제점도 존재한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 금속의 코바-링을 대체하는 동일한 열팽창 계수를 갖는 접착 재료를 사용하여 유리 벌브 내의 기밀 유지가 보장되는 상온 구동 반도체 레이저 CRT를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반도체 레이저 CRT의 개략적 구성을 보여주는 단면도,

도 2는 도 1의 반도체 레이저 CRT의 일부 부품을 조립된 순서로 분해하여 전개한 사시도,

도 3은 종래의 또 다른 반도체 레이저 CRT의 개략적 구성을 보여주는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT의 개략적 구성을 보여주는 단면도,

그리고 도 5는 도 4의 레이저 CRT에서 반도체 타겟 및 유리 기판 부분을 확대한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 저온유지장치(cryostat) 2. 레이저 타겟

3. 유리 벌브 4. 전자총

5, 6. 투명 지지판(사파이어) 7. 유리 튜브

8. 코바 링(covar ring) 12. 레이저 타겟

13. 유리 벌브 14. 전자총

15. 투명 지지판(사파이어) 18. 코바 링(covar ring)

100. 투명 지지판(유리판) 101. 레이저 타겟

102. 프릿 유리(frit glass) 봉착제 103. 광 빔

104. 전자총 110. 접착제(glue)

120. 반도체 기판 130. 전면 미러(부분 투과 미러)

140. 활성층(MQW) 150. 배면 미러(반사 미러)

160. 금속막(metal back)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT는, 반도체 화합물로 형성된 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성된 전면 미러층, 상기 전면 미러층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 배면 미러층을 구비한 레이저 타겟; 상기 레이저 타겟을 탑재한 투명지지판; 전자빔 방출을 위한 전자총을 내장한 유리 벌브; 및 상기 유리 벌브 및 상기 투명지지판의 가장자리부를 접착한 접착제;를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 투명지지판은 유리로 형성되고, 상기 접착제는 프릿 유리인 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 상온 구동 반도레 레이저 CRT를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT는 크게 레이저 타겟(101)이 탑재된 투명 지지판(100)이 전자총(104)을 내장한 유리 벌브(103)와 접착제로 접합된다. 특히, 투명지지판(100)으로는 유리 벌브(103)와 동일한 재질의 유리 기판을 사용하고, 접착제(102)로는 프릿(frit) 유리를 사용하여 유리 기판과 유리 벌브를 봉착한 점에 특징이 있다. 이와 같이, 투명지지판(100) 및 접착제(102)로 모두 유리 벌브와 유사한 열팽창 특성을 갖는 유리 재질을 사용함으로써 열팽창에 의한 균열이나 진공 기밀의 파손을 방지한다.

또한, 투명지지판(100)에 탑재된 레이저 타겟(101)은 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 레이저 타겟(101)은 Ⅱ-Ⅵ족 혹은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 된 반도체 기판(120) 상에 전면 미러(130), 다중층 양자 우물(MQW; Multi-Quantum Well) 구조 혹은 초격자(Super Lattice) 구조로 형성된 활성층(140) 및 배면 미러(150)가 순차로 적층된 반도체 구조체이다. 이 레이저 타겟(101)은 접착층(110)에 의해 투명 지지판(100)에 부착된다. 여기서, 반도체 기판(120)은 광 투과성이 좋은 것이 유리하며, 이 자체로 충분히 상기 적층들을 지지할 수 있을 경우 상기 투명 지지판(200)을 굳이 채용할 필요는 없으나, 레이저 CRT가 대형화될수록 상기 적층들을 지지하기 위한 투명 지지판(200)의 필요성은 더욱 늘어난다고 볼 수 있다. 그리고 배면 미러(150)의 상부에는 금속막(160)을 증착하여 배면 미러(150)를 투과하는 빛을 완전히 반사시키는 동시에 전극의 역할을 하도록 한다. 이 금속막(160)은 배면 미러(150)의 적어도 일부가 금속으로 형성되는 경우 없앨 수 있다.

여기서, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물의 반도체 기판(120)은 전면 미러(130) 및 활성층(140)의 적층을 위한 기판으로 사용되는 층으로 두께 5μm 이상의 단결정층이다. 전면 미러(130)는 부분 반사 미러로서 반사율 95%인 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Brag Reflector)로 구성된다. 배면 미러(150)는 반사 미러로서 반사율 100%의 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)로 구성된다. 이와 같이, 배면 미러(150)는 분산 브래그 반사기 대신에 다이크로익 미러로 공진기를 형성함으로써 복잡한 제조 방법 상의 문제점이 다소 해소된다. 경우에 따라서는 전면 미러(130)도 반사율 95%의 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)로 구성될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 상온 구동 반도체 레이저 CRT는 상온에서 구동되므로 저온유지장치가 없고, 비이커 형태의 유리로된 투명지지판에 레이저 타겟이 고정되고, 이 유리 지지판을 유리 벌브와 프릿 유리로 봉착한 구조를 가짐으로써, 열팽창 차이에 의한 유리 벌브의 파열이나 진공 기밀 유지가 파손될 염려가 없다. 또한, 레이저 타겟으로 Ⅱ-Ⅵ족 혹은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물 등을 구분 없이 사용할 수 있으며, 성장 기법 또한 알려진 모든 방법을 사용할 수 있다. 특히, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물을 사용하는 경우에는 레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED) 등의 광소자 제작에 사용되는 두께 약 340μm의 사파이어, TiC 등의 기판을 사용하는 바, 직접 성장된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물/반도체 기판 구조체를 투명지지판으로 접착함으로써, 진공 기밀 유지를 위한 밀봉 및 배기 압력에 따른 유지력을 확보하고, 코바-링(Covar-ring)을 부착하여야 한다는 공정상의 불편함을 해소할 수 있다. 따라서, 코바-링 및 두꺼운 사파이어를 사용하지 않고 유리 지지판을 사용함으로써, 제조 공정이 단축되고 원가가 절감된다.

Claims

반도체 화합물로 형성된 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성된 전면 미러층, 상기 전면 미러층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 배면 미러층을 구비한 레이저 타겟;

상기 레이저 타겟을 탑재한 유리로 형성된 투명지지판;

전자빔 방출을 위한 전자총을 내장한 유리 벌브; 및

상기 유리 벌브 및 상기 투명지지판의 가장자리부를 접착한 프릿 유리로 이루어진 접착제;를

구비한 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.
제1항에 있어서,

상기 반도체 기판은 두께 5μm 이상의 단결정으로 형성된 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.
삭제
제1항에 있어서,

상기 전면 미러층은 분산 브래그 반사기 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.
제1항에 있어서,

상기 활성층은 다중 양자 우물 구조를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.
제1항에 있어서,

상기 배면 미러층은 다이크로익 미러 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.
제1항에 있어서,

상기 반도체 기판, 전면 미러층 및 활성층은 Ⅱ-Ⅵ 혹은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성된 것을 특징으로 하는 상온 구동 반도체 레이저 CRT.