KR100578237B1 - 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바 - Google Patents
반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 관한 것으로, 반도체 레이저 다이오드 칩바의 광출력면에 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성하고, 상기 제 1 내지 3 막은 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지는 재질로 형성하여 광압을 줄이고 광의 방사각을 향상시키고, 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하여 킹크(KinK) 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
레이저, 다이오드, 칩바, AR, 적층, 굴절률
Description
도 1은 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바(Chip bar)의 개략적인 단면도
도 2는 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이의 칩바(Chip bar)의 사시도
도 3은 종래 기술에 따라 반도체 레이저 다이오드 어레이의 칩바에 HR(High Reflection)막과 AR(Anti Reflection)막의 형성을 설명하는 개략적인 단면도
도 4는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 AR 코팅막이 형성된 것을 설명하기 위한 단면도
도 5는 본 발명에 따라 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 AR 코팅막과 그 AR 코팅막을 형성하기 위하여 적층된 각각의 막에 대하여 광 파장 대 반사율을 측정한 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바
210 : 광출력면 220 : 제 1 막
230 : 제 2 막 240 : 제 3 막
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 레이저 다이오드 칩바의 광출력면에 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성하고, 상기 제 1 내지 3 막은 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지는 재질로 형성하여 광압을 줄이고 광의 방사각을 향상시키고, 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하여 킹크(KinK) 발생을 억제할 수 있는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 레이저 다이오드는 광통신, 다중통신, 우주통신과 같은 곳에서 현재 실용화되어 가고 있다.
특히, 반도체 레이저 다이오드는 저장 매체에서 데이터의 기록 및 판독을 위한 수단으로 널리 사용되고 있으며, 최근, CD(Compact disk)-RW(Rewritable) 또는 DVD(Digital Versatile Disk)-RAM(Random Access Memory)등의 대용량 고속 저장장치의 픽업(Pick up)용으로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바(Chip bar)의 개략적인 단면도로써, 반도체 기판(10)의 상부에 n-클래드층(11), n-웨이브 가이드층(12), 활성층(13), p-웨이브 가이드층(14), 제 1 p-클래드층(15)과 식각방지층(Etching Stop Layer, ESL)(16)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 식각방지층(16) 상부에 상호 이격되어 복수개의 제 2 p-클래드층(17)이 형성되어 있고; 상기 제 2 p-클래드층(17) 상부에 캡층(18)이 형성되어 있고; 상기 식각방지층(16), 제 2 p-클래드층(17)과 캡층(18)을 감싸며 p-전극층(20)이 형성되어 있고; 상기 반도체 기판(10) 하부에 n-전극층(21)이 형성되어 있는 구성으로 이루어져 있다.
이렇게 구성된 반도체 레이저 다이오드에서는 n-전극층(21)과 p-전극층(20) 사이에 전압이 인가되면, 활성층(13)에서 광이 발생되고, 활성층(12)에서 발생된 광은 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드의 측면으로 통하여 외부로 방출된다.
여기서, 상호 이격되어 있는 복수개의 제 2 p-클래드층(17)은 리지(Ridge) 형상으로 형성되어, 전류가 주입되면 리지영역으로만 전류가 흐르게 된다.
도 2는 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이의 칩바(Chip bar)의 사시도로서, 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바(100)의 상부에는 상호 분리된 복수의 리지(Ridge)(50)들이 형성되어 있어, 리지(50)로 유입되는 전류에 의해서 활성층(13)은 레이저광을 방출한다.
보통, 하나의 반도체 레이저 다이오드 어레이(100)에 20 ~ 30개 정도의 리지가 형성되어 있다.
도 3은 종래 기술에 따라 반도체 레이저 다이오드 어레이의 칩바에 HR(High Reflection)막과 AR(Anti Reflection)막의 형성을 설명하는 개략적인 단면도로서, 반도체 레이저 다이오드 칩바는 프론트(Front) 미러 벽개면(Mirror facet)으로만 레이저광이 방출되도록, 프론트 벽개면(101)에는 AR(Anti Reflection)막(110)이 코팅되어 있고, 백(Back) 벽개면(102)에는 HR(High Reflection)막(120)이 코팅되어 있다.
여기서, 프론트 벽개면(101)은 광출력면이고, 백 벽개면(102)은 광출력면의 반대면이다.
상기 AR막(110)은 활성층에서 방출되는 광이 소자 내부로 반사되는 것을 방지하기 위한 것이고, 상기 HR막(120)은 활성층에서 발생된 광이 백 벽개면(102)을 통하여 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 형성된 것이다.
전술된 AR막(110)은 
두께로 SiO2와 같은 저굴절률막을 단일막으로 증착하여 사용하였다.
여기서, λ는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에서 출력되는 광이고, n은 막의 굴절률이다.
그러나, 상기 SiO2막은 출력되는 광이 잘퍼져서 방사각 측면에서는 유리하나, 열방출 측면에는 불리하여 킹크(Kink) 발생의 원인된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 반도체 레이저 다이 오드 칩바의 광출력면에 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성하고, 상기 제 1 내지 3 막은 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지는 재질로 형성하여 광압을 줄이고 광의 방사각을 향상시키고, 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하여 킹크(KinK) 발생을 억제할 수 있는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 광출력면을 갖는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 있어서,
상기 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 광출력면에
제 1 굴절률(n1)을 갖는 제 1 막, 제 2 굴절률(n2)을 갖는 제 2 막과 제 3 굴절률(n3)을 갖는 제 3 막이 순차적으로 적층된 AR(Anti Reflection)막이 형성되어 있고,
상기 제 1 내지 3 굴절률의 크기는 제 1 굴절률(n1) 〉제 2 굴절률(n2) 〉제 3 굴절률(n3)의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 AR(Anti Reflection) 코팅막이 형성된 것을 설명하기 위한 단면도로서, 반도체 레이저 다이 오드 어레이 칩바(200)의 광출력면(210)에 제 1 굴절률(n1)을 갖는 제 1 막(220), 제 2 굴절률(n2)을 갖는 제 2 막(230)과 제 3 굴절률(n3)을 갖는 제 3 막(240)을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성한다.
여기서, 제 1 내지 3 굴절률의 크기는 제 1 굴절률(n1) 〉제 2 굴절률(n2) 〉제 3 굴절률(n3)의 조건을 만족해야 한다.
그러므로, 상기 제 1 굴절률(n1)을 갖는 제 1 막(220)은 TiO2와 같은 고굴절률막을 
두께로 증착하고, 상기 제 2 굴절률(n2)을 갖는 제 2 막(230)은 Si3N4 또는 ZrO2와 같은 중간 굴절률막을 
두께로 증착하고, 상기 제 3 굴절률(n3)을 갖는 제 3 막(240)은 SiO2와 같은 저 굴절률막을 
두께로 증착하는 것이 바람직하다.
여기서, λ는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에서 출력되는 광이고, n1,n2,n3는 막의 굴절률이다.
이렇게, 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 광출력면에 형성된 다층 AR 코팅막이, 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지도록 형성하면, 광이 각각의 막을 통과하면서 광의 방사각이 점점 커지게 된다.
또한, 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 광출력면에 고굴절률막이 접촉되어 있어 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에서 방출되는 광의 압력은 줄어들게 된다.
이 때, 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 광출력면에 접촉되어 있는 제 1 막은 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 굴절률보다는 낮은 굴절률을 갖고 있어 한다.
즉, 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바가 GaN 기판에서 제조된 경우, GaN 기판의 굴절률은 2.5이고, 상기 제 1 막인 TiO2의 굴절률은 2.3이다.
또한, 전술된 바와 같이, 제 1 막으로 TiO2와 같은 고굴절률막을 적용하였을 경우, 열전도도가 3 ~ 4 W/mk인 TiO2막은, 열전도도가 0.014 W/mk인 SiO2막보다 열방출 효율이 우수하므로, 본 발명은 SiO2막을 AR 코팅막으로 사용한 종래 기술보다 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에서 발생된 열을 효율적으로 방출할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드 칩바의 광출력면에 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성하고, 상기 제 1 내지 3 막은 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지는 재질로 형성하여 광압을 줄이고 광의 방사각을 향상시키고, 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하여 킹크(KinK) 발생을 억제할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따라 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 AR 코팅막과 그 AR 코팅막을 형성하기 위하여 적층된 각각의 막에 대하여 광 파장 대 반사율을 측정한 그래프로서, 본 발명은 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 다층(Multi- layer)의 AR 코팅막을 사용함으로써, 제 1 막인 TiO2(도 5의 'A') 및 제 2 막인 ZrO2(도 5의 'B')는 대략 405㎚의 광 파장에서 반사율이 0%에 근접하고, 제 3 막인 SiO2(도 5의 'C')는 반사율이 23%정도가 된다.
이러한, 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층한 본 발명의 AR 코팅막(도 5의 'D')는 대략 405㎚의 광 파장에서 반사율이 4% 정도가 된다.
그러므로, SiO2로만 AR 코팅막을 사용한 종래보다도 본 발명의 AR 코팅막은 반사율 측면에서도 우수한 것으로 측정되었다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드 칩바의 광출력면에 제 1 내지 3 막을 순차적으로 적층하여 AR 코팅막을 형성하고, 상기 제 1 내지 3 막은 광출력면에 근접하는 막일수록 굴절률이 점차적으로 커지는 재질로 형성하여 광압을 줄이고 광의 방사각을 향상시키고, 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하여 킹크(KinK) 발생을 억제할 수 있는 우수한 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (4)
- 광출력면을 갖는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에 있어서,상기 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바의 광출력면에제 1 굴절률(n1)을 갖는 제 1 막, 제 2 굴절률(n2)을 갖는 제 2 막과 제 3 굴절률(n3)을 갖는 제 3 막이 순차적으로 적층된 AR(Anti Reflection)막이 형성되어 있고,상기 제 1 내지 3 굴절률의 크기는 제 1 굴절률(n1) 〉제 2 굴절률(n2) 〉제 3 굴절률(n3)의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 막은 TiO2이고,상기 제 2 막은 Si3N4 또는 ZrO2이고,상기 제 3 막은 SiO2인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 내지 3 막은두께로 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바.
여기서, λ는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바에서 출력되는 광이고, n는 막의 굴절률이다. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1과 2 막은 제 3 막보다 열전도도가 우수한 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 어레이 칩바.
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2004
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