KR100651757B1 - 반도체 발광소자 온도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

다이오드 온도센서가 집적된 반도체 발광소자와 온도 측정 장치가 개시된다. 반도체 기판 위에 발광소자 및 온도 센싱 다이오드가 병렬로 집적되며, 발광소자와 온도 센싱 다이오드 사이에는 양 소자를 전기적으로 분리하는 절연체가 위치하고, 발광소자와 온도 센싱 다이오드는 공통의 제1전극을 사용하고, 제2전극은 각각 분리되어 형성된다. 이로써, 반도체 발광소자의 액티브 영역의 온도를 정확히 측정할 수 있다.

반도체 발광소자, 온도 센싱 다이오드, 절연체

Description

반도체 발광소자 온도 측정 장치{Temperature measurement apparatus of semiconductor light emitting device}

도 1은 종래의 써미스터를 이용한 레이저 다이오드 서브 모듈의 실시예를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광소자 온도 측정 장치의 일 실시예의 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 온도 센싱 다이오드에 저항기를 집적한 일 실시예를 도시한 도면, 그리고,

도 4는 도 3의 구조에서 측정한 전압 값을 기초로 반도체 발광소자의 온도를 제어하는 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명은 반도체 발광소자와 병렬로 온도 센서가 집적된 온도 측정 장치에 관한 것이다.

레이저 다이오드 또는 반도체 광 증폭기와 같은 반도체 발광소자의 출력 파장 및 광출력 등의 특성은 반도체 발광소자의 온도, 더욱 정확히는 발광소자 내부 액티브 영역 온도에 의해 크게 좌우된다. 반도체 발광소자의 온도 분포는 내부 열원 부분과 표면의 온도 차기가 경우에 따라 10℃ 이상 나는 것으로 알려져 있으며 소자의 온도를 측정하고 일정하게 유지하기 위한 여러 가지 방법이 고안되어 있다.

에지 에미팅(edge emitting)형태의 발광소자의 경우, 대부분 소자의 두께가 0.1mm정도이므로 발광소자 패싯(facet)에서의 온도 분포를 직접 온도 센서를 장착하여 측정할 수는 없으나, spatially resolved thermoreflectance 방법으로 측정할 수 있는 방법이 개발되어 있다. 그러나 실제 상용 발광소자의 경우 밀봉된 형태의 모듈에 패키징된 상태에서 사용가능하므로 이러한 방법을 사용하여 액티브 영역에서의 온도를 측정할 수는 없다.

반도체 발광소자의 출력 안정화 및 출력 파장의 조정을 위해서는 레이저 다이오드의 온도를 정확히 측정, 제어하여야 한다. 반도체 발광소자의 온도 측정 방법에는 써모커플(Thermocouple)을 사용하는 방법, 써미스터(Thermistor)를 사용하는 방법 및 저항온도계(Resistive Temperature Detector)를 사용하는 방법 등이 이용된다.

도 1은 종래의 써미스터(Thermistor)를 이용한 레이저 다이오드 서브 모듈의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 써미스터를 이용한 레이저 다이오드 서브 모듈(100)은 서브 마운트(110), 서브 마운트(110) 하부에 형성되어 있으며 레이저 다이오드(또는 포토 다이오드)의 전극에 연결되어 있는 패드(105), 서브 마운트(110) 위에 집적되어 있는 레이저 다이오드(115), 서브 마운트(110) 위에 형성된 써미스 터(120), 레이저 다이오드(115)를 외부 전원과 연결하기 위하여 서브 마운트(100) 위에 형성되어 있는 패드(125) 및 써미스터(120)를 외부 온도 측정기와 연결하기 위한 패드(130)로 구성된다. 본 실시예에서 패드(105)는 서브 마운트위에 다른 패드(125,130)와 분리된 형태로 형성될 수 있다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 써미스터를 이용한 온도 측정 방법은 써미스터 그 자체의 크기 때문에 레이저 다이오드에 직접 장착할 수 없고, 레이저 다이오드가 장착된 서브 마운트 위에 장착되므로, 실제 써미스터로 측정한 온도는 실제 레이저 다이오드가 아니라 레이저 다이오드와 떨어진 곳에서의 측정된 온도이다.

반도체 다이오드 온도센서를 이용하는 방법은 다이오드를 반도체 집적 회로에 센서를 쉽게 집적할 수 있으므로 마이크로프로세서 등에 응용되고 있으나 반도체 발광소자의 경우 구조상 발광소자에 다른 전기회로를 집적하고 이 상태에서 반도체 다이오드 온도센서를 이용하여 온도를 측정하는 것이 용이하지 않아 사용되고 있지 않다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 발광소자 옆에 집적된 온도 센서를 이용하여 반도체 발광소자의 액티브 영역의 온도를 정확히 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 발광소자 온도 측정 장치의 일 실시예는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 위에 집적된 발광소자; 상기 발광소자와 병렬로 집적된 온도 센싱 다이오드; 상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드 사이에서 상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드를 전기적으로 분리하는 절연체; 상기 반도체 기판 밑변에 형성되고, 상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드의 공통 전극으로 사용되는 제1전극; 및 상기 발광소자 및 상기 온도 센싱 다이오드 각각의 상부에 형성되는 제2전극;을 포함한다.

이로써, 반도체 발광소자의 액티브 영역의 온도를 정확히 측정할 수 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 발광소자 온도 측정 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광소자 온도 측정 장치의 일 실시예의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 온도 측정 장치는 반도체 발광소자(220) 및 반도체 발광소자(220) 옆에 병렬로 집적된 온도 센싱 다이오드(230)로 구성된다.

반도체 발광소자(220) 및 온도 센싱 다이오드(230)는 같은 반도체 기판에 집적되며, 반도체 발광소자(220)와 온도 센싱 다이오드(230) 사이에는 두 소자를 전기적으로 분리하고 열전달을 원활하게 하는 절연체(240)가 채워진다. 두 소자는 공통의 제1전극(210)을 사용하며 제2전극(222,232)은 분리되어 있다. 즉, 반도체 기판(200) 위에 집적된 반도체 발광소자(220) 및 온도 센싱 다이오드(230)를 에칭 방법을 이용하여 분리하고 분리된 부분을 절연체(240)로 채운다.

도 3은 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 온도 센싱 다이오드에 저항기를 집 적한 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 온도 측정 장치(300)는 반도체 발광소자(302)와 병렬로 온도 센싱 다이오드(306) 및 저항기(304)가 연결된다. 저항기(304)는 온도 센싱 다이오드(306)에 흐르는 전류 값을 반도체 발광소자(302)에 흐르는 전류 값보다 작도록 하는 제한기의 역활을 한다.

온도 센싱 다이오드(306)에 흐르는 전류 값은 반도체 발광소자 외부 패드(310,314)와 연결된 전압계(330)를 이용하여 측정(즉 저항기 사이의 전압을 측정)하여 알 수 있으며, 반도체 발광소자(302)의 온도는 온도 센싱 다이오드(306)에 걸리는 전압을 두 전극(312,314) 사이에 위치한 전압계(332)를 이용하여 측정하여 알 수 있다.

도 4는 도 3의 구조에서 측정한 전압 값을 기초로 반도체 발광소자의 온도를 제어하는 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 온도 센싱 다이오드가 집적된 반도체 발광소자(300)의 온도는 열전소자(400)를 사용하여 조정하며, 열전소자(400)에서 발생하는 열은 방열기(405)를 통해 방출된다.

온도 측정기(410)는 제1전압계(330)에서 측정한 저항기에 걸리는 전압을 저항기의 저항으로 나누어서 온도 센싱 다이오드에 흐르는 전류를 구한다. 온도 센싱 다이오드에 걸리는 전압은 온도와 전류의 함수이므로, 온도 측정기(410)는 제2전압계(332)에서 측정한 온도 센싱 다이오드에 걸리는 전압을 온도 센싱 다이오드에 흐른 전류로 나눈 값을 구한다. 온도 측정기(410)는 이 값을 사용하여 반도체 발광소 자의 온도 값을 구한다. 온도 측정기(410)는 연산회로 또는 소프트웨어를 이용하여 구현될 수 있다.

써미스터 또는 저항 온도계를 사용하는 온도 조절기(415)를 이용하기 위하여, 온도 측정기(410)는 구한 온도 값을 온도 조절기(415)의 입력 값으로 변환하는 회로를 사용한다. 온도 조절기(415)는 온도 측정기(410)를 통해 구한 온도 값을 기초로 열전소자(400)를 제어하여 반도체 발광소자의 온도를 제어한다.

온도 센싱 다이오드는 새로운 열원의 역활을 하나 온도 센싱 다이오드에 직렬 연결된 저항기의 저항값을 반도체 발광소자의 저항값보다 크게 함으로써 온도 상승 효과를 최소로 할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 반도체 발광소자 옆에 집적된 온도 센싱 다이오드를 이용하여 반도체 발광소자 액티브 영역에서의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며, 측정된 온도를 통해 반도체 발광소자 액티브 영역의 온도를 또한 정확하게 제어할 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 기판;

   상기 반도체 기판 위에 집적된 발광소자;

   상기 발광소자와 병렬로 집적된 온도 센싱 다이오드;

   상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드 사이에서 상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드를 전기적으로 분리하는 절연체;

   상기 반도체 기판 밑변에 형성되고, 상기 발광소자와 상기 온도 센싱 다이오드의 공통 전극으로 사용되는 제1전극; 및

   상기 발광소자 및 상기 온도 센싱 다이오드 각각의 상부에 형성되는 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반도체 기판위에 집적된 상기 발광소자 및 상기 온도 센싱 다이오드를 에칭 방법을 이용하여 분리하고 상기 분리된 부분을 상기 절연체로 채우는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 온도 센싱 다이오드에 흐르는 전류가 상기 발광소자에 흐르는 전류보다 작도록 상기 온도 센싱 다이오드에 직렬로 연결되는 저항기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 저항기의 저항값이 상기 발광소자의 저항값보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 저항기의 전압 및 저항값을 기초로 상기 온도 센싱 다이오드에 흐르는 전류값을 구하고, 상기 온도 센싱 다이오드의 전압 값과 상기 전류 값을 기초로 상기 발광소자의 온도를 구하는 온도 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 발광소자의 온도를 조절하는 열전소자; 및

   상기 온도 측정부에 의해 구해진 상기 발광소자의 온도를 기초로 상기 열전소자를 제어하여 상기 발광소자의 온도를 조절하는 온도 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 온도 측정 장치.

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