KR100848759B1 - 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩 - Google Patents

복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 스트라이프 리지 도파관 구조를 갖는 반도체 레이저 다이오드에서 각각의 도파관을 통하여 방출되는 빛의 중심축 방향을 달리하여 공간상에서 레이저 빛이 집중되거나 퍼져나갈 수 있도록 하여 레이저 빛의 집중도 및 균일도가 향상된 배광을 획득할 수 있도록 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩은 복수개의 도파관(2)이 하나의 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 형성되어 각각 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 빛을 외부로 방출하는 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 있어서, 상기 복수개의 도파관(2) 중 적어도 두개 이상의 도파관은 방출되는 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 수평 절개면(C)의 수선에 대해 서로 다른 경사각을 갖도록 빛 방출 말단부(2a)가 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
레이저, 다이오드, 어레이, 리지, 도파관

Description

복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩 {Semiconductor Laser Diode Chip Having a Plurality of Waveguide}
본 발명은 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 스트라이프 리지 도파관 구조를 갖는 반도체 레이저 다이오드에서 각각의 도파관을 통하여 방출되는 빛의 중심축 방향을 달리하여 공간상에서 레이저 빛이 집중되거나 퍼져나갈 수 있도록 하여 레이저 빛의 집중도 및 균일도가 향상된 배광을 획득할 수 있도록 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩에 관한 것이다.
최근에 적색, 청색, 녹색의 레이저 광원을 이용하여 화상을 표시하는 레이저 프로젝션 디스플레이(Laser Projection Display ; LPD)가 활발히 개발되고 있다. 이중 적색과 청색의 레이저는 단일의 반도체 레이저 다이오드로 구현이 되고 있으나, 현재까지 단일의 반도체 칩으로 녹색을 만들어내는 효과적인 레이저는 개발되지 못하고 있는 실정이다.
현재까지 레이저 프로젝션 디스플레이를 위하여 개발된 녹색 레이저 다이오 드의 구현은 GaAs(Gallium Arsenide)를 기판으로 하는 반도체를 이용하여 808㎚의 파장을 가지는 빛을 만들고 이 808㎚의 파장의 빛을 Nd:YVO4(Neodymium Doped Yttrium OrthoVanadate)에 흡수시켜 1064㎚로 전환시킨 후 1064㎚의 빛을 KTP(Potassium Titanyl Phosphate) 결정을 통과시켜 532㎚로 주파수를 배증하는 2차 고조파(2nd Harmonic Generation)의 방법이다. 이때 Nd:YVO4는 808㎚를 펌핑 광원으로 하여 1064㎚ 파장의 빛을 방출하는 고체 레이저가 된다. KTP 결정은 Nd:YVO4에서 방출되는 2개의 1064㎚ 광자(Photon)를 상호 작용시켜 532㎚의 광자로 만들어내는 장치로 사용되며, 이러한 2nd Harmonic Generation 방법은 1064㎚ 빛의 강도의 제곱에 그 변환 효율이 결정된다. 즉 지역적으로 강하게 집중된 1064㎚ 파장 빛이 분산된 1064㎚ 빛보다 고조파 변환에 효과적이다.
지역적으로 강하게 집중된 1064㎚의 빛을 만들어내기 위해서는 1064㎚를 발생하는 Nd:YVO4에 대한 펌핑 광원인 808㎚ 빛이 Nd:YVO4에 좁은 영역으로 집중되어 주는 것이 좋다. 808㎚ 레이저 빛이 Nd:YVO4의 좁은 영역에 집중되게 하기 위해 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4 사이에 렌즈를 장착하는 일이 가능하지만 이는 조립 비용이 증가하며, 녹색 광원 전체 모듈의 부피를 크게 만드는 요인이 된다. 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4 사이에 렌즈를 사용하지 않고 Nd:YVO4의 좁은 영역에 808㎚ 레이저 빛이 집중되기 위해서는 808㎚ 레이저 다이오드의 빛 방출 면적이 좁고, 좁은 방출 각도를 가지며, 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4 사이의 거리를 가깝게 하는 방법이 요구된다. 808㎚ 레이저 다이오드 빛이 Nd:YVO4의 좁은 영역에 집중되기 위한 여러 가지 요소 중 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4 사이의 거리를 좁게 하는 것은 808㎚ 레이저 다이오드의 구조에 아무런 변화를 주지 않고도 조립 방법만으로 얻어질 수 있으나 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4의 간격이 너무 좁을 경우에는 조립 과정 중에 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4의 결정이 충돌하여 파손될 위험이 있다. 그러므로 조립 과정의 부품 간의 충돌 위험성을 고려하면 808㎚의 레이저 다이오드와 Nd:YVO4의 사이 간격은 넓을수록 좋다. 즉 808㎚ 레이저 다이오드 빛의 집속도와 조립 생산성을 고려할 때 808㎚ 레이저 다이오드와 Nd:YVO4 사이의 간격은 최적 간격이 존재하고 이 간격은 대략 50㎛∼150㎛ 정도가 된다.
808㎚의 레이저 다이오드의 빛이 Nd:YVO4의 좁은 영역에 집중되기 위해서는 808㎚의 레이저 다이오드 빛이 좁은 영역에서 방출되어야 할 것을 요구한다. 레이저 다이오드에서 빛이 방출되는 활성층은 활성층의 수평 구조에 따라 매립형 이종구조(BH ; Buried Hetero structure), 리지 도파관 구조(Ridge Waveguide Structure), 넓은 스트라이프 구조(Broad Area Stripe Structure) 등으로 나뉘게 된다. 이중 BH 구조의 활성층 폭은 1㎛ 정도의 폭을 가지며, 리지 도파관 구조에서는 활성층의 폭이 3㎛~4㎛ 정도이며, 넓은 스트라이프 구조에서는 활성층의 폭이 수십㎛∼수백㎛에 달한다. 그러므로 Nd:YVO4에서 빛의 집중을 위해서는 BH 구조 또는 리지 도파관 구조가 넓은 스트라이프 구조의 활성층을 가지는 레이저 다이오드에 비해 유리한 측면이 있다.
현재 녹색 광원을 레이저 프로젝션 디스플레이로 사용하기 위해서는 녹색 광원으로써 대략 60㎽∼70㎽의 출력이 필요하다. Nd:YVO4에서의 808㎚ -> 1064㎚ 변 환 효율과 KTP에서의 1064㎚ -> 532㎚ 변환 효율을 고려할 때 60㎽∼70㎽의 녹색 광원을 얻기 위해서는 400㎽∼500㎽의 808㎚ 레이저 출력이 필요하다. 레이저 다이오드의 출력은 레이저 다이오드의 활성층의 면적에 따라 바뀌어 지게 된다. 레이저 다이오드 활성층의 두께는 BH, 리지 도파관, 넓은 스트라이프 구조 등 여러 가지 구조가 있는 활성층 횡방향 구조와 달리 레이저 구조와 관계없이 비슷한 두께인 100㎚∼200㎚의 두께를 가지게 된다. 활성층의 두께가 일정한 이유는 활성층의 두께가 전자-정공(Hole)의 확산 거리에 의해 제한을 받게 되기 때문이다. 레이저 다이오드의 출력을 높이기 위해서는 레이저 빛을 생산하는 활성층의 부피를 키우면 되는데, 동일한 구조의 횡방향 구조를 가지는 레이저 다이오드에서는 레이저 다이오드의 길이를 증가시킴으로써 레이저 출력을 높일 수 있다.
현재 녹색 광원의 808㎚ 펌핑 광원으로써 리지 도파관 구조와 넓은 스트라이프 구조가 채택되고 있다. 일본의 소니사에서는 50㎛의 활성층 폭을 가지는 넓은 스트라이프 구조로서 길이 500㎛의 레이저 다이오드로 500㎽의 808㎚ 레이저 출력을 달성하고 있다. 이에 비해 루믹스(Lumics: http://www.lumic.com)사에서는 2.2㎜의 레이저 다이오드 길이에서 리지 도파관 구조로 250㎽ 이상의 808㎚ LD 광출력 제품을 소개하고 있다. 루믹스사의 제품의 길이가 소니사에 비해 큰 것은 리지 도파관의 구조의 활성층 폭이 넓은 스트라이프 구조에 비해 좁아서 활성층 부피의 제약에 따른 광출력 제약을 완화하기 위하여 레이저 다이오드의 길이를 증가시켜 활성층 부피를 키우고자 함에 있다. 일반적으로 레이저 다이오드의 전체 폭은 대략 500㎛ 정도로서 리지 도파관 구조나 넓은 스트라이프 구조의 레이저 다이오드 활성 층의 폭이 전체 레이저 다이오드의 폭을 변화시키지는 않는다. 이에 비해 레이저 다이오드의 길이가 변화하면 레이저 다이오드의 생산성은 레이저 다이오드의 길이에 반비례하게 된다. 그러므로 길이가 긴 리지 도파관 구조의 레이저 다이오드가 길이가 짧은 넓은 스트라이프 구조의 레이저 다이오드에 비해 생산 단가가 높아지는 문제가 있다.
또한, 리지 도파관 구조는 출력 레이저 다이오드의 출력 빔 특성이 싱글 모드 특성을 보이는데, 이는 레이저 다이오드의 출력면에 수직한 방향에서 가장 출력광의 세기가 크고 수직에서 벗어난 각도에서는 각도에 따라 낮아지는 출력 광 형태를 보이는 구조적 특성을 일컫는다. 이러한 싱글 모드(Single Mode)는 808㎚ 파장의 레이저 다이오드 빛이 안정적으로 Nd:YVO4에 집속되게 함으로써 광 변환 효율을 높일 수 있다. 이에 비해 넓은 스트라이프 구조는 출력 빔 특성이 다중 모드 특성을 보이며 출력 빔의 위치가 활성층 단면 내에서 이리 저리 움직이는 빔 요동(Beam Steering) 현상을 동반한다. 넓은 스트라이프 구조의 레이저 다이오드에서 이러한 출력 빔의 위치 요동 현상은 Nd:YVO4의 결정면에 안정적으로 광 펌핑을 하지 못하고 순간적으로 광 펌핑의 위치가 요동을 하게 됨으로써 Nd:YVO4의 변환 효율을 떨어트리게 되는 요인으로 작용한다.
이와 같이 넓은 스트라이프 구조는 808㎚ 레이저 다이오드 자체로서는 다른 구조에 비해 짧은 레이저 다이오드 길이로서 큰 출력 파워를 얻을 수 있으므로 저가화가 가능하나, Nd:YVO4의 펌핑 광원으로서는 활성층의 폭이 넓어 광 집속에 어려움이 있으며, 다중 모드의 빔 요동 현상에 의해 안정적인 펌핑 광원의 역할을 하 지 못하기 때문에 Nd:YVO4의 808㎚ -> 1064㎚ 변환 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이에 비해 리지 도파관 구조는 레이저 다이오드의 빛 방출 면적이 좁아 Nd:YVO4의 좁은 면적에 광 펌핑을 집중시킬 수 있고, 빔 특성이 싱글 모드로서 안정적인 광 펌핑을 할 수 있어 808㎚ -> 1064㎚ 변한 효율을 높일 수 있는 장점이 있는 반면 레이저 다이오드의 길이가 길어져야 하므로 레이저 다이오드 생산 수율에 따른 가격 상승의 단점이 발생하게 된다.
상기한 넓은 스트라이프 구조의 레이저 다이오드에서 발생하는 빔 요동은 넓은 스트라이프 구조의 빔 출사면 전체에서 균일하게 레이저 빛이 방출되는 것이 아니라 아주 짧은 시간(수 nano sec)동안의 간격에서 레이저 빛이 빛 출사면의 일부분에서 레이저 빛을 방출하고 그 다음 시간대에서는 빛 출사면의 다른 일부분의 위치에서 빛을 방출하는 필라멘테이션(Filamentation) 현상에서 기인한다.
한편, 근래에 들어 808㎚ 등의 발진 파장을 가지는 반도체 레이저 다이오드를 광학적 펌핑(Pumping) 광원으로 하는 고체 레이저인 Diode Pumped Solid State Laser에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며 상용화되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 808㎚ 반도체 레이저 다이오드를 펌핑 광원으로 하여 1064㎚의 레이저 빛을 방출하는 Nd:YAG Laser의 구조도를 나타낸 것이다.
Nd:YAG(Neodymium doped Yttrium Aluminum Garnet) 매질(rod)을 이용하여 고출력을 얻기 위해서는 Nd:YAG 매질의 옆에서 복수개의 808㎚ 레이저 다이오드를 이용하여 Nd:YAG 매질을 광 펌핑하고, Nd:YAG 매질은 흡수한 808㎚의 파장을 변환하 여 1064㎚ 파장의 빛으로 바꾸어주게 되며, 도면에는 도시되지 않은 반사경을 이용하여 1064㎚ 빛이 공진함으로써 1064㎚ 파장의 레이저 빛이 발생하게 되어 최종적으로 Nd:YAG 매질에서 레이저 빛이 방출되게 된다.
고출력의 1064㎚ 레이저 빛을 얻기 위해서는 고출력의 808㎚ 레이저 다이오드를 이용하게 된다. 일반적으로 고출력의 반도체 레이저 다이오드는 레이저 다이오드 전체면에서 빛이 방출되는 것이 아니라 레이저 다이오드 칩의 일부 단면에서만 레이저 빛이 방출되게 된다. 통상적으로 레이저 다이오드에서 빛을 방출하는 레이저 다이오드 칩 자체의 단면적은 보통 100㎛ 두께에 500㎛∼1000㎛의 길이를 갖추게 되며 실제 빛 방출면은 이 단면의 일부분인 활성 영역에 의해서 결정되는데, 보통의 경우 이 활성 영역의 면적이 높이 1㎛, 길이 50㎛∼100㎛ 정도가 되게 된다. 이러한 활성층 단면을 통해 방사되는 레이저 빛은 활성층 단면에 대한 수직선상에서 가장 강한 빛이 방출되고 다른 각도에서는 각도에 따라 레이저 빛의 강도가 약해지는 특성을 보인다.
도 2는 이러한 레이저 다이오드의 활성층 단면을 통하여 방출되는 레이저 빛의 방출 각도 및 강도를 나타낸 것으로, 레이저 다이오드의 절개면에 수직한 도파관을 가지는 레이저 다이오드는 도파관의 직선 방향에서 가장 빛의 세기가 강하며 빛의 방출 각도의 증가에 따라 빛의 세기가 약해지는 특성을 보인다. 각도에 따른 빛의 세기의 분포가 대칭적일 때 빛의 세기가 가장 강한 방향을 광축으로 정의한다. 반도체 레이저에서는 빛의 세기가 가장 큰 광축에서의 광 세기에 비해 광세기가 반값으로 떨어지는 각도 폭을 반가폭(Full Width at Half Mmaximum : FWHM)으로 정의한다. 고출력 반도체 레이저의 공진기 구조로 많이 채택되는 Broad Stripe Laser 구조의 경우 공진기 단면의 크기가 1㎛ 정도로 짧은 방향을 Fast Axis라 부르며, 50㎛∼100㎛ 정도로 넓은 방향을 Slow Axis라 부른다. 일반적으로 Broad Stripe Laser에서 Slow Axis 방향의 반가폭은 대략 5~15도 정도이며 Fast Axis 방향으로의 반가폭은 25~40도 정도가 된다. 도 2에서 반도체 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛살의 길이는 각도에 따른 빛의 강도 세기를 표현하였는데, 즉 반도체 레이저 다이오드로부터 수직으로 방출되는 빛의 세기가 가장 강하며 각도가 커질수록 빛의 세기가 약해지는 모습을 표시하였다.
도 2에 표시된 특성과 같이 방출 각도에 따른 광 세기의 변화를 보이는 복수 개의 레이저 다이오드를 병렬로 배치하여 도 1의 Nd:YAG 매질을 광 펌핑할 때 Nd:YAG 매질의 위치에 따라 서로 다른 강도의 808㎚ 빛이 광 펌핑을 하게 된다. Nd:YAG 매질에 국부적으로 서로 다른 강도의 빛이 조사되게 되면, Nd:YAG 매질이 균일하게 Laser 활동을 하지 못하여 1064㎚ 레이저 변환 효율이 떨어지게 된다. 이러한 808㎚의 펌핑 광원의 불균일한 조사는 808㎚ 반도체 레이저를 매우 조밀하게 배치시키고 808㎚ 반도체 레이저와 Nd:YAG 매질 사이의 간격을 크게 함으로써 균일도를 높일 수 있다. 그러나 반도체 레이저 간격을 줄이기 위해서 반도체 레이저의 수를 늘리는 것은 패키징 공정수가 늘어나는 단점이 있고, 808㎚ 반도체 레이저와 Nd:YAG 매질 사이의 거리를 멀리하는 것은 시스템 전체의 크기가 커지는 단점이 있다.
808㎚ 펌핑 광원의 불균일한 조사를 개선하기 위해 종래의 방법으로는 도 1 에서와 같이 Nd:YAG 매질을 중심으로 808㎚ 반도체 레이저 반대쪽에 확산 반사 거울(diffusive reflector)을 배치하는 방법 등이 시도되었다. 이는 Nd:YAG의 도핑을 조절하거나 Nd:YAG 매질의 크기를 변화시켜 808㎚ 파장의 빛이 Nd:YAG 매질을 한번 통과할 때 808㎚ 빛 에너지의 일부만 흡수되도록 하면 반도체 레이저에서 방출된 빛의 일부만 Nd:YAG 매질에서 흡수되고 나머지는 Nd:YAG 매질을 관통하여 반대편의 확산 반사 거울에 도달하게 된다. 확산 반사 거울은 808㎚ 파장의 빛을 무작위로 산란시키면서 반사시켜 Nd:YAG 매질로 되돌려줌으로써 전체적으로 808㎚ 펌핑 레이저 빛의 균일도가 향상되게 하는 방법이다. 하지만, 이와 같은 방법은 Nd:YAG 매질의 크기나 808㎚ 광 흡수도를 제한하게 되는 요인으로 작용한다.
넓은 스트라이프 구조의 필라멘테이션 현상에 의한 빔 요동을 억제하고, 여러 개의 리지 도파관 구조를 병렬로 한개의 반도체 칩위에 집적하여 고출력의 레이저 빛을 얻을 수 있는 방법으로 특허등록 제0731687호 "레이저 다이오드 및 이의 제조방법"이 제안되었다.
도 3은 상기 등록특허의 레이저 다이오드 칩의 단면도이고, 도 4는 레이저 다이오드 칩에 의해 방출되는 빛을 도식화한 개념도이다.
도 3에서는 레이저 다이오드의 리지 도파관이 2개 도시되어 있는데, 이 레이저 다이오드의 리지 도파관에는 하부에 금속층(91)이 형성된 기판(10) 상부에 하부 광 가둠 층(20), 활성층(30), 상부 광 가둠 층(40), 식각정지층(50), P-클래드층(60), 접촉층(70), 절연층(80), 금속층(90)이 적층되어 형성된다. 한편, 상기 등 록특허의 리지 도파관 구조에서는 각 리지 사이의 광학적 결합을 제거하기 위해 리지 사이의 공간에 있는 활성층(30) 및 상·하부 광 가둠 층(SCH ; Seperated Confinment Heterostructure)(20,40)을 임플란트 영역(100)을 통하여 모두 제거하는 방법을 제시하여 필라멘테이션 현상을 제거하고 있다.
도 4에서는 상기 도 3의 리지 도파관이 5개가 있는 경우 이 5개의 리지 도파관 구조에서 방출되는 빛을 도시하였다. 이와 같이 여러 개의 리지 도파관 레이저가 한개의 칩 위에 집적되어 있는 형태의 레이저를 멀티 스트라이프 리지 레이저(Multi Stripe Ridge Laser ; MSR Laser)로 명명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실제적으로 한 개의 레이저 다이오드 리지 도파관(2)에서 방출되는 빛(3)은 확산되는 특성을 가지게 되는데, 이는 한 개의 빛 출사면에서 방출되는 레이저 빛이 모두 동일한 각도로 방출되는 것이 아니라 넓은 각도의 범위에서 분포하며 방출되는 특성을 말한다. 일반적으로 리지 레이저 다이오드 구조의 싱글 모드 레이저 다이오드에서 빛의 발산각(Radiation Angle)이 Slow Axis의 경우 보통 8~15도 정도로 나타나며, Fast Axis의 경우 25~40도 정도이다. 도면 4에서 보이는 빛의 방출 각도 폭은 Slow Axis에 해당된다. 이러한 특성은 MSR 구조 레이저 다이오드 칩의 각각의 도파관에도 그대로 적용된다. 도 4에서 각각의 레이저 다이오드 도파관(2)에서 발산되는 빛은 일정한 발산각을 가지는 것으로 도시되어 있다. 이러한 다중의 리지 도파관 구조는 광학적으로 완전히 분리되어 각각의 리지 도파관 레이저 다이오드가 인접한 리지 도파관 레이저 다이오드와는 별개로 광 출력 특성을 갖는다. 또한 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 전체 광 출력은 집적된 리지 도파관(2)의 수에 비례하므로 단일 도파관을 가지는 리지 도파관에 비해 상대적으로 짧은 길이에서도 큰 광 출력을 얻을 수 있게 된다.
하지만, 상기 도 4의 레이저 다이오드의 도파관(2)은 레이저 다이오드 절개면(C)에 수직하며 서로 평행한 각도 특성을 가지고 있다. 그러므로 레이저 다이오드의 도파관(2)에 의한 빛(3)은 도파관(2)을 통하여 광축이 공간적으로 평행하게 방출되게 된다.
이러한 도 4의 레이저 다이오드에 의한 빛은 도파관(2)을 통하여 광축이 평행하게 방출되기 때문에 Nd:YVO4에 빛을 집속시켜야 하는 녹색 광원을 위한 펌핑 광원으로 적절하지 못하며, Nd:YAG에 균일하게 광 펌핑을 시켜야하는 펌핑 광원으로서도 적절하지 못하다.
즉, 녹색 광원을 위한 펌핑 광원으로는 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 의한 전체 출력 광이 좁은 영역으로 집중되는 것이 바람직한데 상기 도 4의 레이저 다이오드에 의한 빛은 도파관(2)을 통하여 광축이 평행하게 방출되기 때문에 빛이 집중될 수 없으므로 녹색 광원의 펌핑 광원으로 적절하지 못한다. 이러한 다중 리지 구조 레이저 다이오드 앞에 출력 광을 집속시킬 수 있도록 렌즈를 부가하여 808㎚의 레이저 빛을 Nd:YVO4에 집속시킴으로써 녹색 광원의 펌핑 광원으로 이용할 수도 있지만, 이러한 방법은 녹색 레이저 다이오드 모듈의 부피를 커지게 만들며, 집속 렌즈를 만들고 조립하는 비용이 추가되는 문제점이 발생하게 된다.
또한, Nd:YAG 매질에는 빛을 퍼트려 균일하게 광 펌핑을 하여야 하는 것이 바람직한데, 상기 레이저 다이오드에 의한 빛은 평행하게 방출되기 때문에 이러한 펌핑 광원으로 적절하지 못하다. 여기에서도 MSR 레이저 다이오드 앞에 출력 광을 발산시킬 수 있도록 렌즈를 부가하여 808㎚의 레이저 빛을 퍼트려줌으로써 Nd:YAG 매질에 좀 더 균일하게 광 펌핑을 시키는 방법이 있지만, 이러한 방법 또한 렌즈를 만들고 조립하는 비용이 추가되는 문제점이 발생하게 된다.
이러한, 808㎚ 반도체 레이저 다이오드에서 방출되는 빛 세기의 방출 각도 의존성을 마음대로 바꾸어 줄 수 있다면, 레이저 다이오드에서 Nd:YVO4 또는 Nd:YAG 매질로 광 펌핑할 경우 레이저의 발진 효율을 제고시킬 수 있게 된다.
본 발명의 목적은 각각 여러 개의 리지 도파관 구조 레이저 다이오드를 집적하여 하나의 집적화 된 MSR 반도체 레이저 다이오드 칩을 제작함에 있어서, 각각의 리지 도파관 레이저에서 방출되는 빛의 광축을 변화시켜 방사되는 레이저 빛의 각도에 따른 강도를 변화시킬 수 있는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩을 제공하는 데 있다.
즉, 본 발명은 녹색 광원을 위하여 Nd:YVO4에 광 펌핑을 하는 펌핑 광원으로서 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 일정한 거리에서 각각의 리지 구조의 도파관에서 방출된 빛들의 광축이 겹쳐지게 되어 레이저 빛이 집중될 수 있도록 하며, Nd:YAG 매질에 광 펌핑을 하는 펌핑 광원으로서 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 일정한 거리에서 각각의 리지 구조의 도파관에서 방출된 빛들을 퍼트려 균등하게 펌핑될 수 있도록 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 칩의 도파관은 복수개의 도파관이 하나의 반도체 레이저 다이오드 칩에 형성되어 각각 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 빛을 외부로 방출하는 반도체 레이저 다이오드 칩에 있어서, 상기 복수개의 도파관 중 적어도 두개 이상의 도파관은 방출되는 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩의 수평 절개면의 수선에 대해 서로 다른 경사각을 갖도록 형성되는데, 상기 반도체 레이저 다이오드 칩의 수평 절개면의 수선에 대해 경사진 방출 레이저 광축을 갖는 도파관은 레이저 빛이 외부로 방출되는 지점인 출사면을 향한 빛 방출 말단부가 반도체 레이저 다이오드 칩의 수평 절개면의 수선에 대하여 경사지게 형성된다.
상기 복수개의 도파관을 통하여 방출되는 레이저 빛의 광축이 한 지점에서 중첩될 수 있도록 상기 복수개의 도파관은 반도체 레이저 다이오드 칩의 수평 절개면에 수선에 대하여 서로 다른 경사각의 레이저 광축을 갖도록 형성된다.
상기 복수개의 도파관은 반도체 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선과 평행한 레이저 광축을 갖는 도파관과, 이 도파관을 중심으로 좌우로 대칭되게 반도체 레이저 다이오드 칩에 배열되어 레이저 빛의 광축이 상호 중첩되는 지점을 향하는 도파관을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 도파관은 반도체 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선과 평행한 레이저 광축을 갖는 도파관과, 이 도파관을 중심으로 좌우로 대칭되게 반도체 레이저 다이오드 칩에 배열되되 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선에 대해 좌우로 확장되도록 배치되는 도파관을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수개의 도파관은 리지 도파관 구조(Ridge Waveguide Structure) 또는 매립형 이종 구조(Buried Hetero Structure)로 이루어진다.
본 발명에 따른 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩은 복수개의 도파관을 가지는 반도체 레이저 다이오드 칩에서 출사면에서 각각의 도파관의 각도를 달리하여 각 도파관에서 방출되는 레이저 빛의 광축을 조절할 수 있도록 함으로써 반도체 레이저 다이오드 전체에서 나오는 빛의 배광을 원하는 데로 바꾸어 넓은 각도에서 균일한 배광 특성을 얻거나 빛을 집중할 수 있어 레이저의 발진 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 녹색 광원을 위하여 Nd:YVO4에 광 펌핑을 하는 펌핑 광원으로서 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 일정한 거리에서 각각의 리지 구조의 도파관에서 방출된 빛들의 광축이 겹쳐지게 되어 레이저 빛이 집중될 수 있도록 하는 반도체 레이저 다이오드의 도파관 구조에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 Nd:YVO4에 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드 칩에 형성된 복수개의 도파관을 도식화한 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드 칩(1)은 광학적으로 독립적인 5개의 리지 도파관 구조 또는 매립형 이종 구조의 레이저 도파관(2 ; S-2, S-1, So, S+1, S+2)로 구성되는데, 이 도파관들(2 ; S-2, S-1, So, S+1, S+2)의 빛 출사면 쪽 각도는 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에 대해 서로 상이한 각을 가지게 형성된다. 도 5에서는 도파관의 수를 5개로 설정하였지만 도파관의 숫자는 축소 또는 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 5개의 레이저 도파관(S-2, S-1, So, S+1, S+2) 중 중앙에 위치한 도파관(So)은 빛의 방출 방향이 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)과 수직 방향으로 형성되고, 다른 도파관들(S-2, S-1, S+1, S+2)의 연장선(4)은 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선과 각각 θ-2, θ-1, θ+1, θ+2의 각도를 갖는다.
도 5에서 도파관(2)이 빛의 출사면(빛의 출사면은 레이저 다이오드 칩의 절개면(C) 중 빛이 방출되는 지점을 의미한다) 방향의 말단부(2a) 쪽에서만 경사지게 되고 나머지 대부분의 길이에서는 레이저 다이오드의 칩(1) 절개면(C)에 수직한 방향성을 가지는 것으로 도시되었다. 각각의 도파관에서 방출되는 레이저 빛의 광축은 레이저 빛의 출사면에 인접한 영역의 도파관의 방향으로 결정되게 되며 여기서 출사면에 인접한 영역이라 함은 출사면에서 수 ㎛ 이내의 영역을 의미한다. 이와 같이 각각의 도파관의 레이저 빛 출사면에서 수 ㎛ 이내의 여역의 도파관 부분을 도파관의 말단부라 명칭하고 이를 도면부호 2(a)로 표시한다. 이는 절개면(C)의 방향 또는 수직한 방향이 결정의 낮은 index(low index) 결정면(100면)으로써 이러한 방향으로 제작된 광 도파관의 광 손실률이 가장 낮기 때문이다. 이에 비해 절개면(C)과 수평 또는 수직 방향이 아닌 다른 각도를 가지는 도파관 구조는 광 손실률이 커져 레이저 다이오드의 발광 효율이 떨어지게 한다. 그러므로 본 발명에서는 레이저 다이오드의 발광 효율을 최대화하기 위해 리지 도파관 구조의 대부분은 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에 수직한 방향을 가지도록 하되 빛 출사면 방향인 말단부(2a)에서는 광 도파관(2)이 절개면(C)에 대해 수직 이외의 각을 가지도록 구성되어 있다. 광 도파관(2)의 방향이 급격하게 변화하면 광 도파관(2)의 방향이 꺾이는 곳에서 빛의 산란 손실이 발생하므로 본 발명의 레이저 도파관은 완만하게 도파관(2)의 방향을 전환하는 형태로 도시되어 있다. 다음에 설명하게 될 Snell의 법칙에서 레이저 다이오드에서 공기 중으로 빛이 방출될 때 레이저 다이오드 내에서 빛의 방향을 결정하는 각도인 θ-2, θ-1, θ+1, θ+2 등의 각도는 빛 출사면과 인접(수 ㎛이내)한 말단부(2a) 영역의 광 도파관 방향에만 의존하게 되며 전체 광 도파관의 대부분을 차지하는 낮은 index 방향 또는 도파관 방향이 연속적으로 변화하는 커브(curve) 구간의 광 도파관 방향과는 무관하게 결정된다. 그러므로 본 발명에서 언급하는 θ-2, θ-1, θ+1, θ+2 등의 광 도파관의 각도는 빛 출사면 인근(수 ㎛이내)에서의 말단부(2a) 빛 도파관의 각도와 같다.
InP(Indium Phosphorus) 기반의 레이저 다이오드는 굴절률이 3.4 정도이며, 공기 중의 굴절률은 1이므로, 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선에 대해 일정한 각도를 갖는 상태로 방출되는 빛은 빛의 굴절에 관한 Snell의 법칙을 따르게 된다.
도 6은 Snell의 법칙에 따라 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선에 대해 평행한 도파관과 θ의 각도를 갖는 도파관에서 방출되는 빛이 중첩되는 과정을 나타내는 개념도이다.
이하, 도 6의 설명에서는 광축 성분에 대해서만 Snell의 법칙을 적용하여 빛을 중첩시키는 방법에 대해 설명을 할 것이며, 이러한 관계는 하나의 출사면에서 다른 각도 성분을 가지는 방출 빛에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 굴절률을 n1, 공기중의 굴절률을 n0, 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면 수선에 대한 도파관(B)의 경사도를 θ, 경사진 도파관(B)에서 방출되는 빛이 공기 중에서 갖는 각도를 φ라 할 때 Snell의 법칙은 다음과 같다.
Figure 112007065698724-pat00001
반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에 대해 빛 방출구가 수직 방향을 갖는 도파관(A)과 경사진 도파관(B) 사이의 수평 거리를 d 라하고, 두 도파관(A,B)에서 방출된 빛이 만나는 지점(T)과 반도체 레이저 다이오드 칩(1)과의 수직 거리를 L이라 하면 상기 φ와 d 및 L 간에는 다음과 같은 수식이 성립된다.
Figure 112007065698724-pat00002
도파관 사이의 거리가 d 인 두 도파관(A,B)에서 방출되는 빛이 L 위치에서 겹쳐지기 위한 각 θ는 상기 수학식 1과 2에 따라 다음과 같이 정해진다.
Figure 112007065698724-pat00003
따라서, 복수의 도파관을 가지는 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)의 수선에 대한 각 도파관의 말단부의 경사각도(θ)와 도파관 사이의 거리(d)를 조절함으로써 각 도파관에서 방출되는 광축이 레이저 다이오드 칩(1)으로부터 일정 거리(L)에서 중첩되도록 할 수 있으며, 광축이 중첩됨에 따라 이 지점에서 복수 개의 리지 도파관에서 방출되는 전체 레이저 빛의 크기를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 각각의 레이저 도파관에서 방출되는 빛은 싱글 모드 특성을 가지므로 중첩된 빛 또한 공간적으로 싱글 모드의 분포를 하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드 칩의 도파관을 통하여 방출되는 빛이 중첩되는 과정을 나타낸 것이다. 도 7에서 각각의 리지 도파관(2)에서 발산되는 레이저 빛의 광축은 도시에서 생략하였으며 각 레이저 도파관(2)에서 발산하는 빛의 발산각을 도시하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 레이저 다이오드 도파관(2 ; S-2, S-1, S0, S+1, S+2)에서 방출되는 빛이 일정한 발산각을 갖는 경우, 상기 수학식 3에 따라 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)의 수선에 대하여 각각의 레이저 다이오드 도파 관(S-2, S-1, S0, S+1, S+2)에서 방출되는 빛이 갖는 각도를 조절함으로써 레이저 다이오드 칩(1)으로부터 L 거리 떨어진 지점(T)에서 각 레이저 다이오드 도파관(2)에서 방출된 빛이 중첩되게 되도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 복수개의 도파관(2)을 가지는 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에서 각각의 도파관(2)의 빛 방출 각도를 달리함으로써 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에서 일정거리(L) 떨어진 지점(T)에서 각 도파관(2)에서 방출된 빛들이 겹쳐질 수 있도록 할 수 있다.
이하에서는 Nd:YAG에 광 펌핑을 하는 펌핑 광원으로서 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 일정한 거리에서 각각의 리지 구조의 도파관에서 방출된 빛들을 퍼트려 균등하게 펌핑될 수 있도록 하는 반도체 레이저 다이오드의 도파관 구조에 대하여 설명한다. 이하에서는 상기 Nd:YVO4의 하부에서 상부로 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드의 도파관과 구분하기 위하여, Nd:YAG의 상부에서 하부로 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드의 도파관을 실시예로 들어 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 Nd:YAG에 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드 칩의 도파관을 도식화한 개념도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 또한 광학적으로 독립적인 5개의 리지 도파관 구조 또는 매립형 이종 구조의 레이저 도파관(2 ; S-2, S-1, So, S+1, S+2)로 구성되는데, 이 도파관들(2 ; S- 2, S-1, So, S+1, S+2)의 빛 출사면 쪽 말단부(2a)의 각도는 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에 대해 서로 상이한 각을 가지게 형성된다. 도 8에서도 도파관의 수를 5개로 설정하였지만 도파관의 숫자는 축소 또는 확장될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 다른 실시예에서 5개의 레이저 도파관(S+2, S+1, So, S-1, S-2) 중 중앙에 위치한 도파관(So)은 빛의 방출 방향이 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)과 수직 방향으로 형성되고, 다른 도파관들(S+2, S+1, S-1, S-2)의 연장선(4)은 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선과 각각 θ+2, θ+1, θ-1, θ-2의 각도를 갖는다. 도 8에서도 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선에 대해 일정한 각도를 갖는 상태로 방출되는 빛은 빛의 굴절에 관한 Snell의 법칙을 따르게 된다.
도 9는 Snell의 법칙에 따라 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선에 대해 평행한 도파관과 θ의 각도를 갖는 도파관에서 방출되는 빛이 공기중에서 굴절되는 개념도이고, 도 10은 상기 도 9의 도파관에서 방출되는 발산각내의 모든 빛이 광축과 유사하게 굴절되는 것을 나타내는 개념도이다.
레이저 다이오드 칩(1)의 도파관(2)에서 빛이 방출될 때 발산각에 해당하는 각도로 빛이 발산되며 방출되지만, 도 9의 설명에서도 이해를 용이하게 하기 위하여 광축 성분에 대해서만 Snell의 법칙을 적용하여 빛의 굴절에 대해 설명을 할 것이며, 이러한 Snell의 법칙은 하나의 광 도파관에서 광축과 다른 각도로 방출되는 빛의 성분에 대해서도 적용되며, 또한 하나의 반도체 칩에 내장되어 있는 다른 각도의 빛 출사 방향을 가지는 도파관에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 굴절률을 n1, 공기중의 굴절률을 n0, 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C) 수선에 대한 도파관(2)(B) 말단부(2a)의 경사도를 θ, 경사진 도파관(2)에서 방출되는 레이저의 광축이 공기 중에서 갖는 각도를 φ라 할 때 Snell의 법칙은 상기 수학식 1에서와 같이
Figure 112007065698724-pat00004
를 따른다.
따라서, 절개면(C)에 대한 도파관(2)의 말단부(2a) 각도 θ가 0도일 경우 도파관(2) 또는 공기중의 굴절률에 관계없이 공기중으로 방출되는 빛의 각도 φ는 0도로 칩 절개면(C)에 대해 수직 방출되게 된다. 그러나 도파관(2)의 말단부(2a) 각도가 이 칩 절개면(C)에 대해 유한한 임의의 값 θ일 경우 공기중으로 방출되는 빛의 광축은 칩(1)의 절개면(C)의 수선으로부터 수학식 2로부터 결정되는 다음의 수학식 4의 φ 각도만큼 각이 변화하게 된다.
Figure 112007065698724-pat00005
따라서, 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)의 수선에 대한 각 도파관(2)의 말단부(2a) 각도 θ를 변화시킴으로서 도파관(2)에서 방출되는 레이저 빛의 광축이 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)의 수선에 대해 φ의 각을 가지도록 할 수 있다. 이러한 과정은 한개의 반도체 칩에서 서로 광학적으로 독립적으로 동작하는 여러 개의 광 도파관이 있을 경우에 각각의 광 도파관에 개별적으로 작용된다.
상기 도 9의 설명에서 빛의 굴절을 광축 성분에 대해서만 설명하였으나, 실제적으로 레이저 빛은 도파관(2) 말단부(2a)의 각도에 의해서 결정되는 광축과 광축 성분과 다른 각도를 가지는 성분이 포함되어 방출되게 된다. 광축 성분과 다른 성분의 빛 또한 Snell의 법칙을 따르게 된다. 즉 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에 수직인 도파관(2)의 경우 광축은 절개면(C)에 수직이지만 다른 방출 각도 성분을 가지는 빛들이 포함되어 방출되며, 절개면(C)의 수선과 상이한 각도를 가지는 도파관(2)의 경우 광축은 도파관(2)의 말단부(2a) 각도와 Snell의 법칙에 의해 결정되며, 광축이 아닌 성분들 또한 Snell의 법칙에 따라 굴절되게 되어 전체적으로는 도 10과 같이 말단부(2a)가 경사가 진 도파관(2)은 광축뿐만 아니라 발산각내의 모든 빛이 광축과 유사하게 굴절되게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 하나의 반도체 레이저 다이오드 칩에 복수개의 도파관을 구비하고 각각의 도파관의 말단부 각도를 개별적으로 변화시켰을 경우 각 도파관을 통하여 방출되는 레이저 빛을 발산각을 포함하여 나타낸 개념도이다.
또한, 도 12는 9개의 도파관을 가지는 MSR 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 광축 성분의 빛 크기를 나타낸 일례이고, 도 13은 상기 도 12의 MSR 반도체 레이저를 이용하여 Nd:YAG 매질을 균일하게 펌핑하는 개념도를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 복수개의 도파관을 갖는 반도체 레이저 다이오드 칩에서 절개면에 수직한 각도의 도파관을 없애고 도파관을 양옆으로 벌리는 형태의 경사각도를 가지도록 배치하는 경우 도파관을 통하여 방출되는 레이저 빛의 등 에너지 선을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 MSR 레이저에서는 레이저 빛의 발산 특성이 개개의 도파관 방향에 의해 결정되므로 도 14와 같이 레이저 다이오드의 수직 전면에서는 레이저 빛이 존재하지 않고 다른 각도에서만 레이저 빛이 존재하도록 도파관(2)의 구조를 설정할 수 있다. 상기 도 14에서 곡선은 레이저 빛 세기가 동일한 지역을 그림으로 표현한 등 에너지선이다.
이와 같이, 본 발명은 복수개의 도파관(2)을 가지는 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 절개면(C)에서 각각의 도파관(2) 말단부(2a)의 빛 방출 각도를 달리함으로써 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에서 각 도파관(2)에서 방출된 빛들이 퍼져 Nd:YAG 매질에 균일하게 광 펌핑이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 808㎚ 반도체 레이저 다이오드를 펌핑 광원으로 하여 1064㎚의 레이저 빛을 방출하는 Nd:YAG Laser의 구조도를 나타낸 것이다.
도 2는 종래 반도체 레이저 다이오드의 활성층 단면을 통하여 방출되는 레이저 빛의 방출 각도 및 강도를 나타낸 것이다.
도 3은 종래 반도체 레이저 다이오드 칩의 단면도이다.
도 4는 상기 도 3의 반도체 레이저 다이오드 칩에 의해 방출되는 빛을 도식화한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 Nd:YVO4에 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드칩에 형성된 복수개의 도파관을 도식화한 개념도이다.
도 6은 Snell의 법칙에 따라 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선에 대해 평행한 도파관과 θ의 각도를 갖는 도파관에서 방출되는 빛이 중첩되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드 칩의 도파관을 통하여 방출되는 빛이 중첩되는 과정을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 Nd:YAG에 광 펌핑을 하는 레이저 다이오드 칩의 도파관을 도식화한 개념도이다.
도 9는 Snell의 법칙에 따라 레이저 다이오드 칩 절개면의 수선에 대해 평행한 도파관과 θ의 각도를 갖는 도파관에서 방출되는 빛이 공기중에서 굴절되는 개념도이다.
도 10은 상기 도 9의 도파관에서 방출되는 발산각내의 모든 빛이 광축과 유사하게 굴절되는 것을 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 도파관 말단부 각도를 개별적으로 변화시켰을 경우 각 도파관을 통하여 방출되는 레이저 빛을 발산각을 포함하여 나타낸 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 9개의 도파관을 가지는 MSR 레이저 다이오드에서 방출되는 광축 성분의 빛 크기를 나타낸 일례이다.
도 13은 상기 도 12의 MSR 반도체 레이저를 이용하여 Nd:YAG 매질을 균일하게 펌핑하는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 반도체 레이저 다이오드 칩에서 절개면에 수직한 각도의 도파관을 없애고 도파관을 양옆으로 벌리는 형태의 경사각도를 가지도록 배치하는 경우 도파관을 통하여 방출되는 레이저 빛의 등 에너지 선을 나타낸 것이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 레이저 다이오드 칩
2 : 리지 도파관(Waveguide) 구조 또는 매립형 이종구조(BH ; Buried Hetero structure) 구조의 도파관
3 : 공기중으로 방출되는 레이저 빛
4 : 리지 도파관의 연장 방향 선

Claims (8)

  1. 복수개의 도파관(2)이 하나의 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 형성되어 각각 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 빛을 외부로 방출하는 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2) 중 적어도 두개 이상의 도파관은 방출되는 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 수평 절개면(C)의 수선에 대해 서로 다른 경사각을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 수평 절개면(C)의 수선에 대해 경사진 방출 레이저 광축을 갖는 도파관은 레이저 빛이 외부로 방출되는 지점인 출사면을 향한 빛 방출 말단부(2a)가 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 수평 절개면(C)의 수선에 대하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2)을 통하여 방출되는 레이저 빛의 광축이 한 지점에서 중첩될 수 있도록 상기 복수개의 도파관(2)은 반도체 레이저 다이오드 칩(1)의 수평 절개면(C)의 수선에 대하여 서로 다른 경사각의 레이저 광축을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2)은 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선과 평행한 레이저 광축을 갖는 도파관과, 이 도파관을 중심으로 좌우로 대칭되게 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 배열되어 레이저 빛의 광축이 상호 중첩되는 지점을 향하는 도파관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선과 평행한 레이저 광축을 갖는 도파관(A)과 절개면(C)의 수선과 θ의 각을 갖는 도파관(B) 사이의 수평 거리가 d 이고, 상기 도파관(A, B)을 통하여 방출되는 빛이 중첩되는 지점(T)과 도파관(A)의 출사면과의 수직 거리가 L 이고, 레이저 다이오드 칩(1)의 굴절률이 n1, 공기중의 굴절률이 n0일 때, 상기 도파관(B)의 경사각 θ는 수학식
    Figure 112008040652885-pat00006
    인 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2)은 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선과 평행한 레이저 광축을 갖는 도파관과, 이 도파관을 중심으로 좌우로 대칭되게 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 배열되되 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선에 대해 좌우로 확장되도록 배치되는 도파관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2)은 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선을 중심으로 좌우로 대칭되게 반도체 레이저 다이오드 칩(1)에 배열되되 레이저 빛의 광축이 반도체 레이저 다이오드 칩(1) 절개면(C)의 수선에 대해 좌우로 확장되도록 배치되는 도파관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 도파관(2)은 리지 도파관 구조(Ridge Waveguide Structure) 또는 매립형 이종 구조(Buried Hetero Structure)인 것을 특징으로 하는 복수개의 도파관이 형성된 반도체 레이저 다이오드 칩.
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