KR20030073208A - 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이에 관한 것으로, 상면에 일측에서 타측까지 연장되어 제거된 요홈을 갖는 하부 히트싱크와; 상기 하부 히트싱크의 요홈 일측에 전기적 접속으로 안착되어, 상기 하부 히트싱크 측면으로 노출된 제 1 반도체 레이저 다이오드와; 상기 제 1 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 하부 히트싱크 요홈에 안착되는 제 1 절연막과; 상기 제 1 반도체 레이저 다이오드의 상부에서 전기적 접속되고, 상기 절연막의 상부에 놓여진 전극층과; 상기 전극층의 일측 상부에 전기적 접속된 제 2 반도체 레이저 다이오드와; 상기 제 2 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 전극층의 상부에 놓여진 제 2 절연막과; 상기 제 2 반도체 레이저 다이오드와 제 2 절연막이 삽입되는 요홈을 갖고, 상기 하부 히트싱크와 접착된 상부 히트싱크로 구성된다.

따라서, 본 발명은 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이가 수직적으로 적층되도록 배열함으로서, 단위 면적당 높은 출력을 얻을 수 있으며, 히트싱크를 통하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이{Semiconductor laser diode array packaged on heat sink}

본 발명은 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이가 수직적으로 적층되도록 배열함으로서, 단위 면적당 높은 출력을 얻을 수 있으며, 히트싱크를 통하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이에 관한 것이다.

일반적으로, 고출력 에지 방출(Edge-emitting) 반도체 레이저 다이오드는 고체 상태(Solid-state) 레이저 펌핑용, 자유 공간 광통신(Free-space optical communication), 의료용, 디스플레이용 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이의 사시도로서, 레이저광을 방출하는 활성층(5)이 구비된 반도체 레이저 다이오드 어레이(10)의 상부에는 상호 분리된 복수의 리지(Ridge)(7)들이 형성되어 있어, 리지(7)로 유입되는 전류에 의해서 활성층(5)은 레이저광을 방출한다.

보통 하나의 반도체 레이저 다이오드 어레이에 20 ~ 30개 정도의 리지가 형성되어 있으며, 반도체 레이저 다이오드 어레이(10)의 폭(W)은 1㎝이며, 리지폭은 대략 10㎛ ~ 150㎛이다.

이런 반도체 레이저 다이오드 어레이에서, 고출력을 얻기 위해서는 단위 면적당 얻을 수 있는 출력이 한정되어 있기 때문에, 리지 폭을 증가시키거나 반도체 레이저 다이오드 어레이의 길이를 증가시키는 방법을 사용한다.

그러나, 리지폭을 증가시키면, 많은 열이 발생하여 특성을 향상시키기 어렵고, 또한 섬유-결합된 반도체 레이저 디이오드 어레이는 섬유의 직경보다 크게 증가시키면, 결합효율이 감소하기 때문에 증가시키기 어렵다.

반도체 레이저 다이오드 어레이의 길이를 증가시켜, 리지의 수를 증가시키는 방법은 많은 수의 섬유가 필요하기 때문에 적용하기 어렵고, 섬유의 묶음도 커지기 때문에 부가적인 문제점이 발생함으로, 실효성이 없다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이가 수직적으로 적층되도록 배열함으로서, 단위 면적당 높은 출력을 얻을 수 있으며, 히트싱크를 통하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상면에 일측에서 타측까지 연장되어 제거된 요홈을 갖는 하부 히트싱크와;

상기 하부 히트싱크의 요홈 일측에 전기적 접속으로 안착되어, 상기 하부 히트싱크 측면으로 노출된 제 1 반도체 레이저 다이오드와;

상기 제 1 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 하부 히트싱크 요홈에 안착되는 제 1 절연막과;

상기 제 1 반도체 레이저 다이오드의 상부에서 전기적 접속되고, 상기 절연막의 상부에 놓여진 전극층과;

상기 전극층의 일측 상부에 전기적 접속된 제 2 반도체 레이저 다이오드와;

상기 제 2 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 전극층의 상부에 놓여진 제 2 절연막과;

상기 제 2 반도체 레이저 다이오드와 제 2 절연막이 삽입되는 요홈을 갖고, 상기 하부 히트싱크와 접착된 상부 히트싱크로 이루어진 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이가 제공된다.

도 1은 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이의 조립 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이의 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이가 광섬유와 결합되는 상태를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20,30 : 히트싱크 21,31 : 반도체 레이저 다이오드 22,32 : 절연막 40 : 전극층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이의 조립 사시도로서, 상면에 일측에서 타측까지 연장되어 제거된 요홈(33)을 갖는 하부 히트싱크(30)와; 상기 하부 히트싱크(30)의 요홈(33) 일측에 전기적 접속으로 안착되어, 상기 하부 히트싱크(30) 측면으로 노출된 제 1 반도체 레이저 다이오드(31)와; 상기 제 1 반도체 레이저 다이오드(31)에 인접되어 상기 하부 히트싱크(30) 요홈(33)에 안착되는 제 1 절연막(32)과; 상기 제 1 반도체 레이저 다이오드(31)의 상부에서 전기적 접속되고, 상기 제 1 절연막(32)의 상부에 놓여진 전극층(40)과; 상기 전극층(40)의 일측 상부에 전기적 접속된 제 2 반도체 레이저 다이오드(21)와; 상기 제 2 반도체 레이저 다이오드(21)에 인접되어 상기 전극층(40)의 상부에 놓여진 제 2 절연막(22)과; 상기 제 2 반도체 레이저 다이오드(21)와 제 2 절연막(22)이 삽입되는 요홈(23)을 갖고, 상기 하부 히트싱크(30)와 접착된 상부 히트싱크(20)로 구성되어있다.

여기서, 상기 제 1, 2 절연막(32,22)은 BeO 또는 AlN으로 적용하는 것이 바람직하다.

상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 n전극은 상부와 하부의 히트싱크(20,30)에 솔더에 의해 접착되어 전기적으로 접속되고, 상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 p전극은 p전극층과 솔더에 의해 접착되어 전기적으로 접속된다.

이 때, 상기 상부와 하부의 히트싱크(20,30)는 n전극의 역할을 수행함으로, 상기 p전극층과 전원에 연결되어 있다.

이렇게 구성된 본 발명의 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이들은 p전극층으로부터 전류를 인가받으므로서, 동작하게 된다.

전술된 바와 상반되는 개념으로, 본 발명에서는 상부와 하부 히트싱크(20,30)를 p 전극으로 사용하고, 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 사이에 n전극층을 마련하여, 상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 n전극과 n전극층을 전기적으로 연결하여 사용할 수 있다.

그러므로, 상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 사이에 개재되어, 상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(21,31)의 전극과 전기적으로 연결되는 층은 p 또는 n 전극층을 선택적으로 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이의 사시도로서, 상부와 하부 히트싱크(20,30)는 각각 요홈(23,33)을 구비하고 있고,상기 상부와 하부 히트싱크(20,30)는 접착되어 상기 요홈(23,33)으로 이루어진 관통홀이 형성되며, 상기 하부 히트싱크(30)에 제 1 반도체 레이저 다이오드(31)와, p 전극층(40)과 제 2 반도체 레이저 다이오드(20)가 순차적으로 형성되어 있다.

여기서, p 전극층(40)은 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이(31,21)에서 발생한 열을 절연막들(22,32)을 통하여 상부와 하부 히트싱크(20,30)로 전달하는 역할을 수행한다.

도 4는 본 발명에 따른 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이가 광섬유와 결합되는 상태를 도시한 단면도로서, 상부와 하부 히트싱크(20,30)의 측면에 노출된 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이들(31,21)은 광섬유(50)와 각각 결합된다.

이때, 광섬유와 결합이 원활하게 이루어지기 위해서는, 상기 제 1, 2 반도체 레이저 다이오드 어레이들(31,21)은 상호 광섬유의 직경보다 멀리 떨어져 있으면 않된다. 그러므로, p 전극층(40)에 사용되는 구리판은 40 ~ 60㎛의 두께가 적당하다.

따라서, 본 발명은 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이의 광이 하나의 광섬유에 전송되므로, 2배의 출력을 얻을 수 있다.

그러나, 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이가 근접함에 따른 열적인 문제를 해결하기 위하여, 핀(Fin) 형태의 방열판, 냉각 쿨러(Culler)와 냉각 팬 등과 같은 냉각수단을 상기 상부 또는 하부 히트싱크의 적어도 하나의 일면에 장착하는 것이 효율적으로 열을 방출시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 두 개의 반도체 레이저 다이오드 어레이가 수직적으로 적층되도록 배열함으로서, 단위 면적당 높은 출력을 얻을 수 있으며, 히트싱크를 통하여 열 방출을 효율적으로 방출시킬 수 있는 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 (5)

1. 상면에 일측에서 타측까지 연장되어 제거된 요홈을 갖는 하부 히트싱크와;

   상기 하부 히트싱크의 요홈 일측에 전기적 접속으로 안착되어, 상기 하부 히트싱크 측면으로 노출된 제 1 반도체 레이저 다이오드와;

   상기 제 1 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 하부 히트싱크 요홈에 안착되는 제 1 절연막과;

   상기 제 1 반도체 레이저 다이오드의 상부에서 전기적 접속되고, 상기 절연막의 상부에 놓여진 전극층과;

   상기 전극층의 일측 상부에 전기적 접속된 제 2 반도체 레이저 다이오드와;

   상기 제 2 반도체 레이저 다이오드에 인접되어 상기 전극층의 상부에 놓여진 제 2 절연막과;

   상기 제 2 반도체 레이저 다이오드와 제 2 절연막이 삽입되는 요홈을 갖고, 상기 하부 히트싱크와 접착된 상부 히트싱크로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극층은 p 전극층 또는 n 전극층인 것을 특징으로 하는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1, 2 절연막은 BeO 또는 AlN 인 것을 특징으로 하는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전극층의 두께는 40 ~ 60㎛인 것을 특징으로 하는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 또는 하부 히트싱크의 적어도 하나 일면에 부착된 냉각수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 히트싱크에 조립된 반도체 레이저 다이오드 어레이.