KR102103515B1 - Laser diode structure and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

일부 실시예에 따르면, 제1 방열부 상면의 중심부를 덮는 제1 금속층, 제1 방열부 상면의 가장자리부를 덮고, 제1 금속층의 양 측벽과 접하는 제1 절연층, 제1 금속층 및 제1 절연층 상에 차례로 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 제2 방열부를 포함하는 고출력 레이저 다이오드가 개시된다.According to some embodiments, the first metal layer covering the center of the upper surface of the first heat dissipation unit, the first insulation layer covering the edge of the upper surface of the first heat dissipation unit, and contacting both side walls of the first metal layer, the first metal layer and the first insulation layer Disclosed is a high power laser diode including a first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer, and a second heat dissipation layer sequentially stacked on the top.

Description

레이저 다이오드 구조 및 제조 방법 {Laser diode structure and manufacturing method}Laser diode structure and manufacturing method

본 개시는 레이저 다이오드 구조 및 제조 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a laser diode structure and manufacturing method.

고출력 레이저 다이오드(High-power broad-area semiconductor laser diode)는 고효율, 저비용 및 소형 크기의 장점으로 인해 군용, 산업용, 상업용 및 소비재 용도 등에서 고전력 레이저의 소스로 널리 사용되고 있다. High-power broad-area semiconductor laser diodes are widely used as sources of high-power lasers in military, industrial, commercial, and consumer applications due to their high efficiency, low cost, and small size.

레이저 다이오드는 접합된 n형의 반도체층과 p형의 반도체층으로 구성된다. 레이저 다이오드는 접합된 반도체층에 전류를 주입시키게 되면, 에너지 밴드(energy band)의 전도 대역(conduction band)에 해당하는 n형 반도체층의 전자와 가전자 대역(valence band)에 해당하는 p형 반도체층의 정공이 재결합되면서, 에너지 밴드갭에 해당하는 에너지를 광(optic)의 형태로 방출시킨다. 특히, 레이저 다이오드는 에너지 밴드갭이 큰 반도체층 사이에 상대적으로 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 물질로 된 활성층의 유도 방출(stimulated emission)된 광을 이용한다. 이에 따라, 광의 간섭성(coherency)을 증가시키는 발진이 발생되면, 활성층에서 발생되는 모든 광은 동일한 방향과 위상을 가지면서 증폭되어, 매우 높은 광출력을 얻게 된다. The laser diode is composed of a bonded n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer. When a laser diode injects a current into a bonded semiconductor layer, a p-type semiconductor corresponding to an electron and a valence band of an n-type semiconductor layer corresponding to a conduction band of an energy band As the holes in the layer recombine, energy corresponding to the energy band gap is emitted in the form of optics. In particular, the laser diode uses the light emitted by the stimulated emission of the active layer made of a material having a relatively low energy band gap between semiconductor layers having a large energy band gap. Accordingly, when an oscillation that increases coherency of light is generated, all light generated in the active layer is amplified while having the same direction and phase, thereby obtaining a very high light output.

그러나, 고출력 광역 레이저 다이오드는 고전류 주입으로 인해 발생하는 높은 열로 인해 성능 저하 및 양자 우물의 온도 프로파일이 불균일함으로 인하여 측 방향으로 굴절율 구배가 발생하는 문제가 있다. However, the high power wide area laser diode has a problem in that a refractive index gradient is generated in a lateral direction due to performance degradation due to high heat generated by high current injection and non-uniform temperature profile of the quantum well.

다양한 실시예들은 레이저 다이오드 구조 및 제조 방법을 제공하는데 있다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.Various embodiments are directed to providing a laser diode structure and manufacturing method. The technical problem to be achieved by the present disclosure is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may be inferred from the following embodiments.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 측면에 따른 고출력 레이저 다이오드는, 제1 방열부 상면의 중심부를 덮는 제1 금속층; 제1 방열부 상면의 가장자리부를 덮고, 제1 금속층의 양 측벽과 접하는 제1 절연층; 제1 금속층 및 제1 절연층 상에, 차례로 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 제2 방열부;를 포함할 수 있다. As a means for solving the above-described technical problem, a high-power laser diode according to one aspect includes: a first metal layer covering a central portion of an upper surface of a first heat dissipation unit; A first insulating layer covering an edge portion of the upper surface of the first heat dissipation portion and contacting both side walls of the first metal layer; It may include; a first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer and a second heat dissipation unit sequentially stacked on the first metal layer and the first insulating layer.

상기 고출력 레이저 다이오드는 제2 반도체층의 중심부와 제2 방열부 사이에 배치된 제2 금속층; 및 제2 반도체층의 가장자리부와 제2 방열부 사이에 배치된 제2 절연층;을 더 포함할 수 있다.The high power laser diode includes a second metal layer disposed between the center of the second semiconductor layer and the second heat dissipation unit; And a second insulating layer disposed between the edge portion of the second semiconductor layer and the second heat dissipation portion.

제1 금속층 및 제1 절연층은 제1 방열부로의 방열에 있어서, 고출력 레이저 다이오드의 광도파로의 중심부로의 방열을 유도할 수 있다. The first metal layer and the first insulating layer may induce heat dissipation of the high power laser diode to the center of the optical waveguide in heat dissipation to the first heat dissipation unit.

또한, 제2 금속층 및 제2 절연층은 제2 방열부로의 방열에 있어서, 고출력 레이저 다이오드의 광도파로의 중심부로의 방열을 유도할 수 있다.In addition, the second metal layer and the second insulating layer can induce heat dissipation of the high power laser diode to the center of the optical waveguide in heat dissipation to the second heat dissipation unit.

제1 금속층은 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta,Al, Pd, Pt, Si 중 적어도 한 성분 이상을 포함하는 금속, 합금 또는 고용체이고, 제1 절연층은 SiOx, SixNy, AlxOy 또는 HfxOy 층(x, y 는 자연수)일 수 있다. The first metal layer is a metal, alloy, or solid solution containing at least one component of Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al, Pd, Pt, Si, and the first metal layer. The insulating layer may be SiO x , Si x N y , Al x O y or Hf x O y layer (x, y is a natural number).

제1 반도체층은 제1 클래드층 및 제1 SCH(Separate Confinement Heterostructure)층을 포함하고, 제2 반도체층은 제2 클래드층 및 제2 SCH(Separate Confinement Heterostructure)층을 포함할 수 있다.The first semiconductor layer may include a first clad layer and a first separate confinement heterostructure (SCH) layer, and the second semiconductor layer may include a second clad layer and a second separate confinement heterostructure (SCH) layer.

일부 실시예에 따르면, 제1 SCH층 및 제2 SCH층은 GaiInjPk층(i+j+k=1, 0<i<1, 0<j<1, 0<k<1)이고, 제1 클래드층은 AlaGabIncP N-type 반도체층(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1)이고 제2 클래드층은 AleGafIngP P-type 반도체층(e+f+g =1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1)이거나, 제1 클래드층은 AlaGabIncP P-type 반도체층(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1)이고 제2 클래드층은 AleGafIngP N-type 반도체층(e+f+g=1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1)일 수 있다.According to some embodiments, the first SCH layer and the second SCH layer are Ga i In j P k layers (i + j + k = 1, 0 <i <1, 0 <j <1, 0 <k <1) And the first clad layer is Al a Ga b In c P N-type semiconductor layer (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1), and the second clad The layer is Al e Ga f In g P P-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1), or the first clad layer is Al a Ga b In c P P-type semiconductor layer (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1) and the second clad layer is Al e Ga f In g P It may be an N-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1).

또한, 다른 측면에 따른 고출력 레이저 다이오드의 제조 방법은, 기판 상에 순차적으로 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 형성하는 단계; 제2 반도체층 상면의 중심부를 덮는 제2 금속층을 형성하는 단계; 제2 반도체층 상면의 가장자리부를 덮고 제2 금속층의 양 측벽과 접하는 제2 절연층을 형성하는 단계; 기판을 제거하는 단계; 제1 반도체층 하부의 중심부에 제1 금속층 및 제1 반도체층 하부의 가장자리부에 배치되고 제1 금속층의 양 측벽과 접하는 제1 절연층을 형성하는 단계; 제1 금속층 및 상기 제1 절연층의 하부에 제1 방열부를 형성하는 단계; 제2 금속층 및 제2 절연층의 상부에 제2 방열부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, a method of manufacturing a high power laser diode according to another aspect includes: sequentially forming a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on a substrate; Forming a second metal layer covering the center of the upper surface of the second semiconductor layer; Forming a second insulating layer covering an edge portion of the upper surface of the second semiconductor layer and contacting both sidewalls of the second metal layer; Removing the substrate; Forming a first metal layer and a first insulating layer disposed on an edge portion of the lower portion of the first semiconductor layer and in contact with both sidewalls of the first metal layer; Forming a first heat dissipation portion under the first metal layer and the first insulating layer; And forming a second heat dissipation portion on the second metal layer and the second insulating layer.

상기 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 형성하는 단계는 기판과 제1 반도체층 사이에, 순차적으로 희생층(sacrificial layer) 및 식각 정지층(etch stop layer)을 형성하는 단계를 포함하고, 제1 금속층 및 제1 절연층을 형성하는 단계는 식각 정지층 하부의 중심부에 제1 금속층을 접합하고 식각 정지층 하부의 가장자리부에 제1 절연층을 접합할 수 있다.The forming of the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer includes forming a sacrificial layer and an etch stop layer sequentially between the substrate and the first semiconductor layer. , In forming the first metal layer and the first insulating layer, the first metal layer may be bonded to the center of the lower portion of the etch stop layer, and the first insulating layer may be bonded to the edge of the lower portion of the etch stop layer.

기판을 제거하는 단계는, Epitaxial liftoff 또는 Laser liftoff 공정에 의해 희생층을 식각할 수 있다. In the step of removing the substrate, the sacrificial layer may be etched by an Epitaxial liftoff or Laser liftoff process.

본 개시에 따른 고출력 레이저 다이오드는 고출력 레이저 다이오드 소자에 고전류 주입으로 인해 발생하는 높은 열을 효율적으로 방열하면서, 동시에 광도파로 중심부과 가장자리부의 온도 프로파일을 균일하게 하여 측 방향 far-field를 좁힐 수 있다. The high-power laser diode according to the present disclosure can efficiently dissipate high heat generated by high-current injection into the high-power laser diode device, and at the same time, uniformize the temperature profiles of the center and edge portions of the optical waveguide to narrow the lateral far-field.

도 1은 고출력 레이저 다이오드의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 고출력 레이저 다이오드에 가해지는 전류 값에 따른 출력 전력과 양자우물의 온도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 고출력 레이저 다이오드의 측방향 방사각에 따른 출사광의 세기를 측정한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제거된 기판 쪽으로 형성된 방열부를 포함하는 고출력 레이저 다이오드를 도시한 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 구조를 도시한 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 구조를 도시한 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8a는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 양자 우물(quantum well) 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 측방향 방사각에 따른 출사광의 세기를 측정한 그래프이다.
도 9는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 양자 우물 온도 분포와 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 방사각을 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view showing the structure of a high power laser diode.
2 is a graph showing the output power and the temperature of the quantum well according to the current value applied to the high power laser diode.
3 is a graph measuring the intensity of emitted light according to the lateral emission angle of a high power laser diode.
4 is a perspective view showing a high power laser diode including a heat dissipation unit formed toward a removed substrate according to an embodiment.
5 is a perspective view showing the structure of a high power laser diode according to an embodiment.
6 is a perspective view showing the structure of a high power laser diode according to an embodiment.
7 is a view showing a method of manufacturing a high power laser diode according to an embodiment.
8A is a graph showing the quantum well temperature distribution of a high power laser diode according to an embodiment according to a change in contact size of a metal layer.
8B is a graph measuring intensity of emitted light according to a lateral emission angle of a high power laser diode according to an embodiment according to a change in contact size of a metal layer.
9 is a graph showing the quantum well temperature distribution of the high power laser diode and the emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135) according to a change in contact size of the metal layer.

본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terminology used in the present embodiments was selected from general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present embodiments, but this may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the appearance of new technology, and the like. You can. In addition, in certain cases, there are also terms that are arbitrarily selected, and in this case, their meaning will be described in detail in the description of the corresponding embodiment. Therefore, the terms used in the present embodiments should be defined based on the meaning of the terms and the contents of the present embodiments, not simply the names of the terms.

실시예들에 대한 설명들에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the descriptions of the embodiments, when it is said that a part is connected to another part, this includes not only the case of being directly connected, but also the case of being electrically connected with another component in between. . Also, when a part includes a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified.

본 실시예들에서 사용되는 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.The terms "consisting of" or "comprising" as used in the embodiments should not be construed as including all of the various components, or various steps described in the specification, some of them or It should be construed that some steps may not be included, or may further include additional components or steps.

하기 실시예들에 대한 설명은 권리범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 해당 기술분야의 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 실시예들의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.The description of the following embodiments should not be construed as limiting the scope of rights, and those that can be easily inferred by those skilled in the art should be construed as belonging to the scope of rights of the embodiments. Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예들은 레이저 다이오드 구조 및 제조 방법에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.The present embodiments relate to a laser diode structure and a manufacturing method, and detailed descriptions of matters well known to those skilled in the art to which the following embodiments pertain will be omitted.

도 1은 고출력 레이저 다이오드의 구조를 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view showing the structure of a high power laser diode.

도 1을 참조하면, 고출력 레이저 다이오드(10)는 기판(100)을 포함할 수 있고, 기판(100) 상에 제1 반도체층(110)과 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)가 차례로 적층된다. 1, the high power laser diode 10 may include a substrate 100, the first semiconductor layer 110 and the active layer 120, the second semiconductor layer 130 on the substrate 100 and The second heat dissipation units 150 are sequentially stacked.

기판(100)은 GaAs 반도체층 또는 InP 반도체층일 수 있다. 또는 기판(100)은 사파이어와 같은 고저항성 기판 일 수 있다. The substrate 100 may be a GaAs semiconductor layer or an InP semiconductor layer. Alternatively, the substrate 100 may be a high-resistance substrate such as sapphire.

활성층(120)은 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 광 방출이 일어나는 물질층으로서, 다중 양자 우물(MQW: Multi Quantum Well) 구조를 갖는 반도체층이 바람직하다. The active layer 120 is a material layer in which light emission occurs due to carrier recombination such as electron-holes, and a semiconductor layer having a multi quantum well (MQW) structure is preferable.

제1 반도체층(110)은 제1 클래드층(111) 및 제1 SCH층(112)(Separate Confinement Heterostructure)을 포함한다. 제1 SCH층(112)은 활성층(120)에 비해 굴절률이 낮고, 제1 클래드층(111)보다는 굴절률이 높다. The first semiconductor layer 110 includes a first clad layer 111 and a first SCH layer 112 (Separate Confinement Heterostructure). The first SCH layer 112 has a lower refractive index than the active layer 120 and a higher refractive index than the first clad layer 111.

제2 반도체층(130)은 제2 클래드층(132) 및 제2 SCH층(131)(Separate Confinement Heterostructure)을 포함한다. 제2 SCH층(131)은 활성층(120)에 비해 굴절률이 낮고, 제2 클래드층(132)보다는 굴절률이 높다. 웨이브가이드(waveguide)를 형성하기 위해 제2 클래드층(132)의 일부는 상방으로 돌출될 수 있다. The second semiconductor layer 130 includes a second clad layer 132 and a second SCH layer 131 (Separate Confinement Heterostructure). The second SCH layer 131 has a lower refractive index than the active layer 120 and a higher refractive index than the second clad layer 132. A portion of the second clad layer 132 may protrude upward to form a waveguide.

도 2는 고출력 레이저 다이오드에 가해지는 전류 값에 따른 출력 전력과 양자우물의 온도를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing the output power and the temperature of the quantum well according to the current value applied to the high power laser diode.

도 2는 기판(100) 상에 제1 반도체층(110)과 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)가 차례로 적층된 도 1의 고출력 레이저 다이오드(10)의 출력 전력 및 양자 우물의 온도를 측정한 것이다. FIG. 2 is a high power laser diode 10 of FIG. 1 in which a first semiconductor layer 110, an active layer 120, a second semiconductor layer 130, and a second heat dissipation unit 150 are sequentially stacked on a substrate 100. It measures the output power and the temperature of the quantum well.

고출력 레이저 다이오드(10)가 광을 출사할 때 열이 발생된다. 도 2를 참조하면, 고출력 레이저 다이오드(10)의 발생 온도가 일정 온도 이상으로 높아질수록 고출력 레이저 다이오드(10)의 출력은 낮아지는 특성을 갖는다. 따라서 높은 온도로 인해 고출력 레이저 다이오드(10)의 출력이 낮아지게 되면, 동일 출력을 유지하기 위해 고출력 레이저 다이오드(10)에 점점 높은 입력 전류가 가해지게 된다. 이는 또다시 더 높은 열의 발생으로 이어져서 고출력 레이저 다이오드(10)의 성능 저하의 가장 큰 원인이 되기도 한다. 따라서, 방열을 고려한 레이저 다이오드의 설계가 중요하다. Heat is generated when the high power laser diode 10 emits light. Referring to FIG. 2, the higher the generated temperature of the high power laser diode 10 becomes, the higher the predetermined temperature or higher, the lower the power of the high power laser diode 10 has. Therefore, when the output of the high power laser diode 10 is lowered due to the high temperature, an increasingly high input current is applied to the high power laser diode 10 to maintain the same output. This again leads to the generation of higher heat, which is also the biggest cause of deterioration of the high power laser diode 10. Therefore, it is important to design a laser diode in consideration of heat dissipation.

도 3은 고출력 레이저 다이오드의 측 방향 방사각에 따른 출사광의 세기를 측정한 그래프이다. 3 is a graph measuring the intensity of the emitted light according to the lateral emission angle of the high power laser diode.

도 3은 기판(100) 상에 제1 반도체층(110)과 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)가 차례로 적층된 도 1의 고출력 레이저 다이오드(10)의 측 방향 방사각(Lateral far-field angle)에 따른 출사광의 세기를 측정한 것이다. 3 is a high power laser diode 10 of FIG. 1 in which the first semiconductor layer 110, the active layer 120, the second semiconductor layer 130, and the second heat dissipation unit 150 are sequentially stacked on the substrate 100. The intensity of the emitted light according to the lateral emission angle (Lateral far-field angle) is measured.

도 3의 그래프는 측 방향 방사각에 따른 출사광의 세기를, 출사광의 세기가 최고점인 지점을 1로 하여 정규화된 값으로 표현한다.In the graph of FIG. 3, the intensity of the emitted light according to the lateral emission angle is expressed as a normalized value by setting the point at which the intensity of the emitted light is the highest point to 1.

고출력 레이저 다이오드의 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 측 방향 방사각(lateral far field angle)을 기준으로 광 품질(beam quality)이 판단될 수 있다. Beam quality may be determined based on a lateral far field angle when the intensity of the emitted light of the high-power laser diode is 1 / e 2 (0.135).

출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 측 방향 방사각의 크기가 클수록, 고출력 레이저 다이오드의 출사광이 수평방향으로 넓게 퍼진다는 것을 의미한다. 따라서, 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 측 방향 방사각의 크기가 작을수록 출사광의 직진성이 보장되어 광 품질이 증가할 수 있다. The larger the size of the lateral emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135), it means that the emitted light of the high power laser diode spreads in a horizontal direction. Therefore, the smaller the size of the lateral emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135), the straightness of the emitted light is guaranteed and the light quality can be increased.

도 3의 그래프를 참고하면, 도 1에 도시된 고출력 레이저 다이오드(10)의 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 측 방향 방사각은 대략 7˚의 값을 갖게 된다. Referring to the graph of FIG. 3, the lateral emission angle when the intensity of the emitted light of the high power laser diode 10 shown in FIG. 1 is 1 / e 2 (0.135) has a value of approximately 7 °.

따라서, 도 1의 고출력 레이저 다이오드(10)의 측 방향 방사각이 비교적 큰 편이므로, 출사광의 직진성이 보장되지 않는 바 이를 개선하여 광 품질을 증가시킬 필요가 있다. Therefore, since the lateral emission angle of the high power laser diode 10 of FIG. 1 is relatively large, it is necessary to improve the light quality by improving the straightness of the emitted light is not guaranteed.

도 4는 일 실시예에 따른 제거된 기판 쪽으로 방열부를 포함하는 고출력 레이저 다이오드를 도시한 사시도이다. 4 is a perspective view showing a high power laser diode including a heat dissipation unit toward a removed substrate according to an embodiment.

도 4의 고출력 레이저 다이오드(40)는 제 1 방열부(140) 상에 제1 클래드층(111) 및 제1 SCH층(112)을 포함하는 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 클래드층(132) 및 제2 SCH층(131)을 포함하는 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)가 차례로 적층된다.The high power laser diode 40 of FIG. 4 includes a first semiconductor layer 110, an active layer 120 including a first clad layer 111 and a first SCH layer 112 on the first heat dissipation unit 140, The second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150 including the second clad layer 132 and the second SCH layer 131 are sequentially stacked.

종래에는 성장층 쪽에 방열부를 연결하여 발생하는 열로 인한 고출력 레이저 다이오드의 성능 저하를 해결하려고 했으나, 충분한 방열이 이루어지지 않아 성능 저하를 해결하기가 어려웠다. In the related art, attempts have been made to solve the performance degradation of a high power laser diode due to heat generated by connecting a heat dissipation part to the growth layer, but it is difficult to solve the performance degradation due to insufficient heat dissipation.

종래와 달리, 도 4의 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드(40)는 성장층 쪽인 제2 반도체층(130)의 상부에 제2 방열부(150)를 연결할 뿐만 아니라, 열전도율이 좋지 않은 기판(100)을 제거한 후, 제1 반도체층(110) 하부에 제 1 방열부(140)도 연결하여 효율적인 방열이 이루어질 수 있도록 한다. Unlike the prior art, the high power laser diode 40 according to the embodiment of FIG. 4 connects the second heat dissipation unit 150 to the upper portion of the second semiconductor layer 130, which is the growth layer side, as well as a substrate having poor thermal conductivity ( After removing 100), the first heat dissipation unit 140 is also connected to the lower portion of the first semiconductor layer 110 to enable efficient heat dissipation.

도 4의 고출력 레이저 다이오드(40)에서, 제 1 방열부(140), 제1 클래드층(111), 제1 SCH층(112), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 클래드층(132), 제2 SCH층(131) 및 제2 반도체층(130) 각각은 도 1의 제 1 방열부(140), 제1 클래드층(111), 제1 SCH층(112), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 클래드층(132), 제2 SCH층(131) 및 제2 반도체층(130)과 동일하다. In the high power laser diode 40 of FIG. 4, the first heat dissipation unit 140, the first clad layer 111, the first SCH layer 112, the first semiconductor layer 110, the active layer 120, and the second Each of the clad layer 132, the second SCH layer 131, and the second semiconductor layer 130 includes a first heat dissipation unit 140, a first clad layer 111, and a first SCH layer 112, respectively. This is the same as the first semiconductor layer 110, the active layer 120, the second clad layer 132, the second SCH layer 131, and the second semiconductor layer 130.

제1 방열부(140) 및 제2 방열부(150)는 금속, 합금, 또는 고용체로 구성될 수 있으며 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta,Al, Pd, Pt, Si 중 적어도 한 성분 이상을 포함할 수 있다. The first heat dissipation unit 140 and the second heat dissipation unit 150 may be formed of a metal, an alloy, or a solid solution, and may be Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al , Pd, Pt, Si.

활성층(120)은 예를 들면 InGaAs, InP, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, GaAs 또는 GaN층일 수 있다.The active layer 120 may be, for example, InGaAs, InP, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, GaAs, or GaN layers.

일 실시예로, 제1 클래드층(111)은 예를 들면 AlaGabIncP N-type (a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), InaPb N-type(a+b=1, 0<a<1, 0<b<1) 또는 AlaGabAsc N-type(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1) 반도체층일 수 있다. 제2 클래드층(132)은 AleGafIngP P-type 반도체층(e+f+g =1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1), InePf P-type(e+f=1, 0<e<1, 0<f<1) 또는 AleGafAsg P-type(e+f+g=1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1) 반도체층일 수 있다. 제1 SCH층(112)및 제2 SCH층(131)은 예를 들면 GaiInjPk층(i+j+k=1, 0<i<1, 0<j<1, 0<k<1)일 수 있다.In one embodiment, the first clad layer 111 is, for example, Al a Ga b In c P N-type (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1), In a P b N-type (a + b = 1, 0 <a <1, 0 <b <1), or Al a Ga b As c N-type (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1) may be a semiconductor layer. The second clad layer 132 includes Al e Ga f In g P P-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1), In e P f P-type (e + f = 1, 0 <e <1, 0 <f <1) or Al e Ga f As g P-type (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1) may be a semiconductor layer. The first SCH layer 112 and the second SCH layer 131 are, for example, Ga i In j P k layers (i + j + k = 1, 0 <i <1, 0 <j <1, 0 <k <1).

다른 실시예로, 제1 클래드층(111)은 예를 들면 AlaGabIncP P-type (a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), InaPb P-type(a+b=1, 0<a<1, 0<b<1) 또는 AlaGabAsc P-type(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1) 반도체층일 수 있다. 제2 클래드층(132)은 AleGafIngP N-type 반도체층(e+f+g =1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1), InePf N-type(e+f=1, 0<e<1, 0<f<1) 또는 AleGafAsg N-type(e+f+g=1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1) 반도체층일 수 있다. 제1 SCH층(112)및 제2 SCH층(131)은 예를 들면 GaiInjPk층(i+j+k=1, 0<i<1, 0<j<1, 0<k<1))일 수 있다.In another embodiment, the first clad layer 111 is, for example, Al a Ga b In c P P-type (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1), In a P b P-type (a + b = 1, 0 <a <1, 0 <b <1), or Al a Ga b As c P-type (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1) may be a semiconductor layer. The second clad layer 132 includes Al e Ga f In g P N-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1), In e P f N-type (e + f = 1, 0 <e <1, 0 <f <1) or Al e Ga f As g N-type (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1) may be a semiconductor layer. The first SCH layer 112 and the second SCH layer 131 are, for example, Ga i In j P k layers (i + j + k = 1, 0 <i <1, 0 <j <1, 0 <k <1)).

제1 방열부(140), 제2 방열부(150), 활성층(120), 제1 클래드층(111), 제1 SCH층(112), 제2 클래드층(132) 및 제2 SCH층(131)은 다양한 물질들로 이루어질 수 있으며, 상기 기재한 물질들로 한정되지 않는다. The first heat dissipation unit 140, the second heat dissipation unit 150, the active layer 120, the first clad layer 111, the first SCH layer 112, the second clad layer 132, and the second SCH layer ( 131) may be made of various materials, and is not limited to the materials described above.

도 5는 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.5 is a perspective view schematically showing a structure of a high power laser diode according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드(50)는 제1 방열부(140) 상면의 중심부를 덮는 제1 금속층(160), 제1 방열부(140) 상면의 가장자리부를 덮고, 상기 제1 금속층(160)의 양 측벽과 접하는 제1 절연층 (161), 제1 금속층(160) 및 제1 절연층(161) 상에 차례로 적층된 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the high power laser diode 50 according to an embodiment covers the first metal layer 160 covering the center of the top surface of the first heat dissipation unit 140 and the edge of the top surface of the first heat dissipation unit 140, The first insulating layer 161 in contact with both sidewalls of the first metal layer 160, the first semiconductor layer 110 sequentially stacked on the first metal layer 160 and the first insulating layer 161, and the active layer 120 ), The second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150.

도 5에 도시된 고출력 레이저 다이오드(50)의 제 1방열부(140), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)는 도 4에 도시된 고출력 레이저 다이오드(40)의 제 1방열부(140), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)와 동일하다. The first heat dissipation part 140, the first semiconductor layer 110, the active layer 120, the second semiconductor layer 130, and the second heat dissipation part 150 of the high power laser diode 50 shown in FIG. The first heat dissipation unit 140, the first semiconductor layer 110, the active layer 120, the second semiconductor layer 130, and the second heat dissipation unit 150 of the high power laser diode 40 shown in 4 are the same. .

출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 측 방향 방사각의 값이 커지는 far-field blooming 현상은 양자 우물 온도 분포에서 광도파로의 중심부와 가장자리부의 온도 차이로 인한 굴절율 구배에 기인한다. 도 5를 참조하면, x=0인 지점이 광도파로의 중심부에 해당하며, x값이 증가함에 따라 광도파로의 가장자리부로 갈수록 온도가 낮아지는데, 이러한 온도 구배로 인해 열 렌즈 효과(thermal lensing effect)가 발생한다. The far-field blooming phenomenon in which the value of the lateral emission angle increases when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135) is due to the refractive index gradient due to the temperature difference between the center and the edge of the optical waveguide in the quantum well temperature distribution. Referring to FIG. 5, the point where x = 0 corresponds to the center of the optical waveguide, and as the value of x increases, the temperature decreases toward the edge of the optical waveguide. Due to this temperature gradient, a thermal lensing effect Occurs.

도 3에서 상술한 바와 같이, 이러한 온도 차이에 기인한 열 렌즈 효과는 광 품질을 저하시킨다. 따라서, 양자 우물 온도 분포에서 광도파로의 중심부와 가장자리부의 온도 차이를 감소시켜 열 렌즈 효과를 최소화 할 수 있다. 이를 위해, 제1 방열부(140) 상면의 중심부에 제1 금속층(160)을 형성하고, 제1 방열부(140)상면의 가장자리부에 제1 절연층(161)을 형성할 수 있다. 이 때, 제1 금속층(160)의 양 측벽과 제1 절연층(161)이 접하도록 형성될 수 있다. 3, the thermal lens effect due to this temperature difference degrades the light quality. Therefore, the thermal lens effect can be minimized by reducing the temperature difference between the center and the edge of the optical waveguide in the quantum well temperature distribution. To this end, the first metal layer 160 may be formed at the center of the top surface of the first heat dissipation unit 140, and the first insulating layer 161 may be formed at the edge of the top surface of the first heat dissipation unit 140. At this time, both side walls of the first metal layer 160 may be formed to contact the first insulating layer 161.

절연층의 열전도도는 금속층의 열전도도에 비해 훨씬 낮으므로, 금속층이 접한 광도파로의 중심부에서의 방열이 집중적으로 이루어져 양자 우물 온도 분포에서 광도파로의 중심부와 가장자리부 간의 온도 구배가 줄어들 수 있다.Since the thermal conductivity of the insulating layer is much lower than that of the metal layer, heat dissipation in the center of the optical waveguide in contact with the metal layer is concentrated, so that the temperature gradient between the center and the edge of the optical waveguide can be reduced in the quantum well temperature distribution.

제1 금속층(160)은 금속, 합금, 또는 고용체로 구성될 수 있으며 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta,Al, Pd, Pt, Si 중 적어도 한 성분 이상을 포함할 수 있다. 제1 절연층(161)은 예를 들면 SiOx, SixNy, AlxOy 또는 HfxOy 층(x, y 는 자연수)일 수 있다. The first metal layer 160 may be formed of a metal, alloy, or solid solution, and at least one of Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al, Pd, Pt, and Si It may contain more than the ingredients. The first insulating layer 161 may be, for example, SiO x , Si x N y, Al x O y or Hf x O y layer (x, y is a natural number).

제1 금속층(160) 및 제1 절연층(161)은 다양한 물질들로 이루어질 수 있으며, 상기 기재한 물질들로 한정되지 않는다. The first metal layer 160 and the first insulating layer 161 may be made of various materials, and are not limited to the materials described above.

도 6은 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.6 is a perspective view schematically showing a structure of a high power laser diode according to an embodiment.

도 6를 참조하면, 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 방열부(140) 상면의 중심부를 덮는 제1 금속층(160), 제1 방열부(140) 상면의 가장자리부를 덮고 제1 금속층(160)의 양 측벽과 접하는 제1 절연층(161), 제1 금속층(160) 및 상기 제1 절연층(161) 상에 차례로 적층된 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130)의 중심부와 제2 방열부(150)사이에 배치된 제2 금속층(170), 제2 반도체층(130)의 가장자리부와 제2 방열부(150)사이에 배치되고 제2 금속층(170)의 양 측벽과 접하는 제2 절연층(171), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the high power laser diode 60 according to an embodiment covers the first metal layer 160 covering the center of the top surface of the first heat dissipation unit 140 and the edge portion of the top surface of the first heat dissipation unit 140. 1, the first insulating layer 161, the first metal layer 160 and the first semiconductor layer 110 stacked on the first insulating layer 161 in contact with both sidewalls of the metal layer 160, the active layer 120 , The second metal layer 170 disposed between the center of the second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150, disposed between the edge portion of the second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150 It includes a second insulating layer 171, the second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150 in contact with both side walls of the second metal layer 170.

도 6에 도시된 고출력 레이저 다이오드(60)의 제1 방열부(140), 제1 금속층(160), 제1 절연층(161), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)는 도 5에 도시된 고출력 레이저 다이오드(50)의 제1 방열부(140), 제1 금속층(160), 제1 절연층(161), 제1 반도체층(110), 활성층(120), 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)와 동일하다.The first heat dissipation unit 140, the first metal layer 160, the first insulating layer 161, the first semiconductor layer 110, the active layer 120, the second of the high power laser diode 60 shown in FIG. The semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150 include a first heat dissipation unit 140, a first metal layer 160, a first insulating layer 161, and a first heat dissipation unit 140 of the high power laser diode 50 shown in FIG. 5. It is the same as the 1 semiconductor layer 110, the active layer 120, the second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150.

도 5의 고출력 레이저 다이오드(50)와 비교할 때, 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 방열부(140)와 제1 반도체층(110) 사이뿐만 아니라, 제2 방열부(150)와 제 2 반도체층(130) 사이에도 금속층 및 절연층을 포함하고 있다는 점이 다르다. Compared with the high power laser diode 50 of FIG. 5, the high power laser diode 60 of FIG. 6 is not only between the first heat dissipation unit 140 and the first semiconductor layer 110, but also with the second heat dissipation unit 150. The second semiconductor layer 130 is also different in that it includes a metal layer and an insulating layer.

또한, 웨이브가이드(waveguide)를 형성하기 위해 제2 클래드층(132)의 일부는 상방으로 돌출될 수 있으며, 돌출된 제2 클래드층(132)의 상면에 제2 금속층(170)이 위치할 수 있다. 돌출되지 않은 제2 클래드층(132)의 상면에는 제2 절연층(171)이 위치할 수 있다. In addition, a part of the second clad layer 132 may protrude upward to form a waveguide, and the second metal layer 170 may be positioned on the upper surface of the protruding second clad layer 132. have. A second insulating layer 171 may be positioned on the top surface of the second clad layer 132 that does not protrude.

도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 방열부로의 방열에 있어서 광도파로의 중심부로의 방열을 유도할 뿐만 아니라, 제2 방열부로의 방열에 있어서도 광도파로의 중심부로의 방열을 유도할 수 있다. 따라서, 도 5의 고출력 레이저 다이오드(50)보다 양자 우물 온도 분포를 더 균일하게 만들어, 열 렌즈 효과를 억제할 수 있다.The high power laser diode 60 of FIG. 6 not only induces heat radiation to the center of the optical waveguide in heat dissipation to the first heat dissipation unit, but also can induce heat radiation to the center of the optical waveguide in heat dissipation to the second heat dissipation unit. have. Therefore, the temperature distribution of the quantum well can be made more uniform than the high-power laser diode 50 of FIG. 5, and the thermal lens effect can be suppressed.

금속층의 contact size는 제1 반도체층(110)과 제1 방열부(140) 사이의 금속층이 금속층의 양 바깥쪽에 형성된 절연층 사이에서 갖는 너비(width)를 의미한다.The contact size of the metal layer refers to the width of the metal layer between the first semiconductor layer 110 and the first heat dissipation unit 140 between the insulating layers formed on both sides of the metal layer.

도 7은 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드를 제조하는 방법을 순서대로 도시한 사시도이다.7 is a perspective view sequentially showing a method of manufacturing a high power laser diode according to an embodiment.

도 7은 구체적으로, 도 6의 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드(60)를 제조하는 방법에 관한 것이다. Specifically, FIG. 7 relates to a method of manufacturing a high power laser diode 60 according to the embodiment of FIG. 6.

도 7의 (a)를 참조하면, 기판(100) 상에 순차적으로 제1 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 반도체층(130)을 형성할 수 있다. 제2 반도체층(130) 상면에는, 제2 반도체층(130) 상면의 중심부를 덮는 제2 금속층(170) 및 제2 반도체층(130) 상면의 가장자리부를 덮고 제2 금속층(170)의 양 측벽과 접하는 제2 절연층(171)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 7A, the first semiconductor layer 110, the active layer 120, and the second semiconductor layer 130 may be sequentially formed on the substrate 100. On the upper surface of the second semiconductor layer 130, both side walls of the second metal layer 170 covering the center portion of the upper surface of the second semiconductor layer 130 and the edge portions of the upper surface of the second semiconductor layer 130, A second insulating layer 171 in contact with the can be formed.

또한, 기판(100)과 제1 반도체층(110)의 제1 클래드층(111) 사이에, 순차적으로 희생층(180)(sacrificial layer) 및 식각 정지층(190)(etch stop layer)을 형성할 수 있다. 희생층(180)은 예를 들면 AlAs층이 될 수 있으며, 식각 정지층(190)은 예를 들면 GaAs층이 될 수 있다. 희생층(180) 및 식각 정지층(190)은 후에 기판(100)을 제거하기 위해 삽입된다. In addition, between the substrate 100 and the first clad layer 111 of the first semiconductor layer 110, a sacrificial layer 180 and an etch stop layer 190 are sequentially formed. can do. The sacrificial layer 180 may be, for example, an AlAs layer, and the etch stop layer 190 may be, for example, a GaAs layer. The sacrificial layer 180 and the etch stop layer 190 are later inserted to remove the substrate 100.

도 7의 (b)를 참조하면, 금속 기판이 도 4(a)의 고출력 레이저 다이오드의 상부에 웨이퍼 본딩 기술(wafer bonding technique)에 의해 접합된다. 이는 고출력 레이저 다이오드(60)의 제조 과정에서의 핸들링을 용이하게 하기 위함이다. Referring to FIG. 7 (b), the metal substrate is bonded to the top of the high-power laser diode of FIG. 4 (a) by a wafer bonding technique. This is to facilitate handling in the manufacturing process of the high power laser diode 60.

도 7의 (c)를 참조하면, 기판(100)은 ELO(Epitaxial Lift-Off) 또는 LLO(Laser Lift-Off) 공정에 의해 제거된다. 구체적으로, 희생층(180)을 식각함으로써 기판(100)이 제거된다. Referring to (c) of FIG. 7, the substrate 100 is removed by an epitaxial lift-off (ELO) or laser lift-off (LLO) process. Specifically, the substrate 100 is removed by etching the sacrificial layer 180.

도 7의 (d)를 참조하면, 기판(100)을 제거한 후에 남은 식각 정지층(190)의 하부의 중심부에 제1 금속층(160), 식각 정지층(190) 하부의 가장자리부에 제1 절연층(161)을 형성할 수 있다. 이 때, 제1 절연층(161)이 제1 금속층(160)의 양 측벽과 접하도록 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7D, after the substrate 100 is removed, the first metal layer 160 in the center of the lower portion of the etch stop layer 190 and the first insulation in the edge portion of the bottom of the etch stop layer 190 A layer 161 can be formed. At this time, the first insulating layer 161 may be formed to contact both side walls of the first metal layer 160.

도 7의 (e)를 참조하면, 제1 금속층(160) 및 제1 절연층(161)의 하부에 제1 방열부(140)를 형성하고, 제2 금속층(170) 및 제2 절연층(171)의 상부에 제2 방열부(150)를 형성할 수 있다.Referring to (e) of FIG. 7, the first heat dissipation unit 140 is formed under the first metal layer 160 and the first insulation layer 161, and the second metal layer 170 and the second insulation layer ( A second heat dissipation unit 150 may be formed on the upper portion of 171).

도 8a는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 양자 우물(quantum well) 온도 분포를 나타낸 그래프이다. 8A is a graph showing the quantum well temperature distribution of a high power laser diode according to an embodiment according to a change in contact size of a metal layer.

도 8a의 그래프에서, Normal은 도 1에 도시된 기판(100) 상에 제1 클래드층(111) 및 제1 SCH층(112)을 포함하는 제1 반도체층(110), 제2 클래드층(132) 및 제2 SCH층(131)을 포함하는 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)을 순차적으로 적층한 고출력 레이저 다이오드(10)에 해당한다.In the graph of FIG. 8A, Normal is a first semiconductor layer 110 and a second cladding layer including the first clad layer 111 and the first SCH layer 112 on the substrate 100 shown in FIG. 1 ( 132) and the second semiconductor layer 130 including the second SCH layer 131 and the second heat dissipation unit 150 are sequentially stacked and correspond to the high power laser diode 10.

contact size가 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm 및 600 μm일 때의 각 그래프는 도 6에 도시된 고출력 레이저 다이오드(60)의 제1 금속층(160)이 제1 금속층(160)의 양 측벽에 접하도록 형성된 제1 절연층(161) 사이에서 각각 100μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm 및 600 μm 의 너비(width)를 가질 때를 의미한다.Each graph when the contact size is 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, and 600 μm shows that the first metal layer 160 of the high power laser diode 60 shown in FIG. 6 is the first metal layer 160 ) When the first insulating layer 161 formed to contact both sidewalls has a width of 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm and 600 μm, respectively.

Distance는 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)에 도시된 x축에서의 x값을 의미한다. distance 값이 0일 때 광도파로의 중심부를 의미하며, Distance 값이 커질수록 중심부로부터 멀어지는 광도파로의 가장자리부를 의미한다. Distance means the x value in the x-axis shown in the high-power laser diode 60 of FIG. 6. When the distance value is 0, it means the center of the optical waveguide, and as the distance value increases, it means the edge of the optical waveguide away from the center.

도 8a의 그래프를 참조하면, 도 1의 고출력 레이저 다이오드(Normal)(10)와 일 실시예에 따른 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60) 각각의 양자우물 온도를 비교할 수 있다. 고출력 레이저 다이오드(Normal)(10)에 비해 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)의 양자우물 온도가 전반적으로 감소하였음을 알 수 있다. Referring to the graph of FIG. 8A, the quantum well temperature of each of the high power laser diode (Normal) 10 of FIG. 1 and the high power laser diode 60 of FIG. 6 according to an embodiment may be compared. It can be seen that the quantum well temperature of the high-power laser diode 60 of FIG. 6 is decreased as compared to the high-power laser diode (Normal) 10.

또한, 일 실시예에 따른 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 금속층(160)의 contact size가 증가함에 따라 양자우물 온도가 전반적으로 감소한다. 이는 제1 금속층(160)의 contact size가 증가할수록, 제1 금속층(160) 하부의 제1 방열부(140)로의 방열량이 증가하여 열 저항이 감소하기 때문이다. In addition, in the high power laser diode 60 of FIG. 6 according to an embodiment, the quantum well temperature decreases as the contact size of the first metal layer 160 increases. This is because as the contact size of the first metal layer 160 increases, the amount of heat dissipated to the first heat dissipation unit 140 under the first metal layer 160 increases, thereby reducing thermal resistance.

그러나, 도 8a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 금속층(160)의 contact size가 증가함에 따라 양자 우물 온도 분포에서 광도파로의 중심부와 가장자리부의 온도 차이가 커짐을 알 수 있다. However, referring to FIG. 8A, the high power laser diode 60 of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention increases the contact size of the first metal layer 160 as the contact size of the first metal layer 160 increases and the center and edge of the optical waveguide in the temperature distribution It can be seen that the difference in the negative temperature increases.

도 8b는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 측방향 방사각에 따른 출사광의 세기를 측정한 그래프이다.8B is a graph measuring intensity of emitted light according to a lateral emission angle of a high power laser diode according to an embodiment according to a change in contact size of a metal layer.

도 8a와 마찬가지로, 그래프상의 Normal은 도 1에 도시된 기판(100) 상에 제1 클래드층(111) 및 제1 SCH층(112)을 포함하는 제1 반도체층(110), 제2 클래드층(132) 및 제2 SCH층(131)을 포함하는 제2 반도체층(130) 및 제2 방열부(150)을 순차적으로 적층한 고출력 레이저 다이오드(10)에 해당한다.As in FIG. 8A, the normal on the graph includes the first semiconductor layer 110 and the second clad layer including the first clad layer 111 and the first SCH layer 112 on the substrate 100 shown in FIG. 1. Corresponds to the high power laser diode 10 in which the second semiconductor layer 130 and the second heat dissipation unit 150 including the 132 and the second SCH layer 131 are sequentially stacked.

또한, contact size가 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm 및 600 μm일 때의 각 그래프는 도 6에 도시된 고출력 레이저 다이오드(60)의 제1 금속층(160)이 제1 금속층(160)의 양 측벽에 접하도록 형성된 제1 절연층(161) 사이에서 각각 100μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm 및 600 μm 의 너비(width)를 가질 때를 의미한다.In addition, each graph when the contact size is 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, and 600 μm shows that the first metal layer 160 of the high power laser diode 60 shown in FIG. 6 is the first metal layer It means when the widths of 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, and 600 μm are respectively between the first insulating layers 161 formed to contact both sidewalls of 160.

도 8b를 참조하면, 측방향 방사각에 따른 출사광의 세기는 출사광의 세기가 peak 인 지점을 1로 하여 정규화된 값으로 표현된다. 고출력 레이저 다이오드의 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 방사각을 기준으로 광 품질을 판단할 수 있다. Referring to FIG. 8B, the intensity of the emitted light according to the lateral emission angle is expressed as a normalized value with a point at which the intensity of the emitted light is a peak. It is possible to determine the light quality based on the emission angle when the intensity of the emitted light of the high power laser diode is 1 / e 2 (0.135).

도 6에 도시된 고출력 레이저 다이오드(60)는 제1 금속층(160)의 contact size가 증가함에 따라 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 방사각이 증가함을 알 수 있다. 이는 금속층의 contact size가 작을수록 양자 우물 온도 분포에서 광도파로의 중심부와 가장자리부의 온도 차이가 작아, 온도 구배로 인한 열 렌즈 효과(thermal lensing effect)가 상대적으로 덜 발생하기 때문이다. It can be seen that the high-power laser diode 60 shown in FIG. 6 increases the emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135) as the contact size of the first metal layer 160 increases. This is because the smaller the contact size of the metal layer, the smaller the temperature difference between the center and the edge of the optical waveguide in the temperature distribution of the quantum well, and the less the thermal lensing effect due to the temperature gradient is generated.

도 9는 금속층의 contact size 변화에 따라 일 실시예에 따른 고출력 레이저 다이오드의 양자 우물 온도 분포와 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 방사각을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the quantum well temperature distribution of the high power laser diode and the emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135) according to a change in contact size of the metal layer.

도 9를 참조하면, 제1 반도체층(110)과 제1 방열부(140)사이의 제1 금속층(160)이 제1 금속층(160)의 양 측벽과 접하는 제1 절연층(161) 사이에서 가지는 너비(width)가 100 μm에서 600 μm로 증가할수록, 양자 우물 온도가 감소하는 바 방열이 더 효율적으로 이루어지고 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, the first metal layer 160 between the first semiconductor layer 110 and the first heat dissipation unit 140 is between the first insulating layer 161 in contact with both side walls of the first metal layer 160. It can be seen that as the width of the branches increases from 100 μm to 600 μm, the quantum well temperature decreases, resulting in more efficient heat dissipation.

그러나, 제1 금속층(160)의 너비(width)가 증가할수록, 출사광의 세기가 1/e　2　(0.135)일 때의 방사각이 증가한다. 이는 제1 금속층(160)의 너비(width)가 증가할수록 광 품질이 저하되고 있음을 의미한다. However, as the width of the first metal layer 160 increases, the emission angle when the intensity of the emitted light is 1 / e 2 (0.135) increases. This means that as the width of the first metal layer 160 increases, the light quality deteriorates.

따라서, 방열의 정도 및 광 품질을 모두 고려할 때, 제1 금속층(160)의 너비(width)는 100 μm에서 300 μm의 값을 가지는 것이 가장 적절할 수 있다.Therefore, considering both the degree of heat dissipation and light quality, it may be most appropriate to have a width of the first metal layer 160 having a value of 100 μm to 300 μm.

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.So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

Claims (10)

제1 방열부 상면의 중심부를 덮는 제1 금속층;
상기 제1 방열부 상면의 가장자리부를 덮고, 상기 제1 금속층의 양 측벽과 접하는 제1 절연층;
상기 제1 금속층 및 상기 제1 절연층 상에, 차례로 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 제2 방열부;
상기 제2 반도체층의 중심부와 상기 제2 방열부 사이에 배치된 제2 금속층; 및
상기 제2 반도체층의 가장자리부와 상기 제2 방열부 사이에 배치되고, 상기 제2 금속층의 양 측벽과 접하는 제2 절연층;을 포함하고,
광도파로의 중심부에서 발생하는 열 렌즈 효과(thermal lensing effect)를 방지하기 위하여 상기 제1 금속층은 상기 광도파로의 중심부에서 발생하는 열을 상기 제1 방열부로 방출하고, 상기 제2 금속층은 상기 광도파로의 중심부에서 발생하는 열을 상기 제2 방열부로 방출하는, 고출력 레이저 다이오드. A first metal layer covering a central portion of an upper surface of the first heat dissipation unit;
A first insulating layer covering an edge portion of the upper surface of the first heat dissipation portion and contacting both side walls of the first metal layer;
A first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer and a second heat dissipation unit sequentially stacked on the first metal layer and the first insulating layer;
A second metal layer disposed between the center portion of the second semiconductor layer and the second heat dissipation portion; And
It includes; a second insulating layer disposed between the edge portion of the second semiconductor layer and the second heat dissipation portion, and in contact with both side walls of the second metal layer;
In order to prevent a thermal lensing effect occurring in the center of the optical waveguide, the first metal layer emits heat generated in the center of the optical waveguide to the first heat dissipation unit, and the second metal layer is the optical waveguide A high power laser diode that emits heat generated in the center of the body to the second heat dissipation unit. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1 금속층은 Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta,Al, Pd, Pt, Si 중 적어도 한 성분 이상을 포함하는 금속, 합금 또는 고용체이고 상기 제1 절연층은 SiOx, SixNy, AlxOy 또는 HfxOy 층(x, y 는 자연수)인 고출력 레이저 다이오드.According to claim 1,
The first metal layer is a metal, alloy or solid solution containing at least one component of Cu, Ni, Ag, Mo, Al, Au, Nb, W, Ti, Cr, Ta, Al, Pd, Pt, Si, and 1 The high power laser diode is a SiO x , Si x N y, Al x O y or Hf x O y layer (x, y is a natural number). 제 1 항에 있어서,
상기 제1 반도체층은 제1 클래드층 및 제1 SCH(Separate Confinement Heterostructure)층을 포함하고,
상기 제2 반도체층은 제2 클래드층 및 제2 SCH(Separate Confinement Heterostructure)층을 포함하는 고출력 레이저 다이오드.According to claim 1,
The first semiconductor layer includes a first clad layer and a first SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer,
The second semiconductor layer is a high power laser diode including a second cladding layer and a second separate confinement heterostructure (SCH) layer. 제 6 항에 있어서,
상기 제1 SCH층 및 상기 제2 SCH층은 GaiInjPk층(i+j+k=1, 0<i<1, 0<j<1, 0<k<1)이고,
상기 제1 클래드층은 AlaGabIncP N-type 반도체층(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1)이고 상기 제2 클래드층은 AleGafIngP P-type 반도체층(e+f+g =1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1)이거나,
상기 제1 클래드층은 AlaGabIncP P-type 반도체층(a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1)이고 상기 제2 클래드층은 AleGafIngP N-type 반도체층(e+f+g=1, 0<e<1, 0<f<1, 0<g<1)인 고출력 레이저 다이오드.The method of claim 6,
The first SCH layer and the second SCH layer are Ga i In j P k layers (i + j + k = 1, 0 <i <1, 0 <j <1, 0 <k <1),
The first clad layer is an Al a Ga b In c P N-type semiconductor layer (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1) and the second clad The layer is an Al e Ga f In g P P-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1), or
The first clad layer is an Al a Ga b In c P P-type semiconductor layer (a + b + c = 1, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1) and the second clad The layer is an Al e Ga f In g P N-type semiconductor layer (e + f + g = 1, 0 <e <1, 0 <f <1, 0 <g <1)). 기판 상에 순차적으로 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제2 반도체층 상면의 중심부를 덮는 제2 금속층을 형성하는 단계;
상기 제2 반도체층 상면의 가장자리부를 덮고 상기 제2 금속층의 양 측벽과 접하는 제2 절연층을 형성하는 단계;
상기 기판을 제거하는 단계;
상기 제1 반도체층 하부의 중심부에 제1 금속층 및 상기 제1 반도체층 하부의 가장자리부에 배치되고 상기 제1 금속층의 양 측벽과 접하는 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 금속층 및 상기 제1 절연층의 하부에 제1 방열부를 형성하는 단계;
상기 제2 금속층 및 상기 제2 절연층의 상부에 제2 방열부를 형성하는 단계;
를 포함하고,
광도파로의 중심부에서 발생하는 열 렌즈 효과(thermal lensing effect)를 방지하기 위하여 상기 제1 금속층은 상기 광도파로의 중심부에서 발생하는 열을 상기 제1 방열부로 방출하고, 상기 제2 금속층은 상기 광도파로의 중심부에서 발생하는 열을 상기 제2 방열부로 방출하는, 고출력 레이저 다이오드의 제조 방법.Sequentially forming a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on the substrate;
Forming a second metal layer covering a central portion of the upper surface of the second semiconductor layer;
Forming a second insulating layer covering an edge portion of the upper surface of the second semiconductor layer and contacting both sidewalls of the second metal layer;
Removing the substrate;
Forming a first metal layer and a first insulating layer disposed on an edge portion of the lower portion of the first semiconductor layer and in contact with both sidewalls of the first metal layer;
Forming a first heat dissipation part under the first metal layer and the first insulating layer;
Forming a second heat dissipation part on the second metal layer and the second insulating layer;
Including,
In order to prevent a thermal lensing effect occurring in the center of the optical waveguide, the first metal layer emits heat generated in the center of the optical waveguide to the first heat dissipation unit, and the second metal layer is the optical waveguide A method of manufacturing a high-power laser diode that discharges heat generated in the center of the body to the second heat dissipation unit. 제 8 항에 있어서,
상기 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 형성하는 단계는
상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에, 순차적으로 희생층(sacrificial layer) 및 식각 정지층(etch stop layer)을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 금속층 및 상기 제1 절연층을 형성하는 단계는 상기 식각 정지층 하부의 중심부에 제1 금속층을 접합하고 상기 식각 정지층 하부의 가장자리부에 제1 절연층을 접합하는 고출력 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of claim 8,
The step of forming the first semiconductor layer, the active layer and the second semiconductor layer is
And sequentially forming a sacrificial layer and an etch stop layer between the substrate and the first semiconductor layer,
In the forming of the first metal layer and the first insulating layer, manufacturing of a high-power laser diode bonding a first metal layer to a central portion of the lower portion of the etch stop layer and bonding a first insulating layer to an edge portion of the lower portion of the etch stop layer Way. 제 9항에 있어서,
상기 기판을 제거하는 단계는,
Epitaxial liftoff 또는 Laser liftoff 공정에 의해 상기 희생층을 식각하는 고출력 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of claim 9,
The step of removing the substrate,
A method of manufacturing a high power laser diode for etching the sacrificial layer by an epitaxial liftoff or laser liftoff process.
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