KR20010082662A - 발광 디바이스 및 그것을 사용하는 광학 디바이스 - Google Patents

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이케다마사오
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이데이 노부유끼
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Abstract

본 발명은 용이하게 제조될 수 있고 정확하게 발광 위치를 제어할 수 있는 발광 디바이스 및 광학 디바이스에 관한 것이다. 제 1 및 제 2 발광 소자들은 지지 기판의 한쪽 표면에 형성된다. 제 1 발광 소자는 GaN으로 이루어진 제 1 기판에서 지지 기판이 배치된 측면에 GaInN 혼합 결정으로 이루어진 활성층을 갖는다. 제 2 발광 소자는 GaAs로 이루어진 제 2 기판에서 지지 기판이 배치된 측면에 레이징부(lasing portion)를 갖는다. 제 1 및 제 2 발광 소자들은 동일한 기판에 성장되지 않으므로, 약 400nm의 출력 파장을 갖는 다중 파장 레이저가 쉽게 획득될 수 있다. 제 1 기판이 가시 영역에서 투명하므로, 제 1 및 제 2 발광 소자들의 발광 영역들의 위치는 리소그래피(lithography)에 의해 정확하게 제어될 수 있다.

Description

발광 디바이스 및 그것을 사용하는 광학 디바이스{Light emitting device and optical device using the same}
본 발명은 다수의 발광 소자를 포함하는 발광 장치, 및 그 발광 장치를 이용하는 광학 장치에 관한 것이다.
근년에, 발광 디바이스 분야에서, 상이한 출력 파장의 다수의 발광부가 동일한 기판(또는 보드) 위에 형성되는 반도체 레이저(LD;레이저 다이오드)(이후, 다중 파장 레이저(multiple-wavelength laser)라 칭함)가 활발하게 개발되고 있다. 다중 파장 레이저의 일례로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상이한 출력 파장의 다수의 발광부를 단일의 칩에 형성하여 얻는다(모놀리식형(monolithic type) 다중 파장 레이저라 칭함). 상기 다중 파장 레이저에서, 예를 들어, AlGaAs계의 반도체 물질의 층들을 기상 에피택시(vapor phase epitaxy)법으로 성장시켜 형성한 레이징부(lasing portion)(201)와 AlGaInP계의 반도체 물질의 층들을 성장시켜 형성한 레이징부(202)는, GaAs(갈륨 비화물)로 구성된 기판(212)의 표면에, 상기 레이저부들 사이에 개재한 격리 홈(isolation groove)(211)과 함께 나란히 배치된다. 이 경우, 상기 레이징부(201)의 출력 파장은 대략 700nm (예를 들어, 780nm)의 범위이고 상기 레이징부(202)의 출력 파장은 대략 600nm(예를 들어, 650nm)의 범위이다.
도 1에 도시된 구조 이외에, 상이한 출력 파장을 갖는 다수의 반도체 레이저들 LD1및 LD2가 보드(221) 위에 나란히 장착되는 구조가 제안되어 있다. 그렇지만, 상기 언급한 모놀리식형 레이저가 발광점 간격들을 높은 정밀도로 제어하는데 있어서 보다 효과적이다.
이들 다중 파장 레이저는 예를 들어, 광학 디스크 드라이브의 레이저 광원으로서 사용된다. 현재, 광학 디스크 드라이브에 있어서, CD(컴팩트 디스크) 기록의광학 재생을 위해 또는 CD-R(기록가능한 CD), CD-RW(재기록가능한 CD), 또는 MD(미니 디스크)와 같은 재기록 가능 광학 디스크를 사용하는 광학 기록/재생을 위해 대략 700nm 범위의 반도체 레이저 광을 일반적으로 사용한다. DVD(디지털 버서타일 디스크(digital versatile disc))를 사용하는 광학 기록/재생을 위해서는 약 600nm 범위의 반도체 레이저 광을 사용한다. 또한, 상기 레이징부(201 및 202)는 동일한 기판 위에(하이브리드형 반도체 레이저 LD1및 LD2인 경우에는 동일한 보드 위에) 나란히 배치되며, 단지 하나의 패키지만이 레이저 광원용으로 필요하다. 다양한 광학 디스크를 사용해서 광학 기록/재생을 하기 위한 대물 렌즈 및 빔 스플리터와 같은 광학 시스템의 많은 부품들이 감소되어 광학 시스템의 구성을 간단하게 한다. 그래서, 광학 디스크 드라이브의 크기 및 비용이 감소될 수 있다.
반면에, 근년에, 더 짧은 출력 파장들의 반도체 레이저들을 사용함으로써 광학 기록 영역 밀도를 더 증가시키는 요구가 증가하고 있다. 상기 요구에 부합하는 이제까지 알려진 반도체 물질로는 GaN, AlGaN 혼합 결정, 및 GaInN 혼합 결정의 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체가 있다(이후로, GaN계의 반도체라 칭한다). GaN계의 반도체를 사용하는 반도체 레이저는, 광학 디스크 및 현재의 광학 시스템을 사용해서 광학 기록/재생을 행하는 제한 파장(limit wavelength)으로서 간주되는 약 400nm의 파장에서 발광이 가능하므로, 상기 반도체 레이저는 차세대 광학 기록/재생 장치로서 각광받고 있다. 3개의 주요 칼라 RGB를 사용하는 완전 칼라 디스플레이의 광원으로서도 기대된다. 그래서, GaN계의 레이징부들을 갖는 다중 파장 레이저의 개발이 요망된다.
GaN계의 레이징부들을 갖는 관련 분야의 다중 파장 레이저들의 일례로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 다중 파장 레이저가 제안되어 있으며, 이 다중 파장 레이저에서는 AlGaAs계의 레이징부(201), AlGaInP계의 레이징부(202), 및 GaN계의 레이징부(203)가 SiC(실리콘 카바이드)로 만들어진 기판(231)의 한 표면 위에 상기 레이징부들 사이에 개재하는 격리 홈들(211a 및 211b)과 함께 나란히 형성된다(일본특허공개공보 Hei11-186651을 참조).
그렇지만, 모놀리식형 다중 파장 레이저를 제조하는 경우에, 예를 들어 GaN계의 물질 및 AlGaAs계 또는 AlGaInP계의 물질들간의 격자 상수(lattice constant)가 크게 차이 나기 때문에, 레이징부들을 동일한 기판 위에 한 칩으로서 집적시키는 것이 어렵다는 문제가 있다.
이미 언급한 바와 같이, 하이브리드형 다중 파장 레이저에서는 발광점 간격들을 제어하기 어렵다는 문제가 있다. 3 또는 그 이상의 반도체 레이저를 나란하게 배열하면 발광점 간격들의 제어가 더 어려워진다.
본 발명은 상기 문제점들을 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 제조하기가 용이하고 발광 위치를 정확하게 제어할 수 있는 발광 디바이스 및 이 발광 디바이스를 사용하는 광학 디바이스를 제공하는 것이다.
도 1은 관련 분야의 발광 디바이스의 구성의 예를 도시하는 단면도.
도 2는 관련 분야의 발광 디바이스의 구성의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 3은 관련 분야의 발광 디바이스의 구성의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 디바이스의 구성을 도시하는 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 발광 디바이스가 내장된 패키지의 구성을 도시하는 부분 전개도.
도 6a 및 6b는 도 4에 도시된 발광 디바이스의 제조 방법을 설명하는 단면도.
도 7a 및 7b는 도 6b에 연속하는 제조 프로세스를 설명하는 단면도.
도 8a 및 8b는 도 7b에 연속하는 제조 프로세스를 설명하는 단면도.
도 9a 및 9b는 도 8b에 연속하는 제조 프로세스를 설명하는 단면도.
도 10은 도 4에 도시된 발광 디바이스를 사용하는 광학 디스크 기록/재생 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 디바이스의 구성을 도시하는 단면도.
도 12a 및 12b는 도 11에 도시된 발광 디바이스의 제조 방법을 설명하는 단면도.
도 13a 및 13b는 도 12b에 연속하는 제조 프로세스를 설명하는 단면도.
도 14는 도 13b에 연속하는 제조 프로세스를 설명하는 단면도.
도 15는 도 11에 설명된 발광 디바이스를 사용하는 디스플레이 장치의 개략 구성을 도시하는 평면도.
도 16은 도 15에 설명된 디스플레이 장치의 구동 회로의 주요부의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 디바이스의 구성을 도시하는 단면도.
도 18a 및 18b는 도 17에 설명된 발광 디바이스의 제조 방법을 설명하는 단면도.
* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명
11 : 지지 기판 20 : 제 1 발광 소자
22 : 클래딩층 23 : 열화 방지층
24 : 열화 방지층 30 : 제 2 발광 디바이스
본 발명에 따른 발광 디바이스는 지지 기판의 한 표면 위에 적층된 다수의 발광 디바이스들을 갖는다.
본 발명에 따른 다른 발광 디바이스는 지지 기판, 상기 지지 기판의 한 표면 위에 제공되고 제 1 기판을 갖는 제 1 발광 소자, 및 상기 지지 기판과 대향한 상기 제 1 발광 소자의 측면에 제공된 제 2 기판을 갖는 제 2 발광 소자를 구비한다.
본 발명에 따른 광학 디바이스는 다수의 발광 소자가 지지 기판의 한 표면 위에 적층되는 발광 디바이스를 구비한다.
본 발명에 따른 다른 광학 디바이스에서는 발광 디바이스가 장착된다. 상기 발광 디바이스는 지지 기판, 상기 지지 기판의 한 표면 위에 제공되고 제 1 기판을 갖는 제 1 발광 소자, 상기 지지 기판과 대향한 상기 제 1 발광 소자의 측면에 제공된 제 2 기판을 갖는 제 2 발광 소자를 구비한다.
본 발명에 따른 발광 디바이스 및 본 발명에 따른 다른 발광 디바이스에서, 다수의 발광 소자가 지지 기판의 한 표면 위에 적층된다. 그러므로, 상기 디바이스들은 용이하게 제조되며 발광 영역들은 높은 정밀도로 배치된다.
본 발명에 따른 광학 디바이스 및 본 발명에 따른 다른 광학 디바이스는 발광 영역들이 높은 정밀도로 배치되는, 본 발명에 따른 발광 디바이스를 구비한다. 이에 의해 크기가 감소된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 후술하는 바로부터 더 분명해진다.
이후 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 실시예
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 장치(10A)의 단면 구조를 도시한다. 상기 발광 장치(10A)는 지지 기판(11), 상기 지지 기판(11)의 한 표면 위에 설치된 제 1 발광 소자(20), 상기 지지 기판(11)과 대향한 상기 제 1 발광 소자(20)의 측면에 설치된 제 2 발광 소자(30)를 구비한다.
상기 지지 기판(11)은 구리(Cu)와 같은 금속으로 만들어지며 상기 제 1 및 제 2 발광 소자(20 및 30)에 의해 발생된 열을 방산시키는 히트 싱크(heat sink)의 역할을 한다. 상기 지지 기판(11)은 외부 전원(도시되지 않음)에 전기적으로 접속되어 있으며 상기 제 1 발광 소자(20)를 상기 외부 전원에 전기적으로 접속시키는 역할을 한다.
상기 제 1 발광 소자(20)는 예를 들어, 약 400nm의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있는 반도체 레이저이다. 상기 제 1 발광 소자(20)는, 지지 기판(11)이 설치된 상기 발광 소자의 측면 위에, 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 만들어진, n형 클래딩층(cladding layer)(22), 활성층(23), 열화 방지층(24), p형 클래딩층(25), p측 접속층(26)이 제 1 기판(21) 위에 지정된 순서대로 적층되어 있는 구성을 갖는다. 상기 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 단주기형 주기율표에서 3B족 원소 중 적어도 한 원소 및 단주기형 주기율표에서 5B 족 원소 중 적어도 질소(N)를 함유하는 물질을 의미한다.
구체적으로, 상기 제 1 기판(21)은 예를 들어 n형 불순물로서 실리콘(Si)이 도핑된 n형 GaN 으로 만들어지며, 증착 방향의 그 두께는(이후로, 단순히 두께라 칭함) 예컨데, 80 내지 100㎛ 이다. GaN은 가시 영역(약 380 내지 800nm)의 투명 물질이다. GaN은 약 1.3 W/(cm·K)의 높은 열 전도율을 갖는 우수한 물질이다. 이 특징을 이용하여, 상기 제 1 기판(21)은 제 2 발광 소자(30)에 의해 발생되는 열을방산시키는 히트 싱크로서 기능한다.
상기 n형 클래딩층(22)은 예를 들어 1 ㎛ 두께이며, n형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n형 AlGaN 혼합 결정(예를 들어 Al0.08Ga0.92N)으로 구성된다. 상기 활성층(23)은 예를 들어 30nm 두께이며 웰층 및 상이한 조성비를 갖는 GaxIn1-xN(단, x≥0)으로 만들어진 장벽층을 포함하는 다중 양자 웰 구조(multiple quantum well structure)를 갖는다. 활성층(23)은 발광부로서 기능한다.
상기 열화 방지층(24)은 예를 들어 20 nm 두께이며, p형 불순물로서 마그네슘(Mg)이 도핑된 p형 AlGaN 혼합 결정(예를 들어 Al0.2Ga0.8N)으로 만들어진다. 상기 p형 클래딩층(25)은 예를 들어 0.7㎛ 두께이며, p형 불순물로서 마그네슘이 도핑된 p형 AlGaN 혼합 결정(예를 들어 Al0.08Ga0.92N)으로 만들어진다. 상기 p측 접속층(26)은 예를 들어 0.1㎛ 두께이며 p형 불순물로서 마그네슘이 도핑된 p형 GaN으로 만들어진다.
상기 p형 클래딩층(25) 및 상기 p측 접속층(26)의 일부는 공동 방향(cavity direction)으로 연장하는 좁은 스트립형으로 형성되어 레이저 스트라이프(laser stripe)이라 칭하는 것을 생성하며, 이에 의해 전류가 제한된다. 상기 p측 접속층(26)은 상기 공동 방향에 수직인 방향(도 4에 화살표 A로 지시된 방향)으로 중심부에 제공된다. 상기 p측 접속층(26)이 측면들과 상기 열화 방지층(24)에 대향한 p형 클래딩층(25)의 측면은 실리콘 이산화물 등으로 만들어진 절연층(27)으로 덮인다. 상기 p측 접속층(26)에 대응하는 활성층(23)의 영역이 발광 영역이다.
상기 p형 클래딩층(25)에 대향하는 상기 p측 접속층(26)의 한 측면 위에 p측 전극(28)이 형성된다. 상기 p측 전극(28)은 상기 p측 접속층(26)으로부터 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 및 금(Au)을 차례로 증착시킴으로써 형성되며 상기 p측 접속층(26)과 전기적으로 접속한다. 상기 p측 전극(28)은 접착층(12)을 통해 지지 기판(11)에도 전기적으로 접속된다. 상기 접착층(12)은 예를 들어 금(Au) 및 주석(Sn)의 합금, 또는 주석으로 구성된다.
상기 지지 기판(11)에 대향한 상기 제 1 기판(21)의 상기 측면에 n측 전극(29)을 레이징부(50)에 일치하여 제공하며, 이에 대해서는 후술한다. n측 전극(29)은 제 1 기판(21)으로부터 예컨데, 티타늄(Ti) 및 알루미늄을 차례로 증착시키고 열처리로 증착된 물질을 합금시킴으로서 획득되고, 또한 제 1 기판(21)에 전기적으로 접속된다. 상기 n측 전극(29)은 또한 상기 레이징부(50)를 외부 전원에 접속시키는 배선의 기능을 한다. 상기 지지 기판(11)에 대향한 상기 제 1 기판(21)의 측면에, 상기 제 2 발광 소자(30)의 레이징부(40)에 전기적 접속용 배선층(13)이 중간에 절연막(14)과 함께 형성된다. 상기 배선층(13)은 예를 들어 금속으로 만들어진다. 상기 레이징부(40)에 대해서는 상세히 후술한다.
또한, 상기 제 1 발광 소자(20)의 공동 방향의 양 끝단(ends)에서 한 쌍의 측 표면은 상기 공동의 두 개의 끝단 평면(end plane)으로서 역할을 한다. 한 쌍의 반사 거울막들(도시되지 않음)은 상기 공동의 한 쌍의 끝단 평면 위에 형성된다. 상기 한 쌍의 반사 거울막 중 하나는 상기 활성층(23)에 생성된 반사광을 높은 반사율로 반사하도록 설정되며, 다른 막은 상기 반사율보다 낮은 반사율로 광을 반사하도록 설정되어 광은 상기 다른 막으로부터 나가게 된다.
상기 제 2 발광 소자(30)는 예를 들어 제 2 기판(31), 레이징부(40) 및 레이징부(50)를 갖는다. 상기 레이징부(40)는 약 700nm의 범위(예컨데, 780nm)에서 광을 방출할 수 있으며 지지 기판(11)이 설치되어 있는 측면 위의 제 2 기판(31) 위에 형성되며, 버퍼층(32)이 중간에 개재한다. 상기 레이징부(50)는 약 600nm(예컨데, 650nm)의 범위에서 광을 방출할 수 있으며 상기 지지 기판(11)이 설치되어 있는 측면 위의 제 2 기판(31) 위에 형성되며, 상기 버퍼층(32)이 중간에 개재한다. 상기 제 2 기판(31)은 예를 들어, 약 100㎛ 두께이고 n형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n형 GaAs로 만들어진다. 상기 버퍼층(32)은 예를 들어 0.5㎛ 두께이고 n형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n형 GaAs로 만들어진다. 상기 레이징부(40 및 50)는 예를 들어 약 200 ㎛ 이하의 공간을 두고 설치되어 그 공동 방향들은 상기 제 1 발광 소자(20)의 방향과 정렬되며 상기 제 1 발광 소자(20)의 p측 접속층(26)은 상기 레이징부(40 및 50) 사이에 위치한다. 구체적으로, 상기 레이징부(40)의 발광 영역과 상기 레이징부(50)의 발광 영역간의 공간은 약 120㎛이고, 상기 발광 장치(20)의 발광 영역은 상기 레이징부(40 및 50)의 발광 영역들의 정확히 중간에 위치한다. 상기 레이징부(40 및 50)의 발광 영역들에 대해서는 상세히 후술한다.
상기 레이징부(40)는 n형 클래딩층(41), 활성층(42), p형 클래딩층(43) 및 p형 캡층(cap layer)(44)이 상기 제 2 기판(31) 측으로부터 지정된 순서로 서로의 위에 놓이게 되는 구성을 갖는다. 상기 층들 각각은 예를 들어 단주기형 주기율표에서 3B족 원소들로부터 적어도 갈륨(Ga)과 단주기형 주기율표에서 5B족 원소들로부터 적어도 비화물(As)을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 만들어진다.
구체적으로, 상기 n형 클래딩층(41)은 예를 들어 1.5㎛ 두께이고 n형 불순물로 실리콘이 도핑된 n형 AlGaAs 혼합 결정으로 만들어진다. 상기 활성층(42)은 예를 들어 40㎛ 두께이고 웰층 및 상이한 조성비를 갖는 AlxG1-xaAs(단 x≥0)으로 만들어진 장벽층을 포함하는 다중 양자 웰 구조를 갖는다. 상기 활성층(42)은 발광부의 기능을 하며 출력광의 파장은 예를 들어, 약 700nm의 범위이다. 상기 p형 클래딩 층(43)은 예를 들어 1.5㎛ 두께이고 p형 불순물로서 아연이 도핑된 p형 AlGaAs 혼합 결정으로 만들어진다. p형 캡층(44)은, 예컨데, 0.5㎛ 두께이고 p형 불순물로서 아연으로 도핑된 p형 GaAs로 구성된다.
상기 p형 클래딩층(43)의 일부 및 상기 p형 캡층(44)은 공동 방향으로 연장하는 좁은 스트립형으로 형성되며, 이에 의해 전류를 제한한다. 스트립 부분의 양 측에서, 전류 차단 영역(45)이 제공된다. 상기 p측 캡층(44)에 대응하는 활성층(42)의 영역은 발광 영역의 역할을 한다.
상기 p형 클래딩층(43)에 대향한 p형 캡층(44)의 측면 위에 p측 전극(46)이 형성된다. 상기 p측 전극(46)은 상기 p측 캡층(44)의 측면으로부터 예를 들어 티타늄, 플라티늄 및 금을 순서대로 증착하고 증착된 물질들을 열처리로 합금시킴으로써 형성되며, 상기 p형 배선층(44)에 전기적으로 접속한다. p측 전극(46)도 접착층(15)을 통해 상기 배선층(13)에 전기적으로 접속된다. 상기 접착층(15)은 예를 들어 상기 접착층(12)의 물질과 유사한 물질로 만들어진다.
상기 레이징부(50)는 n형 클래딩층(52), 활성층(53), p형 클래딩층(54), 및p형 캡층(55)이 상기 제 2 기판(31)의 측면으로부터 지정된 순서로 적층되고 중간에 버퍼층(51)이 개재하는 구성을 갖는다. 상기 층들 각각은 예를 들어 단주기형 주기율표에서 3B족 원소로부터 적어도 인듐(In)과 단주기형 주기율표에서 5B족으로부터 적어도 인(P)을 함유하는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 만들어진다.
구체적으로, 상기 버퍼층(51)은 예를 들어 0.5㎛ 두께이고 n형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n형 InGaP 혼합 결정으로 만들어진다. 상기 n형 클래딩 층(52)은 예를 들어 1.5㎛ 두께이고 n형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n형 AlGaInP 혼합 결정으로 만들어진다. 활성층(53)은 예를 들어 35 nm이고 웰층 및 상이한 조성비를 갖는 AlxGayIn1-x-yP(단 x≥0 및 y≥)으로 만들어진 장벽층을 포함하는 다중 양자 웰 구조를 갖는다. 상기 활성층(53)은 발광부로서 기능한다. 상기 p형 클래딩 층(54)은 예를 들어 1.0㎛ 두께이고 p형 불순물로서 아연이 도핑된 AlGaInP 혼합 결정으로 만들어진다. 상기 p형 캡층(55)은 예를 들어 0.5㎛ 두께이고 p형 불순물로서 아연이 도핑된 p형 GaAs으로 만들어진다.
상기 p형 클래딩층(54)과 상기 p형 캡층(55)의 일부는 공동 방향으로 연장하는 전류-제한 영역을 생성하도록 좁은 스트립형으로 형성된다. 상기 스트립 부분의 양 측면에, 전류 차단 영역(56)이 제공된다. 상기 p측 캡층(55)에 대응하는 상기 활성층(53)의 영역은 발광 영역으로서 역할을 한다.
상기 p형 클래딩층(54)에 대향한 상기 p형 캡층(55)의 측면에, p측 전극(57)이 제공된다. 상기 p측 전극(57)은 상기 p형 캡층(55)에 전기적으로 접속되며, 예를 들어 p측 전극(46)의 구성과 유사한 구성을 갖는다. 상기 p측 전극(57)은 또한상기 접착층(15)의 물질과 유사한 물질로 만들어진 접착층(16)을 통해 상기 제 1 발광 소자(20)의 n측 전극(29)에 전기적으로 접속된다.
상기 지지 기판(11)에 대향한 상기 제 2 기판(31)의 측면에, 상기 레이징부(40 및 50)의 n측 전극(33)이 형성된다. 상기 n측 전극(33)은 상기 제 2 기판(31)의 측면으로부터 예를 들어 금 및 게르마늄(Ge)의 합금, 니켈, 및 금을 순서대로 증착시키고 상기 증착된 물질들을 열처리로 합금시킴으로써 얻어진다.
또한, 상기 제 2 발광 소자(30)의 공동 방향의 끝단에서 한 쌍의 측면은 상기 공동의 두개의 끝단 면으로서 역할을 한다. 상기 레이징부(40 및 50) 각각의 공동의 한 쌍의 끝단 면들 위에 한 쌍의 반사 거울막(도시되지 않음)이 형성된다. 상기 쌍들의 반사 거울막들간의 반사율 관계는 상기 제 1 발광 소자(20)에 제공된 한 쌍의 반사 거울막들간의 관계에 대응되도록 설정된다. 상기 제 1 발광 소자(20)의 동일한 측면과 상기 제 2 발광 소자(30)의 상기 레이징부(40 및 50)로부터 광이 방출된다.
그러한 구성을 갖는 발광 디바이스(10A)는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 실제 사용에 있어서는 패키지(1)에 내장된다. 상기 패키지(1)는 예를 들어 디스크형 지지체(supporting body)(12)와 상기 지지체(12)의 한 면의 측면 위에 제공된 덮개체(cover body)(3)을 구비한다. 상기 덮개체(3)의 내부에는, 지지 기판(11)이 상기 지지체(2)에 의해 지지되고 발광 디바이스(10A)가 내장된다. 상기 발광 장치(10A)로부터 방출된 광은 상기 덮개체(3)의 윈도우(3a)로부터 나간다.
상기 패키지(1)는 다수의 도전 핀들(4a 내지 4d)을 구비하며, 상기 핀(4a)은상기 지지 기판(11)에 전기적으로 접속된다. 다른 핀들(4b 내지 4d)은 예를 들어, 각각의 절연링(5b 내지 5d)을 통해 지지체(2)를 관통하며 상기 덮개체(3)의 내부로부터 외측으로 연장한다. 배선층(13)은 배선(6b)을 통해 핀(4b)에 전기적으로 접속된다. 상기 n측 전극(29)은 배선(6c)을 통해 핀(4c)에 전기적으로 접속된다. 상기 n측 전극(33)은 배선(6d)을 통해 핀(4d)에 전기적으로 접속된다. 4개의 핀(4a 내지 4d)을 갖는 패키지(1)를 본 명세서에서 일례로서 서술하지만, 다수의 핀을 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 배선층(13) 및 지지 기판(11)은 배선을 통해 서로 접속되면, 상기 핀(4b)은 불필요하며 핀의 수는 3개로 된다.
그러한 발광 장치(10A)는 다음과 같이 제조될 수 있다. 도 6a 내지 도 9b는 상기 발광 장치(10A)를 제조하는 방법의 제조 단계들을 도시한다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 예컨데, 약 400㎛의 두께를 갖는 n형 GaN으로 만들어진 제 1 기판(21)이 준비된다. 상기 제 1 기판(21)의 표면 위에, n형 AlGaN 혼합 결정으로 만들어진 n형 클래딩층(22), p형 InGaN 혼합 결정으로 만들어진 활성층(23), p형 AlGaN 혼합 결정으로 만들어진 열화 방지층(24), p형 AlGaN 혼합 결정으로 만들어진 p형 클래딩층(25), p형 GaN으로 만들어진 p측 접속층(26)이 MOCVD법으로 성장된다. 각각의 층을 성장시킬 때, 제 1 기판(21)의 온도는 예를 들어 750℃ 내지 1100℃ 으로 조절된다.
도 6b를 참조하면, 상기 p측 접속층(26) 위에 마스크(도시되지 않음)가 형성된다. 상기 p측 접속층(26) 및 상기 p형 클래딩층(25) 각각의 상부 층 부분은 선택적으로 에칭되어 좁은 스트립형으로 되며 그래서 p형 클래딩층(25)이 노출된다. 결과적으로, 상기 p측 접속층(26) 위의 도시되지 않은 마스크를 사용해서, 상기 p형 클래딩층(25)의 표면 및 상기 p측 접속층(26)의 측면들을 덮도록 절연층(27)이 형성된다.
절연층(27)을 형성한 후, 상기 p측 접속층(26)의 위 및 주위에, 예를 들어 팔라듐, 백금, 및 금을 순서대로 증기 증착시켜 p측 전극(28)이 형성된다. 또한, 후술될 바와 같이 상기 제 1 기판(21)을 프로세스 중에 용이하게 격리시키기 위해, 상기 제 1 기판(21)의 배면 측을 예를 들어 세척 및 연마하여 상기 제 1 기판의 두께를 100㎛로 한다.
그후에, 상기 제 1 기판(21)의 후면측에, 상기 절연막(14)이 상기 레이징 (lasing)부(40)의 위치에 대응하여 형성되고, 상기 배선층(13)은 상기 절연막(14)에 형성된다. 상기 레이징부(50)의 위치에 대응하여, 예를들어, 티타늄 및 알루미늄은 순서대로 증기 증착되며, 상기 n-측 전극(29)이 형성된다. 명확히 하면, 상기 배선층(13) 및 상기 n-측 전극(29)의 각각이 약 60 ㎛만큼 상기 p-측 접속층(26)으로부터 이간된 위치에 형성된다. 상기 실시예에서, 상기 제 1 기판(21)은 가시 영역에서 투명한 GaN로 이루어졌으며, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어지고 또한 상기 가시영역에서 투명한 층들은 상기 제 1 기판(21)에 적층 (stacked)된다. 그러므로, 상기 p-측 전극(28)의 위치는 상기 제 1 기판(21)측으로부터 관찰될 수 있고 리소그래피 프로세스에서의 위치지정은 높은 정밀도로 수행될 수 있다. 즉, 상기 배선층(13) 및 상기 n-측 전극(29)이 형성되는 위치들은 정밀하게 제어될 수 있다. 상기 제 1 기판(21)의 GaN가 견고하므로, 상기 제 1 기판(21)의 두께가 약 100 ㎛일 때도, 상기 제 1 기판(21)이 상기 리소그래피 프로세스에서 크랙이 발생하여 깨지는 등의 가능성은 없다.
상기 배선층(13) 및 상기 n-측 전극(29)을 형성한 후에, 열처리가 수행되어 상기 n-측 전극(29)을 합금한다. 그후에, 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 기판(21)은 예를들어 소정의 폭으로 상기 p-측 전극(28)의 종방향(longitudinal direction)에 수직으로 벽개되고(cleaved) 한 쌍의 반사 거울막이 상기 벽개된 면에 형성된다. 그와같은 방식으로, 상기 제 1 광 방출 소자(20)가 제조된다.
도 7a에 도시된 바와같이, 예를들어, 약 350 ㎛의 두께를 갖는 n-형 GaAs로 이루어진 제 2 기판(31)이 준비된다. 상기 제 2 기판(31)의 표면에서, n-형 GaAs로 이루어진 버퍼층(32), n-형 AlGaAs 혼합 결정으로 이루어진 n-형 클래딩 (cladding)층(41), AlxGa1-xAs(여기서 x≥0)으로 이루어진 활성층(42), p-형 AlGaAs 혼합 결정으로 이루어진 p-형 클래딩층(43), 및 p-형 GaAs로 이루어진 p-형 캡 층(44)이 MOCVD법에 의해 순서대로 성장된다. 상기 각각의 층들을 성장시킬 때, 상기 제 2 기판(31)의 온도는 예를들어 750℃ 내지 800℃로 조정된다.
도 7b에 도시된 바와같이, 레지스트(resist)막 R1이 상기 레이징부(40)가 형성될 영역에 대응하여 상기 p-형 캡층(44)에 형성된다. 그후에, 마스크로서 상기 레지스트막 R1을 사용하여, 상기 p-형 캡층(44)은 예를들어 황산에 기초한 에칭액을 사용하여 선택적으로 제거되고, 상기 p-형 캡층(44), p-형 클래딩층(43), 활성층(42), 및 n-형 클래딩층(41)의 레지스트 막 R1으로 덮이지 않은 부분은 플루오르화 수소산에 기초한 에칭액을 사용하여 선택적으로 제거된다. 그후에, 상기 레지스트막 R1이 제거된다.
그후에, 도 8a에 도시된 바와같이, 예를들어 MOCVD에 의해, n-형 InGaP 혼합 결정으로 이루어진 버퍼층(51), n-형 AlGaInP 혼합 결정으로 이루어진 n-형 클래딩층(52), AlxGayIn1-x-yP(여기서 x≥0 및 y≥0) 혼합 결정으로 이루어진 활성층(53), p-형 AlGaInP 혼합 결정으로 이루어진 p-형 클래딩층(54), 및 p-형 GaAs로 이루어진 p-형 캡층(55)이 순서대로 성장된다. 상기 각각의 층을 성장시킬 때에, 상기 제 2 기판(31)의 온도는 예를들어, 약 680℃로 조정된다.
그후에, 도 8b에 도시된 바와같이, 레지스트막 R2가 상기 레이징부(50)가 형성되는 영역에 대응하여 상기 p-형 캡층(55)에 형성된다. 상기 레지스트막 R2를 마스크로 사용하여, 상기 p-형 캡층(55)은 예를들어 황산에 기초한 에칭액을 사용하여 선택적으로 제거되고, 상기 p-형 클래딩층(54), 활성층(53), 및 n-형 클래딩층(52)이 인산에 기초한 에칭액 및 염산에 기초한 에칭액을 사용하여 선택적으로 제거된다. 상기 버퍼층(51)은 염산에 기초한 에칭액을 사용하여 선택적으로 제거된다. 그후에, 상기 레지스트막 R2가 제거된다.
상기 레지스트막 R2를 제거한 후에, 도 9a에 도시된 바와같이, 예를들어, 좁은 스트립(narrow strip) 모양의 마스크(도시되지 않음)가 상기 p-형 갭층들(44와 55)에 형성되고 실리콘과 같은 n-형 불순물이 p-형 캡층들(44와 55) 및 상기 p-형클래딩층들(43과 54)의 상위 레이징부로 이온 주입에 의해 삽입된다. 상기 불순물 삽입된 영역들은 절연되고 전류 차단 영역(44와 56)이 된다. 상기 경우에서, 상기 p-형 캡층들(44와 55)의 위치들이 리소그래피에 의해 규정되므로, 상기 위치들은 정확하게 제어될수 있다.
상기 전류 차단 영역(45와 56)을 형성한 후에, 도 9b에 도시된 바와같이, 예를들어, 니켈, 백금, 및 금이 상기 p-측 전극들(46과 57)을 형성하기 위해 상기 p-형 캡층들(44와 55)위와 주위에 순서대로 증기 증착된다. 더욱이, 상기 제 2 기판의 후면 측을 랩핑(lapping) 및 연마(polishing)하여, 상기 제 2 기판(31)의 두께는 예를들어, 약 100 ㎛로 설정된다. 그후에, 예를들어, 금과 게르마늄의 합금, 니켈, 및 금이 상기 제 2 기판(31)의 후면측에 순서대로 증기 증착되어 상기 레이징부들(40과 50)에 공통인 n-형 전극(33)을 형성한다. 그후에, 열처리가 수행되어 상기 p-측 전극들(46과 57)과 상기 n-측 전극(33)을 합금화한다. 더욱이, 도시되지는 않았지만, 예를들어, 상기 제 2 기판(31)은 상기 p-측 전극들(46과 57)의 종방향에 수직으로 소정의 폭으로 벽개되고 한쌍의 반사 거울막들이 상기 벽개된 표면에 형성된다. 그와같은 방식으로, 상기 제 2 발광 소자(30)가 형성된다.
상술된 바와같이 상기 제 1 및 제 2 발광 소자들(20과 30)을 형성한 후에, 지지 기판(supporting base)(11)이 준비된다. 예를들어, 접착층(adhesive layer)(12)에 의해, 상기 제 1 발광 소자(20)의 절연층(27)과 p-측 전극(28) 및 상기 지지 기판(11)이 서로 부착된다. 예를들어, 상기 접착층(15)에 의해, 상기 제 2 발광 소자(30)의 p-측 전극(46)과 배선층(13)이 서로 부착된다. 예를들어, 상기 접착층(16)에 의해, 상기 제 2 발광 소자(30)내의 p-측 전극(57) 및 상기 제 1 발광 소자(20)내의 p-측 전극(29)이 서로 부착된다. 그와같은 방식으로, 도 4에 도시된 발광 디바이스(10A)가 완성된다.
상기 제2 발광 소자(30)가 상기 배선층(13)을 만들기 위해 상기 제 1 발광 소자(20)에 배치되고 고-정밀 리소그래피 기술을 사용하여 높은 위치지정 정확도로 형성된 상기 n-측 전극(29)은 고-정밀 리소그래피 기술을 사용하여 높은 위치지정 정확도로 유사하게 형성된 상기 p-형 캡층들(44와 55)에 대응하기 때문에, 상기 발광 영역들의 위치는 또한 정확하게 제어된다.
동시에 상기 지지 기판(11)을 상기 제 1 발광 소자(20)에 부착하고 상기 제 1 및 제 2 발광 소자들(20과 30)을 부착하는 경우에, 동일한 물질을 사용하여 상기 접착층들(12, 15, 및 16)을 형성하는 것이 양호하다. 접착(adhesion)을 개별적으로 수행하는 경우에, 나중에 접착될 접착층의 물질보다 더 높은 녹는점을 갖는 물질을 사용하여 처음으로 부착될 접착층을 형성하는 것이 양호하다. 명확히 하면, 처음으로 부착될 상기 접착층은 금과 주석의 합금으로 이루어지고, 나중에 부착될 접착층은 주석으로 이루어진다. 이와 같이, 상기 접착은 필요한 것보다 많은 층들을 가열하지 않고 각각의 시간들에서 우수하게 수행될 수 있다.
상기 발광 디바이스(10A)는 도 5에 도시된 바와같이 패키지(1)에 내장되어 있으며 다음과 같이 동작한다.
상기 발광 디바이스(10A)에서, 상기 패키지(1)의 핀들(4c와 4a)을 통해 상기 제 1 발광 소자(20)내의 상기 n-측 전극(29)과 상기 p-측 전극(28) 사이에 전압이인가될 때, 전류가 상기 활성층(23)으로 통과되고, 빛이 전자와 정공의 재결합에 의해 방출되며, 약 400 nm의 파장을 갖는 빛이 상기 제 1 발광 소자(20)로부터 방출된다. 소정의 전압이 상기 제 2 발광 소자(30)내의 n-측 전극(33)과 상기 p-측 전극(46)사이에서 인가될 때, 전류는 상기 활성층(42)으로 통과되고, 빛이 전자와 정공의 재결합에 의해 방출되며, 대략 700 nm의 상기 대역내의 파장을 갖는 빛은 상기 레이징부(40)로부터 방출된다. 더욱이, 소정의 전압이 핀들(4d와 4c)을 통해 상기 제 2 발광 소자(30)내의 n-측 전극(33)과 상기 p-측 전극(57)사이에서 인가되었을 때, 전류는 상기 활성층(53)으로 통과되며, 빛은 전자와 정공의 재결합에 의해 방출되고 대략 600 nm와 거의 비슷한 상기 대역내의 파장을 갖는 빛이 상기 레이징부(50)로부터 방출된다. 상기 빛은 상기 패키지(1)의 광 유출(outgoing) 윈도우(3a)를 통해 상기 패키지(1)로부터 나간다.
발광시에는 열도 발생되지만, 상기 제 1 기판(21)이 상대적으로 높은 열 전도도를 갖는 물질로 이루어지므로, 상기 레이징부(40 또는 50)에 의해 발생된 열은 상기 제 1 기판(21) 및 상기 지지 기판(11)을 통해 즉시 방산된다. 상기 제 1 발광 소자(20)에 의해 발생된 열은 상기 지지 기판(11)을 통해 즉시 방산된다.
상술된 바와같은 실시예에 따른 발광 디바이스(10A)에서, 상기 제 1 및 제 2 발광 소자들(20과 30)은 적층된다. 그러므로 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체층들과, AlGaAs 및 ALGaInP 계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층들을 동일한 기판에 성장시키는 것은 필요하지 않게 된다. 그러므로, 약 400 nm의 파장을 갖는 다중-파장 레이저는 쉽게 얻어질 수 있다. 상기 발광 디바이스(10A)의 사용은, 예를들어, 많은 종류의 광원들에 의해 임의의 광학 디스크를 사용하여 광학 기록/재생을 할 수 있는 광학 디스크 드라이브를 쉽게 생산하는 것을 가능하게 한다.
특히, 상기 제 1 발광 소자(20)는 약 400 nm의 파장을 갖는 빛을 방출하기 위해 상기 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층을 갖는다. 이와 같이, 상기 발광 디바이스(10A)를 광학 디스크 드라이브와 같은 광학 디바이스에 탑재하여, 정보가 더 높은 기록 영역 밀도로 기록되는 광학 디스크를 사용하여 광학 기록/재생은 가능해진다.
상기 제 1 기판(21)이 가시 영역에서 투명한 물질로 이루어지므로, 상기 n-측 전극(29)과 상기 배선층(13)은 상기 리소그래피 기술을 사용하여 높은 위치지정 정확도로 형성될 수 있다. 상기 리소그래피 기술을 사용하여 높은 위치지정 정확도로 형성된 상기 제 2 광 발광 소자(30)내에 p-측 전극들(46과 57)을 부착하여, 상기 제 1 및 제 2 발광 소자들(20과 30)의 발광 영역의 위치들이 정확하게 제어될 수 있다. 더욱이, 각각의 간격들을 소정의 작은 값으로 설정하여, 각각의 발광 소자들로부터 방출된 빛은 작은 지름의 영역을 통해 나오도록 허용된다.
부가하면, 상기 제 1 기판(21)이 높은 열 전도도를 갖는 물질로 구성되어, 상기 레이징부들(40과 50)에서 발광시에 발생된 열은 상기 제 1 기판(21)을 통해 상기 지지 기판(11)으로 즉시 방산될 수 있다. 이와 같이, 상기 제 2 발광 소자(30)가 상기 제 1 발광 소자(20)에 배치될 때도, 상기 발광 소자(30)의 온도가 상승하는 것이 방지될 수 있기 때문에, 상기 디바이스는 장시간 안정적으로 동작할 수 있다.
상기 발광 디바이스(10A)는 예를들어, 광학 디바이스로서 광학 디스크 기록/재생 장치를 위해 사용된다. 도 10은 상기 광학 디스크 기록/재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 광학 디스크 기록/재생 장치는 상이한 파장의 빛을 사용하여 광학 디스크상에 기록된 정보를 재생하고 광 디스크상에 정보를 기록한다. 상기 광학 디스크 기록/재생 장치는 상기 발광 디바이스(10A)로부터 광학 디스크(D)로 방출된 소정 파장을 갖는 유출광(outgoing light) Lout을 유도하고, 상기 발광 디바이스(10A)와 제어 유닛(111)의 제어하에 상기 광학 디스크(D)로부터 신호광(반사광 Lref)을 판독하기 위한 광학계를 가진다. 상기 광학계는 빔 스플리터(splitter)(112), 콜리메이터 (collimator) 렌즈(113), 거울(114), 4분의 1파장 플레이트(plate) (115), 대물렌즈(116), 신호광 검출렌즈(117), 신호광 검출 광수신 장치(signal light detection photoreceiving device) (118), 및 신호광 재생 회로(119)를 갖는다.
상기 광학 디스크 기록/재생 장치에서, 예를들어, 상기 발광 디바이스(10)로부터 강한 세기를 갖는, 상기 유출광 Lout은 상기 빔 스플리터(112)에 의해 반사되고, 상기 콜리메이터 렌즈(113)에 의해 평행한 빛이 되고, 거울(114)에 의해 반사된다. 상기 거울(114)에 의해 반사된 유출광 Lout은 상기 4분의 1파장 플레이트(115)를 통과한다. 그후에, 상기 유출광 Lout은 상기 대물렌즈(116)에 의해 모아지고 상기 광학 디스크(D)에 입사하여, 상기 광학 디스크(D)에 정보를 기록한다. 예를들어, 상기 발광 장치(10)로부터 약한 세기를 갖는 유출광 Lout은 상술된 바와같이 광학 구성요소를 통과하고 상기 광학 디스크(D)로 입사되고 상기 광학 디스크에 의해 반사된다. 상기 반사광 Lref는 상기 대물렌즈(116), 4분의 1파장 플레이트(115), 거울(114), 콜리메이터 렌즈(113), 빔 스플리터(112), 및 신호광 검출 렌즈(117)를 통과하며, 상기 빛이 전기신호로 변환되는 상기 신호광 검출 광수신 디바이스(118)에 입사한다. 그후에, 상기 광학 디스크(D)상에 기록된 정보는 상기 신호광 재생 회로(119)에 의해 재생된다.
상술된 바와같이, 상기 실시예에 따른 상기 발광 디바이스(10A)는 단일 패키지내에 내장될 수 있고, 상기 유출광 Lout은 정확하게 이간된 다수의 발광 영역으로부터 방출된다. 상기 발광 디바이스(10A)를 사용하여, 상이한 파장의 다수의 유출광 Lout이 공통의 광학계를 사용하여 소정의 위치로 유도될 수 있다. 그래서, 간략화된 구성을 갖는 작고, 저비용의 광학 디스크 기록/재생 장치가 구현될 수 있다. 상기 발광점 간격들에서의 에러는 극히 작으므로, 광수신부(신호광 검출 광수신 장치(118))내의 영상을 형성하는 상기 반사광 Lref의 위치는 광 디스크 기록/재생 장치들에 따라 변하는 것이 방지될 수 있다. 즉, 상기 광학계는 쉽게 설계될 수 있고, 상기 광학 디스크 기록/재생 장치의 수율이 향상될 수 있다.
상기 실시예의 발광 디바이스(10A)는 3개의 파장, 즉, 약 400 nm, 약 600 nm의 범위내, 및 약 700 nm의 범위내의 발광을 구현할 수 있다. 이것은 CD-ROM(판독 전용 메모리),CD-R, CD-RW, MD, 및 DVD-ROM과 같은 현존하는 다양한 광학 디스크들뿐아니라 현재 재기록가능 대용량(mass) 저장 디스크로서 제안되는 소위 DVD-RAM(랜덤 액세스 메모리), DVD+RW, DVD-R/RW 등도 사용하여 광학 기록/재생을 가능하게 한다. 더욱이, 광학 기록/재생은 더 높은 기록 영역 밀도를 갖는 차세대 기록가능 광학 디스크(예를들어, 20 G 바이트 또는 그이상)(차세대의 광학 디스크 장치로서 제안되는 DVR(디지털 비디오 레코더) 또는 VDR(비디오 디스크 레코더)용으로 사용되는 그러한 광학 디스크)를 사용하여 가능해 질수도 있다. 차세대의 그와같은 기록가능 대용량 저장 디스크의 사용은 높은 화상 품질과 우수한 동작성으로 비디오 데이터 기록과 기록된 데이터(영상들)의 재생을 가능하게 한다.
상기 주어진 기술된 내용은 상기 발광 디바이스(10A)가 상기 광학 디스크 기록/재생 장치에 적용되는 예에 관련되어 있다. 그러나, 분명히, 상기 발광 디바이스(10A)는 광학 디스크 재생 장치, 광학 디스크 기록 장치, 광자기(magnetooptical) 디스크들(MOs)을 사용하는 광 기록/재생용 광자기 디스크 장치, 및 광통신 시스템과 같은 다양한 광학 장치에 넓은 응용을 갖고 있다. 상기 장치는 고온 등에서 작동해야 하는 운송수단에 탑재된 반도체 레이저 장치를 갖는 설비에도 응용될 수 있다.
제 2 실시예
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 디바이스(10B)의 단면 구조를 도시한다. 상기 발광 디바이스(10B)는 제 2 발광 소자(60)가 상기 제 1 실시예에서 상기 발광 디바이스(10A)내의 제 2 발광 소자(30)를 대신하여 제공되는 것을 제외하면 상기 발광 디바이스(10A)의 것과 동일한 구성, 작용, 및 효과를 갖는다. 상기동일한 참조 번호는 상기 제 1 실시예의 것과 동일한 구성요소에 주어지며 그 상세한 기술은 반복되지 않을 것이다.
상기 제 2 실시예내의 제 2 발광 소자(60)는 약 500 nm의(예를들어, 520 nm) 상기 대역 내의 파장을 갖는 빛을 방출할 수 있는 레이징부(70)가 상기 제 1 실시예의 상기 제 2 발광 디바이스(30)의 레이징부(40)를 대신하여 제공되며 상기 버퍼층(32)이 제공되지 않는 것을 제외하면 상기 제 2 발광 소자(30)의 것과 동일한 구성을 갖는다.
상기 레이징부(70)는 예를들어 n-형 클래딩층(72), 도파층(guide layer) (73), 활성층(74), 도파층(75), p-형 클래딩층(76), 제 1 의 p-형 반도체층(77), 제 2 의 p-형 반도체층(78), p-형 초격자(superlattice) 층(79), 및 p-형 접속층 (80)은, 버퍼층(71)이 중간에 있는, 상기 지지 기판(11)이 배치된 측의 상기 제 2 기판(31)상에 지정된 순서대로 증착된다. 상기 층들 각각은 예를들어, 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 베릴륨(Be), 및 마그네슘(Mg)으로 구성된 단주기(short-period) 형식 주기표내의 2A 또는 2B 원소들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와, 황(S), 셀레니움 (Se), 텔루리움(Te)으로 구성되는 단주기 형식 주기표내의 6B 족 원소들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 함유하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 이루어진다.
명확히 하면, 상기 버퍼층(71)은 n-형 불순물로서 실리콘이 도핑된 n-형 GaAs 막, n-형 불순물로서 염소(Cl)가 도핑된 ZnSe 막, n-형 불순물로서 염소가 도핑된 ZnSSe 혼합 결정층을 상기 제 2 기판(31)측으로부터 순서대로 적층하여 이루어진다. 상기 버퍼층(71)의 두께는, 예를들어, 100 nm이다. 상기 n-형 클래딩층 (72)은 예를들어 1 ㎛ 두께이며 n-형 불순물로서 염소가 도핑된 n-형 ZnMgSSe 혼합 결정으로 이루어진다. 상기 도파층(73)은 예를들어, 0.1 ㎛두께이며 n-형 불순물로서 염소가 도핑된 n-형 ZnSSe 혼합결정 또는 도핑되지 않은 ZnSSe 혼합 결정으로 이루어진다. 상기 활성층(74)은 예를들어, 20 nm 두께이며, 상이한 조성의 ZnxCd1-xSe(여기서 x≥0) 혼합 결정으로 이루어진 웰층 및 장벽층의 다중 양자 우물 구조를 가지고 있다. 활성층(74)은 발광부로서 기능한다.
상기 도파층(75)은 예를들어, 0.1 ㎛ 두께이며 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnSSe 혼합 결정 또는 도핑되지 않은 ZnSSe 혼합 결정으로 이루어진다. 상기 p-형 클래딩층(76)은 예를들어 1.0 ㎛이며 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnMgSSe 혼합 결정으로 이루어진다. 상기 제 1 p-형 반도체층(77)은 예를들어 0.2 ㎛ 두께이며 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnSSe 혼합 결정으로 이루어진다. 상기 제 2 p-형 반도체층(78)은 예를들어, 0.2 ㎛ 두께이며 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnSe으로 이루어진다. 상기 p-형 초격자층(79)은 예를들어 35 nm 두께이며 p-형 불순물로 질소가 도핑된 p-형 ZnSe 막과 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnTe 막을 교대로 적층하여 형성된다. 상기 p-측 접속층(80)은 예를들어, 0.1 ㎛이며 p-형 불순물로서 질소가 도핑된 p-형 ZnTe으로 이루어진다.
상기 제 1 p-형 반도체층(77), 제 2 p-형 반도체층(78), p-형 초격자층(79), 및 p-측 접속층(80)의 일부는 전류가 제한되도록 공동(cavity) 방향으로 확장하는좁은 스트립(strip) 모양으로 형성된다. 상기 스트립 부분의 양측상에 전류 차단 영역(81)이 제공된다. 상기 p-측 접속층(80)에 대응하는 활성층(74)내의 영역은 발광 영역으로서 작용한다.
상기 p-형 초격자층(79)에 대향하는 상기 p-형 접속층(80)의 측상에, p-측 전극(82)이 형성된다. 상기 p-측 전극(82)은 예를들어, 상기 p-측 접속층(80)의 측면으로부터 팔라듐(Pd), 백금, 및 금을 순서대로 증착하고, 상기 증착된 물질을 열처리에 의해 합금하여 형성되며 상기 p-측 접속층(80)에 전기적으로 접속된다. 상기 p-측 전극(82)은 또한 상기 접착층(15)을 통해 상기 배선층(13)에 전기적으로 접속된다.
그와같은 구성을 갖는 상기 발광 디바이스(10B)는 상기 제 2 발광 소자(60)가 상기 발광 디바이스(10A)내의 상기 제 2 발광 소자(30)는 대신하여 형성된다는 것을 제외하면 상기 제 1 실시예와 유사한 방식으로 제조될 수 있다.
명확히 하면, 상기 제 2 발광 소자(60)는 다음과 같이 생성된다. 우선, 도 12a에 도시된 바와같이, 상기 제 1 실시예와 유사한 방식으로, 예를들어, n-형 InGaP 혼합 결정으로 이루어진 버퍼층(51), n-형 AlGaInP 혼합 결정으로 이루어진 n-형 클래딩층(52), AlxGayIn1-x-yP(여기서 x≥0 및 y≥0) 혼합 결정으로 이루어진 활성층(53), p-형 AlGaInP 혼합 결정으로 이루어진 p-형 클래딩층(54), 및 p-형 GaAs로 이루어진 p-형 캡층(55)이 n-형 GaAs으로 이루어진 제 2 기판(31)의 표면에 순서대로 성장된다.
그후에, 도 12b에 도시된 바와같이, 상기 레이징부(50)가 형성될 영역에 대응하여, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물(Si3N4)로 이루어진 마스크(M)가 상기 p-형 캡층(55)에, 예를들어, CVD(화학 기상 증착)에 의해 형성될것이다. 상기 마스크 (M)를 사용하여, RIE(반응성 이온 에칭)와 같은 에칭이 수행되고, 그에의해 상기 p-형 캡층(55), p-형 클래딩층(54), 활성층(53), n-형 클래딩층(52), 및 버퍼층 (51)을 선택적으로 제거한다.
그후에, 도 13a에 도시된 바와같이, 상기 제 2 기판(31)의 표면상에, MBE(분자선 에피택시)에 의해 예를들어, n-형 GaAs 막, n-형 ZnSe 막, 및 n-형 ZnSSe 혼합 결정층이 지정된 순서로 적층되는 버퍼층(71), n-형 ZnMgSSe 혼합결정으로 이루어진 n-형 클래딩층(72), n-형 ZnSSe 혼합 결정으로 이루어진 도파층(73), ZnxSe1-xCd(여기서 x≥0) 혼합 결정으로 이루어진 활성층(74), p-형 ZnSSe 혼합결정으로 이루어진 도파층(75), p-형 ZnMgSSe 혼합 결정으로 이루어진 p-형 클래딩층 (76), p-형 ZnSSe 혼합결정으로 이루어진 제 1 의 p-형 반도체층(77), p-형 ZnSe로 이루어진 제 2 의 p-형 반도체층(78), p-형 ZnSe 막과 p-형 ZnTe 막이 교대로 적층된 p-형 초격자층(79), 및 p-형 ZnTe으로 이루어진 p-측 접속층(80)이 순서대로 성장된다. 상기 각각의 층들의 성장시에, 상기 제 2 기판(31)의 온도는 예를들어, 약 280℃로 조정된다. 그후에 상기 마스크(M)가 제거된다.
상기 마스크(M)를 제거한 후에, 도 13b에 도시된 바와같이, 예를들어 상기 전류차단 영역(56)이 생성될 영역에 대응하는 개구(opening)를 가진 마스크(도시되지 않음)가 형성되고, 염소와 같은 n-형 불순물이 이온 주입에 의해 삽입되며 그에의해 상기 전류차단 영역(56)을 형성한다. 상기 전류차단 영역(81)이 생성될 영역에 대응하는 개구를 가진 마스크(도시되지 않음)는 상기 전체 표면에 형성되고 염소와 같은 n-형 불순물은 이온 주입에 의해 상기 p-측 접속층(80), p-형 초격자층(79), 제 2 p-형 반도체층(78), 및 상기 제 1 p-형 반도체층(77)의 위쪽층 부분에 삽입되고, 그에의해 상기 전류 차단 영역(81)을 형성한다. 상기 리소그래피 기술이 상기 제 1 실시예와 유사한 방식으로 여기서 사용되므로, 상기 레이징부들(50과 70)에서의 발광 영역의 위치는 정밀하게 규정될 수 있다.
상기 전류 차단영역(56과 81)을 형성한 후에, 도 14에 도시된 바와같이, 상기 p-형 캡층(55)의 표면 위와 주위에 예를들어 티타늄, 백금, 및 금이 순서대로 기상 증착되어 상기 p-측 전극(57)을 형성한다. 상기 p-측 접속층(80)의 표면 위와 주위에, 예를들어 팔라듐, 백금, 및 금이 순서대로 기상-적층되어 상기 p-측 전극(82)을 형성한다. 그후에, 마스크(도시되지 않음)가 상기 레이징부들(50과 70)이 형성된 영역에 대응하여 형성되고, 상기 p-측 접속층(80)으로부터 상기 버퍼층(71)까지의 부분이 선택적으로 제거된다.
상기 p-측 접속층(80)으로부터 상기 버퍼층(71)까지의 부분을 선택적으로 제거한 후에, 상기 제 2 기판(31)의 후면측이 예를들어, 랩핑되고 연마되어 상기 제 1 실시예와 유사한 방식으로 상기 제 2 기판(31)의 후면측에 상기 n-측 전극(33)을 형성한다. 그후에, 열처리가 수행되어 상기 p-측 전극들(57과 82)과 n-측 전극들(33)을 합금화한다. 마지막으로, 상기 제 2 기판(31)이 상기 p-측 전극들(57과 82)의 종방향에 수직으로 소정의 폭으로 벽개되고, 한쌍의 도시되지 않은 반사거울막이 상기 벽개된 면에 형성된다. 그와같은 방식으로, 상기 제 2 발광 소자(60)가 제조된다.
상기 실시예에 따른 발광 디바이스(10B)가 대략 400 nm의 상기 대역에서 빛을 방출할 수 있는 제 1 발광 소자(20)와, 대략 500 nm의 상기 대역에서 빛을 방출할 수 있는 레이징부(70)와 대략 700 nm의 범위에서 광을 방출할 수 있는 레이징 부(50)를 갖는 제 2 발광 소자(60)를 가지므로, 빨강(R), 초록(G), 및 파랑(B)의 3원색의 광을 방출하기 위한 발광 디바이스가 구현될 수 있다. 상기 발광 디바이스(10B)는 광학 디스크 드라이브뿐아니라 전체(full)-칼라 디스플레이의 광원으로서 사용될 수 있다.
전체 칼라 디스플레이의 광 소스로서 발광 디바이스(10B)를 사용하는 경우, 각각의 활성층(23, 53, 및 74)의 물질의 구성을 적절히 조절하여, 각각의 발광부로부터 방사된 광은 원하는 색조를 가질 수 있다.
도 15는 실시예에 따라 발광 디바이스(10B)를 사용하여 디스플레이(120)의 개략적 구성을 도시한다. 디스플레이(120)는 기판(121) 및 본 실시예에 따라 기판(121)의 한쪽 표면에 제공된 다수의 발광 디바이스(10B)를 가진다. 예컨데, 각각의 발광 디바이스(10B)는 도 5에 도시된 바와 같이 패키지(1)내에 내장되며 발광 디바이스(10B)는 M 열 및 N 행(여기에서, M 및 N은 자연수)의 매트릭스로 배치된다. 도 15에 도시되지는 않았지만, 기판(121)상에서, 행 방향으로 공통선(122, 123) 및 행방향으로 공통선(124, 125)이 형성된다.
도 16는 디스플레이(120)의 구동 회로의 개략적 구성을 도시한다. 각각의 발광 디바이스(10B)의 지지 기판(11)은 배선을 통해 행방향으로 공통선(122)에 접속되고 제 2 발광 소자(60)의 n측 전극(33)은 배선을 통해 행방향으로 공통선(123)에 접속된다. 배선층(wiring layer)(13)은 열방향으로 공통선(124)에 접속되고 제 1 발광 소자(20)에서 n측 전극(29)은 배선을 통해 행방향으로 공통선(125)에 접속된다. 공통선(122 내지 125)은 제어 유닛(도시되지 않음)에 접속되고 원하는 칼라가 제어 유닛으로부터의 신호에 따라 디스플레이된다.
전압이 패키지(1)의 핀들(4b, 4d)을 통해 n측 전극(33) 및 p측 전극(82)간에 인가되고(도 5), 전류가 활성층(74)에 통과될 때, 광이 전자 및 정공의 재결합에 의해 방사되고 500nm와 유사한 밴드에서 파장을 갖는 광이 레이징부(70)로부터 방사되는 것을 제외하고, 제 1 실시예의 발광 디바이스(10A)와 유사한 방법으로 제 2 실시예의 발광 디바이스(10B)가 동작한다.
제 3 실시예
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 발광 디바이스(10C)의 단면 구조를 도시한다. 발광 디바이스(10C)는 제 1 실시예의 발광 디바이스(10A)에서 제 1 발광 소자(20) 대신에 제공되고, 또한 지지 기판(17)이 지지 기판(11) 대신에 제공되는 것을 제외하고는 제 1 실시예의 발광 디바이스(10A)의 것과 동일한 구조, 및 동작, 및 효과를 가진다. 제 1 실시예 및 상세한 설명의 것과 동일한 성분으로 주어진 동일한 참조 번호는 여기에서 반복되지 않는다.
제 1 발광 소자(90)는 다른 물질이 제 1 기판(91)에 사용되는 점에서 제 1 발광 소자(20)와 크게 다르다. 예컨데, 제 1 기판(91)은 약 80㎛의 두께를 갖는 사파이어로 구성된다. 사파이어는 절연 물질이고, GaN과 같이 가시영역에서 투명하다. 제 1 발광 소자(90)는 예를 들어, 제 1 기판(91)의 c-절단면상에, n측 접속층(93), n형 클래딩층(cladding layer)(22), 활성층(23), 열화 방지층(24), p형 클래딩층(25), 및 p형 접속층(26)이 버퍼층(92)을 갖는 제 1 기판(91)의 측면으로부터 지정된 순서로 차례대로 적층된 구조를 가진다. 절연층(27)은 p형 클래딩층(25)의 표면 및 p측 접속층(26)의 측면에 형성되고, 또한 p측 전극(28)은 p측 클래딩층(25)에 대향하는 p측 접속층(26)의 측면에 형성된다.
버퍼층(92)은 예를 들어, 30nm 두께를 가지고, 도핑되지 않은 GaN 또는 n형 불순물로서 실리콘으로 도핑된 n형 GaN으로 구성된다. n측 접속층(93)은 예를 들어, 5㎛ 두께이고 n형 불순물로서 실리콘으로 도핑된 n형 GaN으로 구성된다.
n측 접속층(93)은 n형 클래딩층(22), 활성층(23), 열화 방지층(24), p형 클래딩층(25), 및 p측 접속층(26)이 형성되지 않은 노출부를 가진다. 노출부에서, 예컨데, 티타늄 및 알루미늄이 n측 접속층(93)의 측면으로부터 차례대로 증착되어 열처리에 의해 합금이 되는 n측 전극(94)이 형성된다. 본 실시예에서, 절연막(27)은 p형 클래딩층(25), 열화 방지층(24), 활성층(23), 및 클래딩층(22)의 측면을 또한 덮도록 제공된다.
지지 기판(17)은 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 높은 열전도율을 가진 절연 물질로 구성된다. 지지 기판(17)의 한 표면상에서, 금속으로 구성된 배선층(17a)은 제 1 발광 소자(90)내의 p측 전극(28)과 대응하여 제공되고, 금속으로 구성된 배선층(17b)은 n측 전극(94)와 대응하여 제공된다. p측 전극(28) 및 배선층(17a)은 중간에 접착층(12)과 서로 접착되고, n측 전극(94) 및 배선층(17b)은 중간에 접착층(18)과 서로 접착된다.
지지 기판(17)과 대향한 제 1 기판(91)의 측면상에서, 제 1 실시예와 유사한 방법으로 배선층(13)이 제공되고, 레이징부(50)를 외부 전력원과 접속하도록 제공된 금속으로 구성된 배선층(19)은 제 1 실시예에서 n측 전극(29) 대신에 제공된다.
예컨데, 제 1 실시예와 유사한 방법으로 발광 디바이스(10C)가 패키지내에 내장하여 사용된다. 패키지에서, 배치 단계는 지지체의 한 표면에 제공되고 지지 기판(17)은 배치 단계상에 배치된다. 패키지는 예를 들어, 배선들을 통해 배선층(13, 17a, 17b, 및 19) 및 n측 전극(33)에 전기적으로 접속되는 5개의 핀을 가진다. 이러한 경우에서도, 핀들의 수는 제 1 실시예와 동일한 방법으로 적절히 설정될 수 있다.
발광 디바이스(10C)는 다음과 같이 제조될 수 있다.
처음에, 도 18a에서 도시되는 바와 같이, 약 400㎛의 두께를 갖는 사파이어로 구성된 제 1 기판(91)이 준비된다. 제 1 기판(91)의 c-절단면에서, 도핑되지 않은 GaN 또는 n형 GaN으로 구성된 버퍼층(92)이 성장된다. 이때에, 제 1 기판(91)의 온도는 예를 들어, 5000C로 설정된다. 연속하여, 버퍼층(92)에서, n형 GaN으로 구성된 n형 접속층(93), n형 AlGaN 혼합 결정으로 구성된 n형 클래딩층(22), InGaN 혼합 결정으로 구성된 활성층(23), p형 AlGaN 혼합 결정으로 구성된 열화 방지층(24), p형 AlGaN 혼합 결정으로 구성된 p형 클래딩층(25), 및 p형 GaN으로 구성된 p측 접속층(26)이 차례대로 성장된다. 각각의 층들을 성장시킬 때, 제 1 기판(91)의 온도는 예를 들어, 750에서 11000C까지의 적절한 온도로 조절된다.
도 18b에 도시된 바와 같이, p측 접속층(26), p형 클래딩층(25), 열화 방지층(24), 활성층(23), 및 n형 클래딩층(22)은 n측 접속층(93)의 일부를 노출시키도록 순서대로 에칭된다. 이후에, 도시되지 않은 마스크가 형성되고, 마스크를 사용하여, p형 클래딩층(25)의 상부층 부분, 및 p측 접속층(26)은 예를 들어, RIE에 의해 좁은 스트립 형태로 형성된다.
실리콘 이산화물로 구성된 절연층(27)은 예컨데, 기상 증착에 의해 상기 부분이 선택적으로 에칭되는 층들의 측면과 p형 클래딩층(25)의 표면에 형성된다. 이후에, 제 1 기판(91)의 두께가 예를 들어, 약 100㎛이 되도록 제 1 기판(91)의 후방 측면은 중첩되어 연마된다.
제 1 기판(91)을 얇게한 후에, 버퍼층에 대향한 제 1 기판(91)의 측면에서, 배선층(13, 19)은 소정의 위치에 형성된다. 제 1 실시예와 유사한 방법으로, 제 1 기판(91)은 가시 영역에서 투명한 물질로 구성되어, 배선층(13, 19)이 형성되는 위치가 정확하게 제어될 수 있다.
그 후의, 예를 들어, 니켈, 백금, 및 금은 p측 전극(28)을 형성하도록 p측 접속층(26)의 표면 주위 및 위에 차례로 기상 증착된다. 예컨데, 티타늄 및 알루미늄은 n측 접속층(93)위에 차례로 기상 증착되어 n측 전극(94)을 형성한다. 또한, 열처리를 행함으로써, p측 전극(28) 및 n측 전극(94)은 합금된다. 이후에, 여기에서 도시되지 않았지만, 제 1 기판(91)은 예를 들어, p측 전극(28)의 길이방향에 수직한 소정의 폭으로 분할되고, 한쌍의 반사 거울막은 분할된 표면에 형성된다. 그러한 방법으로, 제 1 발광 소자(90)가 제조된다.
이후에, 제 1 실시예와 유사한 방법으로, 제 2 발광 소자(30)가 제조된다.
배선층(17a, 17b)이 형성되는 지지 기판(17)이 준비되고, 제 1 발광 소자(90)내의 p측 전극(28) 및 배선층(17a)은 중간에 접착층(12)과 서로 접착되고, n측 전극(94) 및 배선층(17b)은 중간에 접착층(18)과 서로 접착된다. 제 2 발광 소자(30)내의 p측 전극(46) 및 배선층(13)은 중간에 접착층(15)과 서로 접착되고, p측 전극(57) 및 배선층(19)은 중간에 접착층(16)과 서로 접착된다. 그러한 방법으로, 발광 디바이스(10C)가 완료된다.
실시예에 따라 발광 디바이스(10C)에서, 제 1 기판(91)은 가시 영역에서 투명한 사파이어로 구성되어, 제 1 및 제 2 발광 소자(90, 30)의 발광 영역들은 제 1 실시예와 유사한 방법으로 정확하게 제어될 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 의해 상술되었지만, 본 발명은 실시예에 제한되지 않고 다양하게 수정될 수 있다. 상술한 실시예에서, 제 1 발광 소자(20, 90)의 특정한 적층 구조 및 제 2 발광 소자(30, 60)는 예로서 설명되었다. 본 발명은 제 1 발광 소자(20, 90) 또는 제 2 발광 소자(30, 60)가 다른 구조를 갖는 경우에 유사하게 적용된다. 예컨데, 제 1 발광 소자는 제 2 발광 소자(30, 60)와 유사한 방법으로 전류 차단 영역에 의해 전류를 제한하는 구조를 가질 수 있다. 제 2 발광 소자는 제 1 발광 소자(20, 90)와 유사한 방법으로 실리콘 이산화물 등으로 구성된 절연막에 의해 전류를 제한하는 구조를 가질 수 있다. 이득-유도형(gain-guiding type)과 굴절률 인덱스 유도형이 결합된 리지-유도형(ridge-guiding type) 반도체레이저가 상술한 실시예에서 예로서 설명되었지만, 본 발명은 게인-가이딩형 반도체 레이저 및 굴절률 인덱스-유도형 반도체 레이저에 유사하게 적용될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, GaN, AlGaAs, 및 AlGaInP 화합물로 구성된 층이 MOCVD에 의해 형성된 경우가 설명되었다. 층들은 MBE 또는 하이브리드 기상 에피텍시와 같은 다른 기상 에피텍시에 의해 형성될 수 있다. 하이브리드 기상 에피텍시는 할로겐이 수송 또는 반작용에 기여하는 기상 에피텍시이다. ZnSe 화합물로 구성된 층이 MBE에 의해 형성된 경우가 제 2 실시예에서 설명되었지만, 층들은 MOCVD와 같은 다른 기상 에피텍시에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 제 1 발광 소자(20, 90)에서 제 1 기판(21, 91)의 물질에 관한 특정 예가 설명되었지만, 다른 물질이 또한 사용될 수도 있다. 상술한 실시에에서 기술된 효과가 획득되므로, 가시 영역에서 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 높은 열전도성을 갖는 물질이 사용된다. 그러한 물질들의 예는 알루미늄 질화물 및 실리콘 탄화물(SiC)이다.
또한, 제 3 실시예에서, AlGaAs계의 레이징부(40)를 갖는 제 2 발광 소자(30) 및 AlGaInP계의 레이징부(50)가 제공된 경우가 설명되었다. 대안적으로, 제 2 실시예에서 기술된 제 2 발광 소자(60)가 제공될 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 제 1 발광 소자(20, 90) 및 제 2 발광 소자(30, 60)가 상이한 파장들의 광을 방사하는 경우가 설명되었다. 다수의 제 1 발광 소자(20, 90)는 지지 기판(11, 17)의 한쪽 표면에 적층될 수 있다. 또한, 다른 특성 또는 구조의 다수의 발광 소자가 적층될 수 있다. 이러한 경우에, 파장들은 서로 동일하거나 다를수도 있다. 다른 특성의 다수의 발광 소자들을 적층하는 경우에, 예컨데, 저출력 디바이스 및 고출력 디바이스가 혼합하여 사용될 수 있다.
제 1 발광 소자(20, 90)가 하나의 발광부를 가지는 경우가 상술한 실시예에서 설명되지만, 제 1 발광 소자(20, 90)는 다수의 발광부, 특히, 제 2 발광 소자(30)와 유사한 방법으로 다수의 레이징부들을 가진다. 이러한 경우, 레이징부들의 파장들은 서로 동일하거나 다를 수도 있다. 상기 특성 또는 구조들은 서로 동일하거나 다를수도 있다.
또한, 본 실시예에서, 제 2 발광 소자(30, 60)가 2개의 레이징부들을 갖는 경우가 설명되었다. 제 2 발광 소자의 레이징부들의 수는 1개 또는 3개이상일 수도 있다. 레이징부들의 파장, 특성, 또는 구조는 서로 동일하거나 다를 수도 있다.
또한, 제 2 발광소자(30, 60)가 소위 모놀리식형 다중 파장 레이저인 경우가 상술한 실시예에서 설명되었지만, 본 발명은 제 2 발광 소자가 도 2에 도시된 소위 하이브리드형 다중 파장 레이저인 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 지지 기판들(11, 17)의 물질에 대해 특정 예가 상술한 실시예에서 설명되었지만, 다른 물질들이 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 높은 열전도성을 갖는 물질이 바람직하다. 지지 기판(11)이 제 1 및 제 2 실시예에서의 물질로 구성되지만, 제 3실시예와 유사한 방법으로, 지지 기판은 절연 물질로 구성될 수 있고 배선은 지지 기판에 제공될 수 있다.
또한, 지지 기판(11, 17)은 상술한 실시예에서 패키지(1)내의 발광 디바이스를 봉합하는 시점에서 지지체(2)에 의해 직접적으로 지지되지만, 배치 단계를 지지체(2)에 제공하여 지지 기판(11, 17)을 배치 단계상에 배치하는 것을 또한 가능케 한다.
반도체 레이저가 실시예에서 발광 소자의 특정 예로서 설명되었지만, 본 발명은 발광 다이오드(LED)로서 다른 발광 소자를 갖는 발광 디바이스에 또한 적용될 수 있다.
본 발명의 발광 디바이스에 따라, 다수의 발광 소자들이 지지 기판의 한 표면에 적층되므로, 동일한 기판에 다수의 발광 소자들을 배치하는 것은 불필요하고, 상기 디바이스가 쉽게 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 한 관점의 발광 디바이스에 따라, 제 1 기판은 가시 영역에서 투명하며, 제 1 및 제 2 발광 소자들내의 발광 영역들의 위치는 정확하게 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 한 관점의 발광 디바이스에 따라, 제 1 발광 소자는 3B족 원소들 중 적어도 하나와 5B족 원소들로부터 적어도 질소(N)를 함유하는 반도체층을 가지며, 제 1 발광 소자는 약 400nm의 파장의 광을 방사할 수 있다. 따라서, 발광 디바이스가 광학 디바이스에 설치될 때, 더 높은 성능을 갖는 광학 디바이스가 실현될 수 있다.
또한, 본 발명의 한 관점의 발광 디바이스에 따라, 제 1 기판은 3B족 원소들 중 적어도 하나와 5B족 원소들로부터 적어도 질소를 함유하는 질소계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 사파이어로 구성된다. 그러므로, 제 2 발광 소자의 발광 시점에서 발생된 열은 제 1 기판을 통해 즉시 방산된다. 이와 같이, 제 2 발광 소자에서온도 상승은 방지될 수 있고 디바이스는 오랜시간동안 안정하게 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학 디바이스는 본 발명의 발광 디바이스를 사용하여 구성된다. 따라서, 더 높은 성능이 획득될 수 있고, 크기 및 비용의 감소가 실현될 수 있다.
본 발명의 명백하게 많은 수정 및 변화가 상기 내용에서 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위내에서 본 발명은 특히 설명된 것과 다른 방법으로 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다수의 발광 소자들이 지지 기판의 한 표면에 적층되므로, 상기 디바이스가 쉽게 제조될 수 있고, 제 1 기판은 가시 영역에서 투명하며, 제 1 및 제 2 발광 소자들내의 발광 영역들의 위치는 정확하게 제어될 수 있으며, 발광 디바이스가 광학 디바이스에 설치될 때, 더 높은 성능을 갖는 광학 디바이스가 실현될 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 발광 디바이스에 있어서,
    지지 기판(supporting base)의 한쪽 표면상에 적층된 다수의 발광 소자들을 구비하는 발광 디바이스.
  2. 발광 디바이스에 있어서,
    지지 기판,
    상기 지지 기판의 한쪽 표면상에 제공된, 제 1 기판을 구비한 제 1 발광 소자, 및
    상기 지지 기판과 대향하는 상기 제 1 발광 소자의 측면에 제공된, 제 2 기판을 구비한 제 2 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 가시 영역에서 투명한 발광 디바이스.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 발광 소자들은 상이한 파장들의 광을 방출할 수 있는 발광 디바이스.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 발광 소자는 3B족 원소들 중 적어도 하나와 5B족 원소들 중 적어도 질소(N)를 함유하는 반도체층을 구비하는 발광 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 3B족 원소들 중 적어도 하나와 5B족 원소들 중 적어도 질소(N)를 함유하는 질화물계의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 사파이어(Al2O3)로 이루어지는 발광 디바이스.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 발광 소자는 상기 제 1 기판에서 상기 지지 기판이 배치된 측면에 발광부를 구비하는 발광 디바이스.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 발광 소자는 상기 제 2 기판에서 상기 제 1 발광 소자가 배치된 측면에 발광부를 구비하는 발광 디바이스.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 발광 소자는 다수의 상이한 출력 파장들의 발광부들을 구비하는 발광 디바이스.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 갈륨 비화물(GaAs)로 이루어지는 발광 디바이스.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 발광 소자는 3B족 원소들 중 적어도 갈륨(Ga)과 5B족 원소들 중 적어도 비화물(As)을 함유하는 반도체층을 구비하는 발광 디바이스.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 발광 소자는 3B족 원소들 중 적어도 인듐(In)과 5B족 원소들 중 인(P)을 함유하는 반도체층을 구비하는 발광 디바이스.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 발광 소자는 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 베릴륨(Be) 및 마그네슘(Mg)으로 구성된 2A 또는 2B족 원소들로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루르(Te)로 구성된 6B족 원소들로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 함유하는 반도체층을 구비하는 발광 디바이스.
  14. 광학 디바이스에 있어서,
    다수의 발광 소자들이 지지 기판의 한쪽 표면에 적층된 발광 디바이스를 구비하는 광학 디바이스.
  15. 발광 디바이스가 설치된 광학 디바이스에 있어서,
    상기 발광 디바이스는 지지 기판, 상기 지지 기판의 한쪽 표면상에 제공된 제 1 기판을 갖는 제 1 발광 소자, 및 상기 지지 기판에 대향하는 제 1 발광 소자의 측면에 제공된 제 2 기판을 갖는 제 2 발광 소자를 포함하는 광학 디바이스.
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