레이저 다이오드(반도체 레이저) - ①레이저 다이오드의 특징

레이저 다이오드(반도체 레이저) - ①레이저 다이오드의 특징

1. 레이저 다이오드 (반도체 레이저) 란?

레이저 다이오드 (Laser Diode)의 LASER는 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (유도 방출에 의한 빛의 증폭)"의 이니셜을 조합한 것입니다. 반도체 레이저라고도 불리우며, 일반적으로 LD를 약칭으로 사용합니다.

파장 및 위상 등의 성질이 완벽히 동일한 빛을 출력할 수 있어, 간섭성이 높다 (coherent)는 점이 최대의 특징입니다.

전류를 주입함으로써 발생한 빛이 2개의 거울 사이를 왕복하는 사이에 증폭하여 레이저 발진이 일어납니다. 간단히 설명하면, 레이저 다이오드는 반사경을 통해 빛을 증폭하여 발광하는 LED라고 할 수 있습니다.

< 레이저 다이오드 발광 이미지 >

소자 재료로는 AlGaAs, InGaAlP, InGaN, ZnO 등의 화합물 반도체가 사용됩니다. LSI 및 Tr, Di 등에 사용되는 Si는 천이 (遷移) 확률 (전류가 빛으로 변하는 확률)이 좋지 않으므로, 레이저 다이오드에는 적합하지 않습니다.

 

2. 레이저 다이오드와 LED의 차이점

레이저 다이오드와 LED의 차이점을 하기 표로 정리하였습니다.

레이저 다이오드는 스펙트럼 폭이 좁은 단일 파장으로, 위상이 일정하고 지향성이 높은 빛을 출력하므로, 에너지 제어가 용이하다는 특징이 있습니다.

< 레이저다이오드와 LED의 차이점 >

 

3. 레이저 다이오드의 용도 예

레이저 다이오드는 직진성, 미세 발광 스포트 사이즈 (수 um~), 단색성, 고광밀도, 간섭성 (coherent)과 같은 특징을 활용하여, 다양한 어플리케이션에 사용되고 있습니다.

최근에는 모션 센서, HDD 열어시스트 자기기록, 조명 (프로젝터, 헤드라이트)에도 적용되고 있습니다.

하기 표에 레이저 다이오드의 기능별 용도 예를 정리하였습니다.

< 레이저 다이오드의 기능별 용도 예 >

 

4. 레이저 다이오드의 패키지

LD 패키지

레이저 다이오드의 패키지는 업계 표준인 5.6mmφ CAN 타입이 주류입니다. 비용을 중시한 타입으로 커버 글래스가 없는 제품도 있습니다.

< 5.6φ CAN 패키지 >

쿼드 빔 LD 및 일부의 통신계 등에서는 사이즈가 큰 9.0mmφ 등, 다양한 패키지가 사용됩니다. 또한, 광 디스크 분야에서는 비용을 더욱 중시하여 수지를 사용한 프레임 패키지도 채용되고 있습니다.

< 프레임 패키지 예 >

 

5. 레이저 다이오드의 칩 구조

LD 칩 구조

파브리 · 페로형 LD는 n/p 클래드와 그 사이에 배치된 활성층 (발광층), 2개의 거울인 단면 (端面)으로 구성되어 있습니다.

클래드는 활성층보다 밴드 갭이 큰 재료이므로, 캐리어 (전자와 정공)를 에너지적으로 가두게 됩니다. 또한, 활성층보다 굴절률이 작은 재료이기도 하므로, 빛도 활성층 내에 가두게 됩니다. (광 섬유와 동일한 원리)

활성층과 클래드는 나노 오더로 제어 가능한 에피택셜 (epitaxial) 성장으로 생성되고, 스트라이프 (전극)는 미크론 오더로 제어 가능한 포토리소그래피 (photolithography)로 제작합니다.

파브리 · 페로형 LD

가장 심플한 레이저 다이오드의 구조입니다.

 

에피택셜 (epitaxial) 성장

박막 결정 성장 기술의 일종으로, 기판인 결정 위에 성장시켜, 기판 결정면에 맞춘 결정 배열로 성장시킵니다.

 

포토리소그래피 (photolithography)

감광성 물질을 도포한 표면을 빛에 노출시킴으로써, 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에서 패턴을 생성시키는 기술입니다.

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