KR0132184B1 - 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

반도체 레이저 장치에 있어서, 구조가 복잡하고 출사광의 효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 반도체 기판의 일측에 직육면체 형상의 수직단부를 형성하고, 상기 반도체 기판의 수평면에 신호 검출용 광 검출소자를 형성하고, 상기 단부의 수평면에 출사광을 검출하기 위한 광검출 소자를 형성하고, 상기 수직단부의 수직면 모서리에 레이저 칩을 탑재한 반도체 레이저 장치를 구현하였다. 따라서, 이 반도체 레이저 장치는 광학식 정보기록장치나 광학 센서등에 이용될 수 있다.

Description

반도체 레이저 장치 및 그 제조방법

제1도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 일 실시예를 나타낸 단면도.

제2도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제3도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제4도는 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 일 실시예를 나타낸 사시도.

제5도는 제4도의 동작 설명을 위한 측면도이다.

이 발명은 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 빛의 출력이 높고 구조가 간단한 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 레이저 장치는 반도체의 PN 접합 부근에서 주입되는 전자와 정공의 결합에 의해 빛을 방출하는 것으로 레이저다이오드(LASER Diode ; 이하, LD라 칭함) 라고도 한다.

일반적으로 표시소자로 이용되는 발광 다이오드(LED)는 발생되는 빛을 자연방출하는데 비해 LD는 유도방출에 의해 빛을 방출하므로 방출되는 빛은 간접성과 방향성이 있다. 또한, LD는 고체 레이저 및 개스 레이저등과 같은 일반적인 레이저에 비해 소형이고, 효율이 좋으며 빛의 직접변조등의 특성에 의해 광통신 및 광 디스크 메모리등의 정보처리장치에 이용되고 있으며 광신호처리 및 광센서등 이용분야가 확대되고 있다. 제1도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 일 실시예를 나타낸 단면도로서, 일본 공개특허공보의 평 1-150244 호에 개시된 것이다.

제1도를 참조하면, 종래의 반도체 레이저 장치(10)는 크게 반도체 기판(11)및 홀로그램 소자(15)와 집광 렌즈(16)와 광 디스크(17)로 구성되어있다. 상기 반도체 기판(11)의 일측면에는 레이저 칩(12)이 장착되어 있고, 상기 레이저 칩(12)으로부터 발생된 레이저 광을 반사시키기 위해 상기 반도체 기판(11)에 대해서 45도로 형성된 반사면(13)과, 상기 레이저 광을 받아들이는 광 검출소자(14)가 형성되어 있다.

레이저 칩(12)으로부터 방출된 빛은 반사면(13)에 의해 상방으로 반사되고, 홀로그램 소자(15)를 통과하여 집광렌즈(16)에 의해 최상부의 광 디스크(17)의 표면에 집광된다. 상기 광 디스크(17)의 표면에서 다시 반사된 빛이 집광렌즈(16)에 의해 집광되어 상기 홀로그램 소자(15)에 의해 회절되어 광검출소자(14)에 도달함으로써 신호가 검출된다.

이상과 같은 구조를 갖는 종래의 반도체 레이저 장치는 반사면 및 광검출소자에 대한 레이저 칩의 위치를 교정시키는 방법 및 레이저 칩의 위치 결정 목표면이 불명확하고, 레이저 출사면에서부터 반사면까지의 거리 조립공차가 커지는 문제점이 있다.

제2도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도로서, 일본 공개특허공보 평 1-270382 호에 개시된 것이다.

제2도를 참조하면, 종래의 반도체 레이저 장치(20)는 크게 반도체기판(21), 상기 반도체 기판(21)의 상부에 위치하는 홀로그램 소자(25)와, 상기 홀로그램 소자(25)의 상부에 위치하는 집광 렌즈(26)와, 최상부의 광 디스크(27)로 구성되어 있다.

상기 반도체 기판(21)의 일측 상면에는 레이저 칩(22)이 장착되어 있고, 상기 반도체 기판(21) 중앙에는 상기 레이저 칩(22)으로부터 발생된 레이저 광을 반사시키는 반사면(23)이 상기 반도체 기판(21)에 대해 45도 경사로 형성되어 있으며, 상기 반사면(23) 상에는 상기 레이저 칩(22)으로부터 출사된 출사광을 검출하기 위한 제1광 검출소자(24a)가 형성되어 있고, 상기 반도체 기판의 타측 상면에는 제2광 검출소자(24b)가 형성되어 있다.

또한 상기 레이저 칩(22)의 일측 단면상에는 반상율이 100%에 가까운 제1 코팅막(28a)이 형성되어 있고, 상기 제1광 검출소자(24a)의 표면에는 반사율이 100%에 가까운 제2 코팅막(28b)이 형성되어 있다.

다음으로 동작에 대해서 설명한다. 반도체 기판(21)에 실장된 레이저 칩(22)은 일측 단면에 100%에 가까운 반사율을 갖는 제1 코딩막(28a)을 가지고 있으며, 타측 단면으로부터 레이저 광(29a)을 출사한다. 이 레이저 광(29a)은 어느 정도의 넓은 각을 갖고 반도체 기판(21)의 경사면(23)에 형성된 제1 광 검출소자(24a)에 입사된다. 이 레이저 광(29a)의 일부는 검사용으로 검출되지만, 대부분은 상기 제1 광 검출소자(24a)의 표면에 형성된 100%에 가까운 반사율을 갖는 제2 코딩막(28b)에서 반사되어 90도의 각도로 꺽여서 제2 레이저 광(29b)의 진로를 따라 가게 된다.

제2 레이저 광(29b)은 홀로그램 소자(25)를 투과하여 집광렌즈(26)에 의해 광 디스크(27)에 집광된다. 상기 광 디스크(27)에 집광된 레이저 광은 다시 역으로 집광렌즈(26)를 투과하여 홀로그램 소자(25)에 입사된다. 상기 홀로그램 소자(25)는 상기 광디스크(27)보다 반사되는 레이저 광에 대하여 비점수차(非点收差)의 발생 및 회절 분리하는 작용을 갖고 있으므로 상기 홀로그램 소자(25)에 입사한 레이저 광은 제2 광 검출소자(24b)에 입사하는 비점수차를 일으킨 빛으로 회절분리된다.

이상과 같은 구조를 갖는 종래의 반도체 레이저 장치는 반사면 및 광 검출소자에 대한 레이저 칩의 위치를 고정시키는 방법 및 레이저 칩의 위치 결정 목표면이 불명확하고, 레이저 출사면에서부터 반사면 까지의 거리 조립 공차가 커지는 문제점이 있다. 또한 위치 결정 목표로서 반사 코팅막의 하단을 이용하는 경우 레이저 칩의 장착 조립 공차 여부에 따라 출사광 각도가 기울어질 염려가 있다.

제3도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도로서, 일본 특허공개공보 평 4-240789 호에 개시된 것이다.

제3도를 참조하면, 종래의 반도체 레이저 장치(30)는 상기 반도체 기판(31)의 상부 평면으로부터 45도의 경사를 갖고 반사율이 거의 100%에 가까운 재료로 코팅된 반사거울(33)이 형성되어 있고, 상기 반사거울(33)에 접하며 상기 반도체 기판(31)의 표면에 수직한 위치 결정 목표면(33a)및 상기 위치 결정 목표면(33a)에 접하는 수평면을 갖는 직육면체의 캐비티(31a)가 형성되어 있고, 상기 캐비티(31a) 내부에는 상기 수평면 및 위치 결정 목표면(33a)에 접하도록 레이저 칩(32)이 장착되어 있다.

또한, 상기 반도체 기판(31) 표면의 상기 반사거울(33)의 양측에는 신호 검출용 광 검출소자(34b)가 형성되어 있고, 상기 레이저 칩(32) 후면의 캐비티(31a)의 수평면에는 출사광을 후방에서 감지하기 위한 후방 광 검출소자(34a)가 형성되어 있다. 도면에서 설명되지 않은 부호 39는 상기 레이저 칩(32)으로부터 출사되어 상기 반사거울(33)에 의해 반사된 레이저 광을 나타낸다.

다음으로 동작에 대해서 설명한다. 반도체 기판(31)에 실장된 레이저 칩(32)은 일측 단면으로부터 레이저 광(39)을 출사한다. 이 레이저 광(39)은 어느 정도의 넓은 각을 갖고 반도체 기판(31)의 경사면(33)에 형성된 반사거울(33)에 의해 반사되어 90도의 각도로 꺽이고, 제2 도와 같은방식으로 홀로그램 소자(도시되지 않음)를 투과하여 집광렌즈(도시 생략됨)에 의해 광 디스크(도시 생략됨)에 집광된다. 상기 광디스크에 의해 역으로 반사된 레이저 광은 다시 집광렌즈 및 홀로그램 소자를 거쳐서 신호 검출용 광 검출소자(34b)에 의해 검출된다.

이상과 같은 구조를 갖는 종래의 반도체 레이저 장치는 레이저 칩(32)과 반사거울(33) 사이의 상대적인 위치를 용이하게 정확히 고정할 수 있고, 신호 검출용 광검출 소자(34b)도 사진 식각 기술에 의해 정밀하게 형성되므로 레이저 칩(32)과 신호 검출용 광 검출 소자(34b)의 상대적인 위치의 정확도도 향상되는 장점이 있다. 반면에, 반도체 기판(41)의 수평면에 45도의 경사면 및 고반사율을 갖는 코팅막을 형성하기가 어렵고, 레이저 칩(32)의 출사광의 세기가 반사 거울에 의해 떨어지는 문제점이 있다.

이 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 이 발명의 목적은 반도체 기판상에 단부를 형성하여 직접 레이저 칩을 부착함으로써 빛의 출력이 높고 구조가 간단한 반도체 레이저 장치를 제공함에 있다.

이 발명의 다른 목적은 상기와 같은 반도체 레이저 장치의 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 특징은, 반도체 기판의 일측에 단차를 갖도록 형성된 측벽과, 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 신호 검출용 광검출소자와, 상기 측면에 수직한 면에 이 측벽과 인접되어 형성된 광검출 소자와, 상기 반도체 기판의 수평면과 인접하도록 본딩된 레이저 칩으로 구성된 점에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 제조방법의 특징은, 반도체 기판의 일측면을 이방성 습식 예창에 의한 단자를 갖는 측벽을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 수평면에 신호 검출용 광검출소자를 형성하는 단계와, 상기 에칭된 반도체 기판의 수평면에 측벽과 인접하도록 광 검출소자를 형성하는 단계와, 상기 측벽에 반도체 기판의 수평면과 일치하도록 메탈본딩에 의해 레이저 칩을 어태치하는 단계로 이루어진 점에 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법의 실시예를 상세히 설명한다.

제4도는 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

제4도를 참조하면, 이 발명에 따른 레이저 반도체 장치(40)는 반도체 기판(41)상에 2개의 수직면 및 수평면의 3면이 노출된 직육면체 모양의 단차를 갖도록 형성된 측벽(41a)이 형성되어 있고, 상기 반도체 기판의 수평면과 일치하도록 측벽(41a) 및 모서리(43)에 밀착하여 레이저 칩(42)이 실장되어 있다.

또한 상기 측벽(41a)에 수직한 면에 이 측벽에 인접하도록 광검출 소자(44a)가 형성되어 있으며, 상기 반도체 기판(41)의 수평면상에는 신호 검출용 소자(44b)가 형성되어 있다. 도면에서 설명되지 않은 도면 부호 49는 출사광 경로를 나타낸다.

제5도는 제4도의 동작설명을 위한 측면도이다.

제5도를 참조하면, 레이저 칩(42)의 상면(42a)에서 발생된 레이저 광(45a)은 상기 반도체 기관(41)의 상부에 위치한 홀로그램 소자(55)에 직접 도달하여, 집광렌즈(56)에 의해 최상부의 광 디스크(57)의 표면에 집광된다. 상기 광 디스크(57)의 표면에서 다시 반사된 빛은 집광 렌즈(56)에 의해 집광되어 상기 홀로그램 소자(55)에 의해 회절되어 직접신호 검출용 광 검출소자(44b)에 도달하여 검출된다. 동시에 상기 레이저 칩(42)의 하면(42b)으로부터 출사된 레이저 광(45b)은 광 검출소자(44a)에 의해 직접 검출되어 레이저 광의 자동출력 조정을 위한 기준신호로서 동작하게 된다.

이하, 제4도를 참조하여 이 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 제조방법에 대해서 설명한다.

먼저 실리콘 또는 갈륨등의 반도체 기판(41)을 수산화칼륨(KOH) 또는 에틸렌다아민(ethylenediamine)등에 의해 이방성 습식 에칭을 하여 상기 반도체 기관(41)의 일측 모서리에 단차를 갖는 측벽(41a)을 형성한다.

다음으로, 상기 반도체 기판(41)의 수평면에 홀로그램 소자로부터 회절된 빛을 검출하기 위하여 신호 검출용 광 검출소자(44b)를 형성하고, 상기 에칭된 반도체 기판의 수평면에 측벽(41a) 및 모서리(43)에 접하도록 레이저 칩(42)에서 출사되는 레이저 광을 직접 검출하기 위하여 광 검출소자(44a)를 형성한다.

마지막으로, 상기 측벽에 반도체 기판(41)의 수평면과 일치하게 위치를 정하여 레이저 출사부가 상방으로 향하도록 레이저 칩(42)을 메탈본딩하여 탑재함으로써 제조가 완료된다.

따라서, 레이저 칩에서 직접 홀로그램 소자로 레이저 광이 출사되므로 빛의 효율이 향상되고, 구조가 간단해지게 된다.

이상과 같은 구조 및 동작을 갖는 반도체 레이저 장치는 반도체 칩의 위치가 2개의 수직면에 의해 일정하게 고정되므로 위치의 정밀도가 매우 높아져서 레이저 광의 편차가 거의 없어지고, 반도체 기판상에 별도의 반사거울이 필요없게 되므로 반도체 기판의 제조공정이 줄어들고, 반사거울에 의한 레이저 광의 소모가 없고 직접 홀로그램 소자 - 집광렌즈 - 광 디스크에 도달하게 되므로 출사광 효율을 높일 수 있고, 반도체 기판의 크기를 대폭 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 반도체 레이저 장치에 있어서, 반도체 기판의 일측에 단차를 갖도록 형성된 측벽과, 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 신호 검출용 광 검출소자와, 상기 측벽에 수직한 면에 이 측벽과 인접되어 형성된 광 검출소자와, 상기 반도체 기판의 수평면과 인접하도록 본딩된 레이저 칩으로 구성된 반도체 레이저 장치.
2. 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서, 반도체 기판의 일측면을 이방성 습식 에칭에 의해 단차를 갖는 측벽을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 수평면에 신호 검출용 광 검출소자를 형성하는 단계와, 상기 에칭된 반도체 기판의 수평면에 측벽과 인접하도록 광 검출소자를 형성하는 단계와, 상기 측벽에 반도체 기판의 수평면과 일치하도록 메탈본딩에 의해 레이저 칩을 어태치하는 단계로 이루어진 반도체 레이저 장치의 제조방법.