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KR20130086136A - 레이저 광원 - Google Patents

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KR20130086136A
KR20130086136A KR1020127029961A KR20127029961A KR20130086136A KR 20130086136 A KR20130086136 A KR 20130086136A KR 1020127029961 A KR1020127029961 A KR 1020127029961A KR 20127029961 A KR20127029961 A KR 20127029961A KR 20130086136 A KR20130086136 A KR 20130086136A
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KR
South Korea
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light source
laser light
semiconductor layer
radiation
layer sequence
Prior art date
Application number
KR1020127029961A
Other languages
English (en)
Inventor
안드레아스 브라이데나셀
아드리안 슈테판 아브라메스쿠
알프레트 렐
쇤케 타우츠
Original Assignee
오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 filed Critical 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 수직의 원시야(far-field) 복사 프로파일(radiation profile)(121)을 갖는 코히어런트(coherent) 전자기 방사선(10)을 송출하기 위한 레이저 광원과 관련이 있으며, 상기 레이저 광원은 기판(2) 상에서 활성 구역(3)을 갖는 코히어런트 전자기 방사선을 발생시키기 위하여 반도체 층 시퀀스(1)를 구비하며, 이 경우 상기 코히어런트 전자기 방사선은 작동 중에 적어도 방사선 출력 면(4)(radiation output surface)의 주(主) 방출 구역(5)으로부터 한 가지 송출 방향(11)으로 송출되고, 이때 상기 방사선 출력 면(4)은 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 한 측면에 의해서 형성되며, 그리고 또한 상기 레이저 광원은 작동 중에 발생 되는 코히어런트 전자기 방사선(12)을 수직의 원시야 복사 프로파일(121)에서 억제하는 필터 소자(13)를 더 구비하며, 이 경우 상기 코히어런트 전자기 방사선은 상기 주 방출 구역(5)에 대하여 수직으로 벗어난(offset) 그리고 공간적으로 분리된 상기 방사선 출력 면(4)의 보조(auxiliary) 방출 구역(6)으로부터 송출된다.

Description

레이저 광원 {LASER LIGHT SOURCE}
본 특허 출원은 독일 특허 출원서 제 10 2010 015 197.1호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 서류의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.
본 발명은 레이저 광원에 관한 것이다.
다수의 적용 분야에서는 레이저 다이오드의 방사 품질에 대하여 상승 된 수준의 요구 조건들이 제기된다. 이와 같은 상승 된 수준의 요구 조건들이 제기되는 적용 분야에 대한 한 가지 예는 예를 들어 투영(projection) 적용 예이다. 이와 같은 적용 예에서는 통상적으로 레이저 빔이 때때로 멀리 떨어져 있는 관찰 스크린으로 송출되기 때문에, 상기 레이저 빔의 원시야(far-field)의 품질은 상기 투영 적용 예의 품질을 결정하게 되고, 그와 더불어 관찰자에 의해서 감지되는 것과 같은 이미지의 품질까지도 결정하게 된다. 이때 원시야 복사 프로파일의 품질은 특히 레이저 빔의 포커싱 가능성 및 콜리메이팅(collimating) 가능성을 조건으로 하기 때문에, 바람직하게는 가우스 형태의 복사 프로파일을 갖는 단일 모드의 레이저 다이오드들이 사용된다. 상기 가우스 형태의 복사 프로파일로부터 벗어나는 상기 원시야 복사 프로파일의 편차는 상기 포커싱 가능성 및 콜리메이팅 가능성을 한정시킨다.
레이저 다이오드의 통상적인 제조 과정에서는 일반적으로 모든 출력 기준들을 충족시키지만 수직의 원시야에서 장애들을 보여주는 일정 비율의 다이오드가 발견된다. 예를 들어 수직의 원시야 복사 프로파일에서 상기 수직 원시야에서의 장애들은 소정의 각(angle) 범위 안에서 주 방출 원뿔 옆에서 나타나는 세기 최댓값들에 의해 표현될 수 있다. 이와 같은 비-가우스 식의 원시야 복사 프로파일의 전술된 단점들로 인하여 상기와 같은 컴포넌트들은 통상적으로 결함을 갖게 된다.
상기 수직 원시야 복사 프로파일의 덜 강하게 나타나는 장애들은 반드시 레이저 다이오드의 결함을 야기하지는 않지만, 그럼에도 이미징 특성 면에서 소정의 손실을 야기할 수 있다. 공지된 레이저 다이오드들에서는 수직의 원시야 복사 프로파일에서 상기와 같이 더 강하게 나타나거나 또는 덜 강하게 나타나는 장애들이 존재하는데, 그 이유는 모든 컴포넌트에서 원하는 가우스 식의 원시야 복사 프로파일을 얻기 위하여 근래에는 통상적인 에피택시-디자인(Epitaxie-Design)이 고속-축(Fast-Axis)-원시야 복사 프로파일을 충분히 규정하지 않기 때문인데, 더 상세하게 말하자면 단면 발광(edge emitting) 레이저 다이오드에서 수직의 원시야 복사 프로파일을 충분히 규정하지 않기 때문이다.
비록 효과적으로 사용되기는 하지만 그와 동시에 결함에 의해서 야기되는 수득률-저하로 인해 제조 비용을 상승시키는 100 %-원시야 측정되는 유형의 전술된 컴포넌트를 선택하는 조치 또는 투영 이미징 과정에서 손실을 야기하는 원시야에 있는 장애들을 감수하는 조치 이외에, US 7,103,082 B2호에는 원시야-개선을 위한 가로 방향의 칩 구조물도 공지되어 있지만 상기 구조물은 수직의 원시야에는 적용될 수 없다.
고체 레이저 또는 고체 레이저 시스템에서는 소위 모드 혼합 방식도 원시야 개선을 위해서 기여할 수 있다. 하지만, 이와 같은 모드 혼합 방식은 정렬 과정이 매우 복잡하고, 예컨대 질화물을 기본으로 하는 다이오드 레이저와 같은 반도체 레이저의 수직 원시야 복사 프로파일을 개선할 목적으로는 사용될 수 없다.
적어도 한 가지 실시 예의 과제는, 수직의 원시야 복사 프로파일을 갖는 코히어런트 전자기 방사선을 송출하기 위하여 반도체 층 시퀀스를 구비한 레이저 광원을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 특허 청구항의 특징들을 갖는 대상에 의해서 해결된다. 상기 대상의 바람직한 실시 예들 및 개선 예들은 종속 청구항들의 특징이 되고, 아래의 상세한 설명 부분 및 도면 부분에서 드러난다.
본 발명에 따른 레이저 광원의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 수직의 원시야 복사 프로파일을 갖는 코히어런트 전자기 방사선을 송출하기 위하여 상기 광원은 특히 기판상에서 활성 구역을 갖는 코히어런트 전자기 방사선을 발생시키기 위해 반도체 층 시퀀스를 구비하며, 이 경우 상기 코히어런트 전자기 방사선은 작동 중에 적어도 방사선 출력 면(radiation output surface)의 주(主) 방출 구역으로부터 한 가지 송출 방향으로 방출되고, 이때 상기 방사선 출력 면은 상기 반도체 층 시퀀스의 한 측면에 의해서 형성된다. 또한, 상기 레이저 광원은 작동 중에 발생 되는 코히어런트 전자기 방사선을 수직의 원시야 복사 프로파일에서 억제하는 필터 소자를 더 구비하며, 이 경우 상기 코히어런트 전자기 방사선은 상기 주 방출 구역에 대하여 수직으로 벗어난(offset) 그리고 상기 주 방출 구역으로부터 공간적으로 분리된 상기 방사선 출력 면의 보조(auxiliary) 방출 구역으로부터 송출된다.
상기 실시 예 및 이하의 실시 예에서 주 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 주 방출(main emission)로서도 표기되는 한편, 상기 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 보조 방출로서도 표기된다.
상기 '방사선 출력 면의 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선의 억제'라는 표현은 특히 상기 보조 방출에 의해서 야기되는 수직 원시야 복사 프로파일에서의 장애들, 예를 들어 주 방출의 메인 피크(main peak)에 대하여 하나 또는 다수의 사이드-피크(side peak)의 형태로 형성된 장애들이 피해지거나 또는 제거된다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 주 방출에 추가로 보조 방출을 구비할 수는 있으나 상기 보조 방출이 필터 소자에 의해 억제됨으로써 결과적으로 예를 들어 투영 이미징을 위해서 바람직한 복사 특성, 특히 원하는 수직의 원시야 복사 프로파일을 얻도록 해주는 반도체 층 시퀀스를 구비한 레이저 광원이 바람직하게 이용될 수 있다.
더 아래에서 언급되는 바와 같이, 상기 반도체 층 시퀀스는 에피택셜 성장하는 층 시퀀스로서 구현될 수 있다. 에피택시에 의해서 결정되는 상기 반도체 층 시퀀스의 층들의 성장 방향은 여기에서 그리고 이하에서도 수직 방향으로 혹은 수직으로 표기된다. 특히 상기 수직 방향은 당업자에게 공지된 바와 같은 송출된 코히어런트 전자기 방사선의 "고속 축(fast axis)"에 상응한다. 이때 상기 수직의 원시야 복사 프로파일은 수직 방향에서 코히어런트 전자기 방사선을 갖는 원시야 복사 프로파일을 지시한다.
작동 중에 방사선 출력 면의 주 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 송출 원뿔을 구비하며, 상기 송출 원뿔의 축은 송출 방향에 상응한다.
본 출원서에 기술된 레이저 광원에서는 보조 방출이 제공될 수 있음에도 불구하고 제조된 컴포넌트들이 더 높은 비율로 사용될 수 있으며, 이 경우 본 출원서에 기술된 레이저 광원의 원시야는 공지된 레이저 다이오드에 비해 두드러지게 개선될 수 있으며, 그리고 예를 들어 특히 수직 방향으로는 가우스 형태로 나타날 수 있다. 그로 인해 예를 들어 투영 적용 예들에서는 개선된 이미징 품질에 도달할 수 있게 된다. 또한, 본 출원서에 기술된 레이저 광원에서는 필터 소자에 의해 단지 소량의 추가 비용만이 발생하게 되며, 그리고 추가 광학 소자들의 복잡한 정렬 과정도 완전히 생략될 수 있다.
상기 반도체 층 시퀀스는 에피택시 층 시퀀스로서 또는 에피택시 층 시퀀스를 갖는 방사선 방출 반도체 칩으로서, 더 상세하게 말하자면 에피택셜 성장된 반도체 층 시퀀스로서 구현될 수 있다. 상기 반도체 층 시퀀스의 에피택셜 성장에 의하여 한 가지 성장 방향이 나타남으로써, 결과적으로 상기 반도체 층 시퀀스는 상기 성장 방향에 대하여 수직으로 방향 설정된 하부 면 및 상부 면을 갖게 되고, 상기 하부 면 및 상부 면은 상기 반도체 층 시퀀스의 측면들에 의해서 서로 연결되어 있으며, 이때 상기 반도체 층 시퀀스의 측면들은 각각 상기 성장 방향에 대하여 평행하게 서 있을 수 있다. 다시 말해 본 출원서에 기재된 레이저 광원은 특히 하나의 측면에 의해 형성되어 소위 단면 발광 반도체 레이저로서 구현될 수 있는 방사선 출력 면을 갖는 반도체 층 시퀀스를 포함할 수 있다.
이 경우 반도체 층 시퀀스는 예를 들어 Ⅲ-Ⅴ-화합물 반도체 재료 계, 특히 InGaAlN, InGaAlP 또는 AlGaAs와 같은 재료들 중에 하나 또는 다수의 재료를 기본으로 하며, 이때 상기 반도체 층 시퀀스는 상이한 개별 층들로 이루어진 층 시퀀스를 구비하고, 상기 개별 층들은 각각 전술된 재료 계 중에 하나 또는 다수의 재료 계를 구비할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로 상기 반도체 층 시퀀스는 또한 Ⅱ-Ⅵ-화합물 반도체 재료 계도 구비할 수 있다. 이와 같은 재료 계들에 의해서는 자외선 내지 적외선 파장 범위에서 전자기 방사선을 송출하는 그리고 예를 들어 투영 적용을 위하여 바람직하게는 가시 파장 범위에서 전자기 방사선을 송출하는 반도체 층 시퀀스들이 제조될 수 있다.
에피택시 층들이 그 위에 제공된 상기 반도체 층 시퀀스의 기판은 반도체 재료, 예를 들어 전술된 화합물 반도체 재료 계 중에 하나의 재료 계를 포함할 수 있다. 특히 상기 기판은 사파이어, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si 및/또는 Ge를 포함할 수 있거나 또는 이와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 층 시퀀스는 예를 들어 종래의 pn-천이부, 이중 헤테로 구조물, 단일-양자 웰 구조물(SQW-구조물) 또는 다중-양자 웰 구조물(MQW-구조물)을 활성 구역으로서 구비할 수 있다. 상기 반도체 층 시퀀스는 활성 구역 안에 추가의 기능 층들 및 기능 구역들을 포함할 수 있는데, 말하자면 도핑 되지 않은 또는 p-도핑 된 또는 n-도핑 된 구속 층들, 피복 층들(cladding layers) 또는 도파관 층들, 배리어 층들, 평탄화 층들, 버퍼 층들, 보호 층들, 패시베이션 층들 및/또는 전극 층들 그리고 이와 같은 층들의 조합 형태를 포함할 수 있다. 활성 구역과 관련된 이러한 구조물들은 구성, 기능 및 구조에 있어서 당업자에게 공지되어 있기 때문에 이곳에서는 상세하게 설명되지 않는다. 더 나아가 추가의 층들, 다시 말해 버퍼 층, 배리어 층 및/또는 보호 층 또는 패시베이션 층은 또한 예를 들어 반도체 층 시퀀스의 측면에 상기 반도체 층 시퀀스의 성장 방향에 대하여 수직으로도 제공될 수 있다. 특히 예를 들어 방사선 출력 면에는 하나 또는 다수의 패시베이션 층이 제공될 수 있다.
단면 발광 반도체 레이저 다이오드로서 구현된 반도체 층 시퀀스의 작동을 가로(transversal) 기본 모드에서 가능하게 하기 위하여, 상기 활성 구역의 적어도 하나의 측면에 배치된 상기 반도체 층 시퀀스의 층들은 예를 들어 바(bar) 형태로 및/또는 사다리꼴로 구조화될 수 있다. 바 도파관, 리브 도파관, "릿지(ridge)-구조물", "사다리꼴 구조물" 또는 "테이퍼드(tapered) 구조물"로서 공지된 상기와 같은 반도체 층 시퀀스의 형상들은 당업자에게 공지되어 있기 때문에 이곳에서는 더 이상 설명되지 않는다. 방사선 출력 면은 특히 상기 반도체 층 시퀀스의 전체 측면을 둘러쌀 수 있고, 그럼으로써 기판의 한 측면 그리고 그 위에 배치된 상기 에피택셜 증착 층들의 측면들에 의해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 층 시퀀스는 코히어런트 전자기 방사선을 위한 광학 공진기(resonator)도 구비할 수 있다. 상기 공진기는 특히 방사선 출력 면 상에 있는 제 1 미러 그리고 상기 방사선 출력 면에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스의 후방 측면 상에 있는 제 2 미러를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 미러와 제 2 미러 사이에 활성 구역이 배치되어 있다. 또한, 상기 반도체 층 시퀀스는 소위 "분포 귀환형 레이저(distributed feedback laser)", 간략히 DFB-레이저로서도 구현될 수 있다. 본 출원서에 언급된 공진기 구조물들은 당업자에게 공지되어 있기 때문에 더 이상 설명되지 않는다.
상기 반도체 층 시퀀스의 도파관 특성들 그리고 상기와 같은 공진기 특성들에 의해서는 주 방출 구역에 대하여 수직으로 벗어난 그리고 상기 주 방출 구역으로부터 공간적으로 분리된 보조 방출 구역이 형성될 수 있다. 상기 보조 방출, 즉 상기 방사선 출력 면의 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 특히 주 방출의 송출 방향에 대하여 0°보다 큰 각을 가지며, 그로 인해 원시야 복사 프로파일에서는 상기 주 방출의 메인-피크 옆에 하나 또는 다수의 사이드-피크가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 한 가지 추가 실시 예에 따르면, 상기 필터 소자는 주 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선을 반도체 층 시퀀스 가까이에서 또는 반도체 층 시퀀스에서 직접 차폐하거나 또는 흡수하기에 적합하다. 이 목적을 위하여 상기 필터 소자는 입체각 커버로서, 예를 들어 반무한(half space, 半無限) 커버로서 구현될 수 있고, 이 목적을 위해 적합한 형태를 가질 수 있거나 또는 반도체 층 시퀀스에 직접 배치되거나 혹은 반도체 층 시퀀스 가까이에 배치될 수도 있다. 그럼으로써 상기 필터 소자는 송출 점에서 직접, 즉 보조 방사 구역에서 직접 또는 보조 방사 구역 가까이에서 보조 방출을 차폐하기에 적합할 수 있게 되며, 이 경우 바람직하게 상기 주 방출, 다시 말해 방사선 출력 면의 주 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 완전히 또는 적어도 거의 영향을 받지 않은 상태로 그리고 제한되지 않은 상태로 유지된다. 따라서, 방사선 출력 면에 대하여 상대적으로 더 큰 간격을 둔 장소에 스크린을 사용하게 되는 상황을 야기할 수 있는 상기 원시야 복사 프로파일의 단점적인 변경들이 바람직하게 회피될 수 있다.
본 발명에 따른 한 가지 추가 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광원은 또한 히트 싱크(heat sink)를 구비하고, 상기 히트 싱크 상에는 반도체 층 시퀀스 및 필터 소자가 배치되어 있다. 특히 상기 반도체 층 시퀀스는 기판과 함께 상기 히트 싱크 상에 배치되어 장착될 수 있는데, 예를 들면 납땜 되거나 또는 접착될 수 있다. 반도체 층 시퀀스를 기판과 함께 히트 싱크 상에 배치하는 배열 방식에 대한 대안으로서 상기 반도체 층 시퀀스는 또한 기판으로부터 떨어져서 마주한 상기 반도체 층 시퀀스의 상부 면과 함께 히트 싱크 상에 제공될 수도 있다. 기판 상에 제일 먼저 n-전도성 층들이 증착되고, 그 다음에 이어서 상기 n-전도성 층들 위에 상부 면을 형성하는 p-전도성 층들이 증착되는 통상적인 성장 순서와 관련하여 상기와 같은 배열 상태는 p-사이드-다운(p-side-down)으로서도 표기될 수 있다.
상기 히트 싱크는 열 전도성이 높은 세라믹 재료 및/또는 금속을 구비할 수 있다. 예를 들어 상기 히트 싱크가 알루미늄 또는 구리로 이루어질 수 있음으로써, 반도체 층 시퀀스는 기판으로부터 상기 히트 싱크를 통해서 전기적으로도 콘택팅 될 수 있다. 상기 히트 싱크 상에 있는 필터 소자는 특히 주 방출 구역으로부터 송출되는 전자기 방사선의 송출 방향으로 볼 때 상기 반도체 층 시퀀스 뒤에 배치될 수 있다. 특히 상기 히트 싱크 상에 있는 필터 소자는 방사선 출력 면의 보조 방출 구역에 의해서 보조 방출이 송출될 때에 형성되는 입체각 범위를 덮을 수 있다. 이때 상기 필터 소자는 반도체 층 시퀀스에 직접 인접할 수 있거나 또는 공간적으로도 분리될 수 있는데, 다시 말하면 반도체 층 시퀀스로부터 간격을 두고 히트 싱크 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 필터 소자는 송출 방향에 대하여 평행한 주 연장 평면을 가질 수 있다. 이와 같은 사실은 특히 상기 필터 소자가 평탄하게 구현될 수 있다는 것, 그리고 주 방출 구역에 대하여 그리고 보조 방출 구역에 대하여 수직으로 벗어난 상태로 상기 송출 방향을 따라서 연장된다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어 상기 필터 소자는 히트 싱크의 한 부분, 특히 반도체 층 시퀀스가 그 위에 배치되어 있는 히트 싱크의 상부 면의 한 부분을 포함할 수 있다. 이 목적을 위하여 상기 히트 싱크는 반도체 층 시퀀스의 방사선 출력 면으로부터 볼 때에 송출 방향으로 상기 반도체 층 시퀀스로부터 멀어지도록 연장될 수 있으며, 그로 인해 히트 싱크는 상기 반도체 층 시퀀스 앞으로 이동된 한 부분, 다시 말해 상기 반도체 층 시퀀스 앞에 배치된 한 부분을 구비할 수 있게 된다. 이때 상기 히트 싱크는 정면 에지를 갖는 하나의 면을 가질 수 있으며, 상기 하나의 면이 반도체 층 시퀀스의 방사선 출력 면에 대하여 간격을 가짐으로써, 결과적으로 히트 싱크의 한 표면 영역이 나타나게 되며, 상기 표면 영역에는 보조 방출 구역으로부터 송출된 코히어런트 전자기 방사선이 조사된다. 이때 필터 소자는 상기 표면 영역에 의해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는 송출 방향으로 상기 반도체 층 시퀀스 뒤에 배치된 하나의 단(step)을 구비할 수 있다. 이때 필터 소자는 반도체 층 시퀀스 및 방사선 출력 면 쪽을 향하고 있는 상기 단의 측면에 배치될 수 있다. 상기 단의 높이는 주 방출이 방사선 출력 면에 의해서 방해를 받지 않은 상태로 또는 적어도 실제로 영향을 받지 않은 상태로 송출되도록 구현될 수 있는 한편, 보조 방출은 차폐된다. 이때 필터 소자는 반도체 층 시퀀스 쪽을 향하고 있는 상기 단의 측면에 의해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 필터 소자는 흡수체, 다이오드 및/또는 포토 다이오드도 포함할 수 있다. 이때 상기 흡수체, 다이오드 및/또는 포토 다이오드는 히트 싱크의 표면에 혹은 표면 영역에 배치될 수 있으며, 상기 히트 싱크의 표면 혹은 표면 영역에는 보조 방출이 조사된다.
상기 필터 소자가 하나의 다이오드 또는 하나의 포토 다이오드를 포함하면, 상기 다이오드 또는 포토 다이오드는 동시에 ESD-보호 다이오드로서도 구현될 수 있고, 상응하게 반도체 층 시퀀스와 결합 될 수 있다. 그로 인해 레이저 광원이 더 이상 추가의 ESD-보호 다이오드를 필요로 하지 않게 됨으로써, 결과적으로 바람직하게는 콤팩트한 구성이 이루어질 수 있게 된다.
상기 필터 소자가 하나의 포토 다이오드를 포함하면, 레이저 광원의 파워 출력을 측정하고 모니터링 하기 위하여 방사선 출력 면의 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선이 이용될 수 있다. 하나의 포토 다이오드를 필터 소자로서 이용하는 것은 바람직하게 수직의 원시야 복사 프로파일을 개선하는 동시에 파워를 모니터링 할 수 있는 가능성을 제공함으로써 시너지 효과를 가능하게 한다.
상기 레이저 광원은 또한 캐리어 상에 배치될 수도 있다. 상기 캐리어는 예를 들어 반도체 레이저 다이오드를 위해 공지된 하우징으로서 또는 상기 하우징의 부분으로서 구현될 수 있다. 예를 들어 상기 캐리어는 소위 TO38-하우징, TO56-하우징 혹은 TO90-하우징 또는 상기 하우징들의 한 부분으로서 구현될 수 있다. 상기 레이저 광원이 하나의 히트 싱크를 포함하면, 상기 히트 싱크는 작동 중에 반도체 층 시퀀스 내에서 생성되는 열이 상기 히트 싱크를 거쳐서 캐리어로 배출될 수 있도록 캐리어 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 필터 소자는 추가로 또는 대안적으로 반도체 층 시퀀스에 의해서 발생되는 코히어런트 전자기 방사선을 위한 제 1 흡수체를 방사선 출력 면 상에 직접 구비할 수 있으며 그리고/또는 제 2 흡수체를 상기 방사선 출력 면에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스의 후방 측면 상에 직접 구비할 수 있다. 이때 상기 제 1 흡수체 및/또는 상기 제 2 흡수체는 코팅 상에, 예를 들면 단면(facet) 코팅 및/또는 미러 코팅 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 흡수체는 특히 적어도 보조 방출 구역 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 흡수체는 적어도 상기 보조 방출 구역에 마주 놓인 상기 후방 측면의 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 및/또는 제 2 흡수체에 의해서 보조 방출은 방사선 출력 면 및/또는 후방 측면에서 직접 흡수될 수 있다.
본 출원서에 기재된 필터 소자용 흡수체를 위한 재료들로서는 특히 유전성의, 반도체성의 또는 금속성의 재료들, 예를 들어 규소옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 탄탈펜톡사이드, 탄탈디옥사이드, 알루미늄옥사이드, 이트륨옥사이드, 하프늄옥사이드, 알루미늄옥시나이트라이드, 규소, 게르마늄, 아연텔루라이드, 금, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 구리, 크롬, 팔라듐, 백금, 니켈 및 알루미늄 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 재료가 적합하다. 유전성 재료, 예를 들어 전술된 옥사이드 또는 옥시나이트라이드 중에서 하나의 옥사이드 또는 옥시나이트라이드를 사용하는 경우에는, 흡수체의 흡수 작용을 증가시키거나 제어하기 위하여 부분적으로 산소가 없는 상태에서 증착될 수 있다. 그 다음에 산소 분위기에서 이루어지는 템퍼링 과정은 흡수를 재차 줄이거나 적응시킬 목적으로 이용될 수 있다. 이와 같은 적응은 산소 함량 및 온도 조건을 조절함으로써 가능하다. 상기 흡수체가 방사선 출력 면 또는 후방 측면 상에 직접 제공된 하나의 금속을 포함하면, 반도체 층 시퀀스는 바람직하게 상응하는 측면 상에 있는 유전성 코팅, 예를 들어 단면 코팅 혹은 미러 코팅을 방사선 출력 면으로서 구비할 수 있거나 또는 상기 반도체 층 시퀀스와 흡수체 사이에 있는 후방 측면으로서 구비할 수 있다. 특히 바람직하게 상기 흡수체는 포화 불가능한 재료를 구비한다.
또한, 상기 제 1 및/또는 제 2 흡수체는 소위 자체 정렬 방법에 의해서 방사선 출력 면 혹은 후방 측면 상에 제공될 수 있다. 이와 같은 사실은 주 방출 구역으로부터 송출된 전자기 방사선이 주 방출 구역에서는 상기 제 1 흡수체의 흡수 작용을 자체 정렬 방식으로 줄여줄 수 있다는 것 그리고/또는 상기 주 방출 구역에 마주 놓인 구역에서는 제 2 흡수체의 흡수 작용을 자체 정렬 방식으로 줄여줄 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 이 목적을 위하여 전체 방사선 출력 면 및/또는 후방 측면에는 적합한 재료, 예를 들어 폴리머 층, 탄소 함유 층, 흡수 작용을 하는 산화물 층 및/또는 얇은 금속 층이 제공될 수 있으며, 상기 층들은 반도체 층 시퀀스의 작업 개시 중에 주 방출 구역의 영역에서 혹은 상기 주 방출 구역에 마주 놓인 상기 후방 측면의 영역에서 코히어런트 전자기 방사선에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 소각되거나 또는 흡수력에 있어서 변동된다. 이와 같은 상황은 조절된 분위기에서, 예를 들어 산소 분위기 또는 오존 분위기에서 발생할 수 있다. 이 경우에 흡수체의 재료 및 흡수체의 두께는 상기 보조 방출의 세기가 흡수체 층을 소각시키거나 또는 상기 흡수체 층의 흡수력을 변동시키기에 충분하지 않도록 선택됨으로써, 결과적으로 상기 제 1 혹은 제 2 흡수체는 일종의 자체 정렬 방식의 스크린을 형성하게 된다.
전술된 필터 소자들이 바람직하게는 반도체 층 시퀀스의 제조 프로세스에 스스로 관여할 필요가 없음으로써, 높은 프로세스 안전성에 의해 위험은 최소로 된다.
본 발명에 따른 한 가지 추가 실시 예에 따르면, 상기 필터 소자는 주 방출 구역과 기판 사이에 적어도 하나의 흡수체 층을 포함할 수 있으며, 상기 흡수체 층은 코히어런트 전자기 방사선을 흡수하는 반도체성의 재료를 구비한다. 이때 상기 흡수체 층은 반도체 층 시퀀스의 에피택셜 성장 중에 기판상에서 활성 구역 앞에 제공될 수 있다. 그럼으로써 상기 활성 구역 외부에 있는 반도체 층 시퀀스 내부에서 그리고 특히 상기 보조 방출 구역의 영역에서 코히어런트 전자기 방사선의 도파 작용 및 확장 작용이 억제될 수 있으며, 그 결과 상기 보조 방출 구역에 의해서는 더 이상 전자기 방사선이 전혀 또는 실제로 전혀 송출되지 않게 된다. 또한, 상기 필터 소자는 다수의 흡수체 층을 구비할 수 있고, 상기 흡수체 층들은 또한 특히 바람직하게 상호 λ/4의 간격을 두고서 배치될 수 있으며, 이 경우 λ는 레이저 광원으로부터 송출되는 전자기 방사선의 평균 파장을 지시한다.
상기 흡수체 층은 질화물을 기본으로 하는 반도체 층 시퀀스의 경우에는 예를 들어 높은 결함 빈도(defect density)를 갖는 얇은 InGaN-층을 구비할 수 있으며, 상기 InGaN-층에 의해서는 흡수체 층 내에서 결함-흡수 작용을 활용함으로써 보조 방출이 억제될 수 있다. 흡수체 층 내부에 있는 결함이 많은 영역들 혹은 높은 결함 빈도는 예를 들어 템퍼링에 의해서 발생 될 수 있다. 또한, 상기 흡수 작용을 하는 층이 InGaN-불균일성도 가질 수 있음으로써, 결과적으로 In이 풍부한 영역들에서는 대역 단면 흡수 작용이 일어날 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 흡수체 층과 기판 사이에는 반사 작용을 하는 층이 배치될 수도 있다. 예를 들어 반도체성의 또는 금속성의 재료를 포함할 수 있고 또한 층 시퀀스로서도 형성될 수 있는 상기 반사 작용을 하는 층이 바람직하게는 제 1 관통구 내에서 상기 흡수체 층을 통과하는 코히어런트 전자기 방사선을 반사할 수 있음으로써, 결과적으로 상기 코히어런트 전자기 방사선은 상기 흡수체 층을 반드시 두 번 통과하게 되며, 그로 인해 바람직하게는 더욱 강력한 억제 작용 및 흡수 작용이 가능해질 수 있다.
본 발명에 따른 한 가지 추가 실시 예에 따르면, 상기 필터 소자는 활성 구역에 마주 놓인 상기 기판의 하부 면에 적어도 하나의 리세스를 포함한다. 이때 상기 리세스는 기판의 하부 면으로부터 상기 활성 구역의 방향으로 기판 내부로 연장된다. 특히 상기 적어도 하나의 리세스는 이 리세스가 수직 방향으로 보조 방출 구역과 겹쳐질 정도까지 기판 내부로 연장됨으로써, 결과적으로 상기 적어도 하나의 리세스는 기판 내부에 있는 영역 안으로 돌출할 수 있게 되며, 상기 영역 안에서는 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선을 위한 도파 작용이 기판 내부에서 이루어진다. 이와 같은 기판 하부 면의 구조화에 의해서는 보조 방출이 줄어들거나 또는 완전히 저지될 수 있다.
상기 적어도 하나의 리세스는 하나의 홈, 하나의 보어, 하나의 트렌치, 하나의 개구 및/또는 하나의 팩 홀(pack hole)을 포함할 수 있다. 이때 상기 적어도 하나의 리세스는 예를 들어 소잉(sawing), 보링(boring), 포토 구조화, 건식 에칭, 습식 에칭 또는 이와 같은 방식들의 조합에 의해서 발생 될 수 있다. 상기 적어도 하나의 리세스는 방사선 출력 면으로부터 그리고/또는 상기 방사선 출력 면에 마주 놓인 상기 기판의 후방 측면으로부터 각각 간격을 두고 배치될 수 있다. 이와 같은 배치 상태는 특히 상기 적어도 하나의 리세스가 송출 방향을 따라서 전체 기판을 관통하여 연장되지 않는다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 리세스는 다수의 리세스를 포함할 수도 있다. 상기 다수의 리세스는 예를 들어 송출 방향으로 그리고/또는 가로 방향으로, 즉 송출 방향에 대하여 수직으로 나란히 배치될 수 있다. 이때 상기 적어도 하나의 리세스는 송출 방향을 따라서 그리고/또는 송출 방향에 대하여 가로로 하나 또는 다수의 팩 홀 및/또는 직선 형태의 또는 꺾인 형태의 채널을 구비할 수 있다. 상기 다수의 리세스는 송출 방향을 따라서 그리고/또는 송출 방향에 대하여 가로로 주기적으로 배치될 수 있거나 또는 비-주기적으로, 다시 말해 불규칙하게 배치될 수도 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 리세스는 기판 하부 면에 형성된 주름의 한 부분일 수도 있다. 이때 상기 표면 주름의 거칠기는 상기 적어도 하나의 리세스 및 그와 더불어 상기 표면 주름이 상기 기판의 부분 내부까지 연장되도록 형성될 수 있으며, 상기 기판의 부분 안에서는 보조 방출 구역으로부터 송출되는 전자기 방사선이 확장될 수 있다. 상기 표면 주름은 예를 들어 소잉 및/또는 에칭 방식에 의해서 제조될 수 있거나, 또는 추가로 혹은 대안적으로는 레이저에 의해서 새겨질(engraving) 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 리세스는 방사선 출력 면으로부터 상기 방사선 출력 면에 마주 놓인 상기 기판의 후방 측면까지 연장될 수도 있다. 이와 같은 상황은 특히 상기 적어도 하나의 리세스가 길이 방향 채널로서 형성되었고, 상기 길이 방향 채널이 송출 방향으로 기판을 완전히 관통하여 연장된다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 송출 방향으로 기판을 완전히 관통하여 연장되는 상기와 같은 홈은 가로 방향으로도, 다시 말해 송출 방향에 대하여 가로 방향으로도 기판을 완전히 관통하여 연장될 수 있다. 이와 같은 상황은 또한 필터 소자가 하부 면으로부터 완전히 또는 적어도 부분적으로 제거됨으로써 상기 필터 소자가 제조된다는 것을 의미할 수도 있다. 그로 인해 방사선 출력 면의 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선을 기판 내부에서 가이드 하는 과정이 이루어지는 상기 기판의 부분도 제거될 수 있으며, 그 결과 전술된 의미에서의 보조 방출 구역은 더 이상 존재하지 않게 된다.
또한, 상기 적어도 하나의 리세스는 코히어런트 전자기 방사선을 흡수하는 재료 및/또는 열 전도성 재료로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 그럼으로써 보조 방출 구역으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선의 억제 작용이 개선될 수 있으며 그리고/또는 예를 들어 히트 싱크에 대한 열 결합도 개선될 수 있다. 상기 흡수 작용을 하는 재료 및/또는 상기 열 전도성 재료용으로 적합한 물질로서는 상기 제 1 및 제 2 흡수체와 관련하여 언급된 물질들이 적합하다.
본 발명에 따른 한 가지 추가 실시 예에 따르면, 상기 리세스는 방사선 출력 면에 기판 경사부를 포함한다. 이때 상기 경사부의 적어도 한 부분은 보조 방출 구역을 포함하는 한편, 상기 경사부는 주 방출 구역까지는 연장되지 않는다. 그럼으로써 바람직하게는 상기 보조 방출이 주 방출의 송출 방향으로부터 편향되고, 그로 인해 감지된 원시야 안에는 보조 방출이 더 이상 존재하지 않게 된다.
본 발명의 추가의 장점들 그리고 바람직한 실시 예들 및 개선 예들은 도 1a 내지 도 12b와 연관하여 기술된 아래의 실시 예들로부터 드러난다
도 1a 및 도 1b는 코히어런트 전자기 방사선을 송출하기 위한 반도체 층 시퀀스 그리고 원시야 복사 프로파일을 도시한 개략도이며,
도 2a 내지 도 2c는 몇 가지 실시 예들에 따른 레이저 광원의 개략도이고,
도 3 내지 도 11c는 추가의 실시 예들에 따른 레이저 광원의 개략도이며, 그리고
도 12a 및 도 12b는 레이저 광원의 원시야 복사 프로파일들이다.
각각의 실시 예들 및 도면들에서 동일한 또는 동일한 작용을 하는 구성 부품들에는 각각 동일한 도면 부호가 제공될 수 있다. 도면에 도시된 소자들 그리고 상기 소자들의 상호 크기 비율은 기본적으로 척도에 맞는 것으로 간주 될 수 없으며, 오히려 예를 들어 층들, 부품들, 컴포넌트들 그리고 영역들과 같은 개별 소자들은 도면에 대한 개관을 명확히 할 목적으로 그리고/또는 이해를 도울 목적으로 과도하게 두껍게 또는 크게 치수 설정된 상태로 도시될 수 있다.
도 1에는 코히어런트 전자기 방사선을 발생하기 위한 반도체 층 시퀀스(1)가 도시되어 있다. 이때 질화물-반도체 화합물 계를 기본으로 하는 반도체 층 시퀀스(1)는 순전히 예로서만 도시되어 있다. 그 대안으로서 상기 반도체 층 시퀀스는 본 출원서의 일반적인 부분에 기술된 다른 재료 계들도 구비할 수 있거나 또는 이와 같은 재료들로 이루어질 수 있다.
반도체 층 시퀀스(1)은 대략 110 ㎛ 두께의 n-도핑 된 GaN-기판(2)을 구비하며, 상기 기판상에는 활성 구역(3)이 에피택셜 증착되어 있다. 상기 활성 구역(3)은 개관을 명확하게 할 목적으로 도시되어 있지 않은 다수의 개별 층을 포함한다. 상기 활성 구역(3)은 특히 n-피복 층 및 p-피복 층과 도파관 층 사이에 하나의 활성 층을 구비하며, 상기 활성 층은 도시된 실시 예에서 GaN-화합물 반도체 재료 계를 기본으로 하고, 본 출원서의 일반적인 부분에 기술된 특성들 및 조성들을 갖는다. 상기 활성 구역(3)은 바(bar) 도파관으로서 구조화되었으며, 상기 바 도파관의 측면 위에서는 패시베이션 층(7)이 예를 들어 SiOx, AlOx 및/또는 SiNi로 증착되었다.
전기 콘택팅을 위하여 상기 반도체 층 시퀀스(1)는 예를 들어 니켈, 백금, 팔라듐, 티타늄 및/또는 금을 구비할 수 있는 다수의 층을 갖는 콘택 층 스택(8)을 상기 패시베이션 층(7) 및 활성 구역(3) 상에 구비하는 한편, 상기 활성 구역(3)으로부터 떨어져서 마주한 기판 하부 면에는 다수의 금속성 층을 갖는 추가의 전기 콘택 층 시퀀스(9)가 제공되어 있다. 도 1a에 도시되어 있고 바 도파관 구조물을 갖는 단면 발광 반도체 레이저로서 구현된 반도체 층 시퀀스의 구성 그리고 상기 반도체 층 시퀀스의 변형들은 당업자에게 공지되어 있기 때문에 이곳에서는 더 이상 상세하게 설명되지 않는다. 특히 아래의 실시 예들은 도 1a에 도시된 반도체 층 시퀀스(1)에 고정되지 않는다.
도 1a의 반도체 층 시퀀스는 방사선 출력 면(4)을 바라본 정면도로 도시되어 있다. 상기 방사선 출력 면은 예를 들어 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 후방 측면과 마찬가지로 하나 또는 다수의 미러 층 및/또는 패시베이션 층을 구비할 수 있다(도면에는 도시되어 있지 않음). 상기 활성 구역(3) 내에는 파선에 의해서 주 방출 구역(5)이 지시되어 있으며, 상기 주 방출 구역 안에서는 코히어런트 전자기 방사선이 작동 중에 한 가지 송출 방향으로 송출되고, 상기 송출 방향은 도시된 예에서는 종이 평면에 대하여 수직으로 상기 종이 평면으로부터 외부로 돌출한다. 따라서, 상기 방사선 출력 면(4)은 활성 구역(3)의 한 측면 그리고 기판(2)의 한 측면을 포함하는 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 한 측면에 의해서 형성되었다. 상기 기판(2)의 측면 상에는 보조 방출 구역(6)이 파선에 의해서 지시되어 있으며, 상기 보조 방출 구역은 주 방출 구역(5)에 대하여 수직으로 벗어나 있고, 상기 주 방출 구역으로부터 공간적으로 분리되어 있다. 도시된 실시 예에서 상기 보조 방출 구역(6)은 수직 방향으로, 다시 말해 활성 구역(3)의 성장 방향을 따르는 한 가지 방향으로 상기 주 방출 구역(5)에 대하여 대략 80 ㎛의 간격을 갖는다. 상기 보조 방출 구역(6)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선은 기판(2) 내에서 가이드 되는 반도체 층 시퀀스(1) 안에서 한 가지 추가 모드에 의해 나타난다. 상기 반도체 층 시퀀스(1)는 활성 구역(3) 재료들의 조성에 따라서 예를 들어 녹색, 청색 또는 자외선 레이저 다이오드로서 구현될 수 있다.
도 1b에는 도 1a의 반도체 층 시퀀스로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선의 수직 원시야 복사 프로파일(101)이 도시되어 있다. 이때 수평의 X-축에는 송출 방향에 대하여 상대적인 복사각(Φ)이 °로 도시되어 있다. 수직의 Y-축에는 송출된 코히어런트 전자기 방사선의 상대적인 세기가 임의의 단위로 주어져 있다. 0°에서는, 다시 말해 송출 방향을 따라서는 주 방출 구역(5)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선의 최대 송출 세기에 상응하는 최댓값을 확인할 수 있다. 그 옆에 있는 한 가지 방향에서는, 다시 말해 주 방출의 송출 방향에 대하여 대략 20° 기울어져 있는 방향에서는 보조 방출 구역(6)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선에 의해 야기되는 사이드-피크(102)를 확인할 수 있다. 이때 상기 보조 방출은 송출 방향을 따라서 주 방출보다 더 적은 세기를 갖는다.
아래의 도면들에서는 반도체 층 시퀀스(1)가 각각 개략도로 도시되어 있으며, 상기 개략도는 주 방출 구역(5) 및 보조 방출 구역(6)이 도시된 도 1a의 반도체 층 시퀀스(1)의 한 수직 단면에 상응한다. 개관을 명확하게 할 목적으로 아래의 도면들에는 반도체 층 시퀀스(1) 중에서 기판(2) 및 활성 구역(3)만 도시되어 있는 한편, 주 방출 구역(5), 보조 방출 구역(6), 전기 콘택 층 시퀀스(8, 9) 그리고 예를 들어 본딩 와이어 및/또는 납땜 수단과 같은 전기적인 연결 가능성은 도시되어 있지 않다.
도 2a의 실시 예에 따른 레이저 광원은 반도체 층 시퀀스(1)에 추가로 히트 싱크(14)를 구비하며, 상기 히트 싱크 상에서는 반도체 층 시퀀스(1)가 상기 활성 구역(3)에 마주 놓인 기판 하부 면에 납땜 되어 있다. 상기 히트 싱크(14)가 열 전도성이 높은 재료를 구비함으로써, 결과적으로 작동 중에 반도체 층 시퀀스(1) 내에서 생성되는 열이 효율적으로 방출될 수 있다. 반도체 층 시퀀스(1)는 상기 히트 싱크(14)와 함께 캐리어(15) 상에 제공되어 있으며, 상기 캐리어는 예를 들어 하우징의 한 부분일 수 있는데, 특히 예를 들면 TO38-패키지와 같은 통상적인 레이저 다이오드-패키지의 한 부분일 수 있다.
또한, 송출 방향(11)을 따라 송출 원뿔 안에서 방출되고 주 방출 구역(5)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선(10) 그리고 방사선 출력 면(4)도 도시되어 있으며, 이때 상기 송출 원뿔에 의해서는 도 1b에 도시된 그리고 사이드-피크(102)가 없는 수직의 원시야 복사 프로파일이 나타나게 된다. 또한, 방사선 출력 면(4)의 보조 방출 구역(6)에 의해서 방출되는 코히어런트 방사선도 도시되어 있고, 상기 방사선은 자체 송출 방향에 있어서 주 방출(10)의 송출 방향(11)과 소정의 각(91)을 형성하며, 이 경우 상기 각(91)은 도 1b에 도시된 각(Φ)에 상응한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 보조 방출(12)은 주 방출(10)의 송출 방향(11)에 대하여 대략 20°의 각으로 송출된다. 이때 상기 각(91)은 순전히 예로서만 이해되어야만 하고, 본 실시 예 그리고 이하에 도시된 실시 예들에 한정되는 것으로 간주 되어서는 안 된다. 오히려 본 실시 예에 도시된 레이저 광원의 반도체 층 시퀀스(1)는 보조 방출 구역(6)으로부터 송출 방향(11)에 대하여 상대적인 다른 각도로도 코히어런트 전자기 방사선(12)을 방출할 수 있다.
도 2a에 도시된 실시 예에 따른 레이저 광원은 또한 반도체 층 시퀀스(1) 쪽을 향하고 있는 상기 히트 싱크(14)의 표면의 부분으로서 구현된 필터 소자(13)도 구비한다. 이때 필터 소자(13)로서 구현된 상기 히트 싱크(14)의 표면 구역(131)은 보조 방출 구역(6)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선(12)이 필터 소자(13)에 입사되도록 선택된 길이(90)를 갖는다. 그럼으로써 상기 보조 방출(12)은 효과적으로 차폐될 수 있다. 송출 방향(11)으로 상기 방사선 출력 면(4) 뒤에 배치된 상기 히트 싱크(14) 에지의 필요한 최소 간격은 활성 구역(3)에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 하부 면에 대한 보조 방출 구역(6)의 간격에 의존하며, 그리고 보조 방출(12)의 송출 방향과 주 방출(10)의 송출 방향(11) 사이에 형성되는 각(91)에 의존한다. 반도체 층 시퀀스 하부 면 위에 있는 보조 방출 구역(6)의 높이를 h로, 상기 각(91)을 Φ로 그리고 상기 길이(90)를 a로 표기하면, 상기 길이(90) 혹은 a에 대하여 아래와 같은 최소 치수가 나타나게 된다:
a > h/tan Φ.
상기 각(91) 혹은 Φ 그리고 반도체 층 시퀀스(1)가 통상적인 경우에, 상기 길이(90) 혹은 a에 대해서는 대략 27 ㎛ 내지 대략 165 ㎛의 값이 나타난다. 대략 150 ㎛의 길이(90) 혹은 a가 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 이때 상기 길이(90) 혹은 a의 크기는 주 방출(10)의 방출 원뿔을 전혀 제한하지 않거나 또는 단지 약간만 제한하기에는 아직 작다.
도 12a 및 도 12b에는 각각 레이저 광원에 의해서 송출되는 코히어런트 전자기 방사선의 다수의 수직 원시야 복사 프로파일(121)이 도시되어 있으며, 이 경우 도 12a에서는 송출 방향으로 방사선 출력 면(4) 위로 대략 20 ㎛만 돌출하는 통상적인 히트 싱크를 구비한 레이저 광원이 사용된 한편, 도 12b에서의 측정을 위해서는 대략 150 ㎛의 길이(90)를 갖는 도 2a의 실시 예에 따른 히트 싱크가 사용되었다. 도 12a와 도 12b를 비교해서 잘 확인할 수 있는 사실은, 대략 20° 내지 대략 30°의 각 범위(122) 안에서는 상기 히트 싱크(14)의 표면 구역(131)에 의해서 형성된 필터 소자(13)에 의하여 보조 방출(12)이 매우 효과적으로 차폐되고, 상기 보조 방출의 반사도 전혀 확인할 수 없다는 것이다. 도 12b에 도시된 것과 같은 수직의 원시야 복사 프로파일들은 도 12a에 따른 원시야 복사 프로파일(121)에 비해 예를 들어 투영 적용 예들에 적합한데, 그 이유는 레이저 광원으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선이 각각 사이드-피크가 없는 가우스 형태의 복사 프로파일을 나타내기 때문이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 필터 소자(13)는 주 방출(10)의 송출 방향(11)에 대하여 평행한 주 연장 평면을 갖는다.
필터 소자(13)로서 구현된 상기 히트 싱크(14)의 표면 구역(131)에서 발생 가능한 반사를 억제하기 위하여, 도 2b의 실시 예에 따라 상기 히트 싱크(14) 상에 흡수체(132)가 추가로 제공될 수 있으며, 상기 추가의 흡수체는 평탄하게 그리고 송출 방향(11)에 대하여 평행하게 상기 방사선 출력 면(4)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 이때 상기 흡수체(132)는 본 출원서의 전반적인 부분에서 언급된 그리고 반도체 층 시퀀스(1)로부터 발생 되는 코히어런트 전자기 방사선(12)을 흡수하기에 적합한 재료들 중에서 하나의 재료를 구비할 수 있다.
도 2c의 실시 예에 따르면, 히트 싱크 상에 있는 필터 소자로서는 다이오드가 제공될 수도 있거나 또는 도면에 도시된 바와 같이 포토 다이오드(133)가 필터 소자로서 제공될 수도 있다. 그럼으로써 보조 방출 구역(6)으로부터 방출되는 코히어런트 전자기 방사선(12)은 반도체 층 시퀀스(1)의 출력 파워 그리고 그와 더불어 레이저 광원의 출력 파워를 측정할 목적으로 이용될 수 있다. 상기 포토 다이오드(133)는 또한 ESD-다이오드로서 반도체 층 시퀀스(1)와 접속될 수도 있다. 그 대안으로서 포토 다이오드(133) 대신에 모니터링 기능이 없는 ESD-보호 다이오드도 필터 소자(13)로서 이용될 수 있다. 상기 포토 다이오드(133)의 정확한 높이의 조정이 히트 싱크(114) 안에 있는 하나의 단(도면에는 도시되어 있지 않음)을 통해서 이루어질 수 있음으로써, 결과적으로 주 방출 구역(5)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선(10)의 차폐는 이루어지지 않게 된다.
도 3의 실시 예에 따르면, 상기 히트 싱크(14)는 반도체 층 시퀀스(1) 쪽을 향하고 있는 한 측면을 갖는 하나의 단(141)을 구비하며, 상기 측면에는 필터 소자(13)로서 구현된 흡수체(132)가 제공되어 있다. 이때 상기 단의 높이는 주 방출 구역(5)으로부터 방출되는 코히어런트 전자기 방사선(10)이 전혀 차폐되지 않거나 또는 단지 약간만 차폐되도록 조정되었다. 도시된 실시 예의 대안으로서 반도체 층 시퀀스(1) 쪽을 향하고 있는 상기 단(141)의 측면도 흡수체(132)가 그 위에 배치되어 있지 않은 필터 소자를 형성할 수 있다.
도 4a에는 레이저 광원에 대한 한 가지 추가 실시 예가 도시되어 있으며, 본 실시 예에서 필터 소자(13)는 방사선 출력 면(4)에 직접 배치된 흡수체(132)로서 구현되었다. 이 경우 상기 흡수체(132)는 본 출원서의 전반적인 부분에서 언급된 재료들 중에서 하나의 재료를 구비할 수 있다. 예를 들어 금속과 같은 전기 전도성 재료가 흡수체 재료로서 사용되면, 하나 또는 다수의 패시베이션 층에 의해 방사선 출력 면(4)에 보호막이 형성되어 전기적인 절연이 이루어짐으로써 반도체 층 시퀀스(1)의 단락 위험이 예방될 수 있다. 예를 들어 본 출원서의 전반적인 부분에서 언급된 산화물 또는 옥시나이트라이드 중에서 하나의 물질과 같은 유전체가 흡수체 재료로서 제공되면, 필터 소자(13)의 흡수 작용을 증가시키거나 제어하기 위하여 상기 흡수체(132)는 부분적으로 산소가 없는 상태에서 증착될 수 있다. 그 다음에 이어지는 O2-분위기에서의 템퍼링 과정에 의해 흡수가 재차 줄어들게 됨으로써, 결과적으로 산소 함량 및 템퍼링 조건을 통해서 상기 흡수체(132)의 흡수율이 조절될 수 있다. 도시된 실시 예에서는 상기 흡수체(132)가 반도체 층 시퀀스(1)의 방사선 출력 면(4)에 제공되어 있음으로써, 결국에는 단지 보조 방출 구역(6)만 덮이게 되고, 그와 달리 주 방출 구역(5)은 노출된 상태로 유지된다.
도 4b의 실시 예에 도시된 바와 같이, 방사선 출력 면(4) 상에 있는 제 1 흡수체(132)에 추가하여 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 후방 측면(16) 상에 제 2 흡수체(134)가 제공될 수 있다. 그 대안으로서 단지 후방 측면(16)에만 흡수체(134)를 필터 소자(13)로서 제공하는 것도 가능하다. 상기 제 2 흡수체(134)에 대해서는 제 1 흡수체(132)에 대하여 앞에서 언급된 내용이 동일하게 적용된다.
도 5a 및 도 5b에는, 흡수체 층(132)이 방사선 출력 면(4)에 제공됨으로써 상기 흡수체(132)가 상기 방사선 출력 면(4)을 완전히 덮는 한 가지 방법이 도시되어 있다. 이때 상기 흡수체(132)는 폴리머 층, 탄소를 함유하는 층, 흡수 작용을 하는 산화물 층 및/또는 얇은 금속 층을 구비할 수 있으며, 이 층들의 두께는 상기 흡수체(132)가 반도체 층 시퀀스(1)의 작업 개시 중에 주 방출 구역(5)으로부터 방출되는 코히어런트 전자기 방사선(10)에 의해서 적어도 부분적으로 또는 완전히 소각되거나 또는 상기 흡수체의 흡수력이 변동되어 주 방출(12)이 레이저 광원으로부터 송출될 수 있을 정도로 얇다. 상기 흡수체(132)의 두께는 또한 보조 방출 구역(6)으로부터 송출되는 코히어런트 전자기 방사선(10)의 세기가 상기 흡수체(132)를 소각시키기에 충분치 않을 정도로 조정되었다. 그럼으로써 필터 소자(13)는 방사선 출력 면(4) 상에 자체 정렬 방식 스크린의 형태로 제조될 수 있다. 상기와 같은 흡수체(132)의 소각 또는 소멸(fading) 현상은 제어된 분위기에서, 예를 들면 O2-분위기 또는 O3-분위기에서 일어날 수 있다.
도 6a 및 도 6b에는 상기 방법과 유사한 방법이 도시되어 있으며, 이 경우에는 도 5a 및 도 5b에 비해 방사선 출력 면(4) 상에 있는 제 1 흡수체(132)에 추가하여 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 후방 측면(16) 상에 제 2 흡수체(134)가 제공된다. 반도체 층 시퀀스(1)의 후방 측면(16)의 형상에 따라서는 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 작업이 개시될 때에 상기 제 2 흡수체(134)도 상기 후방 측면(16) 상에 있는 방사선 출력 면(4)의 주 방출 구역(5)에 마주 놓인 구역에서 소각될 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 실시 예에서는 한 레이저 광원의 단면도 그리고 관련 반도체 층 시퀀스(1)의 방사선 출력 면(4)에 대한 정면도가 도시되어 있으며, 이 경우 본 실시 예에서 필터 소자(13)는 흡수 작용을 하는 반전도성 재료(135)로서 형성되었고, 상기 재료는 주 방출 구역(5)과 기판(2) 사이에 배치되어 있다. 이 목적을 위하여 활성 구역(3)의 에피택셜 성장 중에는 상기 흡수 작용을 하는 반전도성 재료(135)로 이루어진 얇은 층이 기판(2) 상에 제공될 수 있다. 반도체 층 시퀀스(1)가 예를 들어 도 1a에 도시된 것과 같이 질화물을 기본으로 하는 화합물 반도체 재료 계를 구비하면, 상기 흡수 작용을 하는 반전도성 재료(135)를 함유한 흡수체 층은 예를 들어 결함이 많은 영역을 갖는 그리고 예를 들어 템퍼링에 의해서 제조될 수 있는 InGaN-층으로서 형성될 수 있거나, 또는 InGaN-불균일성을 갖는 그리고 상응하는 성장 조건에 의해서 제조될 수 있는 InGaN-층으로서 형성될 수 있다. 그 대안으로서 상기 흡수 작용을 하는 반전도성 재료(135)를 함유한 흡수체 층은 흡수 작용을 하는 반전도성 재료로 이루어진 다수의 층도 구비할 수 있다.
상기 흡수 작용을 하는 반전도성 재료(135)에 의해서는 코히어런트 전자기 방사선이 기판(2) 내부로 확장되는 현상이 저지되지 않거나 또는 적어도 줄어들게 되며, 그 결과 보조 방출 구역(6)에서는 코히어런트 전자기 방사선(12)이 전혀 송출될 수 없게 되거나 또는 상대적으로 세기가 약한 코히어런트 전자기 방사선이 송출될 수 있게 된다.
추가로 상기 활성 구역(3)으로부터 떨어져서 마주한 상기 흡수체 층(135)의 측에는 하나 또는 다수의 반사 작용을 하는 층 또는 반사 작용을 하는 층 시퀀스가 배치될 수 있으며, 제 1 관통구 안에 있는 흡수체 층(135)을 관통할 수 있는 전자기 방사선은 상기 하나 또는 다수의 반사 작용을 하는 층 또는 반사 작용을 하는 층 시퀀스를 통해서 재차 흡수체 층(135)으로 역 반사되고, 그곳에서 제 2 관통구 안에 흡수될 수 있다.
도 8a에는 레이저 광원에 대한 한 가지 추가 실시 예가 도시되어 있으며, 이 경우에 필터 소자(13)는 기판(2) 내부에 적어도 하나의 리세스(136)를 포함하고, 상기 리세스는 활성 구역(3)에 마주 놓인 상기 기판(2)의 하부 면에 배치되어 있다. 도 8a의 실시 예에 도시된 바와 같이, 상기 필터 소자(13)는 또한 기판(2) 내부에 상기와 같은 다수의 리세스(136)를 구비할 수도 있다. 이때 상기 하나 또는 다수의 리세스(136)는 도 8b 내지 도 8e에 도시된 바와 같이 반도체 층 시퀀스의 주 연장 방향에 대하여 수직인 방향으로, 다시 말해 수직 방향으로 채널 형태의 보어로서 형성될 수 있거나(도 8b) 또는 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 주 연장 평면에 있는 채널로서 그리고 그와 더불어 상기 수직 방향에 대하여 수직으로 직선 형태로, 기울어진 형태로 또는 꺾어진 형태로도 배치될 수 있다(도 8c, 도 8d 및 도 8e). 이때 상기 하나 또는 다수의 리세스(136)는 재료가 없거나(이 상황은 도면에 도시되어 있지 않음) 또는 본 실시 예에 도시된 것과 같이 흡수체 재료(132)로 적어도 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다. 흡수체 재료로서는 전술된 물질들 중에 한 가지 물질이 적합하다. 대안적으로 또는 추가로 상기 리세스(136)는 열 전도성이 우수한 재료로 적어도 부분적으로 또는 완전히 채워질 수도 있다. 본 경우에는 열 전도성이 우수할 뿐만 아니라 흡수력도 높은 갈바니 전기적으로 증착된 금이 특히 바람직하다.
상기 실시 예에서는 하나의 리세스(136) 또는 다수의 리세스(136)가 수직 방향으로 보조 방출 구역(6)과 중첩될 정도까지 상기 리세스들이 하부 면으로부터 기판(2) 내부로 돌출함으로써, 결과적으로 상기 구역에서는 기판(2) 내에 있는 코히어런트 전자기 방사선의 확장이 억제되거나 또는 심지어 저지될 수도 있다.
상기 리세스(136)는 예를 들어 소잉에 의해서, 포토 기술 및 건식 에칭 또는 습식 에칭 또는 다른 공지된 구조화 방식들에 의해서 제조될 수 있다. 도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 리세스(136)는 기판 내부에 주기적으로 그리고 규칙적으로 분포될 수 있다. 그 대안으로서, 도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 필터 소자(13)를 형성하는 상기 다수의 리세스(136)는 주기적인 구조물이 형성되지 않도록 기판 내부에 분포될 수도 있다. 그 이외에는 상기 도 8a 내지 도 8e에 대하여 언급된 내용이 상기 도 9a 내지 도 9d에 도시된 실시 예들에 대하여 적용된다.
도 8a 내지 도 9d에 도시된 리세스(136)의 대안으로서 또는 추가로 상기 필터 소자(13)는 또한 방사선 출력 면으로부터 송출 방향(11)을 따라서 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 후방 측면까지 연장되는 적어도 하나의 리세스를 구비할 수도 있다.
도 10의 실시 예에는 반도체 층 시퀀스(1)를 구비한 하나의 레이저 광원이 도시되어 있으며, 이 경우에는 리세스(136)가 기판(2)의 전체 주 연장 평면에 걸쳐 있음으로써, 결과적으로 기판(2)의 두께는 보조 방출 구역(6)이 제거될 정도로 감소하게 된다. 이와 같이 기판(2)을 부분적으로 제거하는 이외에 상기 기판(2)은 또한 완전히 또는 수 ㎛의 최소 잔류 두께까지 제거될 수도 있다.
도 11a 내지 도 11c에는 레이저 광원에 대한 추가의 실시 예들이 도시되어 있으며, 이때 필터 소자(13)는 기판(2) 내에 있는 리세스로서 구현되었으며, 이 경우 상기 리세스는 각각 경사부(137)로서 방사선 출력 면(4) 안에 형성되어 있다. 이때에는 보조 방출 구역(6)이 상기 경사부(137)의 적어도 한 부분에 의해서 형성됨으로써, 결과적으로 상기 보조 방출 구역(6)으로부터 방출되는 코히어런트 전자기 방사선(12)은 계속해서 주 방출(10)의 방출 방향으로부터 송출 방향(11)을 따라 편향되며, 그로 인해 원시야 내에는 더 이상 코히어런트 전자기 방사선(12)이 존재하지 않게 된다. 이때에는 도 11a에 도시된 바와 같이 히트 싱크(14)의 한 표면 구역(131) 또는 하나의 추가 흡수체 또는 하나의 다이오드 또는 포토 다이오드가 도 2a 내지 도 2c에 따른 실시 예들에서와 마찬가지로 상기 필터 소자(13)의 한 추가 부분을 형성할 수 있다. 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 층 시퀀스(1)는 히트 싱크(14) 및 캐리어(15) 너머까지도 연장될 수 있다.
상기 실시 예들에 도시된 바와 같은, 히트 싱크(14) 상에서 기판(2)과 반도체 층 시퀀스(1)를 조립하는 방식의 대안으로서 상기 반도체 층 시퀀스(1)는 또한 기판(2)과 함께 히트 싱크(14)로부터 방향을 돌려서 상기 히트 싱크(14) 상에 제공될 수도 있다. 상기 반도체 층 시퀀스가 전형적인 성장 순서, 다시 말해 기판(2) 상에서 제일 먼저 n-전도성 층이 성장된 후에 활성 구역(3)의 p-전도성 층이 성장되는 것과 같은 순서를 가지면, 이 경우는 소위 p-사이드-다운-조립 방식으로도 언급되는 한편, 각 도면들에는 p-사이드-업-조립 방식이 순전히 예로서만 도시되어 있다.
도면에 도시된 실시 예들 그리고 전반적인 부분에 기술된 필터 소자들이 서로 조합될 수도 있음으로써, 결과적으로 본 출원서에 따른 레이저 광원은 또한 전술된 그리고 도면에 도시된 필터 소자들의 한 가지 조합을 구비할 수도 있다.
본 발명은 실시 예를 참조하는 상세한 설명에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 상기 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 특히 상기 특징 그리고 특징 조합 자체가 특허 청구의 범위 또는 실시 예에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 각각의 특징 및 특징 조합은 특허 청구의 범위에 포함된 것으로 간주 된다.

Claims (15)

  1. 수직의 원시야 복사 프로파일(121)을 갖는 코히어런트 전자기 방사선(10)을 송출하기 위한 레이저 광원으로서,
    상기 레이저 광원이 기판(2) 상에 활성 구역(3)을 갖는, 코히어런트 전자기 방사선을 발생시키기 위한 반도체 층 시퀀스(1)를 구비하며, 이때 상기 코히어런트 전자기 방사선은 작동 중에 적어도 방사선 출력 면(4)의 주 방출 구역(5)으로부터 한 가지 송출 방향(11)으로 송출되고, 그리고 이때 상기 방사선 출력 면(4)은 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 한 측면에 의해서 형성되며, 그리고
    상기 레이저 광원이 작동 중에 발생 되는 코히어런트 전자기 방사선(12)을 수직의 원시야 복사 프로파일(12)에서 억제하는 필터 소자(13)를 더 구비하며, 이때 상기 코히어런트 전자기 방사선은 상기 주 방출 구역(5)에 대하여 수직으로 벗어난 그리고 공간적으로 분리된 상기 방사선 출력 면(4)의 보조 방출 구역(6)으로부터 송출되는,
    레이저 광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    히트 싱크(14)를 더 포함하며, 이때 상기 반도체 층 시퀀스(1) 및 필터 소자(13)가 각각 상기 히트 싱크(14) 상에 배치된,
    레이저 광원.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터 소자(13)가 주 방출 구역(5) 및 보조 방출 구역(6)에 대하여 수직으로 벗어나서 상기 방사선 출력 면(4)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되며, 이때 상기 필터 소자(13)는 특히 상기 송출 방향(11)에 대하여 평행한 주 연장 평면을 가질 수 있는,
    레이저 광원.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 싱크(14)가 하나의 단(141)을 구비하며, 그리고 상기 필터 소자(13)가 반도체 층 시퀀스(1) 쪽을 향하고 있는 상기 단(141)의 한 측면에 배치된,
    레이저 광원.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자(13)가 하나의 흡수체(132), 하나의 다이오드 및/또는 하나의 포토 다이오드(133)를 포함하는,
    레이저 광원.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자(13)가 상기 활성 구역(3)에 마주 놓인 상기 기판(2)의 한 하부 면에 적어도 하나의 리세스(136)를 포함하는,
    레이저 광원.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리세스(136)가 방사선 출력 면(4)으로부터 그리고/또는 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 상기 기판(2)의 한 후방 측면(16)으로부터 각각 간격을 두고 배치된,
    레이저 광원.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리세스(136)가 송출 방향(11)으로 나란히 배치된 다수의 리세스(136)를 포함하는,
    레이저 광원.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 리세스(136)가 방사선 출력 면(4)으로부터 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 상기 기판(2)의 한 후방 측면(16)까지 연장되는,
    레이저 광원.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 리세스(136)가 코히어런트 전자기 방사선을 흡수하는 재료(132) 및/또는 열 전도성 재료로 적어도 부분적으로 채워진,
    레이저 광원.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 리세스가 방사선 출력 면(4)에 기판(2)의 경사부(137)를 포함하며, 그리고 상기 보조 방출 구역(6)이 상기 경사부(137)의 적어도 한 부분에 의해서 형성된,
    레이저 광원.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자(13)가 주 방출 구역(5)과 기판(2) 사이에 적어도 하나의 흡수체 층을 포함하고, 상기 흡수체 층은 코히어런트 전자기 방사선을 흡수하는 반전도성 재료(135)를 구비하는,
    레이저 광원.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 흡수체 층과 기판(2) 사이에 반사 작용을 하는 하나의 층이 배치된,
    레이저 광원.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자(13)가 반도체 층 시퀀스(1)에 의해서 발생 되는 코히어런트 전자기 방사선을 위한 제 1 흡수체(132)를 방사선 출력 면(4) 상에 직접 구비하며, 그리고/또는 제 2 흡수체(134)를 상기 방사선 출력 면(4)에 마주 놓인 상기 반도체 층 시퀀스(1)의 한 후방 측면 상에 직접 구비하는,
    레이저 광원.
  15. 제 14 항에 있어서,
    주 방출 구역(5)으로부터 송출되는 전자기 방사선이 상기 주 방출 구역(5) 내에서는 상기 제 1 흡수체(132)의 흡수 작용을 자체 정렬 방식으로 감소시키며, 그리고/또는 상기 주 방출 구역(5)에 마주 놓인 한 구역 내에서는 상기 제 2 흡수체(134)의 흡수 작용을 자체 정렬 방식으로 감소시키는,
    레이저 광원.
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