고출력 GaN 레이저 다이오드의 열특성 분석

Abstract

405 nm의 발진 스펙트럼을 가지는 GaN 계 레이저 다이오드의 열특성을 내부 온도에 따른 전압 변화를 이용하여 분석하였다. 접합온도와 열저항을 구하기 위해, 연속전류(CW) 동작시 전압차이를 측정하였다. GaN 계 레이저 다이오드 내의 활성층은 전류가 증가할수록 열의 발생이 증가하였고, 이것은 접합온도의 증가로 이어졌다. 레이저 다이오드 내부의 전류가 100 mA 내외일 때 발생하는 열은 1015 ~ 1016 W/m3로 계산되었다. 온도상승에 따른 전압변화를 이용해 측정한 열저항은 30 ~ 50 K/W 범위로 나타났다. 1x10-5 ~ 1x102 sec 범위의 펄스폭을 조절하면서 측정한 결과, 과도열특성은 3 ~ 4 단계의 열저항으로 관찰되었다. 관찰된 단계은 패키지 된 레이저 다이오드의 부분별 열저항으로 예상되며, 이는 다이오드 칩, 솔더, 서브마운트, 히트 싱크, 스템등으로 구분이 가능할 것으로 보인다. 레이저 다이오드를 junction-up 과 junction-down 의 조립 형태에 따라 열저항을 측정하고 유한요소해석법으로 분석하였다. Junction-down 으로 조립된 레이저 다이오드 패키지가 junction-up으로 된 조립 구조보다 증가하는 전류에 대해 열저항이 낮은 것으로 측정되었으며, 측정과 계산이 비슷한 경향으로 나타났다.