[논문]양자점 레이저 다이오드의 식각 깊이에 따른 접합온도 측정

정정화; 한일기; 이정일

doi:10.5757/jkvs.2008.17.6.555

양자점 레이저 다이오드의 식각 깊이에 따른 접합온도 측정
Junction Temperature of Quantum Dot Laser Diodes Depending on the Mesa Depth 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.17 no.6, 2008년, pp.555 - 559

정정화 (한국과학기술연구원, 나노소자연구센터) , 한일기 (한국과학기술연구원, 나노소자연구센터) , 이정일 (한국과학기술연구원, 나노소자연구센터)

초록
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순방향 전압-온도 (forward voltage-temperature)법을 이용하여 양자점 레이저 다이오드의 접합온도를 측정하였다. 식각 깊이가 깊은 mesa 구조의 경우 입력전류에 대한 접합온도의 증가율은 0.05 K/mA인 반면, 식각 깊이가 낮은 mesa 구조의 경우 0.07 K/mA로서 상대적으로 높게 측정되었다. 깊은 mesa 구조에서의 상대적으로 낮은 접합온도 증가율은 mesa 측면 방향으로의 열확산 효과 때문인 것으로 설명된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Junction temperature of quantum dot laser diodes is investigated by utilizing forward voltage-temperature method. In the case of ridge type laser diodes with deep mesa the increasing rate of junction temperature to current is about 0.05 K/mA, while in the case of shallow mesa the increasing rate is about 0.07 K/mA. It is explained that the relatively low increasing rate in the deep mesa results from the heat expansion to the lateral direction of mesa.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 순방향 전압-온도법을 이용하여 양자점을 활성층으로 하는 레이저 다이오드의 접합온도 측정에 관한 결과를 설명한다. 식각 깊이가 깊은 mesa 구조를 가진 ridge 형 레이저 다이오드의 경우 입력 전류에 대한 접합온도의 증가율이 0.

제안 방법

Mesa 깊이가 0.6 ㎛와 2.0 ㎛인 ridge 형 GaAs/InAs 양자점 레이저 다이오드를 제작하고 순방향 전압-온도법에 의하여 접합온도를 측정하였다. Mesa 깊이가 0.
통상의 반도체 레이저 다이오드와 동일한 공정을 이용하여 양자점 레이저 다이오드를 제작하였다. 먼저 p⁺-GaAs를 식각한 후 클래딩층인 p-Al_0.3Ga_0.7As를 식각하여 mesa 구조를 만들었다. 이때 mesa의 폭은 5 ㎛가 되도록 하였다.
0 ㎛인 것 (deep mesa) 두 종류로 하였다. 이후 절연막으로 SiNx를 약 0.3 ㎛ 증착하고 리소그래피 공정을 통하여 식각되지 않은 p⁺-GaAs 층 위에 있는 절연막을 노출시키고 노출된 SiN_x 절연막을 제거하여 p⁺-GaAs층이 노출되도록 하였다. 노출된 p⁺-GaAs 층 위에 Ti/Pt/Au 금속을 각각 30 nm/30 nm/300 nm의 두께로 증착한 후 425 ℃에서 1분간의 열처리를 통하여 p-오믹을 형성하였다.
통상의 반도체 레이저 다이오드와 동일한 공정을 이용하여 양자점 레이저 다이오드를 제작하였다. 먼저 p⁺-GaAs를 식각한 후 클래딩층인 p-Al_0.

이론/모형

제작된 양자점 레이저 다이오드의 접합온도를 측정하기 위하여 순방향 전압-온도법을 이용하였다. 순방향 전압-온도법이란 순방향으로 인가된 다이오드의 전류-전압 특성에서 다이오드의 온도가 증가하면 전압이 낮아지는 특성을 이용하는 것이다.

성능/효과

Mesa 깊이가 깊은 경우에 상대적으로 낮은 접합 온도 증가는 mesa 측면으로의 열 확산 때문인 것으로 이해할 수 있었다. 제작된 양자점 레이저 다이오드의 광-전류 특성 측정 결과 mesa 깊이가 2.0 ㎛인 경우에 문턱전류가 낮아졌고, 광출력이 상대적으로 증가하였다. 이와 같은 결과는 mesa 측면으로의 열 확산에 의한 접합온도 감소 때문인 것으로 설명되었다.

후속연구

식 (2)는 레이저 다이오드에 전류를 연속 (continuous wave: CW)으로 인가하면 그 연속전류에 의한 접합온도 (T_j)가 증가 할 것인데 그 증가가 순방향 전압 V_f의 값으로 나타남을 의미한다. 따라서 연속으로 동작된 레이저 다이오드의 순방향 전압을 측정하면 그 인가된 전류에 대한 접합온도가 측정될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순방향 전압-온도법은 어떤 장점이 있는가?	레이저 다이오드의 접합온도 측정법으로 마이크로-라만분광법[1], 문턱전압법 [2], 열저항법 [3], electroluminescence 법 [4], photoluminescence 법 [5] 등이 알려져 왔지만 접합온도의 증가에 따른 발진파장이동법 [6]이 가장 보편적으로 이용되어 왔다. 최근에는 측정법이 간단하고 빠르다는 장점 때문에 LED에서 사용되어 오던 순방향 전압-온도법 (forward voltage-temperature)이 레이저 다이오드의 접합온도 측정에도 이용되고 있다 [7-9].
	순방향 전압-온도법은 어떤 특성을 이용하여 양자점 레이저 다이오드의 접합온도를 측정하는가?	제작된 양자점 레이저 다이오드의 접합온도를 측정하기 위하여 순방향 전압-온도법을 이용하였다. 순방향 전압-온도법이란 순방향으로 인가된 다이오드의 전류-전압 특성에서 다이오드의 온도가 증가하면 전압이 낮아지는 특성을 이용하는 것이다. Fig.
	양자점 에피구조는 어떤 방법으로 성장되었는가?	1은 실험에 사용된 양자점 에피구조의 개략도를 나타낸 것이다 [12]. 에피구조는 독일 Innolume 사로부터 구입한 것으로서 molecular beam epitaxy법으로 2인치 n+-GaAs 기판위에 성장되었다. 기판 위에 두께 500 nm의 n+-GaAs 버퍼층, 두께 1.

참고문헌 (14)

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