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반도체 레이저는 다이오드의 일종으로 양단에 전압을 인가하면 정션(접합; junction)에서 결맞는(coherent) 레이저 빛이 나오는 다이오드를 반도체 레이저 다이오드라 한다.
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레이저 다이오드(Laser Diode)란 무엇인가? – 네이버 블로그
레이저 다이오드는, 발광 다이오드(LED)와 유사한 반도체장치이다. p-n 접합을 사용하여, 모든파동이 동일한 주파수및 위상에 있는 코히렌트 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 12/16/2021
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레이저 다이오드(반도체 레이저) – ①레이저 다이오드의 특징
레이저 다이오드 (Laser Diode)의 LASER는 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (유도 방출에 의한 빛의 증폭)”의 이니셜을 조합한 …
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Date Published: 1/12/2021
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고출력 반도체 레이저의 재료 가공의 응용(Application of High …
반도체 레이저는 콤팩트하고 에너지 변환효율이 높고, 출력의 정밀 제어가 간편하여, 로봇 등에 탑재가 쉬운 차세대의 고기능 레이저이다. 지속적인 연구로 더욱 높은 출력 …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 5/24/2021
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레이저 다이오드
Laser Diode(LD) : -반도체 내에서 전자의 광학천이에 의한 광자의 유도방출을 이용한. 광파의 발진기 및 증폭기를 총칭. – 순방향 바이어스 하에서 사용되는 전형적인 …
Source: contents.kocw.net
Date Published: 2/8/2022
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반도체 레이저 – TTA정보통신용어사전
접합으로 캐리어를 주입하여 여기하는 반도체 레이저를 접합 레이저 또는 주입 레이저라고 하는데, 이 다이오드라는 의미에서 레이저 다이오드라고 한다. 빛 또는 전자 빔 …
Source: terms.tta.or.kr
Date Published: 3/26/2022
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반도체 제조용 레이저 | Coherent
반도체 제조 · 최고 해상도 다양한 단파장 레이저를 사용하여 최고 해상도로 작업합니다. · 향상된 감도 더 높은 출력과 더 짧은 레이저 파장으로 결함 감지 감도를 높이고 …
Source: www.coherent.com
Date Published: 6/2/2022
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KR101258167B1 – 반도체 레이저 구동 방법 및 장치, 그리고 …
반도체 레이저는 오랜 대기 시간없이 고출력 레이저 빔이 안정하게 획득되도록 구동된다. 복수의 반도체 레이저의 광출력은 광검출기에 의해 검출된다.
Source: patents.google.com
Date Published: 10/1/2022
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반도체 레이저
반도체 레이저는 다이오드의 일종으로 양단에 전압을 인가하면 정션(접합; junction)에서 결맞는(coherent) 레이저 빛이 나오는 다이오드를 반도체 레이저 다이오드라 한다.
다이오드 레이저는 광학 디스크 드라이브, 레이저 프린터, 레이저 포인터 등에 사용된다.
일반적인 반도체 레이저는 PN 접합 사이에 활성층이 삽입되어 있는 구조로 되어 있고, 활성층의 종류에 따라 threshold전류가 달라진다.
반도체 레이저는 더블헤테로 레이저, 양자우물 레이저, 스트레인 양자우물 레이저, 양자점레이저의 순서로 연구, 개발, 생산되어 왔다.
레이저 다이오드(Laser Diode)란 무엇인가?
레이저 다이오드란 무엇인가?
레이저 다이오드는, 발광 다이오드(LED)와 유사한 반도체장치이다. p-n 접합을 사용하여, 모든파동이 동일한 주파수및 위상에 있는 코히렌트광[ coherent light: 위상차가 일정해서 간섭을 일으킬수있는 빛 ] 을 방출한다. 이 코히어런트 광은, LASER로 약칭되는 “복사 유도방출에 의한 광증폭”이라고 불리는 공정을 사용하여,레이저 다이오드에 의해 생성된다. 그리고 p-n접합이 레이저 광을 생성하는 데 사용되므로, 이 장치는 레이저 다이오드라고한다. 레이저 다이오드의 작동과정에 대해 자세히 배우기전에 레이저광선이 다른유형의 빛과 어떻게 다른지, 그 장점을 살펴보면,
햇빛또는 대부분의 인공광원에서 나오는 빛에는,여러 파장의 파(waves)들이 포함되어 있으며, 서로 위상이 다르다. 백열전구와 같은 단색광원의 광파도 서로 위상이 다르다. 이전의 광원과 달리, 레이저 다이오드는 모든 광선이 유사한 파장을 가지며, 피크가 일렬로 정렬된 상태로 함께 이동하는, 좁은 레이저 빔을 생성한다.
이것은 레이저 빔이 매우밝고,매우 작은지점에 초점을 맞출수있는 이유이다. 레이저 광을 생성하는 모든장치중에서 레이저 다이오드 또는 반도체레이저가 가장 효율적이며 더작은 패키지로 제공된다. 레이저 프린터, 바코드 리더, 보안 시스템, 자율주행차의(LIDAR), 광섬유 통신등과 같은 다양한 장치에 널리 사용된다.
어떻게 레이저 다이오드는 동작하나?
레이저 다이오드의 작동은 세가지 주요단계로 수행된다:
1. 에너지 흡수(Energy Absorption)
레이저 다이오드는,정공과 전자가 존재하는 p-n접합으로 구성된다.( 여기서,홀은 전자가 없음을 의미). p-n접합에 특정전압이 가해지면,전자는 에너지를 흡수하여,더높은 에너지 수준으로 전환한다. 홀은 여기된 전자의 원래위치에 형성된다. 전자는 “재조합 시간”또는 “상부수명”으로 불리는 매우 짧은 시간동안 정공과 재결합하지 않고, 이 여기상태로 유지된다. 재결합 시간은, 대부분의 레이저 다이오드에서 대략 나노초(nanosecond)이다.
2. 자발 방출(Spontaneous Emission)
여기(勵起)된 전자의 상부수명후에, 이들은 정공과 재결합한다. 전자가 더 높은 에너지 레벨에서 더 낮은 에너지 레벨로 떨어지면, 에너지의 차이는 광자또는 전자기 방사선으로 변환된다. 이 같은과정은 LED에서 빛을 생성하는데 사용된다. 방출된 광자의 에너지는양쪽의 에너지 레벨의 차이에 의해 주어진다.
3. 유도 방출(Stimulated Emission) 우리는 자발적 방출과정을 통해서 방출된것보다 레이저 다이오드로부터 더 일관된 광자가 필요하다. 자발적 방출에서 방출된 광자가 농도가 임계값에 도달할때까지 p-n접합에 포획되도록 부분 반사거울이 다이오드의 양쪽에 사용된다. 이 포획된 광자는, 여기된 전자가 자극시간전에도 정공과 재결합하도록 자극한다. 이결과 초 광자와 정확한 위상에 있는 더많은 광자가 방출되어 출력이 증폭된다. 일단 광자농도가 임계값을 초과하면, 부분적으로 반사되는 거울로부터 빠져나와, 밝은 단색 응집성 빛을 생성한다.
레이저 다이오드의 구조
간단한 반도체 레이저 다이오드는 다음과 같은 순서로 구성된다:
· 금속 접촉
· P-형 재료
· 활성/내재영역 (N-형 재료) · N-형 재료
· 금속 접촉
입력단자는 n-형및 p-형층에 샌드위치된 금속판에 연결된다. 이 유형의 레이저 다이오드는 “동종접합 레이저 다이오드”라고도 한다. p-형재료와 n-형재료사이의 고유영역은 활성영역의 부피를 증가시키기위해 사용되어, 합류점에 더많은 정공과 전자가 축적될수있다. 이를 통해,더 많은 전자가 정공과 재결합하여 출력전력을 향상시킬수있다. 레이저 광은 타원형 영역에서 방출된다. 레이저 다이오드로부터의 이 빔은 광학렌즈를 사용하여 더 집중될수있다. 이 전체의 PIN다이오드(P-형,내장형, N-형)배열은 일반적으로 금속케이스 안에 들어있다. 레이저 다이오드의 유형
1) 이중 이종구조 레이저 다이오드 이러한 유형의 레이저 다이오드에서, 상이한 재료의 추가 가둠층이 2개의 p-형재료와 n-형재료사이에 끼워져있다. 서로 다른 물질들 사이의 접합점을 이종구조라고 한다. 두가지의 이종구조가 존재하기 때문에, 이 유형의 레이저 다이오드는 이중 이종구조(DH)레이저 다이오드라고 한다. 이 DH레이저 다이오드의 장점은 활성영역이 더얇은 광학증폭을 제공하는 얇은층에 국한된다는 것이다. 2) 양자 우물구조 레이저 다이오드 양자 우물 레이저 다이오드는 매우얇은 중간층을 가지며,이는 양자우물로 작용한다. 전자는 더높은 에너지 레벨에서 더 낮은 에너지 레벨로 전환할때,양자 에너지레벨을 사용할수있다. 이것은 이유형의 레이저 다이오드에 더나은 효율성을 제공한다. 3) 개별 구속 이종구조 레이저 다이오드 양자우물 레이저다이오드의 얇은 중간층은 방출된 빛을 효과적으로 제한하기에 매우작다. 이를 보상하기 위해,별도의 한정 이종구조레이저 다이오드에서, 또 다른 2개의 층이 3개의 초기층위에 추가된다. 이들 층은 더낮은 굴절률을 가지며, 방출된 광을 효과적으로 제한하는데 도움이 된다. 4) 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드(VCSEL) 이전에 논의된 모든 레이저 다이오드,광학공동은 전류흐름에 수직으로 배치된다. 그러나, 수직공동 표면방출 레이저 다이오드에서, 광공동은 전류 흐름축을 따른다. 부분적으로 반사되는 거울은 광학공동의 단부근처에 배치된다. 5) 기타
· 양자 종속 레이저 다이오드
· 중간대 종속 레이저 다이오드
· 분산 브래그 반사판 레이저 다이오드
· 분산 피드백 레이저 다이오드
· 외부 캐비티 레이저 다이오드
· 수직 외부 캐비티 표면 방출 레이저 다이오드(VCSEL)
레이저 다이오드 P-I 특성
아래 다이어그램은 y축의 출력 광출력과 x축의 레이저 다이오드에 입력되는 전류간의 그래픽 플롯이다.
레이저 다이오드로의 전류흐름이 증가함에 따라, 출력광의 광학출력이 특정 임계값까지 점차 증가한다. 이시점까지,방출되는 대부분의 빛은 자발적인 방출로 인한것이다. 이 임계전 이상에서는, 자극방출과정이 증가한다. 이것은 입력전류의 작은증가에도 출력 광의 전력을 크게 증가시킨다. 출력 광출력도 온도에 따라 달라지며, 온도가 감소하면 감소한다.
어떻게 레이저 다이오드 드라이버를 만들까?
레이저 다이오드는 출력 광전력,온도,전압및 입력전류를 측정하여 피드백루프와 관련된 복잡한 드라이브회로를 필요로 한다. 그러나 높은 정확도가 필요하지않은 응용분야에서 사용되는 레이저 다이오드를 제어하기위해,LM317 전압조정기IC를 사용하여 간단한 레이저 다이오드 드라이버 회로를 구성할수있다. 아래는 다이어그램이다.
LM317은,정전류 소스로 작동하도록 구성되어 있다. 출력전류는 LM317(Pin2 및 Pin1)의 Vout과 Vadj사이저항값에 따라다르다. 따라서 100R전위차계를 조정하면, 레이저 다이오드로 흐르는 출력전류가 변경된다. 10R저항은 100R전위차계 값이 0일때 큰전류가 흐르는 것을 방지하는데 사용된다. 47uF 커패시터는 배터리 전압 스파이크를 흡수하는데 사용된다. 레이저 다이오드의 응용 레이저 다이오드 모듈은 전자제품의 모든 주요영역에서 사용된다. * 가전 : CD/DVD 플레이어, 레이저 프린터, 광섬유 통신, 바코드 리더등
* 의료 기기 : 원치않는 조직을 제거하고, 암세포, 비침습적및 백내장 수술등을 제거하는데 사용되는 기기
레이저 다이오드(반도체 레이저)
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.
https://electriceng.tistory.com/334
https://electriceng.tistory.com/335
[보고서]고출력 반도체 레이저의 재료 가공의 응용(Application of High Power Direct Diode Lasers to Materials Processing
초록
□ 반도체 레이저는 레이저 다이오드(LD; Laser Diode), 또는 인젝션 레이저(Injection Laser)라고도 불리며, 정보통신의 발광용 소자로 사용되어 왔다. GaAlAs 결정의 통신용 파장이 750~880nm 범위이고, 810nm 근처가 보통이다. LD에는 마주 보는 2개의 거울 사이에서 공진이 일어나는 Fabry-Perot type과, Bragg 반사기가 많이 들어 있는 DFB LD 타입으로 나뉜다. 출력이 보통 5~100mW 정도이고, 안정된 파장이나 위상의 특성이 중시되는 LD는 고출력용은 아니었다.
□ 최근에 레이저 다이오드를 직선으로 20~70개 연결한 다이오드 바가 개발되고, 이들을 6~36개 다시 상하로 쌓은 다이오드 스택이 나왔다. 집광 효율상 1kW 정도로 한 여러 다이오드 스택에서 나온 레이저를 파장합성이나 편광합성을 사용하여, 동일 광축으로 중첩되도록 거울로 합성하여 한 가닥의 빔으로 만든 후, 광섬유로 전송하여 초점렌즈로 집광하여 최대 6kW까지 고출력화 하는 기술이 개발되고 있다.
□ 강철에 대한 흡수율이 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저는 약 13%이고, 1.06㎛ 파장의 Nd:YAG 레이저는 약 35%이며, 810nm 파장의 반도체 레이저는 약 50%이므로 반도체 레이저는 강철 가공 시 강점이 있다. 알루미늄에 대한 흡수율은 반도체 레이저가 15%로 재래의 레이저와 비교가 안 될 정도로 높다. 따라서 최근 4kW 이상의 High Power Direct Diode Laser가 두께 2.5mm 이상의 후판(厚板) 알루미늄 열원으로 인기가 높다.
□ 빔의 가이드가 없는 다이렉트 반도체 레이저는 빔의 크기가 길고 좁은 타원형이어서, 장축이 용접방향이 되면 본래 중간 정도의 에너지밀도에서 장점이 있는 반도체 레이저가 더욱 균일한 에너지 분포를 가져 얼룩점이 없는 깨끗한 용접 빔이 되어 강철 및 알루미늄의 박판 용접, 클래딩, 플라스틱의 접합, 납땜, 포밍, 표면 열처리 등에 적합하다.
□ 반도체 레이저는 콤팩트하고 에너지 변환효율이 높고, 출력의 정밀 제어가 간편하여, 로봇 등에 탑재가 쉬운 차세대의 고기능 레이저이다. 지속적인 연구로 더욱 높은 출력, 고에너지밀도의 응용이 기대된다.
TTA정보통신용어사전
반도체를 능동 매질 로 사용한 레이저. 접합으로 캐리어를 주입하여 여기하는 반도체 레이저를 접합 레이저 또는 주입 레이저라고 하는데, 이 다이오드라는 의미에서 레이저 다이오드 라고 한다. 빛 또는 전자 빔으로 인하여 캐리어를 발생시키는 반도체 레이저를 각각 광여기 반도체 레이저, 전자 빔 여기 반도체 레이저라고 한다. 반도체 내의 포논(phonon)에 의한 라만(Raman) 산란, 브리유앵(Brillouin) 산란 광 을 발진시키는 반도체 레이저를 각각 반도체 라만 레이저 , 반도체 브리유앵 레이저라고 한다. 사용하는 재료에 따라 AlGaAs 반도체 레이저, InGaAsP 반도체 레이저, PbSnTe 반도체 레이저 등으로도 불린다.
반도체 제조용 레이저
OBIS LS/LX
OBIS LS/LX는 원래의 소형 스마트 레이저이며, UV에서 근적외선에 이르는 30개 이상의 파장과 광파이버 전달 옵션으로 플러그 앤 플레이 단순성을 제공합니다.
KR101258167B1 – 반도체 레이저 구동 방법 및 장치, 그리고 반도체 레이저의구동 전류 패턴 도출 방법 및 장치 – Google Patents
B — PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
B41 — PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
B41J — TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
B41J2/00 — Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
B41J2/435 — Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
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