Modified Thermal-divergence Model for a High-power Laser Diode

The design and control of thermal flow is important for the operation of high-power laser diodes (LDs). It is necessary to analyze and improve the thermal bottleneck near the active layer of an LD. As the error in prediction of the thermal resistance of an LD is large, typically due to the hyperbolic increase and saturation to linear increase of the thermal resistance as a function of thickness, it is helpful to use a simple, modified divergence model for the improvement and optimization of thermal resistance. The characteristics of LDs are described quite well, in that the values for simulated thermal resistance curves and the thermal cross section followed are almost the same as the values from the model function. Also, the thermal-cross-section curve obtained by differentiating the thermal resistance is good for identifying thermal bottlenecks intuitively, and is also fitted quite well by the model proposed for both a typical LD structure and an improved LD with thin capping and high thermal conductivity.

고출력 레이저 다이오드 광원의 열저항 개선을 위한 하부층 두께 의존성 수정 모델

고출력 레이저 다이오드 광원의 안정적 구동을 위한 방열 관리는 필수적이며, 발열부인 활성층 근처의 열흐름에 있어 병목이 심하므로 그 부분의 열저항을 분석하고 설계에 적용하여 개선하는 것이 매우 중요하다. 띠형 발열구조를 갖는 레이저 다이오드 광원은 열전달층 두께에 따라 열저항이 지수함수적으로 급격하게 증가하다가 점점 선형적으로 포화되므로 열저항을 분석함에 있어서 오차가 큰 어려움이 있으며, 보다 정확한 열저항 모델링이 필요하여 수정된 두께의존성 모델함수를 제안하고 그 정확성을 검증하였다. 또한, 전산모사로 얻어낸 열저항의 변화경향성을 미분하여 열전달-단면적의 변화를 구하여 열병목 부위가 직관적으로 파악되게 하였고, 제안하는 모델함수의 열전달-단면적 결과와도 비교하여 분석모델의 예측 정확성을 부연 확인하였다. 고열전도 보조층을 활용하여 열저항이 개선된 구조에 대하여도 그 열전달-단면적 변화경향과 열저항 개선효과를 높은 정확도로 분석한 결과를 소개한다.