KR102213717B1

KR102213717B1 - 다수의 vcsel들을 포함하는 광원들의 어레이

Info

Publication number: KR102213717B1
Application number: KR1020197024362A
Authority: KR
Inventors: 롭 엥겔렌; 니콜라 베티나 페퍼; 아르옌 반 데르 지데
Original assignee: 루미리즈 홀딩 비.브이.
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2021-02-09
Also published as: JP6695007B2; US20200014174A1; EP3586412A1; CN110301076B; JP2020508571A; TW201841444A; EP3586412B1; WO2018153744A1; KR20190104418A; TWI742245B; US10673208B2; CN110301076A

Abstract

본 발명은 기판(3)의 상부 상에 서로 측방향으로 배열된 다수의 VCSEL들(2)을 포함하는 광원들의 어레이(1)를 설명하고, 각각의 VCSEL(2)은 광을 방출하지 않는 전극 구조(22)에 의해 둘러싸인 발광 영역(21)을 포함하고, 차폐 층(4)이 VECSEL들(2)의 평균 발광 방향(5) 쪽으로 향하는 전극 구조(22)의 표면(22s)을 단지 덮는 적어도 전극 구조(22)의 상부 상에 도포되고, 차폐 층(4)은 불투명 층이고 오프로 스위치된 상태의 어레이(10)를 광원들의 어레이(1)가 설치되는, 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키도록 적응된다. 본 발명은 이러한 어레이(1)를 포함하는 디바이스(10) 및 광원들의 어레이(1)를 제조하는 방법(100)을 추가로 설명한다.

Description

다수의 VCSEL들을 포함하는 광원들의 어레이

본 발명은 광원들의 어레이, 이러한 어레이를 포함하는 디바이스 및 광원들의 어레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

분리하여 패키지된 적외선(IR) 및 가시 광 방출기들이 사진, 스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 분석, 3D 감지 및 통신을 포함하는 다양한 응용들에서 사용되어 왔다. IR 방출기들, 광학계들, 또는 패키지의 레이아웃, 재료, 또는 설계는 디바이스 내에 설치될 때 이 보유 디바이스의 전반적인 외관에 영향을 줄 수 있다.

소비자 응용들에서 특히 관심이 될 수 있는 이들 소자를 보유하고 있는 디바이스들의 전반적인 광학적 외관에 지장을 주지 않은 환경으로부터 가시적일 수 있는, 디바이스 소자들, 특히 IR 방출기 모듈들을 획득하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 디바이스 소자, 특히 IR 방출기 모듈에 이 소자를 보유하고 있는 디바이스의 전반적인 광학적 외관과의 광학적 매치를 제공하는 것이다. 다수의 수직 캐비티 표면 방출 레이저들, 소위 VCSEL들을 포함하는 광원들의 어레이는 IR 방출기 모듈이다. VCSEL 어레이를 위한 간단한 설계는 VCSEL 외관이 보유 디바이스의 보다 균일한 외관을 제공하기 위해 색 변화들을 허용하면 개선될 수 있다.

본 발명은 독립 청구항들에 의해 정의된다. 종속 청구항들은 유리한 실시예들을 정의한다.

제1 양태에 따르면 광원들의 어레이가 제공된다. 광원들의 어레이는 기판의 상부 상에 서로 측방향으로 배열된 다수의 VCSEL들을 포함하고, 각각의 VCSEL은 광을 방출하지 않는 전극 구조에 의해 둘러싸인 발광 영역을 포함하고, 차폐 층이 VCSEL들의 평균 발광 방향 쪽으로 향하는 적어도 전극 구조의 표면을 덮는 적어도 전극 구조의 상부 상에 도포되고, 차폐 층은 광이 방출되지 않는, 오프로 스위치된 상태의 어레이를 요구된 외관에 광학적으로 매치시키도록 적응된다. 여기서 "상부 상에 도포된다"는 용어는 다른 층 또는 소자의 상부 상의 층의 직접적인 코팅은 물론 추가의 재료 층들이 그 사이에 배열될 수 있는, 다른 층 또는 소자 위에 도포된 코팅을 의미한다. 한 실시예에서 차폐 층은 오프로 스위치된 상태의 어레이를 광원들의 어레이가 설치되는, 디바이스의 하우징의 외부 표면에 광학적으로 매치시키도록 적응된다.

수직-캐비티 표면-방출 레이저 또는 VCSEL은 웨이퍼로부터 개개의 칩을 쪼갬으로써 형성된 표면들로부터 방출하는 종래의 에지-방출 반도체 레이저들(또한 평면 내 레이저들)과 대조적으로, 상부 표면으로부터 수직인 레이저 빔 방출을 갖는 반도체 레이저 다이오드의 유형이다. VCSEL의 레이저 공진기는 그 사이에 레이저 광 발생을 위한 하나 이상의 양자 우물로 구성된 활성 영역을 갖는 웨이퍼 표면에 평행한 2개의 브랙 반사형(DBR) 미러들로 구성된다. 650㎚ 내지 1400㎚의 파장들을 위한 VCSEL들은 전형적으로 GaAs 및 알루미늄 갈륨 비소로부터 형성된 DBR들을 갖는 갈륨 비소 웨이퍼들에 기초한다. 1400㎚ 내지 2000㎚의 더 긴 파장 디바이스들은 적어도 인듐 인화물로 만들어진 활성 영역인 것으로 입증되었다. 발광 영역은 DBR 미러들의 방출 표면의 중심 내에 전형적으로 배열되고, 여기서 상부 전극이 전형적으로 금으로 만들어진 DBR 미러의 상부 상에 금속 층으로서 배열된다. VCSEL은 DBR 미러들에 수직인 평균 발광 방향으로 광을 방출하고, 여기서 발광 영역은 전극 재료의 외관에 의해 지배된 광학적 외관에 이르게 하는 주위 전극 구조의 표면에 비해 작다. 발광 영역과 전극 구조 간의 비는 50% 훨씬 아래, 예를 들어, 20 - 30%이다. 그러므로, VCSEL 어레이들은 전형적으로 디바이스 하우징들의 일반적 외관에 매치하지 않는 금빛 외관을 갖는다. 전극 구조들과 대조적으로 VCSEL들의 발광 영역들은 오프로 스위치될 때 어두운 색 외관을 갖는다.

도포된 차폐 층은 광이 전극 구조로부터 반사되는 것을 방지하기 위해 적어도 전극 구조를 덮거나 원하는 광학적 외관을 제공하기 위해 전극 구조로부터 반사되는 광을 수정한다. 궁극적으로 차폐 층은 광원들의 어레이의 모든 비발광 영역들을 덮는다. 그러므로 차폐 층은 적어도 광의 파장 스펙트럼의 가시 범위에 대해 불투명한(opaque) 또는 반투명한(semi-transparent) 비투명층(non-transparent layer)이다. 차폐 층은 예를 들어, 백색, 흑색 또는 착색된 외관을 갖는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 한 예로서, 차폐 층은 은 층, 크롬 층, 인광체 입자들을 포함하는 층 또는 잉크 층일 수 있고, 여기서 특정한 인광체 입자들 또는 잉크들은 원하는 외관에 따라 선택된다. 전극 구조는 광을 활성적으로 방출하지 않는다. 전극 구조는 단지 환경으로부터 광을 흡수 또는 반사한다.

측방향으로 배열된 VCSEL들은 VCSEL들의 측방향 어레이를 제공하고, 여기서 VCSEL들은 서로 나란히 배열된다. 용어 "측방향"은 VCSEL들의 발광 영역들에 평행한 VCSEL들의 배열의 연장을 의미한다.

광원들의 어레이는 전극 구조의 모든 가시 표면들이 차폐 층에 의해 코팅되도록 구성될 수 있다. 이 경우에 어레이의 전반적인 외관은 어레이의 임의의 덮히지 않는 부분의 영향 없이 적응될 수 있다. 용어 "가시적"은 환경으로의 광원들의 어레이의 전반적인 광학적 외관에 기여하는 모든 표면들을 의미한다.

광원들의 어레이는 광원들의 어레이가 이웃하는 VCSEL들 간의 비활성 영역들을 포함하도록 구성될 수 있고, 여기서 차폐 층은 또한 비활성 영역들을 덮는다. 비활성 영역들은 기판의 상부 상에 배열된 VCSEL들에 의해 덮히지 않은 기판의 부분들일 수 있다. 비활성 영역들을 덮는 차폐 층은 어레이의 전반적인 광학적 외관에의 기판의 어떤 영향을 방지한다.

광원들의 어레이는 비활성 영역들이 이웃하는 VCSEL들 간의 체적들을 정하도록 구성될 수 있고, 여기서 적어도 체적들은 차폐 층으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들 간의 매끄러운 표면을 제공하기 위해 필러 재료로 적합하게 채워진다. VCSEL들의 배열은 어레이의 전반적인 외관을 매치시키기 위하여 광원들의 어레이의 외부 표면의 광학적 특성들에 영향을 주기 위해 균질한 코팅으로 코팅되기가 어려운 구조화된 비평탄 표면을 제공한다. 체적들(갭들)을 채울 때 매끄럽고 평탄한 표면이 발광 영역들 사이에 제공될 수 있어서 그 표면이 보다 쉽게 차폐 층으로 코팅될 수 있고 이 차폐 층의 균질성이 개선된다. 평탄한(매끄러운) 표면은 채워진 체적들이 없는 대응하는 표면에 비해 표면의 최고 점과 최저 점 간의 상당히 더 낮은 높이 차이를 갖는 표면을 의미한다. 상당히 더 낮다는 것은 적어도 10배 더 낮은 것을 의미한다.

광원들의 어레이는 필러 재료가 기판 위의 이웃하는 VCSEL들의 전극 구조들의 최고 거리까지 적어도 하나의 체적을 다 채우도록 구성될 수 있다. 이것은 특히 균질한 광학적 특성들 및 코팅된 표면에의 양호한 접착을 제공하는 차폐 층으로 쉽게 코팅될 수 있는 VCSEL들의 발광 영역 외부에 평탄한 표면을 제공한다.

광원들의 어레이는 필러 재료가 포토레지스트 재료이도록 구성될 수 있다. 포토레지스트 재료는 VCSEL들의 발광 영역들을 덮기 위해 쉽게 도포되고 구조화될 수 있다. 포토레지스트 재료의 사용은 요구된 마스크들이 없는 필러 재료에 대한 코팅 공정이 VCSEL들의 발광 영역들을 차폐할 수 있게 한다. 코팅 후에 채워진 재료는 적합한 레이저 처리에 의해 비발광 영역들에서 안정화될 수 있다. 레이저 처리되지 않은 포토레지스트 재료는 예를 들어, 적합한 세척 공정에 의해 간단히 제거될 수 있다.

광원들의 어레이는 차폐 층이 전극 구조의 재료의 대응하는 흡수 또는 반사 스펙트럼과 상이한 가시 파장 범위 내의 흡수 또는 반사 스펙트럼을 갖도록 구성될 수 있다. 비코팅된 전극 구조들의 전반적인 외관을 수정하기 위해, 이들 구조는 결과적인 층 스택의 광학적 특성들을 수정하는 재료로 코팅되어야 한다. 그러므로 차폐 층의 광학적 특성들은 전극 구조의 재료가 금일 수 있는 전극 구조의 광학적 특성들에 비해 상이하여야 한다. 한 예로서, 본 발명의 일부는 아니지만, 차폐 층이 비투명일 수 있어서, 전극 구조의 색은 가시적이지 않다. 차폐 층이 반투명이면 전극 구조는 부분적으로 가시적이다. 이 경우에 차폐 층의 광학적 외관은 전극의 스펙트럴 흡수에 대응하도록 적응된다. (청색 광을 흡수하는) 금으로 만들어진 전극 구조들에 대해, 녹색 및 적색 흡수를 갖는 차폐 층은 전극 구조 및 차폐 층의 전반적인 광학적 외관이 백색 또는 회색으로 되게 할 것이다. 이러한 외관들을 제공하는 층 재료들은 공지되어 있다.

한 예로서, 본 발명의 일부는 아니지만, 광원들의 어레이는, 차폐 층의 두께가 적어도 가시 광에 대해 반투명하도록 그리고 차폐 층 아래의 전극 구조와 조합하여 디바이스의 하우징의 외부 표면에 매치하는 광학적 외관을 제공하도록 적응되게 구성될 수 있다. 전극 구조의 재료 및 차폐 층의 재료에 따라, 두께는 결과적인 어레이의 광학적 외관을 구조화된 비코팅된 전극의 외관에 가까운 외관으로부터 아래의 전극 재료에 관계없이 차폐 층 자체로의 외관으로 시프트하도록 적응될 수 있다.

제2 양태에 따르면 위에 설명된 임의의 실시예에 따른 광원들의 적어도 하나의 어레이를 포함하는 디바이스가 제공된다. 디바이스는 외부 표면을 갖는 하우징을 추가로 포함하고, 차폐 층은 오프로 스위치된 상태의 어레이를 외부 표면에 광학적으로 매치시킨다. 이러한 디바이스는 전반적인 균질한 광학적 외관을 제공한다. 용어 "디바이스"는 환경에의 소정의 외관(예를 들어, 흑색, 백색, 특별 착색 또는 미러형)가 요망되는 태블릿 PC들, 랩탑, 카메라들 또는 스마트폰, 휴대 전화들 또는 PDA들과 같은 이동 통신 디바이스들을 의미할 수 있다.

제3 양태에 따르면 위에 설명된 임의의 실시예에 따른 광원들의 어레이를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은

측방향 어레이 내의 기판의 상부 상에 다수의 VCSEL들을 배열하는 단계 - 각각의 VCSEL은 광을 방출하지 않는 전극 구조에 의해 둘러싸인 발광 영역을 포함함 - ;

오프로 스위치된 상태의 어레이를 요구된 외관에 광학적으로 매치시키기 위해 VECSEL들의 평균 발광 방향 쪽으로 향하는 적어도 전극 구조의 표면을 덮도록 적어도 전극 구조의 상부 상에 차폐 층을 도포하는 단계를 포함한다.

전극 구조의 상부 상에 차폐 층을 도포하는 공정은 임의의 적합한 공정, 예를 들어, 퇴적 동안에 VCSEL들의 발광 영역을 차폐하는 마스킹 공정일 수 있다. 마스킹 공정에 대안적으로 또는 마스킹 공정을 지원하여 포토레지스트 퇴적 공정 다음의 포토레지스트 재료의 레이저 경화 및 비경화된 영역들을 세척 제거하는 것이 차폐 층을 도포하기 위해 사용된 공정의 실시예에 따라 상이한 영역들을 차폐하거나 가득 채우는 데 사용될 수 있다. 양의 및 음의 포토레지스트가 가용하다. 어떤 재료가 사용되는지에 따라, 포토레지스트 층을 현상할 때 광 노출 영역이 남거나 제거된다. 한 실시예에서 차폐 층은 오프로 스위치된 상태의 어레이를 광원들의 어레이가 설치되는, 디바이스의 하우징의 외부 표면에 광학적으로 매치시키도록 적응된다.

방법은 차폐 층을 도포하는 단계 전에 방법이

차폐 층을 도포하기 전에 발광 영역들을 포토레지스트 재료로 덮는 단계; 및

발광 영역들의 상부 상의 임의의 재료를 제거하기 위해 차폐 층을 도포한 후에 발광 영역들을 덮는 포토레지스트 층을 세척 제거하는 단계를 추가로 포함하도록 구성될 수 있다.

방법은 차폐 층을 도포하는 단계가 또한 이웃하는 VCSEL들 간에 위치된 어레이 내의 비활성 영역들을 코팅하도록 구성될 수 있다.

방법은 차폐 층을 도포하기 전에 방법이 차폐 층으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들 간의 매끄러운 표면을 제공하기 위해 필러 재료로 비활성 영역들에 의해 정해진 이웃하는 VCSEL들 간의 체적들을 적합하게 채우는 단계를 추가로 포함하도록 구성될 수 있다.

방법은 적합하게 채우는 것은 기판 위의 이웃하는 VCSEL들의 전극 구조들의 최고 거리까지 적어도 하나의 체적을 채우는 것을 의미하도록 구성될 수 있다.

방법은 차폐 층을 도포하는 단계가 전극 구조의 상부 상에 차폐 층을 국부적으로 퇴적하기 위해 마스크 없는 전기 영동 퇴적 공정을 통해 수행되도록 구성될 수 있다. 이 공정 동안에 VCSEL들의 어레이는 전극 구조의 상부 상에 퇴적될 차폐 층의 재료를 포함하는 웨트 용액 내에 배열되고 전계가 용액과 VCSEL 전극들 사이에 인가된다. 전계는 퇴적될 재료를 전극 구조들 위에 위치된, 고전계 밀도를 갖는 영역들로 지향시킨다. 전극 구조들은 특히 광원들의 어레이의 광학적 외관을 요구된 외관에 매치시킬 수 있기 위해 코팅될 영역들이다. 그러므로 차폐 층의 재료는 VCSEL들의 발광 영역들을 코팅되지 않은 채로 남기고 전극 구조의 상부 상에 주로 또는 독점적으로 퇴적된다. 이 전기 영동 공정으로 VCSEL들은 마스크 공정 또는 층 경화 공정을 적용하지 않고서 국부적으로 코팅될 수 있다. 그러므로 전기 영동 퇴적 공정은 대안적인 퇴적 공정들에 비해 노력을 덜 필요로 한다.

본 발명의 양호한 실시예는 또한 각각의 독립 청구항과의 종속 청구항들의 임의의 조합일 수 있다는 것을 이해할 것이다.

추가의 유리한 실시예들이 아래에 정의된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이후 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 그들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
본 발명이 이제 예로서 첨부 도면을 참조하여 실시예들에 기초하여 설명될 것이다.
도면에서:
도 1은 도포된 차폐 층이 없는 VCSEL들의 어레이의 주요 스케치를 상면도로 도시한다.
도 2는 전극 구조의 상부 상에 도포된 차폐 층이 있는 VCSEL들의 어레이 중 VCSEL의 주요 스케치를 측면도로 도시한다.
도 3은 필러 재료에 의해 제공된 평탄한 표면의 상부 상에 (a) 차폐 층을 도포하기 전의 그리고 (b) 도포된 차폐 층이 있는, 이웃하는 VCSEL들 간의 채워진 체적들이 있는 VCSEL들의 어레이의 주요 스케치를 측면도로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 광원들의 어레이를 포함하는 디바이스의 주요 스케치를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 실시예의 주요 스케치를 도시한다.
도면에서, 전체에 걸쳐 유사한 번호들은 유사한 물체들을 참조한다. 도면 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않았다.

본 발명의 다양한 실시예들이 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.

도 1은 도포된 차폐 층(4)이 없는 VCSEL들(2)의 어레이(1)의 주요 스케치를 상면도로 도시한다. 광원들의 어레이(1)는 기판(3)의 상부 상에 서로 측방향으로 배열된 다수의 도넛 형상의 VCSEL들(2)을 포함하고, 여기서 각각의 VCSEL(2)은 광을 방출하지 않는 전극 구조(22)에 의해 둘러싸인 발광 영역(21)을 포함한다. 광원들의 어레이(1)는 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 체적들(61)을 정하는 (대략 이웃하는 VCSEL들(2) 간에 있는 비활성 영역들(6)을 포함한다. 본 발명에 의해 커버되는 다른 실시예들에서, 배열은 도 1에 도시한 배열과 상이할 수 있다. 도시한 어레이(1) 내의 VCSEL들(2)은 서로 나란히 배열되어 결국 VCSEL들(2)의 측방향 배열을 만들고, 여기서 어레이(1)의 측방향 연장들은 VCSEL들(2)의 발광 영역들(21)에 평행한 연장들을 의미한다. 본 예에서 VCSEL들(2)은 0.5㎜×0.5㎜의 측방향 연장 및 0.2㎜의 기판(3) 위의 높이를 갖는다.

도 2는 차폐 층(4)에 의해 코팅된 전극 구조(22)의 모든 가시 표면들(22s, 22l)을 덮는 전극 구조(22)의 상부 상에 도포된 차폐 층(4)이 있는 VCSEL들(2)의 어레이(1) 중 VCSEL(2)의 주요 스케치를 측면도로 도시한다. 측면도는 도 1에 표시된 것과 같은 평면 P1을 따른 것이다. 다른 실시예에서 VECSEL들(2)의 평균 발광 방향(5) 쪽을 향하는 전극 구조(22)의 표면(22s)만이 코팅될 수 있다. 차폐 층(4)은 광이 방출되지 않는, 오프로 스위치된 상태의 어레이(1)를 광원들의 어레이(1)가 설치되는, 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키도록 적응된다(도 4 참조). 차폐 층(4)은 전극 구조(22)의 재료의 대응하는 흡수 또는 반사 스펙트럼과 상이한 가시 파장 범위 내의 흡수 또는 반사 스펙트럼을 갖는다. 한 실시예에서 전극 구조(22)의 재료는 금이다. 차폐 층(4)의 두께는 적어도 가시 광에 대해 반투명하도록 그리고 차폐 층(4) 아래의 전극 구조(22)와 조합하여 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11)에 매치하는 광학적 외관을 제공하도록 적응될 수 있다.

도 3은 필러 재료(7)에 의해 제공된 평탄한 표면(71)의 상부 상에 (a) 차폐 층(4)을 도포하기 전의 그리고 (b) 도포된 차폐 층(4)이 있는, 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 채워진 체적들(61)이 있는 VCSEL들(2)의 어레이(1)의 주요 스케치를 측면도로 도시한다. 측면도는 도 1에 표시된 것과 같은 평면 P2를 따른 것이다. 비활성 영역들(6)은 차폐 층(4)으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 평탄한(매끄러운) 표면(71)을 제공하기 위해 필러 재료(7)에 의해 채워진, 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 체적들(61)을 정한다. 평탄한 표면(71)은 채워진 체적들(61)이 없는 대응하는 표면에 비해 표면(71)의 최고 점과 최저 점 사이에 상당히 더 낮은 높이 차이를 갖는 표면을 의미한다. 상당히 더 낮다는 것은 적어도 10배 더 낮은 것을 의미한다. 여기서 필러 재료(7)은 기판(3) 위의 이웃하는 VCSEL들(2)의 전극 구조들(22)의 최고 거리 D1까지 전체 체적(61)을 가득 채운다. 본 실시예에서 필러 재료(7)는 포토레지스트 재료이다. 도 3의 (b)에서 평탄한 표면(71)은 평탄한 표면(71)의 상부 상에 차폐 층(4)으로 직접 코팅된다. 표시된 보는 방향 VD - 그 측으로부터 관찰자(여기에 도시 안됨)가 어레이(1)를 볼 수 있음 - 는 관찰자에게 대응하는 외관을 제공한다.

도 4는 본 발명에 따른 광원들의 어레이(1)를 포함하는 디바이스(10)의 주요 스케치를 도시한다. 디바이스(10)는 광원들의 하나의 어레이(1) 및 외부 표면(11s)을 갖는 하우징(11)을 포함하고, 여기서 차폐 층(4)이 오프로 스위치된 상태의 어레이(1)를 외부 표면(11s)의 광학적 외관에 광학적으로 매치시킨다.

도 5는 측방향 어레이(1) 내의 기판(3)의 상부 상에 다수의 VCSEL(2)을 배열하는(110) 단계 - 각각의 VCSEL(2)은 광을 방출하지 않는 전극 구조(22)에 의해 둘러싸인 발광 영역(21)을 포함함 - 및 오프로 스위치된 상태의 어레이(1)를 광원들의 어레이(1)가 설치되는, 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키기 위해 VECSEL들(2)의 평균 발광 방향(5) 쪽으로 향하는 적어도 전극 구조(22)의 표면(22s)을 덮도록 적어도 전극 구조(22)의 상부 상에 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계를 포함하는 광원들의 어레이(1)를 제조하는 본 발명에 따른 방법(100)의 실시예의 주요 스케치를 도시한다. 전극 구조(22)의 상부 상에 차폐 층을 도포하는(140) 공정은 임의의 적합한 공정, 예를 들어, 퇴적 동안에 VCSEL들(2)의 발광 영역(21)을 차폐하는 마스킹 공정일 수 있다. 대안적으로 방법은 차폐 층을 도포하기(140) 전에 발광 영역들(21)을 포토레지스트 재료로 덮는(120) 단계를 포함할 수 있다. 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계는 또한 이웃하는 VCSEL들(2) 간에 위치된 어레이(1) 내의 비활성 영역들(6)을 코팅할 수 있다. 한 실시예에서 방법은 도포하는(140) 단계에서 차폐 층(4)으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 매끄러운 표면(71)을 제공하기 위해 필러 재료(7)로 비활성 영역들(6)에 의해 정해진 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 체적들(61)을 적합하게 채우는(130) 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적합하게 채운다(130)는 용어는 기판(3) 위의 이웃하는 VCSEL들(2)의 전극 구조들(22)의 최고 거리(D1)까지 적어도 하나의 체적(61)을 채운다는 것을 의미할 수 있다. 차폐 층을 도포하기(140) 전에 발광 영역들(21)이 포토레지스트 재료로 덮혀진 경우에, 발광 영역들(21)의 상부 상의 임의의 재료를 제거하기 위해 차폐 층(4)을 도포한(140) 후에 발광 영역들(21)을 덮는 포토레지스트 층이 세척 제거될(160) 것이다. 또 하나의 실시예에서 덮히지 않은 발광 영역들(21)에 대해 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계가 전극 구조(22)의 상부 상에 차폐 층(4)을 국부적으로 퇴적하기 위해 마스크 없는 전기 영동 퇴적 공정(150)을 통해 수행될 수 있다. 이 공정(150) 동안에 VCSEL들(2)의 어레이(1)는 전극 구조(22)의 상부 상에 퇴적될 차폐 층(4)의 재료를 포함하는 웨트 용액 내에 배열되고 전계가 용액과 VCSEL 전극 구조들(22) 사이에 인가된다. 전계는 퇴적될 재료를 전극 구조들(22)에 가깝게 위치된, 고전계 밀도를 갖는 영역들로 지향시킨다. 특히 전극 구조들(22)은 광원들의 어레이(1)의 광학적 외관을 요구된 외관에 매치시킬 수 있기 위해 코팅될 영역들인데, 왜냐하면 이들 영역은 어레이(1)의 가시 영역들에 50%보다 훨씬 많이 기여하기 때문이다. 그러므로 차폐 층(4)의 재료는 VCSEL들(2)의 발광 영역들(21)을 코팅되지 않은 채로 남기고 전극 구조(22)의 상부 상에 주로 또는 독점적으로 퇴적된다. 이 전기 영동 공정(150)으로 VCSEL들(2)은 마스크 공정 또는 층 경화 공정을 적용하지 않고서 국부적으로 코팅될 수 있다. 그러므로 전기 영동 퇴적 공정(140)은 대안적인 퇴적 공정들에 비해 노력을 덜 필요로 한다.

본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것으로 고려되고 제한적으로 고려되지 않아야 한다.

본 개시내용을 읽고 난 후에, 다른 수정들이 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 이러한 수정들은 본 기술 분야에 이미 공지되고 여기에 이미 설명된 특징들 대신에 또는 그들에 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

개시된 실시예들에 대한 변화들이 도면, 개시내용 및 첨부된 청구범위를 연구한다면, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 단수 표현은 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 나열된다는 사실만으로 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

청구범위 내의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

1 본 발명에 따른 광원들의 어레이
2 수직 캐비티 표면 방출 층(VCSEL)
21 VCSEL의 발광 영역
22 VCSEL의 발광 영역을 둘러싸는 VCSEL의 전극 구조
22s 평균 발광 방향 쪽으로 향하는 비방출 구조의 표면
22l 이웃하는 VCSEL들 쪽으로 향하는 비방출 구조의 표면
3 어레이의 기판
4 차폐 층
5 VCSEL의 평균 발광 방향
6 이웃하는 VCSEL들 간의 비활성 영역들
61 비활성 영역들에 의해 정해진 이웃하는 VCSEL들 간의 체적
7 필러 재료
71 필러 재료의 매끄러운 표면
10 본 발명에 따른 광원들의 어레이를 포함하는 디바이스
11 디바이스의 하우징
11s 하우징의 외부 표면
100 본 발명에 따른 광원들의 어레이를 제조하는 방법
110 측방향 어레이 내의 기판의 상부 상에 다수의 VCSEL들을 배열
120 차폐 층을 도포하기 전에 포토레지스트 재료로 발광 영역들을 덮음
130 비활성 영역들에 의해 정해진 이웃하는 VCSEL들 간의 체적들을 적합하게 채움
140 적어도 전극 구조의 상부 상에 차폐 층을 도포
150 마스크 없는 전기 영동 퇴적 공정을 수행
160 차폐 층을 도포한 후에 포토레지스트 층을 세척 제거
D1 기판 위의 이웃하는 VCSEL들의 비발광 구조들의 최고 거리
P2, P3 각각 도 2 및 도 3에 대한 단면 평면들 2 및 3
VD 보는 방향

Claims

광원들의 어레이(1)로서,
기판(3)의 상부 상에 서로 측방향으로 배열된 다수의 VCSEL들(2)을 포함하고, 각각의 VCSEL(2)은 광을 방출하지 않는 전극 구조(22)에 의해 둘러싸인 발광 영역(21)을 포함하고, 차폐 층(4)이 상기 VCSEL들(2)의 평균 발광 방향(5) 쪽으로 향하는 상기 전극 구조(22)의 표면(22s)을 단지 덮는 적어도 상기 전극 구조(22)의 상부 상에 도포되고, 상기 차폐 층(4)은 불투명 층이고 광이 방출되지 않는, 오프로 스위치된 상태의 상기 어레이(1)를 요구된 외관에, 또는 광원들의 상기 어레이(1)가 설치되는 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키도록 적응되는, 광원들의 어레이(1).
제1항에 있어서, 상기 전극 구조(22)의 모든 가시 표면들(22s, 22l)은 상기 차폐 층(4)에 의해 코팅되는, 광원들의 어레이(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 광원들의 상기 어레이(1)는 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 비활성 영역들(6)을 포함하고, 상기 차폐 층(4)은 또한 상기 비활성 영역들(6)을 덮는, 광원들의 어레이(1).
제3항에 있어서, 상기 비활성 영역들(6)은 이웃하는 VCSEL들 간(2)의 체적들(61)을 정하고, 적어도 상기 체적들(61)은 상기 차폐 층(4)으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 평탄한 표면(71)을 제공하기 위해 필러 재료(7)로 채워지고, 상기 필러 재료(7)는 포토레지스트 재료인, 광원들의 어레이(1).
제4항에 있어서, 상기 필러 재료(7)는 상기 기판(3) 위의 상기 이웃하는 VCSEL들(2)의 상기 전극 구조들(22)의 최고 거리(D1)까지 적어도 하나의 체적(61)을 다 채우는, 광원들의 어레이(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차폐 층(4)은 상기 전극 구조(22)의 재료의 대응하는 흡수 또는 반사 스펙트럼과 상이한 가시 파장 범위 내의 흡수 또는 반사 스펙트럼을 갖는, 광원들의 어레이(1).
제6항에 있어서, 상기 전극 구조(22)의 상기 재료는 금인, 광원들의 어레이(1).
디바이스(10)로서,
제1항에 따른 광원들의 적어도 하나의 어레이(1) 및 외부 표면(11s)을 갖는 하우징(11)를 포함하고, 상기 차폐 층(4)이 오프로 스위치된 상태의 상기 어레이(1)를 상기 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키는, 디바이스(10).
제1항에 따른 광원들의 어레이를 제조하는 방법(100)으로서,
측방향 어레이(1) 내의 기판(3)의 상부 상에 다수의 VCSEL들(2)을 배열하는(110) 단계 - 각각의 VCSEL(2)은 광을 방출하지 않는 전극 구조(22)에 의해 둘러싸인 발광 영역(21)을 포함함 - ;
오프로 스위치된 상태의 상기 어레이(1)를 요구된 외관에, 또는 광원들의 상기 어레이(1)가 설치되는 디바이스(10)의 하우징(11)의 외부 표면(11s)에 광학적으로 매치시키기 위해 상기 VCSEL들(2)의 평균 발광 방향(5) 쪽으로 향하는 상기 전극 구조(22)의 표면(22s)을 단지 덮는 적어도 상기 전극 구조(22)의 상부 상에 불투명 층으로서 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계
를 포함하는, 방법(100).
제9항에 있어서, 상기 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계 전에 상기 방법은
상기 차폐 층을 도포하기(140) 전에 상기 발광 영역들(21)을 포토레지스트 재료로 덮는(120) 단계; 및
상기 발광 영역들(21)의 상부 상의 임의의 재료를 제거하기 위해 상기 차폐 층을 도포한 후에 상기 발광 영역들(21)을 덮는 상기 포토레지스트 층을 세척 제거하는(160) 단계를 추가로 포함하는, 방법(100).
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계는 또한 이웃하는 VCSEL들(2) 간에 위치된 상기 어레이(1) 내의 비활성 영역들(6)을 코팅하는, 방법(100).
제11항에 있어서, 상기 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계 전에 상기 방법은 상기 차폐 층(4)으로 코팅될 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 평탄한 표면(71)을 제공하기 위해 필러 재료(7)로 상기 비활성 영역들(6)에 의해 정해진 이웃하는 VCSEL들(2) 간의 체적들(61)을 채우는(130) 단계를 추가로 포함하는, 방법(100).
제12항에 있어서, 채우는(130) 것은 상기 기판(3) 위의 상기 이웃하는 VCSEL들(2)의 상기 전극 구조들(22)의 최고 거리(D1)까지 적어도 하나의 체적(61)을 채우는 것을 의미하는, 방법(100).
제9항에 있어서, 상기 차폐 층(4)을 도포하는(140) 단계는 상기 전극 구조(22)의 상부 상에 상기 차폐 층(4)을 국부적으로 퇴적하기 위해 마스크 없는 전기 영동 퇴적 공정(150)을 통해 수행되는, 방법(100).
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