KR102533329B1 - 표면광방출레이저 패키지 - Google Patents

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Abstract

표면광방출레이저 패키지는 기판 상에 배치되고, 비발광영역과 각각 제1 레이저빔을 생성하는 복수의 에미터를 포함하는 발광영역을 갖는 표면광방출레이저 소자와, 표면광방출레이저 소자의 둘레에 배치되는 하우징과, 표면광방출레이저 소자 상에 배치되는 확산부를 포함한다.
발광영역은 제1 방향으로의 제1 너비와 제1 방향에 수직인 제2 방향으로의 제2 너비를 가지고, 제2 너비는 상기 제1 너비보다 클 수 있다.
확산부는 제1 레이저빔을 제1 방향으로의 제1 화각과 제2 방향으로의 제2 화각을 갖는 제2 레이저빔으로 출력시키고, 제1 화각은 상기 제2 화각보다 클 수 있다.

Description

표면광방출레이저 패키지{Vertical-cavity surface-emitting laser package}
실시예는 표면광방출레이저 패키지에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 표면광방출레이저 패키지는 광통신, 센서, 자동 초점장치, 근접 센서, 자동 초점 장치에 채택될 수 있다.
표면광방출레이저에 광을 확산시키기 위해 디퓨저(diffuser)가 구비된다. 하지만, 종래기술에서는 디퓨저에 의해 광이 흡수되어 광 출력이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 표면광방출레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 광 출력을 향상시킬 수 있는 표면광방출레이저 패키지를 제공한다.
또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 표면광방출레이저 패키지는, 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 비발광영역과 각각 제1 레이저빔을 생성하는 복수의 에미터를 포함하는 발광영역을 갖는 표면광방출레이저 소자; 상기 표면광방출레이저 소자의 둘레에 배치되는 하우징; 및 상기 표면광방출레이저 소자 상에 배치되는 확산부를 포함한다. 상기 발광영역은 제1 방향으로의 제1 너비와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로의 제2 너비를 가지고, 상기 제2 너비는 상기 제1 너비보다 클 수 있다. 상기 확산부는 상기 제1 레이저빔을 상기 제1 방향으로의 제1 화각과 상기 제2 방향으로의 제2 화각을 갖는 제2 레이저빔으로 출력시키고, 상기 제1 화각은 상기 제2 화각보다 클 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 표면광방출레이저 패키지; 및 상기 표면광방출레이저 패키지에서 방출된 빛의 반사된 빛을 입사 받는 수광부를 포함한다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 표면광방출레이저 소자의 발광영역의 형상에 따라 그 형상에 최적화되도록 확산판의 형상을 변형하여, 광출력을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자의 I-I'라인을 따라 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 확산부를 도시한 평면도이다.
도 5는 실시예에 따른 확산부의 x축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 확산부의 y축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자와 확산부를 도시한 평면도이다.
도 8은 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자와 확산부를 x축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자와 확산부를 y축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 10a는 확산부의 출력 광에서 x축 방향을 따른 제1 화각을 보여준다.
도 10b는 확산부의 출력 광에서 y축 방향을 따른 제2 화각을 보여준다.
도 11a 및 도 11b는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지의 광 출력을 보여준다.
도 12a 및 도 12b는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지의 파워 드룹(power droop)을 보여준다.
도 13는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지를 포함하는 자동 초점 장치가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 기판(110)을 제공할 수 있다.
기판(110)은 그 기판(110) 상에 배치되는 모든 구성 요소, 예컨대 표면광방출레이저(200)를 지지할 수 있다.
기판(110)은 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 기판(110)은 표면광방출레이저 소자(200)에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 방열 특성이 좋은 물질로 제공될 수 있다. 기판(110)은 절연 재질을 포함할 수 있다.
예컨대, 기판(110)은 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 기판(110)은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함할 수 있다.
또한, 기판(110)은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 기판(110)은 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 다른 예로서, 수지 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다. 기판(110)은, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성 재질로 제공될 수 있다.
기판(110)은 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 기판(110)이 도전성 물질, 예컨대 금속으로 제공되는 경우, 기판(110)과 표면광방출레이저 소자(200) 사이의 전기적인 절연을 위한 절연층(27)이 제공될 수 있다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 표면광방출레이저 소자(200)를 제공할 수 있다.
표면광방출레이저 소자(200)는 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 레이저빔을 생성하여 표면광방출레이저 소자(200)의 상부 면에 수직한 방향으로 레이저빔을 방출할 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 예를 들어, 15° 내지 25°의 화각을 갖는 레이저빔을 상부 방향으로 방출할 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 원형의 빔을 방출하는 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4)를 포함할 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)의 예는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 하우징(130)을 제공할 수 있다. 하우징(130)은 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 제1 영역과 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 표면광방출레이저 소자(200)는 기판(110)의 제1 영역 상에 배치되고, 하우징(130)은 기판(120)의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 하우징(130)은 표면광방출레이저 소자(200)의 둘레에 배치될 수 있다.
하우징(130)의 높이는 표면광방출레이저 소자(200)의 높이보다 클 수 있다. 하우징(130)은 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 하우징(130)은 표면광방출레이저 소자(200)에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 방열 특성이 좋은 물질로 제공될 수 있다. 하우징(130)은 절연 재질을 포함할 수 있다.
예컨대, 하우징(130)은 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 하우징(130)은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함할 수 있다.
에컨대, 하우징(130)은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 하우징(130)은 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 하우징(130)은 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
예컨대, 하우징(130)은 수지 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 하우징(130)은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성 재질로 이루어질 수 있다.
하우징(130)은 도전성 물질, 예컨대 금속으로 이루어질 수 있다.
예로서, 하우징(130)은 기판(110)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 하우징(130)이 기판(110)과 동일 물질로 형성되는 경우, 하우징(130)은 기판(110)과 일체로 형성될 수도 있다.
또한, 하우징(130)은 기판(110)과 서로 다른 물질로 형성될 수도 있다. 기판(110)은 하우징으로 지칭될 수도 있다. 이러한 경우, 기판(110)이 제1 하우징으로 지칭되고, 하우징(130)은 제2 하우징으로 지칭될 수 있다. 이와 달리, 하우징(130)이 기판으로 지칭될 수도 있다. 이러한 경우, 기판(110)은 제1 기판으로 지칭되고, 하우징(130)은 제2 기판으로 지칭될 수 있다.
실시예에 의하면, 기판(110)과 하우징(130)이 방열 특성이 우수한 물질로 제공될 수 있다. 이에 따라, 표면광방출레이저 소자(200)에서 발생되는 열이 외부로 효과적으로 방출될 수 있다.
실시예에 의하면, 기판(110)과 하우징(130)이 서로 분리된 부품으로 제공되어 결합되는 경우, 기판(110)과 하우징(130) 사이에 접착층이 제공될 수 있다.
예로서, 접착층은 유기물을 포함할 수 있다. 접착층은 에폭시 계열의 레진을 포함할 수 있다. 또한, 접착층은 실리콘계 레진을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 제1 전극(181)과 제2 전극(182)을 제공할 수 있다.
제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 기판(110) 위에 서로 이격되어 배치될 수 있다.
제1 전극(181)과 제2 전극(182) 중 하나의 전극은 표면광방출레이저 소자(200)의 둘레에 배치될 수 있다.
표면광방출레이저 소자(200)는 제1 전극(181) 상에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제2 전극(182)는 표면광방출레이저 소자(200)의 둘레에 배치될 수 있다.
표면광방출레이저 소자(200)는 제1 전극(181) 위에 예컨대, 다이 본딩 방식에 의하여 제공될 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 제2 전극(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예로서, 표면광방출레이저 소자(200)와 제2 전극(182)은 와이어(191)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 복수의 와이어에 의하여 제2 전극(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 표면광방출레이저 소자(200)는 와이어(191)에 의하여 제2 전극(182)에 전기적으로 연결될 수 있다.
표면광방출레이저 소자(200)와 제2 전극(182)을 연결하는 와이어의 수 및 연결 위치는 표면광방출레이저 소자(200)의 크기 또는 표면광방출레이저 소자(200)에서 필요한 전류 확산의 정도 등에 의하여 선택될 수 있다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)를 제공할 수 있다.
제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 기판(110) 아래에 배치될 수 있다. 예로서, 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184) 각각은 회로기판(160)의 신호라인(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(110)은 제1 기판으로 지칭되고, 회로기판(160)은 제2 기판으로 지칭될 수 있다.
제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 기판(110) 아래에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 원 형상의 패드를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 본딩부(183)는 기판(110)의 하부 면에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(183)는 제1 전극(181)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 본딩부(183)는 제1 연결배선(185)을 통하여 제1 전극(181)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 연결배선(185)은 예로서, 기판(110)에 제공된 제1 비아홀에 배치될 수 있다.
제2 본딩부(184)는 기판(110)의 하부 면에 배치될 수 있다. 제2 본딩부(184)는 제2 전극(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 본딩부(184)는 제2 연결배선(186)을 통하여 제2 전극(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결배선(186)은 예로서, 기판(110)에 제공된 제2 비아홀에 배치될 수 있다.
예컨대, 제1 연결배선(185)와 제2 연결배선(186)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 텅스텐(W)이 1000℃ 이상의 고온에서 녹여진 후 제1 및 제2 비아홀에 주입된 후 경화되어, 제1 연결배선(185)와 제2 연결배선(186)이 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 회로기판(160)을 통하여 표면광방출레이저 소자(200)에 구동 전원이 제공될 수 있게 된다.
이상에서 설명된 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 표면광방출레이저 소자(200)가 제1 전극(181)에 다이 본딩 방식으로 연결되고 제2 전극(182)에 와이어 본딩 방식으로 연결되는 경우를 기준으로 설명되었다.
그러나, 표면광방출레이저 소자(200)에 구동 전원이 공급되는 방식은 다양하게 변형되어 적용될 수 있다. 예로서, 표면광방출레이저 소자(200)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 제1 전극(181)과 제2 전극(182)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 또한, 표면광방출레이저 소자(200)가 제1 전극(181)과 제2 전극(182)에 모두 와이어 본딩 방식에 의하여 전기적으로 연결될 수도 있다.
한편, 하우징(130)의 상부 영역에 단차가 제공될 수 있다. 예컨대, 하우징(130)의 상부 영역에 리세스 영역(142)이 제공될 수 있다. 예로서, 리세스 영역(142)의 폭 및/또는 깊이는 수백 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 확산부(140)를 제공할 수 있다.
확산부(140)는 표면광방출레이저 소자(200) 위에 배치될 수 있다. 확산부(140)는 표면광방출레이저 소자(200)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 확산부(140)은 하우징(130)의 리세스 영역(142)에 배치될 수 있다. 하우징(130)의 리세스 영역(142)에 의하여 확산부(140)가 지지될 수 있다.
확산부(140)와 하우징(130)의 리세스 영역(142) 사이에 접착층(미도시)이 제공될 수 있다. 예로서, 접착층은 리세스 영역(142)의 내면에 접하는 확산부(140)의 하부 면과 측면에 제공될 수 있다. 예로서, 접착층은 유기물을 포함할 수 있다. 접착층은 에폭시 계열의 레진을 포함할 수 있다. 또한, 접착층은 실리콘계 레진을 포함할 수 있다.
확산부(140)는 표면광방출레이저 소자(200)로부터 발광된 레이저빔 화각을 확장시킬 수 있다.
확산부(140)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다. 예로서, 확산부(140)는 표면광방출레이저 소자(200)와 대향되는 일면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 무반사층은 확산부(140)와 별개로 형성될 수 있다. 확산부(140)는 표면광방출레이저 소자(200)와 마주보는 하면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 무반사층은 표면광방출레이저 소자(200)로부터 입사되는 레이저빔이 확산부(140)의 표면에서 반사되는 것을 방지하고 확산부(140) 내로 투과시킴으로써 반사에 의한 광 손실을 개선할 수 있다.
무반사층은 예로서 무반사 코팅 필름으로 형성되어 확산부(140)의 표면에 부착될 수 있다. 무반사층은 확산부(140)의 표면에 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등을 통하여 형성될 수도 있다. 예로서, 무반사층은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
확산부(140)의 형상은 나중에 상세히 설명하기로 한다.
실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 적어도 하나 이상의 신호라인을 포함하는 회로기판(160)을 제공할 수 있다. 예컨대, 회로기판(180)은 제1 및 제2 신호라인을 포함하고, 제1 신호라인과 제2 신호라인에 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)가 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 바와 같이, 기판(110)과 하우징(130)은 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의하여 제조될 수 있다. 실시예에 의하면, 확산부(140)도 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의하여 하우징(130) 위에 부착될 수 있다.
즉, 웨이퍼 레벨에서 기판(110) 위에 표면광방출레이저 소자(200)와 하우징(130)이 부착되고, 하우징(130) 위에 확산부(140)가 부착된 후에, 다이싱 등에 의한 절단 방법에 의하여 기판(110)에 표면광방출레이저 소자(200), 하우징(130), 확산부(140)가 결합된 복수의 표면광방출레이저 패키지가 제공될 수 있다.
이와 같이, 기판(110), 하우징(130), 확산부(140)를 포함하는 표면광방출레이저 패키지(100)가 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의하여 제조되는 경우, 기판(110)의 외측면, 하우징(130)의 외측면, 확산부(140)의 외측면이 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 즉, 기판(110)의 외측면, 하우징(130)의 외측면, 확산부(140)의 외측면 사이에 단차가 존재하지 않게 된다.
실시예에 의하면, 기판(110)의 외측면, 하우징(130)의 외측면, 확산부(140)의 외측면 사이에 단차가 없으므로, 종래 표면광방출레이저 패키지에서 단차 구조에 의한 투습 및 외부 마찰 등에 의하여 손상이 발생되는 불량을 근본적으로 방지할 수 있게 된다.
실시예에 의하면, 기판(110)과 하우징(130)이 웨이퍼 레벨 패키지 공정으로 제조되고, 확산부(140)는 별도의 분리된 공정에서 하우징(130) 위에 부착될 수도 있다.
실시예에 의하면, 확산부(140)와 하우징(130)의 리세스 영역(142) 사이에 제공된 접착층에 의하여 확산부(140)가 하우징(130)에 안정적으로 고정될 수 있다.
이하에서, 표면광방출레이저 소자(200)을 상세히 설명한다. 도 2는 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자의 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자의 I-I'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자(200)는 발광영역(245)와 비발광영역(247)을 포함할 수 있다. 비발광영역(247)은 레이저빔이 방출되지 않는 영역으로서, 예컨대 패드전극(290)이 배치될 수 있다. 발광영역(245)는 레이저빔이 방출되는 영역으로서, 예컨대 발광구조물(E)이 배치될 수 있다.
발광구조물(E)은 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4)를 포함할 수 있다. 각 에미터(E1, E2, E3, E4)는 서로 간에 이격되어 배치될 수 있다. 발광구조물(E)은 제2 전극(280)을 포함할 수 있다. 발광영역(245)은 제1 영역과 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역은 복수로 정의되고, 이들 제1 영역 사이의 영역이 제2 영역으로 정의될 수 있다. 이러한 경우, 각 에미터(E1, E2, E3, E4)는 제1 영역에 배치되고, 제2 전극(280)은 제2 영역에 배치될 수 있다. 각 에미터(E1, E2, E3, E4)는 제2 전극(280)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2 전극(280)은 패드전극(290)와 일체로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 전극(280)은 패드전극(290)로부터 발광영역(245)으로 연장되어 발광영역(245)에 배치될 수 있다. 나중에 설명하겠지만, 제2 전극(280)은 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4)를 패드전극(290)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자(200)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 캐비티영역(230), 어퍼처(241), 절연영역(242), 제2 반사층(250), 제2 전극(280), 패시베이션층(270), 패드전극(290) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
캐비티영역(230)은 활성층(미도시)과 캐비티(미도시)를 포함할 수 있으며, 이하에서 상술하기로 한다. 절연영역(242)는 제1 에미터(E1)에 배치되는 제1 절연영역(242a)와, 제2 에미터(E2)에 배치되는 제2 절연영역(242b) 및 제3 에미터(E3)에 배치되는 제3 절연영역(242c)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
<기판, 제1 전극>
실시예에서 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판을 사용할 경우 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 표면광방출레이저 소자(200) 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 GaAs 기판, 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등을 사용할 수 있다.
비전도성 기판을 사용할 경우, AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판을 사용할 수 있다.
실시예에서 기판(210)의 하부에 제1 전극(215)이 배치될 수 있으며, 제1 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(215)은 금속일 수 있고, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성되어 전기적 특성을 향상시켜 광출력을 높일 수 있다.
<제1 반사층>
기판(210) 상에는 제1 반사층(220)이 배치될 수 있다.
제1 반사층(220)은 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
또한 제1 반사층(220)은 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 반사층(220)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)은 서로 다른 굴절 률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
제1 층과 제2 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 층 또 는 제2 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다.
그리고, 제1 층 및 제2 층 각각의 두께는 λ/4n이고, λ는 캐비티영역(230)에서 발생하는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다. 여기서, λ는 650 내지 980nm일 수 있고, n은 각층의 굴절률일 수 있다. 이러한 구조의 제1 반사층(220)은 약 940 nm의 파장 영역의 광에 대하여 99.999%의 반사율을 가질 수 있다.
제1 층과 제2 층의 두께는 각각의 굴절률과 캐비티영역(230)에서 방출되는 광의 파장 λ에 따라 결정될 수 있다.
<캐비티영역, 절연영역, 어퍼처>
실시예에서 제1 반사층(220) 상에 캐비티영역(230), 절연영역(242) 및 어퍼처(241)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 캐비티영역(230)은 제1 반사층(220) 상에 배치되고, 절연영역(242) 및 어퍼처(241)은 캐비티영역(230) 상에 배치될 수 있다.
캐비티영역(230)은 활성층(미도시) 및 활성층의 하측에 배치되는 제1 캐비티(미도시), 상측에 배치되는 제2 캐비티(미도시)를 포함할 수 있다. 실시예의 캐비티영역(230)은 제1 캐비티와 제2 캐비티를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
캐비티영역(230)은 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250)의 사이에 배치될 수 있다. 실시예의 캐비티영역(230)에는 활성층이 배치될 수 있으며, 활성층은 단일우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs,GaAs/InGaAs 등의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제1 캐비티와 제2 캐비티는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 캐비티영역(230) 상에는 절연영역(242)과 어퍼처(241)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 에미터(E1)는 제1 절연영역(242a)과 제1 어퍼처(241a)를 포함하고, 제2에미터(E2)는 제2 절연영역(242b)과 제2 어퍼처(241b)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 에미터(E3)는 제3 절연영역(242c)과 제3 어퍼처(241c)를 포함하고, 제4 에미터(E4)는 제4 절연영역(미도시)과 제4 어퍼처(미도시)를 포함할 수 있다.
절연영역(242)은 절연 물질, 예를 들어 알루미늄 산화물로 이루어진 절연층으로서, 전류 차단층으로 작용할 수 있다. 각 절연영역의 중앙 영역에 위치하는 각 어퍼처(241a, 241b, 241c)는 비절연층, 즉 도전층일 수 있다.
절연영역(242)는 어퍼처(241)를 둘러쌀 수 있다. 어퍼처(241)의 사이즈는 절연영역(242)에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, 캐피티영역(230) 상에 점유되는 절연영역(242)의 면적이 커질수록, 어퍼처(241)의 면적은 작아질 수 있다.
예를 들어, 제1 어퍼처(241a)는 제1 절연영역(242a)에 의해 정의될 수 있으며, 예를 들어, 제2 어퍼처(241b)는 제2 절연영역(242b)에 의해 정의될 수 있다. 또한, 제3 어퍼처(241c)는 제3 절연영역(242c)에 의해 정의될 수 있고, 제4 어퍼처는 제4 절연영역에 의해 정의될 수 있다. 구체적으로, 각 절연영역(242)는 알루미늄 갈륨 아세나이드(aluminum gallium arsenide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연영역(242)은 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변함에 따라 절연영역(242)이 형성될 수 있고, H2O와 반응하지 않은 중앙영역은 AlGaAs로 이루어진 각 어퍼처가 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 각 어퍼처(241a, 241b, 241c)를 통해 캐비티영역(230)에서 발광된 레이저빔이 상부 영역을 향해 방출될 수 있으며, 절연영역(242a, 242b, 242c)과 비교하여 어퍼처(241a, 241b, 241c)의 광투과율이 우수할 수 있다.
<제2 반사층>
제2 반사층(250)은 캐비티영역(230) 상에 배치될 수 있다.
제2 반사층(250)은 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 한편, 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다.
제2 반사층(250)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)은 서로 다른 굴절률을 가지는 물질로 이루어진 제1 층(미도시) 및 제2 층(미도시)이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
제1 층과 제2 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 그리고, 제1 층 및 제2 층 각각의 두께는 λ/4n이고, λ는 활성층에서 방출되는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다.
이러한 구조의 제2 반사층(250)은 940 nm의 파장 영역의 광에 대하여 99.9%의 반사율을 가질 수 있다.
제2 반사층(250)은 제3 층/제4층이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 반사층(220) 내에서 제1 층과 제2층의 페어(pair) 수는 제2 반사층(250) 내에서 제3 층과 제4 층의 페어 수보다 더 많을 수 있으며, 이때 상술한 바와 같이 제1 반사층(220)의 반사율은 99.999% 정도로 제2 반사층(250)의 반사율인 99.9%보다 클 수 있다. 예를 들면, 제1 반사층(220) 내에서 제1 층과 제2 층의 페어 수는 20 내지 50회일 수 있고, 제2 반사층(250) 내에서 제3 층과 제4 층의 페어 수는 10 내지 30회일 수 있다.
<패시베이션층, 제2 전극>
에미터(E1, E2, E3, E4)의 측면과 상부면 그리고 각 에미터(E1, E2, E3, E4) 사이에 노출된 제1 반사층(220)의 상부면에 패시베이션층(270)이 배치될 수 있다. 패시베이션층(270)은 세그먼트(segment) 단위로 분리된 각 에미터(E1, E2, E3, E4)의 측면에 배치되어, 각 에미터(E1, E2, E3, E4)를 보호하고 절연시킬 수 있다. 패시베이션층(270)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다.
제2 전극(280)이 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(280)은 패드전극(290)로부터 연장되어 각 에미터(E1, E2, E3, E4)를 둘러싸는 패시베이션층(270)을 경유하여 제2 반사층(250)의 일부에 접촉될 수 있다. 제2 전극(280)은 패시베이션층(270) 위에 배치될 수 있다.
제2 전극(280)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(280)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
실시예는 확산부(140)의 형상을 변형시켜 광 출력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 실시예는 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)이 직사각 형상을 가지는 경우, 이러한 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)에 최적화되도록 확산부(140)의 형상을 변형시켜, 그 변형된 확산부(140)를 표면광방출레이저 소자(200) 상에 배치시킴으로써, 광 출력을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 표면광방출레이저 소자(200)는 레이저빔이 방출되는 발광영역(245)과 레이저빔이 방출되지 않으며 발광영역(245)에 접하는 비발광영역(247)을 포함할 수 있다.
비발광영역(247)은 외부와의 전기적인 연결을 위한 본딩패드로서의 패드전극(290)가 배치되는 영역으로서, 이 비발광영역(247)에서는 어떠한 레이저빔도 생성되지 않는다. 발광영역(245)은 발광구조물(E)을 포함하고, 발광구조물(E)은 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4)를 포함할 수 있다. 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4) 각각에서 레이저빔이 생성되고, 그 생성된 레이저빔이 예컨대, 상부 방향을 향해 방출될 수 있다. 따라서, 발광영역(245)은 복수의 에미터(E1, E2, E3, E4)에서 생성된 레이저빔이 방출되는 영역일 수 있다.
발광영역(245)와 비발광영역(247)을 포함하는 표면광방출레이저 소자(200)는 정사각 형상을 갖는데 반해, 표면광발출레이저 소자(200)의 발광영역(245)는 직사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 발광영역(245)은 x축 방향(이하, 제1 방향이라 함)으로의 제1 너비(W1)와 y축 방향(이하, 제2 방향이라 함)으로의 제2 너비(W2)를 가질 수 있다. 제2 너비(W2)는 제1 너비(W1)보다 클 수 있다. 따라서, 발광영역(245)은 제1 방향보다는 제2 방향으로 더 긴 직사각 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 형상을 갖는 표면광방출레이저 소자(200)에 최적화되어 광 출력을 향상시킬 수 있도록 확산부(140)의 형상이 변형됨으로써, 확산부(140)으로부터 출사되는 광 출력이 향상될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 표면광방출레이저 소자(200) 위에 확산부(140)가 배치될 수 있다.
확산부(140)는 바디(141)와 패턴어레이(144)를 포함할 수 있다. 패턴어레이(144)는 바디(141)의 하부에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
바디(141)는 우수한 내구성과 강도를 갖는 재질, 예컨대 유리로 이루어질 수 있다. 패턴어레이(144)는 가공이 용이한 재질, 예컨대 고분자 수지로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 패턴어레이(144)와 바디(141)가 동일한 재질, 유리 또는 고분자 수지로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 고분자 수지의 베이스기판의 표면이 표면 처리되어 베이스기판의 표면 상에 패턴어레이(144)가 형성될 수 있다.
패턴어레이(144)는 표면광방출레이저 소자(200)와 마주하도록 확산부(140)의 바디(141)의 하면 상에 배치될 수 있다.
패턴어레이(144)는 복수의 패턴(145)을 포함할 수 있다. 예로서, 패턴(145)은 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다. 패턴(145)의 크기는 균일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
복수의 패턴(145)은 제1 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 복수의 패턴(145)은 제2 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
패턴(145)은 제1 방향으로의 너비(또는 길이)와 제2 방향으로의 너비가 상이할 수 있다. 각 패턴(145)은 제1 방향을 따라 짧은 단축을 가지고 제2 방향을 따라 긴 장축을 가질 수 있다. 따라서, 패턴(145)의 장축의 길이가 패턴(145)의 단축의 길이보다 클 수 있다.
각 패턴(145)의 크기는 서로 상이한 랜덤한 모양을 가질 수 있다. 예컨대, 어떤 패턴은 거의 원 형상에 가까운 타원 형상을 가질 수 있다. 어떤 패턴은 거의 막대 형상에 가까운 타원 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 각 패턴(145)의 크기가 서로 상이하더라도, 각 패턴(145)의 장축은 제2 방향을 따라 가질 수 있다.
각 패턴(145)의 두께(또는 높이)는 서로 상이할 수 있다. 어떤 패턴의 두께는 다른 패턴의 두께보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. 패턴(145)는 바디(141)로부터 예컨대, 하부 방향을 따라 돌출된 돌출영역을 가질 수 있다. 이 돌출영역의 최저점이 각 패턴마다 서로 상이할 수 있다. 돌출영역의 최저점은 꼭지점을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 각 패턴의 면은 라운드 형상, 직선 형상 등을 가질 수 있다. 각 패턴은 울퉁불퉁한 형상을 가질 수 있다. 어떤 패턴끼리는 서로 접하여 배치되고 다른 패턴끼리는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 방향으로 따라 6개의 패턴이 일렬로 배치되고, 제2 방향을 따라 13개의 패턴이 일렬로 배치되어, 총 78개의 패턴(145)이 확산부(140)의 바디(141)의 하부에 배치될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 확산부(140)는 예컨대, 제1 방향으로의 제1 너비(W1)와 제2 방향으로의 제2 너비(W2)를 가질 수 있다. 이러한 경우, 제1 너비(W1)와 제2 너비(W2)가 동일할 수 있다. 따라서, 확산부(140)는 정사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
확산부(140)의 제1 너비(W1) 및 제2 너비(W2) 각각은 적어도 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 제1 너비(W1) 또는 제2 너비(W2)보다 클 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자와 확산부를 x축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 너비(W1)를 갖는 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)에서 방출된 제1 레이저빔은 확산부(140)에 의해 제1 화각(A1)을 갖는 제2 레이저빔으로 출사될 수 있다. 확산부(140)의 패턴어레이(144)가 제1 방향으로 단축을 가지므로, 확산부(140)의 패턴어레이(144)에 의해 제1 레이저빔이 보다 크게 굴절될 수 있다. 이와 같이 굴절된 제1 레이저빔이 보다 큰 입사각으로 확산부(140)의 바디(141)의 상면으로 입사되어, 확산부(140)의 상면에서 보다 큰 출사각을 갖는 제2 레이저빔으로 출사될 수 있다.
예컨대, 확산부(140)의 바디(141)가 1.51 내지 1.54의 굴절률을 갖는 유리 재질로 이루어지는 경우, 확산부(140)의 바디(141)와 공기가 접하는 바디(141)의 상면에서, 임계각은 대략 41.8°일 수 있다.
확산부(140)의 바디(141)의 상면으로 41.8°보다 큰 입사각이 입사되는 경우, 제1 레이저빔이 전반사되어 투과되지 않는다. 따라서, 제1 레이저빔이 보다 큰 입사각으로 확산부(140)의 바디(141)의 상면으로 입사되되, 그 입사각은 41.8°보다 작도록 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 패턴(145)가 설계될 수 있다.
표면광방출레이저 소자(200)에서 생성된 레이저빔은 제1 레이저빔으로 지칭되고, 확산부(140)에서 출사되는 레이저빔은 제2 레이저빔으로 지칭될 수 있다.
도 10a는 확산부의 출력 광에서 x축 방향을 따른 제1 화각을 보여준다.
확산부(140)의 중심을 기준으로 -90°으로부터 +90°으로 이동하면서 측정된 제2 레이저빔의 세기가 도 10a와 같이 나타내어질 수 있다. 이와 같이 측정된 제2 레이저빔의 세기 중 50%에 해당하는 각도 범위가 화각으로 정의될 수 있다.
제2 레이저빔의 제1 화각(A1)은 70° 내지 85°일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 85° 이상의 제1 화각(A1)이 얻어지는 경우, 임계각에 근접한 입사각을 갖는 제1 레이저빔이 확산부(140)의 바디(141)의 상면으로 입사되어, 전반사될 가능성이 높다. 70° 이하의 제1 화각(A1)이 얻어지는 경우, 나중에 설명할 제2 화각(A2)과 동일하여 광 출력이 향상될 수 없다.
표면광방출레이저 소자(200)의 제1 축(x축)에 대응되는 확산부(140)에서는 비교적 큰 제1 화각(A1)을 갖는 제2 레이저빔이 출사될 수 있다,
도 9는 실시예에 따른 표면광방출레이저 소자(200)와 확산부를 y축 방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 너비(W1)보다 큰 제2 너비(W2)를 갖는 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)에서 방출된 제1 레이저빔은 확산부(140)에 의해 제2 화각(A2)을 갖는 제2 레이저빔으로 출사될 수 있다. 확산부(140)의 패턴어레이(144)가 제2 방향으로 장축을 가지므로, 확산부(140)의 패턴어레이(144)에 의해 제1 레이저빔이 보다 덜 굴절될 수 있다. 이와 같이 보다 덜 굴절된 제1 레이저빔이 보다 작은 입사각으로 확산부(140)의 바디(141)의 상면으로 입사되어, 확산부(140)의 상면에서 보다 작은 출사각을 갖는 제2 레이저빔이 출사될 수 있다. 이러한 경우, 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 패턴(145)의 단축에서 출사되는 제2 레이저빔의 출사각은 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 패턴(145)의 장축에서 출사되는 제2 레이저빔의 출사각보다 클 수 있다.
도 10b에 도시한 바와 같이, 제2 레이저빔의 제2 화각(A2)은 50° 내지 70°일 수 있지만,, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 70° 이상의 제2 화각(A2)이 얻어지는 경우, 제1 화각(A1)과 동일하여 광 출력이 향상될 수 없다. 50° 이하의 제2 화각(A2)이 얻어지는 경우, 화각이 좁아 확산 기능으로서의 역할을 할 수 없다. 표면광방출레이저 소자(200)의 제2 축(y축)에 대응되는 확산부(140)에서는 비교적 작은 제2 화각(A2)을 갖는 제2 레이저빔이 출사될 수 있다.
이상과 같이, 표면광방출레이저 소자(200)로부터 방출된 제1 레이저빔은 확산부(140)에 의해 제1 방향으로 제1 화각(A1)을 가지고 제2 방향으로 제2 화각(A2)을 갖는 제2 레이저빔으로 출사될 수 있다. 제1 화각(A1)은 제2 화각(A2)보다 10° 내지 20° 클 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제1 화각(A1)이 제2 화각(A2)보다 20° 이상 큰 경우 확산부(140)에서의 전반사에 의해 확산부(140)로부터 출력되는 제2 레이저빔의 광 출력이 줄어들 수 있다. 제1 화각(A1)이 제2 화각(A2)와 10° 이하의 차이를 갖는 경우, 광 출력이 줄어들 수 있다.
제2 레이저빔은 직사각 형상을 가질 수 있다. 즉, 제2 레이저빔은 제1 방향으로의 제1 화각(A1)이 제2 방향으로의 제2 화각(A2)보다 큰 직사각 형상을 가질 수 있다.
이하에는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지에 대한 실험 결과를 설명한다.
실시예에서는 2개의 샘플(#1)과 샘플(#2)이 사용되었다.
제1 샘플(#1) 및 제2 샘플(#2) 모두 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)은 제1 방향을 따라 14개의 에미터가 배열되고 제2 방향을 따라 22개의 에미터가 배열될 수 있다. 이에 반해, 제1 샘플에서는 확산부(140)에서 더 큰 화각을 갖도록 배열된 패턴어레이(144)가 제1 방향과 일치되도록 배치되고, 제2 샘플에서는 확산부(140)에서 더 큰 화각을 갖도록 배열된 패턴어레이(144)가 제2 방향과 일치되도록 배치될 수 있다.
확산부(140)으로는 84° 및 72°의 화각을 갖는 확산부(140)과 72° 및 55°의 화각을 갖는 확산부(140)이 사용되었다.
도 11a 및 도 11b는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지의 광 출력을 보여준다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 84° 및 72°의 화각을 갖는 확산부(140)이 사용되는 경우, 제1 샘플(#1)이 제2 샘플(#2)에서보다 대략 1.18% 더 큰 광 출력이 얻어졌다. 이로부터, 광(wide) 화각(84°)이 얻어지는 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 단축이 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 단축과 일치되도록 배치될 때(제1 샘플(#1))가 협(narrow) 화각(72°)이 얻어지는 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 장축이 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 단축과 일치되도록 배치될 때(제2 샘플(#2))보다 큰 광 출력을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
도 11b에 도시한 바와 같이, 72° 및 55°의 화각을 갖는 사용되는 경우, 제1 샘플(#1)이 제2 샘플(#2)에서보다 대략 1.76% 더 큰 광 출력이 얻어졌다. 이로부터, 광(wide) 화각(72°)이 얻어지는 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 단축이 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 단축과 일치되도록 배치될 때(제1 샘플(#1))가 narrow) 화각(55°)이 얻어지는 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 장축이 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 단축과 일치되도록 배치될 때(제2 샘플(#2))보다 큰 광 출력을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
화각범위가 더 작은 확산부(140)이 사용될 때(도 11b)가 그렇지 않을 때(도 11a)보다 더 큰 광 출력이 얻어짐을 확인할 수 있다.
도 11a 및 도 11b로부터, 광 화각이 얻어지는 확산부(140)의 패턴어레이(144)의 단축이 표면광방출레이저 소자(200)의 발광영역(245)의 단축과 일치되도록 배치하거나 화각 범위가 작아지도록 함으로써, 보다 큰 광 출력이 얻어질 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지의 파워 드룹(droop)을 보여준다.
파워 드룹이라 함은 확산부(140)이 없는 상태, 즉 표면광방출레이저 패키지로부터 측정된 광 출력 대비하여 확산부(140)이 표면광방출레이저 패키지 상에 배치된 후 확산부(140)으로부터 측정된 광 출력의 감소 비율로 정의될 수 있다. 따라서, 파워 드롭이 클수록 확산부(140)에 의해 출사되는 광 출력도 클 수 있다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 84° 및 72°의 화각을 갖는 확산부(140)이 사용되는 경우, 제1 샘플(#1)에서는 대략 93.2%의 파워 드룹이 얻어지는데 반해, 제2 샘플(#2)에서는 이보다 작은 대략 92%의 파워 드룹이 얻어질 수 있다. 이로부터, 제1 샘플(#1)에서는 제2 샘플(#2)보다 큰 파워 드룹이 얻어지므로, 제1 샘플(#1)에서 제2 샘플(#2)보다 큰 광 출력이 얻어짐을 확인할 수 있다.
도 12b에 도시한 바와 같이, 72° 및 55°의 화각을 갖는 사용되는 경우, 제1 샘플(#1)에서는 대략 94.2%의 파워 드룹이 얻어지는데 반해, 제2 샘플(#2)에서는 이보다 작은 92.5%의 파워 드룹이 얻어질 수 있다. 이로부터, 제1 샘플(#1)에서는 제2 샘플(#2)보다 큰 파워 드룹이 얻어지므로, 제1 샘플(#1)에서 제2 샘플(#2)보다 큰 광 출력이 얻어짐을 확인할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100)는 근접 센서, 자동 초점 장치 등에 적용될 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 자동 초점 장치는 빛을 발광하는 발광부와 빛을 수광하는 수광부를 포함할 수 있다. 발광부의 예로서 도 1을 참조하여 설명된 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100) 중에서 적어도 하나가 적용될 수 있다. 수광부의 예로서 포토 다이오드가 적용될 수 있다. 수광부는 발광부에서 방출된 빛이 물체에서 반사되는 빛을 입사 받을 수 있다.
자동 초점 장치는 이동 단말기, 카메라, 차량용 센서, 광 통신용 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다. 자동 초점 장치는 피사체의 위치를 검출하는 멀티 위치 검출을 위한 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 13는 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지를 포함하는 자동 초점 장치가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 실시예의 이동 단말기(1500)는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 도 1을 참조하여 설명된 실시예에 따른 표면광방출레이저 패키지(100) 중의 하나를 포함할 수 있다.
플래쉬 모듈(1530)은 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다. 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 자동 초점 장치(1510)는 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 자동 초점 장치(1510)는 표면광방출레이저 소자를 포함하는 발광부와, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
100: 표면광방출레이저 패키지
110: 기판 130: 하우징
140: 확산부 141: 바디
142: 리세스 영역 144: 패턴어레이
145: 패턴 181, 182: 전극
183, 184: 본딩부 160: 회로기판
191: 와이어 200: 표면광방출레이저 소자
210: 기판 215, 280: 전극
220, 250: 반사층 230: 캐비티영역
241a, 241b, 241c: 어퍼처 242: 절연영역
245: 발광영역 247: 비발광영역
270: 패시베이션층 290: 패드전극
A1, A2: 화각 E: 발광구조물
E1, E2, E3: 에미터 W1, W2: 너비

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 비발광영역과 각각 제1 레이저빔을 생성하는 복수의 에미터를 포함하는 발광영역을 갖는 표면광방출레이저 소자;
    상기 표면광방출레이저 소자의 둘레에 배치되는 하우징; 및
    상기 표면광방출레이저 소자 상에 배치되는 확산부를 포함하고,
    상기 발광영역은 제1 방향으로의 제1 너비와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로의 제2 너비를 가지고,
    상기 제2 너비는 상기 제1 너비보다 크고,
    상기 확산부는 상기 제1 레이저빔을 상기 제1 방향으로의 제1 화각과 상기 제2 방향으로의 제2 화각을 갖는 제2 레이저빔으로 출력시키고,
    상기 제1 화각은 상기 제2 화각보다 10° 내지 20° 크고,
    상기 확산부는 바디, 및 상기 바디의 하측에 배치되는 패턴어레이를 포함하고,
    상기 패턴어레이는, 상기 복수의 에미터로부터 출력된 상기 제1 레이저빔을 상기 제1 및 제2 화각을 갖는 상기 제2 레이저빔으로 출력하도록, 상기 바디의 하면으로부터 돌출된 복수의 패턴을 포함하고,
    상기 복수의 패턴 각각은 상기 제1 방향을 따라 단축을 갖고 상기 제2 방향을 따라 장축을 갖는 표면광방출레이저 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화각은 70°보다 크고 85°보다 작고,
    상기 제2 화각은 50°보다 크고 70°보다 작은 표면광방출레이저 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴어레이는 상기 표면광방출레이저 소자와 마주하는 상기 바디의 하부에 배치되는 표면광방출레이저 패키지.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면광방출레이저 소자는,
    상기 제2 너비는 상기 제1 너비보다 큰 직사각 형상을 갖는 표면광방출레이저 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔은,
    상기 제1 화각이 상기 제2 화각보다 큰 직사각 형상을 갖는 표면광방출레이저 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확산부는,
    제1 및 제2 너비 각각이 상기 표면광방출레이저 소자의 적어도 제2 너비보다 큰 정사각 형상을 갖는 표면광방출레이저 패키지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 의한 상기 표면광방출레이저 패키지; 및
    상기 표면광방출레이저 패키지에서 방출된 빛의 반사된 빛을 입사 받는 수광부를 포함하는 자동 초점 장치.
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