KR102534590B1 - 표면발광레이저 패키지 - Google Patents

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KR102534590B1 KR1020180089669A KR20180089669A KR102534590B1 KR 102534590 B1 KR102534590 B1 KR 102534590B1 KR 1020180089669 A KR1020180089669 A KR 1020180089669A KR 20180089669 A KR20180089669 A KR 20180089669A KR 102534590 B1 KR102534590 B1 KR 102534590B1
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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

표면발광레이저 패키지는 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징과, 캐비티 내에 배치되는 제1 본딩부과, 캐비티 내에 배치되는 제2 본딩부과, 캐비티 내에 배치되는 표면발광레이저 소자와, 하우징 상에 배치되는 확산부를 포함한다.
캐비티는 제1 바닥면과, 단차에 의해 제1 바닥면 보다 높게 배치된 제2 바닥면을 포함할 수 있다. 제1 본딩부는 제1 바닥면 상에 배치되며, 제2 본딩부는 제2 바닥면 상에 배치될 수 있다. 표면발광레이저 소자는 제1 본딩부 상에 배치될 수 있다.
표면발광레이저 패키지는 표면발광레이저 소자와 제2 본딩부를 전기적으로 연결시키는 복수의 도트전극을 포함할 수 있다.

Description

표면발광레이저 패키지{A VERTICAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASER PACKAGE}
실시예는 표면발광레이저 패키지에 관한 것이다.
GaAs, AlGaAs 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 이용하여 다양한 파장대역의 광을 방출할 수 있어, 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 재질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 재질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선의 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자는 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 재질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장대역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장대역에 이르는 다양한 파장대역의 빛을 수광할 수 있다. 또한 반도체 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 채택될 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 시스템의 송수신 모듈, 액정표시장치LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 유닛, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드와 같은 조명 장치, 자동차의 헤드 라이트, 신호등 또는 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다.
또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자로서 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL) 소자가 있다. 표면발광레이저 소자는 광 통신, 광병렬 처리, 광연결 등에 사용되고 있다. 한편, 이러한 통신용 모듈에서 사용되는 레이저 다이오드의 경우, 저전류에서 작동하기 용이하도록 설계되어 있다.
표면발광레이저 소자는 통신용과 센서용으로 개발되고 있다. 통신용 표면발광레이저 소자는 광통신 시스템에 적용된다.
센서용 표면발광레이저 소자는 사람의 얼굴을 인지하는 3D 센싱 카메라에 적용된다. 예를 들어, 3D 센싱 카메라는 객체의 심도 정보(Depth Information)를 포착할 수 있는 카메라로서, 최근 증강현실과 맞물려 각광을 받고 있다.
표면발광레이저 소자가 포함된 표면발광레이저 패키지로 제품화될 수 있다.
도 1은 종래의 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(1)에 2개의 전극부(2, 3)이 구비되고, 제1 전극부(2)에 표면발광레이저 소자(4)가 실장된다. 표면발광레이저 소자(4)의 전체 영역에서 광이 발생되지 않는다. 즉, 표면발광레이저 소자(4)는 광이 발생되는 발광부(4a)와 제2 전극부(3)에 전기적으로 연결되는 패드부(4b)를 포함한다. 패드부(4b)와 제2 전극부(3)는 와이어(6)로 연결되는데, 이러한 와이어(6)의 연결을 위해 본딩 공정이 요구된다. 본딩 공정에 의해 와이의 일측에 패드부(4b)에 전기적으로 연결되기 위한 점유면적이 필요하므로, 패드부(4b)가 일정 정도의 사이즈가 요구된다. 아울러, 제1 전극부(2)와 제2 전극부(3)가 동일 면 상에 배치되므로, 이들(2, 3) 간에 전기적인 쇼트를 방지하기 위해 제1 전극부(2)와 제2 전극부(3)는 가능한 멀리 이격되어야 한다.
따라서, 종래의 표면발광레이저 패키지(10)에서는 제1 전극부(2)가 제2 전극부(3)로부터 비교적 멀리 이격되고 또한 제1 전극부(2) 상에 실장되는 표면발광레이저 소자(4)의 일 부분이 패드부(4b)로서 발광에 기여되지 않는다. 따라서, 종래의 표면발광레이저 패지키(10)에서는 표면발광레이저 소자(4)의 발광영역(4a)의 중심축이 하우징(1)의 중심축과 일치되지 않는다. 즉, 표면발광레이저 소자(4)의 발광영역(4a)의 중심축이 하우징(1)의 중심으로부터 우측으로 이동되어 위치될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 표면발광레이저 패키지(10)에서 광이 하우징(1)의 중심축을 중심으로 방출되지 않고 하우징(1)의 중심축에서 벗어난 영역을 중심으로 방출된다.
광이 하우징(1)의 중심축에서 벗어나는 것은 표면발광레이저 패키지(10)의 사이즈, 즉 하우징(1)의 사이즈가 작아질수록 더욱 심해진다. 즉, 표면발광레이저 패키지(10)의 사이즈가 작아지더라도 표면발광레이저 소자(4)의 패드부의 사이즈는 그대로이므로, 표면발광레이저 패키지(10)의 사이즈가 작아지면 작아질수록, 표면발광레이저 패키지(10)에서 방출된 광은 하우징(1)의 중심축에서 더욱 더 벗어게 된다.
이와 같이, 하우징(1)의 중심축에서 벗어난 영역에서 광이 방출되는 경우, 표면발광레이저 패키지(10)를 이용한 센싱 동작이나 광통신 동작의 신뢰성을 저하시킨다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 제품 신뢰성을 확보할 수 있는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 전체 사이즈를 줄일 수 있는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 구조가 단순한 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 표면발광레이저 소자의 전기적인 연결이 용이한 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 표면발광레이저 패키지는, 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징; 상기 캐비티 내에 배치되는 제1 본딩부; 상기 캐비티 내에 배치되는 제2 본딩부; 상기 캐비티 내에 배치되는 표면발광레이저 소자; 및 상기 하우징 상에 배치되는 확산부;를 포함한다. 상기 캐비티는 제1 바닥면; 및 상기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높게 배치된 제2 바닥면;을 포함할 수 있다. 상기 제1 본딩부는 상기 제1 바닥면 상에 배치되며, 상기 제2 본딩부는 상기 제2 바닥면 상에 배치될 수 있다. 상기 표면발광레이저 소자는 상기 제1 본딩부 상에 배치될 수 있다. 표면발광레이저 패키지는 상기 표면발광레이저 소자와 상기 제2 본딩부를 전기적으로 연결시키는 복수의 도트전극을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 하우징의 구조를 변경하고 제1 및 제2 전극부의 위치를 변경하며 또한 도트 전극이 이용되어 표면발광레이저 소자의 발광부의 중심축이 하우징의 중심축과 일치하도록 하여, 광이 하우징의 중심축에서 방출되어 됨으로써, 센싱 동작이나 광통신 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 와이어 대신에 도트전극으로 표면발광레이저 소자와 제2 전극부를 전기적으로 연결시켜 줌으로써, 제품 사이즈를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 와이어 본딩을 위해 요구되는 면적에 구애받지 않고 도트전극에 의해 최단 거리로 표면발광레이저 소자와 제2 전극부를 전기적으로 연결시켜 줌으로써, 제품 구조가 간단해질 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 종래의 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 표면발광레이저 패키지에서 방출되는 광의 모습을 보여준다.
도 3은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
도 5는 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서 방출되는 광의 모습을 보여준다.
도 6는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 평면도이다.
도 7는 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 일 영역(C1)의 확대도이다.
도 8a는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선을 따른 제1 단면도이다.
도 8b는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선을 따른 제2 단면도이다.
도 9은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.
도 10는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이고, 도 4는 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 광이 정 중앙, 즉 하우징(110)의 중심축을 중심으로 방출되도록 하여, 제품에 대한 신뢰성을 확보하고, 제품 사이즈를 줄일 수 있으며, 구조가 간단하다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 하우징(110)을 제공할 수 있다.
하우징(110)은 그 하우징(110) 상에 배치되는 모든 구성 요소를 지지할 수 있다. 예컨대, 하우징(110)은 그 위에 배치되는 표면발광레이저 소자(201) 및 확산부(140)를 지지할 수 있다. 하우징(130), 표면발광레이저 소자(201) 및 확산부(140)은 패키징 공정에 의해 모듈화된 모듈일 수 있다. 이와 같은 모듈이 하나 또는 복수로 회로기판(미도시) 상에 실장될 수 있다.
실시예의 하우징(110)은 지지 강도, 방열성, 절연성 등이 우수한 재질을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 열 전도율이 높은 재질을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 표면발광레이저 소자(201)에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 방열 특성이 좋은 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 절연 재질을 포함할 수 있다.
예컨대, 하우징(110)은 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 하우징(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, 하우징(110)은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 하우징(110)은 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 다른 예로서, 수지 계열의 절연 재질을 포함할 수 있다. 하우징(110)은, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성 재질로 제공될 수 있다.
하우징(110)은 도전성 재질을 포함할 수도 있다. 하우징(110)이 도전성 재질, 예컨대 금속으로 제공되는 경우, 하우징(110)과 표면발광레이저 소자(201) 사이 또는 하우징(110)과 전극(181 내지 186) 사이에 전기적인 절연을 위한 절연 부재가 제공될 수 있다.
하우징(110)은 위에서 보았을 때 정사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 하우징(110)은 Ws1의 가로폭과 Ws2의 세로폭을 가질 수 있다.
실시예의 하우징(110)은 제1 바디(110a), 제2 바디(110b), 제3 바디(110c) 및 제4 바디(110d)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)는 동일 재질로 이루어지고 일체로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)는 성형 가공에 의한 일괄 공정에 의해 형성될 수 있다.
제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)는 서로 상이한 재질로 형성되고 별개의 공정에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 내지 제4 바디(110b 내지 110d)는 동일 재질로 이루어지고 일체로 형성되고, 제1 바디(110a)는 제2 내지 제4 바디(110b 내지 110d)와 상이한 재질로 이루어지며 별개의 공정에 의해 형성될 수 있다. 이러한 경우, 일체로 형성된 제2 내지 제4 바디(110a 내지 110d)의 하면과 제1 바디(110a)의 상면이 접착 부재(미도시)에 의해 서로 접착될 수 있다. 예로서, 접착 부재는 유기물을 포함할 수 있다. 예컨대, 접착 부재는 에폭시 계열의 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 접착 부재는 실리콘계 수지를 포함할 수 있다.
제2 바디(110b)는 제1 바디(110a) 상에 배치되고, 제3 바디(110c)는 제2 바디(110b) 상에 배치되며, 제4 바디(110d)는 제3 바디(110c) 상에 배치될 수 있다.
제1 바디(110a)의 상면은 제1 영역과 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다. 제2 바디(110b)는 제1 바디(110a)의 상면의 제1 영역에 대응되는 제1 개구를 가질 수 있다. 이러한 경우, 제2 바디(110b)는 제1 바디(110a)의 상면의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 제1 바디(110a)의 상면의 제1 영역과 제2 바디(110b)의 제1 개구에 의해 제1 캐비티(111)가 정의될 수 있다. 제1 캐비티(111)에 의해 노출되는 제1 바디(110a)의 상면의 제1 영역은 제1 바닥면(121)일 수 있다.
제2 바디(110b)는 제1 개구 또는 제1 캐비티(111)와 접하는 제1 측면(122)을 가질 수 있다. 제2 바디(110b)와 제1 바디(110a) 사이에는 제2 바디(110b)의 두께(T2)만큼의 단차(이하, 제1 단차라 함)가 형성될 수 있다. 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)과 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123) 사이에 위치되는 제1 측면(122)에 의해 제1 단차가 형성될 수 있다.
제2 바디(110b)의 상면은 제1 개구의 일측에 위치되는 제1 영역과 제1 개구와 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다. 제2 바디(110b)는 제1 바디(110a)의 제1 개구의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2 개구를 가질 수 있다. 제3 바디(110c)는 제2 바디(110b)의 제1 개구와 제1 영역에 대응되는 제2 개구를 가질 수 있다. 이러한 경우, 제3 바디(110c)는 제2 바디(110b)의 상면의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 제2 바디(110b)의 상면의 제1 영역과 제3 바디(110c)의 제2 개구에 의해 제2 캐비티(113)이 정의될 수 있다. 제2 캐비티(113)에 의해 노출되는 제2 바디(110b)의 상면의 제1 영역은 제2 바닥면(123)일 수 있다. 따라서, 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)은 제1 캐비티(111)의 일측에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)은 제1 캐비티(111)에 인접하여 제1 캐비티(111)의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
제3 바디(110c)는 제2 개구와 제2 캐비티(113)와 접하는 제2 측면(124)을 가질 수 있다. 제3 바디(110c)와 제2 바디(110b) 사이에는 제3 바디(110c)의 두께(T3)만큼의 단차(이하, 제2 단차라 함)가 형성될 수 있다. 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)과 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125) 사이에 위치되는 제2 측면(124)에 의해 제2 단차가 형성될 수 있다.
제3 바디(110c)의 상면은 제2 개구를 둘러싸는 제1 영역과 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다. 제4 바디(110d)는 제3 바디(110c)의 제2 개구와 제1 영역에 대응되는 제3 개구를 가질 수 있다. 이러한 경우, 제4 바디(110d)는 제3 바디(110c)의 상면의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 제3 바디(110c)의 상면의 제1 영역과 제4 바디(110d)의 제3 개구에 의해 제3 캐비티(115)가 정의될 수 있다. 제3 캐비티(115)에 의해 노출되는 제3 바디(110c)의 상면의 제1 영역은 제3 바닥면(125)일 수 있다.
제4 바디(110d)는 제3 개구 또는 제3 캐비티(115)와 접하는 제3 측면(126)을 가질 수 있다. 제4 바디(110d)와 제3 바디(110c) 사이에는 제4 바디(110d)의 두께(T4)만큼의 단차(이하, 제3 단차라 함)가 형성될 수 있다. 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125)과 제4 바디(110d)의 상면 사이에 위치되는 제3 측면(126)에 의해 제3 단차가 형성될 수 있다.
제2 캐비티(113)는 제1 캐비티(111)와 연통되고, 제3 캐비티(115)는 제2 캐비티(113)와 연통될 수 있다. 제2 캐비티(113)의 사이즈는 제1 캐비티(111)의 사이즈보다 클 수 있다. 제3 캐비티(115)의 사이즈는 제2 캐비티(113)의 사이즈보다 클 수 있다.
제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 중심축은 하우징(110)의 중심축으로부터 벗어나 위치될 수 있다. 예컨대, x축 방향을 따라 서로 마주하는 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 일측과 타측이 정의될 때, 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 일측과 하우징(110)의 중심축 간의 거리는 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 타측과 하우징(110)의 중심축 간의 거리보다 클 수 있다.
제1 바디(110a)의 두께를 T1이라 하고, 제2 바디(110b)의 두께를 T2라고 할 수 있다. 또한, 제3 바디(110c)의 두께를 T3라고 하고, 제4 바디(110d)의 두께를 T4라고 할 수 있다. 이러한 경우, 제1 내지 제4 두께(T1 내지 T4) 사이는 수학식 1로 나타내어질 수 있다.
[수학식 1]
T3>T1≥T4>T2
제1 바디(110a)의 두께(T1)와 제3 바디(110c)의 두께(T3)의 비는 대략 1:1.2 내지 대략 1:2.5일 수 있다. 제1 바디(110a)의 두께(T1)와 제2 바디(110b)의 두께(T2)의 비는 대략 1:0.15 내지 대략 1:0.55일 수 있다.
제1 바디(110a)의 두께(T1)는 대략 0.35mm 내지 대략 0.42mm일 수 있다. 예컨대, 제1 바디(110a)의 두께(T1)은 0.39mm일 수 있다. 제2 바디(110b)의 두께(T2)는 대략 0.07mm 내지 대략 0.2mm일 수 있다. 예컨대, 제2 바디(110b)의 두께(T2)는 0.1mm일 수 있다. 제3 바디(110c)의 두께(T3)는 대략 0.55mm 내지 대략 0.72mm일 수 있다. 예컨대, 제3 바디(110c)의 두께(T3)는 0.62mm일 수 있다. 제4 바디(110d)의 두께(T4)는 대략 0.32mm 내지 대략 0.43mm일 수 있다. 예컨대, 제4 바디(110d)의 두께(T4)는 0.38mm일 수 있다.
제2 바디(110b)와 제1 바디(110a) 사이의 단차는 제2 바디(110b)의 두께(T2)와 동일할 수 있다. 제3 바디(110c)와 제2 바디(110b) 사이의 단차는 제3 바디(110c)의 두께(T3)와 동일할 수 있다. 제4 바디(110d)와 제3 바디(110c) 사이의 단차는 제4 바디(110d)의 두께(T4)와 동일할 수 있다.
제2 바디(110b)의 제1 측면(122), 제3 바디(110c)의 제2 측면(124) 및 제4 바디(110d)의 제3 측면(126) 각각은 제1 바디(110a)의 바닥면에 대해 수직인 면을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 바디(110c)의 제2 측면(124)의 일부와 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)의 일부는 수직으로 일치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예의 하우징(110)은 서로 이격된 제1 및 제2 비아홀(미도시)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 하우징(110)의 제1 바디(110a)는 수직으로 관통되는 제1 및 제2 비아홀을 포함할 수 있다. 나중에 설명하겠지만, 제1 및 제2 비아홀에 제1 및 제2 연결배선(185, 186)이 배치될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 제1 전극부(181)와 제2 전극부(182)를 포함할 수 있다.
제1 전극부(181)와 제2 전극부(182)는 하우징(110)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극부(181)는 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극부(182)는 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123) 상에 배치될 수 있다. 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)은 제2 바디(110b)의 두께(T2)만큼 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)보다 높으므로, 제2 전극부(182) 또한 제1 전극부(181)보다 제2 바디(110b)의 두께(T2)만큼 높게 배치될 수 있다. 제2 바닥면(123)은 표면발광레이저 소자(201)의 하면과 상면 사이에 위치될 수 있다.
제1 전극부(181)는 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 형상과 동일한 형상을 가지고, 제2 전극부(182)는 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다.
제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)의 사이즈와 제1 전극부(181)의 사이즈의 비는 대략 1:07 내지 대략 1:097일 수 있다. 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)의 사이즈와 제2 전극부(182)의 사이즈의 비는 대략 1:07 내지 대략 1:097일 수 있다.
제1 전극부(181)의 일측 끝단은 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)으로부터 이격될 수 있다. 제1 전극부(181)의 일측 끝단과 제2 바디(110b)의 제1 측면(122) 사이의 이격 거리(d)는 대략 0.05mm 내지 대략 0.2mm일 수 있다. 예컨대, 제1 전극부(181)의 일측 끝단과 제2 바디(110b)의 제1 측면(122) 사이의 이격 거리(d)는 0.1mm일 수 있다.
다른 예로서, 제1 전극부(181)의 일측 끝단은 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)과 접촉될 수 있다.
제2 전극부(182)의 일측 끝단은 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)으로부터 이격될 수 있다. 제2전극부의 일측 끝단과 제2 바디(110b)의 제1 측면(122) 사이의 이격 거리는 0.05mm 내지 대략 0.2mm일 수 있다. 예컨대, 제2 전극부(182)의 일측 끝단과 제2 바디(110b)의 제1 측면(122) 사이의 이격 거리는 0.07mm일 수 있다.
다른 예로서, 제2 전극부(182)의 일측 끝단은 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)과 수직으로 일치될 수 있다.
제1 및 제2 전극부(181, 182) 각각의 두께(Te1)는 대략 0.04mm 내지 대략 0.8mm일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극부(181, 182) 각각의 두께(Te1)는0.06mm일 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 표면발광레이저 소자(201)를 제공할 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극부(181) 상에 배치될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극부(181)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다. 제1 전극부(181)의 사이즈는 표면발광레이저 소자(201)의 사이즈보다 클 수 있다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)는 위에서 보았을 때 정사각형을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 표면발광레이저 소자(201)의 세로폭(제1 폭, Wd1)와 가로폭(Wd2)은 서로 동일할 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)는 각각 레이저빔을 방출하는 복수의 에미터(E1, E2, E3)를 포함하는 발광부(E)와 도트전극(131)를 이용하여 제2 전극부(182)에 전기적으로 연결되기 위한 패드전극이 배치되는 패드부(P)를 포함할 수 있다.
발광부(E)의 세로폭은 표면발광레이저 소자(201)의 세로폭(Wd1)과 동일하고, 발광부(E)이 가로폭은 Wd3일 수 있다. 이러한 경우, 패드부(P)의 가로폭은 표면발광레이저 소자(201)의 가로폭(Wd2)에서 발광부(E)의 가로폭(Wd3)을 뺀 값일 수 있다.
발광부(E)의 중심축은 하우징(110)의 중심축과 일치될 수 있다. 이에 따라, 광이 하우징(110)의 중심축을 중심으로 방출되어, 센싱 동작이나 광 통신 동작의 신뢰성이 확보될 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)는 제2 전극부(182)와 인접하여 배치될 수 있다. 구체적으로, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)는 제2 전극부(182)와 인접하여 배치될 수 있다. 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)이 제1 캐비티(111)에 접하고 서로 마주하는 일측과 타측으로 정의될 때, 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)의 일측은 제2 전극부(182)와 인접하여 배치한 영역이고 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)의 타측은 제2 전극부(182)로부터 멀어진 영역일 수 있다. 이러한 경우, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)는 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)의 타측으로부터 멀어지고 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)의 일측으로 보다 인접되도록 배치될 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일측은 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)에 접하는 제1 측면(122)과 접촉될 수 있다.
다른 예로서, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일측은 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)에 접하는 제1 측면(122)으로부터 이격될 수 있다.
예컨대, 표면발광레이저 소자(201)의 제1 영역은 제1 전극부(181)와 수직으로 중첩되고, 표면발광레이저 소자(201)의 제2 영역은 제1 전극부(181)와 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)과 표면발광레이저 소자(201)의 제2 영역 사이에 제1 전극부(181)가 존재하지 않아, 표면발광레이저 소자(201)의 제2 영역이 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(121)으로부터 공간적 또는 물리적으로 이격될 수 있다.
구체적으로, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일부는 제1 전극부(181)와 수직으로 중첩되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일부가 상술한 표면발광레이저 소자(201)의 제2 영역일 수 있다. 따라서, 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일부는 제1 전극부(181)와 수직으로 중첩되지 않고 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 다른 일부는 제1 전극부(181)와 수직으로 중첩될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 다른 일부는 표면발광레이저 소자(201)의 발광부(E)와 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 일부 사이에 위치될 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)의 두께(Td1)는 대략 0.08mm 내지 대략 0.3mm일 수 있다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)의 두께 Td1)는 0.1mm일 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)의 상면, 구체적으로 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 상면은 제2 전극부(182)의 상면과 수평으로 일치할 수 있다. 제2 바디(110b)의 제1 바닥면(121)은 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 상면보다 낮게 위치될 수 있다. 제2 바디(110b)의 제1 바닥면(121) 상에 제2 전극부(182)가 배치되고, 이 제2 전극부(182)의 두께(Te1)로 인해, 제2 전극부(182)의 상면과 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 상면은 수평으로 일치될 수 있다.
다른 예로서, 표면발광레이저 소자(201)의 상면은 제2 전극부(182)의 상면보다 높게 위치될 수 있다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)의 상면은 제2 전극부(182)의 상면보다 5nm 내지 30nm 높게 위치될 수 있다.
도 6 내지 도 8b를 참조하여, 표면발광레이저 소자(201)를 상세히 설명한다.
도 6는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 평면도이고, 도 7는 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 일 영역(C1)의 확대도이다. 도 8a는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선을 따른 제1 단면도이고, 도 8b는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선을 따른 제2 단면도이다.
도 6 내지 도 8b를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 발광부(E)와 패드부(P)를 포함할 수 있다. 발광부(E)는 도 7와 같이 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)를 포함하는 영역으로서 레이저빔이 방출되는 영역일 수 있다. 예컨대, 발광부(E)는 수십에서 수백개의 발광 에미터를 포함할 수 있다. 패드부(P)는 발광 에미터(E1, E2, E3)에 배치되지 않는 영역일 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제2 전극(282)을 포함할 수 있다. 즉, 각 발광 에미터(E1, E2, E3)에서 제2 전극(282)은 개구부(aperture, 241)에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극(282)은 제2 반사층(250)의 제2 영역에 배치될 수 있다. 제2 반사층(250)의 제1 영영역은 제2 영역에 의해 둘러싸이고, 개구부(241)의 사이즈와 동일하거나 이보다 클 수 있다. 따라서, 발광층(230)에서 생성된 빔이 개구부(241)을 통과하여 제2 전극(282)에 의해 정의된 개구부를 통해 외부로 방출될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 발광층(230), 산화층(240), 제2 반사층(250), 패시베이션층(270), 제2 전극(282) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
산화층(240)은 개구부(241) 및 절연영역(242)을 포함할 수 있다. 개구부(241)은 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다.
산화층(240)은 전류의 흐름이나 밀도를 제한하여 보다 응집된 레이저빔이 방출되도록 하므로, 전류제한층(current confinement layer)으로 지칭될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 패드전극(280)을 더 포함할 수 있다. 패드전극(280)은 패드부(P), 즉 발광부(E)를 제외한 영역에 배치될 수 있다. 패드전극(280)은 제2 전극(282)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(282)과 패드전극(280)은 일체로 형성되거나 별개도 형성될 수 있다.
이하 도 6 내지 도 8b를 참조하여 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)의 기술적 특징을 설명하기로 한다. 실시예의 도면에서 x축의 방향은 기판(210)의 길이방향에 평행한 방향일 수 있으며, y축은 x축에 수직한 방향일 수 있다.
<기판, 제1 전극>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 기판(210)을 제공한다. 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 전도성 기판으로는 전기 전도도가 우수한 금속이 사용될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)의 동작시 발생되는 열이 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로, 전도성 기판으로는 열전도도가 높은 GaAs 기판 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판 등이 사용될 수 있다. 비전도성 기판으로는 AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판 등이 사용될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제1 전극(215)을 제공한다. 제1 전극(215)은 기판(210)의 하부에 배치될 수 있다. 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>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제1 반사층(220)를 제공한다. 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 두께를 줄이기 위해 기판(210)이 생략되는 경우, 제1 반사층(220)의 하면은 제1 전극(215)의 상면과 접촉될 수 있다.
제1 반사층(220)는 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
제1 반사층(220)는 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 반사층(220)는 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)는 서로 다른 굴절률을 가지는 재질을 포함하는 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
예를 들어, 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치된 복수의 층을 포함할 수 있다. 각 층은 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 재질을 포함할 수 있으며, 각 층 내의 Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 각각의 층의 두께는 λ/4n일 수 있고, λ는 발광층(230)에서 발생하는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다. 여기서, λ는 650 내지 980나노미터(nm)일 수 있고, n은 각층의 굴절률일 수 있다. 이러한 구조의 제1 반사층(220)는 약 940 나노미터의 파장의 광에 대하여 99.999%의 반사율을 가질 수 있다.
각 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 발광층(230)에서 방출되는 광의 파장 λ에 따라 결정될 수 있다.
<활성층>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 발광층(230)를 포함할 수 있다. 발광층(230)는 제1 반사층(220) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 발광층(230)는 제1 반사층(220) 상에 배치될 수 있다. 발광층(230)는 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다.
발광층(230)는 활성층과 적어도 하나 이상의 캐비티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(230)는 활성층, 활성층의 하측에 배치되는 제1 캐비티 및 활성층의 상측에 배치되는 제2 캐비티를 포함할 수 있다. 실시예의 발광층(230)는 제1 캐비티와 제2 캐비티를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
활성층은 단일 우물구조, 다중 우물구조, 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물(MQW: Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 재질을 이용하여 양자우물층과 양자벽층을 포함할 수 있다. 양자우물층은 양자벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 활성층은 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 활성층에는 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다.
제1 캐비티와 제2 캐비티는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 캐비티와 제2 캐비티는 각각 AlyGa(1-y)As로된 복수의 층을 포함할 수 있다.
<산화층>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 산화층(240)을 제공할 수 있다. 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. 절연영역(242)는 개구부(241)을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 개구부(241)은 발광층(230)의 제1 영역(중심영역) 상에 배치되고, 절연영역(242)는 발광층(230)의 제2 영역(가장자리영역) 상에 배치될 수 있다. 제2 영역은 제1 영역을 둘러쌀 수 있다.
개구부(241)은 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다.
개구부(241)의 사이즈에 의해 제2 전극(282)에서 발광층(230)으로 공급되는 전류의 양, 즉 전류밀도가 결정될 수 있다. 개구부(241)의 사이즈는 절연영역(242)에 의해 결정될 수 있다. 절연영역(242)의 사이즈가 커질수록 개구부(241)의 사이즈는 작아지고, 이에 따라 발광층(230)으로 공급되는 전류밀도는 증가될 수 있다. 아울러, 개구부(241)은 발광층(230)에서 생성된 빔이 상측 방향, 즉 제2 반사층(250)의 방향으로 진행되는 통로일 수 있다. 즉, 개구부(241)의 사이즈에 따라, 발광층(230)의 빔의 발산각이 달라질 수 있다.
절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산화층(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 산화층(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변해져 절연영역(242)으로 형성되고, H2O와 반응하지 않은 중심영역은 AlGaAs를 포함하는 개구부(241)가 될 수 있다.
실시예에 의하면, 개구부(241)을 통해 발광층(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 발산할 수 있으며, 절연영역(242)과 비교하여 개구부(241)의 광 투과율이 우수할 수 있다.
절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 절연영역(242)은 제1 절연영역, 제1 절연영역 상에 배치된 제2 절연영역 및 제2 절연영역 사에 배치된 제3 절연영역을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역 중 하나의 절연영역은 다른 절연영역과 동일한 두께를 갖거나 상이한 두께를 가질 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역은 적어도 산화(oxidation) 재질을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 절연영역은 적어도 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 재질을 포함할 수 있다.
<제2 반사층>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 제2 반사층(250)는 산화층(240) 상에 배치될 수 있다.
제2 반사층(250)는 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250)는 제2 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 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)도 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(250)는 서로 다른 굴절률을 가지는 재질을 포함하는 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다.
제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 제2 반사층(250)의 각 층의 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)는 약 940 나노미터의 파장의 광에 대하여 99.9%의 반사율을 가질 수 있다.
제2 반사층(250)는 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 반사층(220)의 반사율은 99.999%로서 제2 반사층(250)의 반사율인 99.9%보다 클 수 있다.
실시예에서 제2 반사층(250)는 발광층(230) 상에 배치되는 복수의 층을 포함할 수 있다. 각각의 층은 단일 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
<패시베이션층, 제2 전극>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 패시베이션층(270)을 제공할 수 있다. 패시베이션층(270)은 발광구조물의 일부 영역의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 발광구조물의 일부 영역은 예컨대, 발광층(230), 산화층(240) 및 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 패시베이션층(270)은 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. 패시베이션층(270)은 제2 반사층(250)의 에지 영역 상에 배치될 수 있다. 발광구조물이 부분적으로 메사 식각되는 경우, 제1 반사층(220)의 상면의 일부는 노출되고, 발광구조물의 일부 영역이 형성될 수 있다. 패시베이션층(270)이 발광구조물의 일부 영역의 둘레와 노출된 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다.
패시베이션층(270)은 외부로부터 발광구조물을 보호하고, 제1 반사층(220)와 제2 반사층(250)의 전기적인 쇼트를 차단할 수 있다. 패시베이션층(270)은 SiO2와 같은 무기 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제2 전극(282)을 제공할 수 있다. 제2 전극(282)은 패드전극(280)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(282)는 제2 반사층(250)의 상면의 일부분에 접촉될 수 있다.
제2 전극(282)과 패드전극(280)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(282)과 패드전극(280)은 백금(Pt), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 복수의 도트전극(131)을 제공할 수 있다. 도트전극(131)은 표면발광레이저 소자(201)를 제2 전극부(182)에 전기적으로 연결시키 주기 위한 연결 부재일 수 있다.
복수의 도트전극(131)은 서로 간에 이격될 수 있다. 각 도트전극(131)의 일측은 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 패드전극(280)에 전기적으로 연결되고, 각 도트전극(131)의 타측은 제2 전극부(182)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도트전극(131)은 제1 영역과 제2 영역을 가질 수 있다. 도트전극(131)의 제1 영역은 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 패드전극(280)과 수직으로 중첩될 수 있다. 도트전극(131)의 제2 영역은 제2 전극부(182)와 수직으로 중첩될 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182)가 이격되는 경우, 도트전극(131)은 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치되는 제3 영역을 더 포함할 수 있다. 도트전극(131)의 제3 영역은 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이에 이격되는 공간에 대응될 수 있다.
도트전극(131)은 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이에 이격되는 공간에 배치될 수 있다. 도트전극(131)이 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이에 이격되는 공간에 배치되는 경우, 도트전극(131)은 표면발광레이저 소자(201)의 일측면, 제2 전극부(182)의 일측면 그리고 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(123)과 접촉될 수 있다. 도트전극(131)이 표면발광레이저 소자(201)의 일측면에 접촉되는 경우, 예컨대 도트전극(131)과 제1 반사층(도 8a의 220) 간의 전기적인 절연을 위해 표면발광광레이저 소자의 측면 상에 패시베이션층(도 8a의 270)이 배치될 수 있다.
도트전극(131)이 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이에 이격되는 공간에 배치되는 경우, 도트전극(131)과 제2 전극부(182)의 전기적인 접촉 면적이 크므로 전류 흐름이 원활하다.
종래(도 1 참조)에는 표면발광레이저 소자(4)와 제2 전극부(3)가 와이어(6)에 의해 전기적으로 연결되었다. 와이어(6)는 매우 가늘어 라인 저항이 클 뿐만 아니라 작은 충격에도 라인 단선이 발생된다.
도트전극(131)이 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이에 이격되는 공간에 배치되는 경우, 도트전극(131)에 의해 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182)가 보다 단단히 고정되어 이탈되지 않으므로 라인 단선과 같은 불량이 방지될 수 있다.
도트전극(131)의 직경(D)은 예컨대, 50nm 내지 200nm일 수 있다. 예컨대, 도트전극(131)의 직경(D)은 100nm일 수 있다.
매우 작은 직경(D)을 갖는 도트 전극에 의해 표면발광레이저 소자(201)가 제2 전극부(182)에 직접 전기적으로 연결되어 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이의 거리가 매우 짧고 전류 흐름 통로(current flow path)가 짧아 전류 손실을 최소화할 수 있다.
도트전극(131)의 상면은 라운드 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도트전극(131)의 상면의 최고점과 제2 전극부(182)의 상면과 접하는 하면 사이의 두께는 100nm 이하일 수 있다.
도트전극(131)은 액상 금속 재질이 표면발광레이저 소자와 제2 전극부(182) 사이에 도팅(dotting)된 후 경화되어 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 표면발광레이저 소자(201)가 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)과 접촉되어, 액상 금속 재질이 표면발광레이저 소자(201)와 제2 바디(110b)의 제1 측면(122) 사이로 흐르지 않게 되어, 도트전극(131)과 제1 전극부(181) 간의 전기적인 쇼트의 발생을 차단할 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)가 제2 바디(110b)의 제1 측면(122)으로부터 이격되더라도, 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이의 이격 간격을 최소화함으로써, 액상 금속 재질이 표면발광레이저 소자(201)와 제1 전극부(181) 사이로 흐르지 않게 된다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이의 이격 간격은 대략 0.05mm 내지 대략 0.2mm일 수 있다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182) 사이의 이격 간격은 0.07mm일 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)를 제공할 수 있다.
제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 하우징(110) 아래에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 본딩부와 제2 본딩부는 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면 상에 배치될 수 있다.
도면에서는 제1 본딩부와 제2 본딩부가 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면으로부터 하부 방향으로 돌출되도록 배치될 수 있다.
다른 예로서, 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면에 서로 이격된 제1 및 제2 리세스가 형성되고, 제1 리세스에 제1 본딩부(183)이 배치되고, 제2 리세스에 제2 본딩부(185)가 배치될 수 있다 이러한 경우, 제1 리세스에 배치된 제1 본딩부의 하면 및 제2 리세스에 배치된 제2 본딩부의 하면은 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면과 수평으로 일치할 수 있다.
예로서, 제1 본딩부(183)의 하면과 제2 본딩부(184)의 하면 각각은 회로기판(미도시)의 신호라인(미도시)에 면 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 하우징(110)은 제1 기판으로 지칭되고, 회로기판은 제2 기판으로 지칭될 수 있다.
제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 하우징(110) 아래에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 본딩부(183)와 제2 본딩부(184)는 아래에서 보았을 때 원 형상의 패드를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
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, 하우징(110)에 제공된 제1 비아홀에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(183)와 제1 연결배선(185)은 동일 금속 물질을 이용하여 일체로 형성될 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, 하우징(110)에 제공된 제2 비아홀에 배치될 수 있다. 제2 본딩부(184)와 제2 연결배선(186)은 동일 금속 물질을 이용하여 일체로 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 연결배선(185)과 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. 텅스텐(W)의 일부가 하우징(110)하부에서 경화되어 제1 및 제2 본딩부(183, 184)로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 의하면, 회로기판(미도시)을 통하여 표면발광레이저 소자(201)에 구동 전원이 제공될 수 있게 된다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 확산부(140)를 제공할 수 있다.
확산부(140)는 표면발광레이저 소자(201) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 확산부(140)는 하우징(110)의 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125) 상에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 확산부(140)의 하면의 일부는 하우징(110)의 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125)과 접촉되고, 확산부(140)의 측면은 하우징(110)의 제4 바디(110d)의 제3 측면(126)과 접촉될 수 있다.
확산부(140)와 하우징(110)의 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125)은 접착 부재(미도시)에 의해 서로 접착될 수 있다. 예로서, 접착 부재는 유기물을 포함할 수 있다. 예컨대, 접착 부재는 에폭시 계열의 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 접착 부재는 실리콘계 수지를 포함할 수 있다.
확산부(140)의 상면은 하우징(110)의 제4 바디(110d)의 상면과 수평으로 일치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
확산부(140)는 표면발광레이저 소자(201)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 확산부(140)는 하우징(110)의 제3 바디(110c)의 제3 바닥면(125)에 의해 지지될 수 있다.
확산부(140)는 표면발광레이저 소자(201)로부터 발광된 레이저빔의 발산각(divergence angle)을 확장시킬 수 있다.
확산부(140)는 무반사(anti-reflective)층을 포함할 수 있다. 예로서, 확산부(140)는 확산부(140)의 상면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 무반사층은 확산부(140)와 별개로 형성될 수 있다.
무반사층은 예로서 무반사 코팅 필름을 포함할 수 있다. 이러한 무반사 코팅 필름이 확산부(140)의 상면에 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)는 바디(141)와, 바디(141)의 하부에 배치된 복수의 패턴(145)을 포함할 수 있다. 패턴(145)은 바디와 상이한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 바디는 수지 재질을 포함하고, 패턴(145)는 유리 재질을 포함할 수 있다. 패턴(145)은 일정한 형상을 가지거나 랜덤한 형상을 가질 수 있다. 패턴(145)의 크기, 형상, 두께 등은 다양하게 설계 변형이 가능하다.
이상과 같이 구성된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 도 5에 도시한 바와 같이, 그 중심축, 구체적으로 하우징(110)의 중심축에서 레이저빔이 방출될 수 있다. 상술한 바와 같이, 종래의 표면발광레이저 패키지(도 2 참조)는 하우징(110)의 중심축으로부터 벗어난 지점에서 레이저빔이 방출되었다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 광이 정 중앙, 즉 하우징(110)의 중심축을 중심으로 방출되도록 하여, 센싱 동작이나 광통신 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 와이어 대신에 도트전극(131)으로 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182)를 전기적으로 연결시켜 줌으로써, 제품 사이즈를 줄일 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 와이어 본딩을 위해 요구되는 면적에 구애받지 않고 도트전극(131)에 의해 최단 거리로 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극부(182)를 전기적으로 연결시켜 줌으로써, 제품 구조가 간단해질 수 있다.
(플립칩형 표면발광레이저소자)
도 9은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 도 9에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 수직형 외에 도 9와 같이 제1 전극(215)과 제2 전극(282)이 동일 방향을 향하는 플립칩형일 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자는 제1 전극부(215, 217), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처 영역(240), 제2 반사층(250), 제2 전극부(280, 282), 제1 패시베이션층(271), 제2 패시베이션층(272), 비반사층(290) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때 제2 반사층(250)의 반사율이 제1 반사층(220)의 반사율 보다 높게 설계될 수 있다.
이때 제1 전극부(215, 217)는 제1 전극(215)과 제1 패드전극(217)을 포함할 수 있으며, 소정의 메사 공정을 통해 노출된 제1 반사층(220) 상에 제1 전극(215)이 전기적으로 연결되며, 제1 전극(215)에 제1 패드전극(217)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극부(215, 217)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(215)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 제1 전극(215)와 제1 패드전극(217)은 서로 동일한 금속 또는 상이한 금속을 포함할 수 있다.
제1 반사층(220)이 n형 반사층인 경우, 제1 전극(215)은 n형 반사층에 대한 전극일 수 있다.
제2 전극부(280, 282)는 제2 전극(282)과 제2 패드전극(280)을 포함할 수 있으며, 제2 반사층(250) 상에 제2 전극(282)이 전기적으로 연결되며, 제2 전극(282)에 제2 패드전극(280)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 반사층(250)이 p형 반사층인 경우, 제2 전극(282)은 p형 전극일 수 있다.
상술한 실시예에 따른 제2 전극(도 4, 도 8 참조)은 플립칩형 표면발광레이저 소자의 제2 전극(282)에 동일하게 적용될 수 있다.
제1 절연층(271)과 제2 절연층(272)은 절연성 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드(Polymide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예는 신뢰성이 높은 전극구조를 구비한 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 출사 빔의 빔 패턴(beam pattern)이 분열 또는 출사 빔의 발산각(divergence angle of beams)이 증가되는 광학적 문제를 해결할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예는 오믹특성을 개선할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
(이동 단말기)
도 10는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
실시예에 따른 수직형 표면발광레이저 소자와 도 9에 도시된 플립형 표면발광레이저 소자는 도 10에 도시된 이동 단말기에 적용될 수 있다.
도 10에 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 발광층으로서 앞서 설명된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 패키지 중의 하나를 포함할 수 있다.
플래쉬 모듈(1530)은 그 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 앞서 기술된 실시예의 표면발광레이저 소자를 포함하는 발광층과, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는, 제1 영역, 상기 제1 영역의 일측에 상기 제1 영역보다 제1 높이 높게 배치된 제2 영역, 상기 제2 영역보다 제2 높이 높게 상기 제1 영역의 둘레를 따라 배치되는 제3 영역을 갖는 하우징(110); 상기 하우징(110)의 상기 제1 영역 상에 배치되는 제1 전극부(181); 상기 제1 전극부(181) 상에 배치되는 표면발광레이저 소자; 상기 하우징(110)의 상기 제2 영역 상에 배치되는 제2 전극부(182); 상기 표면발광레이저 소자와 상기 제2 전극부(182)를 연결시키는 도트전극; 및 상기 하우징(110)의 상기 제3 영역 상에 배치되는 확산부(140);을 포함한다. 상기 표면발광레이저 소자의 측면은 상기 하우징(110)의 상기 제2 영역의 측면에 인접할 수 있다.
상기 표면발광레이저 소자의 측면은 상기 하우징(110)의 상기 제2 영역의 측면과 접촉될 수 있다.
상기 표면발광레이저 소자의 상면은 상기 제2 전극의 상면과 동일하거나 높게 배치될 수 있다.
상기 제1 높이는 상기 제1 전극의 두께와 상기 표면발광레이저 소자의 두께의 합과 동일하거나 클 수 있다.
상기 제2 높이는 제1 높이보다 클 수 있다.
상기 제1 전극의 측면은 상기 하우징(110)의 제2 영역의 측면으로부터 0.1mm 이격될 수 있다.
상기 도트전극은 서로 이격된 복수의 도트를 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: 표면발광레이저 패키지
110: 하우징
110a, 110b, 110c, 110d: 바디
111, 113, 115: 캐비티
121, 123, 125: 바닥면
122, 124, 126: 측면
131: 도트전극
140: 확산부
141: 바디
145: 패턴
181, 182: 전극부
183, 184: 본딩부
185, 186: 연결배선
201: 표면발광레이저 소자
210: 기판
215: 제1 전극
217, 280: 패드전극
220: 제1 반사층
230: 발광층
240: 산화층
241: 개구부
242: 절연영역
250: 제2 반사층
270: 패시베이션층
282: 제2 전극
300: 마스크
E: 발광부
E1, E2, E3: 에미터
M: 메사영역
P: 패드부

Claims (10)

  1. 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징;
    상기 캐비티 내에 배치되는 제1 전극부;
    상기 캐비티 내에 배치되는 제2 전극부;
    상기 캐비티 내에 배치되는 표면발광레이저 소자; 및
    상기 하우징 상에 배치되는 확산부;를 포함하고,
    상기 캐비티는
    제1 바닥면; 및
    상기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높게 배치된 제2 바닥면;을 포함하고,
    상기 제1 전극부는 상기 제1 바닥면 상에 배치되며,
    상기 제2 전극부는 상기 제2 바닥면 상에 배치되고,
    상기 표면발광레이저 소자는 상기 제1 전극부 상에 배치되며,
    상기 표면발광레이저 소자와 상기 제2 전극부를 전기적으로 연결시키는 복수의 도트전극;을 포함하는 표면발광레이저 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바닥면의 일측과 상기 하우징의 중심축 간의 거리는 상기 제1 바닥면의 타측과 상기 하우징의 중심축 간의 거리보다 큰 표면발광레이저 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면발광레이저 소자는,
    복수의 에미터를 포함하는 발광부와 상기 제2 전극부와 인접하여 배치되고 상기 도트전극과 전기적으로 연결되기 위한 패드부를 포함하고,
    상기 발광부의 중심축은 상기 하우징의 중심축과 일치하는 표면발광레이저 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 표면발광레이저 소자의 상기 패드부의 상면과 상기 제2 전극부의 상면은 수평으로 일치하는 표면발광레이저 패키지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 도트전극은,
    상기 표면발광레이저 소자의 상기 패드부와 수직으로 중첩되는 제1 영역과, 상기 제2 전극부와 수직으로 중첩되는 제2 영역을 갖는 표면발광레이저 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도트전극은,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 정의되어 상기 표면발광레이저 소자와 상기 제2 전극부 사이에 배치되는 제3 영역을 갖는 표면발광레이저 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도트전극의 상기 제3 영역은 상기 제2 바닥면과 접촉되는 표면발광레이저 패키지.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1 바닥면과 상기 제2 바닥면 사이에 위치되는 제1 측면을 가지는 표면발광레이저 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극부의 일측 끝단은 상기 제1 측면으로부터 이격되는 표면발광레이저 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극부의 일측 끝단과 상기 제1 측면 사이의 이격 거리는 0.05mm 내지 0.2mm인 표면발광레이저 패키지.
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