KR102558043B1 - 표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시예는 표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈에 관한 것이다.
실시예에 따른 표면발광 레이저패키지는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자; 상기 몸체 상에 배치되며 상기 표면발광 레이저소자 상에 배치되는 확산부를 포함할 수 있다. 상기 캐비티의 내부의 제1 압력은 상기 캐비티 외부의 제2 압력에 비해 낮을 수 있다.

Description

표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈{A SURFACE-EMITTING LASER PACKAGE, OPTICAL MODULE INCLUDING THE SAME}
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면발광 레이저소자, 표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 발광장치, 광 모듈에 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 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 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 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 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다.
또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다. 예를 들어, 종래 반도체 광원소자 기술 중에, 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)가 있는데, 이는 광 통신, 광병렬 처리, 광연결 등에 사용되고 있다. 한편, 이러한 통신용 모듈에서 사용되는 레이저 다이오드의 경우, 저전류에서 작동하기 하도록 설계되어 있다.
한편 기존의 데이터(Data) 광통신용 구조에서는 응답속도가 중요하였으나, 최근 센서용 고전압 패키지(High Power PKG)에 적용되면서 광출력과 전압 효율이 중요한 특성이 된다.
예를 들어, 3D 센싱 카메라는 객체의 심도 정보(Depth Information)를 포착할 수 있는 카메라로서, 최근 증강현실과 맞물려 각광을 받고 있다. 한편, 카메라 모듈의 심도 센싱을 위해서는 별도 센서를 탑재하며, 구조광(Structured Light: SL) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식 등 두 가지로 구분된다.
구조광(SL) 방식은 특정 패턴의 레이저를 피사체에 방사한 후 피사체 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 분석해 심도를 계산한 후 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다.
이에 비해 ToF 방식는 레이저가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 되는 방식이다.
이에 따라 SL 방식은 레이저가 매우 정확하게 위치해야 하는 반면에, ToF 기술은 향상된 이미지센서에 의존한다는 점에서 대량 생산에 유리한 장점이 있으며, 하나의 휴대폰에 어느 하나의 방식 또는 두 가지 방식 모두를 채용할 수도 있다.
예를 들어, 휴대폰의 전면에 트루뎁스(True Depth)라는 3D 카메라를 SL 방식으로 구현할 수 있고, 후면에는 ToF 방식으로 적용할 수도 있다.
앞서 기술한 바와 같이, VCSEL 패키지 기술 중에 ToF 방식은 광원인 VCSEL 칩과 디퓨져(diffuser)를 통한 플래시 형태(Flash type)의 펄스 프로젝션(Pulse Projection)으로 반사 펄스(reflected pulse) 빔의 시간차를 계산하여 심도(Depth)를 추출한다.
예를 들어, VCSEL 칩에서의 빔 발산(beam divergence)과 디퓨져 빔 각(Diffuser beam angle)의 조합으로 FOI(Field of Interest)와 FOV(Field Of View)를 결정하게 되며, FOI와 FOV 결정하기 위해서는 VCSEL 칩에서의 빔 발산(beam divergence)의 제어가 중요하다.
이에 따라 VCSEL 기술에서 FOI와 FOV를 제어하기 위해서는 VCSEL 칩에서의 빔 발산 모드(beam divergence mode) 및 빔 발산 각(beam divergence angle)의 제어가 중요하며, 아울러 디퓨져 빔 각(Diffuser beam angle)의 제어가 중요하다.
한편, 앞서 기술한 바와 같이 VCSEL 패키지 구조에서는 소정의 FOI와 FOV 결정하기 위해서 디퓨져(Diffuser)를 채용하고 있는데, 차량이나 모바일에서 사용 중 충격 등에 의해 디퓨져가 이탈하는 경우에 VCSEL의 레이저(laser)가 직접적으로 사람의 눈에 조사될 경우, 사람이 실명할 수 있는 위험성이 있다.
이에 따라, 차량에 적용되거나 사람의 움직임 등의 응용 분야에 적용되면서도, 사람에게 직접적인 강한 레이저가 입사되는 것을 방지할 수 있는 반도체소자 패키지에 대한 연구가 필요한 실정이다.
또한, 종래기술에서 카메라 모듈이 채용되어 사용되는 환경이 우천이나 방수기능 등을 겸비하는 경우 습기침투에 따라 소자가 제대로 작성되지 않을 수 있으므로 패키지 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
또한, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력의 빛을 제공하면서도 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것도 포함한다.
실시예에 따른 표면발광 레이저패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210); 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230); 및 상기 몸체(210) 상에 배치되며 상기 확산부(251)는 상기 표면발광 레이저소자(230)을 향하여 볼록한 곡면을 포함할 수 있다.
상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다.
상기 제1 압력(P1)은 상기 제2 압력(P2)대비 0.9배 이하이며, 상기 제1 압력(P1)은 진공상태일 수 있다.
실시예에서 제1 압력(P1)이 진공압력이라 함은 약 10-4~100mbar의 범위일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 압력(P1)은 상기 제2 압력(P2)대비 0.2배 내지 0.8배 일 수 있다.
실시예에서 상기 확산부(251)의 일단, 타단 및 중앙부를 포함하고, 상기 일단 및 타단의 가상선을 연결할 경우 상기 일단 및 타단 사이의 중심점에서 상기 중앙부까지의 거리는 0.01mm 내지3.00mm 이격될 수 있다.
다른 실시예는 상기 몸체(210)의 내측면에 리세스(R)를 구비하며, 제3 확산부(253)의 측면은 상기 리세스(R)에 결합될 수 있다.
실시예에 따른 광 모듈은 상기 표면발광 레이저패키지를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면, 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 확산부(251)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압력을 받음으로써 확산부(251)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 확산부(251)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 실시예는 고 출력의 빛을 제공하면서도 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 확산부(251)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 확산부(251) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 확산부(251)가 아래로 볼록한 곡면 또는 위로 볼록한 곡면을 구비함에 따라 빔의 발산각이 증대될 수 있는 기술적 효과와 아울러 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예의 기술적 효과는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것도 포함한다.
도 1a는제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 단면도.
도 1b는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서 확산부의 곡률 측정 예시도.
도 2는 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서의 표면발광레이저 소자의 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서의 표면발광레이저 소자의 B영역의 부분 확대도.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 표면발광레이저 소자의 제1 에미터의 A5-A5'선을 따른 단면도.
도 5 내지 도 8은 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 제조공정 단면도.
도 9는 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 단면도.
도 10 내지 도 12는 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 제조공정 단면도.
도 13은 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 단면도.
도 14 내지 도 17은 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 제조공정 단면도.
도 18은 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지를 포함하는 광 모듈이 적용된 이동 단말기의 사시도.
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 상기 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.
(제1 실시예)
도 1a는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)의 단면도이다.
도 1a를 참조하면 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230) 상의 몸체(210) 상에 배치되는 제1 확산부(251)를 포함할 수 있다.
실시예에서 몸체(210)는 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)는 단일층의 기판으로 형성되거나, 도시된 바와 같이 제1 기판(211), 제2 기판(212) 및 제3 기판(213)을 포함할 수 있다.
상기 몸체(210)는 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 몸체(210)는 상기 표면발광 레이저소자(230)에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 방열 특성이 좋은 물질로 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(210)는 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 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, 상기 몸체(210)는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(210)는 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한 상기 몸체(210)는 수지 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성 재질로 제공될 수 있다.
또한 상기 몸체(210)는 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)가 도전성 물질, 예컨대 금속으로 제공되는 경우, 상기 몸체(210)와 상기 표면발광 레이저소자(230) 사이의 전기적인 절연을 위한 절연층(미도시)이 제공될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고출력, 고전압 구동 가능하면서도 방열특성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
상기 제1 기판(211), 상기 제2 기판(212) 및 상기 제3 기판(213)은 상기 몸체(210)의 물질이 모두 동일하거나 적어도 하나는 다르게 포함할 수 있다.
다음으로, 실시예는 상기 몸체(210)에 단일 또는 복수의 전극부가 배치될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 상기 표면발광 레이저소자(230)와 전기적으로 연결되는 단일 또는 복수의 전극부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 표면발광 레이저소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 와이어(미도시)에 의해 전기적으로 연결되는 제2 전극부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극부(221)와 제2 전극부는 전도성 금속물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극부(221)와 제2 전극부는 Cu, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들 중 2개 이상의 물질의 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부전극(221a)에 표면발광 레이저소자(230)가 배치될 수 있다. 상기 제1 하부전극(221b)은 상기 제1 상부전극(221a) 보다 크게 형성되어 전기전도성 및 방열효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 제1 상부전극(221a)와 상기 제1 하부전극(221b)을 전기적으로 연결하는 제1 비아전극(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실시예에서 제1 확산부(251)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 확산부(251)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 확산부(251)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 제1 확산부(251)는 상기 표면발광 레이저소자(230)와 대향되는 일면에 배치된 무반사층(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 확산부(251)는 상기 표면발광 레이저소자(230)와 마주보는 하부 면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 무반사층은 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 입사되는 빛이 상기 제1 확산부(251)의 표면에서 반사되는 것을 방지하고 투과시킴으로써 반사에 의한 광 손실을 개선할 수 있다.
상기 무반사층은 예로서 무반사 코팅 필름으로 형성되어 상기 제1 확산부(251)의 표면에 부착될 수 있다. 또한, 상기 무반사층은 상기 제1 확산부(251)의 표면에 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등을 통하여 형성될 수도 있다. 예로서, 상기 무반사층은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
또한 실시예에서 제1 확산부(251)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 압력에 따라 변형가능성이 있는 유연한(flexible) 재질일 수 있다.
일반적으로 확산부가 표면발광 레이저패키지의 장시간 사용 또는 진동 등의 극한 환경에서 소정의 몸체에서 분리될 수 있는 가능성이 있으며, 확산부가 이탈되는 경우, 표면발광 레이저소자로부터 방출되는 강한 레이저가 확산부를 경유하지 않고 외부로 직접 조사되어 사용자 등의 시력에 손상을 가할 수 있다.
이에 실시예에서 의하면, 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)이 배치되어 제1 확산부(251)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있으며, 제1 확산부(251)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킴으로써 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 표면발광 레이저패키지를 제공할 수 있다.
실시예에서 제1 확산부(251)의 두께는 표면발광 레이저소자(230)에서의 빔 발산각(beam divergence angle)과 제1 확산부(251)에서의 발산각을 고려하여 약 200㎛ 내지 약 1,000㎛로 설정할 수 있다.
상기 제1 확산부(251)의 두께는 약 200㎛ 이상으로 제어되어 레이저의 충분한 발산 범위를 확보할 수 있으며, 상기 제1 확산부(251)의 두께가 200㎛ 미만에서는 제조공정이나 실제 사용시 파손의 우려가 있다. 또한 제1 확산부(251)의 두께를 1,000㎛ 이하로 설계하여 콤팩트한 표면발광 레이저패키지를 구현할 수 있다.
또한 실시예에서 제1 확산부(251)의 발산각 범위는 제품을 고려하여 0˚초과 내지 160 ˚이내 일 수 있다. 실시예에서 발산각의 측정은 Radiance 측정 또는 Irradiance 측정으로 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 제1 확산부(251)와 상기 몸체(210)가 접착층(270)에 의하여 안정적으로 고정될 수 있지만, 표면발광 레이저소자(230)의 장시간 사용 또는 진동 등의 극한 환경에서 상기 제1 확산부(251)가 상기 몸체(210)로부터 분리될 수 있는 가능성도 제기될 수 있다. 이때, 상기 제1 확산부(251)가 상기 몸체(210)로부터 이탈되는 경우, 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛이 상기 제1 확산부(251)를 경유하지 않고 외부로 직접 조사될 수 있게 된다.
그런데, 실시 예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)가 사람의 움직임을 검출하거나 안면인식 등에 사용되는 경우, 상기 제1 확산부(251)를 경유하지 않은 강한 빛이 사람의 눈에 직접 조사될 수 있다. 예로서, 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛이 사람의 눈에 직접 조사되는 경우, 사람이 실명될 수 있는 위험성이 있다.
따라서, 상기 제1 확산부(251)가 상기 몸체(210)로부터 분리되지 않도록 할 수 있는 더욱 확실한 방안에 대한 연구가 요구되고 있다. 또한, 극한 환경에서는, 상기 제1 확산부(251)가 상기 몸체(210)로부터 분리되는 경우가 발생될 수 있다는 확률적인 가정 하에, 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 방안의 제공이 요청된다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
또한, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력의 빛을 제공하면서도 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
도 1a를 참조하면, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 몸체(210) 상에 배치되며 상기 표면발광 레이저소자(230) 상에 배치되는 제1 확산부(251)를 포함하며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다.
상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다.
예를 들어, 제1 압력(P1)이 진공압력인 경우, 진공 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
실시예에서 제1 압력(P1)이 진공압력이라 함은 약 10-4~100mbar의 범위일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제1 확산부(251)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압력, 예를 들어 압축응력을 받음으로써 제1 확산부(251)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 제1 확산부(251)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제1 확산부(251)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제1 확산부(251) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제1 확산부(251)가 아래로 볼록한 곡면을 구비함에 따라 빔의 발산각이 증대될 수 있는 기술적 효과와 아울러 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 제1 확산부(251)가 아래로 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 해당 곡면은 소정의 곡률(curvature)을 구비할 수 있다. 제1 확산부(251)의 곡률은 제1 확산부(251) 상면 또는 하면을 시간에 따라 움직일 경우, 단위 시간당 방향이 심하게 바뀔수록 해당 곡면은 큰 곡률을 구비하게 된다.
상기 제1 확산부(251)의 중심부의 제1 곡률은 그 외곽부의 제2 곡률에 비해 클 수 있다. 이를 통해, 중심부를 통과하는 출사 광에 대해 보다 넓은 발산 각을 갖도록 제어할 수 있고 또한 더욱 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
도 1b는 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서 확산부의 곡률측정 예시도이다.
실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서 확산부의 곡률 측정은 도 1b의 도시와 같이 광학적 곡률측정장치(300)를 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 소정의 구면계(spherometer)를 이용하여 측정할 수도 있으며, 이와 다른 방법으로도 가능하다.
도 1b를 참조하면, 실시예에서 채용하는 광학적 곡률측정장치(300)는 곡률측정대상, 예를 들어 제1 확산부(251)의 곡률을 측정하는 곡률 측정부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학적 곡률측정장치(300)는 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 형성된 제1 확산부(251)의 상부에 배치되고, 일정한 높이에 배치될 수 있다.
상기 광학적 곡률측정장치(300)는 일정한 높이를 갖고 곡면을 갖는 측정 대상물의 영역을 이동하면서 측정 대상물의 표면에 대해 광을 조사하고, 측정 대상물에서 반사된 광을 다시 수신할 수 있다.
상기 광학적 곡률측정장치(300)의 높이는 일정하게 유지되어 제1 방향(D1)으로 이동하고, 측정대상물인 제1 확산부(251)는 소정의 곡률을 가지므로, 제1 확산부(251)의 복수의 지점들에서 제1 확산부(251)과 상기 광학적 곡률측정장치(300)의 거리가 다르게 측정된다. 즉, 다르게 측정되는 거리를 이용하여 제1 확산부(251)의 곡률을 계측할 수 있다.
또한 광학적 곡률측정장치(300)는 곡률측정 대상인 제1 확산부(251)의 위치를 감지하는 위치센서를 포함할 수 있으며, 위치센서는 제1 확산부(251)의 제1 지점(A1)의 위치를 측정하고, 이후 제1 방향(D1)의 다른 제2 지점(A2)의 위치를 측정할 수 있다.
이를 통해, 광학적 곡률측정장치(300)의 내부에 배치된 제어부(미도시)가 제1 지점(A1)의 위치와 제2 지점(A2)의 위치의 차이를 연산하여 제1지점(A1)과 제2 지점(A2) 사이의 영역인 제1 확산부(251)의 특정영역의 수평 길이(L1)를 측정할 수 있다.
또한, 실시예에서 제1 확산부(251)가 아래로 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 도시하지 않았지만 제1 확산부(251)의 양끝단인 일단인 제1 영역(A1)과 타단인 제2 영역(A2)을 포함하고, 일단(A1)과 타단(A2) 사이에 배치되는 중앙부를 포함할 수 있다. 상기 일단(A1)과 타단(A2)을 연결하는 가상선을 연결할 경우 일단(A1) 및 타단(A2) 사이의 중심점에서 상기 중앙부까지의 거리는 0.01mm 내지 3.00mm 이격될 수 있으며, 바람직하게는 0.05mm 내지 2.00mm 이격 될 수 있다. 이를 통해, 중심부를 통과하는 출사 광에 대해 보다 넓은 발산 각을 갖도록 제어할 수 있고 또한 더욱 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 제1 확산부(251)의 곡률은 약 0 초과 내지 0.4mm-1일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 실시예에 의하면, 제1 확산부(251)의 곡률 제어에 따라 발산각의 변동폭은 1˚~15 ˚로 제어할 수 있으며, 이를 통해 레이저의 인체 해로움 정도는 Safety of laser products(IEC 60825-1)에서 규정하는 레이저의 안전 등급 기준 공식에 따라 낮아질 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 2 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)에서의 표면발광 레이저소자(230)에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)에서의 표면발광 레이저소자(230)의 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서의 표면발광 레이저소자(230)의 B영역의 부분 확대도이다.
도 2 내지 도 4에서, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(230)는 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)에 대해 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서의 표면발광 레이저소자(230)는 발광부(100)와 패드부(235)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3과 같이, 상기 발광부(100)에는 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)가 배치될 수 있다.
도 4은 도 3에 도시된 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지의 표면발광 레이저소자(230)의 제1 에미터(E1)의 A5-A5'선을 따른 단면도이다.
도 4를 참조하면, 실시예에서 표면발광 레이저소자의 제1 에미터(E1)는 제1 전극(115), 지지기판(110), 제1 반사층(120), 캐비티영역(130), 애퍼처(141), 절연영역(142), 제2 반사층(150), 제2 접촉 전극(155), 제2 전극(180), 패시베이션층(170) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 지지기판(110)은 방열 특성이 우수할 수 있으며, 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(110)은 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, AlN, GaAs, ZnO, SiC 등)를 포함하는 전도성 물질 중에서 선택된 적어도 하나로 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 지지기판(110)의 하부에 제1 전극(115)이 배치될 수 있으며, 상기 제1 전극(115)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다.
상기 제1 반사층(120)은 제1 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 제공될 수 있다. 상기 제2 반사층(150)은 제2 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 제공될 수 있다.
예컨대 상기 제1 반도층(120)과 상기 제2 반사층(150)은 GaAs, GaAl, InP, InAs, GaP를 포함하는 그룹 중 하나일 수 있다. 상기 제1 반도체층(120)과 상기 제2 반사층(150)은 예컨대, AlxGa1-xAs(0<x<1)/AlyGa1-yAs(0<y<1)(y<x)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 제공될 수 있다.
상기 캐비티영역(130)은 상기 제1 반사층(120)과 상기 제2 반사층(150) 사이에 배치되며, 소정의 활성층(미도시) 및 상기 활성층의 하측에 배치되는 제1 캐비티(미도시), 상기 활성층의 상측에 배치되는 제2 캐비티(미도시)를 포함할 수 있다. 실시예의 캐비티 영역(130)은 제1 캐비티와 제2 캐비티를 모두 포함하거나, 둘 중의 하나만 포함할 수도 있다.
실시예에서 캐비티 영역(130) 상에 절연영역(142)이 배치되며, 상기 절연영역(142)에 의해서 정의되는 애퍼처(141)가 위치할 수 있다.
상기 절연영역(142)은 절연층, 예를 들어 알루미늄 산화물로 이루어져서 전류 절연영역으로 작용할 수 있으며, 중앙 영역에는 애퍼처(141)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 소정의 AlGaAs층에서 H2O와 반응하여 가장자리가 Al2O3로 변함에 따라 절연영역(142)이 형성될 수 있고, H2O와 반응하지 않은 중앙영역은 AlGaAs로 이루어진 애퍼처(141)가 될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 애퍼처(141)의 둘레의 영역에서 제2 반사층(150)으로부터 절연영역(142)과 캐비티영역(130)까지 메사 식각 될 수 있다. 또한, 제1 반사층(120)의 일부까지 메사 식각될 수 있다.
제2 반사층(150) 상에는 제2 접촉 전극(155)이 배치될 수 있는데, 제2 접촉 전극(155)의 사이의 영역에서 제2 반사층(150)이 노출되는 영역은 상술한 절연영역(142)의 중앙 영역의 애퍼처(141)와 대응될 수 있다. 상기 접촉 전극(155)은 제2 반사층(150)과 제2 전극(180)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
패시베이션층(170)은 메사 식각된 발광 구조물의 측면과 상부면 및 제1 반사층(120)의 상부면에 배치될 수 있다. 패시베이션층(170)은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다.
제2 전극(180)은 노출된 제2 접촉 전극(155)과 전기적으로 접촉하며 패시베이션층(170)의 상부로 연장되어 배치되어 패드부(235)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 제2 전극(180)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(180)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 8를 참조하여 제1 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(201)의 제조공정을 설명하기로 한다.
우선 도 5를 참조하면 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지를 소정의 진공챔버 등의 공정장비에 로딩하며, 로딩 시에는 제2 압력(P2), 예를 들어 상압 상태일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 표면발광 레이저패키지는 도 5와 같이 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 전기적으로 연결되는 제1 전극부(221)를 포함할 수 있다.
실시예에서 몸체(210)는 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)는 단일층의 기판으로 형성되거나, 도시된 바와 같이 제1 기판(211), 제2 기판(212) 및 제3 기판(213)을 포함할 수 있다.
실시예는 상기 표면발광 레이저소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 와이어(미도시)에 의해 전기적으로 연결되는 제2 전극부(미도시)를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부전극(221a)에 표면발광 레이저소자(230)가 배치될 수 있다. 상기 제1 하부전극(221b)은 상기 제1 상부전극(221a) 보다 크게 형성되어 전기전도성 및 방열효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 제1 상부전극(221a)와 상기 제1 하부전극(221b)을 전기적으로 연결하는 제1 비아전극(미도시)를 더 포함할 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 실시예에서의 주요 특징 중의 하나인 공정으로, 상기 진공챔버를 이용하여 제2 압력(P2)보다 낮은 제1 압력(P1) 상태로 압력을 제어할 수 있다.
상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다. 예를 들어, 제1 압력(P1) 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
실시예에서 제1 압력(P1)이 진공압력이라 함은 약 10-4~100mbar의 범위일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이러한 제1 압력(P1) 상태에서 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)을 디스펜싱할 수 있다. 상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 제1 압력(P1) 상태에서 제1 확산부(251)를 접착층(270) 상에 부착할 수 있다. 상기 제1 확산부(251)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 확산부(251)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 확산부(251)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다.
이후 소정의 경화공정을 진행하여 접착층(270) 상에 제1 확산부(251)가 견고하게 결합될 수 있다.
다음으로 도 8과 같이, 제1 압력(P1) 상태인 진공챔버에서 표면발광 레이저패키지를 언로딩할 수 있으며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다. 상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제1 확산부(251)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압축응력을 받음으로써 제1 확산부(251)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 확산부(251)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제1 확산부(251)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제1 확산부(251) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제1 확산부(251)가 아래로 볼록한 곡면을 구비함에 따라 빔의 발산각이 증대될 수 있는 기술적 효과와 아울러 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
한편, 실시예의 표면발광 레이저패키지가 다시 진공상태, 예를 들어 제1 압력(P1)에 배치되는 경우, 상기 제1 확산부(251)에 외부에서의 공기 압력은 가해지지 않게 되므로, 외부 상압의 상태에 비해서는 곡률이 작아지거나 없어질 수 있다.
(제2 실시예)
도 9는 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(202)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(202)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230) 상의 몸체(210) 상에 배치되는 제2 확산부(252)를 포함할 수 있다.
실시예에서 몸체(210)는 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)는 단일층의 기판으로 형성되거나, 도시된 바와 같이 제1 기판(211), 제2 기판(212) 및 제3 기판(213)을 포함할 수 있다.
다음으로, 실시예는 상기 몸체(210)에 단일 또는 복수의 전극부가 배치될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 상기 표면발광 레이저소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 와이어(미도시)에 의해 전기적으로 연결되는 제2 전극부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 제1 상부전극(221a)와 상기 제1 하부전극(221b)을 전기적으로 연결하는 제1 비아전극(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실시예에서 제2 확산부(252)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 확산부(252)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 확산부(252)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있으며, 예로서, 상기 무반사층은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
또한 실시예에서 제2 확산부(252)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 압력에 따라 변형가능성이 있는 유연한(flexible) 재질일 수 있다.
실시예에서 의하면, 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)이 배치되어 제2 확산부(252)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있으며, 제2 확산부(252)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킴으로써 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 표면발광 레이저패키지를 제공할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제2 확산부(252)와 상기 몸체(210)가 접착층(270)에 의하여 안정적으로 고정될 수 있지만, 표면발광 레이저소자(230)의 장시간 사용 또는 진동 등의 극한 환경에서 상기 제2 확산부(252)가 상기 몸체(210)로부터 분리될 수 있는 가능성도 제기될 수 있다. 이때, 상기 제2 확산부(252)가 상기 몸체(210)로부터 이탈되는 경우, 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛이 상기 제2 확산부(252)를 경유하지 않고 외부로 직접 조사될 수 있게 된다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다. 또한, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력의 빛을 제공하면서도 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(202)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 몸체(210) 상에 배치되며 상기 표면발광 레이저소자(230) 상에 배치되는 제2 확산부(252)를 포함하며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다.
상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다. 예를 들어, 제1 압력(P1)이 진공압력인 경우, 진공 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제2 확산부(252)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압축응력을 받음으로써 제2 확산부(252)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 제2 확산부(252)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제2 확산부(252)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제2 확산부(252) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 10 내지 도 12를 참조하여 제2 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(202)의 제조공정을 설명하기로 한다.
우선 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지를 소정의 진공챔버 등의 공정장비에 로딩하며, 로딩 시에는 제2 압력(P2)인 상압 상태일 수 있다.
이때, 표면발광 레이저패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 전기적으로 연결되는 제1 전극부(221)를 포함할 수 있다.
이후 도 10과 같이, 실시예에서의 주요 특징 중의 하나인 공정으로서 상기 진공챔버를 이용하여 제2 압력(P2)보다 낮은 제1 압력(P1) 상태로 압력을 제어할 수 있다. 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다. 예를 들어, 제1 압력(P1) 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
이러한 제1 압력(P1) 상태에서 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)을 디스펜싱할 수 있다. 상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 제1 압력(P1) 상태에서 제2 확산부(252)를 접착층(270) 상에 부착할 수 있다. 상기 제2 확산부(252)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 확산부(252)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 확산부(252)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 확산부(252)는 위로 볼록한 곡면을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이후 소정의 경화공정을 진행하여 접착층(270) 상에 제2 확산부(252)가 견고하게 결합될 수 있다.
실시예에서 제2 확산부(252)가 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 해당 곡면은 소정의 곡률(curvature)을 구비할 수 있다. 제2 확산부(252)의 곡률은 제2 확산부(252) 상면 또는 하면을 시간에 따라 움직일 경우, 단위 시간당 방향이 심하게 바뀔수록 해당 곡면은 큰 곡률을 구비하게 된다.
또한, 실시예에서 제2 확산부(252)가 아래로 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 도시하지 않았지만 제2 확산부(252)의 양끝단인 일단(A1)과 타단(A2)을 포함하고, 일단(A1)과 타단(A2) 사이에 배치되는 중앙부를 포함할 수 있다. 상기 일단(A1)과 타단(A2)을 연결하는 가상선을 연결할 경우 일단(A1) 및 타단(A2) 사이의 중심점에서 상기 중앙부까지의 거리는 0.01mm 내지 3.00mm 이격될 수 있으며, 바람직하게는 0.05mm 내지 2.00mm 이격 될 수 있다. 이를 통해, 중심부를 통과하는 출사 광에 대해 보다 넓은 발산 각을 갖도록 제어할 수 있고 또한 더욱 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 제2 확산부(252)의 곡률은 약 0 초과 내지 0.4mm-1일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 실시예에 의하면, 제2 확산부(252)의 곡률 제어에 따라 발산각의 변동폭은 1˚~15 ˚로 제어할 수 있으며, 이를 통해 레이저의 인체 해로움 정도는 Safety of laser products(IEC 60825-1)에서 규정하는 레이저의 안전 등급 기준 공식에 따라 낮아질 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 12와 같이, 제1 압력(P1) 상태인 진공챔버에서 표면발광 레이저패키지를 언로딩할 수 있으며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다. 상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제2 확산부(252)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압축응력을 받음으로써 제2 확산부(252)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 제2 확산부(252)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제2 확산부(252)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제2 확산부(252) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 제2 실시예에 의하면 도 12의 도시된 바와 달리 제2 확산부(252)가 위로 볼록한 형태가 일부 유지될 수 있다. 이에 따라 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨에 따라 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제2 확산부(252)가 아래로 압력을 받아 견고하게 결합됨과 아울러, 제2 확산부(252)가 위로 볼록한 곡면을 포함하는 경우 빔의 발산각이 증대될 수 있는 기술적 효과와 아울러 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
(제3 실시예)
도 13은 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(203)의 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예와 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제3 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
도 13을 참조하면 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(203)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230) 상의 몸체(210) 상에 배치되는 제3 확산부(253)를 포함할 수 있다.
실시예에서 몸체(210)는 단일층의 기판으로 형성되거나, 도시된 바와 같이 제1 기판(211), 제2 기판(212) 및 제3 기판(213)을 포함할 수 있다.
다음으로, 실시예는 상기 표면발광 레이저소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 와이어(미도시)에 의해 전기적으로 연결되는 제2 전극부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 전극부(221)는 상기 제1 상부전극(221a)와 상기 제1 하부전극(221b)을 전기적으로 연결하는 제1 비아전극(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실시예에서 제3 확산부(253)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3 확산부(253)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 확산부(253)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있으며, 예로서, 상기 무반사층은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
또한 실시예에서 제3 확산부(251)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 압력에 따라 변형가능성이 있는 유연한(flexible) 재질일 수 있다.
실시예에서 의하면, 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)이 배치되어 제3 확산부(253)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있으며, 제3 확산부(253)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킴으로써 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 표면발광 레이저패키지를 제공할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제3 확산부(253)와 상기 몸체(210)가 접착층(270)에 의하여 안정적으로 고정될 수 있지만, 표면발광 레이저소자(230)의 장시간 사용 또는 진동 등의 극한 환경에서 상기 제3 확산부(253)가 상기 몸체(210)로부터 분리될 수 있는 가능성도 제기될 수 있다. 이때, 상기 제3 확산부(253)가 상기 몸체(210)로부터 이탈되는 경우, 상기 표면발광 레이저소자(230)로부터 방출되는 강한 빛이 상기 제3 확산부(253)를 경유하지 않고 외부로 직접 조사될 수 있게 된다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다. 또한, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력의 빛을 제공하면서도 내부로 습기침투를 방지할 수 있는 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(203)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 몸체(210) 상에 배치되며 상기 표면발광 레이저소자(230) 상에 배치되는 제3 확산부(253)를 포함하며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다.
상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다. 예를 들어, 제1 압력(P1)이 진공압력인 경우, 진공 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
실시예에 의하면 몸체(210)의 내측면에, 예를 들어 제3 몸체(213)에 소정의 리세스(R)를 구비함으로써 해당 리세스(R)에 제3 확산부(253)가 물리적으로 견고하게 결합됨으로써 진동이나 충격의 상황에서도 제3 확산부(253)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제3 확산부(253)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압축응력을 받음으로써 제3 확산부(253)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 제3 확산부(253)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제3 확산부(253)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제3 확산부(253) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 14 내지 도 17을 참조하여 제3 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지(203)의 제조공정을 설명하기로 한다.
우선 도 14를 참조하면 우선, 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지를 소정의 진공챔버 등의 공정장비에 로딩하며, 로딩 시에는 제2 압력(P2)인 상압 상태일 수 있다.
이때, 표면발광 레이저패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자(230)와, 상기 표면발광 레이저소자(230)와 전기적으로 연결되는 제1 전극부(221)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(210)의 내측면, 예를 들어 제3 몸체(213)의 내측면에 리세스(R)를 구비할 수 있다. 상기 리세스(R)의 두께는 이후 배치되는 제3 확산부(253)의 두께에 대응될 수 있다. 상기 리세스(R)는 사출공정 등에 의해 형성될 수 있다.
이후 도 15와 같이, 실시예에서의 주요 특징 중의 하나인 공정으로서 상기 진공챔버를 이용하여 제2 압력(P2)보다 낮은 제1 압력(P1) 상태로 압력을 제어할 수 있다.
상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다. 예를 들어, 제1 압력(P1) 형성을 위한 공정분위기는 불활성 가스나 N2 등 산화를 방지 할 수 있는 분위기에서 진행할 수 있다.
이러한 제1 압력(P1) 상태에서 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)을 디스펜싱할 수 있다. 상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있다.
다음으로 도 16을 참조하면, 제1 압력(P1) 상태에서 제3 확산부(253)를 접착층(270) 상에 부착할 수 있다. 상기 제3 확산부(253)는 표면발광 레이저소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3 확산부(253)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 확산부(253)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다.
또한 상기 제3 확산부(253)는 위로 볼록한 곡면을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이후 소정의 경화공정을 진행하여 접착층(270) 상에 제3 확산부(253)가 견고하게 결합될 수 있다.
실시예에서 제3 확산부(253)가 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 해당 곡면은 소정의 곡률(curvature)을 구비할 수 있다. 제3 확산부(253)의 곡률은 제3 확산부(253) 상면 또는 하면을 시간에 따라 움직일 경우, 단위 시간당 방향이 심하게 바뀔수록 해당 곡면은 큰 곡률을 구비하게 된다.
또한, 실시예에서 제3 확산부(253)가 아래로 볼록한 곡면을 포함하는 경우, 도시하지 않았지만 제3 확산부(253)의 양끝단인 일단(A1)과 타단(A2)을 포함하고, 일단(A1)과 타단(A2) 사이에 배치되는 중앙부를 포함할 수 있다. 상기 일단(A1)과 타단(A2)을 연결하는 가상선을 연결할 경우 일단(A1) 및 타단(A2) 사이의 중심점에서 상기 중앙부까지의 거리는 0.01mm 내지 3.00mm 이격될 수 있으며, 바람직하게는 0.05mm 내지 2.00mm 이격 될 수 있다. 이를 통해, 중심부를 통과하는 출사 광에 대해 보다 넓은 발산 각을 갖도록 제어할 수 있고 또한 더욱 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 제3 확산부(253)의 곡률은 약 0 초과 내지 0.4mm-1일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 실시예에 의하면, 제3 확산부(253)의 곡률 제어에 따라 발산각의 변동폭은 1˚~15 ˚로 제어할 수 있으며, 이를 통해 레이저의 인체 해로움 정도는 Safety of laser products(IEC 60825-1)에서 규정하는 레이저의 안전 등급 기준 공식에 따라 낮아질 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 17과 같이, 제1 압력(P1) 상태인 진공챔버에서 표면발광 레이저패키지를 언로딩할 수 있으며, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮을 수 있다. 상기 제2 압력(P2)은 상압일 수 있으며, 상기 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)보다 0.9배 이하로 낮은 압력일 수 있으며, 진공수준까지 낮은 압력일수도 있으며, 바람직하게는 0.8배 내지 0.2배 일 수 있다.
실시예에 의하면 몸체(210)의 내측면에, 예를 들어 제3 몸체(213)에 소정의 리세스(R)를 구비함으로써 해당 리세스(R)에 제3 확산부(253)가 물리적으로 견고하게 결합됨으로써 진동이나 충격의 상황에서도 제3 확산부(253)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮도록 제어함으로써, 상기 제3 확산부(253)가 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 압축응력을 받음으로써 제3 확산부(253)가 몸체(210) 상에 견고하게 결합되어, 진동이나 충격의 상황에서도 제3 확산부(253)가 몸체(210)로부터 이탈되지 않음으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨으로써, 캐비티(C) 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제3 확산부(253)의 측면이 압력을 받음으로써 몸체(210)와 더욱 견고하게 결합되어, 몸체(210)와 제3 확산부(253) 사이의 이격공간을 더욱 줄임으로써 캐비티 내부로 산소나 습기침투를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 표면발광 레이저패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 제3 실시예에 의하면 도 17에 도시된 바와 달리 제3 확산부(253)가 위로 볼록한 형태가 일부 유지될 수 있다. 이에 따라 제3 실시예에 의하면 상기 캐비티(C)의 내부의 제1 압력(P1)은 상기 캐비티(C) 외부의 제2 압력(P2)에 비해 낮게 제어됨에 따라 외부 공기의 제2 압력(P2)에 의해 제3 확산부(253)가 아래로 압력을 받아 견고하게 결합됨과 아울러, 위로 볼록한 곡면을 포함하는 경우 빔의 발산각이 증대될 수 있는 기술적 효과와 아울러 넓어진 발산 각의 빔은 빛의 강도가 낮아질 수 있어 인체에 덜 해로울 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 실시 예에 따른 표면발광 레이저패키지는 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자(VCSEL)를 포함할 수 있다.
수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 전기신호를 광신호로 변환할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 일반적인 측면 발광레이저(LD)와 다르게, 원형의 레이저 빔이 기판 표면에서 수직으로 방출될 수 있다. 따라서, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 수광 소자나 광섬유 등에 연결이 쉬우며 2차원 배열이 용이하여 병렬신호처리가 가능한 장점이 있다. 또한, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 소자의 소형화로 고밀도 집적이 가능하며, 전력소비가 작고, 제작공정이 간단하며, 내열성이 좋은 장점이 있다.
수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자의 응용 분야로는, 디지털 미디어 부문으로 레이저 프린터, 레이저 마우스, DVI, HDMI, 고속 PCB, 홈 네트워크 등에 응용될 수 있다. 또한, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 자동차 내 멀티미디어 네트워크, 안전 센서 등의 자동자 분야에 응용될 수 있다. 또한, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 Gigabit Ethernet, SAN, SONET, VSR 등의 정보통신분야에도 응용될 수 있다. 또한, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 엔코더, 가스 센서 등의 센서 분야에도 응용될 수 있다. 또한, 수직 캐비티 표면 방출 레이저 반도체소자는 혈당측정기, 피부 관리용 레이저 등의 의료 및 바이오 분야에도 응용될 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 실시 예에 따른 표면발광 레이저패키지는 근접 센서, 자동 초점 장치 등에 적용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치는 이동 단말기, 카메라, 차량용 센서, 광 통신용 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치는 피사체의 위치를 검출하는 멀티 위치 검출을 위한 다양한 분야에 적용될 수 있다.
(광 어셈블리)
도 18은 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지를 포함하는 광 어셈블리, 예를 들어 자동 초점 장치가 적용된 이동 단말기(1500)의 사시도이다.
도 18에 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, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 도 1 내지 도17을 참조하여 설명된 실시 예에 따른 표면발광 레이저패키지 중의 하나를 포함할 수 있다.
상기 플래쉬 모듈(1530)은 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다.
상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 상기 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체소자를 포함하는 발광부와, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 캐비티 내부에 배치되는 표면발광 레이저소자; 및
    상기 몸체 상에 배치되며 상기 표면발광 레이저소자 상에 배치되는 확산부를 포함하며,
    상기 확산부는 일단 및 타단으로부터 중앙부로 갈수록 상기 표면발광 레이저소자를 향하여 볼록한 곡면을 포함하고,
    상기 캐비티 내부의 제1 압력은 상기 캐비티 외부의 제2 압력에 비해 낮은 표면발광 레이저패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 확산부의 두께는 상기 일단 및 타단에서 상기 중앙부까지 일정한 표면발광 레이저패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력의 0.9배 이하이며,
    상기 제1 압력은 진공상태인 표면발광 레이저패키지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력의 0.2배 내지 0.8배인 표면발광 레이저패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 일단 및 타단의 가상선을 연결할 경우 상기 일단 및 타단 사이의 중심점에서 상기 중앙부까지의 거리는 0.01mm 내지 3.00mm 이격된 표면발광 레이저패키지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체의 내측면에 리세스를 구비하며,
    상기 확산부의 측면은 상기 리세스에 결합되는 표면발광 레이저패키지.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 의한 표면발광 레이저패키지를 포함하는 광 모듈.
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