KR20160022101A - 투과형 광 셔터 및 투과형 광 셔터의 제조 방법 - Google Patents

투과형 광 셔터 및 투과형 광 셔터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 투과형 광 셔터는, 제 1 컨택층; 상기 제 1 컨택층 위에 부분적으로 배치된 것으로, 특정 파장을 갖는 입사광의 세기를 변조하는 에피택시층; 상기 에피택시층 위에 배치된 제 2 컨택층; 상기 제 1 컨택층 위에 배치된 제 1 전극; 상기 제 2 컨택층 위에 배치된 하나 이상의 제 2 전극; 및 상기 제1 컨택층의 하부에 배치된 기판; 을 포함할 수 있다.

Description

투과형 광 셔터 및 투과형 광 셔터의 제조 방법 {Transmissive optical shutter and method of fabricating the same}
본 발명은 투과형 광 셔터 및 투과형 광 셔터의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 보다 현실감 있는 이미지를 획득할 수 있도록 3차원 이미지를 제공할 수 있는 3차원 카메라 모듈에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 깊이감 있는 영상을 표시할 수 있는 3D 디스플레이 장치의 발전 및 수요 증가와 함께 3D 컨텐츠의 중요성이 부각되고 있다. 이에 따라, 일반 사용자가 3D 컨텐츠를 직접 제작할 수 있는 다양한 3차원 영상 획득 장치가 연구되고 있다.
피사체의 표면들과 3차원 영상 획득 장치 사이의 거리에 관한 깊이 정보는 통상적으로 광시간비행법(Time-of-Flight; TOF)으로 얻을 수 있다. TOF 방법은 레이저 빔을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 광이 수광부에서 수광되기까지의 광 비행시간을 측정하는 방법이다. TOF 방법에 따르면, 특정 파장의 빛(예컨대, 850nm 이상의 적외선)을 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 이용하여 피사체에 투사하고, 피사체로부터 반사된 동일한 파장의 빛을 수광부에서 수광한 후, 거리 정보를 추출하기 위한 특별한 처리 과정을 거치게 된다. 예를 들어, 광 셔터로 반사광을 진폭 변조한 후, 변조된 반사광을 CCD나 CMOS와 같은 촬상소자로 촬영하여 위상지연을 측정할 수 있다. 즉, 촬상소자에의 입력 광량을 일정 시간 누적하거나 샘플링하여 밝기 영상을 얻고 이로부터 위상 지연과 거리를 계산할 수 있다. 이러한 변조 방식에 따르면, 정확한 위상지연을 구하기 위해 수십~수백 MHz의 초고속으로 광을 변조할 수 있는 광 셔터를 필요로 한다.
최근에는 구현이 용이하고 소형이면서 저전압 구동 및 초고속 구동이 가능한 GaAs 반도체 기반의 광 셔터가 제안되었다. GaAs 기반의 광 셔터는 P-전극과 N-전극 사이에 다중양자우물층(multiple quantum well; MQW)을 배치한 것으로, PN 양단에 역방향 바이어스 전압을 인가할 때 다중양자우물층 내에서 광이 흡수되는 현상을 이용한다. GaAs 기반의 광 셔터는 크게 반사형 광 셔터와 투과형 광 셔터로 분류될 수 있다. 특히, 투과형 광 셔터를 사용하면 3차원 영상 획득 장치의 광학계 구성이 매우 간단해지기 때문에 투과형 광 셔터의 사용은 3차원 영상 획득 장치의 소형화에 유리하다.
웨이퍼 레벨에서 제조가 가능한 투과형 광 셔터 및 웨이퍼 레벨에서 투과형 광 셔터를 제조하는 방법을 제공한다. 투과형 광 셔터에 있어서, 입사광이 광 셔터의 기판을 투과할 수 없는 경우, 별도의 제거 공정을 통해 기판에 개구부를 형성해야 하기 때문에 추가 공정이 필요하고 불필요한 손실 영역이 발생될 수 있었다.
일 실시예에 따른 투과광 광 셔터는, 제 1 컨택층; 상기 제 1 컨택층 상에 배치된 것으로, 특정 파장을 갖는 입사광의 세기를 변조하는 에피택시층; 상기 에피택시층 위에 배치된 제 2 컨택층; 상기 제 1 컨택층 위에 배치된 제 1 전극; 상기 제 2 컨택층 위에 배치된 하나 이상의 제 2 전극; 및 상기 제1 컨택층의 하부에 배치된 기판; 을 포함할 수 있다.
상기 특정 파장을 갖는 입사광의 파장 대역이 870nm 이상일 수 있다.
또한, 상기 제 1 컨택층 위에 배치된 것으로 상기 에피택시층의 측면을 둘러싸도록 배치된 절연 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 절연 프레임의 상부 표면의 높이는 상기 제 2 컨택층의 상부 표면의 높이와 동일할 수 있다.
또한, 상기 절연 프레임 위에 배치된 것으로 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되어 있는 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극과 제2 컨택층을 덮도록 배치된 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에피택시층은 상기 제 1 컨택층과 접촉하는 제 1 반사층, 상기 제 2 컨택층과 접촉하는 제 2 반사층, 및 상기 제 1 반사층과 제 2 반사층 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 컨택층과 제 1 반사층은 제 1 도전형으로 도핑되어 있으며, 상기 제 2 컨택층과 제 2 반사층은 제 1 도전형과 전기적으로 반대인 제 2 도전형으로 도핑될 수 있다.
상기 에피택시층은 2차원 매트릭스 어레이의 형태로 배열된 다수의 셀들로 분할될 수 있다.
또한, 상기 기판의 하부에 배치된 지지층을 더 포함할 수 있다.
상기 지지층은 유리 또는 사파이어로 형성될 수 있다.
상기 하나 이상의 제2 전극은 상기 제2 컨택층 위에 소정의 간격을 두고 서로 이격되도록 배치되며, 상기 제2 전극을 전기적으로 연결할 수 있는 버스 바아(busbar)를 더 포함할 있다.
상기 에피택시층으로 이루어진 다수의 셀들은 소정의 간격을 두고 서로 이격되며, 상기 버스 바아는 상기 다수의 셀들 사이에 형성된 영역을 따라 연장되고 상기 하나 이상의 제2 전극의 일 단부와 연결될 수 있다.
상기 다수의 셀들 사이에는 상기 절연 프레임이 배치되고, 상기 버스 바아는 상기 절연 프레임 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 투과형 광 셔터의 제조 방법은, 기판 위에 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 차례로 적층하는 단계; 상기 제 1 컨택층의 일부가 외부에 노출되도록 상기 에피택시층과 제 2 컨택층을 메사 에칭하는 단계; 상기 노출된 제 1 컨택층 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 컨택층 위에 하나 이상의 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 투과되는 광의 파장 대역이 870nm 이상일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극을 형성하고 상기 제 2 전극을 형성하기 전에, 상기 제 1 컨택층과 제 1 전극을 덮고 상기 에피택시층의 측면을 둘러싸도록 절연 프레임을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 프레임 위에 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하며,상기 전극 패드와 상기 제 2 전극은 동시에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극과 제2 컨택층을 덮도록 배치된 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판의 하부에 지지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판 위에 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 적층하는 단계 는 모두 반도체 웨이퍼 공정에서 수행되며, 상기 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 적층한 후에 다이싱을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 투과형 광 셔터는 기판에 개구부를 형성하지 않고도 입사되는 광이 기판을 투과할 수 있다. 따라서, 기판의 일부를 제거해야 하는 추가 공정이 불필요하며, 제거 공정에 따른 불필요한 손실 영역을 줄여 수율을 높일 수 있다. 또한, 전극의 연결부의 위치를 조정하여 광 영역을 증가시킴으로써 광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 투과형 광 셔터의 에피택시층의 예시적인 구조를 보다 상세하게 보이는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1에 도시된 투과형 광 셔터를 제조하는 과정을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터의 평면도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 투과형 광 셔터의 부분 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터가 PCB기판에 장착된 투과형 광 셔터와 PCB기판의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 투과형 광 셔터 및 상기 투과형 광 셔터의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 제 1 컨택층(111), 제 1 컨택층(111) 상에 부분적으로 배치된 에피택시층(120), 에피택시층(120) 상에 배치된 제 2 컨택층(113), 제 1 컨택층(111) 상에 배치된 제 1 전극(112), 및 제 2 컨택층(113) 상에 배치된 하나 이상의 제 2 전극(116)을 포함할 수 있다. 또한, 투과형 광 셔터(100)는 에피택시층(120의 측면을 둘러싸도록 제 1 컨택층(111) 상에 배치되어 있는 절연 프레임(114), 하나 이상의 제 2 전극(116)과 제 2 컨택층(111)을 덮도록 배치된 패시베이션층(117), 절연 프레임(114) 위에 배치된 전극 패드(115), 및 기판(110)의 하부에 배치된 지지층(130)을 더 포함할 수 있다.
기판(110)은, 예를 들어, Si, GaAs, SiC 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)는 투과형으로서, 입사되는 광은 기판(110)을 투과할 수 있어야 한다. 일 실시예에 따르면, 기판(110)은 III-V 화합물반도체인 GaAs로 형성될 수 있다. GaAs로 형성된 기판(110)은 입사되는 광의 파장 대역에 따라 투과되는 정도가 다르다. 짧은 적외선 파장 대역, 예를 들어 850nm 파장 대역을 사용하는 투과형 광 셔터(100)의 경우, GaAs 기판(110)은 850nm 파장의 광을 투과시킬 수 없으므로 별도의 제거 공정, 예를 들어 식각 공정을 통해 기판(110)에 개구부를 형성해야 한다. 반면, 보다 긴 파장 대역, 예를 들어 940nm 파장 대역을 사용하는 투과형 광 셔터(100)의 경우 기판(110)이 940nm 파장의 광을 투과시킬 수 있으므로, 기판(110)의 일부에 대한 별도의 제거 공정 없이 투과형 광 셔터(100)를 제작할 수 있다. 이 경우, 개구부를 형성하기 위한 별도의 추가 공정이 필요치 않으므로, 제조 공정을 줄여 생산 수율을 높일 수 있다. 또한, 기판(110)의 일부에 대한 제거 공정에 따라 발생될 수 있는 불필요한 손실 영역을 줄일 수 있으므로 전체 투과형 광 셔터(100)를 소형화 할 수 있다.
에피택시층(120)은 광전흡수(electroabsorption) 효과를 이용하여 특정 파장을 갖는 입사광의 세기를 변조하는 역할을 한다. 이를 위하여 에피택시층(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 반사층(121, 123) 사이에 활성층(122)이 배치된 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 활성층(122)은 AlGaAs로 이루어진 다수의 장벽층(122b)들과 GaAs로 이루어진 다수의 양자우물층(122a)들을 포함하는 다중양자우물(multiple quantum well; MQW) 구조일 수 있다. 또한, 활성층(122)은 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진을 위한 메인 캐비티(main cavity)의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 활성층(122)의 광학적 두께(즉, 물리적 두께에 층 재료의 굴절률을 곱한 값)는 대략적으로 λ/2(여기서, λ는 변조하고자 하는 입사광의 파장 또는 공진 파장)의 정수 배와 같도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 투과형 광 셔터(100)에서 λ는 적외선 영역에 있는 870nm이상일 수 있으며, 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)에서 λ는 약 940nm 정도의 파장일 수 있다.
제 1 및 제 2 반사층(121, 123)은, 예를 들어, 굴절률이 상대적으로 낮은 저굴절률층(121a, 123a)과 굴절률이 상대적으로 높은 고굴절률층(121b, 123b)이 반복적으로 교호하여 적층된 구조를 갖는 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR)일 수 있다. 각각의 저굴절률층(121a, 123a)과 고굴절률층(121b, 123b)의 광학적 두께는 대략적으로 λ/4의 홀수배일 수 있다. 제 1 반사층(121)의 반사율과 제 2 반사층(123)의 반사율은 대략적으로 서로 같을 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반사층(121, 123)은 활성층(122)에 전류를 제공하기 위한 전류의 통로 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제 1 반사층(121)과 제 2 반사층(123)은 전기적으로 서로 반대로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사층(121)은 n-타입으로 도핑된 n-DBR 층이고 제 2 반사층(123)은 p-타입으로 도핑된 p-DBR 층일 수 있다. 또는, 제 1 반사층(121)이 p-DBR 층이고 제 2 반사층(123)은 n-DBR 층일 수도 있다.
도 2에는 에피택시층(120)의 개략적인 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 투과형 광 셔터(100)의 대역폭과 명암비(demodulation contrast)를 향상시키기 위하여 도 2에 도시된 구조를 기초로 에피택시층(120)을 매우 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 1 반사층(121)과 제 2 반사층(123) 중에서 적어도 하나의 층에 추가적인 캐비티가 더 개재될 수 있으며, 또는 활성층(122) 내에 광학적 두께가 서로 다른 다수의 양자우물층(122a)들이 배치될 수도 있고, 3개 이상의 반사층들과 2개의 이상의 활성층들이 서로 교대로 배치될 수도 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)는 광전흡수 효과에 따라 특정 파장의 빛을 변조할 수 있는 어떠한 구조의 에피택시층(120)도 포함할 수 있다.
기생 커패시턴스를 억제하기 위하여, 에피택시층(120)을 하나의 대면적 셀로 형성하지 않고 다수의 작은 셀로 분할하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 단면도에는 에피택시층(120)이 2개의 분리된 셀로 형성된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에피택시층(120)은 설계에 따라 임의의 n×m(n, m은 1보다 큰 자연수)의 2차원 매트릭스 어레이의 형태로 배열된 다수의 셀들로 분할될 수 있다.
에피택시층(120)의 하부면과 상부면에는 각각 제 1 컨택층(111)과 제 2 컨택층(113)이 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 컨택층(111, 113)은 에피택시층(120)을 전극(112, 116)에 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 예를 들어, 기판(110) 위에 하나의 제 1 컨택층(111)이 배치될 수 있으며, 제 1 컨택층(111) 위에 에피택시층(120)이 부분적으로 배치될 수 있다. 에피택시층(120)의 제 1 반사층(121)은 제 1 컨택층(111)과 접촉할 수 있다. 제 2 컨택층(113)은 에피택시층(120) 위에 배치되며, 특히 에피택시층(120)의 제 2 반사층(123)이 제 2 컨택층(113)과 접촉할 수 있다. 에피택시층(120)이 2개 이상의 셀로 분리되어 있는 경우, 각각의 셀마다 제 2 컨택층(113)이 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 컨택층(111)은 InGaP를 포함하는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 컨택층(113)은 전기적 컨택의 역할을 하는 동시에, 공진 파장의 빛에 대해 투과성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 컨택층(113)은 InGaP 또는 GaAs을 포함하는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
또한, 제 1 컨택층(111)은 제 1 반사층(121)과 동일한 전기적 타입으로 도핑되고, 제 2 컨택층(113)은 제 2 반사층(123)과 동일한 전기적 타입으로 도핑될 수 있다. 예컨대, 제 1 반사층(121)이 n-타입으로 도핑되고 제 2 반사층(123)이 p-타입으로 도핑되는 경우, 제 1 컨택층(111)은 n-InGaP로 이루어질 수 있으며, 제 2 컨택층(113)은 p-InGaP 또는 p-GaAs로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 반사층(121)이 p-타입으로 도핑되고 제 2 반사층(123)이 n-타입으로 도핑되는 경우, 제 1 컨택층(111)은 p-InGaP로 이루어질 수 있으며, 제 2 컨택층(113)은 n-InGaP이나 n-GaAs로 이루어질 수 있다.
에피택시층(120)은 제 1 컨택층(111)의 상부 표면의 일부에만 배치되어 있으며, 제 1 컨택층(111)의 상부 표면의 나머지 영역에는 제 1 전극(112)이 배치될 수 있다. 또한, 제 2 컨택층(113)의 상부 표면에는 하나 이상의 제 2 전극(116)이 배치될 수 있다. 제 1 전극(112)과 제 2 전극(116)은 도전성을 갖는 금속이나 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 제 2 전극(116)은 빛의 차단을 최소화하면서 전류의 주입 효율을 향상시키기 위하여 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치될 수 있으며, 예를 들어, 피쉬본(fish bone) 형태의 격자로 형성될 수 있다.
에피택시층(120)의 전체적인 두께는 약 5㎛ 정도에 불과하기 때문에, 기계적 또는 화화적으로 취약할 수 있다. 따라서, 투과형 광 셔터(100)는 에피택시층(120)을 보호하기 위하여 절연 프레임(114)을 더 포함할 수 있다. 절연 프레임(114)은 제 1 컨택층(111)과 제 1 전극(112)을 덮고 에피택시층(120)의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이러한 절연 프레임(114)은 기생 커패시턴스를 최소화하기 위하여 유전율이 낮은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연 프레임(114)은 BCB(benzocylobutene) 또는 폴리이미드(polyimide)와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 절연 프레임(114)의 상부 표면 위에는 외부 전원을 하나 이상의 제 2 전극(116)에 연결시키기 위한 전극 패드(115)가 더 배치될 수 있다. 금속 배선을 이용하여 전극 패드(115)와 하나 이상의 제 2 전극(116)을 전기적으로 연결하는 구성은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 후술한다.
패시베이션층(117)은 에피택시층(120) 상에서 제 2 컨택층(113)과 제 2 전극(116)을 보호하기 위해 형성될 수 있다. 패시베이션층(117)은 SiO2 등으로 형성될 수 있으며 금속으로 이루어진 전극 패드(115)까지 연장될 수 있다.
지지층(130)은 기판(110) 상부에 배치된 투과형 광 셔터(100)를 지지하기 위한 것으로서 유리 또는 사파이어 등의 투명 부재로 형성될 수 있다. 따라서, 지지층(130)에 입사되는 광은 지지층(130)을 투과할 수 있다. 지지층(130)을 이용하여 PCB기판(200)에 투과형 광 셔터(100)를 배치하는 방법은 도 5를 이용하여 후술한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)를 제조하는 과정을 개략적으로 보이는 단면도이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 기판(110) 예를 들어 GaAs로 형성된 기판(110)의 상부 표면 위에 제 1 컨택층(111)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 컨택층(111)은 n-InGaP 또는 p-InGaP로 이루어질 수 있다. 그리고, 제 1 컨택층(111) 위에 에피택시층(120)을 성장시킨다. 에피택시층(120)은 에피택시 성장법에 따라 제 1 반사층(121), 활성층(122) 및 제 2 반사층(123)의 순서로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 에피택시층(120)은 도 2에 도시된 구조 외에도 다양한 구조로 형성될 수 있다. 다음으로, 에피택시층(120) 위에 제 2 컨택층(113)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 컨택층(113)은 p-InGaP이나 p-GaAs 또는 n-InGaP이나 n-GaAs로 이루어질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제 1 컨택층(111)의 일부가 외부에 노출되도록 메사 에칭(mesa etching)을 통해 에피택시층(120)과 제 2 컨택층(113)을 부분적으로 에칭할 수 있다. 이 과정에서, 에피택시층(120)이 다수의 셀로 분리될 수 있다. 도 3b에는 에피택시층(120)이 2개의 셀로 분리되는 것이 예시적으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 에피택시층(120)을 다수의 셀로 분리하지 않을 수도 있다. 이 경우, 제 1 컨택층(111)의 일부가 노출되도록 에피택시층(120)의 가장자리 부분만을 에칭할 수도 있다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 노출된 제 1 컨택층(111)의 상부 표면 위에 제 1 전극(112)을 형성한 다음, 제 1 전극(112)과 제 1 컨택층(111)을 덮고 에피택시층(120)의 측면을 둘러싸도록 절연 프레임(114)을 형성할 수 있다. 여기서 절연 프레임(114)의 상부 표면은 제 2 컨택층(113)의 상부 표면과 단차가 거의 없도록 동일한 높이로 형성될 수 있다. 즉, 또한, 절연 프레임(114)의 상부 표면과 제 2 컨택층(113)의 상부 표면은 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 이러한 절연 프레임(114)은 에피택시층(120)의 분리된 다수의 셀들 사이에도 채워질 수 있다.
도 3e를 참조하면, 제 2 컨택층(113) 위에 제 2 전극(116)을 형성하고 절연 프레임(114) 위에 전극 패드(115)를 형성할 수 있다. 제 2 전극(116)과 전극 패드(115)는 동일한 재료로 동시에 형성될 수 있다. 예컨대, 제 2 컨택층(113)의 상부 표면과 절연 프레임(114)의 상부 표면 위에 하나의 도전성 재료층을 형성한 다음, 도전성 재료층을 패터닝하여 제 2 전극(116)과 전극 패드(115)를 형성할 수 있다.
도 3f를 참조하면, 제 2 컨택층(1130과 제 2 전극(116)을 덮도록 패시베이션층(117)을 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 패시베이션층(117)은 예컨대 SiO2 등으로 형성될 수 있다. 이러한 패시베이션층(117)은 제 2 전극(116), 전극 패드(115), 제 2 컨택층(113) 및 절연 프레임(114)의 전체 표면 위에 일정한 두께로 형성한 다음, 전극 패드(115) 위에 형성된 패시베이션층(117)의 일부를 제거할 수 있다. 그러면, 제 2 전극(116)을 덮고 전극 패드(115)의 상부 표면의 일부와 접촉하도록 연장되어 있는 패시베이션층(117)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 특정 파장 대역, 예를 들어 940nm 파장 대역의 광이 입사되는 투과형 광 셔터(100)에서는, GaAs로 형성된 기판(110)에 개구부를 형성하기 위한 별도의 추가 공정이 필요치 않으므로, 기판(110)의 일부를 제거하기 위한 공정, 예를 들어 기판(110)에 대한 식각 공정등의 추가 공정을 줄일 수 있다. 이에 따라, 전체 제조 공정을 줄여 생산 수율을 높일 수 있으며, 기판(110)의 일부에 대한 제거 공정에 따라 발생될 수 있는 불필요한 손실 영역을 줄일 수 있으므로 전체 투과형 광 셔터(100)를 소형화 할 수 있다.
더불어, 본 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)는, 도 3a 내지 도 3f에 도시된 전체 제조 과정이 반도체 웨이퍼 공정에서 화학적 기상 증착(CVD)과 같은 방식으로 적층 가능하여 웨이퍼 레벨에서 수행될 수 있으므로, 웨이퍼 레벨에서 대량으로 제조되는 것이 가능하다. 또한, 도 3f의 공정이 완료된 후에, 하나의 웨이퍼 상에 형성된 다수의 투과형 광 셔터(100)들을 다이싱(dicing)할 수 있다.
도 3g를 참조하면, 기판(110)의 하부에 투과형 광 셔터(100)를 지지할 수 있는 지지층(130)을 부착한다. 이 때, 기판(110)과 지지층(130)을 접합시키기 위해 입사되는 광의 파장 대역, 예를 들어 940nm에 투명한 접착제가 사용될 수 있으며, 일 예로서 투명한 에폭시(Epoxy) 소재의 접착제가 사용될 수 있다. 지지층(130)은, 예를 들어, 유리 또는 사파이어와 같은 투명 부재를 이용하여 형성될 수 있다. 지지층(130)을 이용하여 PCB에 투과형 광 셔터(100)를 조립하는 방법은 도 5를 이용하여 후술한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터의 평면도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 절단선 A-A'을 따라 투과형 광 셔터를 절단한 부분 단면도이다.
일 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 제 1 컨택층(111)과 제 1 컨택층(111) 상에 부분적으로 배치된 에피택시층(120)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 기생 커패시턴스를 억제하기 위하여, 에피택시층(120)을 하나의 대면적 셀로 형성하지 않고 다수의 작은 셀 예를 들어 임의의 n×m(n, m은 1보다 큰 자연수)의 2차원 매트릭스 어레이의 형태로 분할하여 형성할 수 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 에피택시층(120)이 4개 셀로 이루어져 있으며, 에피택시층(120) 상에는 제2 컨택층(113)이 배치될 수 있다. 제 2 컨택층(113)의 상부 표면에는 하나 이상의 제 2 전극(116)이 배치되며, 이 때, 하나 이상의 제 2 전극(116)은 광의 차단을 최소화하면서 전류의 주입 효율을 향상시키기 위하여, 예를 들어, 피쉬본(fish bone) 형태의 격자로 형성될 수 있다. 하나 이상의 제2 전극(116)에 외부 전원을 연결하기 위해 전극 패드(115)가 배치될 수 있으며, 제2 전극(116)과 전극 패드(115)를 전기적으로 연결하기 위해 전극 패드(115)와 제2 전극(116) 사이에 버스 바아(busbar; 150)가 배치될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 에피택시층(120)을 보호하기 위하여 절연 프레임(114)은 에피택시층(120)의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 절연 프레임(114)은 셀 단위로 형성된 제1 에피택스층(121)과 제2 에피택시층(122) 사이에 형성된 이격 공간에 배치될 수 있다. 절연 프레임(114)이 배치된 제1 에피택스층(121)과 제2 에피택시층(122) 사이에 형성된 영역은 광학적으로 사용될 수 없다.
버스 바아(150)는 하나 이상의 제2 전극(116)을 연결하기 위해 도전성 금속으로 형성될 수 있으며 이로 인해 광을 차단하여 광 효율을 감소시킬 수 있다. 버스 바아(150)에 의한 광 차단을 방지하기 위해 에피택스층(120)으로 이루어진 다수의 셀들, 예를 들어 제1 에피택스층(121)과 제2 에피택시층(122) 사이에 형성된 영역에 버스 바아(150)가 배치하는 경우, 버스 바아(150)에 의한 광의 차단을 방지하여 필 팩터(fill factor)를 향상시킬 수 있으며 이로 인해 광효율이 증가될 수 있다. 이 때, 버스 바아(150)는 제1 에피택스층(121)과 제2 에피택시층(122) 사이에 형성된 절연 프레임(114)상에 배치될 수 있으며, 하나 이상의 제2 전극(116)의 일 단부와 연결되어 전극 패드(115)와 하나 이상의 제2 전극(116)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 투과형 광 셔터(100)가 PCB기판(200)에 장착된 광셔터(100)와 PCB기판(200)의 단면도이다.
투과형 광 셔터(100)를 PCB기판(200)에 조립시키기 위해 PCB기판(200)에 형성된 개구부(210)에 투과형 광 셔터(100)가 결합된다. 상술한 바와 같이 기판(110)에 개구부를 형성하기 위한 공정이 불필요해짐에 따라, 투과형 광 셔터(100)의 크기가 축소될 수 있으며, 이로 인해 투과형 광 셔터(100)의 크기가 개구부(210)의 크기와 다를 수 있다. 도 5를 참조하면, 기판(110)의 하부에 투과형 광 셔터(100)를 지지할 수 있는 투명 부재로 형성된 지지층(130)이 부착될 수 있으며, 투과형 광 셔터(100)는 전체 크기에 관계없이 지지층(130)을 이용하여 PCB기판(200)에 배치될 수 있다. 전극 패드(115)와 PCB기판(200)의 단자부(220)는 연결부(230)를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
지지층(130)이 부착된 투과형 셔터(100)를 이용하여 3차원 획득 영상 장치를 구현하는 경우, 투명 부재로 이루어진 지지층(130)은 밴드 패스 필터(bandpass filter)로 사용되어 전체 모듈의 두께를 감소시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 투과형 광 셔터 및 투과형 광 셔터의 제조 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100: 투과형 광 셔터 110: 기판
111: 제1 컨택층 113; 제2.컨택층
112, 116: 제1, 제2 .전극 114:.절연 프레임
115: 전극 패드 117:.패시베이션층
120: 에피택시층 121: 제1 반사층
123: 제 2 반사층 122: 활성층
130:.지지층 150: 버스 바아
200: PCB 기판 210: 개구부
220: 단자부 230: 연결부

Claims (21)

  1. 제 1 컨택층;
    상기 제 1 컨택층 상에 배치된 것으로, 특정 파장을 갖는 입사광의 세기를 변조하는 에피택시층;
    상기 에피택시층 위에 배치된 제 2 컨택층;
    상기 제 1 컨택층 위에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 2 컨택층 위에 배치된 하나 이상의 제 2 전극; 및
    상기 제1 컨택층의 하부에 배치된 기판; 을 포함하는 투과형 광 셔터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 파장을 갖는 입사광의 파장 대역이 870nm 이상인 투과형 광 셔터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컨택층 위에 배치된 것으로 상기 에피택시층의 측면을 둘러싸도록 배치된 절연 프레임을 더 포함하는 투과형 광 셔터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 프레임의 상부 표면의 높이는 상기 제 2 컨택층의 상부 표면의 높이와 동일한 투과형 광 셔터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 프레임 위에 배치된 것으로 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되어 있는 전극 패드를 더 포함하는 투과형 광 셔터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제2 컨택층을 덮도록 배치된 패시베이션층을 더 포함하는 투과형 광 셔터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에피택시층은 상기 제 1 컨택층과 접촉하는 제 1 반사층, 상기 제 2 컨택층과 접촉하는 제 2 반사층, 및 상기 제 1 반사층과 제 2 반사층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 투과형 광 셔터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 컨택층과 상기 제 1 반사층은 제 1 도전형으로 도핑되어 있으며, 상기 제 2 컨택층과 상기 제 2 반사층은 상기 제 1 도전형과 전기적으로 반대인 제 2 도전형으로 도핑되어 있는 투과형 광 셔터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 에피택시층은 2차원 매트릭스 어레이의 형태로 배열된 다수의 셀들로 분할되어 있는 투과형 광 셔터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 하부에 배치된 지지층을 더 포함하는 투과형 광 셔터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지층은 유리 또는 사파이어로 형성되는 투과형 광 셔터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 전극은 상기 제2 컨택층 위에 소정의 간격을 두고 서로 이격되도록 배치되며,
    상기 제2 전극을 전기적으로 연결할 수 있는 버스 바아(busbar)를 더 포함하는 투과형 광 셔터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 에피택시층으로 이루어진 다수의 셀들은 소정의 간격을 두고 서로 이격되며, 상기 버스 바아는 상기 다수의 셀들 사이에 형성된 영역을 따라 연장되고 상기 하나 이상의 제2 전극의 일 단부와 연결되는 투과형 광 셔터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 셀들 사이에는 상기 절연 프레임이 배치되고, 상기 버스 바아는 상기 절연 프레임 상에 배치되는 투과형 광 셔터.
  15. 기판 위에 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 차례로 적층하는 단계;
    상기 제 1 컨택층의 일부가 외부에 노출되도록 상기 에피택시층과 제 2 컨택층을 메사 에칭하는 단계;
    상기 노출된 제 1 컨택층 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 컨택층 위에 하나 이상의 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    투과되는 광의 파장 대역이 870nm 이상인 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 전극을 형성하고 상기 제 2 전극을 형성하기 전에, 상기 제 1 컨택층과 제 1 전극을 덮고 상기 에피택시층의 측면을 둘러싸도록 절연 프레임을 형성하는 단계를 더 포함하는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 절연 프레임 위에 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 전극 패드와 상기 제 2 전극은 동시에 형성되는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 전극과 제2 컨택층을 덮도록 배치된 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판의 하부에 지지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 위에 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 적층하는 단계 는 모두 반도체 웨이퍼 공정에서 수행되며, 상기 제 1 컨택층, 에피택시층, 및 제 2 컨택층을 적층한 후에 다이싱을 수행하는 단계를 더 포함하는 투과형 광 셔터의 제조 방법.
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