KR20190142576A - 표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈 - Google Patents

표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈 Download PDF

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Abstract

실시예는 표면발광레이저 패키지 및 이를 포함하는 광 모듈에 관한 것이다.
실시예는 표면발광레이저 패키지는 캐비티를 포함하는 몸체와, 상기 캐비티 내부에 배치되어 제1 파장의 빛을 발광하는 표면발광 레이저 소자(230와, 상기 캐비티 내부에 배치되며 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 발광하는 발광소자와, 상기 표면발광 레이저 소자 및 상기 발광소자와 이격되어 상기 캐비티 내부에 배치되며, 상기 발광소자에서 발광된 제2 파장의 빛을 감지하는 수광소자와, 상기 표면발광 레이저 소자, 상기 발광소자 및 상기 수광소자 상에 배치되는 확산부 및 상기 확산부 상에 배치되는 선택적 비반사층을 포함할 수 있다.

Description

표면발광 레이저패키지 및 이를 포함하는 광 모듈{A SURFACE-EMITTING LASER PACKGAE, 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 각(beam divergence angle)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.
한편, 종래 비공개 기술에 의하면, 모니터용 수광소자, 예를 들어 PD(Photo-diode)를 배치하여, 디퓨져(Diffuser)에서 반사되는 빛의 일부를 모니터링하는 방식으로 디퓨져의 탈착, 손상여부를 체크하는 기술이 있다.
그러나 디퓨져에서 반사된 VCSEL의 레이저 빔을 모니터 PD를 통해 모니터링하는 경우에, 디퓨져의 투과율이 약 95%이므로 반사된 레이저 빔은 약 5%로 수준이라서 강도(Intensity)가 낮고, 이에 따라 디퓨져의 미세한 손상 등이 있을 때는 센싱 감도가 낮아 모니터 PD를 통해 구분하기 어려운 실정이다.
한편, 디퓨져에서의 반사율을 높이게 되면 디퓨져에서의 투과되는 레이저 빔이 줄어들어 광효율이 저하되는 모순이 있으므로 발생한다.
또한 종래기술 중에 디퓨져 주변에 레이저 빔의 반사층을 구비하는 기술이 있으나, 이러한 기술의 경우에 VCSEL에서 출사되는 레이저 빔의 일부를 반사층에서 반사시킴으로써 역시 디퓨져를 통해 투과되는 레이저 빔의 줄어들어 광효율이 낮아지는 모순이 발생되고 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 수광소자에서의 광 감지 성능을 향상시킴과 동시에 광 효율이 우수한 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공하고자 함이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것도 포함한다.
실시예는 표면발광레이저 패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되어 제1 파장의 빛을 발광하는 표면발광 레이저 소자(230)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되며 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 발광하는 발광소자(250)와, 상기 표면발광 레이저 소자(230) 및 상기 발광소자(250)와 이격되어 상기 캐비티(C) 내부에 배치되며, 상기 발광소자(250)에서 발광된 제2 파장의 빛을 감지하는 수광소자(240)와, 상기 표면발광 레이저 소자(230), 상기 발광소자(250) 및 상기 수광소자(240) 상에 배치되는 확산부(260) 및 상기 확산부(260) 상에 배치되는 선택적 비반사층(262)을 포함하고, 상기 선택적 비반사층(262)는 상기 표면발광 레이저 소자(230)에서 발광된 제1 파장의 빛은 투과시키고 상기 발광소자(250)에서 발광된 제2 파장의 빛은 반사시킬 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 표면발광 레이저 소자(230)와 전체적으로 중첩될 수 있다. 상기 수광소자(240)와는 일부만 중첩될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)의 범위와 전체적으로 중첩될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상면에서 볼 때, 상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역(230E)을 포함하도록 넓게 배치될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 발광소자(250)와 중첩되지 않을 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상면에서 볼 때, 상기 발광소자의 발광유효영역(250E)의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 발광소자(230)의 지향각(beam angle)의 범위와 중첩될 수 있다.
상기 수광소자(240)의 수광유효영역(240E)은 상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역(230E)보다 넓게 배치될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은 상기 수광소자(240)의 수광유효영역(240E) 내에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 광 모듈은 상기 표면발광레이저 패키지를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 수광소자에서의 광 감지 성능을 향상시킴과 동시에 광 효율이 우수한 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에서 선택적 비반사층(262)은 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산되는 제1 파장의 레이저에 대해서는 더 높은 투과도를 나타냄과 동시에 발광소자(250)에서 발광되는 제2 파장의 빛에 대해서는 높은 반사도를 나타낼 수 있다.
또한 실시예에서 상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)의 범위와 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있으며, 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)의 범위보다 더 넓게 배치될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 확산부(260) 상에 선택적 비반사층(262)을 채용되고, 표면방출레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)이 선택적 비반사층(262) 내에 위치하도록 함으로써, 표면방출레이저 소자(230)에서 발산된 레이저 빔은 확산부(260)와 선택적 비반사층(262)을 투과하여 출사된다. 이를 통해, 실시예에 의하면, 표면방출레이저 소자(230)에서 출사된 제1 파장영역(λ1), 예를 들어 약 943nm의 VCSEL 빔(beam)의 투과도(Transmittance)가 약 4% 향상되어 광효율이 향상되는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 레이저 빔이 출사되는 표면방출레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)을 선택적 비반사층(262)이 커버할 수 있도록 배치함으로써, 실제 이슈가 발생되는 레이저 빔의 출사영역에 대한 매우 높은 감도의 모니터링이 가능한 기술적 효과가 있다.
이를 통해, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 광 효율이 향상된 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예의 기술적 효과는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서 부분 확대도.
도 4는 비교예에서 파장에 따른 투과도 데이터.
도 5는 실시예에 따른 따른 표면발광레이저 패키지에서 파장에 따른 투과도 데이터.
도 6은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 각 구성의 유효영역을 포함한 평면도.
도 7은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 각 구성의 유효영역과 확산부에 대한 평면도.
도 8는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 유효영역에 대한 제1 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 유효영역에 대한 제2 단면도.
도 10은 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서 표면발광 레이저소자의 평면도.
도 11은 도 10에 도시된 표면발광 레이저소자의 부분 확대도.
도 12는 도 11에 도시된 표면발광 레이저소자에서 에미터의 확대도.
도 13은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 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 1은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 A1-A1'선을 따른 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하면 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)는 몸체(210), 표면발광 레이저 소자(230), 수광소자(240), 발광소자(250), 확산부(260), 선택적 비반사층(262) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되어 제1 파장의 빛을 발광하는 표면발광 레이저 소자(230)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되며 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 발광하는 발광소자(250)와, 상기 표면발광 레이저 소자(230) 및 상기 발광소자(250)와 이격되어 상기 캐비티(C) 내부에 배치되며 상기 발광소자(250)에서 발광된 제2 파장의 빛을 감지하는 수광소자(240)와, 상기 몸체(210)상에 배치되는 확산부(260) 및 상기 확산부(260) 상에 배치되는 선택적 비반사층(262)을 포함할 수 있다. 또한 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)는 상기 몸체(210)에 전극부(220)를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산된 제1 파장의 레이저가 확산부(260)와 선택적 비반사층(262)을 투과하여 확산됨과 아울러 상기 선택적 비반사층(262)에서 반사되는 발광소자(250)의 제2 파장의 빛을 수광소자(240)가 높은 감도로 감지하고, 감지된 빛의 변화 정도를 측정하여 확산부(260)의 탈착여부, 손상여부를 정밀하게 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산되는 제1 파장의 레이저에 대해서는 확산부만 있을 때보다 더 높은 투과도를 나타내도록 함과 동시에 상기 발광소자(250)에서 발광되는 제2 파장의 빛에 대해서는 높은 반사도를 나타낼 수 있다.
이를 통해, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 높은 반사율로 반사된 제2 파장을 이용하여 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 투과율이 향상된 제1 파장에 의해 광 효율이 더욱 향상된 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
이하, 도 2 내지 도 9를 참조하여 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)를 좀 더 상술하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 A1-A1' 선을 따른 단면도이다.
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 레이저 소자(230) 또는 발광소자(250)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. 예를 들어, 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)이 도전성 물질, 예컨대 금속으로 제공되는 경우, 상기 몸체(210)와 상기 표면발광 레이저 소자(230) 사이의 전기적인 절연을 위한 절연층(미도시)이 제공될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고출력, 고전압 구동 가능하면서도 방열특성이 우수한 표면발광레이저 패키지 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, 실시예에서 상기 몸체(210)에 단일 또는 복수의 전극부(220)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 실시예는 상기 몸체(210)에 제1 전극부(221), 제2 전극부(222), 제3 전극부(223)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 표면발광 레이저 소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 수광소자(240)가 배치되는 제2 전극부(222)와, 상기 발광소자(250)가 배치되는 제3 전극부(223)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 전극부 내지 제3 전극부(221, 222, 223)는 전도성 금속물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극부 내지 제3 전극부(221, 222, 223)는 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(221c) 및 이들 사이에 배치되는 제1 비아전극(221b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부전극(221a)에 표면발광 레이저 소자(230)가 배치될 수 있다. 상기 제1 하부전극(221c)은 상기 제1 상부전극(221a) 보다 크게 형성되어 전기전도성 및 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제2 전극부(222)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제2 상부전극(222a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제2 하부전극(222c) 및 이들 사이에 배치되는 제2 비아전극(222b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부전극(222a)에 수광소자(240)가 배치될 수 있다. 상기 제2 하부전극(222c)은 상기 제2 상부전극(222a) 보다 크게 형성되어 전도성과 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제3 전극부(223)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제3 상부전극(223a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제3 하부전극(223c) 및 이들 사이에 배치되는 제3 비아전극(223b)을 포함할 수 있다. 상기 제3 상부전극(223a) 상에는 발광소자(250)가 배치될 수 있다.
또한 상기 표면발광 레이저 소자(230), 상기 수광소자(240) 및 상기 발광소자(250)는 소정의 와이어(미도시)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 표면발광 레이저 소자(230)는 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 표면발광 레이저 소자(230)는 제1 파장의 레이저, 예를 들어 약 940nm내외 파장의 레이저를 발진할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 수광소자(240)는 모니터용 광검출기일 수 있으며, 역방향 바이어스 전압이 인가되어 입사광을 수광할 수 있다. 상기 수광소자(240)에 전기적으로 연결된 제2 상부전극(222a)은 분리된 복수의 전극을 포함할 수 있으며, 이들은 외부 전원을 수광소자(240)에 인가하거나 수광소자(240)에서 검출된 전기신호를 외부로 전달할 수 있다.
실시예에서 상기 수광소자(240)는 발광소자(250)에서 발광되고 선택적 비반사층(262)에서 반사된 제2 파장의 빛을 수광할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 수광소자(240)는 복수의 파장의 빛을 수광하여 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 상기 수광소자(240)는 상측에 제1 파장의 빛을 감지하는 제1 포토다이오드(미도시)를 배치하고, 그 하측에 제2 파장의 빛을 감지하는 제2 포토다이오드(미도시)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 발광소자(250)는 발광다이오드(LED)일 수 있으며, 예를 들어 제2 파장의 빛을 발광하는 LED 일 수 있다. 예를 들어, 상기 발광소자(250)는 350nm 또는 450 nm 파장의 빛을 발광하는 LED 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 발광소자(250)는 초소형 LED일 수 있다. 예를 들어, 상기 발광소자(250)는 약 10 내지 100 μm 크기의 초소형의 마이크로 LED일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 실시예의 몸체(210)에는 캐비티(C)가 배치될 수 있으며, 단일 또는 복수의 캐비티가 배치될 수 있다. 예를 들어, 실시예의 몸체(210)는 제2 기판(212)에 위치하는 제1 캐비티(C)와, 상기 제3 기판(213)에 위치하는 제2 캐비티(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제2 캐비티의 수평 폭은 상기 제1 캐비티(C)의 수평 폭에 비해 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 캐비티(C)의 상기 제1 기판(211) 상에 표면발광 레이저 소자(230), 수광소자(240) 및 발광소자(250)가 배치될 수 있고, 상기 제2 캐비티에 확산부(260)가 배치될 수 있으며, 상기 확산부(260) 상에 선택적 비반사층(262)이 배치될 수 있다.
상기 제2 기판(212)과 상기 확산부(260) 사이에는 접착층(미도시)이 배치되어 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있으며, 상기 확산부(260)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킴으로써 상기 표면발광 레이저 소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 표면발광레이저 패키지를 제공할 수 있다.
실시예에서 확산부(260)는 표면발광 레이저 소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 확산부(260)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다.
또한 실시예에서 확산부(260)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 글라스(glass) 재질 또는 폴리머(Polymer) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 확산부(260)는 유연한(flexible) 재질로 형성될 수도 있다.
상기 확산부(260)의 두께는 표면발광 레이저소자(230)에서의 빔 발산각(beam divergence angle)을 고려하여 약 200㎛ 내지 약 1,000㎛로 설정할 수 있다. 상기 확산부(260)의 두께는 약 200㎛ 이상으로 제어되어 레이저의 충분한 발산 범위를 확보할 수 있으며, 상기 확산부(260)의 두께를 1,000㎛ 이하로 설계하여 콤팩트한 표면발광 레이저패키지를 구현할 수 있다. 실시예에서 발산각의 측정은 Radiance 측정 또는 Irradiance 측정으로 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 수광소자에서의 광 감지 성능을 향상시킴과 동시에 광 효율이 우수한 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공하고자 함이다.
앞서 기술한 바와 같이, 종래 비공개 기술에 의하면, 확산부에서 반사된 레이저 빔을 모니터 PD를 통해 모니터링하는 경우에, 확산부의 투과율이 약 95%이므로 반사된 레이저 빔은 약 5%로 강도(Intensity)가 낮다. 이에 따라 확산부의 미세한 손상 등이 있을 때는 센싱 감도가 낮아 모니터 PD를 통해 구분하기 어려운 실정이다.
실시예는 상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 실시예에서 선택적 비반사층(262)은 상기 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산되는 제1 파장의 레이저에 대해서는 더 높은 투과도, 예를 들어 98% 이상을 나타냄과 동시에 상기 발광소자(250)에서 발광되는 제2 파장의 빛에 대해서는 높은 반사도 약 50%를 나타낼 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산된 제1 파장의 레이저가 확산부(260)와 선택적 비반사층(262)을 투과하여 확산되어 더 높은 광효율을 나타냄과 동시에, 상기 선택적 비반사층(262)에서 높은 비율로 반사되는 발광소자(250)의 제2 파장의 빛을 수광소자(240)가 높은 감도로 감지하여 확산부(260)의 미세한 탈착여부 또는 미세한 손상 여부까지도 매우 정밀하게 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
이를 통해, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 광 효율을 더욱 향상시킨 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서 부분(B1) 확대도이다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서 선택적 비반사층(262)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 선택적 비반사층(262)은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 선택적 비반사층(262)은 무반사 코팅 필름으로 형성되어 상기 확산부(260)의 표면에 부착될 수 있다. 또한, 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 확산부(260)의 표면에 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등을 통하여 형성될 수도 있다.
예를 들어, 상기 선택적 비반사층(262)은 제1 층(262a), 제2 층(262b), 제3 층(262c) 및 제4 층(262d)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 선택적 비반사층(262)은 TiO2 재질의 제1 층(262a), SiO2 재질의 제2 층(262b), TiO2 재질의 제3 층(262c) 및 MgF2 재질의 제4 층(262d)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 제1 층(262a)의 굴절률은 상기 제3 층(262c)의 굴절률과 같을 수 있고, 상기 제2 층(262b) 및 상기 제4 층(262d)의 굴절률에 비해 클 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 층(262b)의 굴절률은 상기 제 4층(262d)의 굴절률에 비해 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 층(262a)과 상기 제3 층(262c)의 굴절률(n)은 약 2.5일 수 있고, 상기 제2 층(262b)의 굴절률은 약 1.45, 상기 제4 층(262d)의 굴절률은 1.37일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 층(262a)의 두께는 상기 제2 층(262b)의 두께에 비해 두꺼울 수 있으며, 상기 제3 층(262c)은 상기 제1 층(262a)에 비해 두꺼울 수 있고, 상기 제4 층(262d)의 두께는 상기 제3 층(262c)에 비해 두꺼울 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 층(262a)의 두께는 약 40~60nm일 수 있고, 상기 제2 층(262b)의 두께는 약 20~40nm일 수 있고, 상기 제3 층(262c)의 두께는 약 150~170nm일 수 있고, 상기 제4 층(262d)의 두께는 약 170~190nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 실시예에 의하면, 표면발광 레이저 소자(230)에서 입사된 제1 파장의 빛이 선택적 비반사층(262)에 제1 각(θ1), 예를 들어 약 30˚로 입사된 후에 제2 각(θ2), 예를 들어 약 49˚로 투과될 수 있으며, 선택적 비반사층(262)이 채용되지 않은 경우의 지향 특성에 영향을 미치지 않고 정상적으로 투과될 수 있다.
또한 도 4는 비교예에서 파장에 따른 투과도 데이터이며, 도 5는 실시예에 따른 따른 표면발광레이저 패키지에서 파장에 따른 투과도 데이터이다.
비교예는 종래의 확산부만 채용된 경우의 파장에 따른 투과도(transmittance)(%) 데이터이며, 비교예의 확산부에서는 발산각(0도 내지 80도)에 따라 빛의 파장(wavelength)과 무관하게 투과도가 일정함을 알 수 있다.
예를 들어, VCSEL의 제1 파장(λ1), 예를 들어 약 943nm 또는 936nm의 경우와 이보다 낮은 제2 파장영역, 예를 들어, λ2-1(약 350nm), λ2-2(약 450nm)에서 거의 같은 투과도를 나타낸다.
이는 비교예의 경우, 확산부에서 파장과 무관하게 반사도도 같음을 나타내는 것이다.
한편, 실시예에 따라 확산부(260) 상에 선택적 비반사층(262)을 채용하는 경우, 도 5와 하기 표 1을 함께 참조하면, 제1 파장영역(λ1), 예를 들어 약 943nm의 VCSEL 빔(beam)의 투과도(Transmittance)가 약 4% 향상되어 광효율 향상됨과 동시에, 도 5를 참조하면 발광소자(250)에서 발광된 제2 파장영역, 예를 들어 λ2-1(약 350nm), λ2-2(약 450nm)의 반사도가 약 50%가 됨으로써 수광소자(240)에서 감지할 수 있는 광량 확보가 될 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
아래 표 1은 비교예와 실시예에서 파장에 따른 투과도 데이터이다.
입사각(°) 비교예 실시예
Wavelength (nm) Transmittance (%) Wavelength (nm) Transmittance (%)
0 943 95.89 943 99.60
10 943 95.89 943 99.61
20 943 95.86 943 99.60
30 943 95.73 943 99.49
40 943 95.31 943 99.16
50 936 94.10 943 98.28
60 936 90.93 943 95.81
70 936 82.73 943 88.55
80 936 61.08 943 66.71
90 - - - -
실시예에서 선택적 비반사층(262)은 상기 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산되는 제1 파장의 레이저에 대해서는 더 높은 투과도를 나타냄과 동시에 상기 발광소자(250)에서 발광되는 제2 파장의 빛에 대해서는 높은 반사도를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 광 효율도 향상된 복합적 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 6은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 각 구성의 유효영역을 포함한 평면도이며, 도 7은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 각 구성의 유효영역과 확산부(260)에 대한 평면도이다.
또한 도 8는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 유효영역에 대한 제1 단면도이며, 도 9는 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 유효영역에 대한 제2 단면도이다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 각 구성의 유효영역이 개념적으로 표시되어 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)에서 표면발광 레이저 소자(230)는 소정의 발산유효영역(230E)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 표면발광 레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)은 표면발광 레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)(θv) 범위에 의해 정해질 수 있고, 이러한 발산 범위는 도 6에 도시된 발산유효영역(230E)에 대응될 수 있다.
상기 표면발광 레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)(θv)은 0˚ 초과 내지 50˚일 수 있다. 또한 좀 더 바람직하게 표면발광 레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)(θv)은 약 20~28˚일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 표면발광 레이저 소자(230)와 상기 확산부(260) 사이의 거리는 약 700㎛이하, 예를 들어 600 ㎛ 이하 일수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 도 6을 참조하면 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)에서 발광소자(250)는 소정의 발광유효영역(250E)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 발광소자(250)의 지향각(beam angle)(θL)에 의해 지향각 범위가 정해질 수 있고, 이러한 지향 범위는 도 6에 도시된 발광소자의 발광유효영역(250E)에 대응될 수 있다. 상기 발광소자(250)의 지향각(beam angle)(θL)은 약 120˚일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 도 6을 참조하면 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)에서 수광소자(240)는 소정의 수광유효영역(240E)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하면, 수광소자(240)의 유효 감도각(Angle of half sensitivity)(θp)는 약 120˚일 수 있으며, 이러한 Angle of half sensitivity(θp)는 도 6에 도시된 수광소자의 수광유효영역(240E)에 대응될 수 있다.
이때, 도 7은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(200)의 각 구성의 유효영역과 확산부(260)에 대한 평면도이다.
도 7과 도 9를 함께 참조하면, 실시예에서 상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 표면발광 레이저 소자(230)와 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 선택적 비반사층(262)은 평면에서 볼 때, 상기 표면발광 레이저 소자(230)의 면적보다 넓게 형성되고 상기 표면발광 레이저 소자(230)와 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있다.
또한 상기 선택적 비반사층(262)은, 상면에서 볼 때, 상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역(230E)을 포함하도록 더 넓게 배치될 수 있다. 즉, 상측에서 볼 때, 상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역(230E)이 상기 선택적 비반사층(262) 내에 위치하도록 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 실시예에서 상기 선택적 비반사층(262)은, 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)의 범위와 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있으며, 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)의 범위보다 더 넓게 배치될 수 있다.
실시예에 의하면, 확산부(260) 상에 선택적 비반사층(262)을 채용되고, 표면방출레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)이 선택적 비반사층(262) 내에 위치하도록 함으로써, 표면방출레이저 소자(230)에서 발산된 레이저 빔은 확산부(260)와 선택적 비반사층(262)을 투과하여 출사된다.
이를 통해, 실시예에 의하면, 표면방출레이저 소자(230)에서 출사된 제1 파장영역(λ1), 예를 들어 약 943nm의 VCSEL 빔(beam)의 투과도(Transmittance)가 약 4% 향상되어 광효율이 향상되는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 레이저 빔이 출사되는 표면방출레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)을 선택적 비반사층(262)이 커버할 수 있도록 배치함으로써, 실제 이슈가 발생되는 레이저 빔의 출사영역에 대한 매우 높은 감도의 모니터링이 가능한 기술적 효과가 있다.
다음으로, 계속하여 도 7를 참조하면, 실시예에서 상기 선택적 비반사층(262)은, 상면에서 볼 때, 상기 발광소자(250)의 발광유효영역(250E)의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하면 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 발광소자(230)의 지향각(beam angle)(θL)의 범위와 중첩되도록 배치할 수 있다. 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 발광소자(250)의 지향각(beam angle)(θL)의 범위 내에 배치될 수 있다. 한편, 상기 발광소자(250)의 지향각(θL)이 넓으므로 상기 선택적 비반사층(262)과는 상하간에 중첩되지 않도록 배치할 수 있다.
또한 도 7과 도 9를 참조하면, 실시예에서 수광소자(240)의 수광유효영역(240E)은 상기 표면발광 레이저 소자(230)의 발산유효영역(230E)보다 넓게 배치될 수 있다.
또한 수광소자(240)의 수광유효영역(240E)은 상기 선택적 비반사층(262)보다 넓게 배치될 수 있으며, 상면에서 볼 때, 선택적 비반사층(262)이 상기 수광소자(240)의 수광유효영역(240E) 내에 배치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 수광소자(240)의 유효 감도각(Angle of half sensitivity)(θp)는 약 120˚일 수 있으며, 이러한 Angle of half sensitivity(θp)는 도 6에 도시된 수광소자의 수광유효영역(240E)에 대응될 수 있다.
또한 선택적 비반사층(262)은 상기 수광유효영역(240E) 내에 위치할 수 있다.
실시예에 의하면, 확산부(260) 상에 선택적 비반사층(262)을 채용되고, 발광소자(250)의 발광유효영역(250E)이 선택적 비반사층(262)의 커버할 수 있도록 배치함으로써 선택적 비반사층(262)에서 발광소자(250)에서 출사된 제2 파장의 빛이 높은 비율로 반사됨으로써 수광소자(240)에 높은 감도로 수광될 수 있다.
이에 따라 실시예에 따라 발광소자(250)에서 발광된 제2 파장영역, 예를 들어 λ2-1(약 350nm), λ2-2(약 450nm)의 반사도가 약 50%가 됨으로써 매우 높은 감도의 모니터링이 가능한 기술적 효과가 있고, 동시에 제1 파장영역(λ1), 예를 들어 약 943nm의 VCSEL 빔(beam)의 투과도(Transmittance)가 약 4% 향상되어 광효율 향상되는 복합적 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산된 제1 파장의 레이저가 확산부(260)와 선택적 비반사층(262)을 투과하여 확산됨과 아울러 상기 선택적 비반사층(262)에서 반사되는 발광소자(250)의 제2 파장의 빛을 수광소자(240)가 높은 감도로 감지하고, 감지된 빛의 변화 정도를 측정하여 확산부(260)의 탈착여부, 손상여부를 정밀하게 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 상기 선택적 비반사층(262)은 상기 표면발광 레이저 소자(230)에서 발산되는 제1 파장의 레이저에 대해서는 확산부만 있을 때보다 더 높은 투과도를 나타내도록 함과 동시에 상기 발광소자(250)에서 발광되는 제2 파장의 빛에 대해서는 높은 반사도를 나타낼 수 있다.
이를 통해, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 높은 반사율로 반사된 제2 파장을 이용하여 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 투과율이 향상된 제1 파장에 의해 광 효율이 더욱 향상된 표면발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 실시 예에 따른 표면발광레이저 패키지는 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 표면발광레이저 패키지는 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.
도 10은 실시예에 따른 표면발광 레이저패키지에서 표면발광 레이저소자(230)의 평면도이며, 도 11은 도 10에 도시된 표면발광 레이저소자의 부분(B) 확대도이고, 도 12는 도 11에 도시된 표면발광 레이저소자에서 에미터(E1)의 확대도이다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지에서의 표면발광 레이저 소자(230)는 발광부(100)와 패드부(235)를 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12와 같이, 상기 발광부(100)에는 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)가 배치될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 표면발광 레이저 소자(230)의 제1 에미터(E1)의 A5-A5'선을 따른 단면도이다.
도 12를 참조하면, 실시예에서 표면발광 레이저 소자의 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 레이저 소자는 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 13은 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 포함하는 광 어셈블리, 예를 들어 자동 초점 장치가 적용된 이동 단말기(1500)의 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, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 앞서 설명된 실시 예에 따른 표면발광레이저 패키지 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 (10)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 캐비티 내부에 배치되어 제1 파장의 빛을 발광하는 표면발광 레이저 소자;
    상기 캐비티 내부에 배치되며 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 발광하는 발광소자;
    상기 표면발광 레이저 소자 및 상기 발광소자와 이격되어 상기 캐비티 내부에 배치되며, 상기 발광소자에서 발광된 제2 파장의 빛을 감지하는 수광소자;
    상기 표면발광 레이저 소자, 상기 발광소자 및 상기 수광소자 상에 배치되는 확산부; 및
    상기 확산부 상에 배치되는 선택적 비반사층;을 포함하고,
    상기 선택적 비반사층은 상기 표면발광 레이저 소자에서 발광된 제1 파장의 빛은 투과시키고 상기 발광소자에서 발광된 제2 파장의 빛은 반사시키는 표면발광레이저 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상기 표면발광 레이저 소자와 전체적으로 중첩되며,
    상기 수광소자와는 일부만 중첩되는 표면발광레이저 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상기 표면방출레이저 소자의 발산각(divergence angle)의 범위와 전체적으로 중첩되는 표면발광레이저 패키지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상면에서 볼 때, 상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역을 포함하도록 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상기 발광소자와 중첩되지 않는 표면발광레이저 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상면에서 볼 때, 상기 발광소자의 발광유효영역의 내부에 위치하도록 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은,
    상기 발광소자의 지향각(beam angle)의 범위와 중첩되는 표면발광레이저 패키지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 수광소자의 수광유효영역은
    상기 표면발광 레이저 소자의 발산유효영역보다 넓게 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 선택적 비반사층은
    상기 수광소자의 수광유효영역 내에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  10. 제1항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 의한 표면발광레이저 패키지를 포함하는 광 모듈.
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