KR20200144245A - 표면발광레이저 패키지 - Google Patents

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KR20200144245A
KR20200144245A KR1020190071969A KR20190071969A KR20200144245A KR 20200144245 A KR20200144245 A KR 20200144245A KR 1020190071969 A KR1020190071969 A KR 1020190071969A KR 20190071969 A KR20190071969 A KR 20190071969A KR 20200144245 A KR20200144245 A KR 20200144245A
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김백준
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

표면발광레이저 패키지는 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징과, 캐비티의 1 바닥면 상에 제1 본딩부과, 캐비티의 제2 바닥면 상에 제2 본딩부와, 제1 본딩부 상에 표면발광레이저 소자와, 캐비티의 측면과 표면발광레이저 소자 사이에 방열부와, 하우징 상에 확산부를 포함한다.

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.
통상, 표면발광레이저 패키지에서 레이저광은 펄스 구동으로 발광되므로, 열이 많이 발생된다. 이러한 열에 의해 접합온도(junction temperature)가 상승하게 된다. 접합온도는 반도체 소자의 동작 중 허용되는 접합부의 평균 온도로서, 이 접합온도를 초과하는 경우 파장 쉬프트(shift)로 인해 특정 파장의 레이저광이 발광되지 않는 문제가 있다. 따라서, 표면발광레이저 패키지가 접합온도 이내로 동작되도록 하기 위해서는 방열이 매우 중요한 파라미터이다. 또한, 표면발광레이저 패키지에서 열이 많이 발생되면, 패키지의 수명이 줄고 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 방열 성능이 우수한 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 파장 쉬프트를 방지할 수 있는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 수명을 연장시킬 수 있는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면발광레이저 패키지를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 표면발광레이저 패키지는, 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징을 포함한다. 상기 캐비티는, 제1 바닥면; 기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높은 제2 바닥면; 및 상기 제1 바닥면과 상기 제2 바닥면 사이에 측면을 포함한다. 표면발광레이저 패키지는, 상기 제1 바닥면 상에 제1 본딩부; 상기 제2 바닥면 상에 제2 본딩부; 상기 제1 본딩부 상에 표면발광레이저 소자; 상기 측면과 상기 표면발광레이저 소자 사이에 방열부; 및 상기 하우징 상에 확산부를 포함한다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 표면발광레이저 패키지는, 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징을 포함한다. 상기 캐비티는, 제1 바닥면; 상기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높은 제2 바닥면; 및 상기 제1 바닥면과 상기 제2 바닥면 사이에 측면을 포함한다. 표면발광레이저 패키지는, 상기 제1 바닥면 상에 제1 본딩부; 상기 제2 바닥면 상에 제2 본딩부; 상기 제1 본딩부 상에 표면발광레이저 소자; 상기 측면과 상기 표면발광레이저 소자 사이에 제1 방열부; 상기 제1 방열부 상에 제2 방열부; 및 상기 하우징 상에 확산부를 포함한다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 본딩부가 제1 캐비티의 제1 바닥면뿐만 아니라 제1 측면에도 배치되고, 방열부가 표면발광레이저 소자의 하부 및 측부 둘레에 배치됨으로써, 방열부가 제1 본딩부에 최대 면적으로 접할 수 있다. 이에 따라, 표면발광레이저 소자의 열이 최대한 신속히 외부로 방출되고, 표면발광레이저 소자의 제1 본딩부에 대한 부착력이 강화되며, 제1 본딩부와 표면발광레이저 소자의 접촉 저항이 최소화되어 제1 본딩부로부터의 전류가 누설 없이 표면발광레이저 소자로 공급되어 레이저광의 광출력을 향상시킬 수 있다.
방열부에 의해 방출 효율이 향상되어 표면발광레이저 소자가 접합온도 이하로 유지됨으로써, 표면발광레이저 소자의 파장 쉬프트를 방지하여 해당 파장의 레이저광이 항상 발광될 수 있으며, 수명이 연장되고 제품 신뢰성이 향상될 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 절연물질을 포함하는 제2 방열부가 도전물질을 포함하는 제1 방열부를 덮어 노출되지 않도록 하여, 제1 방열부와 표면발광레이저 소자 및/또는 제2 본딩부 사이의 전기적인 쇼트를 방지할 수 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 제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 표면발광레이저 패키지의 일부 영역을 도시한 확대도이다.
도 4는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 일 영역(C1)의 확대도이다.
도 6a는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선에 따른 제1 단면도이다.
도 6b는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선에 따른 제2 단면도이다.
도 6c는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A5-A6 선에 따른 제3 단면도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 표면발광레이저 패키지의 일부 영역을 도시한 확대도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.
도 11는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 패키지는 센서, 카메라 등에 장착되어, 예컨대 모바일폰에서의 앞면 인식이나 TOF(Time Of Flight) 기능으로 활용되거나 차량이나 비행기 등과 같은 이동체에서 운전자 졸음 방지 기능, 주변의 사물 인식, 각 좌석의 사람 인식에 활용될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표면발광레이저 패키지를 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 표면발광레이저 패키지의 일부 영역을 도시한 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 하우징(110)을 포함할 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(180)를 지지할 수 있다. 하우징(110), 표면발광레이저 소자(201) 및 확산부(180)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 본딩부(130, 140, 160, 161)와 연결배선(170, 171) 사이에 전기적인 절연을 위한 절연 부재가 제공될 수 있다.
하우징(110)은 위에서 보았을 때 정사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예의 하우징(110)은 제1 바디(110a), 제2 바디(110b), 제3 바디(110c) 및 제4 바디(110d)를 포함할 수 있다. 제1 바디(110a), 제2 바디(110b), 제3 바디(110c) 및 제4 바디(110d) 각각은 층(layer)일 수 있다. 이들 제1 바디(110a), 제2 바디(110b), 제3 바디(110c) 및 제4 바디(110d) 서로 간에 접착제를 이용하여 부착되어, 하우징(110)이 제조될 수 있다. 접착제가 경화 공정에서 예컨대 1700℃의 고온에서 휘발되므로, 각 바디(110a, 110b, 110c, 110d) 사이의 계면이 존재하지 않을 수 있다. 이에 따라, 각 바디(110a, 110b, 110c, 110d)에 의해 일체화된 하우징(110)이 제조될 수 있다.
제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)은 복수의 비아(via)와 그 비아에 배치된 연결배선(170, 171)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b) 각각이 두꺼운 경우, 이들 각각은 복수의 층이 상술한 바와 같이 접착제를 이용하여 부착되어 제조될 수 있다. 만일 각 층의 비아가 서로 수직으로 서로 일치하지 않는 경우, 이들 비아에 배치된 연결배선(170, 171)이 전기적으로 연결되도록 각 층의 하면 또는 상면에 연결패턴(미도시)이 형성될 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 내지 제4 바디(110a 내지 110d) 각각의 두께는 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 바디(110a)의 두께는 가능한 얇게 형성되어, 표면발광레이저 소자(201)의 열이 제1 바디(110a)를 경유하여 하부방향으로 신속히 방출되도록 할 수 있다. 예컨대, 제1 바디(110a)의 두께는 제2 바디(110b), 제3 바디(110c) 또는 제4 바디(110d)의 두께보다 작을 수 있다. 제2 바디(110b)의 두께는 표면발광레이저 소자(201)의 두께보다 클 수 있다. 즉, 표면발광레이저 소자(201)의 상면은 제2 바디(110b) (110c)의 제2 바닥면(114)보다 낮게 위치되어, 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(114) 상에 배치되는 제2 본딩부(140)가 표면발광레이저 소자(201)로부터 이격될 수 있다. 제3 바디(110c)의 두께는 제2 본딩부(140)의 두께보다 크도록 하여, 제2 본딩부(140)의 상면과 확산부(180)의 하면이 서로 이격될 수 있다. 예컨대, 제4 바디(110d)의 두께는 확산부(180)의 두께와 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)는 동일 재질로 이루어지고 일체로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)는 상이한 재질로 이루어질 수도 있다.
제1 바디(110a)는 제2 바디(110b)와 수직으로 중첩되지 않는 제1 영역과 제2 바디(110b)와 수직으로 중첩되는 제2 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제1 영역의 상면이 제1 바닥면(112)일 수 있다. 제2 바디(110b)에서 제1 바디(110a)의 제1 영역에 대응되어 제1 개구가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 개구의 내측면이 제1 측면(113)일 수 있다. 제2 바디(110b)는 제3 바디(110c)와 수직으로 중첩되지 않는 제3 영역과 제3 바디(110c)와 수직으로 중첩되는 제4 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제3 영역의 상면이 제2 바닥면(114)일 수 있다. 제3 바디(110c)에서 제2 바디(110b)의 제3 영역에 대응되어 제2 개구가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제2 개구의 내측면이 제2 측면(116)일 수 있다.
제3 바디(110c)는 제4 바디(110d)와 수직으로 중첩되지 않는 제5 영역과 제4 바디(110d)와 수직으로 중첩되는 제6 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제5 영역의 상면이 제3 바닥면(117)일 수 있다. 제4 바디(110d)에서 제3 바디(110c)의 제5 영역에 대응되어 제3 개구가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제3 개구의 내측면이 제3 측면(119)일 수 있다.
예컨대, 제3 개구의 직경은 제2 개구의 직경보다 크고, 제2 개구의 직경은 제1 개구의 직경보다 클 수 있다.
하우징(110)은 단차가 형성된 제1 캐비티(111), 제2 캐비티(115) 및 제3 캐비티(118)을 가질 수 있다. 제1 캐비티(111)는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)에 의해 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 캐비티(111)는 제1 바닥면(112), 제1 측면(113) 및 제2 바닥면(114)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 캐비티(115)는 제2 바닥면(114), 제2 측면(116) 및 제3 바닥면(117)일 수 있다. 예컨대, 제3 캐비티(118)는 제3 바닥면(117), 제3 측면(119) 및 상면(120)을 포함할 수 있다.
제1 측면(113)과 제1 바닥면(112) 사이의 각도(θ)는 80° 내지 89°일 수 있다. 즉, 제1 측면(113)은 제1 바닥면(112)에 대해 80° 내지 89°로 경사진 경사면을 가질 수 있다. 제1 측면(113)은 제1 바닥면(112)에 대해 85° 내지 89°로 경사진 경사면을 가질 수 있다. 이러한 경사각 범위를 갖는 제1 측면(113)에 의해 제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)의 형성 공정시, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 제2 본딩부(140)로부터 용이하게 이격되어 형성됨으로써, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)와 제2 본딩부(140)의 전기적인 쇼트가 방지될 수 있다. 80° 미만인 경우, 제2 본딩부(140)와 표면발광레이저 소자(201) 사이의 거리가 멀어져 와이어 본딩 불량이 발생될 수 있다. 89°를 초과하는 경우, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드가 제2 본딩부(140)로부터 이격되어 형성되기 어려워, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)와 제2 본딩부(140)가 전기적으로 쇼트될 수 있다.
제1 캐비티(111)에서 제2 바닥면(114)은 제1 바닥면(112)보다 높게 위치되고, 제1 바닥면(112)과 제2 바닥면(114) 사이의 높이차이에 의해 제1 단차가 형성될 수 있다. 제2 캐비티(115)에서 제3 바닥면(117)은 제2 바닥면(114)보다 높게 위치되고, 제2 바닥면(114)과 제3 바닥면(117) 사이의 높이차이에 의해 제2 단차가 형성될 수 있다. 제3 캐비티(118)에서 제4 바디(110d)의 상면(120)은 제3 바닥면(117)보다 높게 위치되고, 제3 바닥면(117)과 제4 바디(110d)의 상면(120) 사이의 높이차이에 의해 제3 단차가 형성될 수 있다.
제2 캐비티(115)는 제1 캐비티(111)와 연통되고, 제3 캐비티(118)는 제2 캐비티(115)와 연통될 수 있다. 제2 캐비티(115)의 사이즈는 제1 캐비티(111)의 사이즈보다 클 수 있다. 제3 캐비티(118)의 사이즈는 제2 캐비티(115)의 사이즈보다 클 수 있다.
제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)를 포함할 수 있다.
제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)는 하우징(110)에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(130)는 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 상에 배치될 수 있다. 제2 본딩부(140)는 제1 캐비티(111)의 제2 바닥면(114) 상에 배치될 수 있다. 제2 본딩부(140)는 제2 바닥면(114)의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다. 제2 본딩부(140)는 제2 바닥면(114)을 따라 폐루프 형상을 가질 수 있다. 제2 본딩부(140)는 와이어(177)를 이용하여 표면발광레이저 소자(201)의 패드전극(280)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 본딩부(130)는 제1 전극패드(131)과 제2 전극패드(132)를 포함할 수 있다. 제1 전극패드(131)는 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극패드(132)는 제1 캐비티(111)의 제1 측면(113) 상에 배치될 수 있다.
제1 전극패드(131)의 일부는 하우징(110)의 홈부(122)에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)가 홈부(122)에 삽입되어 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)에 의해 단단히 고정되므로, 제1 본딩부(130)의 탈착이 방지될 수 있다. 또한, 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)의 상면이 제1 바디(110a)의 상면과 동일 선상에 위치되도록 하여, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)가 접착제에 의해 부착될 때, 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)에 의해 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b) 사이의 들뜸, 즉 접찹되지 않는 현상이 방지될 수 있다.
제1 전극패드(131)는 제1 금속층(131a), 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)를 포함할 수 있다. 제1 금속층(131a) 상에 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)이 순차적으로 배치될 수 있다. 제2 전극패드(132)는 제1 금속층(132a), 제2 금속층(132b), 제3 금속층(132c) 및 제4 금속층(132d)을 포함할 수 있다. 제1 금속층(132a) 상에 제2 금속층(132b), 제3 금속층(132c) 및 제4 금속층(132d)이 순차적으로 배치될 수 있다.
제2 본딩부(140)는 제1 금속층(140a), 제2 금속층(140b), 제3 금속층(140c) 및 제4 금속층(140d)를 포함할 수 있다. 제1 금속층(140a) 상에 제2 금속층((140b), 제3 금속층(140c) 및 제4 금속층(140d)가 순차적으로 배치될 수 있다.
제1 금속층(131a, 132a, 140a)은 전극층 및/또는 지지층일 수 있다. 제1 금속층(131a, 132a, 140a)은 동일 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 금속층(131a, 132a, 140a)은 예컨대, 턴스텐(W)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 금극층(131b, 132b, 140b)은 배리어층 및/또는 도금층일 수 있다. 제2 금속층(131b, 132b, 140b)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제3 전극층(131c, 132c, 140c)은 배리어 및/또는 도금층일 수 있다. 제3 금속층(131c, 132c, 140c)은 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제4 금속층(131d, 132d, 140d)은 전극층 및/또는 본딩층일 수 잇다. 제4 금속층(131d, 132d, 140d)은 금(Au)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 본딩층과 제2 본딩층의 제조 공정을 설명한다.
먼저, 제1 전극패드(131)의 제1 금속층(131a), 제2 전극패드(132)의 제1 금속층(132a) 및 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a)가 형성될 수 있다. 제1 전극패드(131)의 제1 금속층(131a), 제2 전극패드(132)의 제1 금속층(132a) 및 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a)은 제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)가 부착되기 전에 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극패드(131)의 제1 금속층(131a)의 제1 바디(110a)의 제1 바닥면(112) 상에 형성되고, 제2 전극패드(132)의 제1 금속층(132a)가 제1 바디(110a)의 제1 측면(113) 상에 형성되며, 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a)이 제2 바디(110b)의 제2 바닥면(114) 상에 형성될 수 있다. 이후, 제1 내지 제4 바디(110a 내지 110d)가 접착제를 이용하여 부착됨으로써, 하우징(110)이 제조될 수 있다.
이후, 도금 공정을 이용하여 제1 전극패드(131)의 제1 금속층(131a), 제2 전극패드(131)의 제1 금속층(132a) 및 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a) 상에 제2 금속층(131b, 132b, 140b)이 형성되고, 제2 금속층(131b, 132b, 140b) 상에 제3 금속층(131c, 132c, 140c)이 형성될 수 있다.
이후, 증착 공정을 이용하여 제3 금속층(131c, 132c, 140c) 상에 제4 금속층(131d, 132d, 140d)이 형성될 수 있다. 도금 공정 및/또는 증착 공정시, 마스크를 이용하여 제3 금속층131c, (132c, 140c)과 제4 금속층(131d, 132d, 140d)가 특정 영역에 형성되도록 할 수 있다. 이와 같은 공정 결과로서, 제1 금속층(131a)과 그 위에 형성된 제2 내지 제4 금속층(131b, 131c, 131d)에 의해 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)가 제조되고, 제1 금속층(132a)와 그 위에 형성된 제2 내지 제4 금속층(132b, 132c, 132d)에 의해 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 제조될 수 있다. 또한, 제1 금속층(140a)와 그 위에 형성된 제2 내지 제4 금속층(140b, 140c, 140d)에 의해 제2 본딩부(140)가 제조될 수 있다.
이로부터, 제1 전극패드(131)의 제2 금속층(131b)와 제2 전극패드(132)의 제2 금속층(132b)는 동일 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 제1 전극패드(131)의 제3 금속층(131c)와 제2 전극패드(132)의 제3 금속층(132c)는 동일 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 제1 전극패드(131)의 제4 금속층(131d)와 제2 전극패드(132)의 제4 금속층(132d)는 동일 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다.
제2 내지 제4 금속층(132b, 132c, 132d)의 일부가 제1 금속층(132a)의 상면을 경유하여 제1 측면(113)에 접함으로써, 제1 금속층(132a)이 제1 측면(113)으로부터 들뜨지 않고 제1 측면(113)에 단단히 부착되도록 할 수 있다. 도시되지 않았지만, 제2 내지 제4 금속층(132b, 132c, 132d)의 일부가 제1 금속층(132a)의 내측면 상에만 형성될 수도 있다.
제2 본딩부(140)에서, 제2 내지 제4 금속층(140b, 140c, 140d)는 제1 금속층(140a)를 둘러쌈으로써, 제1 금속층(140a)이 제2 바닥면(114)으로부터 들뜨지 않고 제2 바닥면(114)에 단단히 부착되도록 할 수 있다. 도시되지 않았지만, 제2 내지 제4 금속층(140b, 140c, 140d)는 제1 금속층(140a)의 상면에만 형성될 수도 있다.
제1 금속층(131a)은 제1 바닥면(112) 상에 배치되는 제1 금속영역과 홈부(122)에 배치되는 제2 금속영역을 포함할 수 있다. 제2 금속층(132b), 제3 금속층(132c) 및 제4 금속층(132d)은 제1 금속층(131a)의 제2 금속영역 상에 배치될 수 있다. 제2 금속층(132b) 및 제3 금속층(132c)은 도금 공정을 이용하여 제1 금속층(131a)의 제2 금속영역 상에 형성될 수 있다. 제4 금속층(132d)은 예컨대, 증착 공정을 이용하여 제3 금속층(132c) 상에 형성될 수 있다.
제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)를 포함할 수 있다.
제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)는 하우징(110) 아래에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)는 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면(121) 상에 배치될 수 있다.
제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)가 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면(121)으로부터 하부 방향으로 돌출되도록 배치될 수 있다.
도시되지 않았지만, 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면(121)에 서로 이격된 제1 및 제2 리세스가 형성되고, 제1 리세스에 제3 본딩부(160)이 배치되고, 제2 리세스에 제4 본딩부(161)가 배치될 수 있다 이러한 경우, 제1 리세스에 배치된 제3 본딩부(160)의 하면 및 제2 리세스에 배치된 제4 본딩부(161)의 하면은 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 하면(121)과 수평으로 일치할 수 있다.
예로서, 제3 본딩부(160)의 하면과 제4 본딩부(161)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.
제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)는 하우징(110) 아래에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)는 아래에서 보았을 때 원 형상의 패드를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 본딩부(160)는 제1 본딩부(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 본딩부(160)는 제1 연결배선(170)을 통하여 제1 본딩부(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 연결배선(170)은 예로서, 하우징(110)에 제공된 제1 비아에 배치될 수 있다. 제4 본딩부(161)는 제2 본딩부(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 본딩부(161)는 제2 연결배선(171)을 통하여 제2 본딩부(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결배선(171)은 예로서, 하우징(110)에 제공된 제2 비아에 배치될 수 있다.
제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)는 제1 본딩부(130)와 제2 본딩부(140)와 동일한 금속 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제3 본딩부(160)와 제4 본딩부(161)는 제1 본딩부(130)의 제1 내지 제4 금속층(132a, 132b, 132c, 132d)를 포함하거나 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a, 140b, 140c, 140d)를 포함할 수 있다.
제1 연결배선(170)과 제2 연결배선(171)은 제1 본딩부(130)의 제1 금속층(131a, 132a)나 제2 본딩부(140)의 제1 금속층(140a)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 연결배선(170)과 제2 연결배선(171)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다른 예로서, 텅스텐(W)이 1000℃ 이상의 고온에서 녹여진 후 제1 및 제2 비아에 주입된 후 경화되어, 제1 연결배선(170)와 제2 연결배선(171)이 형성될 수 있다. 텅스텐(W)의 일부가 하우징(110)의 하부에서 경화되어 제3 및 제4 본딩부(160, 161)로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 표면발광레이저 소자(201)를 포함할 수 있다.
표면발광레이저 소자(201)는 제1 본딩부(130) 상에 배치될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)는 제1 본딩부(130)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(130)의 사이즈는 표면발광레이저 소자(201)의 사이즈보다 클 수 있다. 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)는 위에서 보았을 때 사각형을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
표면발광레이저 소자(201)는 각각 레이저빔을 방출하는 복수의 에미터(E1, E2, E3)를 포함하는 발광부(E)와 제2 본딩부(140)에 전기적으로 연결되기 위한 패드전극(280)이 배치되는 패드부(P)를 포함할 수 있다.
발광부(E)의 정사각형을 가질 수 있다. 패드부(P)는 발광부(E)를 둘러쌀 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)의 상면, 구체적으로 표면발광레이저 소자(201)의 패드부(P)의 상면은 제2 본딩부(140)의 하면보다 낮을 수 있다.
도 4 내지 도 6c를 참조하여, 표면발광레이저 소자(201)를 상세히 설명한다.
도 4는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 일 영역(C1)의 확대도이다. 도 6a는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A1-A2 선에 따른 제1 단면도이고, 도 6c는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A3-A4 선에 따른 제2 단면도이며, 도 6c는 도 5에 도시된 실시예에 따른 표면발광레이저 소자의 A5-A6 선에 따른 제3 단면도이다.
도 4 내지 도 6c를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 발광부(E)와 패드부(P)를 포함할 수 있다. 발광부(E)는 도 5와 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 비발광부 상에 형성될 수 있다. 비발광부는 에미터와 유사 층구조를 가질수 있다. 비발광부는 제2 전극(282)과 제2 반사층(250)이 패시베이션층(270)에 의해 전기적으로 연결되지 않음으로 인해 발광을 하지 않을 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. 제1 전극(282)과 패드전극(280)은 일체로 형성되거나 별개도 형성될 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6c를 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 포함할 수 있다. 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 포함할 수 있다. 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 포함할 수 있다. 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(111) 및 활성층의 상측에 배치되는 제2 캐비티(115)를 포함할 수 있다. 실시예의 발광층(230)는 제1 캐비티(111)와 제2 캐비티(115)를 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 캐비티(111)와 제2 캐비티(115)는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 캐비티(111)와 제2 캐비티(115)는 각각 AlyGa(1-y)As로된 복수의 층을 포함할 수 있다.
<산화층>
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 산화층(240)을 포함할 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 포함할 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.
도 6c에 도시한 바와 같이, 패시베이션층(270)의 끝단은 제1 반사층(220)의 측면으로부터 이격된 제1 반사층(220) 상에 위치될 수 있다. 즉, 패시베이션층(270)은 제1 반사층(220)의 측면이나 기판(210)의 측면에 배치되지 않을 수 있다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자(201)는 제2 전극(282)을 포함할 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.
도 6c에 도시한 바와 같이, 패드전극(280)의 끝단은 제2 반사층(250)의 상면에 대응되는 패시배이션층(270) 상에 위치될 수 있다. 즉, 패드전극(280)는 제1 반사층(220)의 측면으로부터 패시베이션층(270)보다 더 멀리 이격되어 배치될 수 있다. 이는 패드전극(280)이 제2 반사층(220)과 접하여 발생되는 전기적인 쇼트를 방지하기 위함이다.
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 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 방열부(150)를 포함할 수 있다.
방열부(150)는 열전도율이 우수한 금속물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 방열부(150)는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 예컨대, 은 페이스트나 은 소결 페이스트(sintering paste)가 제1 본딩부(130) 상에 적하한 후, 표면발광레이저 소자(201)를 은 페이스트나 은 소결 페이스에 가압하여 표면발광레이저 소자(201)가 은 페이스트나 은 소결 페이스 내에 삽입되도록 할 수 있다. 이후 소결 공정이 진행됨으로써, 방열부(150)가 형성될 수 있다. 은 페이스트나 은 소결 페이스트는 복수의 은 도트나 입자를 포함할 수 있다. 소결 공정에 의해 은 페이스트나 은 소결 페이스의 액상이 휘발되어 상면이 수축되어 아래로 라운드된 형태를 가질 수 있다. 아울러, 소결 공정에 의해 은 페이스트나 은 소결 페이스의 액상이 휘발됨에 따라 복수의 도트가 서로 엉겨붙을 수 있다. 따라서, 방열부(150) 내에는 엉겨붙은 복수의 도트로 이루어질 수 있다. 이와 같이 엉겨붙은 복수의 도트가 전극층, 접합층, 방열층의로서의 역할을 할 수 있다.
제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)와 표면발광레이저 소자(201)의 하면 사이의 거리(d1)는 적어도 20 마이크로미터 이상일 수 있다. 엉겨붙은 복수의 도트 덩어리의 사이즈가 20 마이크로미터이므로, 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)와 표면발광레이저 소자(201)의 하면 사이의 방열부(150)의 최소 두께는 엉겨붙은 복수의 도트 덩어리의 사이즈일 수 있다.
제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)와 표면발광레이저 소자(201)의 측면 사이의 거리(d2)는 예컨대, 20 마이크로미터 내지 100 마이크로미터일 수 있다. 20 마이크로미터가 엉겨붙은 복수의 도트 덩어리의 사이즈이므로, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)와 표면발광레이저 소자(201)의 측면 사이의 거리(d2)는 도트 덩어리의 사이즈 보다 커야, 표면발광레이저 소자(201)와 제2 전극패드(132) 사이에 방열부(150)를 용이하게 형성할 수 있다. 100 마이크로미터를 초과하는 경우, 방열 성능이 오히려 떨어지고 또한 표면발광레이저 패키지의 전체 사이즈가 커질 수 있다.
방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)의 둘레에 배치될 수 있다.
방열부(150)는 제1 바닥면(112)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 방열부(150)는 하우징(110)의 제1 바디(110a)의 상면과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 표면발광레이저 소자(201)에서 발생된 열이 방열부(150)를 통해 하부 "?항으?* 신속히 방출될 수 있다. 방열부(150)는 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)와 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 방열부(150)의 하면은 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)의 상면과 접하고, 방열부(150)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 하면과 접할 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 방열부(150), 즉 제1 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 부착시키기 위한 접합층일 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 방열부(150)의 제1 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 전기적으로 연결하기 위한 전극층일 수 있다. 방열부(150)의 제1 방열영역은 제1 본딩부(130)를 표면발광레이저 소자(201)의 하측에 배치된 제1 전극(도 6의 215)에 전기적으로 연결될 수 있다.
방열부(150)는 제1 측면(113)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 방열부(150)는 하우징(110)의 제2 바디(110b)의 내측면과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 표면발광레이저 소자(201)에서 발생된 열이 방열부(150)를 통해 측방향으로 신속히 방출될 수 있다. 방열부(150)는 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)와 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 방열부(150)의 제1 측면(113)은 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)의 내측면과 접하고, 방열부(150)의 제2 측면(116)(제1 측면(113)의 반대측면임)은 표면발광레이저 소자(201)의 측면과 접할 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 방열부(150), 즉 제2 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 부착시키기 위한 접합층일 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 방열부(150)의 제2 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 전기적으로 연결하기 위한 전극층일 수 있다.
상술한 바와 같이, 표면발광레이저 소자(201)는 그 상면을 통해 직진하는 레이저광이 방출될 수 있다. 따라서, 표면발광레이저 소자(201)의 측면에 방열부(150)가 배치되더라도 표면발광레이저 소자(201)의 레이저광의 방출에 아무런 영향을 주지 않을 수 있다.
제1 본딩부(130)가 제1 바닥면(112)뿐만 아니라 제1 측면(113)에도 배치되고, 방열부(150)가 표면발광레이저 소자(201)의 하부 및 측부 둘레에 배치됨으로써, 방열부(150)가 제1 본딩부(130)에 최대 면적으로 접할 수 있다. 이에 따라, 표면발광레이저 소자(201)의 열이 최대한 신속히 외부로 방출되고, 표면발광레이저 소자(201)의 제1 본딩부(130)에 대한 부착력이 강화되며, 제1 본딩부(130)와 표면발광레이저 소자(201)의 접촉 저항이 최소화되어 제1 본딩부(130)로부터의 전류가 누설 없이 표면발광레이저 소자(201)로 공급되어 레이저광의 광출력을 향상시킬 수 있다.
방열부(150)의 상면의 일측은 예컨대, 표면발광레이저 소자(201)의 제1 반사층(220)도 6c의 220)의 측면 일부에 위치될 수 있다. 이에 따라, 방열부(150)가 표면발광레이저 소자(201)의 패드전극과의 전기적인 쇼트가 방지될 수 있다.
방열부(150)의 상면의 타측은 예컨대, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)의 내측면의 상측에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 방열부(150)의 상측은 제1 본딩부(130)의 제2 패드전극의 상면을 경유하여 제1 측면(113)에 접할 수도 있다.
제1 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(100)는 확산부(180)를 제공할 수 있다.
확산부(180)는 표면발광레이저 소자(201) 상에 배치될 수 있다. 확산부(180)는 제3 캐비티(118)에 배치될 수 있다. 확산부(180)는 제3 캐비티(118)의 제3 바닥면(117) 상에 안착될 수 있다, 확산부(180)는 제3 캐비티(118)의 제3 바닥면(117) 및 제3 측면(119)에 의해 고정될 수 있다.
확산부(180)와 제3 캐비티(118)의 제3 바닥면(117)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(180)의 상면은 하우징(110)의 제4 바디(110d)의 상면(120)과 수평으로 일치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
확산부(180)는 표면발광레이저 소자(201)로부터 수직 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 확산부(180)는 제3 캐비티(118)의 제3 바닥면(117)에 의해 지지될 수 있다.
확산부(180)는 표면발광레이저 소자(201)로부터 발광된 레이저빔의 발산각(divergence angle)을 확장시킬 수 있다.
확산부(180)는 무반사(anti-reflective)층을 포함할 수 있다. 예로서, 확산부(180)는 확산부(180)의 상면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 무반사층은 확산부(180)와 별개로 형성될 수 있다.
무반사층은 예로서 무반사 코팅 필름을 포함할 수 있다. 이러한 무반사 코팅 필름이 확산부(180)의 상면에 부착될 수 있다. 무반사층은 확산부(180)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.
도시되지 않았지만, 확산부(180)는 바디와, 바디의 하부에 배치된 복수의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은 바디와 상이한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 바디는 수지 재질을 포함하고, 패턴는 유리 재질을 포함할 수 있다. 패턴은 일정한 형상을 가지거나 랜덤한 형상을 가질 수 있다. 패턴의 크기, 형상, 두께 등은 다양하게 설계 변형이 가능하다.
도 7은 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 표면발광레이저 패키지의 일부 영역을 도시한 확대도이다.
제2 실시예에서는 제1 실시예와 달리, 방열부(150)가 제1 캐비티(111)의 제1 측면(113)에 접할 수 있다. 이를 위해, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 달리, 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 생략될 수 있다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 구조, 형상 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(101)는 하우징(110), 제1 본딩부(130), 제2 본딩부(140), 표면발광레이저 소자(201), 방열부(150) 및 확산부(180)를 포함할 수 있다.
제1 본딩부(130)는 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 상에 배치될 수 있다. 제1 본딩부(130)는 제1 금속층(131a), 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)를 포함할 수 있다. 제1 금속층(131a)는 제1 실시예에서 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)의 제1 금속층(131a)일 수 있다. 제1 금속층(131a)은 제1 바닥면(112) 상에 배치되고 홈부(122)에 배치될 수 있다. 제1 금속층(131a) 상에 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)이 순차적으로 배치될 수 있다. 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)은 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112)에 대응되는 제1 금속층(131a) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 금속층(131a)는 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 상에 배치되는 제1 금속영역과 홈부(122)에 배치되는 제2 금속영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)은 제1 금속층(131a)의 제1 금속영역 상에 배치될 수 있다. 제2 금속층(131b), 제3 금속층(131c) 및 제4 금속층(131d)의 양측은 제1 캐비티(111)의 제1 측면(113)에 접할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2 실시예에서는 제1 실시예에서 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 생략되므로, 제2 전극패드(132)가 형성될 필요가 없다. 이에 따라, 제1 캐비티(111)의 제1 측면(113)은 제1 바닥면(112)에 대해 수직인 수직면을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)의 둘레에 배치될 수 있다. 방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)와 제1 본딩부(130) 사이에 배치된 제1 방열영역과 표면발광레이저 소자(201)와 제1 측면(113) 사이에 배치된 제2 방열영역을 포함할 수 있다. 제1 방열영역의 하면은 제1 본딩부(130)의 상면과 접하고, 제1 방열영역의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 하면과 접할 수 있다. 제2 방열영역의 제1 측면(113)은 제1 측면(113)과 접하고, 제2 방열영역의 제2 측면(116)(제1 측면(113)의 반대측 면임)은 표면발광레이저 소자(201)의 측면에 접할 수 있다. 방열부(150)의 형성 방법은 제1 실시예에서 상술한 바 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
제2 실시예에 따르면, 제1 실시예와 달리 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 형성되지 않아, 방열부(150)가 제1 측면(113)에 직접 접함으로써, 표면발광레이저 소자(201)의 열이 신속히 외부로 방출될 수 있다.
도 9는 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지를 도시한 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예의 방열부(150) 외에 또 따른 방열부(151)을 더 추가할 수 있다. 제3 실시예에서 제1 실시예와 동일한 구조, 형상 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도시되지 않았지만, 제3 실시예는 제2 실시예(제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)가 생략된 구조)에 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제3 실시예에 따른 표면발광레이저 패키지(102)는 하우징(110), 제1 본딩부(130), 제2 본딩부(140), 표면발광레이저 소자(201), 제1 방열부(150), 제2 방열부(151) 및 확산부(180)를 포함할 수 있다.
제1 방열부(150)는 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 상에 배치될 수 있다. 제2 방열부(151)는 제1 방열부(150) 상에 배치될 수 있다. 표면발광레이저 소자(201)는 제1 방열부(150) 상에 배치될 수 있다. 제2 방열부(151)는 표면발광레이저 소자(201)의 둘레에 배치될 수 있다.
제1 방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)와 제1 캐비티(111)의 제1 바닥면(112) 사이에 배치될 수 있다. 제1 방열부(150)의 양측면은 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)의 내측면에 접할 수 있다. 제1 방열부(150)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 상면보다 낮을 수 있다. 제1 방열부(150)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 제1 반사층(220)의 측면의 최고점보다 낮을 수 있다.
제2 방열부(151)는 제1 방열부(150) 상에 배치된 표면발광레이저 소자(201)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 제2 방열부(151)의 제1 측면(113)은 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)의 내측면에 접하고, 제2 방열부(151)의 제2 측면(116)(제1 측면(113)의 반대측 면임)은 표면발광레이저 소자(201)의 측면에 접할 수 있다.
제1 방열부(150)는 도전물질을 포함하고, 제2 방열부(151)는 비도전물질, 즉 절연물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 방열부(150)는 금속물질을 포함하고, 제2 방열부(151)는 수지물질을 포함할 수 있다. 제1 방열부(150)는 제1 및 제2 실시예의 방열부((150)일 수 있다.
제1 방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)를 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 부착시키기 위한 접합층일 수 있다. 제1 방열부(150)는 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 전기적으로 연결하기 위한 전극층일 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 절연물질을 포함하는 제2 방열부(151)가 도전물질을 포함하는 제1 방열부(150)를 덮어 노출되지 않도록 하여, 제1 방열부(150)와 표면발광레이저 소자(201) 및/또는 제2 본딩부(140) 사이의 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
제1 방열부(150)의 하면은 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)의 상면과 접하고, 제1 방열부(150)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 하면과 접할 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 제1 방열부(150), 즉 제1 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 부착시키기 위한 접합층일 수 있다. 제1 본딩부(130)의 제1 전극패드(131)과 표면발광레이저 소자(201) 사이에 배치된 제1 방열부(150)의 제1 방열영역은 표면발광레이저 소자(201)를 제1 본딩부(130)에 전기적으로 연결하기 위한 전극층일 수 있다. 제1 방열부(150)의 제1 방열영역은 제1 본딩부(130)를 표면발광레이저 소자(201)의 하측에 배치된 제1 전극(도 6의 215)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 방열부(151)의 상면은 수평면을 가질 수 있다. 제2 방열부(151)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 상면과 동일 선상에 위치될 수 있다. 제2 방열부(151)의 상면은 표면발광레이저 소자(201)의 상면보다 낮게 위치될 수 있다.
도시되지 않았지만, 제2 방열부(151)의 일부는 제1 본딩부(130)의 제2 전극패드(132)의 상면을 경유하여 제1 캐비티(111)의 제1 측면(113)에 접할 수 있다.
(플립칩형 표면발광레이저소자)
도 10은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 다른 단면도이다.
실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 도 10에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 수직형 외에 도 10와 같이 제1 전극(215)과 제2 전극(282)이 동일 방향을 향하는 플립칩형일 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 플립칩형 표면발광레이저소자는 제1 전극부(215, 217), 기판(210), 제1 반사층(220), 활성영역(230), 애퍼처(aperture) 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 11는 실시예에 따른 표면발광레이저 소자가 적용된 이동 단말기의 사시도이다.
실시예에 따른 수직형 표면발광레이저 소자와 도 10에 도시된 플립형 표면발광레이저 소자는 도 11에 도시된 이동 단말기에 적용될 수 있다.
도 11에 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.
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, 101, 102: 표면발광레이저 패키지
110: 하우징
110a 내지 110d: 바디
111, 115, 118: 캐비티
112, 114, 117: 바닥면
113, 116, 119: 측면
120: 상면
121: 하면
122: 홈부(그루브)
130, 140, 160, 161: 본딩부
131, 132: 전극패드
131a 내지 131d, 132a 내지 132d, 140a 내지 140d: 금속층
150: 방열부
170, 171: 연결배선
177: 와이어
180: 확산부
201: 표면발광레이저 소자

Claims (12)

  1. 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징;
    상기 캐비티는,
    제1 바닥면;
    상기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높은 제2 바닥면; 및
    상기 제1 바닥면과 상기 제2 바닥면 사이에 측면을 포함하고,
    상기 제1 바닥면 상에 제1 본딩부;
    상기 제2 바닥면 상에 제2 본딩부;
    상기 제1 본딩부 상에 표면발광레이저 소자;
    상기 측면과 상기 표면발광레이저 소자 사이에 방열부; 및
    상기 하우징 상에 확산부를 포함하는 표면발광레이저 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는,
    상기 제1 본딩부와 상기 표면발광레이저 소자 사이에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 본딩부는,
    상기 제1 바닥면 상에 제1 전극패드; 및
    상기 측면 상에 제2 전극패드를 포함하고,
    상기 방열부는,
    상기 제2 전극패드와 상기 표면발광레이저 소자 사이에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면은 상기 제1 바닥면에 대해 80° 내지 89°로 경사진 경사면을 갖고,
    상기 제2 전극패드의 상면은 상기 제2 바닥면으로부터 이격되는 표면발광레이저 패키지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1 바닥면으로부터 측방향으로 연장된 홈부를 포함하고,
    상기 제1 전극패드의 일부는 상기 홈부에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면발광레이저 소자는,
    기판;
    상기 기판 상에 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 활성영역;
    상기 활성영역 상에 배치되며, 애퍼처 및 절연영역을 포함하는 애퍼처 영역; 및
    상기 애퍼처 영역 상에 배치되는 제2 반사층을 포함하고,
    상기 방열부의 상면은 상기 활성영역보다 낮은 표면발광레이저 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는 금속물질을 포함하는 표면발광레이저 패키지.
  8. 단차가 형성된 캐비티를 갖는 하우징;
    상기 캐비티는,
    제1 바닥면;
    상기 단차에 의해 상기 제1 바닥면 보다 높은 제2 바닥면; 및
    상기 제1 바닥면과 상기 제2 바닥면 사이에 측면을 포함하고,
    상기 제1 바닥면 상에 제1 본딩부;
    상기 제2 바닥면 상에 제2 본딩부;
    상기 제1 본딩부 상에 표면발광레이저 소자;
    상기 측면과 상기 표면발광레이저 소자 사이에 제1 방열부;
    상기 제1 방열부 상에 제2 방열부; 및
    상기 하우징 상에 확산부를 포함하는 표면발광레이저 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방열부는 금속물질을 포함하고,
    상기 제2 방열부는 수지물질을 포함하는 표면발광레이저 패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방열부는,
    상기 제1 본딩부와 상기 표면발광레이저 소자 사이에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방열부는,
    상기 표면발광레이저 소자와 수직으로 중첩되는 제1 방열영역; 및
    상기 표면발광레이저 소자와 수직으로 중첩되지 않는 제2 방열영역을 포함하고,
    상기 표면발광레이저 소자는 상기 제1 방열영역 상에 배치되고,
    상기 제2 방열부는 상기 제2 방열영역 상에 배치되는 표면발광레이저 패키지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 본딩부는,
    상기 제1 바닥면에서 상기 측면으로 제2 전극패드를 포함하고,
    상기 제2 방열부는,
    상기 제2 전극패드와 상기 표면발광레이저 소자 사이에 배치되고,
    상기 제2 방열부의 상면의 일부는 상기 측면에 접하는 표면발광레이저 패키지.
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