KR20220000136A - 표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정 장치 - Google Patents

표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 복수의 에미터가 배열된 발광 영역을 포함하고, 상기 발광 영역은 중심 영역 및 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 가장자리 영역을 포함하고, 상기 가장자리 영역은 서로 이격된 복수의 영역들을 포함하고, 상기 중심 영역의 평면적은 상기 가장자리 영역의 전체 평면적보다 작고, 상기 복수의 영역 중 선택되는 하나의 영역의 평면적은 상기 중심 영역의 평면적보다 작거나 같고, 상기 중심 영역, 상기 가장자리 영역의 복수의 영역들은 개별적으로 구동할 수 있다.

Description

표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정 장치{SURFACE-EMTTING LASER DEVICE AND DISTANCE MEASURING DEVICE HAVING THE SAME}
실시예는 표면발광 레이저소자 이를 포함하는 거리측정장치에 관한 것이다.
최근 3차원 컨텐츠에 대한 수요 및 공급이 증가하고 있다. 이에 따라 객체에 대한 깊이 정보 파악으로 3차원 컨텐츠를 제공할 수 있는 다양한 기술들이 연구 및 개발되고 있다. 예를 들어, 깊이 정보를 파악할 수 있는 기술은 스테레오(Stereo) 방식, 구조광(Structured light) 방식, DFD(Depth from defocus) 방식, TOF(Time of flight) 방식 등의 기술이 있다.
먼저, 스테레오(Stereo) 방식은 복수의 카메라, 예컨대 좌측 및 우측에 배치된 각각의 카메라를 통해 수신된 영상의 좌우 시차에서 발생하는 거리, 간격 등의 차이를 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다.
또한, 구조광(Structured light) 방식은 설정된 패턴을 형성하도록 배치된 광원을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이며, DFD(Depth from defocus) 방식은 초점의 흐려짐을 이용한 기술로 동일한 장면에서 촬영된 서로 다른 초점을 가지는 복수의 영상을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다.
또한, TOF(Time of flight) 방식은 광원에서 대상을 향해 방출한 광이 상기 대상에 반사되어 센서에 돌아오는 시간을 측정함으로써 상기 대상과의 거리를 계산하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다. 이러한 TOF 방식은 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 장점이 있어 최근 주목받고 있다.
그러나, TOF 방식은 상대적으로 높은 파장 대역의 광을 사용하여 안전상 문제가 있다. 예를 들어, TOF 방식에서 사용되는 광은 일반적으로 적외선 파장 대역의 광을 사용하며, 상기 광이 사람의 민감한 부위, 예컨대 눈, 피부 등에 입사될 경우 각종 부상 및 질환을 유발할 수 있는 문제가 있다.
또한, TOF 방식은 전방을 향해 설정된 세기의 광을 방출한다. 이에 따라, 전방에 위치한 객체와의 거리와 무관하게 설정된 세기의 광을 방출하여 발광 시 요구되는 높은 소비 전력이 요구되는 문제가 있다.
실시예는 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 향상된 공간 해상도를 가지는 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 소비 전력 특성을 향상시킬 수 있는 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 객체에 대한 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자는 복수의 에미터가 배열된 발광 영역을 포함하고, 상기 발광 영역은 중심 영역 및 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 가장자리 영역을 포함하고, 상기 가장자리 영역은 서로 이격된 복수의 영역들을 포함하고, 상기 중심 영역의 평면적은 상기 가장자리 영역의 전체 평면적보다 작고, 상기 복수의 영역 중 선택되는 하나의 영역의 평면적은 상기 중심 영역의 평면적보다 작거나 같고, 상기 중심 영역, 상기 가장자리 영역의 복수의 영역들은 개별적으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 중심 영역의 평면적은 상기 발광 영역 전체 평면적의 5% 내지 30%일 수 있다.
또한, 상기 중심 영역은 상기 복수의 영역 각각과 상이한 평면 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 가장자리 영역은 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 제1 내지 제12 영역을 포함하고, 상기 제1 내지 제12 영역 각각의 평면적은 상기 중심 영역의 평면적보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제12 영역들 중 서로 나란히 배치된 복수의 영역들 사이에 배치되는 제1 절연층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 영역 외측에 배치되며 상기 발광 영역과 전기적으로 연결되는 복수의 패드를 포함하고, 상기 복수의 패드는 상기 제1 내지 제12 영역과 각각 전기적으로 연결되는 제1 내지 제12 패드 및 상기 중심 영역과 전기적으로 연결되는 제13 패드를 포함하고, 상기 제13 패드는 상기 제1 내지 제12 패드 중 선택되는 2개의 패드 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제13 패드는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다.
또한, 상기 중심 영역 및 상기 제13 패드를 전기적으로 연결하는 브리지 전극을 포함하고, 상기 브리지 전극은 상기 제1 내지 제12 영역 중 인접하게 배치되는 복수의 영역의 경계 상에 배치되고, 상기 브리지 전극 및 상기 경계 사이에 배치되는 제2 절연층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격은, 상기 제2 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격과 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역의 상기 에미터와 최단 거리에 위치한 상기 제2 영역의 상기 에미터와, 상기 제1 영역의 상기 에미터 사이의 피치 간격은, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격보다 크거나 같을 수 있다.
또한, 상기 중심 영역은 상기 복수의 영역 각각과 동일한 평면 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 가장자리 영역은 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 제1 내지 제8 영역을 포함하고, 상기 중심 영역의 평면적은 상기 제1 내지 제8 영역 각각의 평면적과 동일할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리측정 장치는 상기 표면발광 레이저소자를 포함하는 광원 및 상기 광원에서 방출되어 객체에 산란 또는 반사된 광을 수신하는 광 수신부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 객체의 위치에 따라 상기 중심 영역 및 상기 가장자리 영역의 복수의 영역들을 개별적으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 객체와의 거리가 제1 거리인 경우 상기 중심 영역을 구동하고, 상기 객체와의 거리가 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리일 경우 상기 복수의 영역들 중 선택되는 적어도 하나의 영역 및 상기 중심 영역을 구동하고, 상기 객체와의 거리가 상기 제2 거리보다 큰 제3 거리일 경우, 상기 중심 영역 및 상기 복수의 영역들 전체를 구동할 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치는 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자는 객체를 향해 광을 조사하는 복수의 발광부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 발광부 각각을 개별적으로 구동할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치는 상기 객체와의 거리에 따라 상기 복수의 발광부 중 적어도 하나 또는 전체를 선택적으로 발광하여 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치는 상기 객체와의 거리에 따라 대응되는 발광부를 구동할 수 있다. 이에 따라, 상기 객체에 깊이 정보 획득을 위한 광을 효과적으로 제공할 수 있으며, 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자 및 거리측정 장치는 상기 객체를 트래킹(tracking)할 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자 및 상기 거리측정 장치는 설정된 주기로 상기 객체의 위치, 상기 객체와의 간격을 감지할 수 있고, 감지한 정보를 바탕으로 구동하는 발광부를 선택적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 객체와의 간격, 위치와 무관하게 향상된 깊이 정보 정확도를 가짐과 동시에 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 거리측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 거리측정 장치에서 광원 내에 배치된 표면발광 레이저소자의 평면도이다.
도 3은 도 2의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 거리측정 장치에서 광원 내에 배치된 표면발광 레이저소자의 다른 평면도이다.
도 5는 도 4의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 발광 영역에 위치한 에미터의 단면도이다.
도 7은 도 5의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 도 5의 B-B' 단면을 도시한 단면도이다.
도 9는 도 5의 제1 및 제2 영역의 경계를 도시한 평면도이다.
도 10은 도 5의 제1 및 제2 영역의 경계를 도시한 다른 평면도이다.
도 11은 도 5의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 12는 도 5의 제1 및 제12 영역의 경계를 도시한 평면도이다.
도 13은 도 5의 제1 및 제12 영역의 경계를 도시한 다른 평면도이다.
도 14는 도 2의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 15 내지 도 19는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 발광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 실시예에 따른 거리측정 장치가 결합된 휴대 단말기의 예이다.
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, "A 및(와) B, C중 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 경우뿐만 아니라, 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 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 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.
도 1은 실시예에 따른 거리측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 거리측정 장치(1000)는 전방에 위치한 객체(1)에 대한 거리 정보 등의 3차원 정보를 검출하기 위한 광을 조사하고 실시간으로 조사된 광을 획득하는 센서일 수 있다. 여기서, 상기 3차원 정보는 3차원 이미지 또는 거리 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 거리측정 장치(1000)는 휴대 단말기, 무인 자동차, 자율 주행차, 로봇, 및 드론, 의료기기 등에 적용될 수 있다. 상기 거리측정 장치(1000)는 라이다(LiDAR: Light detection and ranging) 장치, 센싱 장치 또는 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치(1000)는 하나 또는 복수의 광원(10) 및 하나 또는 복수의 광 수신부(30)를 포함할 수 있다. 상기 광원(10)은 객체(1)를 향해 출력 광(11)을 방출하고, 상기 객체(1)로부터 반사된 수신 광(31)은 광 수신부(30)에 의해 검출될 수 있다.
상기 광원(10)은 객체(1)를 향해 광을 조사하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 광원(10)은 사인파, 램프파, 구형파, 펄스파 또는 연속 광을 생성하고 조사할 수 있다. 상기 광원(10)은 동일한 파장의 광 또는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성하고 조사할 수 있다. 상기 광원(10)은 예를 들여, 크기(amplitude) 변조 또는 위상(phase) 변조를 수행하여 광을 출력할 수 있다.
상기 광원(10)은 적외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 상기 적외선 영역의 광을 사용하면 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 다양한 파장 영역의 빛을 방출할 수 있다. 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(10)은 레이저 광원을 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 상기 광원(10)은 측면 발광 레이저(Edge emitting laser), 수직캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-cavity surface emitting laser; VCSEL), 분포궤환형 레이저 (Distributed feedback laser) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 광원(10)은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광원(10)은 근적외선 반도체 레이저 등 다양한 종류의 레이저가 될 수 있다. 구현의 필요에 따라, 상기 광원(10)은 다른 장치에 포함될 수도 있고, 반드시 거리측정 장치(1000)에 포함된 하드웨어로 구성될 필요는 없다.
상기 광 수신부(30)는 수신 광(31)으로, 광의 세기 정보, 객체(1)와의 거리 정보를 획득할 수 있다. 상기 광의 세기 정보는 객체(1)의 영역에 따라 반사되는 광들의 세기 값을 포함할 수 있으며, 상기 거리 정보는 상기 객체(1)와 상기 거리측정 장치(1000) 사이의 거리를 나타낼 수 있다. 상기 광 수신부(30)는 내부에 센서(미도시)와 렌즈(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 렌즈를 통해 입사되는 광은 센서를 통해 검출할 수 있다.
상기 광원(10)은 카메라 모듈 예컨대, 3차원 이미지 센싱용 카메라 모듈에 채택될 수 있다. 예를 들어, 3차원 이미지 센싱용 카메라 모듈은 객체의 심도 정보(Depth Information)를 포착할 수 있는 카메라일 수 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 바탕으로 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3차원 이미지의 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 된다. 이에 따라 SL 방식은 레이저가 매우 정확하게 위치해야 하는 반면에, TOF 방식은 향상된 이미지센서에 의존한다는 점에서 대량 생산에 유리한 장점이 있으며, 하나의 휴대폰에 어느 하나의 방식 또는 두 가지 방식 모두를 채용할 수도 있다.
상기 TOF는 직접/간접(direct/In-direct) 타입이 있으며, 간접 타입은 방출광과 수신광의 위상차를 이용하여 거리를 측정하며, 표면발광 레이저소자(VCSEL)의 광원을 변조하여 소정 주기로 온오프가 반복되도록 구동될 수 있다. 여기서, 센서의 픽셀은 광원과 동일 주기로 온오프되는 픽셀 및 180도의 위상 차이를 갖고 온/오프되는 픽셀을 포함할 수 있다. 간접(In-direct) 타입에서는 위상차를 검출해서 거리를 측정하는데, 위상차가 0인 경우와 360도인경우 동일한 거리로 인식될 수 있다. 예컨대, 광원 바로 앞에 물체가 있는 제1케이스(Case)와, 광원과 멀리 있어 광이 돌아오는 시간이 위상이 360도 바뀌는 주기와 동일한 제2케이스(case)를 같은 거리로 처리하고 인식할 수 있다. 상기 제1케이스는 광원이 발광한 광이 위상 차이 없이 바로 센서에서 검출할 수 있으며, 제2케이스는 광원과 센서가 수신하는 반사광의 위상 차이가 360도가 되어 다시 위상 차이가 없어지게 된다. 이에 따라 타켓(target) 거리에 따라 광원과 센서의 점멸 주기를 맞춰야 하며, 특히 물체와 객체 사이의 거리가 멀어질수록 점멸 주기를 길게(모듈레이션 주파수를 작게) 설정할 수 있다.
도 2는 도 1의 거리측정 장치에서 광원 내에 배치된 표면발광 레이저소자의 평면도이고, 도 3은 도 2의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 광원(10)은 복수의 에미터들이 배열된 표면발광 레이저소자(200)를 포함할 수 있다. 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 복수의 에미터들이 배열된 발광 영역(A1)을 포함하며, 상기 발광 영역(A1)은 복수의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 영역(A1)은 중심 영역(RC) 및 가장자리 영역(RO)을 포함할 수 있다.
상기 중심 영역(RC)은 상기 발광 영역(A1)의 중심에 위치하는 영역일 수 있다. 상기 중심 영역(RC)은 그 중심이 상기 발광 영역(A1)의 중심과 중첩될 수 있다. 상기 중심 영역(RC)은 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상기 중심 영역(RC)은 단거리에 위치한 객체(1)에 제공되는 광을 고려하여 도 2에 도시된 바와 같이 사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 중심 영역(RC)은 설정된 면적을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 중심 영역(RC)의 평면적은 상기 가장자리 영역(RO)의 전체 평면적보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 영역(RC)의 평면적은 상기 발광 영역(A1) 전체 평면적의 약 5% 내지 약 30%일 수 있다. 상기 중심 영역(RC)이 차지하는 평면적이 약 5% 미만인 경우, 상기 중심 영역(RC)의 발광만을 이용하여 단거리에 위치한 객체(1)를 효과적으로 감지하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 중심 영역(RC)이 차지하는 평면적이 약 30%를 초과할 경우, 단거리, 중거리에 위치한 객체(1)를 향해 발광 시 소비 전력 특성을 개선하는 효과가 미미할 수 있다. 따라서, 상기 중심 영역(RC)의 면적은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC)의 전체 둘레에 배치될 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 발광 영역(A1)에서 상기 중심 영역(RC)을 이외의 영역일 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 그 중심이 상기 발광 영역(A1)의 중심과 중첩되지 않고 수평방향으로 이격될 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 가장자리 영역(RO)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 가장자리 영역(RO)의 평면 형상은 상기 발광 영역(A1)에서 상기 중심 영역(RC)을 제외한 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 가장자리 영역(RO)은 설정된 면적을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 가장자리 영역(RO)의 평면적은 상기 발광 영역(A1)에서 상기 중심 영역(RC)의 평면적을 제외한 평면적일 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)의 평면적은 상기 중심 영역(RC)의 평면적보다 클 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)의 평면적은 상기 발광 영역(A1) 전체 평면적의 약 70% 내지 약 95%일 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)의 평면적은 깊이 정보 정확도 및 소비 전력 특성 등을 고려하여 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 가장자리 영역(RO)은 복수의 영역들(R1 ~ R12)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 가장자리 영역(RO)은 전기적으로 분리된 적어도 2개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC) 둘레에 배치되는 4개의 영역, 6개의 영역 등 다양한 개수의 영역을 포함할 수 있다. 또 다른 예로 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 객체(1)에 대한 깊이 정보 정확도, 소비 전력 특성, 제어의 용이성, 공정의 효율성 등을 고려하여 도 3과 같이 12개의 영역을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC) 둘레에 배치되는 12개의 영역, 예컨대 전기적으로 서로 분리된 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12)을 포함할 수 있다.
자세하게, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 제1 영역(R1), 상기 제1 영역(R1)과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제2 영역(R2), 상기 제2 영역(R2)과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제3 영역(R3), 상기 제3 영역(R3)과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제4 영역(R4)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 제4 영역(R4)과 제2 방향으로 나란히 배치되는 제5 영역(R5), 상기 제5 영역(R5)과 제2 방향으로 나란히 배치되는 제6 영역(R6), 상기 제6 영역과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제7 영역(R7), 상기 제7 영역(R7)과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제8 영역(R8)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 제8 영역과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제9 영역(R9), 상기 제9 영역(R9)과 제1 방향으로 나란히 배치되는 제10 영역(R10), 상기 제10 영역과 제2 방향으로 나란히 배치되는 제11 영역(R11), 상기 제11 영역(R11)과 제2 방향으로 나란히 배치되는 제12 영역(R12)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제12 영역(R12)은 상기 제1 영역(R1)과 제1 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 설정된 평면 형상을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12)은 상기 중심 영역(RC) 및 상기 발광 영역(A1)의 형태에 따라 설정된 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 평면 형상을 가질 수 있고, 상기 중심 영역(RC)과 상이한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 삼각형 형상, 예컨대 이등변 삼각형 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 중 일부는 동일한 평면 형상을 가지고, 나머지는 이와 다른 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 영역(RC)을 기준으로 제1 방향으로 마주하는 영역들(제4 영역(R4), 제5 영역(R5), 제6 영역(R6), 제10 영역(R10), 제11 영역(R11), 제12 영역(R12))은 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 중심 영역(RC)을 기준으로 제2 방향으로 마주하는 영역들(제1 영역(R1), 제2 영역(R2), 제3 영역(R3), 제7 영역(R7), 제8 영역(R8), 제9 영역(R9))은 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12)은 설정된 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각의 평면적은 상기 발광 영역(A1) 전체 평면적의 약 5% 내지 약 10%일 수 있다. 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 서로 동일한 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 중 선택되는 하나의 영역의 평면적은 상기 중심 영역(RC) 전체의 평면적보다 작을 수 있다.
상기 복수의 영역들 각각은 발광부를 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각은 제1 내지 제12 발광부들을 각각 포함할 수 있고, 상기 중심 영역(RC)은 제13 발광부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제13 발광부들 각각은 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)을 각각 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m) 각각은 서로 동일한 발산각(divergence angle)을 가질 수 있다. 일례로, 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)의 발산각은 약 30도(degree) 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)의 발산각은 약 18도 내지 약 27도일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)의 발산각은 약 20도 내지 약 25도일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m) 각각은 상술한 범위 내에서 부분적으로 동일한 발산각을 가지거나 부분적으로 다른 발산각을 가질 수 있으며, 이에 대해 제한하지는 않는다.
상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)은 각각의 영역에서 복수개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 영역(RC)에 위치한 상기 제13 에미터(200m)의 전체 개수는 상기 발광 영역(A1)에 배치되는 전체 에미터 개수의 약 30% 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제13 에미터(200m)의 개수는 상기 전체 에미터 개수의 약 5% 내지 약 30%일 수 있다. 상기 제13 에미터(200m)의 개수가 전체 에미터 개수의 약 5% 미만인 경우, 상기 제13 에미터(200m) 만을 이용하여 단거리에 위치한 객체(1)에 감지를 위한 충분한 광을 제공하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 객체(1)에 대한 깊이 정보 정확도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 제13 에미터(200m)의 개수가 상기 전체 에미터 개수의 약 30%를 초과할 경우, 상기 제13 에미터(200m)가 단거리, 중거리에 위치한 객체(1)를 향해 광을 방출할 경우 깊이 정보 정확도는 향상될 수 있으나, 상기 가장자리 영역(RO)에 배치된 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l)의 개수가 상대적으로 부족할 수 있고, 소비 전력 특성을 개선하는 효과가 미미할 수 있다. 따라서, 상기 중심 영역(RC)에 위치한 상기 제13 에미터(200m)의 개수는 전체 에미터 개수에 대해 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가장자리 영역(RO)에 위치한 에미터들의 전체 개수는 상기 발광 영역(A1)에 배치되는 전체 에미터 개수의 약 70% 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l)을 합한 개수는 상기 전체 에미터 개수의 약 70% 내지 약 95%일 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l) 각각의 개수는 상기 발광 영역(A1)에 배치되는 전체 에미터 개수의 약 10% 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l) 각각의 개수는 상기 전체 에미터 개수의 약 5% 내지 약 10%일 수 있다. 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l) 각각의 개수가 전체 에미터 개수의 약 5% 미만인 경우, 상기 중심 영역(RC)이 차지하는 면적 및 상기 제13 에미터(200m)의 개수가 지나치게 많아 소비 전력 특성을 개선하는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l) 각각의 개수가 전체 에미터 개수의 약 10%를 초과할 경우, 상기 중심 영역(RC)이 차지하는 면적 및 상기 제13 에미터(200m)의 개수가 적을 수 있다. 이에 따라, 단거리에 위치한 객체(1)의 깊이 정보를 효과적으로 획득하게 어려울 수 있다.
이때, 복수의 영역들(R1 ~ R12)에 각각 배치된 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l)의 개수는 서로 대응될 수 있다. 일례로, 상기 중심 영역(RC)을 기준으로 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭인 영역에 배치되는 에미터들의 개수는 서로 동일할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제1 내지 제12 에미터들(200a ~ 200l)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)가 상기 객체(1)의 위치에 따른 다양한 모드, 예컨대 단거리, 중거리, 장거리, 왼쪽, 중심, 오른쪽 모드 등으로 동작 시 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 발광 영역(A1)과 연결되는 패드(100)를 포함할 수 있다. 상기 패드(100)는 상기 발광 영역(A1) 외측에 복수개가 배치되며 복수의 발광부와 연결될 수 있다. 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 복수의 패드(100) 중 선택적으로 인가되는 전원에 의해 상기 중심 영역(RC) 및 상기 가장자리 영역(RO)의 발광을 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12), 상기 중심 영역(RC) 각각의 발광부, 예컨대 상기 제1 내지 제13 발광부들을 개별적으로 제어할 수 있다.
상기 복수의 패드(100)는 상기 제1 내지 제12 발광부들과 각각 연결되는 제1 내지 제12 패드들(101 ~ 112)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 패드(100)는 상기 중심 영역(RC)의 상기 제13 발광부와 연결되는 제13 패드(113)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 패드(100)는 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)과 각각 전기적으로 연결되는 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)은 상기 발광 영역(A1) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)은 서로 이격되며 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)은 서로 동일하거나 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 패드(101 ~ 103), 상기 제7 내지 제9 패드(107 ~ 109)는 제1 방향으로 연장하는 형태를 가질 수 있고, 상기 제4 내지 제6 패드(104 ~ 106), 상기 제10 내지 제12 패드(110 ~ 112)는 제2 방향으로 연장하는 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 제13 패드(113)는 상기 제1 내지 제12 패드(110 ~ 112) 중 선택되는 2개의 패드 사이에 배치될 수 있다. 일례로, 상기 제13 패드(113)는 상기 제1 패드(101) 및 상기 제12 패드(112) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제13 패드(113)는 도 3과 같이 "역 기역(ㄱ)"자 형태를 가질 수 있으며 이에 제한하지 않으며 상기 제13 패드(113)는 복수의 패드 사이에서 다양한 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113) 각각은 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다.
실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 상기 발광 영역(A1)의 복수의 영역들을 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 전방에 위치한 객체(1)와의 거리에 따라 복수의 영역 중 발광하는 영역을 선택할 수 있다. 즉, 실시예는 상기 객체(1)와의 거리에 따라 설정된 적어도 하나의 패드에 전원을 공급하여, 상기 패드와 연결된 발광부를 개별 구동할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 단거리 내지 장거리, 또는 왼쪽, 중심 오른쪽 등 다양한 곳에 위치한 객체(1)에 광을 효과적으로 제공할 수 있고, 향상된 소비전력 특성을 가질 수 있다.
도 4는 도 1의 거리측정 장치에서 광원 내에 배치된 표면발광 레이저소자의 다른 평면도이고, 도 5는 도 4의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5를 이용한 설명에서는 앞서 설명한 표면발광 레이저소자와 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 발광 영역(A1)과 연결되는 복수의 패드(100)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 중심 영역(RC), 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12) 각각의 발광부, 예컨대 제1 내지 제13 발광부를 개별적으로 제어할 수 있는 복수의 패드(101 ~ 113)를 포함할 수 있다.
상기 패드(100)는 상기 제1 내지 제12 발광부들과 각각 연결되는 제1 내지 제12 패드들(101 ~ 112)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 패드(100)는 상기 중심 영역(RC)과 연결되는 제13 패드(113)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 패드(100)는 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)과 각각 전기적으로 연결되는 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제13 패드(113)는 복수개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 패드 및 상기 패드와 연결된 상기 발광부 사이의 거리가 상대적으로 먼 경우, 상기 발광부에 전류 공급이 원활하지 않을 수 있다. 즉, 상기 중심 영역(RC)에 배치된 상기 제13 발광부는 상기 가장자리 영역(RO)에 위치한 발광부에 의해 상기 제13 패드(113)와의 거리가 상대적으로 멀 수 있다. 또한, 상기 제13 발광부와 상기 제13 패드(113) 사이에는 두 구성을 전기적 연결을 위한 브리지 전극(295)이 상기 가장자리 영역(RO) 상에 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제13 발광부와 상기 제13 패드(113) 사이의 저항은 증가할 수 있다. 또한, 상기 제13 발광부에 위치한 상기 제13 에미터(200m)의 반응 속도가 상대적으로 느릴 수 있다. 따라서, 상기 표면발광 레이저소자(1000)의 신뢰성, 발광 균일도(uniformity) 특성이 저하될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 발광부와 상대적으로 먼 거리에 위치한 상기 제13 패드(113)는 복수의 서브 패드들(113a, 113b, 113c, 113d)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 패드(113)는 상기 제1 패드(101) 및 상기 제12 패드(112) 사이에 배치되는 제1 서브 패드(113a), 상기 제3 패드(103) 및 상기 제4 패드(104) 사이에 배치되는 제2 서브 패드(113b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제13 패드(113)는 상기 제6 패드(106) 및 상기 제7 패드(107) 사이에 배치되는 제3 서브 패드(113c) 및 상기 제9 패드(109) 및 상기 제10 패드(110) 사이에 배치되는 제4 서브 패드(113d)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제13 발광부와 상기 제1 내지 제4 서브 패드들(113a, 113b, 113c, 113d) 사이에는 두 구성을 전기적으로 연결하는 상기 브리지 전극(295)이 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 서브 패드(113a)와 상기 제13 발광부 사이에는 제1 브리지 전극(295a)이, 상기 제2 서브 패드(113b)와 상기 제13 발광부 사이에는 제2 브리지 전극(295b)이, 상기 제3 서브 패드(113c)와 상기 제13 발광부 사이에는 제3 브리지 전극(295c)이, 상기 제4 서브 패드(113d)와 상기 제13 발광부 사이에는 제4 브리지 전극(295d)이 배치될 수 있다. 상기 브리지 전극(295)의 개수는 상기 제13 패드(113)의 개수(서브 패드의 개수)와 동일하게 제공될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 개별적으로 구동 가능한 복수의 발광 영역을 포함하고, 각각의 영역에 전원을 효과적으로 제공할 수 있다. 특히, 상기 패드와의 거리가 상대적으로 먼 발광부(중심 영역(RC)의 제13 발광부)에는 효과적인 전원 공급을 위해 복수의 패드 및 복수의 브리지 전극이 배치되어 전기적 저항을 낮출 수 있고, 상기 발광부의 반응 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 발광 영역(A1)에 포함된 복수의 영역들 각각에서 균일한 광을 방출할 수 있고, 전방에 위치한 객체(1)의 위치, 거리에 무관하게 균일하고 우수한 특성의 광을 제공할 수 있다.
또한, 상기 중심 영역(RC)은 복수의 서브 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 영역(RC)은 상기 제1 서브 패드(113a)와 전기적으로 연결되는 제1 서브 영역(RC1), 상기 제2 서브 패드(113b)와 전기적으로 연결되는 제2 서브 영역(RC2)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 중심 영역(RC)은 상기 제3 서브 패드(113c)와 전기적으로 연결되는 제3 서브 영역(RC3), 상기 제4 서브 패드(113d)와 전기적으로 연결되는 제4 서브 영역(RC4)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4 서브 영역(RC1, RC2, RC3, RC4) 각각의 평면적은 상기 발광 영역(A1) 전체 평면적의 약 1.5% 이상일 수 있다.
이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 중심 영역(RC)에 포함된 상기 제1 내지 제4 서브 영역(RC1, RC2, RC3, RC4) 각각의 발광부를 개별적으로 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 제1 내지 제4 서브 영역(RC1, RC2, RC3, RC4) 각각에 포함된 제1 내지 제4 서브 에미터(200m1, 200m2, 200m3, 200m4)를 개별적으로 제어할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 객체가 위치한 영역에 따라 복수의 영역을 개별적으로 제어하여 구동할 수 있다. 이에 따라, 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있고, 상기 중심 영역(RC)이 보다 세분화됨에 따라 단거리에 위치한 객체(1)에 광 조사 시 보다 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
도 6은 발광 영역에 위치한 에미터의 단면도이고, 도 7은 도 5의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다. 또한, 도 8은 도 5의 B-B' 단면을 도시한 단면도이고, 도 9는 도 5의 제1 및 제2 영역의 경계를 도시한 평면도이다. 또한, 도 10은 도 5의 제1 및 제2 영역의 경계를 도시한 다른 평면도이고, 도 11은 도 5의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다. 또한, 도 12는 도 5의 제1 및 제12 영역의 경계를 도시한 평면도이고, 도 13은 도 5의 제1 및 제12 영역의 경계를 도시한 다른 평면도이다.
또한, 도 6 내지 도 13에 대한 설명에 앞서, 실시예에 따른 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)은 서로 동일한 구조로 제공되므로 제1 에미터(200a)를 중심으로 설명하고, 제2 내지 제13 에미터(200b ~ 200m)에 대한 설명은 상기 제1 에미터(200a)를 참조하기로 한다.
그리고, 상기 제1 내지 제13 에미터들(200a ~ 200m)의 경계 영역은 서로 동일하거나 구조로 제공되므로, 제1 및 제2 에미터(200a, 200b)의 경계 및 제1 및 제12 에미터(200a, 200l)의 경계 중심으로 설명하고, 나머지는 상기 설명을 참조하기로 한다.
이하 도 6 내지 도 13을 참조하여, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)의 에미터에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저 도 6을 참조하면, 상기 표면발광 레이저 소자는 하부 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 발광층(230), 산화층(240), 제2 반사층(250), 패시베이션층(270), 및 제1 전극(280a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(280a)은 접촉부(282a)와 연결부(284a)를 포함할 수 있다.
상기 제1 발광부의 제1 에미터(200a) 하부에는 기판(210)이 배치될 수 있다. 상기 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 상기 전도성 기판은 전기 전도도가 우수한 금속이 사용될 수 있다. 상기 기판(210)은 제1 에미터(200a)의 동작시 발생되는 열이 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로, 열전도도가 높은 GaAs 기판 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판을 포함할 수 있다. 상기 비전도성 기판은 AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 하부 전극(215)은 기판(210)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 하부 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 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. 상기 하부 전극(215)은 상기 제1 에미터(200a)와 상기 제2 내지 제13 에미터들(200b ~ 200m)과 공통적으로 연결되는 공통 전극 또는 캐소드 단자일 수 있다.
상기 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 두께를 줄이기 위해 기판(210)이 생략되는 경우, 제1 반사층(220)의 하면은 하부 전극(215)의 상면과 접촉될 수 있다. 상기 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. 상기 제1 반사층(220)는 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(220)는 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 상기 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 발광층(230)에서 방출되는 광의 파장에 따라 결정될 수 있다.
상기 발광층(230)은 제1 반사층(220) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층(230)은 상기 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광층(230)는 내부에 활성층과 적어도 하나 이상의 캐비티를 포함할 수 있으며, 상기 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. 상기 활성층은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 페어를 갖고 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 상기 캐비티는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으며, AlyGa(1-y)As로된 복수의 층을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 산화층(240)은 절연 영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. 상기 절연 영역(242)는 개구부(241)을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 상기 개구부(241)는 상기 발광층(230)의 발광 영역(중심 영역) 상에 배치되고, 상기 절연 영역(242)은 발광층(230)의 비발광 영역(가장자리 영역) 상에 배치될 수 있다. 상기 비발광 영역은 발광 영역을 둘러쌀 수 있다. 상기 개구부(241)는 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 상기 절연 영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 상기 절연 영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다. 상기 산화층(240)은 전류의 흐름이나 밀도를 제한하여 보다 응집된 레이저 빔이 방출되도록 하므로, 전류제한층(current confinement layer)으로 지칭될 수 있다.
상기 개구부(241)의 사이즈에 의해 상기 제1 전극(280a)에서 발광층(230)으로 공급되는 전류의 양, 즉 전류밀도가 결정될 수 있다. 상기 개구부(241)의 사이즈는 절연 영역(242)에 의해 결정될 수 있다. 상기 절연 영역(242)의 사이즈가 커질수록 개구부(241)의 사이즈는 작아지고, 이에 따라 발광층(230)으로 공급되는 전류밀도는 증가될 수 있다. 아울러, 상기 개구부(241)는 발광층(230)에서 생성된 빔이 상측 방향, 즉 제2 반사층(250)의 방향으로 진행되는 통로일 수 있다. 즉, 상기 개구부(241)의 사이즈에 따라, 발광층(230)의 빔의 발산 각이 달라질 수 있다.
상기 절연 영역(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 절연 영역(242)으로 형성되고, H2O와 반응하지 않은 중심영역은 AlGaAs를 포함하는 개구부(241)가 될 수 있다.
상기 개구부(241)를 통해 발광층(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 발산할 수 있으며, 상기 절연 영역(242)과 비교하여 개구부(241)의 광 투과율은 더 높을 수 있다. 상기 절연 영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예컨대, 적어도 한 층이 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(250)는 산화층(240) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(250)는 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있다. 상기 제2 반사층(250)는 제2 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 상기 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다. 상기 제2 반사층(250)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사층(250)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 상기 제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는, x의 조성이 다른 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 상기 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.
상기 제2 반사층(250)은 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 상기 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 상기 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있다. 여기서, 상기 제1 반사층(220)의 반사율은 상기 제2 반사층(250)의 반사율 보다 클 수 있다.
여기서, 상기 제1 반사층(220)에서 상기 제2 반사층(250)까지의 층들은 발광 구조물로 정의될 수 있다. 상기 발광 구조물의 상부는 외 측면이 경사진 측면으로 제공될 수 있다. 상기 발광 구조물의 상부는 메사 에칭 공정에 의해 경사진 측면으로 노출될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 발광구조물의 상부 둘레에 배치될 수 있다. 상기 발광구조물의 상부는, 예컨대 발광층(230), 산화층(240) 및 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 상기 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 상기 제2 반사층(250)의 에지 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 발광구조물이 부분적으로 메사 식각되는 경우, 상기 제1 반사층(220)의 상면의 일부는 노출되고, 발광구조물의 일부 영역이 돌출된 형태로 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)이 발광구조물의 일부 영역의 둘레와 상기 노출된 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다.
상기 패시베이션층(270)은 외부로부터 발광구조물을 보호하고, 상기 제1 반사층(220)와 제2 반사층(250)의 전기적인 쇼트를 차단할 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 절연 재질 또는 유전체 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 SiO2와 같은 무기 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해 한정하지 않는다.
상기 제1 전극(280a)은 접촉부(282a) 및 상기 접촉부(282a)에 연결되는 연결부(284a)를 포함할 수 있다. 상기 접촉부(282a)는 상기 제2 반사층(250)의 상면의 일부분에 접촉될 수 있다. 상기 접촉부(282a)는 상기 제2 반사층(250)과의 오믹 접촉될 수 있다. 상기 연결부(284a)는 상기 접촉부(282a) 상에 배치되며 상기 접촉부(282a)와 상기 패드, 예컨대 제1 패드(101)를 연결시켜 줄 수 있다.
상기 접촉부(282a) 및 상기 연결부(284a)는 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접촉부(282a)와 연결부(284a)는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 접촉부(282a) 및 상기 연결부(284a)는 서로 동일한 금속 또는 비 금속 재질이거나, 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기 접촉부(282a)는 상기 개구부(241)와 수직 방향으로 중첩되는 패시베이션층(270)의 외측 둘레에서 상기 제2 반사층(250)과 접촉될 수 있다. 상기 접촉부(282a)는 상기 패시베이션층(270)을 통해 제2 반사층(250)과 접촉될 수 있으며, 상기 제2 반사층(250)의 상부 둘레에 루프 형상 또는 폐 루프 형상으로 배치될 수 있다. 즉, 상부에서 상기 제1 에미터(200a)를 바라볼 때, 상기 제1 에미터(200a)는 상기 개구부(241)가 중심에 배치되고, 상기 개구부(241)의 둘레에 상기 절연 영역(242) 및 상기 접촉부(282a)가 배치된 형태를 가질 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면 상기 제1 영역(R1)에 위치한 상기 제1 발광부는 복수의 제1 에미터(200a)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 에미터(200a)는 상기 제1 영역(R1)에서 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 제1 에미터(200a)는 제1 간격(P1)으로 정의되는 피치 간격을 가지며 이격될 수 있다.
상기 복수의 제1 에미터(200a)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 에미터(200a)의 연결부(284a)는 상기 제1 에미터(200a)의 접촉부(282a)와 상기 제1 패드(101)를 연결시켜줄 수 있다. 또한, 상기 제1 에미터(200a)의 연결부(284a)는 인접한 상기 제1 에미터(200a)의 접촉부(282a)를 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 에미터(200a)의 연결부(284a)는 인접한 복수의 제1 에미터(200a)의 접촉부(282a) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 연결부(284a)는 상기 패시베이션층(270) 상에 배치되며 상기 복수의 제1 에미터(200a)의 접촉부(282a)와 직접 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 발광부에 배치된 복수이 제1 에미터(200a)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 발광부에 배치된 복수의 제1 에미터(200a)는 상기 제1 패드(101)에 인가된 전원에 의해 동시에 구동할 수 있다.
또한, 상기 발광 영역(A1)의 복수의 영역, 예컨대 상기 중심 영역(RC) 및 상기 가장자리 영역(RO)의 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12)은 서로 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 영역들(R1 ~ R12, RC) 중 서로 나란히 배치된 영역들 사이에는 제1 절연층(287)이 배치되어 상기 복수의 영역들(R1 ~ R12, RC)는 서로 전기적 물리적으로 분리될 수 있다.
예를 들어, 도 8 및 도 9를 참조하면 상기 제1 영역(R1) 및 상기 제1 영역(R1)과 나란히 배치된 상기 제2 영역(R2) 사이에는 제1 절연층(287)이 배치될 수 있다. 상기 제1 절연층(287)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 절연층(287)은 질화물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(287)은 폴리이미드(Polyimide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 영역(R1)의 제1 발광부와 상기 제2 영역(R2)의 제2 발광부의 경계 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(287)은 상기 영역의 최 끝단에 위치한 상기 제1 에미터(200a) 및 상기 제2 에미터(200b) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 에미터(200a)의 연결부(284a)와 상기 제2 에미터(200b)의 연결부(284b) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 에미터(200a)의 제1 전극(280a)과 상기 제2 에미터(200b)의 제1 전극(280b) 사이를 절연시킬 수 있다. 일례로, 상기 제1 에미터(200a)의 연결부(284a)와 상기 제2 에미터(200a)의 연결부(284b) 사이에 위치한 상기 제1 절연층(287)의 선폭은 약 5㎛ 이상일 수 있다. 여기서 상기 제1 절연층(287)의 선폭은 상기 두 에미터(200a 200b)의 연결부들(284a, 284b)의 측면 사이에 위치한 상기 제1 절연층(287)의 수평 방향 폭을 의미할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 영역(R1) 및 상기 제2 영역(R2)은 상기 제1 절연층(287)에 의해 전기적, 물리적으로 분리될 수 있다.
상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 영역(R1)의 제1 발광부 및 상기 제2 영역(R2)의 제2 발광부의 경계 영역을 따라 일 방향 형태로 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(287)은 상부에서 보았을 때 도 9와 같이 직선 형태로 연장할 수 있다.
이때, 제3 간격(P3a)은 상기 제1 간격(P1) 및 제2 간격(P2)과 상이할 수 있다. 여기서 상기 제2 간격(P2)은 상기 복수의 제2 에미터(200b)의 피치 간격을 의미할 수 있다. 상기 제2 간격(P2)은 상기 제1 간격(P1)과 동일할 수 있다. 또한, 상기 제3 간격(P3a)은 상기 제1 에미터(200a)와 상기 제2 에미터(200b) 사이의 최단 피치 간격을 의미할 수 있다.
상기 제3 간격(P3a)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제2 간격(P2)보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 간격(P3a)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 1.2배 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 제3 간격(P3a)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 1.2배 내지 약 2배일 수 있다. 상기 제3 간격(P3a)이 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 1.2배 미만인 경우, 상기 제1 절연층(287)의 배치를 위한 공간을 확보하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부가 전기적으로 분리되지 않을 수 있다. 또한, 상기 제3 간격(P3a)이 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 2배를 초과할 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)에서 광이 방출되지 않는 비유효 영역의 면적이 증가하여 전체적인 발광 효율이 저하될 수 있다. 또한, 전방에 위치한 객체(1)에 대한 깊이 정보 정확도가 감소할 수 있고, 공간 해상도 특성이 저하될 수 있다. 따라서 상기 제3 간격(P3a)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제2 간격(P2)과 비교하여 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한 도 10을 참조하면, 상기 제1 절연층(287)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 에미터(200a) 및 상기 제2 에미터(200b) 사이에 배치되어 상기 제1 에미터(200a)의 제1 전극(280a)과 상기 제2 에미터(200b)의 제1 전극(280b) 사이를 절연시킬 수 있다.
상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 영역(R1)의 제1 발광부 및 상기 제2 영역(R2)의 제2 발광부의 경계 영역을 따라 설정된 방향으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(287)은 상부에서 보았을 때 도 10과 같이 지그재그 형태로 연장할 수 있다.
이에 따라, 상기 제3 간격(P3b)은 상술한 도 9의 제3 간격(P3a)과 상이할 수 있다. 자세하게 도 10의 제3 간격(P3b)은 도 9의 제3 간격(P3a)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제3 간격(P3b)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제2 간격(P2)보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 간격(P3b)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 1.5배 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제3 간격(P3b)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)의 약 1배 내지 약 1.4배일 수 있다. 바람직하게, 상기 제3 간격(P3b)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제2 간격(P2)과 동일할 수 있다.
즉, 도 10과 같이 상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 에미터(200a) 및 상기 제2 에미터(200b) 사이의 피치 공간에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 영역(A1)에서 광이 방출되지 않는 비유효 영역의 면적을 보다 감소시킬 수 있어 전체적인 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 절연층(287)에 의해 상기 복수의 영역의 경계 영역에서 에미터들의 규칙성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 도 11 및 도 12를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 브리지 전극(295)을 포함할 수 있다. 상기 브리지 전극(295)은 상기 발광 영역(A1) 외측에 배치된 상기 제13 패드(113)와 상기 발광 영역(A1)의 중심 영역(RC)을 연결할 수 있다. 즉, 상기 브리지 전극(295)은 상기 제13 패드(113)와 상기 제13 발광부를 연결할 수 있다.
상기 브리지 전극(295)은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 브리지 전극(295)은 상기 제13 패드(113)와 인접한 복수의 영역의 경계 영역 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 패드(113)가 도 2와 같이 하나의 패드로 제공되며 상기 제1 및 제12 영역(R1, R12)과 각각 연결된 제1 및 제12 패드(101, 112) 사이에 배치될 경우, 상기 제13 패드(113)는 상기 제1 발광부와 상기 제12 발광부의 경계 영역 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제13 패드(113)가 도 4와 같이 복수의 서브 패드들(113a, 113b, 113c, 113d)를 포함할 경우 상기 브리지 전극(295)은 상기 각각의 제1 내지 제4 서브 패드들(113a, 113b, 113c, 113d)과 대응되는 제1 내지 제4 브리지 전극들(295a, 295b, 295c, 295c)을 포함할 수 있다.
상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 절연층(287) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 에미터(200a) 및 상기 제12 에미터(200l) 사이에 배치된 상기 제1 절연층(287) 상에 배치될 수 있다. 상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 절연층(287)과 대응되는 평면 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 브리지 전극(295)의 선폭은 상기 제1 절연층(287)의 폭보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)의 선폭은 상기 제1 절연층(287)의 폭의 약 50% 내지 약 90%일 수 있다. 상기 브리지 전극(295)의 선폭이 상기 제1 절연층(287)의 폭의 약 50% 미만인 경우, 상기 제13 발광부와 상기 제13 패드(113) 사이의 저항이 증가할 수 있다. 또한, 상기 브리지 전극(295)의 선폭이 상기 제1 절연층(287)의 폭의 약 90%를 초과할 경우, 상기 브리지 전극(295) 상에 제2 절연층(289)을 배치하기 위한 공간이 불충분할 수 있다. 또한, 상기 브리지 전극(295)의 선폭이 상기 제1 절연층(287)의 폭의 약 90%를 초과할 경우 인접한 에미터와 도통될 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)과 상기 제1 에미터(200a)의 연장부(284a), 상기 제12 에미터(200l)의 연장부(284l)이 서로 접할 수 있다. 따라서, 상기 브리지 전극(295)의 선폭은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 표면발광 레이저소자(200)는 제2 절연층(289)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 절연층(289)은 상기 브리지 전극(295) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 절연층(289)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제2 절연층(289)은 질화물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제2 절연층(289)은 폴리이미드(Polyimide), 실리카(SiO2), 또는 질화 실리콘(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층(289)은 상기 브리지 전극(295)을 감싸며 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 절연층(289)은 상기 브리지 전극(295)의 측면 및 상기 브리지 전극(295)의 상면 일부를 감싸며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 절연층(289)은 상기 제1 절연층(287)의 상면과 접하며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 절연층(289)은 상기 브리지 전극(295)과 인접한 에미터의 연결부를 물리적, 전기적으로 분리시킬 수 있다.
상기 제1 절연층(287)은 상기 제1 영역(R1)의 제1 발광부 및 상기 제12 영역(R12)의 제12 발광부의 경계 영역을 따라 일 방향 형태로 연장할 수 있다. 또한, 상기 브리지 전극(295) 및 상기 제2 절연층(289)은 상기 제1 발광부 및 상기 제12 발광부의 경계 영역을 따라 일 방향 형태로 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(287), 상기 브리지 전극(295) 및 상기 제2 절연층(289)은 상부에서 보았을 때, 도 12와 같이 직선 형태로 연장할 수 있다.
이때, 제13 간격(Pc1)은 상기 제1 간격(P1) 및 제12 간격(P12)과 상이할 수 있다. 여기서 상기 제12 간격(P12)은 상기 복수의 제12 에미터(200l)의 피치 간격을 의미할 수 있다. 상기 제12 간격(P12)은 상기 제1 간격(P1)과 동일할 수 있다. 또한, 상기 제13 간격(Pc1)은 사이에 상기 브리지 전극(295)이 배치되는 제1 에미터(200a)와 상기 제12 에미터(200l) 사이의 최단 피치 간격을 의미할 수 있다.
상기 제13 간격(Pc1)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제12 간격(P12)보다 클 수 있다. 또한, 상기 제13 간격(Pc1)은 상기 제3 간격(P3a)보다 클 수 있다. 상기 제13 간격(Pc1)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 1.3배 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 제13 간격(Pc1)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 1.3배 내지 약 2.5배일 수 있다. 상기 제13 간격(Pc1)이 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 1.3배 미만인 경우, 상기 브리지 전극(295)이 배치될 공간이 불충분할 수 있다. 이에 따라, 상기 브리지 전극(295)은 상대적으로 얇은 선폭으로 배치되어 높은 저항을 가질 수 있다. 또한, 상기 제13 간격(Pc1)이 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 2.5배를 초과할 경우, 상기 비유효 영역의 면적이 증가하여 전체적인 발광 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라 객체(1)에 제공되는 광의 양이 감소하여 상기 객체(1)에 대한 깊이 정보 정확도가 감소할 수 있고 공간 해상도 특성이 저하될 수 있다.
또한, 도 13을 참조하면, 상기 제1 절연층(287), 상기 브리지 전극(295) 및 상기 제2 절연층(289)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 영역(R1)의 제1 발광부 및 상기 제12 영역(R12)의 제12 발광부의 경계 영역을 따라 설정된 방향으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)은 상부에서 보았을 때, 도 13과 같이 지그재그 형태로 연장할 수 있다.
이에 따라, 상기 제13 간격(Pc2)은 상술한 도 12의 제13 간격(Pc1)과 상이할 수 있다. 자세하게, 도 13의 제13 간격(Pc2)은 도 12의 제13 간격(Pc1)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제13 간격(Pc2)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제12 간격(P12)보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 간격(Pc2)은 상기 제1 간격(P1) 및 상기 제12 간격(P12)보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 간격(Pc2)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 1.6배 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제13 간격(Pc2)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)의 약 1배 내지 약 1.5배일 수 있다. 바람직하게, 상기 제13 간격(Pc2)은 상기 제1 간격(P1) 또는 상기 제12 간격(P12)과 동일할 수 있다.
즉, 도 13과 같이 상기 제1 절연층(287), 상기 브리지 전극(295) 및 상기 제2 절연층(289)은 상기 제1 에미터(200a) 및 상기 제12 에미터(200l) 사이의 피치 공간에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 영역(A1)은 비유효 영역의 면적을 보다 감소시킬 수 있어 향상된 발광 효율을 가질 수 있다. 또한, 상기 가장자리 영역(RO)에서 상기 브리지 전극(295)의 배치에 의해 에미터들의 규칙성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 중심 영역(RC)에 위치한 발광부, 예컨대 제13 발광부에 전원을 효과적으로 공급할 수 있고 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 브리지 전극(295)은 상기 가장자리 영역(RO)의 복수의 영역들의 경계가 아닌 상기 복수의 영역들(R1 ~ R12) 중 선택되는 하나의 영역 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 브리지 전극(295)은 상기 하나의 영역에 배치된 복수의 에미터들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(295)은 상기 복수의 에미터들 사이에 배치된 상기 제1 절연층(287) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 브리지 전극(295) 및 상기 제1 절연층(287) 상에는 상기 제2 절연층(289)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 브리지 전극(295)은 서로 전기적으로 연결된 복수의 에미터들과 물리적, 전기적으로 분리될 수 있고, 상기 중심 영역(RC)에 배치된 상기 제13 발광부에 전원을 효과적으로 공급할 수 있다.
도 14는 도 2의 표면발광 레이저소자의 발광 영역을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 14를 참조하면, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 상기 복수의 에미터들이 배열된 발광 영역(A1)을 포함하며, 상기 발광 영역(A1)은 복수의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 영역(A1)은 중심 영역(RC) 및 가장자리 영역(RO)을 포함할 수 있다.
상기 중심 영역(RC)은 상기 발광 영역(A1)의 중심에 위치하는 영역일 수 있다. 상기 중심 영역(RC)은 그 중심이 상기 발광 영역(A1)의 중심과 중첩될 수 있다. 상기 중심 영역(RC)은 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상기 중심 영역(RC)은 단거리에 위치한 객체(1)에 제공되는 광을 고려하여 도 14에 도시된 바와 같이 사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC)의 전체 둘레에 배치될 수 있다. 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 발광 영역(A1)에서 상기 중심 영역(RC)을 이외의 영역일 수 있다.
상기 가장자리 영역(RO)은 전기적으로 분리된 복수의 영역들(R1 ~ R8)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가장자리 영역(RO)은 상기 중심 영역(RC) 둘레에 배치되는 8개의 영역인 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8) 각각은 설정된 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8)은 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8)은 상기 중심 영역(RC)과 동일한 사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 중심 영역(RC)과 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8)은 설정된 면적을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 중심 영역(RC)의 평면적은 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8) 각각의 평면적과 동일할 수 있다. 즉, 상기 중심 영역(RC) 및 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8) 각각의 평면적은 상기 발광 영역(A1) 전체 평면적의 약 11%일 수 있다.
또한, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 발광 영역(A1)과 연결되는 복수의 패드(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 패드(100)는 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8)과 각각 연결되는 제1 내지 제8 패드(101 ~ 108)를 포함할 수 있고, 상기 중심 영역(RC)과 연결되는 제9 패드(109)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제9 패드는 하나 또는 복수의 서브 패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제9 패드(109) 및 상기 중심 영역(RC) 사이에는 두 구성을 연결하는 상기 브리지 전극(295)이 배치될 수 있다. 상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 내지 제8 영역들(R1 ~ R8) 중 인접한 두 영역들의 경계 영역 상에 배치될 수 있다. 이와 다르게 상기 브리지 전극(295)은 상기 제1 내지 제8 영역들(R1, R8) 중 선택되는 하나의 영역의 에미터들 사이에 배치될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 복수의 영역(R1 ~ R8, RC)을 포함하며 상기 복수의 영역(R1 ~ R8, RC)을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 단거리 내지 장거리, 오른쪽, 왼쪽 등에 다양한 곳에 위치한 객체(1)에 광을 효과적으로 제공할 수 있고, 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 영역들(R1 ~ R8, RC)이 동일한 형태 및 동일한 평면적을 가짐에 따라 제조 시 향상된 공정 효율을 가질 수 있다.
도 15 내지 도 19는 실시예에 따른 표면발광 레이저소자의 발광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 내지 도 19를 참조하면, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 객체(1)의 위치에 따라 다양한 발광 패턴으로 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 간격에 따라 복수의 영역들(R1 ~ R12, RC)을 선택적으로 구동할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 제1 거리인 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 도 15와 같이 상기 중심 영역(RC)만 구동하고 상기 가장자리 영역(RO)은 구동하지 않을 수 있다. 자세하게, 상기와 같은 경우 상기 중심 영역(RC)과 연결된 상기 제13 패드(113)에 전원이 공급될 수 있고 상기 제1 내지 제12 영역들(R1 ~ R12)와 연결된 상기 제1 내지 제12 패드(101 ~ 112)에는 전원이 공급되지 않을 수 있다.
즉, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 제1 거리(단거리)인 경우, 상기 발광 영역(A1)의 전체가 아닌 상기 중심 영역(RC)에서만 상기 객체(1)를 향해 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 단거리(제1 거리)에 위치한 객체(1)의 깊이 정보 획득 시 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리인 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 도 16과 같이 상기 중심 영역(RC), 상기 가장자리 영역(RO)의 일부(R2, R5, R8, R11)만 구동할 수 있다. 자세하게, 상기와 같은 경우 상기 중심 영역(RC)과 연결된 상기 제13 패드(113), 상기 제2, 제5, 제8 및 제11 영역(R2, R5, R8, R11)과 각각 연결된 상기 제2, 제5, 제8 및 제11 패드(102, 105, 108, 111)에 전원이 공급될 수 있고, 나머지 패드에는 전원이 공급되지 않을 수 있다.
즉, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 제2 거리(중거리)인 경우, 상기 발광 영역(A1)의 전체가 아닌 상기 중심 영역(RC)과 상기 중심 영역(RC)과 인접한 상기 가장가리 영역(RO)의 일부에서만 상기 객체(1)를 향해 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 중거리(제2 거리)에 위치한 객체(1)의 깊이 정보 획득 시 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 상기 제2 거리보다 큰 제3 거리인 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 도 17과 같이 상기 중심 영역(RC) 및 상기 가장자리 영역(RO) 전체가 구동할 수 있다. 자세하게, 상기와 같은 경우 상기 가장자리 영역(RO)의 전체 영역, 상기 중심 영역(RC)과 각각 연결된 상기 제1 내지 제13 패드들(101 ~ 113)에 전원이 공급되어 상기 발광 영역(A1) 전체가 구동할 수 있다.
즉, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 거리가 제3 거리(장거리)인 경우, 상기 발광 영역(A1) 전체가 상기 객체(1)를 향해 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 장거리(제3 거리)에 위치한 객체(1)의 깊이 정보를 효과적으로 획득할 수 있다.
또한, 상기 객체(1)가 도 18 및 도 19와 같이 왼쪽 또는 오른쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 객체(1)와 대응되는 영역을 선택적으로 구동할 수 있다.
자세하게, 상기 객체(1)가 도 18과 같이 왼쪽에 위치할 경우 상기 제1, 제 9, 제 10, 제11 및 제12 영역(R1, R9, R10, R11, R12)과 각각 연결된 상기 제1, 제 9, 제 10, 제11 및 제12 패드(101, 109, 110, 111, 112)에 전원이 공급될 수 있고, 나머지 패드에는 전원이 공급되지 않을 수 있다.
또한, 상기 객체(1)가 도 19와 같이 오른쪽에 위치할 경우 상기 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 영역(R3, R4, R5, R6, R7)과 각각 연결된 상기 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 패드(103, 104, 105, 106, 107)에 전원이 공급될 수 있고, 나머지 패드에는 전원이 공급되지 않을 수 있다.
즉, 전방에 위치한 상기 객체(1)의 위치에 따라서 이와 대응되는 발광 영역을 구동하여 상기 객체(1)를 향해 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 객체(1)의 깊이 정보 획득 시 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 객체(1)와의 간격에 따라 구동 영역을 선택적으로 변화시킬 수 있다. 자세하게, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 설정된 주기로 상기 객체(1)의 위치, 상기 객체(1)와의 간격을 감지할 수 있고, 감지한 정보를 바탕으로 구동 영역을 선택적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(10)과 상기 객체(1)와의 간격이 상기 제1 거리에서 상기 제2 거리 또는 상기 제3 거리로 점점 커질 수 있다. 이 경우, 상기 표면발광 레이저소자(200)는 상기 제1 거리와 대응되는 중심 영역(RC)만을 발광하다가 상기 객체(1)와의 간격이 상기 제2 거리 또는 상기 제3 거리로 멀어질수록, 상기 가장자리 영역(RO)의 일부 영역을 추가로 구동하거나 상기 발광 영역(A1) 전체를 구동할 수 있다.
또한, 상기 객체(1)가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동할 경우, 왼쪽과 대응되는 상기 제1, 제 9, 제 10, 제11 및 제12 영역(R1, R9, R10, R11, R12)을 구동할 수 있고, 이어서 가운데와 대응되는 상기 제2 및 제8 영역(R2, R8), 상기 중심 영역(RC)을 구동할 수 있고, 마지막으로 오른쪽과 대응되는 상기 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 영역(R3, R4, R5, R6, R7)을 구동할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 상기 객체(1)의 위치를 트래킹(tracking)하며 감지할 수 있고, 상기 객체(1)의 위치에 따라 발광 영역(A1)에서 구동되는 영역을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 표면발광 레이저소자(200)는 상기 객체(1)에 대한 향상된 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있고, 보다 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
도 20은 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용된 이동 단말기의 예를 나타낸 사시도이다.
도 20을 참조하면, 실시예에 따른 거리측정 장치(1000)는 이동 단말기(1500)에 적용될 수 있다. 실시예에 따른 이동 단말기(1500)는 후면에 제1 카메라 모듈(1000), 제2 카메라 모듈(1010)이 배치될 수 있다. 상기 제1 카메라 모듈(1000)은 상술한 거리측정 장치(1000)를 포함할 수 있다. 상기 제1 카메라 모듈(1000)은 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다.
상기 제2 카메라 모듈(1010)은 이미지 촬영 기능을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 카메라 모듈(1010)은 자동 초점(Auto focus), 줌(zoom) 기능 및 OIS 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 카메라 모듈(1010)은 촬영 모드 또는 화상 통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지 영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 처리된 화상 프레임은 소정의 디스플레이부에 표시될 수 있으며 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 이동 단말기(1500)의 전면에도 카메라가 배치될 수 있다.
상기 이동 단말기(1500)의 후면에는 플래시 모듈(1530)이 배치될 수 있다. 상기 플래시 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.
이에 따라, 사용자는 상기 이동 단말기(1500)를 이용하여 객체를 촬영 및 디스플레이할 수 있다. 또한, 사용자는 상기 제1 카메라 모듈(1000)을 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있고, 상기 객체에 대한 깊이 정보를 실시간으로 감지할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 복수의 에미터가 배열된 발광 영역을 포함하고,
    상기 발광 영역은 중심 영역 및 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 가장자리 영역을 포함하고,
    상기 가장자리 영역은 서로 이격된 복수의 영역들을 포함하고,
    상기 중심 영역의 평면적은 상기 가장자리 영역의 전체 평면적보다 작고,
    상기 복수의 영역 중 선택되는 하나의 영역의 평면적은 상기 중심 영역의 평면적보다 작거나 같고,
    상기 중심 영역, 상기 가장자리 영역의 복수의 영역들은 개별적으로 구동하는 표면발광 레이저소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 중심 영역의 평면적은 상기 발광 영역 전체 평면적의 5% 내지 30%인 표면발광 레이저소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 중심 영역은 상기 복수의 영역 각각과 상이한 평면 형상을 가지는 표면발광 레이저소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가장자리 영역은 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 제1 내지 제12 영역을 포함하고,
    상기 제1 내지 제12 영역 각각의 평면적은 상기 중심 영역의 평면적보다 작은 표면발광 레이저소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제12 영역들 중 서로 나란히 배치된 복수의 영역들 사이에 배치되는 제1 절연층을 포함하는 표면발광 레이저소자.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 영역 외측에 배치되며 상기 발광 영역과 전기적으로 연결되는 복수의 패드를 포함하고,
    상기 복수의 패드는,
    상기 제1 내지 제12 영역과 각각 전기적으로 연결되는 제1 내지 제12 패드; 및
    상기 중심 영역과 전기적으로 연결되는 제13 패드를 포함하고,
    상기 제13 패드는 상기 제1 내지 제12 패드 중 선택되는 2개의 패드 사이에 배치되는 표면발광 레이저소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제13 패드는 하나 또는 복수개가 제공되는 표면발광 레이저소자.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 중심 영역 및 상기 제13 패드를 전기적으로 연결하는 브리지 전극을 포함하고,
    상기 브리지 전극은 상기 제1 내지 제12 영역 중 인접하게 배치되는 복수의 영역의 경계 상에 배치되고,
    상기 브리지 전극 및 상기 경계 사이에 배치되는 제2 절연층을 포함하는 표면발광 레이저소자.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격은, 상기 제2 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격과 동일한 표면발광 레이저소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 에미터와 최단 거리에 위치한 상기 제2 영역의 상기 에미터와, 상기 제1 영역의 상기 에미터 사이의 피치 간격은, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에서 서로 인접한 상기 에미터들 사이의 피치 간격보다 크거나 같은 표면발광 레이저소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 중심 영역은 상기 복수의 영역 각각과 동일한 평면 형상을 가지는 표면발광 레이저소자.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가장자리 영역은 상기 중심 영역 둘레에 배치되는 제1 내지 제8 영역을 포함하고,
    상기 중심 영역의 평면적은 상기 제1 내지 제8 영역 각각의 평면적과 동일한 표면발광 레이저소자.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 선택되는 어느 한 항의 표면발광 레이저소자를 포함하는 광원; 및
    상기 광원에서 방출되어 객체에 산란 또는 반사된 광을 수신하는 광 수신부를 포함하는 거리측정 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 객체의 위치에 따라 상기 중심 영역 및 상기 가장자리 영역의 복수의 영역들을 개별적으로 구동하는 거리측정 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 객체와의 거리가 제1 거리인 경우 상기 중심 영역을 구동하고,
    상기 객체와의 거리가 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리일 경우 상기 복수의 영역들 중 선택되는 적어도 하나의 영역 및 상기 중심 영역을 구동하고,
    상기 객체와의 거리가 상기 제2 거리보다 큰 제3 거리일 경우, 상기 중심 영역 및 상기 복수의 영역들 전체를 구동하는 거리측정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102640435B1 (ko) 2023-01-31 2024-02-23 변정훈 염수분사 노즐을 구성한 제설판

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