KR102556816B1 - 표면방출발광레이저 패키지 및 이를 포함하는 광 모듈 - Google Patents
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Abstract
실시예는 표면방출발광레이저 패키지 및 이를 포함하는 광 모듈에 관한 것이다.
실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자; 상기 캐비티 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자와 이격되어 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자; 및 상기 몸체 상에 배치되어 투과부 및 반사부를 포함하는 확산부를 포함할 수 있다. 상기 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자 상에 배치되고, 상기 반사부는 상기 수광소자 상에 배치될 수 있다. 상기 반사부의 제2 폭은 상기 투과부의 제1 폭보다 좁으며, 상기 반사부는 상기 표면방출레이저 소자의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않을 수 있다.
실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자; 상기 캐비티 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자와 이격되어 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자; 및 상기 몸체 상에 배치되어 투과부 및 반사부를 포함하는 확산부를 포함할 수 있다. 상기 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자 상에 배치되고, 상기 반사부는 상기 수광소자 상에 배치될 수 있다. 상기 반사부의 제2 폭은 상기 투과부의 제1 폭보다 좁으며, 상기 반사부는 상기 표면방출레이저 소자의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않을 수 있다.
Description
실시예는 반도체소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 발광소자, 반도체 광원소자, 반도체 광 소자, 반도체 광원 칩, 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 광 모듈, 광 송수신 모듈, 자동 초점 장치, 광 어셈블리 관한 것이다. 상기 반도체 발광소자는 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL. 이하, 표면방출발광 레이저소자 또는 VCSEL)를 포함할 수 있다.
GaAs, AlGaAs, GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체소자는 밴드 갭 에너지가 넓고, 밴드 갭 에너지의 제어가 용이 한 장점을 가져서 발광소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용되고 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 가스나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
한편 종래 반도체 광원소자 기술 중에, 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)가 있는데, 이는 광 모듈, 광 송수신 모듈, 광 통신, 광병렬 처리, 광연결, 자동 초점 장치 등에 사용되고 있다.
또한 종래기술에서 수직공진형 표면발광 레이저는 차량용이나 모바일용으로 고출력(High-power) VCSEL 패키지 구조로 활용되고 있다.
한편, 종래기술에서 고출력 VCSEL 패키지 구조에서는 일정한 발산각(divergence angle)을 형성하기 위해 확산부(Diffuser)를 채용하고 있는데, 차량이나 모바일에서 사용 중 충격 등에 의해 확산부가 이탈하는 경우에 VCSEL의 레이저(laser)가 직접적으로 사람의 눈에 조사될 경우, 사람이 실명할 수도 있는 위험성이 있다. 이에 따라, 차량에 적용되거나 사람의 움직임 등의 응용 분야에 적용되면서도, 사람에게 직접적인 강한 레이저가 입사되는 것을 방지할 수 있는 반도체소자 패키지에 대한 연구가 필요한 실정이다.
또한, 종래기술에서 반도체소자는 응용분야가 다양해 지면서 고출력, 고전압 구동이 요구됨과 아울러 제품의 소형화를 위해 반도체소자 패키지에 대한 소형화도 강하게 요청되고 있다.
또한, 상기 발산각(divergence angle)는 Radiance 측정법 및 Irradiance 측정법에 의해 측정 될 수 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 신뢰성과 안정성이 우수하고 내부에 배치된 소자를 외부 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있는 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
또한, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 고출력, 고전압 구동이 가능하면서도 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공하고자 함이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것도 포함한다.
실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210); 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자(230); 상기 캐비티(C) 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자(240); 및 상기 몸체(210)상에 배치되어 투과부(250) 및 반사부(260)를 포함하는 확산부(250, 260)를 포함하며, 상기 투과부(250)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상에 배치될 수 있다.
상기 반사부(260)는 상기 수광소자(240) 상에 배치될 수 있다. 상기 반사부(260)의 제2 폭(W20)은 상기 투과부(250)의 제1 폭(W10)보다 좁을 수 있다. 상기 반사부(260)는 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않을 수 있다.
실시예에서 상기 반사부(260)의 제2 폭(W20)은 상기 투과부(250)의 제1 폭(W10)보다 좁을 수 있다.
상기 투과부(250)의 제1 폭(W10)은 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)보다 넓을 수 있다.
상기 반사부(260)는 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않을 수 있다.
또한, 실시예는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치되며, 제1 캐비티를 갖는 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 배치되며, 제2 캐비티를 갖는 제3 기판; 상기 제2 캐비티 내에 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 투과부; 및 상기 수광소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 반사부;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 캐비티의 수평 폭은 상기 제2 캐비티의 수평 폭보다 작고, 상기 투과부와 상기 반사부는 서로 수직으로 중첩되지 않을 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자와 대향되는 일면에 무반사층을 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 투과부의 저면과 상기 반사부의 저면은 같은 높이에 배치되고, 상기 투과부의 상면이 상기 반사부의 상면보다 높게 위치할 수 있다.
또한, 실시예는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치되며, 제1 캐비티를 갖는 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 배치되며, 제2 캐비티를 갖는 제3 기판; 상기 제2 캐비티 내에 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 투과부; 및 상기 수광소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 반사부;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 캐비티의 수평 폭은 상기 제2 캐비티의 수평 폭보다 작고, 상기 투과부와 상기 반사부는 서로 수직으로 중첩되지 않을 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자와 대향되는 일면에 무반사층을 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 투과부의 저면과 상기 반사부의 저면은 같은 높이에 배치되고, 상기 투과부의 상면이 상기 반사부의 상면보다 높게 위치할 수 있다.
실시예는 상기 표면방출발광레이저 소자가 배치되는 제1 전극부(221); 상기 수광소자(240)가 배치되는 제2 전극부(222); 상기 표면방출발광레이저 소자와 제1 와이어(W1)에 의해 전기적으로 연결되는 제3 전극부(223); 및 상기 수광소자(240)와 제2 와이어(W2)에 의해 전기적으로 연결되는 제4 전극부(224)를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 상면으로부터 상기 투과부(250)까지의 제1 이격거리(D1)는, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 2/75 내지 1/5 범위일 수 있다.
상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)은 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 18/15배 내지 6배 범위일 수 있다.
상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)은 상기 수광소자(240)의 수평 폭의 16/15배 내지 4배 범위일 수 있다.
상기 반사부(262)의 두께(T3)는 상기 투과부(250)의 두께(T1)보다 얇을 수 있다.
상기 반사부(262)의 두께(T3)는, 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/10 내지 1/2 범위일 수 있다.
상기 반사부(262)의 두께(T3)는, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 1/75 내지 1배 범위일 수 있다.
또한 실시예에 다른 표면방출발광레이저 패키지는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210); 상기 캐비티(C) 내에 상호 이격되어 배치되는 제5 전극부(225)와 제6 전극부(226);
상기 제5 전극부(225) 상에 배치되며 상기 제6 전극부(226)와 제3 와이어(W3)에 의해 전기적으로 연결되는 표면방출발광레이저 소자(230); 상기 캐비티(C) 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 상기 제6 전극부(226) 상에 배치되어 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발광된 빛을 감지하는 제2 수광소자(232); 및 상기 몸체(210) 상에 배치되어 제2 투과부(252) 및 제3 반사부(263)를 포함하는 확산부(252, 263)를; 포함하며, 상기 제2 투과부(252)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상에 배치되고, 상기 제3 반사부(263)은 상기 제2 수광소자(232) 상에 배치되며, 상기 제3 반사부(263)는 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않을 수 있다.
실시예에 따른 광 모듈은 상기 표면방출발광레이저 패키지를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 신뢰성과 안정성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면, 고출력, 고전압 구동이 가능하면서도 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
실시예의 기술적 효과는 본 항목에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 발명의 설명 전체로부터 파악될 수 있는 것을 포함한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 확산부와 반사부가 생략된 평면도.
도 3a는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A1-A1' 선을 따른 단면도.
도 3b는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A2-A2' 선을 따른 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 발광소자와 수광소자가 생략된 평면도.
도 5a는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A3-A3' 선을 따른 단면도.
도 5b는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A4-A4' 선을 따른 단면도.
도 6은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자의 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자의 B영역의 부분 확대도.
도 8은 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 표면방출발광레이저 소자의 제1 에미터의 A5-A5'선을 따른 단면도.
도 9a는 도 3a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 상세 단면도이며 제1 와이어가 생략된 도면.
도 9b는 도 9a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 반사부의 두께가 투과부의 두께보다 얇은 도면.
도 10a는 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 평면도.
도 10b는 도 10a에 도시된 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 제2 투과부와 제3 반사부가 생략된 도면.
도 11은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지를 포함하는 광 모듈이 적용된 이동 단말기의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 확산부와 반사부가 생략된 평면도.
도 3a는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A1-A1' 선을 따른 단면도.
도 3b는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A2-A2' 선을 따른 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 발광소자와 수광소자가 생략된 평면도.
도 5a는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A3-A3' 선을 따른 단면도.
도 5b는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A4-A4' 선을 따른 단면도.
도 6은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자의 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자의 B영역의 부분 확대도.
도 8은 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 표면방출발광레이저 소자의 제1 에미터의 A5-A5'선을 따른 단면도.
도 9a는 도 3a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 상세 단면도이며 제1 와이어가 생략된 도면.
도 9b는 도 9a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 반사부의 두께가 투과부의 두께보다 얇은 도면.
도 10a는 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 평면도.
도 10b는 도 10a에 도시된 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 제2 투과부와 제3 반사부가 생략된 도면.
도 11은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 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 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 투과부(250)와 반사부(260)가 생략된 평면도이다. 상기 투과부(250)와 반사부(260)를 포함하여 확산부로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 1을 참조하면 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)는 몸체(210), 투과부(250) 및 반사부(260)를 포함할 수 있다. 실시예의 도면에서 x축과 y축에 의해 지면이 정의될 수 있고, 지면(xy평면)에 수직한 법선방향이 z축일 수 있다. 실시예에서 몸체(210)는은 지면에서의 x축 방향의 수평 폭이 y축 방향의 수평 폭보다 클 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 몸체(210)에는 인덱스 마크(M1)가 형성되어 투과부(250)와 반사부(260)의 위치가 용이하게 확인될 수 있다. 도 1과 도 2에서 단면선인 A1-A1'과 A2-A2'은 도 3a와 도 3b에서 설명하기로 한다. 상기 몸체(210)는 기판으로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1과 도 2를 참조하면 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자(230)와, 상기 캐비티(C) 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 배치되며 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자(240)와, 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상의 몸체(210) 상에 배치되는 투과부(250)와, 상기 수광소자(240) 상에 배치되는 반사부(260)를 포함할 수 있다. 상기 투과부(250)와 반사부(260)는 확산부로 칭해질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)는 발광부(100)와 패드부(235)를 포함할 수 있다.
또한 실시예는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 상기 수광소자(240) 사이의 캐비티(C) 바닥에 배치되는 단일 또는 복수의 전극부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 제1 와이어(W1)에 의해 전기적으로 연결되는 제3 전극부(223)와, 상기 수광소자(240)가 배치되는 제2 전극부(222) 및 상기 수광소자(240)와 제2 와이어(W2)에 의해 전기적으로 연결되는 제4 전극부(224)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극부(222)는 제1 전극부(221)에서 연장되어 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발산된 레이저가 투과부(250)를 통해 확산됨과 아울러 패키지 내부에서 반사되는 빛을 수광소자(240)가 감지하여 감지된 빛의 양을 변화 정도를 측정하여 투과부(250)의 탈착여부를 정밀하게 제어할 수 있다.
이때 실시예는 표면방출발광레이저 소자(230)에서의 빔의 발산(beam divergence) 범위에는 투과부(250)를 배치하고, 그 외의 영역에는 반사부(260)를 배치하여 패키지 내부에서 반사, 전반사 되는 빛들을 반사부(260)를 통해 외부로 보내지 않고 내부로 반사시킬 수 있으며, 이와 반대로 패키지 외부에서 패키지 내부로 입사되는 빛들을 반사부(260)를 통해 반사시킴으로써 내부로 입사시키지 않을 수 있다. 이를 통해 실시예는 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 3a와 도 3b를 참조하여 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)를 좀 더 상술하기로 한다.
도 3a는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A1-A1' 선을 따른 단면도이며, 도 3b는 도 1과 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 A2-A2' 선을 따른 단면도이다.
도 3a와 도 3b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자(230)와, 상기 캐비티(C) 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 배치되며 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자(240)와, 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상의 몸체(210) 상에 배치되는 투과부(250)와, 상기 수광소자(240) 상에 배치되는 반사부(260)를 포함할 수 있다.
실시예에서 몸체(210)는 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)는 단일층의 기판으로 형성되거나, 도시된 바와 같이 제1 기판(211), 제2 기판(212) 및 제3 기판(213)을 포함할 수 있다.
상기 몸체(210)는 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 몸체(210)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있도록 방열 특성이 좋은 물질로 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(210)는 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 몸체(210)는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(210)는 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한 상기 몸체(210)는 수지 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성 재질로 제공될 수 있다.
또한 상기 몸체(210)는 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)이 도전성 물질, 예컨대 금속으로 제공되는 경우, 상기 몸체(210)와 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 사이의 전기적인 절연을 위한 절연층(미도시)이 제공될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고출력, 고전압 구동 가능하면서도 방열특성이 우수한 표면방출발광레이저 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 전극부가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 실시예는 상기 몸체(210)에 제1 전극부(221), 제2 전극부(222), 제3 전극부(223), 제4 전극부(224)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치되는 제1 전극부(221)와, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 제1 와이어(W1)에 의해 전기적으로 연결되는 제3 전극부(223)와, 상기 수광소자(240)가 배치되는 제2 전극부(222)와 상기 수광소자(240)와 제2 와이어(W2)에 의해 전기적으로 연결되는 제4 전극부(224)를 포함할 수 있다(도 2 참조).
상기 제1 전극부(221) 내지 제4 전극부(224)는 전도성 금속물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극부(221) 내지 제4 전극부(224)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.
다시 도 3a와 도 3b를 함께 참조하면, 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부전극(221a)에 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치될 수 있다. 상기 제1 하부전극(221b)은 상기 제1 상부전극(221a) 보다 크게 형성되어 전기전도성 및 방열효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제2 전극부(222)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제2 상부전극(222a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제2 하부전극(222b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 상부전극(222a)에 수광소자(240)가 배치될 수 있다. 상기 제2 하부전극(222b)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(223b)을 포함할 수 있다. 상기 제3 상부전극(223a)은 제1 와이어(W1)에 의해 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때 실시예에 의하면, 상기 제3 전극부(223)가 상기 제1 전극부(221)와 제2 전극부(222) 사이에 배치되고, 상기 제1 전극부(221)에 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치되고, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 상기 제2 전극부(222) 상에 수광소자(240)가 배치됨으로써 표면방출발광레이저 소자(230)의 빔의 발산(beam divergence) 범위를 넓게 확보함과 아울러 패키지 내부에 수광소자가 차지하는 영역을 최소화 함으로써 고감도 광감지 기능의 수행이 가능하면서 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
다음으로 도 4 내지 도 5b를 참조하여 실시예에서 전극부의 특징을 좀 더 상술하기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서 표면방출발광레이저 소자(230)와 수광소자(240)가 생략된 평면도이며, 도 5a는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A3-A3' 선을 따른 단면도이며, 도 5b는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 A4-A4' 선을 따른 단면도이다.
도 5a와 도 5b를 함께 참조하면, 상기 제1 전극부(221)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제1 상부전극(221a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제1 하부전극(221b), 상기 제1 상부전극(221a)과 상기 제1 하부전극(221b)을 전기적으로 연결하는 제1 연결전극(221c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 연결전극(221c)은 비아 전극일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 상부전극(221a)은 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 상부전극(221a) 상에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치될 수 있다.
다음으로, 도 5a를 참조하면 상기 제2 전극부(222)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제2 상부전극(222a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제2 하부전극(222b)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 제2 전극부(222)는 상기 제1 전극부(221)에서 연장된 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극부(222)가 상기 제1 전극부(221)에서 연장된 일체로 형성되는 경우, 제2 전극부(222)의 제2 상부전극(222a)과 제2 하부전극(222b)은 제1 전극부(221)의 제1 연결전극(221c)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이때 상기 제2 상부전극(222a)은 상기 수광소자(240)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 상부전극(222a) 상에 수광소자(240)가 배치될 수 있다.
다음으로 상기 제3 전극부(223)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제3 상부전극(223a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제3 하부전극(223b), 상기 제3 상부전극(223a)과 상기 제3 하부전극(223b)을 전기적으로 연결하는 제3 연결전극(223c)을 포함할 수 있다. 상기 제3 상부전극(223a)은 제1 와이어(W1)를 통해 표면방출발광레이저 소자(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 연결전극(223c)은 비아 전극일 수 있다.
도 2와 도 4를 참조하면, 제1 전극부(221)에 표면방출발광레이저 소자(230)가 배치되고, 수광소자(240)가 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 상기 제2 전극부(222) 상에 배치됨으로써 표면방출발광레이저 소자(230)의 빔의 발산(beam divergence) 범위를 넓게 확보함과 아울러 패키지 내부에 수광소자가 차지하는 영역을 최소화 함으로써 고감도 광감지 기능의 수행이 가능하면서 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있다.
다음으로 도 2와 도 4를 참조하면, 상기 제4 전극부(224)는 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제4 상부전극(224a), 상기 몸체(210) 아래에 배치되는 제4 하부전극(미도시), 상기 제4 상부전극(224a)과 상기 제4 하부전극을 전기적으로 연결하는 제4 연결전극(224c)을 포함할 수 있다. 상기 제4 상부전극(224a)은 제2 와이어(W2)를 통해 수광소자(240)와 전기적으로 연결될 수 있다(도 2 참조). 상기 제4 연결전극(224c)은 비아 전극일 수 있다.
한편, 도 5a와 도 5b를 참조하면, 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(C1)와, 상기 제3 기판(213)에 위치하는 제2 캐비티(C2)를 포함할 수 있다. 상기 제2 캐비티(C2)의 수평 폭은 상기 제1 캐비티(C1)의 수평 폭에 비해 크게 형성될 수 있다.
도 3a를 참조하면 상기 제1 캐비티(C1)에 표면방출발광레이저 소자(230)와 수광소자(240)가 배치될 수 있고, 상기 제2 캐비티(C2)에 투과부(250)와 반사부(260)가 배치될 수 있다.
다음으로 도 6 내지 도 8을 참조하여, 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자(230)에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자(230)의 평면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자(230)의 B영역의 부분 확대도이다.
도 6 내지 도 8에서, 실시예에 따른 표면방출발광레이저 소자(230)는 수직공진형 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)에 대해 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에서의 표면방출발광레이저 소자(230)는 발광부(100)와 패드부(235)를 포함할 수 있다. 도 6 및 도 7과 같이, 상기 발광부(100)에는 복수의 발광 에미터(E1, E2, E3)가 배치될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 표면방출발광레이저 소자(230)의 제1 에미터(E1)의 A5-A5'선을 따른 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에서 표면방출발광레이저 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 표면방출발광레이저 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.
다시 도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지에 채용되는 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.
다음으로 도 9a를 참조하여 실시예에 따른 발광소자 패키지의 기술적 특징을 좀 더 상술하기로 한다. 도 9a는 도 3a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)의 상세 단면도이며 제1 와이어(W1)가 생략된 도면이다.
제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(200)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상의 상기 몸체(210) 상에 배치되는 투과부(250) 및 상기 수광소자(240) 상에 배치되는 반사부(260)를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발산된 레이저가 투과부(250)를 통해 확산됨과 아울러 패키지 내부에서 반사되는 빛을 수광소자(240)가 감지하고 감지되는 빛의 양을 변화 정도를 측정하여 투과부(250)의 탈착여부를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 투과부(250)는 표면방출발광레이저 소자(230)에서의 빔의 발산(beam divergence) 범위에 배치되며, 반사부(260)는 수광소자(240) 상에 배치되어 패키지 내부에서 반사, 전반사 되는 빛들이 반사부(260)를 통해 외부로 투과되지 않고 내부로 반사됨으로써 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킬 수 있으며, 이와 반대로 패키지 외부에서 패키지 내부로 입사되는 빛들을 반사부(260)를 통해 반사시킴으로써 내부로 입사시키지 않아 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 투과부(250)와 상기 반사부(260)는 표면방출발광레이저 패키지의 장시간 사용 또는 진동 등의 극한 환경에서 상기 몸체(210)에서 분리될 수 있는 가능성이 있으며, 상기 투과부(250) 또는 상기 반사부(260)가 이탈되는 경우, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)로부터 방출되는 강한 레이저가 투과부(250)를 경유하지 않고 외부로 직접 조사되어 사용자 등의 시력에 손상을 가할 수 있다.
이에 실시예에서 의하면, 제2 캐비티(C2)(도 5a 참조)에 투과부(250)와 반사부(260)가 배치될 수 있으며, 노출된 제2 기판(212) 상에 접착층(270)이 배치되어 투과부(250) 및 반사부(260)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기 접착층(270)은 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(270)은 에폭시 계열의 레진 또는 실리콘계 레진을 포함할 수 있으며, 투과부(250) 및 반사부(260)와 제2 기판(212) 간의 결합력을 향상시킴으로써 상기 표면방출발광레이저 소자(230)로부터 방출되는 강한 빛에 의하여 사람이 다치지 않을 수 있는 안정적인 표면방출발광레이저 패키지를 제공할 수 있다.
실시예에서 투과부(250)는 표면방출발광레이저 소자(230)로부터 발광된 빛의 빔 발산각(divergence angle)을 확장시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 투과부(250)는 마이크로 렌즈, 요철 패턴 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 투과부(250)는 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 투과부(250)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 대향되는 일면에 배치된 무반사층(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 투과부(250)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 마주보는 하부 면에 배치된 무반사층을 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 무반사층은 상기 표면방출발광레이저 소자(230)로부터 입사되는 빛이 상기 투과부(250)의 표면에서 반사되는 것을 방지하고 투과시킴으로써 반사에 의한 광 손실을 개선할 수 있다.
상기 무반사층은 예로서 무반사 코팅 필름으로 형성되어 상기 투과부(250)의 표면에 부착될 수 있다. 또한, 상기 무반사층은 상기 투과부(250)의 표면에 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅 등을 통하여 형성될 수도 있다. 예로서, 상기 무반사층은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2를 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
잠시 도 1을 참조하면, 몸체(210)의 x축 방향의 제1 폭이 y축 방향의 제2 폭에 비해서 클 수 있으며, 이를 통해 x축 방향으로 투과부(250)와 반사부(260)를 배치하여 광 확산도의 향상 및 신뢰성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 몸체(210)의 x축 방향의 제1 폭은 약 3.0mm 내지 5.0mm일 수 있으며, y축 방향의 제2 폭은 약 2.0mm 내지 3.0mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 9a를 참조하면, 상기 몸체(210)의 z 축 방향의 두께(T20)는 약 1.0mm 내지 2.0mm로 확보되어 신뢰성이 높으면서도 콤팩트한 발광소자 패키지를 구현할 수 있다.
이때 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 y축 방향의 제3 수평 폭(W30)은 약 500㎛ 내지 1,500㎛ 일 수 있다. 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 x축 방향의 수평 폭도 y축 방향의 제3 수평 폭(W30)과 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 표면방출발광레이저 소자 칩의 에미터(Emitter) 수에 따라 광출력이 정해지므로 제품에 따라 표면방출발광레이저 소자의 사이즈가 상이할 수 있다. 예를 들어, 최근 모바일(Mobile) 수준에서는 광출력(Radiant Power)은 약 1W ~ 2W 수준의 성능이 필요하므로, 표면방출발광레이저 소자의 사이즈는 약 500x500㎛ ~ 1,500x1500㎛일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)은 500㎛ 내지 1,500㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 상면으로부터 상기 투과부(250)까지의 제1 이격거리(D1)는, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 2/75 내지 약 1/5 범위일 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상면으로부터 상기 투과부(250)까지의 제1 이격거리(D1)는 약 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
예를 들어, 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 상면으로부터 상기 투과부(250)까지의 제1 이격거리(D1)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 2/75 이상, 예를 들어 제1 와이어(W1) 공정을 고려하여 최소 거리인 약 40㎛ 이상을 확보할 수 있다. 또한 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상면으로부터 상기 투과부(250)까지의 제1 이격거리(D1)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1/5 이하, 예를 들어 약 100㎛ 이하가 됨으로써 콤팩트한 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
또한 실시예에서 투과부(250)의 두께(T1)는 표면방출발광레이저 소자(230)에서의 빔 발산각(beam divergence angle)(Θ과 투과부(250)에서의 발산각(Θ2)를 고려하여 약 200㎛ 내지 약 1,000㎛로 설정할 수 있다.
상기 투과부(250)의 두께(T1)는 약 200㎛ 이상으로 제어되어 레이저의 충분한 발산 범위를 확보할 수 있으며, 상기 투과부(250)의 두께(T1)가 200㎛ 미만에서는 제조공정이나 실제 사용시 파손의 우려가 있다. 또한 투과부(250)의 두께(T1)를 1,000㎛ 이하로 설계하여 콤팩트한 표면방출발광레이저 패키지를 구현할 수 있다.
실시예에서 표면방출발광레이저 소자(230)에서의 빔 발산각(beam divergence angle)(Θ은 0˚ 이상으로 설계할 수 있다. 예를 들어, 표면방출발광레이저 소자(230)에서 빛이 출사되는 애퍼춰를 2개를 형성한다면 빔 발산각(Θ이 0˚에 가깝게 만들 수도 있다.
또한 실시예에서 투과부(250)의 발산각(Θ2) 범위는 제품을 고려하여 0˚ 초과 내지 160 ˚이내 일 수 있다.
실시예에서 발산각의 측정은 Radiance 측정 또는 Irradiance 측정으로 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 실시예는 상기 수광소자(240) 상에 배치되는 반사부(260)를 포함할 수 있다. 이를 통해 실시예는 표면방출발광레이저 소자(230)에서의 빔의 발산(beam divergence) 범위에 투과부(250)가 배치되고, 그 외의 영역에는 반사부(260)가 배치됨으로써 패키지 내부에서 반사, 전반사 되는 빛들을 반사부(260)를 통해 외부로 보내지 않고 내부로 반사시킬 수 있으며, 이와 반대로 패키지 외부에서 패키지 내부로 입사되는 빛들을 반사부(260)를 통해 반사시킴으로써 내부로 입사시키지 않을 수 있다. 이에 따라 실시예는 수광소자(240)에서의 광 감지 성능을 현저히 향상시킴으로써 신뢰성과 안정성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
상기 반사부(260)는 투과부(250)와 달리 패키지 내/외부에서의 빛을 차단하여 내/외부 반사시킬 수 있으며, Al, Ag의 분말 혹은 이들의 합금분말을 포함하는 수지층으로 형성될 수 있다.
실시예에서 투과부(250)의 제1 폭(W10)의 범위가 표면방출레이저 소자(230)의 애퍼처와 빔의 발산각(divergence angle)에 맞게 설정되는 경우, 출사광의 투과부(250)에 입사율을 거의 100%수준으로 제어할 수 있으며, 출사광의 반사부(260)로의 입사율은 거의 0% 수준으로 제어할 수 있다.
다음으로 도 9b는 도 9a에 도시된 제1 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지의 다른 실시예의 단면도이다.
실시예에서 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 투과부(250)의 두께(T1)보다 얇게 형성될 수 있다. 이를 통해 투과부(250)에서 출사될 수 있는 발산각을 최대한 넓게 확보하면서도 제2 반사부(262)에서 패키지 내부에서의 반사된 빛들이 수광소자(240)로 최대한 반사되도록 함으로써 광 감지 성능의 신뢰성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에서 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/10 내지 1/2 범위일 수 있다. 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/10 이상으로 확보됨으로써 반사부로서의 기능을 수행할 수 있다.
특히 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/2 이하로 형성됨으로써 상기 제2 반사부(262) 상측으로 투과될 수 있는 광의 비율을 높여서 광출력을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 약 20㎛ 내지 약 500㎛로 설정할 수 있다. 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/10 이상, 예를 들어 약 20㎛ 이상으로 확보됨으로써 반사부로서의 기능을 수행할 수 있다. 또한 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 투과부(250)의 두께(T1)의 1/2 이하, 예를 들어 500㎛ 이하로 배치됨으로써 상기 제2 반사부(262) 상측으로 투과될 수 있는 광의 비율을 높여서 광출력을 향상시킬 수 있다.
다시 도 9a를 참조하면, 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)은 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)에 비해 크게 형성됨으로써 수광소자(240)로 반사되어 수광되는 빛의 양을 늘릴 수 있다.
상기 반사부(260)는 상기 수광소자(240)와 상하간에 중첩될 수 있으나, 제3 전극부(223) 또는 표면방출발광레이저 소자(230)와는 상하간에 중첩되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)이 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)에 비해 크게 형성됨으로써 상기 투과부(250)의 상측 표면에서 전반사 되는 빛도 수광소자(240)에 도달할 가능성을 높여서 광 감지 성능의 신뢰성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있다.
실시예에서 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)은 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 18/15배 내지 6배 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)은 약 1,800㎛ 내지 3,000㎛일 수 있다. 이때 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)은 500㎛ 내지 1,500㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)이 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 18/15배 이상, 예를 들어 약 1,800㎛ 이상으로 형성됨으로써 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)보다 넓게 확보될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 투과부(250)의 제1 수평 폭(W10)이 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 6배 이하, 예를 들어 약 3,000㎛ 이하로 형성됨으로써 반사부(260)의 영역을 확보하여 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발산된 레이저가 패키지 내부에서 반사되는 빛을 수광소자(240)가 감지하도록 함으로써 감지된 빛의 양을 변화 정도를 측정하여 투과부(250)의 탈착여부를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)은 상기 수광소자(240)의 수평 폭의 16/15배 내지 4배 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20) 약 1,600㎛ 내지 2,000㎛일 수 있으며, 상기 수광소자(240)의 수평 폭은 약 500㎛ 내지 1,500㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라 상기 투과부(250)와 반사부(260)를 포함하는 확산부의 수평 폭은 약 3,400㎛ 내지 5,000㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예에서 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)이 상기 수광소자(240)의 수평 폭의 16/15배 이상, 예를 들어 약 1,600㎛ 이상으로 형성됨으로써 반사부(260)의 영역을 확보하여 레이저가 패키지 내부에서 반사되는 빛을 수광소자(240)가 감지하도록 함으로써 감지된 빛의 양을 변화 정도를 측정하여 투과부(250)의 탈착여부를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
또한 실시예에서 상기 반사부(260)의 제2 수평 폭(W20)이 상기 수광소자(240)의 수평 폭의 4배 이하, 예를 들어 약 2,000㎛ 이하로 형성됨으로써 상기 반사부(260)가 상기 표면방출레이저 소자(230)의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않도록 할 수 있다.
다시 도 9b를 참조하면, 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1/75 내지 약 1배 범위로 설정할 수 있다. 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1/75 이상으로 형성되어 반사부 기능을 함과 아울러 투과될 수 있는 레이저의 비율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)가 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1배 이하로 형성되어 반사부 기능을 함과 제2 반사부(262)의 두께를 얇게 제어하여 광출력을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 약 20㎛ 내지 약 500㎛로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1/75 이상, 예를 들어 약 20㎛ 이상으로 형성되어 반사부 기능을 함과 아울러 투과될 수 있는 레이저의 비율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제2 반사부(262)의 두께(T3)는 상기 표면방출발광레이저 소자(230)의 제3 수평 폭(W30)의 약 1배 이하, 예를 들어 약 500㎛로 형성되어 반사부 기능을 함과 제2 반사부(262)의 두께를 얇게 제어하여 광출력을 향상시킬 수 있다.
(제2 실시예)
도 10a는 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(202)의 평면도이며, 도 10b는 도 10a에 도시된 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(202)에서 제2 투과부(252)와 제3 반사부(263)가 생략된 도면이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
도 10a와 도 10b를 참조하면, 제2 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지(202)는 캐비티(C)를 포함하는 몸체(210)와, 상기 캐비티(C) 내에 상호 이격되어 배치되는 제5 전극부(225), 제6 전극부(226)와, 상기 제5 전극부(225) 상에 배치되며 상기 제6 전극부(226)와 제3 와이어(W3)에 의해 전기적으로 연결되는 표면방출발광레이저 소자(230)와, 상기 캐비티(C) 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자(230)와 이격되어 상기 제6 전극부(226) 상에 배치되어 상기 표면방출발광레이저 소자(230)에서 발광된 빛을 감지하는 제2 수광소자(232)와, 상기 표면방출발광레이저 소자(230) 상의 상기 몸체(210) 상에 배치되는 제2 투과부(252) 및 상기 제2 수광소자(232) 상에 배치되는 제3 반사부(263)를 포함할 수 있다. 상기 제2 투과부(252)와 상기 제3 반사부(263)는 확산부로 칭해질 수 있다.
상기 제2 수광소자(232)는 제4 와이어(W4)에 의해 상기 제5 전극부(225)와 전기적으로 연결되어 역방향 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 표면방출발광레이저 소자(230)와 전기적으로 연결되는 제6 전극부(226) 상에 제2 수광소자(232)를 배치하여 제2 수광소자(232)에서 광 감지기능을 수행하게 하고, 상기 제2 수광소자(232) 상에 제3 반사부(263)가 배치됨으로써 고 성능의 광 감지 성능을 구현함과 아울러 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
또한 도 10a를 참조하면, 제2 실시예에서 제1 축 방향으로의 상기 제2 투과부(252)의 제1 수평 폭(W10)은 상기 제1 축 방향으로의 상기 제3 반사부(263)의 제2 수평 폭(W20)에 비해 크게 형성되어 제2 수광소자(232)로 수광되는 빛의 양을 늘릴 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 투과부(252)의 제1 수평 폭(W10)이 상기 제3 반사부(263)의 제2 수평 폭(W20)에 비해 크게 형성됨으로써 상기 제2 투과부(252)의 상측 표면에서 전반사되는 빛도 제2 수광소자(232)에 도달할 가능성을 높여서 광 감지 성능의 신뢰성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한 도 9b에서와 같이, 제2 실시예에서 상기 제3 반사부(263)의 두께는 상기 제2 투과부(252)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 이를 통해 제2 투과부(252)에서 출사될 수 있는 발산각을 최대한 넓게 확보하면서도 제3 반사부(263)에서 패키지 내부에서의 반사된 빛들이 제2 수광소자(232)로 최대한 반사되도록 함으로써 광 감지 성능의 신뢰성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 어셈블리를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면 신뢰성과 안정성이 우수한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면, 고출력, 고전압 구동이 가능하면서도 콤팩트 한 표면방출발광레이저 패키지 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 실시 예에 따른 표면방출발광레이저 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 표면방출발광레이저 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.
(광 어셈블리)
도 11은 실시예에 따른 표면방출발광레이저 패키지를 포함하는 광 어셈블리, 예를 들어 자동 초점 장치가 적용된 이동 단말기(1500)의 사시도이다.
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, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광부로서 도 1 내지 도 10b을 참조하여 설명된 실시 예에 따른 표면방출발광레이저 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.
몸체(210), 표면방출발광레이저 소자(230), 수광소자(240), 투과부(250), 반사부(260),
제1 전극부(221), 제2 전극부(222), 제3 전극부(223), 제4 전극부(224)
제1 전극부(221), 제2 전극부(222), 제3 전극부(223), 제4 전극부(224)
Claims (12)
- 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치되며, 제1 캐비티를 갖는 제2 기판;
상기 제1 기판 상에 배치되며, 제2 캐비티를 갖는 제3 기판;
상기 제1 캐비티 내부에 배치되는 표면방출발광레이저 소자;
상기 제1 캐비티 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자와 이격되어 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자에서 발광된 빛을 감지하는 수광소자;
상기 제2 캐비티 내에 배치되며, 상기 표면방출발광레이저 소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 투과부; 및
상기 수광소자와 수직으로 중첩되도록 배치되는 반사부;를 포함하며,
상기 제1 캐비티의 수평 폭은 상기 제2 캐비티의 수평 폭보다 작고,
상기 투과부와 상기 반사부는 서로 수직으로 중첩되지 않고, 수평방향에서 중첩되도록 배치되며,
상기 투과부의 저면은 상기 반사부의 저면과 같은 높이에 배치되고,
상기 반사부의 수평 폭은 상기 투과부의 수평 폭보다 좁으며,
상기 반사부는 상기 표면방출발광레이저 소자의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않는 표면방출발광레이저 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자와 반대되는 일면에 무반사층을 더 포함하는 표면방출발광레이저 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 표면방출발광레이저 소자의 상면으로부터 상기 투과부까지의 제1 이격거리는, 상기 표면방출발광레이저 소자의 수평 폭의 2/75 내지 1/5 범위인 표면방출발광레이저 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 투과부의 수평 폭은
상기 표면방출발광레이저 소자의 제3 수평 폭의 18/15배 내지 6배 범위인 표면방출발광레이저 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 반사부의 수평 폭은
상기 수광소자의 수평 폭의 16/15배 내지 4배 범위인 표면방출발광레이저 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 투과부의 상면이 상기 반사부의 상면보다 높게 위치하는,
표면방출발광레이저 패키지. - 삭제
- 삭제
- 캐비티를 포함하는 몸체;
상기 캐비티 내에 상호 이격되어 배치되는 제5 전극부와 제6 전극부;
상기 제5 전극부 상에 배치되며 상기 제6 전극부와 제3 와이어에 의해 전기적으로 연결되는 표면방출발광레이저 소자;
상기 캐비티 내부에 상기 표면방출발광레이저 소자와 이격되어 상기 제6 전극부 상에 배치되어 상기 표면방출발광레이저 소자에서 발광된 빛을 감지하는 제2 수광소자; 및
상기 몸체 상에 배치되어 제2 투과부 및 제3 반사부를 포함하는 확산부를; 포함하며,
상기 제2 투과부는 상기 표면방출발광레이저 소자 상에 배치되고,
상기 제3 반사부는 상기 제2 수광소자 상에 배치되며,
상기 제2 투과부와 상기 제3 반사부는 서로 수직으로 중첩하지 않고, 수평방향에서 중첩되도록 배치되며,
상기 제2 투과부의 저면과 상기 제3 반사부의 저면은 동일 높이에 위치하고,
상기 제3 반사부는 상기 표면방출발광레이저 소자의 발산각(divergence angle)과 중첩되지 않는 표면방출발광레이저 패키지. - 제9 항에 있어서,
제1 축 방향으로의 상기 제2 투과부의 수평 폭은
상기 제1 축 방향으로의 상기 제3 반사부의 수평 폭에 비해 큰 표면방출발광레이저 패키지. - 삭제
- 삭제
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