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KR20230135555A - 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vcsel)용 콤팩트 방출기 설계 - Google Patents

수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vcsel)용 콤팩트 방출기 설계 Download PDF

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KR20230135555A
KR20230135555A KR1020230123434A KR20230123434A KR20230135555A KR 20230135555 A KR20230135555 A KR 20230135555A KR 1020230123434 A KR1020230123434 A KR 1020230123434A KR 20230123434 A KR20230123434 A KR 20230123434A KR 20230135555 A KR20230135555 A KR 20230135555A
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KR
South Korea
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emitter
metal layer
layer
compact
clause
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Application number
KR1020230123434A
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English (en)
Inventor
아지트 비제이 바브
알버트 위엔
Original Assignee
루멘텀 오퍼레이션즈 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 루멘텀 오퍼레이션즈 엘엘씨 filed Critical 루멘텀 오퍼레이션즈 엘엘씨
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Abstract

표면 방출 레이저는 제1 중심 부분 및 제1 중심 부분으로부터 연장되는 제1 복수의 외측 부분을 포함하는 격리 층, 및 제2 중심 부분 및 제2 중심 부분으로부터 연장되는 제2 복수의 외측 부분을 포함하는 금속 층을 포함할 수 있다. 금속 층은 제2 복수의 외측 부분 중 제1 외측 부분이 제1 복수의 외측 부분 중 하나 위에 형성되도록 격리 층 상에 형성될 수 있다. 표면 방출 레이저는 복수의 개구부를 포함하는 패시베이션 층을 포함할 수 있다. 개구부는 제1 외측 부분 위에 형성될 수 있다. 표면 방출 레이저는 복수의 산화 트렌치를 포함할 수 있다. 산화 트렌치는 적어도 부분적으로 제2 복수의 외측 부분 중 제1 외측 부분과 제2 외측 부분 사이에 위치결정될 수 있다.

Description

수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)용 콤팩트 방출기 설계{COMPACT EMITTER DESIGN FOR A VERTICAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASER}
본 발명은 일반적으로는 레이저에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser: VCSEL, 이하 "빅셀"이라 칭함)과 연관된 콤팩트 방출기 설계에 관한 것이다.
빅셀(VCSEL)과 같은 수직-방출 디바이스는 레이저 빔이 (예컨대, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 수직으로) 기판의 표면에 평행한 방향으로 방출되는 레이저이다. 에지-방출 디바이스와는 반대로, 수직-방출 디바이스는 웨이퍼 제조의 중간 단계에서 시험이 일어나도록 허용할 수 있다.
본 발명은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)용 콤팩트 방출기 설계를 제공하는 데 그 목적이 있다.
일부 가능한 구현에 의하면, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(빅셀: VCSEL)은 제1 반경을 갖는 원형 부분 및 원형 부분의 원주로부터 연장되는 제1 복수의 연장된 부분을 포함하는 주입 격리 층; 제2 반경을 갖는 링 부분 및 링 부분의 원주로부터 연장되는 제2 복수의 연장된 부분을 포함하는 P-옴 금속 층으로서, 제2 복수의 연장된 부분이 주입 격리 층의 제1 복수의 연장된 부분 위에 위치결정되도록 주입 격리 층 상에 형성될 수 있는 P-옴 금속 층; 유전체 비아 층 상에 형성된 복수의 유전체 비아 개구부로서, 복수의 유전체 비아 개구부 중 하나의 유전체 비아 개구부는 제1 복수의 연장된 부분 중 제1 연장된 부분, 및 제2 복수의 연장된 부분 중 제1 연장된 부분 위에 위치결정될 수 있는 복수의 유전체 비아 개구부; 및 복수의 산화 트렌치로서, 복수의 산화 트렌치 중 하나의 산화 트렌치는 적어도 부분적으로 제1 복수의 연장된 부분 중 제1 연장된 부분과 제1 복수의 연장된 부분 중 제2 연장된 부분 사이에 위치결정될 수 있는 복수의 산화 트렌치를 포함할 수 있다.
일부 가능한 구현에 의하면, 표면 방출 레이저는 제1 중심 부분 및 제1 중심 부분의 원주로부터 연장되는 제1 복수의 외측 부분을 포함하는 격리 층; 제2 중심 부분 및 제2 중심 부분의 원주로부터 연장되는 제2 복수의 외측 부분을 포함하는 금속 층으로서, 제2 복수의 외측 부분 중 제1 외측 부분이 제1 복수의 외측 부분 중 하나 위에 형성되도록 격리 층 상에 형성될 수 있는 금속 층; 복수의 개구부를 포함하는 패시베이션 층으로서, 복수의 개구부 중 하나의 개구부는 제2 복수의 외측 부분 중 제1 외측 부분 위에 형성될 수 있는 패시베이션 층; 및 복수의 산화 트렌치로서, 복수의 산화 트렌치 중 하나의 산화 트렌치는 적어도 부분적으로 제2 복수의 외측 부분 중 제1 외측 부분과 제2 복수의 외측 부분 중 제2 외측 부분 사이에 위치결정될 수 있고, 제1 외측 부분은 제2 외측 부분에 인접할 수 있는 복수의 산화 트렌치를 포함할 수 있다.
일부 가능한 구현에 의하면, 레이저 어레이는 복수의 빅셀(VCSEL)을 포함하고, VCSEL의 각각은 대략 6 마이크로미터 내지 14 마이크로미터의 산화 애퍼처 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)용 콤팩트 방출기 설계를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 방출기에 대한 설계 및 콤팩트 방출기에 대한 일례의 설계의 평면도를 묘사하는 선도;
도 2a 및 도 2b는 여기에서 기술된 예의 콤팩트 방출기의 단면도를 묘사하는 선도;
도 3은 콤팩트 방출기를 사용하여 구축된 일례의 비-그리드(non-grid) VCSEL 어레이의 평면도를 묘사하는 선도;
도 4a 및 도 4b는 콤팩트 방출기에 대한 부가적 예의 설계의 평면도를 묘사하는 선도; 및
도 5a 및 도 5b는 콤팩트 방출기에 대한 부가적 예의 설계의 평면도를 묘사하는 선도.
예시적 구현의 이하의 상세한 설명은 수반 도면을 참조한다. 여러 다른 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 식별시킬 수 있다. 아래에서 기술되는 구현은 단지 예일뿐이고 구현을 개시된 바로 그 형태로 한정하려는 의도는 아니다. 그보다는, 구현은 당업자가 구현을 실시 가능하게 하기 위한 설명을 위해 선택되었다.
다수의 수직-방출 디바이스는 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다. 예컨대, (여기에서는 방출기라고 지칭되는) 다수의 수직-방출 디바이스는 (예컨대, 다수의 방출기가 균일하게 이격되어 있고 산화 트렌치가 2개 이상의 방출기에 의해 공유될 수 있는) 그리드 VCSEL 어레이, (예컨대, 다수의 방출기가 균일하게 이격되어 있지 않고 각각의 방출기가 공유될 수도 그렇지 않을 수도 있는 일 세트의 산화 트렌치를 요건으로 하는) 비-그리드 VCSEL 어레이 등과 같은 VCSEL 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다.
VCSEL 어레이를 설계할 때의 하나의 인자는 VCSEL 어레이 내 방출기의 밀도이다. VCSEL 어레이 내 방출기의 밀도를 증가시키는 것(즉, 방출기들 간 공간을 감축하는 것)은 (예컨대, 간격 감축 없는 VCSEL 어레이와 동일한 전력 출력을 달성하면서) VCSEL 어레이가 구축되는 집적 회로(IC)의 비용 감축 및/또는 크기 감축이 가능할 수 있다. (이하 "종래 방출기"라고 지칭되는) 종래 설계의 방출기를 포함하는 (예컨대, 방출기가 서로에 대해 불균일 거리 및/또는 각도로 배열되는) 비-그리드 VCSEL 어레이에 대해, 각각의 방출기는 별개 세트의 산화 트렌치를 필요로 할 수 있다. 이것은 (예컨대, VCSEL 어레이를 제조하는 것과 연관된 소정 세트의 설계 규칙에 대해) VCSEL 어레이의 방출기들 간 최소 간격에 대한 제한을 가져오고, 그로써 비-그리드 VCSEL 어레이의 밀도를 제한할 수 있다.
비-그리드 VCSEL 어레이에서의 방출기들 간 간격이 감축될 수 있게 하는 하나의 기술은, 트렌치 층(즉, 일 세트의 산화 트렌치), P-옴 금속 층, 유전체 비아 개구부 등과 같은, 하나 이상의 방출기 층의 폭을 감소시키는 것에 의한다. 그렇지만, 그러한 감축은 방출기를 제조하는 것과 연관된 제조 한계 및/또는 방출기와 연관된 설계 고려사항에 기인하여 어렵고 그리고/또는 불가능할 수 있다.
여기에서 기술되는 구현은 (예컨대, 종래 방출기 설계에 비해) VCSEL 어레이의 방출기들 간 간격이 감축될 수 있게 할 수 있는 콤팩트 방출기 설계를 제공하고, 그로써 (예컨대, 종래 방출기를 사용하는 VCSEL 어레이에 비해) VCSEL 어레이 내 방출기 밀도 증가가 가능할 수 있다. 더욱, 콤팩트 방출기 설계는 종래 방출기 설계에 비해 동일한 수준의 성능을 달성하면서 방출기 밀도 증가가 가능할 수 있다. 환언하면, 콤팩트 방출기 설계는 종래 방출기 설계에 비해 (예컨대, 출력 전력, 파장, 방출 프로파일, 신뢰도 등의 관점에서) 성능을 희생시키지 않고 VCSEL 어레이에 포함된 방출기의 크기가 감축될 수 있게 한다.
일부 구현에서, 방출기 간격 감축은, P-옴 금속 층(예컨대, 금속 층), (예컨대, 격리 재료에 의해 형성된) 주입 격리 층, 유전체 비아 개구부 등과 같은, 하나 이상의 방출기 층에 대한 스플릿 아키텍처를 사용함으로써 달성될 수 있다. 스플릿 아키텍처는 (예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 층의 연장된 부분이 각각의 산화 트렌치들 사이에 부분적으로 놓여 있게 되도록) 하나 이상의 방출기 층(예컨대, P-옴 금속 층 및 유전체 비아 개구부)이 산화 트렌치와 깍지 끼이게 야기함으로써 산화 트렌치들 간 공간이 활용될 수 있게 할 수 있다. 산화 트렌치들 간 공간의 활용에 기인하여, 방출기의 크기는 (예컨대, 종래 방출기 설계에 비해 대략 20%만큼) 감축되고, 그로써 비-그리드 VCSEL 어레이 내 방출기 밀도 증가가 가능할 수 있다.
더욱, 방출기 층들간 정렬 공차 및/또는 방출기 층들의 최소 폭은 스플릿 아키텍처의 사용에 의해 영향을 받지 않을 수 있어서, 방출기와 연관된 제조 및/또는 설계 고려사항이 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 환언하면, 방출기 층의 폭 및/또는 그들 간 간격은 종래 방출기 설계의 대응하는 폭 및 간격과 동일할 수 있다. 이것은, 방출기의 크기가 감축되고 어레이 밀도가 증가될 수 있게 하면서, 위에서 기술된 바와 같이, 콤팩트 방출기 설계가 종래 방출기 설계의 성능 특성과 매칭하는 성능 특성을 가질 수 있게 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는, 각각, 방출기(100)에 대한 설계(예컨대, 종래 방출기 설계) 및 일례의 콤팩트 방출기(150)에 대한 설계의 평면도를 묘사하는 선도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 전형적 방출기 아키텍처로 구축된 일 세트의 방출기 층을 포함할 수 있다. 명료의 목적으로, 도 1a에서는 방출기(100)의 모든 방출기 층이 도시되지는 않는다.
도 1a에서 옅은 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 형상이 원형인 주입 격리 층(102)을 포함한다. 주입 격리 층(102)은 방출기(100)에 포함된 주입 재료의 섹션들(도시되지 않음) 간 공간에 기반하여 획정된다. 도 1a에서 중간 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 (예컨대, 내측 반경 및 외측 반경을 갖는) 부분적 링-형상으로 구축되는 P-옴 금속 층(104)을 포함한다. 도시된 바와 같이, P-옴 금속 층(104)은 주입 격리 층(102) 위에 동심으로 위치결정된다(즉, P-옴 금속 층(104)의 외측 반경은 주입 격리 층(102)의 반경보다 더 작다).
도 1a의 짙은 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 P-옴 금속 층(104)을 덮는 유전체 패시베이션/미러 층(도시되지 않음) 상에 형성(예컨대, 식각)되는 유전체 비아 개구부(106)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 유전체 비아 개구부(106)는 (예컨대, P-옴 금속 층(104)과 유사한) 부분적 링-형상으로 형성되고 그리고 유전체 패시베이션/미러 층의 금속배선이 P-옴 금속 층(104)과 접촉하게 되도록 P-옴 금속 층(104) 위에 동심으로 형성된다. 일부 구현에서, 유전체 개구부(106) 및/또는 P-옴 금속 층은, 완전 링-형상 또는 스플릿 링-형상과 같은, 다른 형상으로 형성될 수 있다.
더 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 P-옴 금속 층(104)의 부분적 링-형상의 내측 반경 내 방출기의 일부에 광학 애퍼처(108)를 포함한다. 방출기(100)는 광학 애퍼처(108)를 통하여 레이저 빔을 방출한다. 더 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 또한 (예컨대, 방출기(100)의 산화 층(도시되지 않음)에 의해 형성된) 산화 애퍼처(110)를 포함한다. 산화 애퍼처(110)는 광학 애퍼처(108)의 아래에 형성된다.
도 1a에서 백색 다각형에 의해 도시된 바와 같이, 방출기(100)는 주입 격리 층(102)의 원주 주위에서 (예컨대, 동등하게) 이격되어 있는 일 세트의 산화 트렌치(112)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 산화 트렌치(112)의 외측 에지부터 반대편에 위치결정된 산화 트렌치(112)의 외측 에지까지의, 방출기(100)의 전체 폭은 폭(D)(예컨대, 40.0 마이크로미터(㎛))이다. 산화 트렌치(112)가 얼마나 가깝게 광학 애퍼처(108)에 상대적으로 위치결정될 수 있는지는 주입 격리 층(102), P-옴 금속 층(104), 유전체 비아 개구부(106), 및 제조 공차에 의해 제한된다. 층(102, 104, 108)은 형상이 원형인 한편 산화 트렌치(112)는 그렇지 않기 때문에, 방출기(100)는 산화 트렌치(112)들 사이의 사용되지 않는 공간을 포함한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 (예컨대, 방출기(100)에 비해) 전체 크기를 감축하기 위해 스플릿 아키텍처 또는 깍지 끼인 설계를 사용할 수 있다. 도 1b에서 옅은 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 원형 부분(예컨대, 방출기(100)의 주입 격리 층(102)보다 더 작은 반경을 갖는 원형 부분) 및 (예컨대, 원형 부분의 원주로부터 연장되고 그 주위에서 이격되어 있는 일 세트의 "치형부"인 형상, 예컨대, 코그 휠 형상의) 일 세트의 부분적 링-형상의 연장된 부분을 포함하는 주입 격리 층(152)을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 주입 격리 층(152)은 콤팩트 방출기(150)에 포함된 격리 재료의 섹션들(도시되지 않음)에 기반하여 획정될 수 있다.
도 1b에서 중간 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 (예컨대, 내측 반경 및 외측 반경을 갖는) 링 부분 및 (예컨대, 링 부분의 외측 원주로부터 연장되고 그 주위에서 이격되어 있는 일 세트의 "치형부"인 형상, 예컨대, 중공 중심을 갖는 코그 휠 형상의) 일 세트의 부분적 링-형상의 연장된 부분을 포함하는 P-옴 금속 층(154)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분은 주입 격리 층(152)의 연장된 부분과 중첩할 수 있다.
도 1b의 짙은 회색 구역에 의해 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 유전체 패시베이션/미러 층(도시되지 않음) 상에 형성되고 P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분 위에 다수의 단절된 개구부로서 배열되는 일 세트의 유전체 비아 개구부(156)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 유전체 비아 개구부(156)는 (예컨대, P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분, 예컨대, 단절된 동심 호형 세그먼트와 유사한) 부분적 링-형상으로 형성될 수 있고 그리고 적어도 부분적으로는 금속배선이 유전체 비아 개구부(156)를 통하여 P-옴 금속 층(154)과 접촉할 수 있게 되도록 P-옴 금속 층(154) 위에 위치결정되어야 한다.
더 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 P-옴 금속 층(154)의 부분적 링-형상의 내측 반경 내 방출기의 일부에 광학 애퍼처(158)를 포함할 수 있다. 콤팩트 방출기(150)는 광학 애퍼처(158)를 통하여 레이저 빔을 방출할 수 있다. 더 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 또한 (예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 산화 층(도시되지 않음)에 의해 형성된) 산화 애퍼처(160)를 포함할 수 있다. 산화 애퍼처(160)는, 여기 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 광학 애퍼처(158)의 아래에 형성될 수 있다. 콤팩트 방출기(150)의 산화 애퍼처(160)의 크기는 방출기(100)의 산화 애퍼처(110)의 크기와 동일할 수 있다는 것을 주목할 만하다. 환언하면, 콤팩트 방출기(150)의 감축된 크기로도, 산화 애퍼처(160)는 크기가 감축되지 않을 수 있다. 유사하게, P-옴 금속 층(154)의 내측 반경은 방출기(100)의 P-옴 금속 층(104)의 내측 반경과 동일할 수 있다. 여기 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 그러한 폭 및 간격을 유지하고 있는 것은 콤팩트 방출기(150)가 방출기(100)의 성능과 매칭할 수 있게 할 수 있다.
도 1b에서 백색 다각형 또는 단절된 동심 호형 세그먼트에 의해 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 유전체 비아 개구부(156), P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분, 및 주입 격리 층(152)의 연장된 부분 사이에 부분적으로 위치결정되는 일 세트의 산화 트렌치(162)(예컨대, 각각 부분적 링-형상)를 포함할 수 있다. 산화 트렌치(162)가 부분적 링-형상으로 형성되는 것으로 도시되고 있기는 하지만, 일부 구현에서, 산화 트렌치는, 산화 트렌치(112)의 불규칙 다각형 형상과 같은, 다른 형상으로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 산화 트렌치(162)의 외측 에지부터 반대편에 위치결정된 산화 트렌치(162)의 외측 에지까지의, 콤팩트 방출기(150)의 전체 폭은 폭(D')이다. 일부 구현에서, 폭(D')은 40 마이크로미터(㎛)(즉, 방출기(100)의 폭(D))보다 더 작다. 일부 구현에서, 폭(D')은 35㎛보다 더 작다. 일부 구현에서, 폭(D')은 대략 32.4㎛이다.
산화 트렌치(162)들 사이의 공간이 활용될 수 있게 함으로써, 콤팩트 방출기(150)의 스플릿 아키텍처는 (예컨대, 방출기(100)에 비해) 전체 크기 감축을 초래할 수 있다. 예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 전체 폭은 방출기(100)의 전체 폭보다 7.6㎛(예컨대, 40.0㎛ - 32.4㎛ = 7.6㎛) 더 작거나, 대략 20%(예컨대, [(40.0㎛ - 32.4㎛)/40㎛] × 100% = 19%) 더 작을 수 있다. 이것은 비-그리드 VCSEL 어레이에서 사용될 때 방출기 밀도를 증가시키고, 그로써 비-그리드 VCSEL 어레이가 구축되는 IC의 비용 및/또는 크기를 감축한다.
방출기 층의 최소 폭 및/또는 정렬 공차는 콤팩트 방출기(150)로 달라지지 않을 수 있어서, 제조 및/또는 설계 고려사항에 대한 어떠한 충격이라도 제거 또는 최소화할 수 있다. 예컨대, (예컨대, 특정 "치형부" 상의) P-옴 금속 층(154)의 외측 에지와 유전체 비아 개구부(156)의 외측 에지 간 간격은 방출기(100)의 하나 이상의 대응하는 층의 최소 폭과 동일할 수 있다(또는 그 이상일 수 있다). 다른 일례로서, 콤팩트 방출기(150)의 산화 애퍼처(160)의 크기는 방출기(100)의 산화 애퍼처(110)의 크기와 매칭할 수 있다. 이것은, (예컨대, 방출기(100)에 비해) 콤팩트 방출기(150)의 크기를 감축하면서, 콤팩트 방출기(150)의 성능 특성(예컨대, 전력, 파장, 방출 프로파일, 신뢰도)이 종래 방출기 설계(100)의 등가 방출기의 성능 특성과 매칭할 수 있게 할 수 있다.
도 1b에서 도시된 층의 수 및 배열은 일례로서 제공된다. 실제로, 콤팩트 방출기(150)는 도 1b에서 도시된 것들과는 다르게 배열된 층, 다른 층, 더 적은 층, 또는 부가적 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 콤팩트 방출기(150)가 일 세트의 6개 산화 트렌치(162)를 포함(그리고 그에 따라 콤팩트 방출기(150)의 방출기 층이 구축됨)하고 있기는 하지만, 실제로는, 5개 산화 트렌치(162), 7개 산화 트렌치(162) 등을 포함하는 콤팩트 방출기와 같은 다른 설계가 가능하다. 다른 일례로서, 콤팩트 방출기(150)는 원형 방출기 설계이기는 하지만, 실제로는, 직사각형 방출기, 타원형 방출기 등과 같은 다른 설계가 가능하다. 부가적으로 또는 대안으로, 산화 트렌치(162) 및 다른 층의 대응하는 "치형부"는 불균등하게 이격되어 있을 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 콤팩트 방출기(150)의 일 세트의 층(예컨대, 하나 이상의 층)은, 각각, 콤팩트 방출기(150)의 다른 세트의 층에 의해 수행되는 것으로 기술된 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다.
콤팩트 방출기(150)의 설계가 VCSEL을 포함하는 것으로 기술되고 있기는 하지만, 다른 구현이 가능하다는 것을 주목할 만하다. 예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 설계는 발광 다이오드(LED)와 같은 다른 유형의 광학 디바이스, 또는 다른 유형의 수직 방출(예컨대, 상부 방출 또는 하부 방출) 광학 디바이스의 맥락에서 적용될 수 있다. 부가적으로, 콤팩트 방출기(150)의 설계는 어느 파장, 전력 레벨, 방출 프로파일 등의 방출기에라도 적용될 수 있다. 환언하면, 콤팩트 방출기(150)는 소정 성능 특성을 갖는 방출기에 특정된 것은 아니다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 단면도(200)는 (예컨대, 라벨 "X-X"가 붙은 선에 의해 도시된 바와 같이) 한 쌍의 산화 트렌치(162)를 통과하는 콤팩트 방출기(150)의 단면을 표현할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 백사이드 캐소드 층(178), 기판 층(176), 하부 미러(174), 활성 영역(172), 산화 층(170), 상부 미러(168), 격리 재료(166), 유전체 패시베이션/미러 층(164), 및 P-옴 금속 층(154)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 대략 10㎛인 총 높이를 가질 수 있다.
백사이드 캐소드 층(178)은 기판 층(176)과 전기적으로 접촉하는 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 백사이드 캐소드 층(178)은 AuGeNi 층, PdGeAu 층 등과 같은 어닐링된 금속배선 층을 포함할 수 있다.
기판 층(176)은 에피택셜 층이 성장되는 기부 기판 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판 층(176)은 GaAs 층, InP 층 등과 같은 반도체 층을 포함할 수 있다.
하부 미러(174)는 콤팩트 방출기(150)의 하부 반사체 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 하부 미러(174)는 분산 브래그 반사체(DBR)를 포함할 수 있다.
활성 영역(172)은 전자를 가두고 콤팩트 방출기(150)의 방출 파장을 획정하는 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 활성 영역(172)은 양자 우물일 수 있다.
산화 층(170)은 콤팩트 방출기(150)의 광학적 그리고 전기적 가둠을 제공하는 산화물 층을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 산화 층(170)은 에피택셜 층의 (예컨대, 습식) 산화의 결과로서 형성될 수 있다. 예컨대, 산화 층(170)은 AlAs 또는 AlGaAs 층의 산화의 결과로서 형성된 Al2O3 층일 수 있다. 산화 트렌치(162)는 산소(예컨대, 건식 산소, 습식 산소)가 산화 층(170)이 형성되는 에피택셜 층에 접근할 수 있게 하는 개구부를 포함할 수 있다. 산화 애퍼처(160)는 산화 층(170)에 의해 획정된 광학적 활성 애퍼처를 포함할 수 있다. 산화 애퍼처(160)의 폭은, 예컨대, 대략 6.0㎛ 내지 대략 14.0㎛ 범위일 수 있다.
상부 미러(168)는 콤팩트 방출기(150)의 상부 반사체 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 상부 미러(168)는 DBR을 포함할 수 있다.
격리 재료(166)는 전기적 격리를 제공하는 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 격리 재료(166)는, H 주입된 재료 또는 수소/양성자 주입된 재료와 같은, 이온 주입된 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 격리 재료(166)는 주입 격리 층(152)(예컨대, 전기적 격리를 제공하는 층)을 획정할 수 있다. 예시적 단면(200)에서, 주입 격리 층(152)은 대략 P-옴 금속 층(154)의 외측 에지까지 연장된다.
유전체 패시베이션/미러 층(164)은 보호용 패시베이션 층으로서 역할하는 그리고 부가적 DBR로서 역할하는 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 유전체 패시베이션 미러 층은 콤팩트 방출기(150)의 하나 이상의 다른 층 상에 (예컨대, 화학적 기상 증착을 통하여) 퇴적된 하나 이상의 부분-층(예컨대, SiO2 층, Si3N4 층)을 포함할 수 있다.
콤팩트 방출기(150)의 스플릿 아키텍처에 기인하여, 유전체 패시베이션/미러 층(164)은 예시적 단면(200)에서 어떠한 유전체 개구부(156)도 포함하지 않을 수 있다. 환언하면, 예시적 단면(200)에서는 유전체 비아 개구부(156)가 존재하지 않는다. 도 2b에 대해 아래에서 기술되는 바와 같이, 유전체 패시베이션/미러 층(164)는 P-옴 금속 층(154)으로의 전기적 접근을 제공하는 하나 이상의 유전체 비아 개구부(156)를 포함할 수 있다. 광학 애퍼처(158)는 광이 방출될 수 있게 하는 산화 애퍼처(160) 위의 유전체 패시베이션/미러 층(164)의 일부를 포함할 수 있다.
P-옴 금속 층(154)은 전기 전류가 흐를 수 있게 하는 전기적 접촉을 하는 층을 포함할 수 있다. 예컨대, P-옴 금속 층(154)은 (예컨대, 유전체 비아 개구부(156)를 통해 P-옴 금속 층(154)과 접촉하는 본드패드(도시되지 않음)를 통하여) 전기 전류가 흐를 수 있게 하는 TiAu 층, TiPtAu 층을 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 단면도(250)는 (예컨대, 라벨 "Y-Y"가 붙은 선에 의해 도시된 바와 같이) 한 쌍의 유전체 비아 개구부(156)를 통과하는 콤팩트 방출기(150)의 단면을 표현할 수 있다. 백사이드 캐소드 층(178), 기판 층(176), 하부 미러(174), 활성 영역(172), (예컨대, 산화 애퍼처(160)를 포함하는) 산화 층(170), 상부 미러(168), 격리 재료(166), (예컨대, 광학 애퍼처(158)를 포함하는) 유전체 패시베이션/미러 층(164)은 예시적 단면(200)에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로 배열될 수 있다.
도시된 바와 같이, 단면(250)에서는 산화 트렌치(162)가 존재하지 않는다. 그렇지만, 도시된 바와 같이, 유전체 패시베이션/미러 층(164)은 예시적 단면(250)에서 한 쌍의 유전체 개구부(156)를 포함할 수 있다. 그리하여, P-옴 금속 층(154)은 예시적 단면(250)에서의 유전체 비아 개구부(156)를 통해 (예컨대, 본드패드에 의해) 접촉될 수 있다. 도시된 바와 같이, P-옴 금속 층(154)은 단면(200)에서보다 단면(250)에서 더 넓을 수 있다.
일부 구현에서, 콤팩트 방출기(150)는 일련의 절차를 사용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 하나 이상의 층은 하나 이상의 성장 절차, 하나 이상의 퇴적 절차, 하나 이상의 식각 절차, 하나 이상의 산화 절차, 하나 이상의 주입 절차, 하나 이상의 금속배선 절차 등을 사용하여 생성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서 도시된 층의 수, 배열, 두께, 순서, 대칭 등은 일례로서 제공된다. 실제로, 콤팩트 방출기(150)는 도 2a 및 도 2b에서 도시된 것들과는 다르게 배열된 층, 다르게 구축된 층, 다른 층, 더 적은 층, 또는 부가적 층을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 산화 트렌치(162) 및 다른 층의 대응하는 "치형부"는 불균등하게 이격되어 있을 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 콤팩트 방출기(150)의 일 세트의 층(예컨대, 하나 이상의 하나 이상의 층)은 콤팩트 방출기(150)의 다른 세트의 층에 의해 수행되는 것으로 기술된 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 콤팩트 방출기(150)를 사용하여 구축된 비-그리드 VCSEL 어레이(300)의 평면도를 묘사하는 선도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 콤팩트 방출기(150)는 비-그리드 어레이로 구축될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 다수의 콤팩트 방출기(150)는 서로에 대해 비-균일 거리 및/또는 각도로 배열될 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 구현에서, 제1 콤팩트 방출기(150)와 연관된 제1 산화 트렌치(162)는 제1 콤팩트 방출기(150)에 인접하는 제2 콤팩트 방출기(150)와 연관된 제2 산화 트렌치(162)와 (예컨대, 부분적으로, 완전히 등) 중첩할 수 있다. 제1 산화 트렌치(162)와 제2 산화 트렌치(162)의 중첩은 제1 콤팩트 방출기(150) 또는 제2 콤팩트 방출기(150)의 동작에 영향을 미치지 않을 수 있다(그래도 방출기 간격 감축은 가능하다).
도 3에 예시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)의 스플릿 아키텍처 또는 깍지 끼인 설계의 사용에 기인하여, 비-그리드 VCSEL 어레이(300)의 콤팩트 방출기(150)들 간 간격은 (예컨대, 방출기(100)를 포함하는 비-그리드 VCSEL 어레이들 간 간격에 비해) 감축될 수 있다. 그와 같이, 비-그리드 VCSEL 어레이(300)가 제조되는 IC의 크기 및/또는 비용은 감축될 수 있다.
도 3에서 도시된 비-그리드 VCSEL 어레이(300)의 콤팩트 방출기(150)의 수 및 배열은 일례로서 제공된다. 실제로, 비-그리드 VCSEL 어레이(300)는 도 3에서 도시된 것들과는 다르게 배열된 콤팩트 방출기(150), 더 적은 콤팩트 방출기(150), 또는 부가적 콤팩트 방출기(150)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, VCSEL 어레이는 콤팩트 방출기(150)와 방출기(100)의 조합을 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는, 각각, 콤팩트 방출기(400, 450)에 대한 부가적 예의 설계를 묘사하는 선도이다. 위에서 기술된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 주입 격리 층(152)의 연장된 부분, P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분, 및 유전체 비아 개구부(156)를 각각 포함하는 일 세트의 6개 "치형부" 구조와 깍지 끼인 일 세트의 6개 산화 트렌치(162)를 포함할 수 있다. 그렇지만, 일부 구현에서, 콤팩트 방출기(150)는 다른 수의 산화 트렌치(162) 및 대응하는 세트의 "치형부" 구조를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 4a에 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(400)는 주입 격리 층(152)의 연장된 부분, P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분, 및 유전체 비아 개구부(156)를 각각 포함하는 일 세트의 5개 "치형부" 구조와 깍지 끼인 일 세트의 5개 산화 트렌치(162)를 포함할 수 있다. 유사하게, 도 4b에 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(450)는 주입 격리 층(152)의 연장된 부분, P-옴 금속 층(154)의 연장된 부분, 및 유전체 비아 개구부(156)를 각각 포함하는 일 세트의 7개 "치형부" 구조와 깍지 끼인 일 세트의 7개 산화 트렌치(162)를 포함할 수 있다.
다른 수의 산화 트렌치(162) 및 다른 수의 "치형부" 구조를 포함하는 다른 구현이 가능하다. 환언하면, 위에서 표시된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b는 단지 예로서 제공될 뿐이고, 다른 예가 가능하고 그리고 도 4a 및 도 4b에 대해 기술되었던 것과는 다를 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 각각, 콤팩트 방출기(500, 550)에 대한 부가적 예의 설계를 묘사하는 선도이다. 위에서 기술된 바와 같이, 콤팩트 방출기(150)는 P-옴 금속 층(154)으로의 접근을 허용하는 일 세트의 단절된 유전체 비아 개구부(156)를 포함할 수 있다. 그렇지만, 일부 구현에서, 콤팩트 방출기(150)의 2개 이상의 유전체 비아 개구부(156)는 연결되어 있을 수 있다.
예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(500)는 (예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 유전체 비아 개구부(156)가 완전 링-형상을 형성하게 되도록) 각각의 쌍의 인접 유전체 비아 개구부(156)들 간 호형 세그먼트를 통하여 연결되어 있는 일 세트의 6개 유전체 비아 개구부(156)를 포함할 수 있다. 유사하게, 도 5b에 도시된 바와 같이, 콤팩트 방출기(550)는 (예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 유전체 비아 개구부(156)가 부분적 링-형상을 형성하게 되도록) 한 쌍 외에 모든 쌍의 유전체 비아 개구부(156)들 간 호형 세그먼트를 통하여 연결되어 있는 일 세트의 6개 유전체 비아 개구부(156)를 포함할 수 있다.
다른 배열의 연결된 유전체 비아 개구부(156)를 포함하는 다른 구현이 가능하다. 예컨대, 콤팩트 방출기(150)의 다른 수(예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개)의 유전체 비아 개구부(156)가 연결되어 있을 수 있다. 일부 구현에서는, 콤팩트 방출기(150)의 2개 이상의 산화 트렌치(162)가 (예컨대, 2개 이상의 산화 트렌치(162)들 간 호형 세그먼트를 통하여) 연결되어 있을 수 있다. 환언하면, 위에서 표시된 바와 같이, 도 5a 및 도 5b는 단지 예로서 제공될 뿐이고, 다른 예가 가능하고 그리고 도 5a 및 도 5b에 대해 기술되었던 것과는 다를 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로, 치형부 구조 및 산화 트렌치의 원주상 간격 및/또는 방사상 간격은 동등하지 않을 수 있다. 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에서, 치형부 구조의 세트 및 산화 트렌치의 세트에서의 각각의 치형부 또는 트렌치는 각각의 세트의 다른 부재에 비해 동등하게 이격되어 있었다; 그렇지만, 동등하지 않거나 불균등한 원주상 간격도, 그러한 구성이 가장 최적의 방출기 성능을 제공하지는 않을 수 있더라도, 가능하다.
부가적으로 또는 대안으로, 치형부 구조의 세트 및 산화 트렌치의 세트에서의 각각의 치형부 또는 트렌치의 크기 또는 형상은 각각의 세트의 다른 부재에 비해 다를 수 있다. 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에서, 그들 각각의 세트에서의 각각의 치형부 또는 트렌치는 동일한 크기 및 형상을 갖는 것으로 예시되어 있다; 그렇지만, 서로 다른 크기 또는 형상도, 그러한 구성이 가장 최적의 방출기 성능을 제공하지는 않을 수 있더라도, 가능하다.
여기에서 기술되는 구현은 (예컨대, 종래 방출기 설계의 등가 방출기에 비해) 더 작은 크기를 갖고 (예컨대, 종래 방출기 설계의 방출기를 사용하는 VCSEL 어레이에 비해) VCSEL 어레이의 방출기들 간 간격이 감축될 수 있게 할 수 있는 콤팩트 방출기 설계를 제공하고, 그로써 VCSEL 어레이 내 방출기 밀도 증가가 가능하다. 방출기 간격 감축은 하나 이상의 방출기 층이 산화 트렌치와 깍지 끼이게 야기함으로써 산화 트렌치들 사이의 공간이 활용될 수 있게 하는 하나 이상의 방출기 층에 대한 스플릿 아키텍처를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 그와 같이, 방출기의 크기는 (예컨대, 종래 방출기 설계에 비해 대략 20%만큼) 감축되고, 그로써 비-그리드 VCSEL 어레이 내 방출기 밀도 증가가 가능할 수 있다. 더욱, 콤팩트 방출기 설계는 종래 방출기 설계에 비해 동일한 수준의 성능을 달성하면서 방출기 밀도 증가가 가능할 수 있다. 환언하면, 콤팩트 방출기 설계는 종래 방출기 설계에 비해 (예컨대, 출력 전력, 파장, 방출 프로파일, 신뢰도 등의 관점에서) 동일한 성능 레벨을 유지하면서 방출기의 크기가 감축될 수 있게 한다.
부가적으로, 방출기 층들간 정렬 공차 및/또는 방출기 층들의 최소 폭은 스플릿 아키텍처의 사용에 의해 영향을 받지 않을 수 있어서, 방출기와 연관된 제조 및/또는 설계 고려사항을 보존할 수 있다. 환언하면, 방출기 층의 폭 및/또는 그들 간 간격은 종래 방출기 설계의 대응하는 폭 및 간격과 동일할 수 있다. 이것은, 방출기의 크기가 감축되고 어레이 밀도가 증가될 수 있게 하면서, 위에서 기술된 바와 같이, 콤팩트 방출기가 종래 방출기의 성능 특성과 매칭하는 성능 특성을 가질 수 있게 할 수 있다.
상기 개시는 예시 및 설명을 제공하지만, 개시된 바로 그 형태로 구현을 한정하거나 총망라한 것으로 의도되지는 않는다. 수정 및 변형은 위 개시에 비추어 가능하거나 또는 구현의 실시로부터 취득될 수 있다.
특징의 특정 조합이 청구범위에서 나열되고 그리고/또는 명세서에서 개시되고 있기는 하지만, 이들 조합은 가능한 구현의 개시를 한정하려는 의도는 아니다. 실제로, 이들 특징 중 다수는 구체적으로는 청구범위에서 나열되거나 그리고/또는 명세서에서 개시되지 않은 방식으로 조합될 수 있다. 아래에 열거된 각각의 종속 청구항이 하나의 청구항에만 직접 종속할 수 있기는 하지만, 가능한 구현의 개시는 청구항 세트 내 모든 다른 청구항마다 조합한 각각의 종속 청구항을 포함한다.
여기에서 사용된 어떠한 요소, 단계 또는 명령어도 중대하거나 본질적이라고 명시적으로 기술되지 않는 한 그처럼 해석되어서는 아니된다. 또한, 여기에서 사용될 때, 부정 관사는 하나 이상의 항목을 포함하려는 의도이고, "하나 이상"과 호환가능하게 사용될 수 있다. 더욱, 여기에서 사용될 때, 용어 "세트"는 하나 이상의 항목(예컨대, 관련된 항목, 무관한 항목, 관련된 항목과 무관한 항목의 조합 등)을 포함하려는 의도이고, "하나 이상"과 호환가능하게 사용될 수 있다. 하나의 항목만이 의도되는 경우에는, 용어 "하나" 또는 유사한 언어가 사용된다. 또한, 여기에서 사용될 때, 용어 "갖는다" 또는 그 활용형들은 개방형 용어이려는 의도이다. 더욱, 구절 "기반하는"은, 명시적으로 달리 서술되지 않는 한, "적어도 부분적으로 기반하는"을 의미하려는 의도이다.

Claims (20)

  1. 코그 휠(cog wheel) 형상의 금속층; 및
    상기 금속층에 대한 적어도 하나의 비아 개구부(via opening)를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 복수의 연장된 부분이 격리층(isolation layer)의 복수의 연장된 부분 위에 위치되도록 상기 금속층은 상기 격리층 상에 형성되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속층의 상기 복수의 연장된 부분은 상기 금속층의 원형 부분의 원주 주위에 대략 동일한 간격으로 배치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비아 개구부는 유전체층 상에 형성된 복수의 유전체 비아 개구부(dielectric via openings)를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 비아 개구부는 상기 금속층의 복수의 연장된 부분 위에 위치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 비아 개구부는 격리층의 복수의 연장된 부분 위에 위치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 복수의 연장된 부분의 제1 수량(quantity)은 격리층의 복수의 연장된 부분의 제2 수량과 일치하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비아 개구부는 상기 제1 수량과 일치하는 제3 수량의 비아 개구부를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비아 개구부는 단일의 코그 휠 형상의 비아 개구부를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속층과 상기 단일의 코그 휠 형상의 비아 개구부는, 상기 단일의 코그 휠 형상의 비아 개구부의 일부에 간극(gap)을 획정하고, 상기 금속층의 일부에 대응하는 간극을 획정하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  11. 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL)에 있어서,
    상기 VCSEL의 원주 주위로 연장되는 복수의 치형부를 갖는 P-옴 금속 층; 및
    상기 P-옴 금속 층에 대한 적어도 하나의 비아 개구부를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 치형부가 격리층(isolation layer)의 복수의 연장된 부분 위에 위치되도록 상기 P-옴 금속 층은 상기 격리층 상에 형성되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 치형부는 상기 P-옴 금속 층의 원형 부분의 원주 주위에 대략 동일한 간격으로 배치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비아 개구부는 유전체층 상에 형성된 복수의 유전체 비아 개구부(dielectric via openings)를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 비아 개구부는 상기 복수의 치형부 위에 위치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 비아 개구부는 격리층의 복수의 연장된 부분 위에 위치되는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 치형부의 제1 수량(quantity)은 격리층의 복수의 연장된 부분의 제2 수량과 일치하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비아 개구부는 상기 제1 수량과 일치하는 제3 수량의 비아 개구부를 포함하는, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 VCSEL은 복수의 VCSEL 중 하나이고, 상기 복수의 VCSEL은 레이저 어레이의 일부인, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 레이저 어레이는 비-그리드(non-grid) VCSEL 어레이인, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저.
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