(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の一定領域に発光領域を備えて形成された半導体光源と、
前記半導体光源が形成された基板と同一の基板上に集積されて前記半導体光源の外周面を囲む構造で形成され、受光領域及び前記受光領域の正面及びその背面を覆うブラッグ反射器を有する光検出素子、前記半導体光源の外周面と前記光検出素子の間の空間を埋める、ポリマ層とブロッキング層を有し、前記半導体光源の発光経路上に、当該基板上に集積されたマイクロレンズを備え、
前記半導体光源から発光された光が外部の対象によって反射して戻ってくれば、前記光検出素子は、前記ブラッグ反射器を通過した前記反射した光を検出して前記対象を感知することを特徴とする反射型光学センサ装置。
【請求項２】
前記半導体光源は、トップエミッション方式で前記基板の上部に発光することを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学センサ装置。
【請求項３】
前記半導体光源は、前記基板側に背面発光することを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学センサ装置。
【請求項４】
前記マイクロレンズは、前記半導体光源の上部に集積されることを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学センサ装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズは、前記半導体光源が形成された領域の基板下部に集積されることを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学センサ装置。
【請求項６】
前記半導体光源は、前記基板から第１分散ブラッグ反射器、発光領域、および第２分散ブラッグ反射器を含み、前記光検出素子は、前記基板から第１分散ブラッグ反射器、受光領域、および第２分散ブラッグ反射器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光学センサ装置に関し、より詳しくは、反射型光学センサ装置に用いられる半導体光源および光検出素子が単一チップ上に集積され、より正確に光検出を行うことができる反射型光学センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、反射型光学センサは、感知するためのオブジェクトの同一側面上に光放出器および光受信器があり、オブジェクトの存在は、光放出器から放出された光がオブジェクトの表面から反射して光受信器によって受信されるときに感知される。
【０００３】
従来の反射型光学センサは、空洞（Ｃａｖｉｔｙ）内に搭載された発光ダイオードおよび光受信器を含む。しかしながら、発光ダイオードの光は、低い強度および過剰な交差通信によって不正確な検出を招来する。
したがって、最近では、発光ダイオードの代わりに垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いた反射型光学センサが提供されている。
【０００４】
図１は、従来技術に係る反射型光学センサ装置を示す概念図である。図１に示したような反射型光学センサ装置を適用した従来の特許としては、韓国公開特許第２００７−８８５７３号（発明の名称：組み合わされたレーザ送信器および光検出器受信器パッケージ）がある。
【０００５】
図１を参照すれば、従来の反射型光学センサ装置１００は、オブジェクト１１０の存在有無を感知するために第１空洞（Ｃａｖｉｔｙ）１２０および第２空洞（Ｃａｖｉｔｙ）１３０を有する反射型センサパッケージを含み、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１４０が光放出を生成するために第１空洞（Ｃａｖｉｔｙ）１２０内に位置し、光受信器１５０が第２空洞（Ｃａｖｉｔｙ）１３０内に位置する。
【０００６】
このとき、光受信器１５０は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１４０から放出されてオブジェクト１１０から反射した光の少なくとも一部を受信するように構成され、前記反射した光が臨界強度を越えるときにオブジェクト１１０が存在するものとして決定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、オブジェクトから反射した光は一方向に偏らないため、光受信器が一方向にのみ存在する従来の方式の場合には、不正確な検出を招来することがある。
【０００８】
また、光放出器と光受信器がそれぞれ付着している従来の方式では、反射型光学センサ装置が携帯電話などの超小型機器に搭載される場合に、体積が大きいために適用が不可能であるという短所がある。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、発光領域が備えられた半導体光源および受光領域が備えられた光検出素子が単一チップ上に集積された反射型光学センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明は、基板上の一定領域に発光領域を備えて形成された半導体光源；および前記半導体光源が形成された基板と同一の基板上に集積されて前記半導体光源の外周面を囲む構造で形成され、受光領域を備える光検出素子；を含み、前記半導体光源から発光された光が外部のオブジェクトによって反射して戻ってくれば、前記光検出素子は前記反射した光を検出して前記オブジェクトを感知する反射型光学センサ装置を提供することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記半導体光源の外周面および前記光検出素子の間の一定領域にブロッキング層（Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）がさらに形成されることが好ましい。
【００１２】
好ましくは、前記半導体光源は、トップエミッション方式で前記基板の上部に発光することができる。
好ましくは、前記半導体光源は、前記基板側に背面発光することができる。
好ましくは、前記半導体光源の発光経路上にはマイクロレンズがさらに追加され、前記マイクロレンズは前記半導体光源の上面に集積されることができる。
【００１３】
好ましくは、前記半導体光源の発光経路上にはマイクロレンズがさらに追加され、前記マイクロレンズは前記半導体光源が形成された領域の基板下部に集積されることができる。
【００１４】
好ましくは、前記半導体光源は、前記基板から第１分散ブラッグ反射器、発光領域、および第２分散ブラッグ反射器を備え、前記光検出素子は、前記基板から第１分散ブラッグ反射器、受光領域、および第２分散ブラッグ反射器を備えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上で説明したような本発明の反射型光学センサ装置によれば、発光領域が備えられた半導体光源および受光領域が備えられた光検出素子が単一チップ上に位置するようにして、反射型光学センサ装置の体積を最小化することができるという利点がある。
また、本発明によれば、光検出素子が半導体光源の外周面を囲むように形成され、より正確な光検出が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術に係る反射型光学センサ装置を示す概念図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。
【図２ｂ】図２ａのＩ−Ｉ’を切断した断面図である。
【図３ａ】本発明の他の実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。
【図３ｂ】図３ａのＩＩ−ＩＩ’を切断した断面図である。
【図４ａ】本発明のさらに他の実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。
【図４ｂ】図４ａのＩＩＩ−ＩＩＩ’を切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、次に例示する本発明の実施形態は多様な形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されることはない。本発明の実施形態は、当業界において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００１８】
図２ａは、本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。図２ｂは、図２ａのＩ−Ｉ’を切断した断面図である。
図２ａを参照すれば、本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置は、大きく、半導体光源２１０および光検出素子２２０を含む。
【００１９】
ここで、半導体光源２１０および光検出素子２２０は同一の基板上に形成され、光検出素子２２０が半導体光源２１０の外周面を囲む構造を有する。
【００２０】
このとき、半導体光源２１０の外周面および光検出素子２２０の間の一定空間には、半導体光源２１０からの自発放出する光を遮断するためのブロッキング層（Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）Ｂがさらに形成されることが好ましい。
【００２１】
すなわち、半導体光源２１０から放出される光は、自発放出する光（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と誘導放出する光（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）とがあり、半導体光源２１０としては、例えば半導体レーザなどが用いられる場合、大部分の光は誘導放出する光であるため垂直方向に進むが、自発放出する光もある程度存在するようになる。
【００２２】
このとき、自発光する光が光検出素子２２０の一定部分に入る場合、ノイズが発生するようになる。したがって、自発放出する光が光検出素子２２０に入らないようにする必要があるが、そうするためにブロッキング層（Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）Ｂを形成するようになる。
【００２３】
ここで、ブロッキング層（Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）Ｂは、例えば光を吸収することができる金属または透過性が極めて弱いポリマ（Ｐｏｌｙｍｅｒ）などが用いられる。
【００２４】
一方、図２ｂを参照すれば、本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置は、例えば基板２３０と、第１分散ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＤＢＲ）２４０と、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’と、活性層（すなわち、発光領域および受光領域）２６０、２６０’と、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’と、第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’とを含んでなされる。
【００２５】
また、発光の開口部および受光の開口部を露出させて前記形成された反射型光学センサ装置の全体構造を覆う形式として、例えば前記反射型光学センサ装置の全体構造にポリイミドなどの樹脂を塗布することによって形成されたポリマ層Ｐを含む。
【００２６】
ここで、基板２３０は半導体基板であり、ｎ型半導体基板を用いることができるが、好ましくは、例えばＧａＡｓまたはＩｎＰ系列の化合物半導体が用いられる。
【００２７】
あれば、基板２３０の種類は特に限定せずに用いることができ、必要によっては、例えばガラス基板またはサファイア基板などの利用も可能である。
【００２８】
第1分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０, 第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０および２８０’は、互いに異なる屈折率を有する少なくとも２つの物質層、例えば高い屈折率を有する物質層と低い屈折率を有する物質層とがそれぞれ所定の厚さを有し、互いに順番に積層された構造を有するように形成されることができる。
【００２９】
このような第１および第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０、２８０、２８０’は、例えば反射特性を調節することにより、発光領域２６０で反射した光が第１および第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０、２８０、２８０’の上部ｄまたは下部に進むようにすることができる。
また、例えば、積層された層数を加減して反射率を調節することにより、前記上部または下部方向に放出される光の量を調節することもできる。
【００３０】
発光領域２６０は、陰極および陽極から供給されたそれぞれの電子と正孔の再結合がなされることによって発光が行われる領域であり、このような発光領域２６０は、例えばバルク型、半導体量子井戸、または量子ドットなどが可能である。
【００３１】
最後に、ポリマ層Ｐの一定領域には、選択的エッチング工程の後に金属蒸着およびパターニング工程などを介して形成されたｎ型電極２９５、２９５’と、ｐ型電極２９６、２９６’と、ブロッキング層Ｂとがそれぞれ形成される。
【００３２】
一方、本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置を製造するための方法の一例について、図２ｂを参照しながら詳細に説明する。
図２ｂを参照すれば、まず、第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’、活性層（すなわち、発光領域および受光領域）２６０、２６０’、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’、および第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’を順に積層して形成された基板２３０、例えばｎ型半導体基板を準備する。
【００３３】
この後、第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’を上部から選択的にエッチングし、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’および活性層２６０、２６０’を選択的にエッチングした後、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’および第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０を選択的にエッチングする。
【００３４】
この後、上述のように製作された全体構造で発光の開口部および受光の開口部をそれぞれ露出させ、前記反射型光学センサ装置の全体構造を覆う方式、例えば前記反射型光学センサ装置の全体構造にポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの樹脂を塗布することでポリマ層（Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｌａｙｅｒ）Ｐを形成する。
【００３５】
この後、ポリマ層Ｐの一定領域を選択的にエッチングした後、金属蒸着およびパターニング工程によってｎ型電極２９５、２９５’、ｐ型電極２９６、２９６’、およびブロッキング層Ｂをそれぞれ形成するようになれば、本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置を完成することができる。
【００３６】
このような本発明の一実施形態に係る反射型光学センサ装置は、半導体光源２１０および光検出素子２２０が単一チップで集積されており、従来技術（図１参照）とは違って半導体光源２１０および光検出素子２２０の間の空洞が存在しない。
また、光検出素子２２０が半導体光源２１０の外周面を囲んでいるため、オブジェクトによって反射した光をより効率的に検出することができる。
【００３７】
このとき、半導体光源２１０は、トップエミッション（Ｔｏｐ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）方式、すなわち基板２３０の上部を発光する方式で実現することもでき、基板２３０の下部で発光する方式で実現することもできる。
【００３８】
図３ａは、本発明の他の実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。図３ｂは、図３ａのＩＩ−ＩＩ’を切断した断面図である。
【００３９】
図３ａおよび図３ｂを参照すれば、本発明の他の実施形態に係る反射型光学センサ装置は、基板２３０、例えばｎ型半導体基板上に第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０と、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’と、活性層（すなわち、発光領域および受光領域）２６０、２６０’と、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’と、第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’と、ｎ型電極２９５、２９５’と、ｐ型電極２９６、２９６’と、ブロッキング層Ｂとを含んでなされる。
【００４０】
また、発光の開口部および受光の開口部を露出させて反射型光学センサ装置の全体構造を覆う形式、例えば前記反射型光学センサ装置の全体構造にポリイミドなどの樹脂を塗布することによって形成されたポリマ層Ｐを含む。
【００４１】
このような本発明の他の実施形態に係る反射型光学センサ装置は、上述した図２ａおよび２ｂの反射型光学センサ装置との差異点を中心として説明すれば、図３ａおよび図３ｂに示すように、半導体光源２１０の上部にマイクロレンズＬが共に集積されている構造を有する。
【００４２】
このとき、マイクロレンズＬは、半導体光源２１０の上部に選別的に集積されることが可能であり、これは反射型光学センサの製作段階において容易になすことができる。さらに、その製作方法は特に限定されず、多様な方式での製作が可能である。
【００４３】
例えば、本発明の同発明者によって出願された韓国公開特許第２００６−４３９１２号（発明の名称：マイクロレンズが集積された光電素子の製造方法）または第２００７−５５７６４号（発明の名称：化合物半導体の選択的エッチングを用いたマイクロレンズおよびマイクロレンズが集積された光電素子の製造方法）に開示された方式などを用いた製作が可能である。
【００４４】
一方、マイクロレンズＬを製作する方法の一例として、上述した韓国公開特許第２００６−４３９１２号（発明の名称：マイクロレンズが集積された光電素子の製造方法）に開示された方式を参照しながら説明すれば、図３ｂのように、基板２３０、例えばｎ型半導体基板上に第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’、活性層（すなわち、発光領域および受光領域）２６０、２６０’、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’、および第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’を順に積層する。
この後、マイクロレンズＬを製造するために、例えばアルミニウムの比率を徐々に増加させながら化合物半導体酸化可能層３１０を形成する。
【００４５】
この後、高温で酸化をさせれば、アルミニウム比率が高い部分３２０は酸化物となって屈折率が低くなり、アルミニウム比率が低い部分３３０は本来の化合物半導体状態として残るようになって、高い屈折率を有するようになることで、レンズの役割をするようになり、マイクロレンズＬを形成できるようになる。
このとき、マイクロレンズＬの焦点距離は、例えば酸化時間、温度、および酸化可能層の成長条件などを調節して変化させることができる。
【００４６】
図４ａは、本発明のさらに他の実施形態に係る反射型光学センサ装置を説明するための平面図である。図４ｂは、図４ａのＩＩＩ−ＩＩＩ’を切断した断面図である。
【００４７】
図４ａおよび図４ｂを参照すれば、本発明のさらに他の実施形態に係る反射型光学センサ装置は、基板２３０、例えばｎ型半導体基板上に第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０と、ｎ型オーミック接触層２５０、２５０’と、活性層（すなわち、発光領域および受光領域）２６０、２６０’と、ｐ型オーミック接触層２７０、２７０’と、第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’と、ｎ型電極２９５、２９５’と、ｐ型電極２９６、２９６’と、ブロッキング層Ｂとを含んでなされる。
【００４８】
また、発光の開口部および受光の開口部を露出しながら反射型光学センサ装置の全体構造を覆う形式として、例えばポリイミドなどの樹脂を塗布することによって形成されたポリマ層Ｐを含む。
【００４９】
このような本発明のさらに他の実施形態に係る反射型光学センサ装置は、図２ａおよび２ｂの反射型光学センサ装置との差異点を中心として説明すれば、図４ａおよび図４ｂに示すように、基板２３０の下部にマイクロレンズＬが共に集積されている構造を有する。
【００５０】
また、このような構造は、上述した図３ａおよび図３ｂの反射型光学センサ装置と比較したときにも互いに異なる構造を有する。
すなわち、図３ａおよび図３ｂでは半導体光源２１０の上部にマイクロレンズＬが形成される反面、図４ａおよび図４ｂでは基板２３０の下部、すなわち半導体光源２１０が形成された領域の基板２３０下部にマイクロレンズＬが形成される構造を有する。
【００５１】
また、上述した図２ａ〜図３ｂは、半導体光源２１０から放出された光が基板２３０の上部に発光する場合を示しており、図４ａおよび図４ｂは、半導体光源２１０から放出された光が基板２３０を貫通してその下面に発光する場合を示している。
【００５２】
したがって、図４ａおよび図４ｂでは半導体光源２１０が基板２３０の下面に発光するので、図２ａ〜図３ｂとは異なる構造上の差異点を有するようになる。
【００５３】
例えば、第１分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２４０および第２分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２８０、２８０’の機能が発光領域２６０で発光された光を基板２３０の下部に進めることができるように各反射特性が調節される。
【００５４】
一方、基板２３０の下部にマイクロレンズＬを形成する方法としては、例えばリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）方法などを用いることができる。
このようなリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）方法によって基板２３０の下部にマイクロレンズＬを形成するためには、まず、基板２３０の下部に、例えばフォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法などを用いて所望する大きさのフォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ−ｒｅｓｉｓｔ）円筒形パターンを形成する。
【００５５】
この後、これを加熱してリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）させれば、表面張力によって円筒形のフォトレジストが中心軸からエッジ領域に次第に薄くなるようにすることにより、ふくらんだ形態の曲率半径を有するレンズ形態に変わるようになる。
【００５６】
この後、このようなレンズ形態のフォトレジストをマスクで用いて、例えば乾式エッチングなどの方法によってエッチングするようになれば、基板２３０の下部の一定領域、すなわち半導体光源２１０が形成された領域の基板２３０の下部にマイクロレンズＬが形成されるようになる。
【００５７】
このように形成されたマイクロレンズＬは、半導体光源２１０の発光領域２６０で発光された光が開口部を介して放出されるときにマイクロレンズＬを通過して進むようにすることにより、ビーム広がり（Ｂｅａｍ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）が減少するようにする。
【００５８】
上述した本発明に係る反射型光学センサ装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明、および添付の図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明に属する。
【図１】
0005175243.tif 000002
【図２ａ】
0005175243.tif 000003
【図２ｂ】
0005175243.tif 000004
【図３ａ】
0005175243.tif 000005
【図３ｂ】
0005175243.tif 000006
【図４ａ】
0005175243.tif 000007
【図４ｂ】
0005175243.tif 000008