阅读说明：本技术 背面发光式光源阵列器件和具有其的电子装置 (Back-emitting light source array device and electronic device having the same ) 是由 韩承勋 罗炳勋 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：提供了一种背面发光式光源阵列器件和电子装置。该背面发光式光源阵列器件包括：基板；分布式布拉格反射器(DBR),设置在基板的第一表面上；多个增益层,设置在DBR上,所述多个增益层彼此间隔开,并且所述多个增益层中的每个增益层被配置为分别产生光；以及纳米结构反射器,设置在所述多个增益层上与DBR相对,并且包括具有亚波长尺寸的多个纳米结构,其中,DBR的反射率小于纳米结构反射器的反射率,使得产生的光通过基板发射。(Provided are a back-emission type light source array device and an electronic apparatus. The back-emission type light source array device includes: a substrate; a Distributed Bragg Reflector (DBR) disposed on a first surface of the substrate; a plurality of gain layers disposed on the DBR, the plurality of gain layers being spaced apart from each other, and each of the plurality of gain layers being configured to generate light, respectively; and a nanostructure reflector disposed on the plurality of gain layers opposite to the DBR and including a plurality of nanostructures having a subwavelength dimension, wherein a reflectivity of the DBR is less than a reflectivity of the nanostructure reflector such that the generated light is emitted through the substrate.)

背面发光式光源阵列器件和具有其的电子装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月22日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.62/721,083以及于2019年4月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0043779的优先权，这些申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的示例实施例涉及一种包括多个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)并朝向基板发射光的背面发光式光源阵列器件，以及包括所述背面发光式光源阵列器件的电子装置，其中所述VCSEL包括纳米结构反射器。

背景技术

近年来，在例如关于人和其他对象的对象识别中，越来越需要通过准确的三维形状识别来准确地识别对象的形状、位置和移动。例如，激光常常用于进行三维形状识别的传感器。

由于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)表现出比边缘发射激光器(EEL)更低的光学增益长度，因此VCSEL有利于降低功耗和增大集成度。此外，EEL表现出非对称的光输出，但是VCSEL提供圆对称输出模式，因此VCSEL可以有效地连接到光纤并以低噪声执行稳定的高速调制。

VCSEL包括分布式布拉格反射器(DBR)以构成激光谐振器，其中DBR表现出约90％的高反射率或更高的反射率。DBR可以包括数十对具有不同折射率的两种材料的堆叠结构，以获得高反射率。由于在两种材料的边界处发生的声子散射，DBR表现出低热导率(或高耐热性)。需要一种能够在补偿DBR的缺点的同时改善光控制和光发射特性的技术和方法。

发明内容

一个或多个示例实施例提供了一种背面发光式光源阵列器件，包括多个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)并且被配置为朝向基板发射光。

一个或多个示例实施例提供了一种电子装置，包括背面发光式光源阵列器件，所述背面发光式光源阵列器件包括多个VCSEL。

附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。

根据示例实施例的一个方面，提供了一种背面发光式光源阵列器件，包括：基板；分布式布拉格反射器(DBR)，设置在所述基板的第一表面上；多个增益层，设置在所述DBR上，所述多个增益层彼此间隔开，并且所述多个增益层中的每个增益层被配置为分别产生光；以及纳米结构反射器，设置在所述多个增益层上与所述DBR相对，并且所述纳米结构反射器包括具有亚波长尺寸的多个纳米结构，其中，所述DBR的反射率小于所述纳米结构反射器的反射率，使得产生的光通过所述基板发射。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：元表面层，设置在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面上。

所述元表面层可以包括元透镜、元棱镜或元衍射元件。

所述元表面层可以具有亚波长尺寸，并且可以包括折射率大于设置在所述纳米结构周围的材料的反射率的纳米结构。

所述纳米结构反射器的所述多个纳米结构中的每个纳米结构的厚度、宽度和布置间距中的至少一个可以小于或等于所述光的波长的一半，并且所述元表面层的多个纳米结构中的每个纳米结构的厚度、宽度和布置间距中的至少一个可以小于或等于所述光的波长的三分之

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：热沉，设置在所述纳米结构反射器上与所述多个增益层相对。

所述基板可以包括III-V族半导体基板。

p型接触层可以设置在所述纳米结构反射器中，并且p型接触金属可以设置在所述p型接触层中。

所述多个增益层可以设置成n×m矩阵阵列，其中n和m为自然数，并且所述p型接触金属可以对应地设置为与所述多个增益层的n×m矩阵阵列的两列或更多列重叠。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：孔径层，设置在所述p型接触金属上。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：***层，设置在所述孔径层上。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：n型接触层，设置在所述DBR和所述多个增益层之间。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：不产生光的虚设增益层；以及由所述虚设增益层支撑的n型接触金属，设置在所述DBR的两端，并且所述n型接触金属连接到所述n型接触层。

所述多个增益层可以设置成n×m矩阵阵列，其中n和m为自然数，并且所述n型接触层和所述n型接触金属对应地设置为与所述多个增益层的n×m矩阵阵列的两行或更多行重叠。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：布线，设置在所述热沉上。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：接合层，设置在所述纳米结构反射器和所述热沉之间。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：导热层，设置在所述纳米结构反射器和所述热沉之间。

所述背面发光式光源阵列器件还可以包括：p型接触层，设置在所述纳米结构反射器上；n型接触层，设置在所述DBR和所述多个增益层之间；以及绝缘保护层，设置在所述p型接触层和所述n型接触层之间。

根据示例实施例的一个方面，提供了一种电子装置，包括：背面发光式光源阵列器件，被配置为将光照射到目标对象；传感器，被配置为接收从所述目标对象反射的光；以及处理器，被配置为基于所述传感器接收的光获得关于所述目标对象的信息，其中，所述背面发光式光源阵列器件包括：基板；分布式布拉格反射器(DBR)，设置在所述基板的第一表面上；多个增益层，设置在所述DBR上，所述多个增益层彼此间隔开，并且所述多个增益层中的每个增益层被配置为分别产生光；以及纳米结构反射器，设置在所述多个增益层上与所述DBR相对，并且所述纳米结构反射器包括具有亚波长尺寸的多个纳米结构，其中，所述DBR的反射率小于所述纳米结构反射器的反射率，使得光通过所述基板发射。

所述电子装置还可以包括：元表面层，设置还在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面上。

所述电子装置还可以包括：热沉，设置在所述纳米结构反射器上。

所述电子装置还可以包括：p型接触层，设置在所述纳米结构反射器上；以及p型接触金属，设置在所述p型接触层上。

所述多个增益层可以设置成n×m矩阵阵列，其中n和m为自然数，并且所述p型接触金属对应地设置为与所述多个增益层的n×m矩阵阵列的两列或更多列重叠。

所述电子装置还可以包括：n型接触层，设置在所述DBR和所述多个增益层之间。

所述电子装置还可以包括：不产生光的虚设增益层；以及由所述虚设增益层支撑的n型接触金属，设置在所述DBR的两端，并且所述n型接触金属连接到所述n型接触层。

所述多个增益层可以设置成n×m矩阵阵列，其中n和m为自然数，并且所述n型接触层和所述n型接触金属对应地设置为与所述多个增益层的n×m矩阵阵列的两行或更多行重叠。

附图说明

根据下面结合附图对示例实施例的描述，以上和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：

图1是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的示意图；

图2是图1所示的背面发光式光源阵列器件的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的视图；

图3是包括图1所示的背面发光式光源阵列器件的虚设增益层在内的结构的视图；

图4是图1所示的背面发光式光源阵列器件的元表面层的纳米结构的示例的视图；

图5是图1所示的背面发光式光源阵列器件的元表面层的纳米结构的另一示例的视图；

图6至图12是图1所示的背面发光式光源阵列器件的元表面层的纳米结构的各种示例的视图；

图13是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的布线结构的示意图；

图14是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的布线结构的示例的示意图；

图15是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的布线结构的另一示例的示意图；

图16是沿图15的线I-I截取的截面图；

图17是根据另一示例实施例的背面发光式光源阵列器件的视图；

图18是根据示例实施例的电子装置的示意图；

图19是根据另一示例实施例的电子装置的示意图；以及

图20是图19的电子装置的示例外观的透视图。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中示出的示例实施例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，示例实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文所用，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应被理解为：仅包括a，仅包括b，仅包括c，包括a和b两者，包括a和c两者，包括b和c两者，或包括a、b和c的全部。

在附图中，为了说明的清楚起见，每个元件的尺寸和厚度可以被夸大。尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不必受限于上述术语。上述术语可以仅用于将一个元件与另一元件区分开。

单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确不同的意义。此外，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和诸如“含有”或“包含”的变型词将被理解为意味着包括所阐述的元件，但不排除任何其他元件。而且，当描述在基板或另一层上存在某个材料层时，该材料层可以以与基板或另一层直接接触的方式而存在，以及在它们之间可以存在另外的第三层。另外，以下示例实施例中的构成层的材料仅是示例，也可以使用其他材料。

另外，说明书中描述的术语“单元”、“...机(器)”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。

示例实施例中描述的特定实现是说明性的，并且不以任何方式进行限制。为了描述的清楚性，可以省略对传统电子配置、控制系统、软件和这些系统的其他功能方面的描述。而且，图中所示的组件之间的连接构件或线的连接是功能连接和/或物理连接或电路连接的示例说明，其可以被各种功能连接、物理连接或电路连接替换或由各种功能连接、物理连接或电路连接另外提供。

术语“该”和类似指示词的使用可以指代单数和复数二者。

构成方法的操作可以以任何合适的顺序执行，除非明确声明以所描述的顺序进行。此外，所有示例性术语(例如，等)的使用仅旨在说明技术思想，并且不应被解释为限制术语的范围，除非进一步受权利要求的限制。

图1是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的示意图。

参照图1，背面发光式光源阵列器件可以包括：基板10；设置在基板10上的分布式布拉格反射器(DBR)20；多个增益层30，彼此间隔开地布置在DBR 20上；以及多个纳米结构反射器36，设置为分别对应于多个增益层30。

可以设置用于散发多个纳米结构反射器36所产生的热量的热沉40。

基板10可以是半导体基板，例如III-V族半导体基板。然而，示例实施例不限于此。

DBR 20、多个增益层30和多个纳米结构反射器36可以构成垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。VCSEL是一种半导体激光二极管，其在垂直于激光器表面的方向上发射光。

DBR 20可以具有其中具有不同折射率的第一材料层21和第二材料层22重复交替堆叠的结构。可以通过调节第一材料层21和第二材料层22的折射率之间的差异、第一材料层21的厚度和第二材料层22的厚度以及第一材料层21和第二材料层22堆叠的次数中的至少一项来调节DBR 20的反射率。例如，第一材料层21和第二材料层22可以均具有光的期望发射波长的四分之一的厚度并且可以重复交替地堆叠。DBR 20可以包括与构成增益层30的半导体材料相同或相似的材料。例如，第一材料层21可以是Al_xGa_(1-x)As层(其中，0≤x≤1)，第二材料层22可以是Al_yGa_(1-y)As层(其中，0≤y≤1，x≠y)，但示例实施例不限于此。DBR 20的第一材料层21和第二材料层22可以是无掺杂的层，但是在一些示例中，第一材料层21和第二材料层22可以是某种半导体类型的掺杂层。构成DBR 20的材料不限于上述材料，并且能够形成折射率差异的各种材料可以用于第一材料层21和第二材料层22。DBR 20可以是一种平板状反射镜层，并且可以具有板状结构以覆盖多个增益层30。DBR 20可以被认为是多个增益层30的公共反射镜层。

增益层30是被配置为吸收能量以产生光的层。例如，增益层30可以通过注入电流或通过泵浦光来产生光。增益层30可以包括包含半导体材料的有源层32。有源层32可以包括例如III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料。例如，有源层32可以包括多量子阱(MQW)结构，其包括砷化铟镓(InGaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化铝镓(AlGaN)、磷化铟镓砷(InGaAsP)、磷化铟镓(InGaP)或磷化铝镓铟(AlGaInP)。根据示例实施例，有源层32可以包括量子点。有源层32的材料和配置不限于此，并且可以变化。还可以在有源层32的下方和上方设置第一覆层31和第二覆层33。第一覆层31和第二覆层33均可以包括n型半导体材料、p型半导体材料或本征半导体材料。第一覆层31和第二覆层33可以包括与有源层32相同的半导体材料，并且还可以包括n型掺杂剂或p型掺杂剂。

纳米结构反射器36可以分别对应于多个增益层30布置。纳米结构反射器36和DBR20可以发射由增益层30产生的光，以放大和输出特定波段的光。为了进行光放大，DBR 20和纳米结构反射器36的反射率可以被设置为约90％或更高。例如，DBR 20和纳米结构反射器36的反射率可以被设置为98％或更高。在示例实施例中，由增益层30产生的光可以在DBR20和纳米结构反射器36之间谐振，然后通过基板10发射。例如，DBR 20可以被配置为具有比纳米结构反射器36的反射率低的反射率，因此在DBR 20和纳米结构反射器36之间反复反射的光可以通过DBR 20和基板10发射到外部。因此，可以实现背面发光式光源阵列器件。可以通过改变第一材料层21和第二材料层22的组成和厚度以及第一材料层21和第二材料层22堆叠的次数来调节DBR 20的反射率。例如，可以通过改变构成纳米结构36a和支撑层36b的材料、纳米结构36a的尺寸和纳米结构36a的布置方案来调节纳米结构反射器36的反射率。

图2是图1中的VCSEL的放大视图。参照图2，纳米结构反射器36可以包括具有亚波长尺寸的多个纳米结构36a。这里，亚波长尺寸可以是作为对纳米结构36a的形状进行限定的尺寸，小于纳米结构反射器36的工作波长的厚度或宽度。纳米结构反射器36的工作波长可以在由增益层30产生的光的波段内，并且可以指示在由增益层30产生的光中在DBR 20和纳米结构反射器36之间发射的光L的波长λ。这可以是发射波长λ。

纳米结构36a包括折射率高于周围材料(例如，空气)的折射率的材料，并且可以被配置为基于尺寸、具体形状和布置方案反射特定波段的光。纳米结构36a可以具有元结构类型。当纳米结构36a的厚度、宽度和布置间距中的至少一个等于或小于发射波长λ的1/2时，纳米结构36a可以具有元结构。例如，当纳米结构36a的宽度小于或等于发射波长λ的1/2时，纳米结构36a可以操作为散射单元，并且当布置间距变得小于发射波长λ时，入射在纳米结构36a上的光可以被控制为具有期望的形状而没有高阶衍射。例如，当纳米结构36a的厚度可以小于或等于发射波长λ的1/2时，纳米结构36a可以表现出相对高的反射率。然而，纳米结构36a的厚度并不限于此。

纳米结构36a可以包括电介质或半导体材料。例如，纳米结构36a可以包括单晶硅(Si)、多晶硅、非晶硅、氮化硅(Si₃N₄)、磷化镓(GaP)、二氧化钛(TiO₂)、锑化铝(A1Sb)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓(A1GaAs)、磷化铝镓铟(A1GaInP)、磷化硼(BP)和磷化锌锗(ZnGeP₂)中的任何一种。备选地，纳米结构36a可以包括导电材料。作为导电材料，可以采用能够引起表面等离子激发的高导电金属材料。例如，可以使用选自铜(Cu)、铝(A1)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、锌(Zn)、钛(Ti)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)中的至少一种作为导电材料，或者包括上述金属中的任何一种的合金可以用作导电材料。此外，可以采用具有良好导电性的二维材料，如石墨烯或导电氧化物。备选地，纳米结构36a的一部分可以包括具有高折射率的电介质材料，并且纳米结构36a的剩余部分可以包括导电材料。

纳米结构反射器36可以包括支撑多个纳米结构36a的支撑层36b。支撑层36b可以包括折射率小于纳米结构36a的折射率的材料。例如，支撑层36b可以包括SiO₂、透明导电氧化物(TCO)或聚合物，如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。构成支撑层36b的材料不限于此，并且在一些情况下，支撑层36b可以包括半导体材料。支撑层36b和纳米结构36a可以包括相同或相似的半导体材料。例如，支撑层36b和纳米结构36a都可以包括III-V族半导体化合物。此外，通过调节化合物的组成比，可以使支撑层36b的折射率小于纳米结构36a的折射率。支撑层36b和纳米结构36a的折射率之间的差异可以是约0.5或更大。

增益层30的第二覆层33还可以包括孔径层34，用于调节发射光的模式或光束尺寸。孔径层34可以包括特定氧化物。这里，孔径层34被示出为形成在增益层30下方，但是示例实施例不限于此。例如，孔径层34可以设置在增益层30的顶部上。另外，可以设置多个孔径层34或可以省略孔径层34。孔径层34还可以包括***层35。***层35可以包括与增益层30相同类型或相似类型的半导体材料。***层35可以掺杂有特定杂质。

当应用于三维形状识别传感器时，VCSEL可以发射约850nm或940nm的激光束，或者可以发射近红外波段的光。然而，发射光的波长不受特别限制，并且可以发射利用结构光的应用所需的波段的光，或者可以发射利用扫描光的应用所需的波段的光。

可以在DBR 20和增益层30之间设置第一接触层25。第一接触层25可以设置为对应于多个增益层30中的每一个。例如，当增益层30以n×m(n和m是自然数)矩阵阵列的形式布置时，第一接触层25可以被设置为共同对应于布置在任何一行中的增益层30。根据示例实施例，第一接触层25可以设置为共同对应于布置在两行或更多行中的增益层30。彼此相邻的第一接触层25可以间隔开。

参照图1，还可以在DBR 20的两端设置不产生光的包括虚设有源层321的虚设增益层301。图3是虚设增益层301的放大视图。参照图3，虚设增益层301可以包括第一覆层31和第二覆层33。虚设增益层301可以被配置为不被施加电压来产生光。用于向第一接触层25施加电压的第一接触金属39可以设置在虚设增益层301中。第一接触金属39可以由虚设增益层301支撑，并且可以延伸到第一接触层25并且电连接到第一接触层25。

例如，第一接触层25可以是n型接触层，并且第一接触金属39可以是n型接触金属。然而，示例实施例不限于此，第一接触层25可以是p型接触层，并且第一接触金属39可以是p型接触金属。第一接触层25可以包括透明导电材料，光可以透射过该透明导电材料。第二接触层28可以设置在增益层30的另一表面上。可以设置用于向第二接触层28施加电压的第二接触金属38。例如，第二接触层28可以是p型接触层，并且第二接触金属38可以是p型接触金属。第二接触层28可以设置为与纳米结构反射器36相邻。由于虚设增益层301未连接到第二接触金属38，因此没有电压被供应到虚设增益层301，因此不产生光。

还可以在第一接触层25和第二接触金属38之间或者在第一接触层25和第二接触层28之间设置用于电隔离的绝缘保护层37。当增益层30以n×m(n和m是自然数)矩阵阵列的形式布置时，第二接触金属38可以耦接到第二接触层28，第二接触层28被设置为共同对应于布置在任何一行中的增益层30。此外，设置在每列中的第二接触层28可以布置成彼此分开。稍后将描述电布线结构。

当通过第一接触金属39和第二接触金属38接通电力时，增益层30产生光。光可以在DBR 20和纳米结构反射器36之间谐振并且通过基板10发射到外部。

参照图1，还可以在基板10的另一个表面上设置元表面层15。元表面层15可以包括元透镜、元棱镜或元衍射元件。

元表面层15可以具有亚波长尺寸，并且可以包括具有相对高折射率的纳米结构15a和在纳米结构15a周围具有相对低折射率的材料。纳米结构15a可以设置在支撑层15b上。例如，纳米结构反射器36的纳米结构36a的厚度、宽度和布置间距中的至少一个具有小于或等于光波长的一半的数值，并且元表面层15的纳米结构15a的厚度、宽度和布置间距中的至少一个可以具有等于或小于光波长的三分之二的数值。然而，这仅是示例，并且示例实施例不限于此。

纳米结构15a可以包括电介质或半导体材料。例如，纳米结构15a可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、Si₃N₄、GaP、TiO₂、AlSb、AlAs、AlGaAs、AlGaInP、BP和ZnGeP₂中的任何一种。根据示例实施例，纳米结构15a可以包括导电材料。作为导电材料，可以采用能够引起表面等离子激发的高导电金属材料。例如，可以使用选自Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Os、Ir和Au中的至少一种作为导电材料，或者包括上述金属中的任何一种的合金可以用作导电材料。此外，可以采用具有良好导电性的二维材料，如石墨烯或导电氧化物。根据示例实施例，纳米结构15a中的一些可以包括具有相对高的折射率的电介质材料，并且纳米结构15a的剩余部分可以包括导电材料。

支撑层15b可以包括折射率小于纳米结构15a的折射率的材料。例如，支撑层15b可以包括SiO₂、透明导电氧化物(TCO)或聚合物，如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。构成支撑层15b的材料不限于此，并且在一些情况下，支撑层15b可以包括半导体材料。支撑层15b和纳米结构15a可以包括相同或相似的半导体材料。例如，支撑层15b和纳米结构15a都可以包括III-V族半导体化合物。此外，通过调节化合物的组成比，可以使支撑层15b的折射率小于纳米结构15a的折射率。支撑层15b和纳米结构15a的折射率之间的差异可以是约0.5或更大。然而，示例实施例不限于此。

图4是图1中的元表面层的示例的透视图。

参照图4，元表面层151可以包括支撑层151b和设置在支撑层151b上的多个纳米结构151a。图4示出了纳米结构151a以矩形点阵形状布置的示例，但是示例实施例不限于此。纳米结构151a可以具有如圆柱形状、椭圆柱形状和矩形柱形状的各种形状中的任何一种。这里，示出了纳米结构151a具有圆柱形状的情况。纳米结构151a可以例如以径向形状布置。

图5是图1中的元表面层的另一示例的截面图。

参照图5，元表面层151可以包括支撑层151b和设置在支撑层151b中的多个纳米结构151a。图5示出了纳米结构151a以矩形点阵形状布置的示例。另外，纳米结构151a也可以布置成六边形点阵形状，并且布置形状可以变化。此外，元表面层151可以包括另一支撑层151c。

图6是可以应用于元表面层的另一示例的纳米结构的结构透视图。

参照图6，纳米结构152可以具有在第一方向(例如，XY平面上的X轴方向)上的长轴和在第二方向(例如，Y轴方向)上的短轴。长轴方向上的尺寸可以被称为长度L，而短轴方向上的尺寸可以被称为宽度W。另一方面，Z轴方向上的尺寸可以被称为厚度T或高度H。长度L可以大于宽度W，并且纳米结构152可以在XY平面上具有椭圆形状或与其类似的形状。可以说纳米结构152具有各向异性结构。

纳米结构152的宽度W、长度L和/或厚度T可以小于或等于发射波长λ的一半。而且，当纳米结构152规则布置时，彼此相邻的两个纳米结构152之间的间隔(例如，两个纳米结构152的中心之间的间隔)可以等于或小于发射波长λ的三分之二。

纳米结构152的各向异性结构可以宽泛地变化。例如，纳米结构152可以在XY平面上具有除椭圆形状之外的各向异性结构。图7和图8中示出了其示例。

参照图7，纳米结构153可以具有矩形柱形状。纳米结构153可以在XY平面上具有矩形各向异性结构。

参照图8，纳米结构154可以具有十字形柱结构。此时，X轴方向上的长度L可以大于Y轴方向上的宽度W。因此，可以说纳米结构154具有各向异性结构。

如上参照图6至图8所述，当纳米结构152、153和154具有各向异性结构时，可以通过使用纳米结构152、153和154的阵列来控制入射在纳米结构152、153和154上的光的偏振方向。通过在特定方向上布置具有各向异性结构的纳米结构152、153和154，可以控制入射在纳米结构152、153和154上的光在特定方向上偏振。然而，纳米结构152、153和154的结构仅是示例，并且可以在其中进行各种修改。

根据示例实施例，元表面层15可以被设计为用作元透镜、元棱镜或元衍射元件。构成元表面层15的多个纳米结构的尺寸分布和布置规则可以被设计为使得元表面层15用作凹透镜、凸透镜、棱镜或者衍射元件。

图9是根据另一示例实施例的元表面层的纳米结构的示意性结构的截面图。

参照图9，元表面层155可以包括支撑层155a和设置在支撑层155a上的多个纳米结构155b。多个纳米结构155b的尺寸分布和布置规则可以被设计为使得元表面层155用作凹透镜。例如，多个纳米结构155b的宽度W可以随着距元表面层155的中心的距离d的增加而增大。当纳米结构155b的位置被定义为距元表面层155的中心的距离d时，纳米结构155b在给定位置处的宽度W可以被设置为特定值，使得元表面层155操作为凹透镜或凸透镜。随着距元表面层155的中心的距离d增加，纳米结构155b的宽度W可以增大。

在另一示例中，可以重复图9中描述的纳米结构155b的宽度W的变化规则。图10中示出了其示例。

参照图10，元表面层156可以包括支撑层156a和多个纳米结构156b，其中多个纳米结构156b的宽度W可以根据一定的规则在远离元表面层156的中心的方向上增大。元表面层156可以根据远离中心O的方向上的距离被划分为多个区域，并且所述多个区域中的多个纳米结构156b的宽度W可以在远离中心O的方向上增大。这里，为以下情况：宽度W从中心(d＝0)到位置R1增大，并且随着距离d从位置R1增加，宽度W再次增大。重复宽度W的增大规则的周期可以变化。元表面层156可以用作凹透镜或凸透镜。

当元表面层155和156用作凹透镜或凸透镜时，从一个或多个VCSEL发射的光可以在感兴趣的空间上具有特定形状和特定强度分布。通过将用作凹透镜或凸透镜的元表面层155和156的焦距设置为接近VCSEL的发射表面，从VCSEL发射的光束可以以不同的角度发射，具有特定的发散或准直度。因此，可以调节感兴趣空间上的照射图案。此外，通过使用下面将参照图13至图17描述的方法，可以根据照射时间每次顺序地驱动多个VCSEL中的一个或几个，以根据时间按需扫描感兴趣的空间。可以通过调节构成元表面层155和156的多个纳米结构的尺寸分布和布置规则来控制元表面层155和156的光学特性，并因此能够进行发射光的光束形成和光束成形。

图11是根据另一示例实施例的元表面层的示意性结构的截面图。

参照图11，元表面层157可以包括支撑层157a和设置在支撑层157a上的多个纳米结构157b。多个纳米结构157b的尺寸分布和布置规则可以被设计为使得元表面层157用作凹透镜或凸透镜。例如，多个纳米结构157b的宽度W可以随着距元表面层157的中心的距离d的增加而减小。随着距元表面层157的中心O的距离d增加，纳米结构157b的宽度W可以减小。

可以重复上面参照图11描述的纳米结构157b的宽度W的变化规则。图12中示出了其示例。

参照图12，元表面层158可以包括支撑层158a和多个纳米结构158b，其中多个纳米结构158b的宽度W可以根据一定的规则在远离元表面层158的中心O的方向上减小。元表面层158可以根据远离中心O的方向上的距离被划分为多个区域，并且所述多个区域中的多个纳米结构158b的宽度W可以在远离中心O的方向上减小。重复宽度W的减小规则的周期可以变化。元表面层158可以用作凸透镜或凹透镜。以类似于上面参照图10描述的方式，可以以各种方式照射感兴趣的空间。

多个纳米结构的尺寸和布置可以被设置为，使得元表面层被配置为偏转入射光。多个纳米结构的布置规则和尺寸分布可以被设置为使得多个纳米结构的宽度或尺寸在一个方向(例如，水平方向)上逐渐减小或增大。此外，相应的布置可以作为一个周期单元在二维表面上重复。根据示例实施例，多个纳米结构的宽度和尺寸可以在一个方向(例如，水平方向)上随机设置。元表面层15可以用在VCSEL中，可以进行各种调节以控制发射光的光学性能，例如光束直径、会聚/发散/准直形状和取向，并且还可以进行调节以控制发射光的偏振方向。同时，上面参照图4至图12描述的纳米结构也可以应用于纳米结构反射器36。

图13是根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件的布线结构的示意平面图。

参照图13，背面发光式光源阵列器件可以包括有源区A100，其中布置有多个VCSELV10。有源区A100可以包括电连接到多个VCSEL V10的多个第一布线W10和多个第二布线W20。例如，第一布线W10可以对应于第一接触金属，第二布线W20可以对应于第二接触金属。背面发光式光源阵列器件还可以包括电连接到多个第一布线W10的第一驱动器D10和电连接到多个第二布线W20的第二驱动器D20。当通过第一驱动器D10向第一布线W10中的任何一个施加电压并且通过第二驱动器D20向第二布线W20中的任何一个施加电压时，在被施加电压的第一布线W10和第二布线W20相交的点处的VCSEL可以发射光。在示例实施例中，第一布线W10和第二布线W20可以设置在热沉40(参见图1)中。

图14是根据示例实施例的背面发光阵列的布线结构的示意平面图。

参照图14，在第一方向(A方向)上延伸的多个第一接触金属图案r1至r8和在与第一方向(A方向)相交的第二方向(B方向)上延伸的多个第二接触金属图案c1至c13可以设置在热沉40中。多个第一接触金属图案r1至r8可以布置为彼此分开。多个第二接触金属图案c1至c13可以布置为彼此分开。多个第一接触金属图案r1至r8可以是行布线，而多个第二接触金属图案c1至c13可以是列布线。第一接触金属图案r1至r8中的每个可以包括第一接触层25(参见图1)和第一接触金属39(参见图1)。第二接触金属图案c1至c13中的每个可以包括第二接触层28(参见图1)和第二接触金属38(参见图1)。多个第一接触金属图案r1至r8的数量和多个第二接触金属图案c1至c13的数量仅是示例并且可以变化。VCSEL V20可以设置在多个第一接触金属图案r1至r8和多个第二接触金属图案c1至c13相交的点处。虚设增益层V30可以设置在多个第一接触金属图案r1至r8的两侧。

根据阴极操作点和阳极操作点，VCSEL V20可以被各个地操作(2D操作)或被逐行操作(1D操作)。例如，当VCSEL V20被指示为矩阵时，在第一接触金属图案r1和第二接触金属图案c1被供电时，VCSEL(1，1)导通，并且在第一接触金属图案r1和第二接触金属图案c2被供电时，VCSEL(1，2)导通。因此，VCSEL V20可以被各个地驱动并且被二维地控制。VCSELV20可以被逐行操作并且被一维地驱动。例如，当第一行第一接触金属图案r1接通并且第二接触金属图案c1-c13同时选择性地接通和关断时，可以操作第一行接触金属图案r1。当第二行第一接触金属图案r2接通并且第二接触金属图案c1-c13同时选择性地接通和关断时，可以操作第二行接触金属图案r2。当第一接触金属图案r1至r8可以同时选择性地接通和关断并且第一列第二接触金属图案c1接通时，可以操作第一列第二接触金属图案。当第一接触金属图案r1至r8可以同时选择性地接通和关断并且第二列第二接触金属图案c2接通时，可以操作第二列第二接触金属图案c2。因此，可以执行逐行发射控制。

下面将描述操作图14中所示的背面发光式光源阵列器件的方法。

单个VCSEL操作方法如下执行：

VCSEL(1，1)导通：r1接通且c1接通

VCSEL(1，2)导通：r1接通且c2接通

......

VCSEL(8，13)导通：r8接通且c13接通

逐行VCSEL操作方法如下执行：

VCSEL(第1行)导通：r1接通且c1～c13接通

VCSEL(第2行)导通：r2接通且c1～c13接通

......

VCSEL(第8行)导通：r8接通且c1～c13接通

另一逐行VCSEL操作方法如下执行：

VCSEL(第1列)导通：r1～r8接通且c1接通

VCSEL(第2列)导通：r1～r8接通且c2接通

......

VCSEL(第13列)导通：r1～r8接通且c13接通

如上所述，在单个VCSEL操作方法中，可以各个地操作多个VCSEL。在逐行操作方法中，可以顺序地操作各行VCSEL，或者可以顺序地操作各列VCSEL。在每种方法中，操作顺序可以改变。

通过如上所述对VCSEL的发射进行电控制，根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件可以应用于进行光扫描的扫描仪中或结构光投影仪中。例如，可以通过控制VCSEL顺序地发射光并通过使用元表面层15控制光的行进方向来进行光扫描。可以通过控制VCSEL同时发射光并通过使用元表面层15形成图案化光来形成结构光。可以通过使用扫描仪或结构光投影仪获得目标对象的三维图像。

接下来，图15是根据另一示例实施例的背面发光式光源阵列器件的布线结构的视图。

参照图15，在第一方向(A方向)上延伸的多个第一接触金属图案组R1至R5和在与第一方向(A方向)相交的第二方向(B方向)上延伸的多个第二接触金属图案组C1至C6可以设置在热沉40中。多个第一接触金属行组R1至R5可以共同包括多个行布线，并且多个第二接触金属列组C1至C6可以共同包括多个列布线。例如，第一接触金属行组R1至R5中包括的多个行布线可以操作为一个阴极(一个n型接触层)，并且第二接触金属列组中包括的多个列布线可以操作为一个阳极(一个p型接触层)。多个第一接触金属行组R1至R5的数量、多个第一接触金属行组R1至R5中包括的多个行布线的数量、多个第二接触金属列组C1至C6的数量以及多个第二接触金属列组C1至C6中包括的多个列布线的数量仅是示例，并且可以改变。多个VCSEL V20可以设置在多个第一接触金属图案组R1至R5与多个第二接触金属图案组C1至C6相交的点处。可以分别与多个第一接触金属图案组R1至R5相对应地设置虚设增益层V30。

图16是应用了图15的布线结构的背面发光式光源阵列器件的视图。图16示出了与沿图15中的线I-I截取的横截面相对应的结构。在图16中，将省略与图1中相同的附图标记所表示的组件的详细描述。增益层30可以布置为n×m(n和m是自然数)矩阵阵列，并且第二接触金属381(例如，p型接触金属)可以设置为共同对应于两列或更多列增益层组。此外，第一接触层25(例如，n型接触层)和第一接触金属391(例如，n型接触金属)可以设置为共同对应于两行或更多行增益层组。

参照图16，第二接触金属381可以具有共同对应于设置在三列中的增益层30的结构。第一接触金属391可以具有共同对应于设置在三行中的增益层30和设置在三行中的虚设增益层301的结构。

下面将描述操作图15中所示的背面发光式光源阵列器件的方法。

单个VCSEL组操作方法如下执行：

VCSEL(1，1)组导通：R1接通且C1接通

VCSEL(1，2)组导通：R1接通且C2接通

......

VCSEL(5，6)组导通：R5接通且C6接通

逐行VCSEL组操作方法如下执行：

VCSEL(第1行组)导通：R1接通且C1～C6接通

VCSEL(第2行组)导通：R2接通且C1～C6接通

......

VCSEL(第5行组)导通：R5接通且C1～C6接通

逐行VCSEL组操作方法如下执行：

VCSEL(第1列组)导通：R1～R5接通且C1接通

VCSEL(第2列组)导通：R1～R5接通且C2接通

VCSEL(第6列组)导通：R1～R5接通且C6接通

以这种方式，行布线和列布线的分组可以实现更快的电驱动。

图17是根据另一示例实施例的背面发光式光源阵列器件的视图。

参照图17，图17的背面发光式光源阵列器件与图1的背面发光式光源阵列器件的不同之处在于，在纳米结构反射器36和热沉40之间还设置有至少一个层。下面将参照图17仅描述不同之处，并且将省略与图1中相同的附图标记所表示的组件的描述。

还可以在纳米结构反射器36和热沉40之间设置接合层51。接合层51可以包括金属。还可以在接合层51和热沉40之间设置绝缘层53。此外，还可以在绝缘层53和热沉40之间设置导热层55。导热层55可以允许向热沉40高效地散发VCSEL所产生的热量。

由于根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件通过基板10发射光，所以背面发光式光源阵列器件可以包括热沉40，热沉40具有耦接到纳米结构反射器36的布线结构，因此可以更加有效地排放VCSEL所产生的热量。因此，可以降低或解决由于发热导致的误差和寿命恶化。此外，可以容易地通过半导体工艺制造背面发光式光源阵列器件，而不受发光方向的限制。此外，由于VCSEL可以有助于背面发光式光源阵列器件的小型化、改善操作速度和降低功耗并使发射光的光学性质多样化，因此包括VCSEL的背面发光式光源阵列器件可以应用于包括光学传感器和光子集成电路(IC)系统的各种领域，并且还可以应用于各种其他电子装置和光学装置。

图18是示出了根据实施例的电子装置(光学装置)的示意性结构的框图。

参照图18，根据示例实施例的电子装置可以包括：光源1000，其朝向目标对象OBJ照射光L10；以及传感器2000，其检测从光源1000发射的并被目标对象OBJ调制的光L20。这里，光源1000可以包括根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件。此外，电子装置还可以包括分析器3000，用于分析由传感器2000检测的光并分析目标对象OBJ的物理性质、形状、位置和移动中的至少一项。

在光源1000和目标对象OBJ之间，还可以布置执行附加操作的光学元件，该附加操作例如是调节由光源1000产生的光朝向目标对象OBJ的取向、调节光束尺寸或将光调制成图案化光。当在光源1000中设置的元表面层15(参见图1)被适当地设计为执行这些操作时，可以省略这种光学元件。传感器2000感测由目标对象OBJ调制(反射)的光L20。传感器2000可以包括光检测元件的阵列。传感器2000还可以包括光谱元件，用于按照波长分析由目标对象OBJ调制(反射)的光L20。

分析器3000可以通过分析由传感器2000接收的光来分析目标对象OBJ的物理性质、形状、位置和移动中的至少一项。可以通过将照射到目标对象OBJ的光L10的图案与由目标对象OBJ反射的光L20的图案进行比较来分析目标对象OBJ的3D形状、位置和移动。可以通过分析由于入射光(例如，光L10)而使目标对象OBJ激发的光的波长来分析目标对象OBJ的材料特性。

根据示例实施例的电子装置还可以包括用于控制光源1000的操作或传感器2000的操作的控制器，并且还可以包括存储器，其中存储了要由分析器3000执行的提取三维信息的计算程序。关于分析器3000的计算结果的信息，即关于目标对象OBJ的形状、位置、材料特性等，可以被发送给另一单元。例如，可以将所述信息发送给采用该电子装置的设备的控制器。

根据示例实施例的电子装置还可以用作用于精确地获得关于前方对象的三维信息的传感器，因此该电子装置可以用于各种设备中。这样的设备可以包括例如自主操作设备，如无人驾驶车辆、自动驾驶车辆、机器人和无人机，并且还可以包括增强现实设备、移动通信设备、物联网(IOT)设备等。

参照图17描述的电子装置(光学装置)的配置仅是示例，并且根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件可以应用于各种电子装置(光学装置)。背面发光式光源阵列器件可以应用于各种领域，如成像设备、投影仪、扫描仪和传感器。

示例实施例的背面发光式光源阵列器件可以用在用于通过显示面板照射目标对象的各种电子装置中。

图19是示出了根据示例实施例的电子装置的示意性配置的框图。

电子装置4000可以包括：显示器4100，向目标对象OBJ照射光Li；传感器4300，接收由目标对象OBJ反射的光Lr；以及处理器4200，执行用于根据从传感器4300接收的光获得关于目标对象OBJ的信息的计算。显示器4100可以包括用于照射光的背面发光式光源阵列器件4110和用于显示图像的显示面板4120。

电子装置4000还可以包括存储器4400，其中存储有用于处理器4200的计算的代码或数据。

从背面发光式光源阵列器件4110发射的光Li可以通过显示面板4120的透射窗口照射目标对象OBJ。

背面发光式光源阵列器件4110可以用结构光照射或扫描目标对象OBJ。传感器4300感测被目标对象OBJ反射的光Lr。传感器4300可以包括光检测元件的阵列。传感器4300还可以包括光谱元件，用于按照波长分析被目标对象OBJ反射的光。

处理器4200执行用于根据从传感器4300接收的光获得关于目标对象OBJ的信息的计算，并且还可以管理整个电子装置4000的处理和控制。处理器4200可以获得并处理关于目标对象OBJ的信息，例如2维或3维图像信息，并且还可以整体控制背面发光式光源阵列器件4110的操作和传感器4300的操作。处理器4200还可以基于从目标对象OBJ获得的信息来确定用户是否被认证等，并且还可以执行其他应用。

存储器4400可以存储用于在处理器4200中执行的代码，并且还可以存储要由电子装置4000执行的各种执行模块及其数据。例如，存储器4400可以存储由处理器4200进行用于获得关于目标对象OBJ的信息的计算所使用的程序代码、以及可以通过使用关于目标对象OBJ的信息执行的诸如应用模块的代码。此外，存储器4400还可以存储通信模块、相机模块、运动图像回放模块、音频回放模块等，作为用于操作可以在电子装置4000中另外设置的设备的程序。

由处理器4200进行计算的结果，即关于目标对象OBJ的形状和位置的信息，可以根据需要发送给另一设备或另一单元。例如，可以将关于目标对象OBJ的信息发送给使用关于目标对象OBJ的信息的另一电子设备的控制器。计算的结果被发送到的该另一单元可以是输出结果的显示设备或打印机。另外，该另一单元可以是但不限于：智能电话、移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型个人计算机(PC)、台式PC、各种可穿戴设备以及其他移动或固定计算设备。

存储器4400可以包括以下至少一种类型的存储介质：闪速存储器、硬盘、多媒体卡、卡类型存储器(例如，SD或XD存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可编程ROM(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。

例如，电子装置4000可以是但不限于：便携式移动通信设备、智能电话、智能手表、PDA、膝上型PC、台式PC以及其他移动或固定计算设备。电子装置4000可以是自主操作设备，诸如无人驾驶车辆、自动驾驶车辆、机器人和无人机，或者是物联网(IoT)设备。

图20是图19的电子装置的示例的透视图。

如图20所示，电子装置4000可以采用全屏显示型显示器。例如，电子装置4000可以是无边框型，其中显示表面4100a几乎占据电子装置4000的正面的整个区域。而且，显示表面4100a的形状可以是没有缺口的矩形形状。

如上所述，根据示例实施例的背面发光式光源阵列器件可以设置在显示面板的背面上，并且通过均匀分布在整个显示表面上的透射窗口或者形成在一个区域中的具有一定尺寸的透射窗口照射显示面板的正面。因此，如图20所示的无边框且无缺口的显示器可以应用于电子装置4000。

示例实施例中描述的实现是说明性的，并且不以任何方式限制本公开的范围。为了描述的清楚性，可以省略对传统电子配置、控制系统、软件和这些系统的其他功能方面的描述。此外，图中所示的组件之间的连接构件或线的连接是功能连接和/或物理连接或电路连接的示例说明，其可以被各种功能连接、物理连接或电路连接替换或由各种功能连接、物理连接或电路连接另外提供。

应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的示例实施例。对每个示例实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。

尽管已参照附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。