초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
o 멀티빔 플래시 라이다용 초고효율(50% 이상) 광원 개발
o End Product
- LiDAR 센서용 1채널 멀티정션 940nm VCSEL Array 칩 (HW)
- LiDAR 센서용 16채널 멀티정션 940nm VCSEL 어드레서블 칩 (HW)
- LiDAR 1채널 用 고방열 3532 VCSEL 패키지 (HW)
- LiDAR 16채널 用 어드레서블 광원 모듈 (HW)
o 주요 성능치
- Wavelength : 940±10nm
- P

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
o 멀티빔 플래시 라이다용 초고효율(50% 이상) 광원 개발
o End Product
- LiDAR 센서용 1채널 멀티정션 940nm VCSEL Array 칩 (HW)
- LiDAR 센서용 16채널 멀티정션 940nm VCSEL 어드레서블 칩 (HW)
- LiDAR 1채널 用 고방열 3532 VCSEL 패키지 (HW)
- LiDAR 16채널 用 어드레서블 광원 모듈 (HW)
o 주요 성능치
- Wavelength : 940±10nm
- Pop (at 2.7A QCW) : 5W 이상
- Vop (at 2.7A QCW) : 6V 이하
- PCE(Power Conversion Efficiency) : 50% 이상
- 디퓨저 렌즈 수평/수직 방사각 : 60도 / 45도 구현
- 패키지 사이즈 : 35mmx32mm 이하
- 16채널 어드레서블 광원 Pop (at ~40A QCW) : 60W 이상

◼ 전체 내용
o 기술융합 도식도
o 멀티정션 940nm VCSEL 에피택시 구조 설계
- 멀티정션 VCSEL 에피택시 최적화를 위해서는 2D/3D 시뮬레이션 활용하여 DBR 반사도 및 FP deep 위치 최적화, optical phase matching, 포톤 흡수 분포 추적, 모듈레이션 도핑 설계를 통한 전기적 특성 최적화 진행이 필요함
o 초고효율 실현 위한 멀티정션 VCSEL 에피택시 개발
- 기존 개발된 VCSEL은 싱글정션 구조로 효율 40%에서도 스마트폰 안면인식 및 근거리 솔루션에 적용에 충분하였으나, 최근 스마트폰 증강현실 기능 및 자율주행 플래시 라이다의 감지거리 확대를 위해서는 낮은 전류에서도 레이저의 출력을 극대화 할 수 있는 2세대 VCSEL 구조로 50%이상 초고효율을 가진 멀티정션 에피택시 기술이 필요함.(본 과제를 통하여 더블정션으로 ~45%, 트리플정션으로 ~50%의 특성을 확보하고자 함)
o 1채널/16채널 멀티정션 VCSEL 광원 개발
- 기생 캐패시턴스와 저항 최소화 위한 칩 설계 기술 적용 및 방열 특성 고려한 칩 제작 기술 확보
- 렌즈 얼라인 고려한 어드레서블 칩 설계 능력 확보 제작
o LiDAR 1채널 用 고방열 3532 VCSEL 패키지
- 기존 스마트폰 페이스인식을 비롯한 2W及 3D 센싱 用 패키지는 3324 사이즈로 대응을 하였으나, 전장용 및 증강현실용은 3W 이상의 출력을 요구하기 때문에 고객들이 방열 특성이 우수한 3532 패키지 개발 필요
o LiDAR 1채널 멀티정션 VCSEL 실장 평가 및 멀티빔 LiDAR 16채널 광원 모듈 개발
- 개발된 멀티정션 1채널/16채널 VCSEL 광원을 이용하여 차량 내외부용 LiDAR 센서 광원 모듈에 적용하여 검증 진행
: 1채널 →In-cabin 센서, 16채널 → 차 외부 라이다 센서
o 멀티정션 라이다 광원 및 모듈 평가, 신뢰성 기술 확보 및 고장 모드 분석 기술 확보

□ 연구개발성과
o 개발내용
- LiDAR 1채널 용 940nm VCSEL 어레이 칩
- LiDAR 16채널 용 940nm VCSEL 어레이 칩
- 차량 내부용 고방열 AlN 3532 패키지
- LiDAR 1채널 용 VCSEL 광원 모듈 개발
- LiDAR 16채널 용 VCSEL 광원 모듈 개발
- VCSEL 어레이칩 Soldering 및 고정밀 본딩 기술
- VCSEL 광모듈 전기/광학적 특성 평가 기술 확보
- LiDAR 용 VCSEL 신뢰성 평가 기술 확보
o 핵심 기술
- in-cabin 및 모바일 LiDAR 용으로 사용될 수 있는 초고효율 더블정션 VCSEL 에피 웨이퍼의 2D/3D 시뮬레이션 기술과 에피 설계기술 및 성장기술 확보
- 성장된 웨이퍼를 이용하여 단위공정 최적화를 진행, 50% 효율을 갖는 VCSEL 어레이 칩 설계 및 제작 기술 확보
- LiDAR 16채널 어드레서블 트리플정션 VCSEL 광원 설계 및 제작 기술 확보
- 차량 내부용 및 모바일에 사용되는 AlN 기반의 고방열과 일정한 화각을 형성하기 위한 렌즈가 결합된 3532 광모듈 패키지 설계 및 제작 기술 확보
- 3532 패키지를 이용한 1채널 用 VCSEL 광원 모듈 및 관련 테스트 보드 등의 설계 및 제작 기술 확보
- 멀티빔 LiDAR 16채널 용 어드레서블 광원 모듈 및 관련 테스트 보드 등의 설계 및 제작 기술 확보
o 개발 결과

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
o 본 사업에서 개발된 멀티정션 VCSEL 어레이 칩과 패키지 기술은 모바일 후면의 증강 현실 및 차량용 라이다 센서 수요증가로 인하여 시장이 ‘23년까지 4조원 규모로 성장을 예상하고 있으며, 특히 코로나로 인한 물류 자동화로봇 및 스마트공장 safety 라이다 시장도 급성장하고 있음
o 멀티정션 초고출력 VCSEL은 자율주행차용 실내/외 LiDAR 광원, 드론 등의 수송 기기에 적용 가능하며 응용 범위가 무한해 향후 3D 센서용 광원으로 절대적 역할을 할 것으로 판단함
* 본과제의 VCSEL 개발로 자율주행용 라이다 및 자동차용 ToF 매출이 예상되며 이의 공장용/산업용 라이다 횡전개 및 해외시장 진입등을 포함하여 본과제에 따른 관련 매출은 2024년부터 2026년까지 49,650백만원의 매출을 예상

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1-1. 필요기술 내용 ... 9
• 1-2. 필요기술 적용 제품·서비스 ... 11
• 1-3. 필요기술이 적용된 제품·서비스의 국내/외 시장현황 ... 13
• 1-4. 기대효과 ... 21
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 23
• 2-1. 기술개발의 성능 목표 ... 23
• 2-2. 기술 개발의 범위 ... 24
• 2-3. 추진계획 대비 수행실적 ... 25
• 2-4. 수행내용 ... 26
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 68
• 1) 연구수행 결과 ... 68
• 2) 목표 달성 수준 ... 78
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 78
• 5. 연구개발성과의 활용 및 사업화 계획 ... 79
• 끝페이지 ... 83