CN113903835A - 光调制元件、光束转向器件和电子设备 - Google Patents

光调制元件、光束转向器件和电子设备 Download PDF

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申昶均
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Abstract

提供了一种光调制元件，包括：第一接触层；第二接触层；有源层，设置在第一接触层与第二接触层之间；第一接触插塞，设置在第一接触层与有源层之间；以及第二接触插塞，设置在第二接触层与有源层之间，其中，第一接触插塞和第二接触插塞中的至少一个的宽度小于有源层的宽度。

Description

光调制元件、光束转向器件和电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月7日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2020-0083604和于2021年3月11日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2021-0031784的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开的示例实施例涉及用于光调制元件的方法和装置、光束转向器件和电子设备。
背景技术
在各种光学设备中使用用于改变入射光的透射/反射、偏振、相位、强度、路径等的光调制元件。为了在光学设备中以期望的方式控制光的特性，已经提出了具有各种结构的光调制元件。
例如，具有光学各向异性的液晶、使用光阻挡/反射元件的精细机械运动的微机电系统(MEMS)结构等已广泛用于一般的光调制元件。这些光调制元件由于其操作方式的特性而具有几微秒或更长的缓慢操作响应时间。另外，存在一种通过使用光学相控阵列(OPA)利用多个像素或波导型光束的干涉来调制光的相位的方法。在此，电或热地控制像素或波导以调节光的相位。
当使用利用机械运动的MEMS结构时，光调制元件的体积增加，并且价格增加。此外，由于诸如振动的问题，该方法的应用可能受到限制。
在使用OPA的控制方法中，需要在每个像素或波导中存在操作像素，并且需要用于像素操作部的操作驱动器，这可能使电路和元件复杂化并且可能增加处理成本。
近来，已经尝试将超表面应用于光调制元件。超表面是这样的结构，其中小于入射光的波长的值被应用于厚度、图案或周期。例如，在从光学通信到光学感测的各种技术领域中，使用具有可变光学特性(例如，折射率)并使用具有多量子阱结构的基于半导体材料的可调谐超表面的光学器件。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了独立地控制光的增益和相位的光调制元件。
一个或多个示例实施例还提供了独立地控制光的增益和相位的光束转向器件。
一个或多个示例实施例还提供了包括独立地控制光的增益和相位的光束转向器件在内的电子设备。
然而，要解决的问题不限于这些。
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方面，提供了一种光调制元件，包括：第一接触层；第二接触层；有源层，设置在第一接触层与第二接触层之间；第一接触插塞，设置在第一接触层与有源层之间；以及第二接触插塞，设置在第二接触层与有源层之间，其中，第一接触插塞和第二接触插塞中的至少一个的宽度小于有源层的宽度。
有源层可以包括：多个量子点层，在与第一接触层的上表面垂直的方向上堆叠；以及多个阱层，分别设置在多个量子点层上，其中，有源层的宽度小于入射到有源层上的光的波长，并且多个量子点层的带隙能量小于多个阱层的带隙能量。
光调制元件还可以包括：第一绝缘膜，设置在第一接触层与有源层之间；以及第二绝缘膜，设置在第二接触层与有源层之间，其中，第一绝缘膜设置为与第一接触插塞相邻，并且其中，第二绝缘膜设置为与第二接触插塞相邻。
第一绝缘膜的折射率和第二绝缘膜的折射率可以分别低于第一接触塞的折射率和第二接触塞的折射率。
光调制元件还可以包括：钝化膜，设置在第一接触层上，其中，钝化膜设置为与第一接触层、第一绝缘膜、有源层、第二绝缘膜和第二接触层相邻。
第一绝缘膜和第二绝缘膜可以包括第一氧化物，其中，钝化膜可以包括与第一氧化物不同的电绝缘材料。
光调制元件还可以包括：第一电荷注入层，设置在有源层与第一接触插塞之间；以及第二电荷注入层，设置在有源层与第二接触插塞之间，其中，第一电荷注入层的宽度和第二电荷注入层的宽度分别大于第一接触插塞的宽度和第二接触插塞的宽度。
第一接触层和第一电荷注入层可以包括第一导电类型的砷化镓(GaAs)，其中，第二接触层和第二电荷注入层可以包括与第一导电类型不同的第二导电类型的GaAs，其中，第一接触插塞可以包括第一导电类型的砷化铝镓AlGaAs，并且其中，第二接触插塞可以包括第二导电类型的AlGaAs。
第一接触层、第一接触插塞和第一电荷注入层可以包括第一导电类型的硅(Si)，其中，第二接触层、第二接触插塞和第二电荷注入层可以包括与第一导电类型不同的第二导电类型的Si，其中，有源层可以包括本征Si，并且其中，多个量子点层可以包括锗(Ge)。
第一接触层、第一接触插塞和第一电荷注入层的导电类型可以为n型，其中，第二接触层、第二接触插塞和第二电荷注入层的导电类型可以为p型，其中，有源层可以是本征的，并且其中，第一接触层的宽度大于第二接触层的宽度。
光调制元件还可以包括：p型电极，设置在第二接触层上。
第一接触层、第一接触插塞和第一电荷注入层的导电类型可以为p型，其中，第二接触层、第二接触插塞和第二电荷注入层的导电类型可以为n型，其中，有源层以是本征的，并且其中，第一接触层的宽度可以大于第二接触层的宽度。
光调制元件还可以包括：n型电极，设置在第二接触层上。
多个量子点层中的每一个可以包括括多个量子点图案。
有源层还可以包括包括多个势垒层，并且其中，多个量子点层和多个阱层之中彼此相邻的量子点层和阱层可以设置在多个势垒层之中的成对的相邻势垒层之间。
多个量子点层可以包括本征砷化铟(InAs)，其中，多个阱层可以包括本征砷化铟镓(InGaAs)，并且其中，多个势垒层可以包括本征GaAs。
第二接触层可以包括：高浓度掺杂层；以及低浓度掺杂层，设置在高浓度掺杂层与第二接触插塞之间，其中，高浓度掺杂层和低浓度掺杂层具有相同的电导率，并且其中，高浓度掺杂层的掺杂浓度高于低浓度掺杂层的掺杂浓度。
光调制元件还可以包括：衬底，设置在第一接触层的与第一接触插塞相对的一面上；以及反射层，设置在衬底与第一接触层之间。
反射层可以包括分布式布拉格反射器(DBR)，分布式布拉格反射器(DBR)包括彼此交替堆叠的多个低折射率层和多个高折射率层。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种光束转向器件，包括：第一光调制元件；以及第二光调制元件，其中，第一光调制元件和第二光调制元件中的每一个包括：第一接触层；多个纳米结构，设置在第一接触层上；以及多个第二接触层，分别设置在多个纳米结构上，其中，多个纳米结构中的每一个包括第一接触插塞、设置在第一接触插塞上的有源层、和设置在有源层上的第二接触插塞，并且其中，第一接触插塞和第二接触插塞中的至少一个的宽度小于有源层的宽度。
第一光调制元件的第一接触层和第二光调制元件的第一接触层可以被配置为接收参考电压，其中，第一光调制元件的多个第二接触层中的每一个第二接触层可以被配置为接收第一电压，并且其中，第二光调制元件的多个第二接触层中的每一个第二接触层可以被配置为接收不同于第一电压的第二电压。
第一光调制元件的第一接触层和第二光调制元件的第一接触层可以彼此连接。
光束转向器件还可以包括：衬底，设置在第一光调制元件中第一接触层的与第一光调制元件的多个纳米结构相对的一面上，其中，衬底延伸到第二光调制元件的第一接触层上。
第一光调制元件的第一接触层和第二光调制元件的第一接触层可以彼此间隔开。
光束转向器件还可以包括：衬底，设置在第一光调制元件中第一接触层的与第一光调制元件的多个纳米结构相对的一面上，其中，衬底延伸到第二光调制元件的第一接触层上。
第一光调制元件的多个第二接触层和第二光调制元件的多个第二接触层可以被配置为接收参考电压，其中，第一光调制元件的第一接触层被配置为接收第一电压，并且其中，第二光调制元件的第一接触层被配置为接收不同于第一电压的第二电压。
第一光调制元件和第二光调制元件中的每一个还可以包括：电极，设置在多个第二接触层上，其中，电极电连接至多个第二接触层。
有源层可以包括：多个量子点层，在与第一接触层的上表面垂直的方向上堆叠；以及多个阱层，分别设置在多个量子点层上，其中，有源层的宽度小于入射在多个纳米结构上的光的波长，并且其中，多个量子点层的带隙能量小于多个阱层的带隙能量。
第一光调制元件的多个纳米结构和第二光调制元件的多个纳米结构中的每一个还可以包括：第一绝缘膜，设置为与第一接触插塞相邻；以及第二绝缘膜，设置为与第二接触插塞相邻。
第一光调制元件和第二光调制元件中的每一个还可以包括：钝化膜，设置在第一接触层上，其中，钝化膜设置为与多个纳米结构相邻。
光束转向器件还可以包括：衬底，设置在第一光调制元件中第一接触层的与第一光调制元件的多个纳米结构相对的一面上；以及反射层，设置在衬底与第一光调制元件的第一接触层之间，其中，衬底和反射层延伸到第二光调制元件的第一接触层上。
反射层可以包括分布式布拉格反射器(DBR)，该分布式布拉格反射器(DBR)包括彼此交替堆叠的多个低折射率层和多个高折射率层。
第一光调制元件的多个纳米结构和第二光调制元件的多个纳米结构中的每一个还可以包括：第一电荷注入层，设置在有源层与第一接触插塞之间；以及第二电荷注入层，设置在有源层与第二接触插塞之间，其中，第一电荷注入层的宽度和第二电荷注入层的宽度分别大于第一接触插塞的宽度和第二接触插塞的宽度。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子设备，包括：光源，被配置为发射光；光束转向器件，被配置为调整从光源发出的光的行进方向并将光引导至对象；传感器，被配置为接收从被光照射的对象反射的光；以及处理器，被配置为分析由传感器接收到的光，其中，光束转向器件包括第一光调制元件和第二光调制元件，其中，第一光调制元件和第二光调制元件中的每一个包括：第一接触层、设置在第一接触层上的多个纳米结构、以及分别设置在多个纳米结构上的多个第二接触层，其中，多个纳米结构中的每一个包括：第一接触插塞、设置在第一接触插塞上的有源层、和设置在有源层上的第二接触插塞，其中，第一接触插塞和第二接触插塞中的至少一个的宽度小于有源层的宽度。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种光调制元件，包括：第一接触层；第二接触层；有源层，设置在第一接触层与第二接触层之间，有源层包括多个量子点层；第一接触插塞，设置在第一接触层与有源层之间；以及第二接触插塞，设置在第二接触层与有源层之间，其中，第一接触插塞和第二接触插塞中的至少一个的宽度小于有源层的宽度。
附图说明
根据结合附图的以下描述，将更清楚示例实施例的以上和/或其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是根据示例实施例的光调制元件的截面图；
图2是根据示例实施例的有源层；
图3是根据另一示例实施例的有源层；
图4是根据另一示例实施例的有源层；
图5是示出图1的光调制元件的特性的曲线图；
图6示意性地示出了在图1的光调制元件中发生的浓度反转的过程；
图7示意性地示出了在图1的光调制元件中发生的感应发射的过程；
图8示意性地示出了图1的光调制元件中的折射率变化的过程；
图9、图10、图11和图12是示出参照图1至图4描述的光调制元件的制造方法的截面图；
图13是根据另一示例实施例的光束转向器件的截面图；
图14是根据另一示例实施例的包括光束转向器件在内的半导体器件的截面图；
图15是根据另一示例实施例的包括光束转向器件在内的半导体器件的截面图；
图16是根据另一示例实施例的光调制元件的截面图；
图17是根据另一示例实施例的包括光束转向器件在内的半导体器件的截面图；以及
图18是示出根据示例实施例的电子设备的示意性结构的框图。
具体实施方式
现在详细参考附图中所示的示例实施例，其中贯穿附图相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例性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。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。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”应该理解为仅包括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二者、或包括a、b和c的全部。
在下文中，现将参考附图来详细描述各示例实施例。在这点上，示例性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。附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中，为了清楚并且为了便于解释，元件的尺寸可能被夸大。
在下面描述的层结构中，诸如“上方”或“上”之类的表述不仅可以包括“以接触方式直接在上/下/左/右”的含义，而且还包括“以非接触方式在上/下/左/右”的含义。
单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确的不同意义。此外，当组件“包括”一元件时，除非另有相反的描述，否则应当理解，该组件不排除另一元件，而是还可以包括另一元件。
在描述本发明构思的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)对术语“一”、“一个”和“所述”及类似指示物的使用应当被解释为涵盖单数和复数两者。
如本文所用，在一个方向上偏转的光可以表示：光的行进方向可以具有或还可以具有一个方向作为新的分量。例如，当沿第一方向行进的光沿第二方向偏转时，光可以沿第一方向和第二方向被组合的方向行进。
图1是根据示例实施例的光调制元件10的截面图。
参照图1，光调制元件10可以包括第一接触层100、第二接触层500、纳米结构ST、钝化膜110和电极600。第一接触层100可以包括半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，GaAs)。第一接触层100可以具有第一导电类型，并且第一接触层100的掺杂浓度可以例如为约2×1018cm-3。
纳米结构ST可以设置在第一接触层100上，并且纳米结构ST的宽度可以小于第一接触层100的宽度。可以通过在与第一接触层100的上表面100u平行的方向上的尺度来测量纳米结构ST的宽度，并且纳米结构ST的宽度可以小于入射到光调制元件10的入射光IL的波长。例如，纳米结构ST的宽度可以是约600纳米(nm)或更小。纳米结构ST可以包括第一绝缘膜210、第一接触插塞220、第一电荷注入层230、有源层300、第二电荷注入层410、第二绝缘膜420和第二接触插塞430。
第一绝缘膜210可以设置在第一接触层100上。第一绝缘膜210可以包括电绝缘材料，例如，氧化物(例如，(SiOx)或(AlOx))。第一绝缘膜210的折射率可以比第一接触层100、第一接触插塞220和第一电荷注入层230中的每一个的折射率低。第一绝缘膜210可以包括第一孔210h，该第一孔210h穿透第一绝缘膜210并暴露第一接触层100。
第一接触插塞220可以设置在第一孔210h中并且可以填充第一孔210h。如图1所示，第一接触插塞220的宽度可以小于有源层300的宽度。第一接触插塞220可以电连接到第一接触层100。例如，第一接触插塞220可以穿透第一绝缘膜210并且直接接触第一接触层100。第一接触插塞220可以包括半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，砷化铝镓(AlxGa1-xAs))。当第一接触插塞220包括AlxGa1-xAs时，x可以在约0.8至约0.98的范围内。例如，在以1∶1的比例包含镓(Ga)和砷(As)在内的GaAs中，Ga的约80原子百分比(at％)至约98at％可以被铝(Al)取代，因此可以产生AlxGa1-xAs。第一接触插塞220可以具有第一导电类型，并且第一接触插塞220的掺杂浓度可以例如为约2×1018cm-3。
第一电荷注入层230可以设置在第一接触插塞220上，并且可以延伸到第一绝缘膜210上。第一电荷注入层230可以包括半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，GaAs)。第一电荷注入层230可以具有第一导电类型，并且第一电荷注入层230的掺杂浓度可以低于第一接触插塞220的掺杂浓度。例如，第一电荷注入层230的掺杂浓度可以为约1×1017cm-3。
可以在第一电荷注入层230上设置有源层300，并且有源层300的宽度可以小于入射光IL的波长。例如，有源层300的宽度可以为约600nm或更小。
图2是根据示例实施例的有源层。
参照图2，根据示例实施例，有源层300a可以包括多个势垒层310、多个阱层330和多个量子点层。多个势垒层310可以在与第一接触层100的上表面100u垂直的方向上堆叠，并且可以具有比阱层330和量子点层的带隙能量大的带隙能量。势垒层310可以包括具有本征导电类型的化合物半导体材料(例如，GaAs)。阱层330可以分别设置在势垒层31310之间，并且可以具有比量子点图案320的带隙能量大的带隙能量。就这一点而言，阱层330可以具有电子和空穴量化的能级。阱层330可以包括具有本征导电类型的化合物半导体材料。例如，当势垒层310包括GaAs时，阱层330可以包括砷化铟镓(InGaAs)。
每个量子点层可以包括量子点图案320。量子点图案320的带隙能量可以与入射光IL的能量基本相同。量子点图案320可以包括具有本征导电类型的化合物半导体材料。例如，当势垒层310包括GaAs并且阱层330包括InGaAs时，量子点图案320可以包括砷化铟(InAs)。
图3是根据另一示例实施例的有源层。
参照图3，与图2所示的有源层300a不同，有源层300b可以不包括图2中的阱层330。图3的有源层300b可以是基于IV族半导体材料(例如Si)的有源层300b。
势垒层310和量子点图案320可以包括IV族半导体材料。例如，势垒层310可以包括Si，并且量子点图案320可以包括锗(Ge)。
图4是根据另一示例实施例的有源层。
参照图4，与图2所示的有源层300a或图3所示的有源层300b不同，有源层300c还可以包括连接膜322。连接膜322可以设置在量子点图案320之间，并且可以将量子点图案320彼此连接。如图4所示，连接膜322可以设置在势垒层310和阱层330之间，并且可以包括与包括在量子点图案320中的材料基本相同的材料。连接膜322可以包括具有本征导电类型的半导体材料。例如，当量子点图案320包括InAs或Ge时，连接膜322也可以包括InAs或Ge。
参照图1，第二电荷注入层410可以设置在有源层300上。第二电荷注入层410可以包括半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，GaAs)。第二电荷注入层410可以具有与第一导电类型不同的第二导电类型。第二电荷注入层410的掺杂浓度可以低于第二接触插塞430的掺杂浓度，并且可以例如为约1×1017cm-3。
第二绝缘膜420可以设置在第二电荷注入层410上。第二绝缘膜420可以包括电绝缘材料，例如，氧化物(SiOx或AlOx)。第二绝缘膜420可以包括第二孔420h，该第二孔420h穿透第二绝缘膜420并且暴露第二电荷注入层410。
第二接触插塞430可以设置在第二孔420h中，并且可以填充第二孔420h。例如，第二接触插塞430可以穿透第二绝缘膜420，并且直接且电连接到第二电荷注入层410。第二接触插塞430可以包括半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，AlxGa1-xAs)。当第二接触插塞430包括AlxGa1-xAs时，x可以在约0.8至约0.98的范围内。在以1∶1的比例包含Ga和As在内的GaAs中，Ga的约80at％至约98at％可以被Al取代，因此可以产生AlxGa1-xAs。第二接触插塞430可以具有第二导电类型，并且第二接触插塞430的掺杂浓度可以例如为约2×1018cm-3。
第二接触层500可以设置在第二接触插塞430上，并且可以延伸到第二绝缘膜420上。第二接触层500可以包括顺序堆叠的低浓度掺杂层510和高浓度掺杂层520。例如，低浓度掺杂层510可以直接设置在第二接触插塞430层上，并且高浓度掺杂层520可以设置在低浓度掺杂层510上。低浓度掺杂层510和高浓度掺杂层520可以基本上包括相同的半导体材料，例如，IV族半导体材料(例如，Si)或化合物半导体材料(例如，GaAs)。低浓度掺杂层510和高浓度掺杂层520可以具有第二导电类型。低浓度掺杂层510的掺杂浓度可以例如为约2×1018cm-3，并且高浓度掺杂层520的掺杂浓度可以例如为约1×1019cm-3。
钝化膜110可以设置在第一接触层100上，并且可以设置为与纳米结构ST相邻。例如，钝化膜110可以设置为围绕纳米结构ST的侧面。钝化膜110可以包括电绝缘材料，例如，SiOx。
电极600可以设置在第二接触层500上。可以根据第二接触层500的导电类型来确定电极600的导电类型。当第二接触层500的导电类型是p型时(即，当第二导电类型是p型时)，电极600可以是p型电极，例如，铟锡氧化物(ITO)电极。当第二接触层500的导电类型为n型时(即，当第二导电类型为n型时)，电极600可以为n型电极，例如，包括金(Au)的电极。当电极600包括金(Au)时，电极600可以设置在与输出光OL的光路相远离的位置。
在下文中，将描述光调制元件10的特性。
图5是示出图1的光调制元件的特性的曲线图。
参照图5，从光调制元件10发射的输出光OL的强度可以随着供应给有源层300的电流I的增加而逐渐增加。然而，当电流等于或大于特定值Ia时，输出光OL的强度可能不会增加。有源层300在所供应的电流为预定值Ia或更大的情况下可以具有饱和增益。这种饱和是因为能够进入量子点图案320的导带的接地状态并直接涉及造成有源层300中的感应发射的电子的数量是有限的。入射光IL的折射率和相位p可在有源层300的增益不再增加的区域中(即，在输出光OL的强度不再增加的区域中)改变。
因此，光调制元件10可以根据供应给光调制元件10的电流而在具有饱和增益的同时连续地改变入射光的相位。光调制元件10还可以包括处理器，该处理器独立地控制增益和折射率，并且可以通过向有源层300供应电流来独立地控制有源层300的折射率和增益。将描述独立地控制增益和折射率的光调制元件10的原理。
图6示意性地示出了在图1的光调制元件中发生的浓度反转的过程。
参照图6，势垒层a1和a4的带隙能量Eb可以大于阱层a2的带隙能量Ew。阱层a2的带隙能量Ew可以大于量子点图案a3的带隙能量Ed。
量子点图案a3的价带中的电子可以通过接收由于供应给有源层300的电流所产生的能量而迁移到导带。例如，量子点图案a3的价带中的电子可以接收能量并且可以被填充在导带的接地状态S1中。当将等于量子点图案a3的带隙能量Ed的电流供应给有源层300时，量子点图案a3的价带的电子接收能量并迁移到导带，因此可发生密度反转。当连续供应电流时，会有更多的电子迁移，并且因此密度反转的发生可进一步增加。
图7示意性地示出了在图1的光调制元件中发生的感应发射的过程。
参照图7，当具有与发生了密度反转的量子点图案a3的带隙能量相同的能量的波长的入射光IL入射到光调制元件10时，入射光IL的强度随着受激发射的发生而被放大。因此，可以从光调制元件10输出强度比入射光IL的强度大的输出光OL。受激发射可以由填充在量子点图案a3的导带的接地状态S1中的电子产生。因为能够在接地状态S1中填充的电子的数量受到限制，所以即使将电流连续供应给有源层300，受激发射也不会进一步增加。在这点上，相对于入射光IL的放大率可能不会增加到某个值或更高并且可能会饱和。换句话说，当将一定值或更高的电流供应到有源层300时，有源层300可以具有饱和增益。
图8示意性地示出了图1的光调制元件中的折射率变化的过程。
参照图8，在供应给有源层300的电流的大小增加的同时，可以在量子点图案a3和阱层a2的多个量化状态中填充电子。当在量子点图案a3的多个状态都填充电子之后连续地向有源层300供应电流时，电子可以连续地填充阱层a2的多个状态，并且有源层的折射率300可能会改变。如上所述，有源层300的增益可以是饱和的。
如上所述，当有源层300的增益达到某个值或更大时，尽管供应电流增加，有源层300的增益也不会进一步增加，而是会饱和。即使当有源层300的增益饱和时，有源层300的折射率也可随着向有源层300连续供应电流而连续改变。就这一点而言，可以通过将电流供应给有源层300来独立地控制光的增益和相位。
根据示例实施例，透射型光调制元件10可以独立地控制光的增益和相位。
图9至图12是示出参照图1至图4描述的形成光调制元件10的方法的截面图。为了简化描述，可以省略与参照图1至图4给出的描述基本相同的描述。
参照图9，可以在第一接触层100上形成初步第一接触插塞层220P、初步第一电荷注入层230P、初步有源层300P、初步第二电荷注入层410P、初步第二接触插塞层430P和初步第二接触层500P。初步有源层300P可以包括多个初步势垒层、多个初步阱层以及多个初步量子点层。初步第二接触层500P可以包括顺序地堆叠在初步第二接触插塞层430P上的初步低浓度掺杂层510P和初步高浓度掺杂层520P。第一接触层100、初步第一接触插塞层220P、初步第一电荷注入层230P、初步有源层300P、初步第二电荷注入层410P、初步第二接触插塞层430P和初步第二接触层500P可以分别包括与参照图1至图4描述的第一接触插塞220、第一电荷注入层230、有源层300、第二电荷注入层410、第二接触插塞430和第二接触层500的材料基本相同的材料。
初步第一接触插塞层220P、初步第一电荷注入层230P、初步有源层300P、初步第二电荷注入层410P、初步第二接触插塞层430P和初步第二接触层500P的形成可以包括：依次在第一接触层100上沉积这些层的材料。沉积工艺的示例可以包括化学气相沉积(CVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺。而且，可以通过外延生长工艺，例如，通过使用分子束外延(MBE)工艺或金属有机化学气相沉积(MOCVD)，形成初步第一接触插塞层220P、初步第一电荷注入层230P、初步有源层300P、初步第二电荷注入层410P、初步第二接触插塞层430P和初步第二接触层500P。
参照图10，可以使用在初步第二接触层500P上设置的蚀刻掩模，通过各向异性蚀刻工艺对初步第一接触插塞层220P、初步第一电荷注入层230P、初步有源层300P、初步第二电荷注入层410P、初步第二接触插塞层430P和初步第二接触层500P进行构图，直到露出第一接触层100的上表面100u。可以在蚀刻工艺中或蚀刻工艺之后去除蚀刻掩模。可以通过构图工艺在第一接触层100上形成第一接触插塞220、第一电荷注入层230、有源层300、第二电荷注入层410和第二接触插塞430。
参照图11，可以对第一接触插塞220和第二接触插塞430执行氧化过程，因此可以形成围绕第一接触插塞220的第一绝缘膜210、和围绕第二接触插塞430的第二绝缘膜420。当第一接触插塞220和第二接触插塞430包括Si或AlGaAs时，第一绝缘膜210和第二绝缘膜420可以包括SiOx或AlOx。
参照图12，可以在第一接触层100上形成参照图1至图4描述的钝化膜110。可以通过在由参照图9描述的构图工艺暴露的第一接触层100上沉积电绝缘材料(例如，SiOx)来制备钝化膜110。沉积工艺的示例可以包括CVD工艺、PVD工艺或ALD工艺。另外，钝化膜110可以通过外延生长工艺例如通过使用MBE工艺或MOCVD来形成。
返回参考图1，可以通过在第二接触层500上执行的沉积工艺来形成电极600。在示例实施例中，当第二接触层500的导电类型是p型或n型时，可以在第二接触层500上沉积ITO电极或金(Au)电极。
图13是根据另一示例实施例的光束转向器件20的截面图。为了简化描述，可以省略与参照图1至图4给出的描述基本相同的描述。
参照图13，光束转向器件20包括第一接触层100、多个纳米结构ST、多个第二接触层500、多个钝化膜110和多个电极600。第一接触层100的导电性可以为n型，并且参考电压(或接地电压)可以被施加到第一接触层100。
可以在与第一接触层100的上表面100u平行的第一方向DRI上布置纳米结构ST。纳米结构ST的第一接触插塞220和第一电荷注入层230的导电类型可以为n型，并且纳米结构ST的第二电荷注入层410和第二接触插塞430的导电类型可以是p型。
第二接触层500可以分别设置在纳米结构ST上。每个第二接触层500可以包括顺序堆叠的低浓度掺杂层和高浓度掺杂层。
参照图1至图4描述的每个钝化膜110可以设置在纳米结构ST中的两个之间。
电极600可以设置在第二接触层500和钝化膜110上。每个电极600可以对应于第二接触层500中的一些。尽管每个电极600被示出为对应于第二接触层500中的三个，但这仅是示例，可以根据需要来确定与每个电极600相对应的第二接触层500的数量。电极600可以电连接到第二接触层500。例如，电极600可以直接接触对应的第二接触层500的高浓度掺杂层520。可以将不同的电压(例如，第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3)施加到电极600。
光束转向器件20可以包括光修改组G1、G2和G3。光修改组G1、G2和G3之一可以包括光调制元件，该光调制元件相对于入射光IL的光放大程度和相位修改程度可以是相同的。例如，图13图示了第一光修改组G1、第二光修改组G2和第三光修改组G3。
例如，可以在第一接触层100上设置用于控制光修改组G1、G2和G3中的每一个的控制元件，例如，向电极600施加电压的薄膜晶体管。例如，控制元件可以设置在光修改组G1、G2和G3之间。
入射到光束转向器件20上的入射光IL可以被提供给彼此不同的光修改组G1、G2和G3。入射光IL可以通过光修改组G1、G2和G3进行不同的修改。在这点上，输出光OL可以包括具有不同相位的部分，并且因此可以在与入射光IL的方向不同的方向上偏转。
根据一个或多个示例实施例，透射型光束转向器件20可以独立地控制光的增益和相位并且包括光修改组G1、G2和G3。
图14是根据另一示例实施例的包括光束转向器件21在内的半导体器件的截面图。为了简化描述，可以省略与参照图13给出的描述相同的描述。
除了图13的示例实施例的光束转向器件20之外，根据图14的示例实施例的光束转向器件21还可以包括衬底1000。衬底1000可以设置为接触第一接触层100的与纳米结构ST相对的一面，并且可以是控制光束转向器件21的半导体器件层。衬底1000可以包括导线、电子器件和绝缘膜，并且电子器件可以控制光修改组G1、G2和G3中的每一个。衬底1000可以包括用于生长第一接触层100的种子层。
图15是根据另一示例实施例的包括光束转向器件22在内的半导体器件的截面图。为了简化描述，可以省略与参照图14给出的描述相同的描述。
参照图15，可以在与衬底1000的上表面平行的第一方向DR1上彼此分开地布置第一接触层102。每个第一接触层102可以与参考图1描述的第一接触层100基本相同。
一些纳米结构ST可以设置在每个第一接触层102上。在图15中，示出了三个纳米结构ST设置在每个第一接触层102上，但这是示例，实施例不限于此。
每个钝化膜110可以设置在纳米结构ST之间，并且钝化膜110可以填充第一接触层102之间的区域。钝化膜110可以与参照图1至图4描述的钝化膜110基本相同。
电极602可以设置在第二接触层500和钝化膜110上，并且可以对应于所有第二接触层500。电极602可以为n型电极，例如，金(Au)电极。电极602可以电连接到第二接触层500，并且例如可以直接接触第二接触层500的高浓度掺杂层。
基准电压(或接地电压)可以施加到电极602。可以将诸如参考图13描述的第一电压至第三电压V1、V2和V3的不同电压分别施加至第一接触层102。因此，光束转向器件22的光修改组G1、G2和G3可以分别由第一接触层102限定。
图16是根据另一示例实施例的光调制元件11的截面图。为了简化描述，可以省略与参照图1至图4给出的描述相同的描述。
除了根据图1的示例实施例的光调制元件10之外，根据图16的示例实施例的光调制元件11还包括衬底1000和反射层2000。衬底1000可以是控制光调制元件11的半导体器件层。例如，衬底1000可以包括导线、电子器件和绝缘膜。
反射层2000可以设置成接触第一接触层100的与纳米结构ST相对的一面。反射层2000可以包括分布式布拉格反射器，该分布式布拉格反射器包括彼此交替堆叠的多个低折射率层和多个高折射率层。入射到分布式布拉格反射器的光可以在低折射率层和高折射率层之间的边界处反射。可以确定低折射率层和高折射率层的厚度，使得在反射光之间发生相长干涉。例如，反射层2000可以包括彼此交替堆叠的多个AlAs层和多个Al0.5Ga0.5As层，或者可以包括彼此交替堆叠的多个Al0.9Ga0.1As层和多个Al0.3Ga0.7As层。
图17是根据另一示例实施例的包括光束转向器件23在内的半导体器件的截面图。
图18是示出了根据另一示例实施例的电子设备3000的示意性结构的框图。
参照图18，电子设备3000可以包括：照明设备3100，朝对象OBJ辐射光；传感器3300，接收从对象OBJ反射的光；以及处理器3200，执行用于从由传感器3300接收到的光中获得关于对象OBJ的信息的操作。电子设备3000可以包括存储器3400，在存储器3400中存储由处理器3200执行的代码或数据。
照明设备3100可以包括光源3120和光束转向器件3110。光源3120可以生成用于扫描对象OBJ的源光，例如脉冲激光。光束转向器件3110可以改变来自光源3120的光的行进方向以照射对象OBJ，并且可以包括从图13、图14、图15和图17的光束转向器件20、21、22和23中选择的一个。
还可以在照明设备3100和对象OBJ之间设置用于改变或另外修改来自照明设备3100的光的方向以面对对象OBJ的光学元件。
传感器3300可以感测由对象OBJ反射的光(Lr)，并且可以包括光检测元件的阵列。传感器3300还可以包括光谱元件，用于分析从对象OBJ反射的光的波长。
处理器3200可以执行用于从传感器3300接收到的光中获得关于对象OBJ的信息的操作，并且可以完全负责电子设备3000的处理和控制。处理器3200可以获得和处理关于对象OBJ的信息，例如，二维或三维图像信息。另外，处理器3200可以在总体上控制对照明设备3100中的光源3120的驱动、或传感器3300的操作，并且例如可以对供应给照明设备3100中的光调制元件的电流值进行操作。处理器3200还可以基于从对象OBJ获得的信息来确定是否对用户进行认证，并且可以执行其他应用。
在存储器3400中，可以存储用于在处理器3200中执行的代码。另外，可以将由电子设备3000执行的各种执行模块以及用于此的数据存储在存储器3400中。例如，可以存储由处理器3200用来执行获得对象OBJ的信息的操作的程序代码、以及可以在使用对象OBJ的信息时执行的应用模块的代码。此外，存储器3400还可以存储通信模块、相机模块、视频播放模块或音频播放模块，作为可以在电子设备3000中另外准备的用于驱动设备的程序。
来自处理器3200的操作结果，即，对象OBJ的形状和位置的信息可以根据需要而被发送到其他设备或单元。例如，关于对象OBJ的信息可以发送到另一电子设备的控制单元、或使用关于对象OBJ的信息的单元，例如，显示设备、打印机、智能手机、移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种可穿戴设备、或其他移动或非移动计算设备。存储器3400的示例可以包括闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型型存储器、卡型存储器(例如，SD或XD存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘或光盘。
电子设备3000的示例可以包括便携式移动通信设备、智能电话、智能手表、PDA、膝上型计算机、PC、其他移动或非移动计算设备、诸如无人驾驶汽车、自动驾驶汽车之类的自主驾驶设备、机器人、无人机或物联网设备。
根据一个或多个示例实施例，可以提供一种独立地控制光的增益和相位的光调制元件。
根据一个或多个示例实施例，可以提供一种独立地控制光的增益和相位的光束转向器件。
根据一个或多个示例实施例，可以提供一种电子设备，该电子设备包括独立地控制光的增益和相位的光束转向器件。
然而，实施例的效果不限于这些描述。
应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例性实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物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。

Claims (35)

1.一种光调制元件，包括：
第一接触层；
第二接触层；
有源层，设置在所述第一接触层与所述第二接触层之间；
第一接触插塞，设置在所述第一接触层与所述有源层之间；以及
第二接触插塞，设置在所述第二接触层与所述有源层之间，
其中，所述第一接触插塞和所述第二接触插塞中的至少一个的宽度小于所述有源层的宽度。
2.根据权利要求1所述的光调制元件，其中，所述有源层包括：
多个量子点层，在与所述第一接触层的上表面垂直的方向上堆叠；以及
多个阱层，分别设置在所述多个量子点层上，
其中，所述有源层的宽度小于入射到所述有源层上的光的波长，并且所述多个量子点层的带隙能量小于所述多个阱层的带隙能量。
3.根据权利要求1所述的光调制元件，还包括：
第一绝缘膜，设置在所述第一接触层与所述有源层之间；以及
第二绝缘膜，设置在所述第二接触层与所述有源层之间，
其中，所述第一绝缘膜设置为与所述第一接触插塞相邻，并且
其中，所述第二绝缘膜设置为与所述第二接触插塞相邻。
4.根据权利要求3所述的光调制元件，其中，所述第一绝缘膜的折射率和所述第二绝缘膜的折射率分别低于所述第一接触塞的折射率和所述第二接触塞的折射率。
5.根据权利要求3所述的光调制元件，还包括：钝化膜，设置在所述第一接触层上，
其中，所述钝化膜设置为与所述第一接触层、所述第一绝缘膜、所述有源层、所述第二绝缘膜和所述第二接触层相邻。
6.根据权利要求5所述的光调制元件，其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜包括第一氧化物，并且
其中，所述钝化膜包括与所述第一氧化物不同的电绝缘材料。
7.根据权利要求2所述的光调制元件，还包括：
第一电荷注入层，设置在所述有源层与所述第一接触插塞之间；以及
第二电荷注入层，设置在所述有源层与所述第二接触插塞之间，
其中，所述第一电荷注入层的宽度和所述第二电荷注入层的宽度分别大于所述第一接触插塞的宽度和所述第二接触插塞的宽度。
8.根据权利要求7所述的光调制元件，其中，所述第一接触层和所述第一电荷注入层包括第一导电类型的砷化镓GaAs，
其中，所述第二接触层和所述第二电荷注入层包括与所述第一导电类型不同的第二导电类型的GaAs，
其中，所述第一接触插塞包括所述第一导电类型的砷化铝镓AlGaAs，并且
其中，所述第二接触插塞包括所述第二导电类型的AlGaAs。
9.根据权利要求7所述的光调制元件，其中，所述第一接触层、所述第一接触插塞和所述第一电荷注入层包括第一导电类型的硅Si，
其中，所述第二接触层、所述第二接触插塞和所述第二电荷注入层包括与所述第一导电类型不同的第二导电类型的Si，
其中，所述有源层包括本征Si，并且
其中，所述多个量子点层包括锗Ge。
10.根据权利要求7所述的光调制元件，其中，所述第一接触层、所述第一接触插塞和所述第一电荷注入层的导电类型为n型，
其中，所述第二接触层、所述第二接触插塞和所述第二电荷注入层的导电类型为p型，
其中，所述有源层是本征的，并且
其中，所述第一接触层的宽度大于所述第二接触层的宽度。
11.根据权利要求10所述的光调制元件，还包括：
p型电极，设置在所述第二接触层上。
12.根据权利要求7所述的光调制元件，其中，所述第一接触层、所述第一接触插塞和所述第一电荷注入层的导电类型为p型，
其中，所述第二接触层、所述第二接触插塞和所述第二电荷注入层的导电类型为n型，
其中，所述有源层是本征的，并且
其中，所述第一接触层的宽度大于所述第二接触层的宽度。
13.根据权利要求12所述的光调制元件，还包括：
n型电极，设置在所述第二接触层上。
14.根据权利要求2所述的光调制元件，其中，所述多个量子点层中的每一个包括多个量子点图案。
15.根据权利要求2所述的光调制元件，其中，所述有源层还包括多个势垒层，并且
其中，所述多个量子点层和所述多个阱层之中彼此相邻的量子点层和阱层设置在所述多个势垒层之中的成对的相邻势垒层之间。
16.根据权利要求15所述的光调制元件，其中，所述多个量子点层包括本征砷化铟(InAs)，
其中，所述多个阱层包括本征砷化铟镓InGaAs，并且
其中，所述多个势垒层包括本征GaAs。
17.根据权利要求1所述的光调制元件，其中，所述第二接触层包括：
高浓度掺杂层；以及
低浓度掺杂层，设置在所述高浓度掺杂层与所述第二接触插塞之间，
其中，所述高浓度掺杂层和所述低浓度掺杂层具有相同的导电类型，并且
其中，所述高浓度掺杂层的掺杂浓度高于所述低浓度掺杂层的掺杂浓度。
18.根据权利要求1所述的光调制元件，还包括：
衬底，设置在所述第一接触层的与所述第一接触插塞相对的一面上；以及
反射层，设置在所述衬底与所述第一接触层之间。
19.根据权利要求18所述的光调制元件，其中，所述反射层包括分布式布拉格反射器DBR，所述分布式布拉格反射器DBR包括彼此交替堆叠的多个低折射率层和多个高折射率层。
20.一种光束转向器件，包括：
第一光调制元件；以及
第二光调制元件，
其中，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件中的每一个包括：
第一接触层；
设置在所述第一接触层上的多个纳米结构；以及
分别设置在所述多个纳米结构上的多个第二接触层，
其中，所述多个纳米结构中的每一个包括第一接触插塞、设置在所述第一接触插塞上的有源层、和设置在所述有源层上的第二接触插塞，并且
其中，所述第一接触插塞和所述第二接触插塞中的至少一个的宽度小于所述有源层的宽度。
21.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的第一接触层和所述第二光调制元件的第一接触层被配置为接收参考电压，
其中，所述第一光调制元件的第二接触层被配置为接收第一电压，并且
其中，所述第二光调制元件的第二接触层被配置为接收不同于所述第一电压的第二电压。
22.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的第一接触层和所述第二光调制元件的第一接触层彼此连接。
23.根据权利要求22所述的光束转向器件，还包括：衬底，设置在所述第一光调制元件中所述第一接触层的与所述第一光调制元件的所述多个纳米结构相对的一面上，
其中，所述衬底延伸到所述第二光调制元件的第一接触层上。
24.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的第一接触层和所述第二光调制元件的第一接触层彼此间隔升。
25.根据权利要求24所述的光束转向器件，还包括：衬底，设置在所述第一光调制元件中所述第一接触层的与所述第一光调制元件的所述多个纳米结构相对的一面上，
其中，所述衬底延伸到所述第二光调制元件的第一接触层上。
26.根据权利要求24所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的所述多个第二接触层和所述第二光调制元件的所述多个第二接触层被配置为接收参考电压，
其中，所述第一光调制元件的第一接触层被配置为接收第一电压，并且
其中，所述第二光调制元件的第一接触层被配置为接收不同于所述第一电压的第二电压。
27.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件中的每一个还包括：
电极，设置在所述多个第二接触层上，
其中，所述电极电连接至所述多个第二接触层。
28.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述有源层包括：
多个量子点层，在与所述第一接触层的上表面垂直的方向上堆叠；以及
多个阱层，分别设置在所述多个量子点层上，
其中，所述有源层的宽度小于入射在所述多个纳米结构上的光的波长，并且
其中，所述多个量子点层的带隙能量小于所述多个阱层的带隙能量。
29.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的所述多个纳米结构和所述第二光调制元件的所述多个纳米结构中的每一个还包括：
第一绝缘膜，设置为与所述第一接触插塞相邻；以及
第二绝缘膜，设置为与所述第二接触插塞相邻。
30.根据权利要求29所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件中的每一个还包括：
钝化膜，设置在所述第一接触层上，
其中，所述钝化膜设置为与所述多个纳米结构相邻。
31.根据权利要求30所述的光束转向器件，还包括：
衬底，设置在所述第一光调制元件中所述第一接触层的与所述第一光调制元件的所述多个纳米结构相对的一面上；以及
反射层，设置在所述衬底与所述第一光调制元件的第一接触层之间，
其中，所述衬底和所述反射层延伸到所述第二光调制元件的第一接触层上。
32.根据要求31所述的光束转向器件，其中，所述反射层包括分布式布拉格反射器DBR，所述分布式布拉格反射器DBR包括彼此交替堆叠的多个低折射率层和多个高折射率层。
33.根据权利要求20所述的光束转向器件，其中，所述第一光调制元件的所述多个纳米结构和所述第二光调制元件的所述多个纳米结构中的每一个还包括：
第一电荷注入层，设置在所述有源层与所述第一接触插塞之间；以及
第二电荷注入层，设置在所述有源层与所述第二接触插塞之间，
其中，所述第一电荷注入层的宽度和所述第二电荷注入层的宽度分别大于所述第一接触插塞的宽度和所述第二接触插塞的宽度。
34.一种电子设备，包括：
光源，被配置为发射光；
光束转向器件，被配置为调整从所述光源发出的光的行进方向并将光引导至对象；
传感器，被配置为接收从被光照射的所述对象反射的光；以及
处理器，被配置为分析由所述传感器接收到的光，
其中，所述光束转向器件包括第一光调制元件和第二光调制元件，
其中，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件中的每一个包括：
第一接触层；
设置在所述第一接触层上的多个纳米结构；以及
分别设置在所述多个纳米结构上的多个第二接触层，
其中，所述多个纳米结构中的每一个包括第一接触插塞、设置在所述第一接触插塞上的有源层、和设置在所述有源层上的第二接触插塞，
其中，所述第一接触插塞和所述第二接触插塞中的至少一个的宽度小于所述有源层的宽度。
35.一种光调制元件，包括：
第一接触层；
第二接触层；
有源层，设置在所述第一接触层与所述第二接触层之间，所述有源层包括多个量子点层；
第一接触插塞，设置在所述第一接触层与所述有源层之间；以及
第二接触插塞，设置在所述第二接触层与所述有源层之间，
其中，所述第一接触插塞和所述第二接触插塞中的至少一个的宽度小于所述有源层的宽度。
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