KR20210027017A - 빅셀 및 이를 이용한 라이다 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 빅셀은 제1 DBR 레이어, 제2 DBR 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및 상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고, 상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

Description

빅셀 및 이를 이용한 라이다 장치 {A VCSEL AND A LIDAR DEVICE EMPLOYING THEREOF}

본 발명은 빅셀(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컨택 영역의 상부에 배치되는 리플렉터를 이용하여, 컨택 영역을 향해 조사되는 레이저 빔을 반사시켜, 레이저 빔의 출력 효율이 향상된 빅셀에 관한 것이다.

빅셀(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 상부 표면에 수직 방향으로 레이저 빔을 방출하는 반도체 레이저 다이오드이다. 빅셀은 단거리의 광통신 분야, 이미지 센싱 및 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 탐지하는 라이다 분야에서 쓰일 수 있다.

본 발명의 일 과제는 레이저 빔 출력 효율을 향상시킬 수 있는 빅셀에 관한 것이다.

본 발명의 일 과제는 레이저 빔 출력 효율을 향상시킬 수 있는 라이다 장치에 관한 것이다.

일 실시예에 따른 빅셀은 제1 DBR 레이어, 제2 DBR 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및 상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고, 상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 대상체를 향해 레이저를 조사하는 레이저 출력부, 및 상기 레이저 출력부에서 조사된 레이저가 상기 대상체에 반사되어 되돌아오는 레이저를 수광하는 레이저 수광부를 포함하고, 상기 레이저 출력부는 복수의 빅셀(VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 이미터(emitter)를 포함하고, 상기 빅셀 이미터는 제1 DBR 레이어, 제2 DBR 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및 상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고, 상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 레이저 빔 출력 효율이 향상된 빅셀이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 레이저 빔 출력 효율이 향상된 라이다 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 VCSEL unit을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 VCSEL array 및 메탈 컨택을 나타낸 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 다른 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 26은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터를 나타내는 도면이다.
도 27은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 28은 또 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 29는 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.
도 30은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 31은 다른 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.
도 32는 또 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 33은 또 다른 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.
도 34는 일 실시예에 따른 바텀 이미팅 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 35는 다른 일 실시예에 따른 바텀 이미팅 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분양에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 도는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 제1 DBR 레이어, 제2 DBR 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및 상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고, 상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있는 빅셀이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 컨택 영역 및 상기 리플렉터는 상기 제1 면에서 맞닿을 수 있다.

여기서, 상기 제1 면의 면적은 상기 컨택 영역의 면적과 같거나 작을 수 있다.

여기서, 상기 리플렉터의 면적은 상기 컨택 영역의 면적과 같거나 작을 수 있다.

여기서, 상기 리플렉터는 전도성 있는 물질을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 리플렉터는 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 면은 곡면을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 컨택 영역은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 리플렉터의 반사율은 상기 컨택 영역의 반사율보다 클 수 있다.

여기서, 상기 컨택 영역의 두께는 2nm 이하일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 대상체를 향해 레이저를 조사하는 레이저 출력부, 및 상기 레이저 출력부에서 조사된 레이저가 상기 대상체에 반사되어 되돌아오는 레이저를 수광하는 레이저 수광부를 포함하고, 상기 레이저 출력부는 복수의 빅셀(VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 이미터(emitter)를 포함하고, 상기 빅셀 이미터는 제1 DBR 레이어, 제2 DBR 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어, 상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및 상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고, 상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있는 라이다 장치가 제공될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 라이다 장치를 설명한다.

라이다 장치는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리 및 대상체의 위치를 탐지하기 위한 장치이다. 예를 들어, 라이다 장치는 레이저를 출력할 수 있고, 출력된 레이저가 대상체에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수신하여 대상체와 라이다 장치의 거리 및 대상체의 위치를 측정할 수 있다. 이때, 대상체의 거리 및 위치는 좌표계를 통해 표현될 수 있다. 예를 들어, 대상체의 거리 및 위치는 구좌표계(r, θ,

)로 표현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 직교좌표계(X, Y, Z) 또는 원통 좌표계(r, θ, z) 등으로 표현될 수 있다.

또한, 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 라이다 장치에서 출력되어 대상체에서 반사된 레이저를 이용할 수 있다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 레이저가 출력된 후 감지되기 까지 레이저의 비행 시간 (TOF : Time Of Flight)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 출력된 레이저의 출력 시간에 기초한 시간 값과 대상체에서 반사되어 감지된 레이저의 감지된 시간에 기초한 시간 값의 차이를 이용하여, 대상체의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 라이다 장치는 출력된 레이저가 대상체를 거치지 않고 바로 감지된 시간 값과 대상체에서 반사되어 감지된 레이저의 감지된 시간에 기초한 시간 값의 차이를 이용하여 대상체의 거리를 측정할 수 있다.

라이다 장치가 제어부에 의해 레이저 빔을 출광하기 위한 트리거 신호를 보내는 시점과 실제 레이저 출력 소자에서 레이저 빔이 출력되는 시간인 실제 출광 시점은 차이가 있을 수 있다. 상기 트리거 신호의 시점과 실제 출광 시점 사이에서는 실제로 레이저 빔이 출력되지 않았으므로, 레이저의 비행 시간에 포함되면 정밀도가 감소할 수 있다.

레이저 빔의 비행 시간 측정에 정밀도를 향상시키기 위해서는, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 이용할 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 파악하는 것은 어려울 수 있다. 그러므로, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 출력 되자마자, 또는 출력된 후 대상체를 거치지 않고 곧바로 센서부로 전달되어야 한다.

예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 옵틱이 배치되어, 상기 옵틱에 의해 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 수광부에 감지될 수 있다. 상기 옵틱은 미러, 렌즈, 프리즘, 메타표면 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 옵틱은 하나일 수 있으나, 복수 개일 수 있다.

또한, 예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 센서부가 배치되어, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부에 감지될 수 있다. 상기 센서부는 레이저 출력 소자와 1mm, 1um, 1nm 등의 거리를 두고 이격될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 상기 센서부는 레이저 출력 소자와 이격되지 않고 인접하게 배치될 수도 있다. 상기 센서부와 상기 레이저 출력 소자 사이에는 옵틱이 존재할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 비행 시간 외에도 삼각 측량법(Triangulation method), 간섭계 방법(Interferometry method), 위상 변화 측정법(Phase shift measurement) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 차량의 루프, 후드, 헤드램프 또는 범퍼 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 차량의 루프에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 차량의 루프에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 차량 내부에 설치되는 경우, 주행 중 운전자의 제스쳐를 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 라이다 장치가 차량 내부 또는 차량 외부에 설치되는 경우, 운전자의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 무인 비행체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 무인항공기 시스템(UAV System), 드론(Drone), RPV(Remote Piloted Vehicle), UAVs(Unmanned Aerial Vehicle System), UAS(Unmanned Aircraft System), RPAV(Remote Piloted Air/Aerial Vehicle) 또는 RPAS(Remote Piloted Aircraft System) 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 무인 비행체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 무인 비행체에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 무인 비행체에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 개인용 로봇, 전문 로봇, 공공 서비스 로봇, 기타 산업용 로봇 또는 제조업용 로봇 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 로봇에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 로봇에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 로봇에 설치되는 경우, 사람의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 산업 보안을 위해 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 산업 보안을 위해 스마트 공장에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 산업 보안을 위해 스마트 공장에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 스마트 공장에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 스마트 공장에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 산업 보안을 위해 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 산업 보안을 위해 설치되는 경우, 사람의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이하에서는 라이다 장치의 구성요소들의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100)를 포함할 수 있다.

이때, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 레이저를 출사할 수 있다.

또한, 레이저 출력부(100)는 하나 이상의 레이저 출력 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 단일 레이저 출력 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함할 수도 있고, 또한 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이를 구성할 수 있다.

또한, 레이저 출력부(100)는 레이저 다이오드(Laser Diode:LD), Solid-state laser, High power laser, Light entitling diode(LED), Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL), External cavity diode laser(ECDL) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 레이저 출력부(100)는 일정 파장의 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 905nm대역의 레이저 또는 1550nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 940nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 800nm 내지 1000nm 사이의 복수 개의 파장을 포함하는 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 레이저 출력부(100)가 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우, 복수 개의 레이저 출력 소자의 일부는 905nm 대역의 레이저를 출력할 수 있으며, 다른 일부는 1500nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 옵틱부(200)를 포함할 수 있다.

상기 옵틱부는 본 발명에 대한 설명에 있어서, 스티어링부, 스캔부 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 반사함으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저를 반사하여, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 반사하기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 미러(mirror), 공진 스캐너(Resonance scanner), 멤스 미러(MEMS mirror), VCM(Voice Coil Motor), 다면 미러(Polygonal mirror), 회전 미러(Rotating mirror) 또는 갈바노 미러(Galvano mirror) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 굴절시킴으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저를 굴절시켜, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 굴절시키기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 렌즈(lens), 프리즘(prism), 마이크로렌즈(Micro lens) 또는 액체 렌즈(Microfluidie lens) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 위상을 변화시킴으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저의 위상을 변화시켜, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 위상을 변화시키기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 OPA(Optical Phased Array), 메타 렌즈(Meta lens) 또는 메타 표면(Metasurface) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 하나 이상의 광학 수단을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 옵틱부(200)는 복수 개의 광학 수단을 포함할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 센서부(300)를 포함할 수 있다.

상기 센서부는 본 발명에 대한 설명에 있어서 수광부, 수신부 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 레이저를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서부는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 레이저를 수신할 수 있으며, 수신된 레이저를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 하나 이상의 광학수단을 통해 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 광학 필터를 거쳐 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 생성된 전기 신호를 기초로 레이저를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 크기를 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 rising edge, falling edge 또는 rising edge와 falling edge의 중앙값을 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 피크 값을 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 다양한 센서 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 PN 포토 다이오드, 포토트랜지스터, PIN 포토다이오드, APD(Avalanche Photodiode), SPAD(Single-photon avalanche diode), SiPM(Silicon PhotoMultipliers), TDC(Time to Digital Converter), Comparator, CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 또는 CCD(charge coupled device) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 센서부(300)는 2D SPAD array일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, SPAD array는 복수 개의 SPAD unit을 포함하고, SPAD unit은 복수 개의 SPAD(pixel)을 포함할 수 있다.

이때, 센서부(300)는 2D SPAD array를 이용하여 N번의 히스토그램(histogram)을 쌓을 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광 시점을 감지할 수 있다.

예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 히스토그램의 피크(peak) 지점을 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광 시점으로 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 히스토그램이 미리 정해진 값 이상인 지점을 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광시점으로 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 센서 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 단일 센서 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서 소자를 포함할 수도 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 Aperture, 마이크로 렌즈(Micro lens), 수렴 렌즈(converging lens) 또는 Diffuser 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 광학 필터(Optical Filter)를 포함할 수 있다. 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 광학 필터를 거쳐 수신할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 Band pass filter, Dichroic filter, Guided-mode resonance filter, Polarizer, Wedge filter 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 제어부(400)를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 본 발명을 위한 설명에 있어너 컨트롤러 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 또는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 레이저 출력부(100)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 출력 시점을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 파워를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 펄스 폭(Pulse Width)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 주기를 제어할 수 있다. 또한, 레이저 출력부(100)가 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우, 제어부(400)는 복수 개의 레이저 출력 소자 중 일부가 동작되도록 레이저 출력부(100)를 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 옵틱부(200)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 옵틱부(200) 동작 속도를 제어할 수 있다. 구체적으로 옵틱부(200)가 회전 미러를 포함하는 경우 회전 미러의 회전 속도를 제어할 수 있으며, 옵틱부(200)가 멤스 미러(MEMS mirror)를 포함하는 경우 사이 멤스 미러의 반복 주기를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 예를 들어, 제어부(400)는 옵틱부(200)의 동작 정도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 옵틱부(200)가 멤스 미러를 포함하는 경우 멤스 미러의 동작 각도를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 센서부(300)의 민감도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 미리 정해진 문턱 값을 조절하여 센서부(300)의 민감도를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 예를 들어, 제어부(400)는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 센서부(300)의 On/Off를 제어할 수 있으며, 제어부(300)가 복수 개의 센서 소자를 포함하는 경우 복수 개의 센서 소자 중 일부의 센서 소자가 동작되도록 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서부(300)에서 감지된 레이저에 기초하여 라이다 장치(1000)로부터 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력된 시점과 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력되어 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점 및 대상체에서 반사된 레이저가 센서부(300)에서 감지된 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

라이다 장치(1000)가 제어부(400)에 의해 레이저 빔을 출광하기 위한 트리거 신호를 보내는 시점과 실제 레이저 출력 소자에서 레이저 빔이 출력되는 시간인 실제 출광 시점은 차이가 있을 수 있다. 상기 트리거 신호의 시점과 실제 출광 시점 사이에서는 실제로 레이저 빔이 출력되지 않았으므로, 레이저의 비행 시간에 포함되면 정밀도가 감소할 수 있다.

레이저 빔의 비행 시간 측정에 정밀도를 향상시키기 위해서는, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 이용할 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 파악하는 것은 어려울 수 있다. 그러므로, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 출력 되자마자, 또는 출력된 후 대상체를 거치지 않고 곧바로 센서부(300)로 전달되어야 한다.

예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 옵틱이 배치되어, 상기 옵틱에 의해 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에 감지될 수 있다. 상기 옵틱은 미러, 렌즈, 프리즘, 메타표면 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 옵틱은 하나일 수 있으나, 복수 개일 수 있다.

또한, 예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 센서부(300)가 배치되어, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에 감지될 수 있다. 상기 센서부(300)는 레이저 출력 소자와 1mm, 1um, 1nm 등의 거리를 두고 이격될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 상기 센서부(300)는 레이저 출력 소자와 이격되지 않고 인접하게 배치될 수도 있다. 상기 센서부(300)와 상기 레이저 출력 소자 사이에는 옵틱이 존재할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

구체적으로, 레이저 출력부(100)는 레이저를 출력할 수 있고, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력된 시점을 획득할 수 있으며, 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 경우 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있고, 제어부(400)는 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있으며, 제어부(400)는 레이저의 출력 시점 및 감지 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

또한, 구체적으로, 레이저 출력부(100)에서 레이저를 출력할 수 있고, 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체를 거지치 않고 바로 센서부(300)에 의해 감지될 수 있고, 제어부(400)는 대상체를 거치지 않은 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있다. 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 경우 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있고, 제어부(400)는 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있으며, 제어부(400)는 대상체를 거치지 않은 레이저의 감지 시점 및 대상체에서 반사된 레이저의 감지 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1100)는 레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.

레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 및 센서부(300)는 도 1에서 설명되었으므로, 이하에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 VCSEL을 포함하는 레이저 출력부의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10), 상부 DBR 레이어(20, upper Distributed Bragg reflector), active 레이어(40, quantum well), 하부 DBR 레이어(30, lower Distributed Bragg reflector), 기판(50, substrate) 및 하부 메탈 컨택(60)을 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10)의 표면과 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 예를 들어, VCSEL emitter(110)는 acvite 레이어(40)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)는 복수 개의 반사층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 반사층은 반사율이 높은 반사층과 반사율이 낮은 반사층이 교대로 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 반사층의 두께는 VCSEL emitter(110)에서 방출되는 레이저 파장의 4분의 1일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)는 p형 및 n형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)는 p형으로 도핑되고, 하부 DBR 레이어(30)는 n형으로 도핑될 수 있다. 또는, 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)는 n형으로 도핑되고, 하부 DBR 레이어(30)는 p형으로 도핑될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따르면 하부 DBR 레이어(30)와 하부 메탈 컨택(60) 사이에는 substrate(50)가 배치될 수 있다. 하부 DBR 레이어(30)가 p형으로 도핑되는 경우 Substrate(50)도 p형 substrate가 될 수 있고, 하부 DBR 레이어(30)가 n형으로 도핑되는 경우 Substrate(50)도 n형 substrate가 될 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 active 레이어(40)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 active 레이어(40)는 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 active 레이어(40)는 레이저 빔을 생성하는 복수 개의 퀀텀 웰(Quantum well)을 포함할 수 있다. Active 레이어(40)는 레이저 빔을 방출시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 전원 등과의 전기적 연결을 위해 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어 VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10) 및 하부 메탈 컨택(60)을 포함할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 메탈 컨택을 통해 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)가 p형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(30)가 n형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(10)에는 p형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(20)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(60)에는 n형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한 예를 들어, 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)가 n형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(30)가 p형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(10)에는 n형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(20)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(60)에는 p형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 oxidation area를 포함할 수 있다. Oxidation area는 active layer의 상부에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 oxidation area는 절연성을 띌 수 있다. 예를 들어, oxidation area에는 전기적 흐름이 제한될 수 있다. 예를 들어, oxidation area에는 전기적 연결이 제한될 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 oxidation area는 aperture의 역할을 할 수 있다. 구체적으로, oxidation area는 절연성을 가지므로, oxidation area가 아닌 부분에서만 active layer(40)로부터 생성된 빔이 방출될 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 출력부는 복수 개의 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 복수 개의 VCSEL emitter(110)들을 한번에 on시킬 수 있거나, 개별적으로 on시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 출력부는 다양한 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부는 파장이 905nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또한 예를 들어, 레이저 출력부는 1550nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 출사할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 출력되는 파장이 주변 환경에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부는 주변 환경의 온도가 증가할수록, 출력되는 파장도 증가할 수 있다. 또는 예를 들어, 레이저 출력부는 주변 환경의 온도가 감소할수록, 출력되는 파장도 감소할 수 있다. 상기 주변 환경이란, 온도, 습도, 압력, 먼지의 농도, 주변 광량, 고도, 중력, 가속도 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

레이저 출력부는 지지면과 수직한 방향으로 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또는, 레이저 출력부는 상기 출사면과 수직한 방향으로 레이저 빔을 출사할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 VCSEL unit을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL emitter(110)들은 허니콤(honeycomb)구조로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 1개의 허니콤 구조에는 VCSEL emitter(110) 7개가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)에 포함된 VCSEL emitter(110)들은 모두 동일한 방향으로 조사될 수 있다. 예를 들어, VCSEL unit(130)에 포함된 400개의 VCSEL emitter(110)들은 모두 동일한 방향으로 조사될 수 있다.

또한, VCSEL unit(130)은 출력된 레이저 빔의 조사 방향에 의해 구별될 수 있다. 예를 들어, N개의 VCSEL emitter(110)들이 모두 제1 방향으로 레이저 빔을 출력하고, M개의 VCSEL emitter(110)들이 모두 제2 방향으로 레이저 빔을 출력하는 경우, 상기 N개의 VCSEL emitter(110)들은 제1 VCSEL unit으로 구별되고, 상기 M개의 VCSEL emitter(110)들은 제2 VCSEL unit으로 구별될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어, VCSEL unit(130)은 p형 메탈 및 n형 메탈을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, VCSEL unit(130)에 포함된 복수 개의 VCSEL emitter(110)는 메탈 컨택을 공유할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(150)를 포함할 수 있다. 도 5는 8X8 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(150)는 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 매트릭스 구조로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상기 복수 개의 VCSEL unit(130)은 N X N 매트릭스일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 상기 복수 개의 VCSEL unit(130)은 N X M 매트릭스일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL array(150)는 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어, VCSEL array(150)는 p형 메탈 및 n형 메탈을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 공유할 수도 있으나, 메탈 컨택을 공유하지 않고 각각 독립된 메탈 컨택을 가질 수도 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 VCSEL array 및 메탈 컨택을 나타낸 측면도이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(151)를 포함할 수 있다. 도 7은 4X4 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. VCSEL array(151)는 제1 메탈 컨택(11), 와이어(12), 제2 메탈 컨택(13) 및 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(151)는 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 각각 메탈 컨택에 독립적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(11)을 공유하여 제1 메탈 컨택에는 함께 연결되고, 제2 메탈 컨택(13)은 공유하지 않아 제2 메탈 컨택에는 독립적으로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(11)에는 직접적으로 연결되고, 제2 메탈 컨택에는 와이어(12)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 필요한 와이어(12)의 개수는 복수 개의 VCSEL unit(130)의 개수와 같을 수 있다. 예를 들어, VCSEL array(151)가 N X M 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 경우, 와이어(12)의 개수는 N * M 개가 될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제1 메탈 컨택(11)과 제2 메탈 컨택(13)은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 메탈 컨택(11)은 n형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(13)은 p형 메탈일 수 있다. 반대로, 제1 메탈 컨택(11)은 p형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(13)은 n형 메탈일 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(153)를 포함할 수 있다. 도 7은 4X4 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(153)는 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 공유할 수도 있으나, 메탈 컨택을 공유하지 않고 독립된 메탈 컨택을 가질 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 행(row) 단위로 제1 메탈 컨택(15)을 공유할 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 열(column) 단위로 제2 메탈 컨택(17)을 공유할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제1 메탈 컨택(15)과 제2 메탈 컨택(17)은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 메탈 컨택(15)은 n형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(17)은 p형 메탈일 수 있다. 반대로, 제1 메탈 컨택(15)은 p형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(17)은 n형 메탈일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(15) 및 제2 메탈 컨택(17)과 와이어(12)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 대상체로 향하게 하는 방법은 여러가지가 있을 수 있다. 그 중 플래시 방식은 레이저 빔의 발산에 의해 레이저 빔이 대상체로 퍼져나가는 것을 이용한 방식이다. 플래시 방식에서 원거리에 존재하는 대상체에 레이저 빔을 향하게 하기 위해서는 높은 파워의 레이저 빔이 필요하다. 높은 파워의 레이저 빔은 높은 전압을 인가해야 하므로 전력이 커진다. 또한, 사람의 눈에도 데미지를 줄 수 있어 플래시 방식을 사용하는 라이다가 측정할 수 있는 거리에는 한계가 있다.

스캐닝 방식은 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 특정 방향으로 향하게 하는 방식이다. 스캐닝 방식 레이저 빔을 특정 방향으로 향하게 함으로써 레이저 파워 손실을 줄일 수 있다. 레이저 파워 손실을 줄일 수 있으므로, 플래시 방식과 비교했을 때 동일한 레이저 파워를 사용하더라도 라이다가 측정할 수 있는 거리는 스캐닝 방식이 더 길다. 또한, 플래시 방식과 비교했을 때 동일 거리 측정을 위한 레이저 파워는 스캐닝 방식이 더 낮으므로, 사람의 눈에 대한 안정성이 향상될 수 있다.

레이저 빔 스캐닝은 콜리메이션과 스티어링으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔 스캐닝은 레이저 빔을 콜리메이션 한 후 스티어링을 하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 빔 스캐닝은 스티어링을 한 후 콜리메이션을 하는 방식으로 이루어질 수 있다.

이하에서는 BCSC(Beam Collimation and Steering component)를 포함하는 옵틱부의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 8은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1200)는 레이저 출력부(100), 옵틱부를 포함할 수 있다. 이때, 옵틱부는 BCSC(250)을 포함할 수 있다. 또한, BCSC(250)는 콜리메이션 컴포넌트(210, Collimation component) 및 스티어링 컴포넌트(230, Steering component)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 BCSC(250)는 다음과 같이 구성될 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)가 먼저 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 콜리메이션 된 레이저 빔은 스티어링 컴포넌트(230)를 거쳐 스티어링될 수 있다. 또는, 스티어링 컴포넌트(230)가 먼저 레이저 빔을 스티어링 시키고, 스티어링 된 레이저 빔은 콜리메이션 컴포넌트(210)를 거쳐 콜리메이션될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1200)의 광 경로는 다음과 같다. 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔은 BCSC(250)로 향할 수 있다. BCSC(250)로 입사된 레이저 빔은 콜리메이션 컴포넌트(210)에 의해서 콜리메이션되어 스티어링 컴포넌트(230)로 향할 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)로 입사된 레이저 빔은 스티어링되어 대상체로 향할 수 있다. 대상체(500)로 입사된 레이저 빔은 대상체(500)에 의해 반사되어 센서부로 향할 수 있다.

레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔은 직진성(Directivity)을 갖는다고 하더라도, 레이저 빔이 직진함에 따라 어느 정도의 발산(divergence)이 있을 수 있다. 이러한 발산에 의해, 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔이 대상체에 입사되지 않거나, 입사되더라도 그 양이 매우 적을 수 있다.

레이저 빔의 발산 정도가 큰 경우, 대상체에 입사되는 레이저 빔의 양이 적어지고, 대상체에서 반사되어 센서부로 향하는 레이저 빔도 그 발산에 의해 양이 매우 적어져, 원하는 측정 결과를 얻지 못할 수 있다. 또는, 레이저 빔의 발산 정도가 큰 경우, 라이다 장치가 측정할 수 있는 거리가 줄어들어, 원거리의 대상체는 측정을 못할 수 있다.

따라서, 대상체로 레이저 빔을 입사시키기 전에, 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일수록 라이다 장치의 효율이 향상될 수 있다. 본원 발명의 콜리메이션 컴포넌트는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트를 거친 레이저 빔은 평행광이 될 수 있다. 또는 콜리메이션 컴포넌트를 거친 레이저 빔은 발산 정도가 0.4도 내지 1도일 수 있다.

레이저 빔의 발산 정도를 줄일 경우, 대상체로 입사되는 광량은 증가될 수 있다. 대상체로 입사되는 광량이 증가될 경우, 대상체에서 반사되는 광량도 증가되어 레이저 빔의 수신이 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 대상체로 입사되는 광량이 증가될 경우, 레이저 빔을 콜리메이션 하기 전과 비교했을 때, 같은 레이저 빔 파워로 더 먼 거리에 있는 대상체도 측정이 가능할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 향하는 방향에 배치될 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 빔의 발산 정도를 조절할 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일 수 있다.

예를 들어, 레이저 출력부(100)에서 방출되는 레이저 빔의 발산 각도는 16도 내지 30도일 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 콜리메이션 컴포넌트(210)를 거친 후에는, 레이저 빔의 발산 각도가 0.4도 내지 1도일 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)을 포함할 수 있다.

상기 마이크로 렌즈는 지름이 밀리미터(mm), 마이크로미터(um), 나노미터(nm), 피코미터(pm) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나는 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔은 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나에 의해 콜리메이션 될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔의 발산 각도는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나를 거친 후 감소될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 굴절률 분포형 렌즈, 미소곡면 렌즈, 어레이 렌즈 및 프레넬 렌즈 등이 될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 몰딩, 이온 교환, 확산 중합, 스퍼터링 및 에칭 등의 방법으로 제작될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 그 직경이 130um 내지 150um 일 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈의 직경은 140um일 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 렌즈는 그 두께가 400um 내지 600um 일 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈의 두께는 500um 일 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213)의 표면 및 배면 상에 배치될 수 있다. 이때, 기판(213)의 표면에 배치된 마이크로 렌즈(211)와 기판(213)의 배면에 배치된 마이크로 렌즈(211)의 광축(optical axis)은 일치될 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트는 메타표면(220, metasurface)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 메타표면(220)은 복수의 나노기둥(221)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노기둥(221)은 메타표면(220)의 일측면에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 나노기둥(221)은 메타표면(220)의 양면에 배치될 수 있다.

복수의 나노기둥(221)은 서브-파장(sub-wavelength)치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 나노기둥(221)사이의 간격은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 파장보다 작을 수 있다. 또는, 나노기둥(221)의 폭, 직경 및 높이는 레이저 빔의 파장의 길이보다 작을 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 위상을 조절함으로써 상기 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다. 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 다양한 방향으로 출력되는 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수 있다. 또한, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 발산각도를 줄일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 발산각도는 15도 내지 30도이고, 메타표면(220)을 거친 후의 레이저 빔의 발산각도는 0.4도 내지 1.8도일 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)의 상기 출사면측에 배치될 수 있다.

또는, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)상에 증착될 수 있다. 복수의 나노기둥(221)은 레이저 출력부(100)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노기둥(221)은 레이저 출력부(100)상에서 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다.

나노기둥(221)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(221)은 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔 등의 형상을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 나노기둥(221)은 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 향하는 방향에 배치될 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 빔이 향하는 방향을 조절할 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 0도 내지 30도가 되도록 레이저 빔을 스티어링 할 수 있다. 또는, 예를 들어, 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 -30도 내지 0도가 되도록 레이저 빔을 스티어링 할 수 있다.

도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(231)는 복수 개의 마이크로 렌즈(231) 및 기판(233)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(232)는 기판(233) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 및 기판(233)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 중 하나는 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(232)는 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 스티어링 시킬 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔은 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 중 하나에 의해 스티어링 될 수 있다.

이때, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축은 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, VCSEL emitter(110)의 광축이 마이크로 렌즈(232)의 광축보다 오른쪽에 있는 경우, VCSEL emitter(110)에서 방출되어 마이크로 렌즈(232)를 거친 레이저 빔은 왼쪽으로 향할 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 15를 참조하면, VCSEL emitter(110)의 광축이 마이크로 렌즈(232)의 광축보다 왼쪽에 있는 경우, VCSEL emitter(110)에서 방출되어 마이크로 렌즈(232)를 거친 레이저 빔은 오른쪽으로 향할 수 있다.

또한, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축 사이의 거리가 멀어질수록, 레이저 빔의 스티어링 정도가 커질 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축 사이의 거리가 1um인 경우보다 10um인 경우에 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 더 커질 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(234)는 복수 개의 마이크로 프리즘(235) 및 기판(236)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 기판(236) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 프리즘(235) 및 기판(236)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 스티어링 시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도를 변화시킬 수 있다.

이때, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 작을수록, 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 증가한다. 예를 들어, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 0.05도인 경우 레이저 빔이 35도 스티어링 되고, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 0.25도인 경우, 레이저 빔이 15도 스티어링 된다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 Porro prism, Amici roof prism, Pentaprism, Dove prism, Retroreflector prism 등이 될 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 유리, 플라스틱 또는 형석 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 몰딩, 에칭 등의 방법으로 제작될 수 있다.

도 17은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트는 메타표면(240)을 포함할 수 있다.

메타표면(240)은 복수의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노기둥(241)은 메타표면(240)의 일측면에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 나노기둥(241)은 메타표면(240)의 양면에 배치될 수 있다.

메타표면(240)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 위상을 조절함으로써 상기 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다.

메타표면(240)은 레이저 출력부(100)상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 메타표면(240)은 레이저 출력부(100)의 상기 출사면측에 배치될 수 있다.

또는, 메타표면(240)은 레이저 출력부(100)상에 증착될 수 있다. 복수의 나노기둥(241)은 레이저 출력부(100)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노기둥(241)은 레이저 출력부(100)상에서 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다.

나노기둥(241)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(241)은 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔 등의 형상을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 나노기둥(241)은 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다. 메타표면(240)은 상기 나노패턴에 기초하여 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.

나노기둥(241)은 다양한 특성에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 상기 특성은 나노기둥(241)의 폭(Width, 이하 W), 간격(Pitch, 이하 P), 높이(Height, 이하 H) 및 단위 길이 당 개수를 포함할 수 있다.

이하에서는, 다양한 특성에 기초하여 형성되는 나노패턴 및 그에 따른 레이저 빔의 스티어링에 대하여 설명한다.

도 18은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 폭(W)이 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 나노기둥(241)은 일 방향으로 갈수록 그 폭(W1, W2, W3)이 증가하도록 배치될 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 나노기둥(241)의 폭(W)이 증가하는 방향으로 스티어링될 수 있다.

예를 들어, 메타표면(240)은 제1 폭(W1)을 갖는 제1 나노기둥(243), 제2 폭(W2)을 갖는 제2 나노기둥(245), 제3 폭(W3)을 갖는 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2) 및 제3 폭(W3)보다 클 수 있다. 제2 폭(W2)은 제3 폭(W3)보다 클 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 나노기둥(241)의 폭(W)이 감소할 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사된 레이저 빔이 메타표면(240)을 거칠 경우, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제3 나노기둥(247)으로부터 제1 나노기둥(243)으로의 방향인 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

한편, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이란 인접한 복수의 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)의 차이 및 제2 폭(W2)과 제3 폭(W3)의 차이에 기초하여 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이 산출될 수 있다.

제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)의 차이는 제2 폭(W2)과 제3 폭(W3)의 차이와 다를 수 있다.

레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)에 따라 달리질 수 있다.

구체적으로, 상기 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 상기 제1 증감률보다 작은 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1 패턴에 의한 제1 스티어링 각도는, 상기 제2 패턴에 의한 제2 스티어링 각도보다 클 수 있다.

한편, 상기 스티어링 각도(θ)의 범위는 -90도에서 90도일 수 있다.

도 19는 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)이 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 메타표면(240)은 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화에 기초하여 형성되는 나노패턴에 기초하여 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 나노기둥(241) 사이의 간격(P)은 일 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 여기서, 상기 간격(P)이란 인접한 두 나노기둥(241)의 중심간의 거리를 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 간격(P1)은 제1 나노기둥(243)의 중심과 제2 나노기둥(245)의 중심간의 거리로 정의될 수 있다. 또는, 제1 간격(P1)은 제1 나노기둥(243)과 제2 나노기둥(245)의 최단거리로 정의될 수 있다.

레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 상기 나노기둥(241) 사이의 간격(P)이 작아지는 방향으로 스티어링될 수 있다.

메타표면(240)은 제1 나노기둥(243), 제2 나노기둥(245) 및 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 나노기둥(243) 및 제2 나노기둥(245) 사이의 거리에 기초하여 제1 간격(P1)이 획득될 수 있다. 마찬가지로, 제2 나노기둥(245) 및 제3 나노기둥(247) 사이의 거리에 기초하여 제2 간격(P2)이 획득될 수 있다. 이때, 제1 간격(P1)은 제2 간격(P2)보다 작을 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 상기 간격(P)이 커질 수 있다.

이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 메타표면(240)을 거지는 경우, 상기 레이저 빔은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제3 나노기둥(247)으로부터 제1 나노기둥(243)으로의 방향인 제1 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)에 따라 달라질 수 있다.

구체적으로, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률이란 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 간격(P)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 간격(P)에 기초하여 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1 패턴에 의한 제1 스티어링각도는, 상기 제2 패턴에 의한 제2 스티어링각도보다 클 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 나노기둥(241)의 간격(P)의 변화에 따른 레이저 빔의 스티어링 원리는 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 변하는 경우에도 유사하게 적용될 수 있다.

예를 들어, 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 변하는 경우, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 증가하는 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

도 20은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 20을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 나노기둥(241)의 높이(H)가 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 나노기둥(241)의 높이(H)의 변화에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 복수의 나노기둥(241)의 높이(H1, H2, H3)는 일 방향으로 갈수록 증가할 수 있다. 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 상기 나노기둥(241)의 높이(H)가 증가하는 방향으로 스티어링될 수 있다.

예를 들어, 메타표면(240)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 나노기둥(243), 제2 높이(H2)를 갖는 제2 나노기둥(245) 및 제3 높이(H3)를 갖는 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 제3 높이(H3)은 제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)보다 클 수 있다. 제2 높이(H2)는 제1 높이(H1)보다 클 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 나노기둥(241)의 높이(H)가 증가할 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 메타표면(240)을 거치는 경우, 상기 레이저 빔은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247)으로의 방향인 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)에 따라 달라질 수 있다.

구체적으로, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이란 인접한 나노기둥(241)의 높이(H) 변화 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 차이 및 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)의 차이에 기초하여 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이 산출될 수 있다. 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 차이는 제2 높이(H3)와 제3 높이(H3)의 차이와 다를 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 높이(H)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 높이(H)에 기초하여 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1 패턴에 의한 제1 스티어링각도는, 상기 제2 패턴에 의한 제2 스티어링각도보다 클 수 있다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 대상체로 향하게 하는 옵틱부를 포함할 수 있다.

상기 옵틱부는 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고 스티어링 시키는 BCSC(Beam Collimation and Steering Component)를 포함할 수 있다. 상기 BCSC는 하나의 컴포넌트로 구성될 수도 있고, 복수개의 컴포넌트로 구성될 수도 있다.

도 21은 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.

도 21을 참조하면, 일 실시예에 따른 옵틱부는 복수 개의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이션 컴포넌트(210) 및 스티어링 컴포넌트(230)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 빔을 콜리메이션 시키는 역할을 수행할 수 있고, 스티어링 컴포넌트(230)는 콜리메이션 컴포넌트(210)에서 방출된 콜리메이션된 빔을 스티어링 시키는 역할을 수행할 수 있다. 결과적으로, 옵틱부에서 방출되는 레이저 빔은 미리 정해진 방향으로 향하게 될 수 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)는 마이크로 렌즈가 될 수도 있고, 메타표면이 될 수도 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)가 마이크로 렌즈인 경우, 기판의 한쪽 면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있고, 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)가 메타표면인 경우, 메타표면에 포함된 복수의 나노기둥에 의해 형성된 나노패턴에 의해 레이저 빔이 콜리메이션될 수 있다.

스티어링 컴포넌트(230)는 마이크로 렌즈가 될 수도 있고, 마이크로 프리즘이 될 수도 있고, 메타표면이 될 수도 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 마이크로 렌즈인 경우, 기판의 한쪽 면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있고, 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 마이크로 프리즘인 경우, 마이크로 프리즘의 각도에 의해 스티어링 시킬 수 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 메타표면인 경우, 메타표면에 포함된 복수의 나노기둥에 의해 형성된 나노패턴에 의해 레이저 빔이 스티어링될 수 있다.

도 22는 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.

도 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 옵틱부는 하나의 단일 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메타 컴포넌트(270)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 메타 컴포넌트(270)는 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수도 있고, 스티어링 시킬 수도 있다.

예를 들어, 메타 컴포넌트(270)는 복수 개의 메타표면을 포함하여, 하나의 메타표면에서는 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 다른 하나의 메타표면에서는 콜리메이션된 레이저 빔을 스티어링시킬 수 있다. 이하의 도 23에서 구체적으로 설명한다.

또는 예를 들어, 메타 컴포넌트(270)는 하나의 메타표면을 포함하여 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 스티어링시킬 수 있다. 이하의 도 24에서 구체적으로 설명한다.

도 23은 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트(270)는 복수 개의 메타표면(271, 273)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 메타표면(271) 및 제2 메타표면(273)을 포함할 수 있다.

제1 메타표면(271)은 레이저 출력부(100)에서 레이저 빔이 출사되는 방향에 배치될 수 있다. 제1 메타표면(271)은 복수 개의 나노기둥을 포함할 수 있다. 제1 메타표면은 복수 개의 나노기둥에 의해 나노패턴을 형성할 수 있다. 제1 메타표면(271)은 상기 형성된 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션시킬 수 있다.

제2 메타표면(273)은 제1 메타표면(271)에서 레이저 빔이 출력되는 방향에 배치될 수 있다. 제2 메타표면(273)은 복수 개의 나노기둥을 포함할 수 있다. 제2 메타표면(273)은 복수 개의 나노기둥에 의해 나노패턴을 형성할 수 있다. 제2 메타표면(273)은 상기 형성된 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 스티어링시킬 수 있다. 예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이, 복수 개의 나노기둥의 폭(W)의 증감률에 의해 레이저 빔을 특정 방향으로 스티어링시킬 수 있다. 또한, 복수 개의 나노기둥들의 간격(P), 높이(H) 및 단위 길이 당 개수 등에 의해 레이저 빔을 특정 방향으로 스티어링시킬 수 있다.

도 24는 다른 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트(270)는 하나의 메타표면(274)을 포함할 수 있다.

메타표면(275)은 양면에 복수의 나노기둥을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메타표면(275)은 제1 면에 제1 나노기둥세트(276)를 포함하고, 제2 면에 제2 나노기둥세트(278)를 포함할 수 있다.

메타표면(275)은 양면에 각각의 나노패턴을 형성하는 복수의 나노기둥에 의해, 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킨 후 스티어링시킬 수 있다.

예를 들어, 메타표면(275)의 일측에 배치된 제1 나노기둥세트(276)는 나노패턴을 형성할 수 있다. 제1 나노기둥세트(276)에 의해 형성된 상기 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션시킬 수 있다. 메타표면(275)의 타측에 배치된 제2 나노기둥세트(278)는 나노패턴을 형성할 수 있다. 제2 나노기둥세트(278)에 의해 형성된 상기 나노패턴에 의해 제1 나노기둥(276)을 거친 레이저 빔이 특정 방향으로 스티어링될 수 있다.

이하에서는 본 출원의 일 실시예에 빅셀 이미터에 대해 설명한다.

도 25는 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 25의 빅셀 이미터는 도 3의 빅셀 이미터와 동일할 수 있다. 도 25는 도 3의 빅셀 이미터의 단면도를 나타낼 수 있다.

도 25를 참조하면, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(110)는 상부 메탈 컨택(10), 상부 DBR 레이어(20, upper Distributed Bragg reflector), active 레이어(40, quantum well), 하부 DBR 레이어(30, lower Distributed Bragg reflector), 기판(50, substrate) 및 산화 영역(70, oxidation region)을 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(110)는 상단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(110)는 상부 메탈 컨택(10)의 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 예를 들어, 빅셀 이미터(110)는 acvite 레이어(40)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

빅셀 이미터(110)에 대한 내용은 도 3의 빅셀 이미터의 내용과 중복될 수 있어, 자세한 내용은 생략한다.

도 26은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터를 나타내는 도면이다.

도 26을 참조하면, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3000)는 상부 메탈 컨택(3010), 상부 DBR 레이어(3020, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3030, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3040, quantum well), 기판(3050, substrate), 하부 메탈 컨택(3060) 및 리플렉터(3070, reflector)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3000)는 상단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 상부 메탈 컨택(3010)의 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 활성 레이어(3040)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3000)는 다양한 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 파장이 905nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또한 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 1550nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 출사할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3000)는 출력되는 파장이 주변 환경에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 주변 환경의 온도가 증가할수록, 출력되는 파장도 증가할 수 있다. 또는 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 주변 환경의 온도가 감소할수록, 출력되는 파장도 감소할 수 있다. 상기 주변 환경이란, 온도, 습도, 압력, 먼지의 농도, 주변 광량, 고도, 중력, 가속도 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

빅셀 이미터(3000)는 본 발명의 설명에서 빅셀로 표현될 수 있다.

빅셀 유닛은 복수 개의 빅셀 이미터(3000)를 포함할 수 있다. 또한, 빅셀 어레이는 복수 개의 빅셀 유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)는 상부 DBR 레이어(3020) 및 하부 DBR 레이어(3030)를 포함할 수 있다.

상부 DBR 레이어(3020)는 본 발명의 설명에서 상부 DBR 층, 상부 DBR layer, 상부 반사층, 반사층 또는 제1 반사층으로 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 상부 DBR 레이어(3020)는 복수 개의 반사층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 반사층은 반사율이 높은 반사층과 반사율이 낮은 반사층이 교대로 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 반사층의 두께는 빅셀 이미터(3000)에서 방출되는 레이저 파장의 4분의 1일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 상부 DBR 레이어(3020)는 p형 또는 n형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상부 DBR 레이어(3020)가 p형으로 도핑되는 경우, 하부 DBR 레이어(3030)는 n형으로 도핑된다. 또한 예를 들어, 상부 DBR 레이어(3020)가 n형으로 도핑되는 경우, 하부 DBR 레이어(3030)는 p형으로 도핑된다.

하부 DBR 레이어(3030)는 본 발명의 설명에서 하부 DBR 층, 하부 DBR layer, 하부 반사층, 반사층 또는 제2 반사층으로 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 하부 DBR 레이어(3030)는 복수 개의 반사층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 반사층은 반사율이 높은 반사층과 반사율이 낮은 반사층이 교대로 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 반사층의 두께는 빅셀 이미터(3000)에서 방출되는 레이저 파장의 4분의 1일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 하부 DBR 레이어(3030)는 p형 또는 n형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 하부 DBR 레이어(3030)가 p형으로 도핑되는 경우, 상부 DBR 레이어(3020)는 n형으로 도핑된다. 또한 예를 들어, 하부 DBR 레이어(3030)가 n형으로 도핑되는 경우, 상부 DBR 레이어(3020)는 p형으로 도핑된다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)는 활성 레이어(3040) 를 포함할 수 있다.

활성 레이어(3040)는 본 발명의 설명에서 활성층, 활성 layer, active layer 또는 액티브 레이어로 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 활성 레이어(3040)는 상부 DBR 레이어(3020) 및 하부 DBR 레이어(3030) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 활성 레이어(3040)는 레이저 빔을 생성하는 복수 개의 퀀텀 웰(Quantum well)을 포함할 수 있다. 또한, 활성 레이어(3040)는 레이저 빔을 방출시킬 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 활성 레이어(3040)는 산화 영역(oxidation region)을 포함할 수 있다. 또는 산화 영역은 활성 레이어(3040)의 상부에 위치할 수 있다.

이때, 산화 영역은 절연성을 띌 수 있다. 산화 영역은 전기의 흐름을 제한하거나 또는 산화 영역에는 전기가 흐르지 않을 수 있다.

또한, 산화 영역은 활성 레이어(3040)의 가장자리에 존재할 수 있다. 예를 들어, 산화 영역은 활성 레이어(3040)의 중앙 부분에는 배치되지 않을 수 있다. 이때, 산화 영역이 활성 레이어(3040)의 중앙 부분에 배치되지 않고 가장자리에 배치되어, 활성 레이어(3040)에서 방출되는 레이저 빔이 중앙 부분으로 방출될 수 있다. 또한, 산화 영역에 의해 활성 레이어(3040) 내의 광자가 중앙 부분에 모여 레이저 빔이 활성 레이어(3040)의 중앙 부분으로 방출될 수 있다.

이때, 산화 영역은 빅셀 이미터(3000)의 어퍼쳐(aperture) 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 산화 영역은 절연성을 띄므로, 산화 영역이 아닌 부분에서만 활성 레이어(3040)로부터 생성된 레이저 빔이 방출될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)는 외부 전원 등과의 전기적 연결을 위해 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어 빅셀 이미터(3000)는 상부 메탈 컨택(2010) 및 하부 메탈 컨택(3060)을 포함할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)는 메탈 컨택을 통해 상부 DBR 레이어(3020) 및 하부 DBR 레이어(3030)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상부 DBR 레이어(3020)가 p형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(3030)가 n형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(3010)에는 p형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(3020)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(3060)에는 n형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(3030)와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한 예를 들어, 상부 DBR 레이어(3020)가 n형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(3030)가 p형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(3010)에는 n형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(3020)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(3060)에는 p형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(3030)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상부 메탈 컨택(3010) 및 하부 메탈 컨택(3060)은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 니켈(Ni) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)이 티타늄으로 이루어진 경우, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)의 반사율은 54.6% 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)이 크롬으로 이루어진 경우, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)의 반사율은 57.5% 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)이 니켈로 이루어진 경우, 상부 메탈 컨택(3010) 또는 하부 메탈 컨택(3060)의 반사율은 70.5% 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면 상부 메탈 컨택(3010)의 두께는 2nm이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 빅셀 이미터(3000)는 리플렉터(3070)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3000)는 상부 메탈 컨택(3010)의 상부에 배치되는 리플렉터(3070)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)에서 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)에서 출력되는 레이저 빔을 다시 상부 메탈 컨택(3010)으로 반사시킬 수 있다. 또한 예를 들어, 리플렉터(3070)는 활성 레이어(3040)에서 출력되어 상부 DBR 레이어(3020)를 거쳐 상부 메탈 컨택(3010)으로 흡수된 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 그러므로 리플렉터(3070)는 빅셀 이미터(3000)의 상부 메탈 컨택(3010)에 의해 흡수되는 레이저 빔을 반사시켜 빅셀 이미터(3000)의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)과 마주하는 제1 면을 가질 수 있다. 제1 면은 상부 메탈 컨택(3010)과 인접할 수도 있고, 이격될 수도 있다.

리플렉터(3070)의 제1 면은 평평한 면일 수도 있고, 곡선으로 이루어진 면일 수도 있고 또는 기울기를 가지는 경사면일 수도 있다.

예를 들어, 리플렉터(3070)의 제1 면이 평평한 면일 경우, 리플렉터(3070)와 상부 메탈 컨택(3010)은 제1 면을 공유하여 인접하는 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 리플렉터(3070)의 제1 면이 곡선으로 이루어진 면일 경우, 제1 면은 빅셀 이미터(3000)의 중앙 부분을 향하도록 휘어진 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 리플렉터(3070)의 제1 면이 기울기를 가지는 경사면일 경우, 제1 면은 빅셀 이미터(3000)의 중앙 부분을 향하도록 기울어진 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 리플렉터(3070)는 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 리플렉터(3070)가 은으로 이루어진 경우, 리플렉터(3070)의 반사율은 99%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 리플렉터(3070)가 알루미늄으로 이루어진 경우, 리플렉터(3070)의 반사율은 90.7%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 리플렉터(3070)의 반사율은 상부 메탈 컨택(3010)의 반사율보다 클 수 있다. 예를 들어, 리플렉터(3070)의 제1 면의 반사율은 상부 메탈 컨택(3010)의 반사율보다 클 수 있다.

예를 들어, 상부 메탈 컨택(3010)의 반사율은 54.6%(Ti), 57.5%(Cr) 또는 70.5%(Ni)이고, 리플렉터(3070)의 반사율은 99%(Ag) 또는 90.7%(Al)이어서, 리플렉터(3070)의 반사율은 상부 메탈 컨택(3010)의 반사율보다 클 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 예를 들어, 상부 메탈 컨택(3010)이 티타늄으로 이루어지고, 상부 메탈 컨택(3010)의 두께가 2nm 이하이고, 리플렉터(3070)가 은으로 이루어진 경우, 940nm 파장의 빛에 대하여 리플렉터(3070)의 반사율은 90% 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 27은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 27을 참조하면, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3000)는 상부 메탈 컨택(3010), 상부 DBR 레이어(3020, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3030, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3040, quantum well), 산화 영역(3045, oxidation region), 기판(3050, substrate), 하부 메탈 컨택(3060) 및 리플렉터(3070, reflector)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010) 위에 증착될 수 있다. 예를 들어, 리플렉터(3070)는 전자빔증발법(e-beam evaporation) 또는 스퍼터링법(sputtering)에 의해 증착될 수 있다.

또한 예를 들어, 전자빔증발법 또는 스퍼터링법에 의해 상부 메탈 컨택(3010)이 먼저 증착된 후 리플렉터(3070)가 증착될 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 리플렉터(3070)의 상부에는 다른 메탈이 증착될 수 있다. 예를 들어, 플래티넘(Platinum) 또는 니켈(Nickel)이 증착될 수 있다. 상기 다른 메탈 위에 추가적으로 골드(Gold)가 증착될 수 있다.

이때, 상기 다른 메탈은 리플렉터(3070)의 디퓨전(diffusion)을 방지하는 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)과 마주하는 제1 면(3075)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3075)은 평평한 형태일 수도 있고, 곡면을 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 리플레터(3070)는 활성 레이어(3040)로부터 상부 메탈 컨택(3010) 방향으로 향하는 빛을 다시 활성 레이어(3040)를 향하도록 반사시킬 수 있다. 리플렉터(3070)에 의해 반사된 빛은 다시 상부 DBR 레이어 또는 하부 DBR 레이어에서 반사되어 상부 메탈 컨택(3010) 사이에 존재하는 개구를 통해 외부로 방출될 수 있다.

리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킴으로써, 빅셀 이미터(3000)의 레이저 빔 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킴으로써, 빅셀 이미터(3000)의 개구를 통해 출력되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)과 맞닿는 제1 면(3075)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3075)의 길이가 상부 메탈 컨택(3010)의 길이보다 길면, 제1 면(3075)이 활성 레이어(3040)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 제1 면(3075)의 길이는 상부 메탈 컨택(3010)의 길이와 같거나 그 이하일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)의 제1 면(3075)은 활성 레이어(3040)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키지 않을 수 있다. 활성 레이어(3040)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키는 경우, 제1 면(3075)이 활성 레이어(3040)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 활성 레이어(3040)로부터 출력되는 레이저 빔은 제1 면(3075)에 직접적으로 입사되지 않을 수 있다.

도 28은 또 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 28을 참조하면, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3300)는 상부 메탈 컨택(3310), 상부 DBR 레이어(3320, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3330, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3340, quantum well), 산화 영역(3345, oxidation region), 기판(3350, substrate), 하부 메탈 컨택(3360) 및 리플렉터(3370, 3380 reflector)를 포함할 수 있다.

상부 메탈 컨택(3310), 상부 DBR 레이어(3320, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3330, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3340, quantum well), 산화 영역(3345, oxidation region), 기판(3350, substrate), 하부 메탈 컨택(3360) 및 리플렉터(3370, reflector)에 대한 설명은 도 27의 상부 메탈 컨택(3010), 상부 DBR 레이어(3020, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3030, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3040, quantum well), 산화 영역(3045, oxidation region), 기판(3050, substrate), 하부 메탈 컨택(3060) 및 리플렉터(3070, reflector)의 설명과 중복될 수 있어, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3300)는 복수의 리플렉터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3300)는 제1 리플렉터(3370) 및 제2 리플렉터(3380)를 포함할 수 있다.

제1 리플렉터(3370)는 상부 메탈 컨택(3310)과 마주하는 제1 면(3375)을 가질 수 있다. 제1 면(3375)는 상부 메탈 컨택(3310)과 인접할 수도 있고, 이격될 수도 있다.

제2 리플렉터(3380)는 제1 리플렉터(3370)와 마주하는 제2 면(3385)을 가질 수 있다. 제2 면(3385)은 제1 리플렉터(3370)와 인접할 수도 있고, 이격될 수도 있다.

제1 리플렉터(3370)의 제1 면(3375) 및 제2 리플렉터(3380)의 제2 면(3385)은 평평한 면일 수도 있고, 곡선으로 이루어진 면일 수도 있고 또는 기울기를 가지는 경사면일 수도 있다.

제1 면(3375) 및 제2 면(3385)에 대한 내용은 빅셀 이미터(3000)의 제1 면(3075)와 중복될 수 있어, 자세한 내용은 생략한다.

도 29는 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.

도 29를 참조하면, 리플렉터(3070)는 상부 메탈 컨택(3010)과 마주하는 제1 면(3075)을 포함할 수 있다. 제1 면의 형상에 따라 DBR 레이어에서 광자가 반사되는 횟수 및 반사 정도가 달라질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 면(3075)은 상부 메탈 컨택(3010)에 흡수되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 또한, 제1 면(3075)은 상부 메탈 컨택(3010)을 거쳐 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 면(3075)은 상부 메탈 컨택(3010)을 거쳐 제1 면(3075)에 수직으로 입사되는 레이저 빔을 다시 제1 면(3075)에 수직으로 반사시킬 수 있다.

또한 예를 들어, 제1 면(3075)은 상부 메탈 컨택(3010)을 거쳐 제1 면(3075)에 입사각 θ를 가지고 입사되는 레이저 빔을 다시 반사각 θ를 가지도록 반사시킬 수 있다.

도 30은 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 30을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3100)는 상부 메탈 컨택(3110), 상부 DBR 레이어(3120, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3130, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3140, quantum well), 산화 영역(3145, oxidation region), 기판(3150, substrate), 하부 메탈 컨택(3160) 및 리플렉터(3170, reflector)를 포함할 수 있다.

빅셀 이미터(3100)의 상부 메탈 컨택(3110)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 상부 메탈 컨택(3010)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 상부 DBR 레이어(3120)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 상부 DBR 레이어(3020)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 하부 DBR 레이어(3130)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 하부 DBR 레이어(3030)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 활성 레이어(3140)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 활성 레이어(3040)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 산화 영역(3145)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 산화 영역(3045)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 기판(3150)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 기판(3050)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 하부 메탈 컨택(3160)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 하부 메탈 컨택(3060)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3100)의 리플렉터(3170)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3100)의 리플렉터(3170)는 상부 메탈 컨택(3110)과 마주하는 제1 면(3175)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3175)은 곡선으로 이루어진 면일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3100)의 리플렉터(3170)의 길이가 상부 메탈 컨택(3110)의 길이보다 길면, 리플렉터(3170)가 활성 레이어(3140)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 리플렉터(3170)의 길이는 상부 메탈 컨택(3110)의 길이와 같거나 그 이하일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3100)의 리플렉터(3170)의 제1 면(3175)은 활성 레이어(3140)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키지 않을 수 있다. 활성 레이어(3140)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키는 경우, 제1 면(3175)이 활성 레이어(3140)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 활성 레이어(3140)로부터 출력되는 레이저 빔은 제1 면(3175)에 직접적으로 입사되지 않을 수 있다.

도 31은 다른 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.

도 31을 참조하면, 리플렉터(3170)는 상부 메탈 컨택(3110)과 마주하는 제1 면(3175)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 면(3175)은 상부 메탈 컨택(3110)에 흡수되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 또한, 제1 면(3175)은 상부 메탈 컨택(3110)을 거쳐 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

이때, 제1 면(3175)은 곡선으로 이루어져있기 때문에, 상부 메탈 컨택(3110)을 거쳐 제1 면(3175)으로 입사되는 레이저 빔은 제1 면(3175)에 의해 빅셀 이미터(3110)의 중앙 부분을 향하는 방향으로 반사될 수 있다. 제1 면(3175)에 의해 반사된 레이저 빔이 빅셀 이미터(3110)의 중앙 부분을 향하기 때문에, 빅셀 이미터(3110)의 광 손실이 감소되고, 광 출력 효율이 향상될 수 있다.

도 32는 또 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 32를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3200)는 상부 메탈 컨택(3210), 상부 DBR 레이어(3220, upper Distributed Bragg reflector), 하부 DBR 레이어(3230, lower Distributed Bragg reflector), 활성 레이어(3240, quantum well), 산화 영역(3245, oxidation region), 기판(3250, substrate), 하부 메탈 컨택(3260) 및 리플렉터(3270, reflector)를 포함할 수 있다.

빅셀 이미터(3200)의 상부 메탈 컨택(3210)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 상부 메탈 컨택(3010)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 상부 DBR 레이어(3220)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 상부 DBR 레이어(3020)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 하부 DBR 레이어(3230)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 하부 DBR 레이어(3030)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 활성 레이어(3240)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 활성 레이어(3040)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 산화 영역(3245)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 산화 영역(3045)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 기판(3250)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 기판(3050)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 하부 메탈 컨택(3260)은 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 하부 메탈 컨택(3060)과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

빅셀 이미터(3200)의 리플렉터(3270)는 도 26의 빅셀 이미터(3000)의 리플렉터(3070)와 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3200)의 리플렉터(3270)는 상부 메탈 컨택(3210)과 마주하는 제1 면(3275)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3275)은 기울기를 가지는 경사면일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3200)의 리플렉터(3270)의 길이가 상부 메탈 컨택(3210)의 길이보다 길면, 리플렉터(3270)가 활성 레이어(3240)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 리플렉터(3270)의 길이는 상부 메탈 컨택(3210)의 길이와 같거나 그 이하일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3200)의 리플렉터(3270)의 제1 면(3275)은 활성 레이어(3240)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키지 않을 수 있다. 활성 레이어(3240)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키는 경우, 제1 면(3275)이 활성 레이어(3240)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 활성 레이어(3240)로부터 출력되는 레이저 빔은 제1 면(3275)에 직접적으로 입사되지 않을 수 있다.

도 33은 또 다른 일 실시예에 따른 상부 메탈 컨택 및 리플렉터를 나타내는 도면이다.

도 33을 참조하면, 리플렉터(3270)는 상부 메탈 컨택(3210)과 마주하는 제1 면(3275)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 면(3275)은 상부 메탈 컨택(3210)에 흡수되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 또한, 제1 면(3275)은 상부 메탈 컨택(3210)을 거쳐 출력되는 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.

이때, 제1 면(3275)은 기울기를 가지는 경사면이기 때문에, 상부 메탈 컨택(3210)을 거쳐 제1 면(3275)으로 입사되는 레이저 빔은 제1 면(3275)에 의해 빅셀 이미터(3210)의 중앙 부분을 향하는 방향으로 반사될 수 있다. 제1 면(3275)에 의해 반사된 레이저 빔이 빅셀 이미터(3210)의 중앙 부분을 향하기 때문에, 빅셀 이미터(3210)의 광 손실이 감소되고, 광 출력 효율이 향상될 수 있다.

도 34는 일 실시예에 따른 바텀 이미팅 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 34를 참조하면, 일 실시예에 따른 바텀 이미팅(Bottom-emitting) 빅셀 이미터(3400)는 제1 메탈 컨택(3410), 제1 DBR 레이어(3420), 산화 영역(3430), 활성 레이어(3440), 제2 DBR 레이어(3450), 기판(3460) 및 제2 메탈 컨택(3470)을 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3400)는 하단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3400)는 제2 메탈 컨택(3470)의 표면과 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어, 빅셀 이미터(3400)는 활성 레이어(3440)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3400)는 제1 DBR 레이어(3420) 및 제2 DBR 레이어(3430)를 포함할 수 있다.

제1 DBR 레이어(3420) 및 제2 DBR 레이어(3430)에 대한 설명은 도 3의 빅셀 이미터(110)의 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)에 대한 설명과 중복될 수 있어, 자세한 설명은 생략한다.

일 실시예에 따른 제1 DBR 레이어(3420)는 p형으로 도핑되고, 제2 DBR 레이어(3450)는 n형으로 도핑될 수 있다. 또는 제1 DBR 레이어(3420)는 n형으로 도핑되고, 제2 DBR 레이어(3450)는 p형으로 도핑될 수 있다.

이때, 제1 메탈 컨택(3410)은 p형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(3470)은 n형 메탈일 수 있다. 또는 제1 메탈 컨택(3410)은 n형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(3470)은 p형 메탈일 수 있다.

산화 영역(3430), 활성 레이어(3440) 및 기판(3460)에 대한 설명은 도 3의 빅셀 이미터(110)의 산화 영역, 활성 레이어(40) 및 기판(50)에 대한 설명과 중복될 수 있어, 자세한 설명은 생략한다.

도 35는 다른 일 실시예에 따른 바텀 이미팅 빅셀 이미터의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 35를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 바텀 이미팅 빅셀 이미터(3500)는 제1 메탈 컨택(3510), 제1 DBR 레이어(3520), 산화 영역(3530), 활성 레이어(3540), 제2 DBR 레이어(3550), 기판(3560), 제2 메탈 컨택(3570) 및 리플렉터(3580)를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 빅셀 이미터(3500)는 하단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, 빅셀 이미터(3500)는 제2 메탈 컨택(3570)의 표면과 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한 예를 들어, 빅셀 이미터(3500)는 활성 레이어(3540)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

제1 메탈 컨택(3510), 제1 DBR 레이어(3520), 산화 영역(3530), 활성 레이어(3540), 제2 DBR 레이어(3550), 기판(3560) 및 제2 메탈 컨택(3570)에 대한 설명은 도 34의 제1 메탈 컨택(3410), 제1 DBR 레이어(3420), 산화 영역(3430), 활성 레이어(3440), 제2 DBR 레이어(3450), 기판(3460) 및 제2 메탈 컨택(3470)에 대한 설명과 중복될 수 있어, 자세한 설명은 생략한다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3500)의 리플렉터(3580)는 제2 메탈 컨택(3580)과 마주하는 제1 면(3085)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3585)은 평평한 형태일 수도 있고, 곡면을 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3500)의 리플렉터(3580)는 제2 메탈 컨택(3570)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 리플레터(3580)는 활성 레이어(3540)로부터 제2 메탈 컨택(3570) 방향으로 향하는 빛을 다시 활성 레이어(3540)를 향하도록 반사시킬 수 있다. 리플렉터(3580)에 의해 반사된 빛은 다시 제1 DBR 레이어 또는 제2 DBR 레이어에서 반사되어 제2 메탈 컨택(3570) 사이에 존재하는 개구를 통해 외부로 방출될 수 있다.

리플렉터(3580)는 제2 메탈 컨택(3570)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킴으로써, 빅셀 이미터(3500)의 레이저 빔 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 리플렉터(3580)는 제2 메탈 컨택(3570)으로부터 방출되는 빛을 다시 반사시킴으로써, 빅셀 이미터(3500)의 개구를 통해 출력되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3500)의 리플렉터(3580)는 제2 메탈 컨택(3570)과 맞닿는 제1 면(3585)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 면(3585)의 길이가 제2 메탈 컨택(3570)의 길이보다 길면, 제1 면(3585)이 활성 레이어(3540)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 제1 면(3585)의 길이는 제2 메탈 컨택(3570)의 길이와 같거나 그 이하일 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 빅셀 이미터(3500)의 리플렉터(3570)의 제1 면(3585)은 활성 레이어(3540)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키지 않을 수 있다. 활성 레이어(3540)로부터 출력되는 레이저 빔을 직접적으로 반사시키는 경우, 제1 면(3585)이 활성 레이어(3540)로부터 출력되는 레이저 빔의 면적 및 출력 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 활성 레이어(3540)로부터 출력되는 레이저 빔은 제1 면(3585)에 직접적으로 입사되지 않을 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

3000 : 빅셀 이미터
3010 : 상부 메탈 컨택
3020 : 상부 DBR 레이어
3030 : 하부 DBR 레이어
3040 : 활성 레이어
3045 : 산화 영역
3050 : 기판
3060 : 하부 메탈 컨택
3070 : 리플렉터
3075 : 제1 면

Claims (11)

1. 제1 DBR 레이어;
   제2 DBR 레이어;
   상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어;
   상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역; 및
   상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고,
   상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고,
   상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시키는
   빅셀.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨택 영역 및 상기 리플렉터는 상기 제1 면에서 맞닿는
   빅셀.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 면의 면적은 상기 컨택 영역의 면적과 같거나 작은
   빅셀.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 리플렉터의 면적은 상기 컨택 영역의 면적과 같거나 작은
   빅셀.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 리플렉터는 전도성 있는 물질을 포함하는
   빅셀.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 리플렉터는 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는
   빅셀.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 면은 곡면을 포함하는
   빅셀
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 컨택 영역은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni)을 포함하는
   빅셀.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 리플렉터의 반사율은 상기 컨택 영역의 반사율보다 큰
   빅셀.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 컨택 영역의 두께는 2nm 이하인
    빅셀.
    
11. 대상체를 향해 레이저를 조사하는 레이저 출력부; 및
    상기 레이저 출력부에서 조사된 레이저가 상기 대상체에 반사되어 되돌아오는 레이저를 수광하는 레이저 수광부를 포함하고,
    상기 레이저 출력부는 복수의 빅셀(VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 이미터(emitter)를 포함하고,
    상기 빅셀 이미터는
    제1 DBR 레이어,
    제2 DBR 레이어,
    상기 제1 DBR 레이어 및 상기 제2 DBR 레이어 사이에 배치되어 레이저 빔을 출력하는 활성 레이어,
    상기 제1 DBR 레이어 상에 배치된 컨택 영역, 및
    상기 컨택 영역 상에 배치되는 리플렉터를 포함하고,
    상기 리플렉터는 상기 컨택 영역과 마주하는 제1 면을 가지고,
    상기 제1 면은 상기 활성 레이어로부터 상기 컨택 영역을 통해 출력되는 레이저 빔을 반사시키는
    라이다 장치.
    

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