KR20230049482A - 광 변조 소자 및 이를 포함한 장치 - Google Patents

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Abstract

광 변조 소자 및 이를 포함한 장치에 관한 것이다. 본 광 변조 소자는, 이격 배치된 제1 및 제2 트랜치를 포함하는 기판, 기판의 일부 영역으로서, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 광의 위상을 변조하는 위상 변조기, 기판상에 기판의 두께 방향으로 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 상기 광을 증폭시키는 증폭기 및 위상 변조기와 상기 증폭기 사이에 배치되는 절연층을 포함한다.

Description

광 변조 소자 및 이를 포함한 장치{OPTICAL MODULATING DEVICE AND APPARATUS INCLUDING THE SAME}
개시된 실시예들은 광 변조 소자 및 이를 포함한 장치에 관한 것이다.
라이다(LiDAR; Light Detection and Ranging)는 다양한 분야, 예를 들어, 우주항공, 지질학, 3차원 지도, 자동차, 로봇, 드론 등에 응용되고 있다.
라이다 시스템은 기본 동작 원리로 빛의 왕복 비행시간 측정법(Time Of Flight, 이하 TOF라 한다)을 이용한다. 즉, 대상체를 향해 빛을 송신하고 다시 센서에서 이를 수신하며, 고속 전기회로를 이용하여 비행 시간을 계측한다. 비행시간으로부터 대상체까지의 거리가 연산될 수 있다. 대상체의 각 위치 별로 연산된 거리로부터 대상체에 대한 깊이 영상이 프로세싱 될 수 있다.
라이다는 측정 방식, 레이저 종류, 검출 방식 등에 따라 매우 다양한 종류의 센서가 존재하는데 광 손실을 줄이는 방안이 연구되고 있다.
광 손실을 줄일 수 있는 광 변조 소자 및 이를 포함한 장치를 제공한다.
위상 변조와 광 증폭을 동시에 수행하는 소형의 광 변조 소자(100) 및 이를 포함한 장치를 제공한다.
일 유형에 따른 광 변조 소자는 이격 배치된 제1 및 제2 트랜치를 포함하는 기판; 상기 기판의 일부 영역으로서, 상기 제1 및 제2 트랜치 사이에 배치되면서 도펀트에 의해 도핑되지 않는 언도핑 영역과 상기 언도핑 영역을 사이에 두고 이격 배치되면서 도펀트에 의해 도핑된 제1 및 제2 도핑 영역을 포함하고, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 상기 언도핑 영역을 진행하는 광의 위상을 변조하는 위상 변조기; 상기 기판상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서 순차적으로 배열된 제1 도핑층, 양자 우물층, 클래드층 및 제2 도핑층을 포함하며, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 상기 광을 증폭시키는 증폭기; 및 상기 위상 변조기와 상기 증폭기 사이에 배치되는 절연층;을 포함한다.
그리고, 상기 광은, 상기 제1 전기적 신호에 기초한 위상 변조와 상기 제2 전기적 신호에 기초한 증폭이 동시에 수행될 수 있다.
또한, 상기 증폭기 전체는, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기에 중첩될 수 있다.
그리고, 상기 제1 도핑층은, 상기 제1 트랜치, 상기 언도핑 영역 및 상기 제2 트랜치를 덮을 수 있다.
또한, 상기 절연층은, 상기 제1 도핑층과 상기 제1 도핑 영역 사이, 상기 제1 도핑층과 상기 제2 도핑 영역 사이, 제1 도핑층과 언도핑 영역 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 절연층은, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양자 우물층, 상기 클래드층 및 상기 제2 도핑층의 폭은, 상기 언도핑 영역의 폭보다 클 수 있다.
그리고, 상기 양자 우물층, 상기 클래드층 및 상기 제2 도핑층은 폭은, 상기 제1 도핑층의 폭보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 도핑층, 클래드층, 양자 우물층 및 제2 도핑층은 III-V족 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 도핑 영역, 상기 제2 도핑 영역, 상기 제1 도핑층 및 상기 제2 도핑층 각각에 접하는 제1 내지 제4 전극;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극을 통해 상기 제1 전기적 신호가 인가되고, 상기 제3 및 제4 전극을 통해 상기 제2 전기적 신호가 인가할 수 있다.
그리고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 일체화될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극은 접지될 수 있다.
그리고, 상기 위상 변조기와 상기 증폭기의 길이는 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 위상 변조기의 길이는, 상기 증폭기의 길이보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역은 서로 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다.
또한, 상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역은 동일 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다.
그리고, 상기 제1 도핑층은, 상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역 중 적어도 하나와 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다.
또한, 상기 광 변조 소자의 신호대 잡음비는 12dB이상일 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 광 스티어링 장치는, 입력된 광을 복수 개의 서브 광으로 분할하는 광 스플리터; 상기 광 스플리터에서 출력된 복수 개의 서브 광 각각을 위상 및 크기 중 적어도 하나를 변조된 변조 어레이; 상기 복수 개의 광 변조 소자에서 출력된 변조된 복수 개의 서브 광을 지향성을 갖는 광으로 출력하는 안테나 어레이;를 포함하고, 상기 변조 어레이에 포함된 적어도 하나의 광 변조 소자는, 이격 배치된 제1 및 제2 트랜치를 포함하는 기판; 상기 기판의 일부 영역으로서, 상기 제1 및 제2 트랜치 사이에 배치되면서 도펀트에 의해 도핑되지 않는 언도핑 영역과 상기 언도핑 영역을 사이에 두고 이격 배치되면서 도펀트에 의해 도핑된 제1 및 제2 도핑 영역을 포함하고, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 상기 언도핑 영역을 진행하는 광의 위상을 변조하는 위상 변조기; 상기 기판 상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 상기 광을 증폭시키는 증폭기; 및 상기 위상 변조기와 상기 증폭기간의 전류 흐름을 방지하는 절연층;을 포함한다.
그리고, 상기 증폭기는, 상기 기판상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서 순차적으로 배열된 제1 도핑층, 양자 우물층, 클래드층 및 제2 도핑층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광은, 상기 제1 전기적 신호에 기초한 위상 변조와 상기 제2 전기적 신호에 의한 증폭이 동시에 수행될 수 있다.
그리고, 상기 증폭기 전체는, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기에 중첩될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광 변조 소자 및 이를 포함하는 장치는 위상 변조와 증폭을 동시에 수행하기 때문에 광 손실을 줄일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광 변조 소자 및 이를 포함하는 장치는 위상 변조와 증폭을 동시에 수행하기 때문에 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광 변조 소자 및 이를 포함하는 장치는 위상 변조기와 증폭기가 기판의 두께 방향을 중첩되게 배치되기 때문에 크기를 줄일 수 있다.
도 1a은 일 실시예에 다른 광 변조 소자를 나타내는 단면도이다.
도 1b는 도 1의 광 변조 소자를 위에서 바라본 도면이다.
도 2는 비교예로서 위상 변조 후 증폭된 광의 SNR과 일 실시예에 따른 광 변조 소자를 이용한 광의 SNR을 시뮬레이션한 결과이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광 변조 소자를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 일체화된 전극을 포함하는 광 변조 소자를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 커패시터 타입의 증폭기를 포함하는 광 변조 소자를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광 위상 배열 소자를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 9 내지 도 15는 예시적인 실시예들에 따른 객체 검출 장치가 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a은 일 실시예에 다른 광 변조 소자(100)를 나타내는 단면도이고, 도 1b는 도 1의 광 변조 소자(100)를 위에서 바라본 도면이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 광 변조 소자(100)는 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)를 포함하는 기판(110), 상기 기판(110)의 일부 영역으로서, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 광의 위상을 변조하는 위상 변조기(120), 기판(110)상에 기판(110)의 두께 방향으로 위상 변조기(120)의 적어도 일부와 중첩되면서, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 광을 증폭시키는 증폭기(130) 및 위상 변조기(120)와 증폭기(130) 사이에 배치되는 절연층(140)을 포함할 수 있다. 위상 변조기(120)의 길이와 증폭기(130)의 길이는 동일할 수 있다.
광 변조 소자(100)는 상부 표면상에 이격 배치되는 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)를 포함하는 기판(110)을 포함할 수 있다. 상기한 기판(110)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 SOI(Silicon On Insulator) 구조를 가질 수 있다. 제1 기판(110)은 제1 실리콘층(112), 절연층(114) 및 제2 실리콘층(116)을 포함할 수 있다. 기판(110)의 길이 방향으로 따라 제2 실리콘층(116)의 일부 영역이 식각되어 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)가 형성될 수 있다.
광 변조 소자(100)는 기판(110)의 일부 영역으로서, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 광의 위상을 변조하는 위상 변조기(120)를 포함할 수 있다. 위상 변조기(120)는 제1 및 제2 트랜치(T1, T2) 사이에 배치되면서 도펀트에 의해 도핑되지 않는 언도핑 영역(122)과 상기 언도핑 영역(122)을 사이에 두고 이격 배치되면서 도펀트에 의해 도핑된 제1 및 제2 도핑 영역(124, 126)을 포함할 수 있다. 언도핑 영역(122), 제1 및 제2 도핑 영역(124, 126)은 기판(110) 중 제2 실리콘층(116)의 적어도 일부 영역일 수 있다.
언도핑 영역(122)은 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)에 의해 립 타입일 수 있으며, 언도핑 영역(122)의 적어도 일부를 통해 광이 진행하는 바, 언도핑 영역(122)은 도파로 역할을 할 수 있다.
제1 및 제2 도핑 영역(124, 126)은 언도핑 영역(122)을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다. 제1 및 제2 도핑 영역(124, 126)은 언도핑 영역(122)을 기준으로 대칭적 구조를 가질 수 있다. 제1 도핑 영역(124)은 언도핑 영역(122)의 일단과 연결되고 언도핑 영역(122)과 함께 제1 트랜치(T1)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑 영역(124)은 언도핑 영역(122)의 일단과 접하고 제1 두께를 갖는 제1 영역과 제1 영역과 접하면서 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 제2 도핑 영역(126)은 언도핑 영역(122)의 타단과 연결되고 언도핑 영역(122)과 함께 제2 트랜치(T2)를 형성할 수 있다. 제2 도핑 영역(126)은 언도핑 영역(122)의 타단과 접하고 제3 두께를 갖는 제3 영역과 제3 영역과 접하면서 제3 두께보다 큰 제4 두께를 갖는 제4 영역을 포함할 수 있다. 제1 두께와 제3 두께는 같을 수 있으며, 제2 두께와 제4 두께도 같을 수 있다.
제1 도핑 영역(124)과 제2 도핑 영역(126)은 서로 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑 영역(124)은 n형 도펀트로 도핑되고, 제2 도핑 영역(126)은 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. n형 도펀트는 예를 들어, 인(P), 또는 비소(As)일 수 있으며, p형 도펀트는 붕소(B)일 수 있다. 그리하여, 위상 변조기(120)는 PIN 다이오드 구조일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 위상 변조기(120)는 PN구조일 수도 있다. 즉, 제2 실리콘층(116) 중 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)의 사이에 배치되면서 돌출된 영역만 언도핑 영역이 되고, 돌출된 영역의 하단의 일부 영역은 n형 도펀트로 도핑되고, 나머지 영역은 p형 도펀트로 도핑될 수 있다.
위상 변조기(120)는 제1 도핑 영역(124)과 접하는 제1 전극(E1) 및 제2 도핑 영역(126)과 접하는 제2 전극(E2)을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 Ti, Au, Ag, Pt, Cu, Al, Ni 및 Cr 으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 또는 합금, 이들의 적층 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 예를 들면 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), GIZO(Ga-In-Zn-Oxide), AZO(Al-Zn-Oxide), GZO(Ga-Zn-Oxide) 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극(E1, E2)을 통해 제1 전기적 신호가 인가될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(E2)에 제1 전압이 인가되고 제1 전극(E1)은 접지될 수 있다. 제2 전극(E2)에 제1 전압이 인가되면, 제2 도핑 영역(126)에서 제1 도핑 영역(124) 방향으로 전류가 흐르게 되고, 전류의 양에 따라 언도핑 영역(122)의 굴절률이 변할 수 있다. 언도핑 영역(122)의 굴절률이 변하면 언도핑 영역(122)을 진행하는 광의 위상이 변할 수 있다. 따라서, 인가되는 전기적 신호의 크기를 조절하여 광의 위상을 제어할 수 있다.
광 변조 소자(100)는 기판(110)상의 적층 구조물로서, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 광을 증폭시키는 증폭기(130)를 더 포함할 수 있다.
증폭기(130)는 기판(110)의 두께 방향으로 위상 변조기(120)의 적어도 일부와 중첩되면서 순차적으로 배열된 제1 도핑층(132), 양자 우물층(134), 클래드층(136) 및 제2 도핑층(138)을 포함할 수 있다.
제1 도핑층(132), 양자 우물층(134), 클래드층(136) 및 제2 도핑층(138)은 III-V족 화합물 반도체 물질 또는 II-VI족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도핑층(132), 양자 우물층(134), 클래드층(136) 및 제2 도핑층(138)은 InP 계열이나 GaAs 계열일 수 있다.
양자 우물층(134)은 매질 이득을 생성하는 층으로서, 우물(well) 안에 다수의 양자점이 분포되어 있는 형태일 수 있다. 양자 우물층(134)는 InAs, InGaAs, InGaNAs, InGaAsP, 또는 InAlGaAs 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 우물은 InxGaAs 또는 GaAs 가 될 수 있으며, 양자점의 조성은 Inx'GaAs (x<x') 또는 InAs 가 될 수 있다.
클래드층(136)은 적절한 크기의 광학 모드 형성을 도와주는 층으로서, 양자 우물층(134)의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 클래드층(136)은 예를 들어, GaAs, GaP, AlGaAs, InGaP, GaAs 또는 InP 등을 포함할 수 있다. 양자 우물층(134)과 클래드층(136)의 물질은 증폭하고자 하는 빛의 파장 (에너지 밴드갭)에 맞추어 선택될 수 있다. 예를 들어, 1.55um 파장의 빛을 증폭하는 경우 양자점충과 클래드층(136)에 InGaAs/InP 물질이 사용될 수 있다.
제1 도핑층(132)과 제2 도핑층(138)은 전극 역할을 하며, 서로 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 클래드층(136)도 제2 도핑층(138)과 동일한 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑층(132)은 n형 도펀트로 도핑되고, 클래드층(136) 및 제2 도핑층(138)은 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. n형 도펀트는 예를 들어, 인(P), 또는 비소(As)일 수 있으며, p형 도펀트는 붕소(B)일 수 있다.
증폭기(130)의 폭은 언도핑 영역(122)의 폭보다 클 수 있다. 그럼으로써, 언도핑 영역(122)를 통해 전송된 광이 증폭기(130)쪽으로 이동될 때 누광되는 것을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 도핑층(132)은 기판(110)의 두께 방향으로 언도핑 영역(122), 제1 및 제2 트랜치(T1, T2)를 덮을 수 있다. 양자 우물층(134), 클래드층(136) 및 제2 도핑층(138)의 폭은 언도핑 영역(122)의 폭보다 크고 제1 도핑층(132)의 폭보다 작을 수 있다.
증폭기(130)는 제1 도핑층(132)과 접하는 제3 전극(E3) 및 제2 도핑층(138)과 접하는 제4 전극(E4)을 포함할 수 있다. 제3 전극(E3)은 제1 도핑층(132)의 상부 표면상에 배치되고, 제4 전극(E4)은 제2 도핑층(138)의 상부 표면상에 배치될 수 있다. 제3 및 제4 전극(E3, E4)도 제1 및 제2 전극(E1, E2)과 같이 전도성 물질로 형성될 수 있다.
제3 및 제4 전극(E3, E4)을 통해 제2 전기적 신호가 인가될 수 있다. 예를 들어, 제4 전극(E4)에 제2 전압이 인가되고 제3 전극(E3)은 접지될 수 있다. 제4 전극(E4)에 제2 전압이 인가되면, 양자 우물층(134)에 전하가 공급되어 양자 우물층(134) 내의 전하 밀도(carrier density)가 증가하게 된다. 주입된 전류에 의해 여기 상태(ES; excited state)에서의 밀도 반전이 이루어지고, 이에 따라, 바닥 상태(GS; ground state)로의 천이에 의해 광자(photon) 유도 방출이 일어남으로써 언도핑 영역(122)을 진행하는 광의 세기가 증폭될 수 있다.
위상 변조기(120)와 증폭기(130)사이에는 절연층(140)이 더 배치될 수 있다. 절연층(140)은 위상 변조기(120)와 증폭기(130)간의 전류 흐름을 방지할 수 있다. 절연층(140)은 제1 도핑층(132)과 제1 도핑 영역(124)의 상부 표면 사이, 제1 도핑층(132)과 제1 도핑 영역(124) 사이, 제1 도핑층(132)과 언도핑 영역(122) 사이 및 제2 도핑 영역(126) 사이에 배치될 수 있다.
절연층(140)은 언도핑 영역(122) 및 위상 변조기(120)의 물질이 자연 산화되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 위상 변조기(120)는 실리콘 물질을 기반으로 하는 바, 절연층(140)은 실리콘 산화물일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 별도의 절연 물질을 증착하여 형성할 수도 있다. 절연층(140)은 실리콘 산화물 이외에도 절연성 실리콘 화합물 및 절연성 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연성 실리콘 화합물은, 예컨대, 실리콘 질화물(SixNy), 실리콘 산질화물(SiON) 등을 포함할 수 있고, 절연성 금속 화합물은, 예컨대, 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 지르코늄 산화물(ZrO), 하프늄 실리콘 산화물(HfSiO), 티타늄 산화물(TiO2) 등을 포함할 수 있다.
언도핑 영역(122)을 진행하는 광이 증폭기(130)의 양자 우물층(134)에 의해 증폭되어야 하는 바, 절연층(140)의 두께는 얇은 것이 바람직하다. 절연층(140)의 두께는 약 5nm 내지 20nm일 수 있다.
상기와 같이, 기판(110)의 동일한 단면상에 위상 변조기(120)와 증폭기(130)가 배치되기 때문에 광 변조 소자(100)의 크기를 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 신호대 잡음비(signal to noise ratio: SNR)는 입사되는 광량에 비례하는 바, 일 실시예에 따라 광 변조 소자(100)는 광을 증폭과 함께 위상 변조시키는 바, 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
도 2는 비교예로서 위상 변조 후 증폭된 광의 SNR과 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100)를 이용한 광의 SNR을 시뮬레이션한 결과이다. Michael Connelly의 SOA 모델링을 기반으로 하였고, 1310nm파장의 광을 위상 변조 및 증폭시켰다.
비교예는 광의 위상을 변조한 후 광을 증폭시켰다. 0.1mW의 레이저 신호를 위상 변조 후 0.05mW로 감쇄가 일어난다고 가정하였다. 즉, 위상변조로 인한 광 손실을 3dB로 가정하였다. 0.05mW의 레이저를 증폭시켜 6.47mW의 신호 성분이 출력되었다. 이 때 레이저 신호 외에 0.54Mw의 증폭된 잡음도 출력되었다. 그리하여, SNR은 약 10.8dB였다.
반면, 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100)에 0.1mW의 레이저 신호를 입력시켰다. 위상 변조기의 손실은 비교예와 동일하게 3dB을 적용하였다. 결과적으로 출력 신호는 6.03mW, 잡음은 0.26 mW가 되었다. 그리하여, 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100)의 SNR은 약 13.7dB이었다.
일 실시예에 따른 광 변조 소자(100)에서 출력된 신호 크기는 0.3dB 줄었지만 잡음도 3.2dB줄어, 비교예보다 SNR이 2.9dB 더 높아졌다. 비교예의 경우, 입력 신호가 줄어들어, 신호 증폭시 잡음도 함께 증폭되었음을 예상할 수 있다. 그러나, 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100)는 큰 신호가 입력되는 바, 동일한 증폭된 신호를 출력하더라도 잡음 증폭이 상대적으로 작음을 예상할 수 있다.
그리하여, 일 실시예에 따른 광 변조 소자는 신호대 잡음비를 향상시키면서 소형화를 구현할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광 변조 소자(100a)를 도시한 도면이다. 도 1b과 도 3을 비교하면 위상 변조기와 증폭기는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 증폭기의 길이는 위상 변조기의 길이보다 클 수 있다. 일반적으로 광을 증폭시키는 시간이 위상 변조시키는 시간보다 큰 바, 증폭 시간을 확보하기 위해 증폭기의 길이가 위상 변조기의 길이보다 클 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 일체화된 전극을 포함하는 광 변조 소자(100b)를 도시한 도면이다. 도 1a과 도 4를 비교하면, 도 4의 광 변조 소자(100b)는 제1 전극(E11)과 제3 전극(E33)이 일체화될 수 있다. 제2 전극(E2)에 제1 전압이 인가되고, 제1 전극(E11)이 접지되며, 제4 전극(E4)에 제2 전압이 인가되고 제3 전극(E33)이 접지될 수 있다. 접지되는 제1 및 제3 전극(E11, E33)을 일체화함으로써 광 변조 소자(100)의 구조를 간소화시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 커패시터 타입의 증폭기(130)를 포함하는 광 변조 소자(100c)를 도시한 도면이다. 도 1a과 도 5를 비교하면, 도 5에 도시된 위상 변조기(120b)의 제1 및 제2 도핑 영역(124a, 126a)은 동일한 도펀트로 도핑될 수 있다. 제1 및 제2 도핑 영역(124a, 126)a은 제1 도핑층(132)에 도핑된 도펀트와 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑층(132)이 n타입의 도펀트로 도핑된 경우, 제1 및 제2 도핑 영역(124a, 126a)은 p 타입 도펀트로 도핑될 수 있다.
제2 전극(E2)에 전압이 인가되면, 제2 전극(E2)과 제3 전극(E3) 사이에 배치된 제2 도핑 영역(126a), 언도핑 영역(122), 절연층(140) 및 제1 도핑층(132)에 전계가 형성되고, 언도핑 영역(122)의 전하 축적에 따른 전하 농도가 변하고, 그리 인해 언도핑 영역(122)의 굴절률이 변할 수 있다. 즉, 도 5의 위상 변조기(120b)는 커패시터 타입일 수 있다. 커패시터 타입의 위상 변조기(120b)는 PIN 또는 PN 다이오드 타입의 위상 변조기(120)보다 전력 소모가 작은 장점이 있다.
상기한 광 변조 소자(100)는 빔 스티어링 장치로 이용될 수 있다. 도 6은 일 실시예에 따른 라이다 장치(200)를 나타내는 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 라이다 장치(200)는 광을 발생시키는 광원(210), 광원(210)에서 출력된 광을 대상체를 향해 광을 스티어링하는 스티어링부(220), 대상체로부터 반사된 광을 검출하는 검출부(230) 및 검출부(230)에서 검출된 광으로부터 대상체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서(240)를 포함할 수 있다.
광원(210)은 선 대역 파장의 광을 출력할 수 있다. 적외선 대역의 광을 사용하면, 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 반드시 적외선 대역에 한정되는 것은 아니며 다양한 파장 대역의 빛을 방출할 수 있다.
광원(210)은 LD(laser diode), 측면 발광 레이저 (Edge emitting laser), 수직 공진형 표면 발광 레이저 (Vertical-cavity surface emitting laser: VCSEL) 분포궤환형 레이저(Distributed feedback laser), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원(210)을 포함할 수 있다.
광원(210)은 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성하여 출력할 수도 있다. 또한, 광원(210)은 펄스광 또는 연속광을 생성하여 출력할 수 있다.
스티어링부(220)는 광원(210)으로부터의 광의 진행 방향을 바꾸어 대상체를 조명하는 것으로, 기계적인 움직임 없이 광의 방향을 조절할 수 있는 광 위상 배열 소자를 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 광 위상 배열 소자(300)를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광 위상 배열 소자(300)는 입사된 광을 복수 개의 서브 광으로 분배시키는 광분배기(310), 분배된 상기 복수 개의 서브 광 각각의 위상 및 크기를 변조시키는 광 변조 어레이(320) 및 변조된 복수 개의 서브 광을 변조된 광으로 방출시키는 안테나 어레이(330)를 포함할 수 있다. 광분배기(310), 광 변조 어레이(320) 및 안테나 어레이(330)는 도파로로 상호 연결되어 있다.
광 변조 어레이(320)에 포함된 광 변조 소자(100)는 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100, 100a, 100b, 100c)가 적용될 수 있다.
상기와 같이 광 위상 배열 소자(300)는 기계적인 움직임 없이 광의 방향을 조절할 수 있기 때문에 정교하고 빠른 제어가 가능한 장점이 있다. 그러나, 광 위상 배열 소자(300)는 입사된 광이 광 위상 배열 소자(300)를 통과하면서 손실이 발생할 수 있다. 그러나, 일 실시예에 따른 광 변조 어레이가 일 실시예에 따른 광 변조 소자(100, 100a, 100b, 100c)를 포함하는 경우, 광 변조 소자(100, 100a, 100b, 100c)가 위상 변조 및 증폭을 동시에 수행할 수 있는 바, 광의 진행 경로를 줄일 수 있어 광손실을 최소화할 수 있고, 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있으며, 광 위상 배열 소자의 크기를 줄일 수 있다.
검출부(230)는 대상체에 의해 반사된 광을 검출할 수 있다. 검출부(230)는 광 검출 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 검출부(230)는 대상체로부터 반사된 광을 파장별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수도 있다.
프로세서(240)는 검출부(230)에서 검출된 광으로부터 대상체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(240)는 라이다 장치(300) 전체의 처리 및 제어를 총괄할 수 있다. 프로세서(240)는 대상체에 대한 정보 획득 및 처리 할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 2차원 또는 3차원 영상 정보를 획득 및 처리할 수 있다. 프로세서(240)는 그 외, 광원(210), 스티어링부(220)의 구동이나 검출부(230)의 동작등을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 스티어링부(220)에 포함된 광 변조 소자에 인가되는 전기적 신호를 제어할 수있다. 프로세서(240)는 또한, 대상체로부터 획득한 정보에 근거하여 사용자 인증 등의 여부를 판단할 수 있고, 기타, 다른 어플리케이션을 실행할 수도 있다.
광원(210), 스티어링부(220), 검출부(230) 및 프로세서(240)는 별도의 장치로 구현될 수도 있고, 하나의 장치로 구현될 수도 있다.
프로세서(240)가 획득한 3차원 이미지는 다른 유닛으로 전송되어 활용될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(200)가 채용되는 무인 자동차, 드론 등과 같은 자율 구동 기기의 프로세서(240)에 이러한 정보가 전송될 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 랩톱(laptop), PC(Personal Computer), 웨어러블(wearable) 기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치에서 이러한 정보가 활용될 수도 있다.
도 8은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 네트워크 환경에서 전자 장치(401)는 제1 네트워크(498)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(402)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(499)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(404) 및/또는 서버(408)와 통신할 수 있다. 전자 장치(401)는 서버(408)를 통하여 전자 장치(404)와 통신할 수 있다. 전자 장치(401)는 프로세서(420), 메모리(430), 입력 장치(450), 음향 출력 장치(455), 표시 장치(460), 오디오 모듈(470), 센서 모듈(410), 인터페이스(477), 햅틱 모듈(479), 카메라 모듈(480), 전력 관리 모듈(488), 배터리(489), 통신 모듈(490), 가입자 식별 모듈(496), 및/또는 안테나 모듈(497)을 포함할 수 있다. 전자 장치(401)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(460) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(410)의 지문 센서(411)나 또는, 홍채 센서, 조도 센서 등은 표시 장치(460)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.
프로세서(420)는, 소프트웨어(프로그램 등)를 실행하여 프로세서(420)에 연결된 전자 장치(401) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(420)는 다른 구성요소(센서 모듈(410), 통신 모듈(490) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(432)에 로드하고, 휘발성 메모리(432)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(434)에 저장할 수 있다. 프로세서(420)는 메인 프로세서(421)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(423)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(423)는 메인 프로세서(421)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(423)는, 메인 프로세서(421)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(421)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(421)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(421)와 함께, 전자 장치(401)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(460), 센서 모듈(410), 통신 모듈(490) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(423)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(480), 통신 모듈(490) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(430)는, 전자 장치(401)의 구성요소(프로세서(420), 센서모듈(476) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(440) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(430)는, 휘발성 메모리(432) 및/또는 비휘발성 메모리(434)를 포함할 수 있다.
프로그램(440)은 메모리(430)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(442), 미들 웨어(444) 및/또는 어플리케이션(446)을 포함할 수 있다.
입력 장치(450)는, 전자 장치(401)의 구성요소(프로세서(420) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(401)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(450)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(455)는 음향 신호를 전자 장치(401)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(455)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(460)는 전자 장치(401)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(460)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(460)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(470)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(470)은, 입력 장치(450)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(455), 및/또는 전자 장치(401)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(402) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(410)은 전자 장치(401)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(410)은, 지문 센서(411), 가속도 센서(412), 위치 센서(413), 3D 센서(414)등을 포함할 수 있고, 이 외에도 홍채 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
3D 센서(414)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 분석하여 대상체의 형상, 움직임등을 센싱하는 것으로, 전술한 실시예에 따른 라이다 장치(200)를 포함할 수 있다.
인터페이스(477)는 전자 장치(401)가 다른 전자 장치(전자 장치(402) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(477)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(478)는, 전자 장치(401)가 다른 전자 장치(전자 장치(402) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(478)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(479)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(479)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(480)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(480)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(480)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며,
전력 관리 모듈(488)은 전자 장치(401)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(388)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(489)는 전자 장치(401)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(489)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(490)은 전자 장치(401)와 다른 전자 장치(전자 장치(402), 전자 장치(404), 서버(408) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(490)은 프로세서(420)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서(를 포함할 수 있다. 통신 모듈(490)은 무선 통신 모듈(492)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(494)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(498)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(499)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(492)은 가입자 식별 모듈(496)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(498) 및/또는 제2 네트워크(499)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(401)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(497)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(497)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(490)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(498) 및/또는 제2 네트워크(499)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(490)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(497)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(499)에 연결된 서버(408)를 통해서 전자 장치(401)와 외부의 전자 장치(404)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(2002, 2004)은 전자 장치(401)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(401)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(402, 404, 408) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(401)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(401)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
실시예들에 따른 라이다 장치는 도 9에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(510), 도 10에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(520), 도 12에 도시된 노트북 컴퓨터(530) 등에 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(510) 또는 스마트 태블릿(520)은 객체 3D 센서인 라이다 장치(200)를 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.
또한, 라이다 장치(200)는 도 13에 도시된 스마트 냉장고(540), 도 14에 도시된 보안 카메라(550), 도 15에 도시된 로봇(560) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(540)는 이미지센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(550)는 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(560)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 3차원 이미지를 제공할 수 있다.
또한, 3D 센서인 라이다 장치(200)는 도 16에 도시된 바와 같이 차량(570)에 적용될 수 있다. 차량(570)은 다양한 위치에 배치된 복수의 라이다 장치(571, 572, 573, 574)를 포함할 수 있다. 차량(570)은 라이다 장치(571, 572, 573, 574)를 이용하여 차량(570) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
상술한 광 변조 소자(100) 및 이를 포함한 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 상술한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 권리 범위는 따라서 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
100, 100a, 100b, 100c: 광 변조 소자
110: 기판
120: 위상 변조기
122: 언도핑 영역
124: 제1 도핑 영역
126: 제2 도핑 영역
130: 증폭기
132: 제1 도핑층
134: 양자 우물층
136: 클래드층
138: 제2 도핑층
140: 절연층

Claims (23)

  1. 이격 배치된 제1 및 제2 트랜치를 포함하는 기판;
    상기 기판의 일부 영역으로서, 상기 제1 및 제2 트랜치 사이에 배치되면서 도펀트에 의해 도핑되지 않는 언도핑 영역과 상기 언도핑 영역을 사이에 두고 이격 배치되면서 도펀트에 의해 도핑된 제1 및 제2 도핑 영역을 포함하고, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 상기 언도핑 영역을 진행하는 광의 위상을 변조하는 위상 변조기;
    상기 기판상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서 순차적으로 배열된 제1 도핑층, 양자 우물층, 클래드층 및 제2 도핑층을 포함하며, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 상기 광을 증폭시키는 증폭기; 및
    상기 위상 변조기와 상기 증폭기 사이에 배치되는 절연층;을 포함하는 광 변조 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광은,
    상기 제1 전기적 신호에 기초한 위상 변조와 상기 제2 전기적 신호에 기초한 증폭이 동시에 수행되는 광 변조 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 증폭기 전체는,
    상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기에 중첩되는 광 변조 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑층은,
    상기 제1 트랜치, 상기 언도핑 영역 및 상기 제2 트랜치를 덮는 광 변조 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 제1 도핑층과 상기 제1 도핑 영역 사이, 상기 제1 도핑층과 상기 제2 도핑 영역 사이, 제1 도핑층과 언도핑 영역 사이에 배치되는 광 변조 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    실리콘 산화물을 포함하는 광 변조 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 양자 우물층, 상기 클래드층 및 상기 제2 도핑층의 폭은,
    상기 언도핑 영역의 폭보다 큰 광 변조 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 양자 우물층, 상기 클래드층 및 상기 제2 도핑층은 폭은, 상기 제1 도핑층의 폭보다 작은 광 변조 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑층, 클래드층, 양자 우물층 및 제2 도핑층은
    III-V족 반도체 화합물을 포함하는 광 변조 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑 영역, 상기 제2 도핑 영역, 상기 제1 도핑층 및 상기 제2 도핑층 각각에 접하는 제1 내지 제4 전극;을 더 포함하는 광 변조 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극을 통해 상기 제1 전기적 신호가 인가되고,
    상기 제3 및 제4 전극을 통해 상기 제2 전기적 신호가 인가되는 광 변조 소자.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 일체화된 광 변조 소자.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극은 접지된 광 변조 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 변조기와 상기 증폭기의 길이는 서로 다른 광 변조 소자.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 변조기의 길이는,
    상기 증폭기의 길이보다 작은 광 변조 소자.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역은 서로 다른 타입의 도펀트로 도핑된 광 변조 소자.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역은 동일 타입의 도펀트로 도핑된 광 변조 소자.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도핑층은,
    상기 제1 도핑 영역과 상기 제2 도핑 영역 중 적어도 하나와 다른 타입의 도펀트로 도핑된 광 변조 소자.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 광 변조 소자의 신호대 잡음비는 12dB이상인 광 변조 소자.
  20. 입력된 광을 복수 개의 서브 광으로 분할하는 광 스플리터;
    상기 광 스플리터에서 출력된 복수 개의 서브 광 각각을 위상 및 크기 중 적어도 하나를 변조된 변조 어레이;
    상기 복수 개의 광 변조 소자에서 출력된 변조된 복수 개의 서브 광을 지향성을 갖는 광으로 출력하는 안테나 어레이;를 포함하고,
    상기 변조 어레이에 포함된 적어도 하나의 광 변조 소자는,
    이격 배치된 제1 및 제2 트랜치를 포함하는 기판;
    상기 기판의 일부 영역으로서, 상기 제1 및 제2 트랜치 사이에 배치되면서 도펀트에 의해 도핑되지 않는 언도핑 영역과 상기 언도핑 영역을 사이에 두고 이격 배치되면서 도펀트에 의해 도핑된 제1 및 제2 도핑 영역을 포함하고, 인가된 제1 전기적 신호에 기초하여 상기 언도핑 영역을 진행하는 광의 위상을 변조하는 위상 변조기;
    상기 기판 상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서, 인가된 제2 전기적 신호에 기초하여 상기 광을 증폭시키는 증폭기; 및
    상기 위상 변조기와 상기 증폭기간의 전류 흐름을 방지하는 절연층;을 포함하는 광 스티어링 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 증폭기는,
    상기 기판상에 상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기의 적어도 일부와 중첩되면서 순차적으로 배열된 제1 도핑층, 양자 우물층, 클래드층 및 제2 도핑층을 포함하는 광 스티어링 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 광은,
    상기 제1 전기적 신호에 기초한 위상 변조와 상기 제2 전기적 신호에 의한 증폭이 동시에 수행되는 광 스티어링 장치.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 증폭기 전체는,
    상기 기판의 두께 방향으로 상기 위상 변조기에 중첩되는 광 스티어링 장치.
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