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KR102520856B1 - P-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자 - Google Patents

P-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자 Download PDF

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KR102520856B1
KR102520856B1 KR1020160092894A KR20160092894A KR102520856B1 KR 102520856 B1 KR102520856 B1 KR 102520856B1 KR 1020160092894 A KR1020160092894 A KR 1020160092894A KR 20160092894 A KR20160092894 A KR 20160092894A KR 102520856 B1 KR102520856 B1 KR 102520856B1
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beam steering
nanoantenna
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reflective electrode
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박재철
이두현
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삼성전자주식회사
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Abstract

p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자가 개시된다. 개시된 빔 스티어링 소자는 반사전극층 상에서 상기 반사전극층에 인가된 전압에 의해 굴절률이 변하는 p-n 접합층과, 상기 p-n 접합층 상에서 복수의 요소들을 포함하는 나노안테나층과, 상기 복수의 요소들을 전기적으로 연결하는 공통전극을 포함한다.
상기 p-n 접합층은 순차적으로 적층된 p 도핑층과 n 도핑층을 포함한다.

Description

P-N 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자{Beam steering evice including p-n junction layer}
p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자에 관한 것이다.
레이저와 같은 빔을 원하는 위치로 스티어링시키기 위해서 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다. 예를 들어, 레이저 조사부를 기계적으로 회전시켜주거나, 나노안테나 또는 광도파로(waveguide)와 같은 광학 위상 어레이(optical phased array)를 이용한다. 광학 위상 어레이를 이용하는 경우, 나노안테나 또는 광도파로의 광학 특성을 전기적으로 또는 열적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.
기계적으로 레이저를 스티어링 하기 위해서 모터 또는 멤스(MEMS) 구조가 채용된다. 기계적 구동을 채용한 장치는 부피가 커지며, 기계적 구동소자의 가격이 비쌀 수 있다. 또한, 모터의 경우 소음이 발생할 수 있으며, 멤스 구조를 적용할 경우 진동 등의 이슈로 인해 응용분야가 제한된다.
광학 위상 어레이를 이용시, 나노안테나의 픽셀영역 또는 광도파로 마다 구동부가 필요하며, 이에 따라 상기 구동을 위한 소자를 필요로 하므로 광학 위상 어레이를 이용한 장치가 복잡해진다.
나노안테나의 픽셀영역의 광학 특성을 조절하는 액티브층으로 p-n 접합층을 사용한 빔 스티어링 소자를 제공한다.
실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자는:
반사전극층;
상기 반사전극층 상에서 상기 반사전극층에 인가된 전압에 의해 굴절률이 변하는 p-n 접합층;
상기 p-n 접합층 상에서 복수의 요소들을 포함하는 나노안테나층; 및
상기 복수의 요소들을 전기적으로 연결하는 공통전극;을 포함하며,
상기 p-n 접합층은 순차적으로 적층된 p 도핑층과 n 도핑층을 포함한다.
상기 p 도핑층은 p형 산화물 반도체 및 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 p 도핑층은 CuAl2O, NiO, CuO 를 포함할 수 있다.
상기 n 도핑층은 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), GIZO(Ga-In-Zn-Oxide), AZO(Al-Zn-Oxide), GZO(Ga-Zn-Oxide), ZnO 를 포함할 수 있다.
상기 반사전극층은 서로 이격된 복수의 반사전극을 포함하며, 각 반사전극은 해당 픽셀영역에 대응되게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자는 복수의 구동부를 포함하는 구동회로를 더 포함하며, 상기 구동부는 대응되는 반사전극에 구동전압을 인가할 수 있다.
일 국면에 따르면, 상기 공통전극은 상기 복수의 요소들을 연결하는 배선이다.
다른 국면에 따르면, 상기 공통전극은 상기 p-n 접합층과 상기 나노안테나 사이의 투명전극층이다.
실시예에 따르면, 상기 p 도핑층과 상기 n 도핑층 사이의 인트린식층을 더 포함하며, 상기 인트린식층은 상기 p 도핑층 및 상기 n 도핑층의 도핑 농도 보다 낮은 도핑농도를 가진다.
실시예에 따르면, 상기 p-n 접합층과 상기 나노안테나 사이의 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 10 nm ~ 20 nm 두께를 가질 수 있다.
상기 공통전극은 상기 p-n 접합층과 상기 절연층 사이 또는 상기 절연층 및 상기 나노안테나 사이의 투명전극층일 수 있다.
상기 복수의 요소는 평면도에서 볼 때, 원형, 타원형, 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
상기 나노안테나층의 상기 요소는 상기 나노안테나층에 조사되는 빔의 파장 보다 작은 직경을 가지며, 상기 요소들 사이의 간격은 상기 파장 보다 작을 수 있다.
상기 p 도핑층은 상기 반사전극층 바로 위에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 스티어링 소자는 나노안테나가 배치된 픽셀 영역의 굴절률을 p-n 접합층에 인가되는 전압으로 조절하므로, 픽셀 영역별 구동 요소의 제조공정이 간단하고 구동 요소의 제조비용이 적다.
또한, 픽셀 영역 별로 나노안테나 요소들의 굴절률 조절이 쉽다.
도 1은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선단면도다.
도 3은 실시예에 따른 스티어링 소자의 동작을 설명하는 그래프다.
도 4는 실시예에 따른 스티어링 소자의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 6은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 7은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
도 8은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도다.
도 1을 참조하면, 빔 스티어링 소자(100)는 p-n 접합층(130) 상에 형성된 나노안테나(150)를 포함한다. 나노안테나(150)는 복수의 요소(152)를 포함한다. 각 요소(152)는 다양한 형상, 예컨대, 평면도로 볼 때 사각형, 원형, 다각형 등으로 이루어질 수 있다. 각 요소(152)는 나노미터 크기로 형성된다.
요소(152)는 입사광 파장 보다 작은 직경을 가진다. 예컨대, 요소(152)는 입사광 파장의 1/2 ~ 1/3 길이를 가질 수 있다. 입사광은 1 ㎛ ~ 1.5 ㎛ 파장을 가진 적외선일 수 있다. 요소(152)는 수십 나노미터의 높이를 가질 수 있다. 각 요소(152) 사이의 간격은 입사되는 레이저 빔의 파장의 대략 1/2 ~ 1/3 크기로 형성될 수 있다.
나노안테나(150)는 p-n 접합층(130)의 표면에 메타 표면(metasurface)을 형성한다.
도 1에서는 사각형상으로 된 요소(152)를 도시하였다. 나노안테나(150)는 복수의 픽셀영역(Px)에 형성될 수 있다. 편의상 도 1에서는 4개의 픽셀영역(Px)을 도시하였으며, 각 픽셀영역(Px)에는 4개의 요소(152)가 포함된다. 요소들(152)은 서로 전기적으로 연결된다. 예컨대, 도 1에서 보듯이 요소들(152)이 배선(160)에 의해서 연결될 수 있다. 배선(160)은 도 1에서 보듯이 제1 방향(도 1에서 가로 방향)으로 형성될 수 있으며, 제2 방향(도 1에서 세로방향)으로는 각 줄의 요소들(152)을 연결하도록 형성될 수 있다. 배선(160)을 통해서 요소들(152)에 동일한 공통 전압이 인가된다. 배선(160)은 공통전극으로도 칭한다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선단면도다.
도 2를 참조하면, 구동회로(110) 위에 반사전극층(120), p-n 접합층(130), 나노안테나(150)가 순차적으로 적층되어 있다. p-n 접합층(130)은 전압인가에 따라 그 굴절률이 변하는 층으로 액티브층이라고도 한다.
반사전극층(120)은 복수의 반사전극(122)을 포함한다. 각 반사전극(122)은 대응되는 픽셀영역(Px)에 형성되어서, 구동회로(110)로부터의 전압을 해당 픽셀영역(Px)의 p-n 접합층(130)으로 인가한다. 각 픽셀영역(Px) 마다 하나의 반사전극(122)이 형성될 수 있다. 반사전극(122)은 입사된 빔을 반사시켜서 빔 스티어링 소자(100)의 광 효율을 증가시킬 수 있다.
반사전극(122)은 50 nm ~ 100 nm 두께로 형성될 수 있다. 반사전극(122)은 Ag, Au, Al 또는 이들 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 합금, TiN, TaN 등으로 형성될 수 있다.
p-n 접합층(130)은 반사전극층(120) 상에 순차적으로 형성된 p 도핑층(132)과 n 도핑층(134)을 포함한다. P 도핑층(132)은 p형 산화물 반도체,예컨대, CuAlO2, NiO, CuO 등으로 형성될 수 있다. 또한, p 도핑층(132)은 p-실리콘으로 형성될 수 있다. P 도핑층(132)은 대략 10 nm ~ 50 nm 두께로 형성될 수 있다. P 도핑층(132)은 1018 ~ 1021 atoms/cm3 농도의 불순물을 포함할 수 있다.
실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 반사전극층(120) 상에 n 도핑층이 형성되고, n 도핑층 상에 p 도핑층이 형성될 수 있다.
n-도핑층(134)은 n형 산화물 반도체, 예컨대, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), GIZO(Ga-In-Zn-Oxide), AZO(Al-Zn-Oxide), GZO(Ga-Zn-Oxide) 및 ZnO를 포함할 수 있다. n 도핑층(134)은 대략 10 nm ~ 50 nm 두께로 형성될 수 있다. n 도핑층(134)은 1018 ~ 1021 atoms/cm3 농도의 불순물을 포함할 수 있다.
나노안테나(150)의 요소들(152)은 Ag, Au, Al 또는 이들 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 합금, TiN, TaN 등으로 형성될 수 있다. 나노안테나(150)의 요소들(152)은 반사전극(122)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 요소들(152)은 각 픽셀영역(Px)에 어레이로 배열될 수 있다. 요소들(152)은 서로 동일한 크기와 동일한 형상을 가질 수 있다. 실시예는 이에 한정되지 않는다. 요소들(152)은 크기가 다를 수 있으며, 형상도 서로 다를 수도 있다.
배선(160)은 나노안테나(150)의 요소들(152)과 동일한 물질을 n 도핑층(134) 상에 도포한 다음 패터닝에 의해 형성될 수도 있다.
요소들(152)에는 공통 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 그라운드 전압이 인가되거나, 마이너스 전압이 배선(160)을 통해서 인가될 수 있다. 도 2에서는 편의상 n 도핑층(134)에 그라운드 전압이 인가되는 것으로 도시하였다.
반사전극(122)에는 플러스 전압이 인가될 수 있다. 구동회로(110)는 각 픽셀영역(Px)의 반사전극(122)에 구동전압을 인가할 수 있는 구동부를 포함한다. 구동부는 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 배선(160)에 그라운드 전압이 인가되고, 특정한 픽셀영역(Px)의 구동부의 트랜지스터가 어드레스되면, 상기 커패시터에 미리 저장된 전압이 해당 픽셀영역(Px)의 p 도핑층(132)에 인가된다. 상기 픽셀영역(Px)의 p-n 접합층(130)의 접합영역의 캐리어 농도가 변하며, 이에 따라 상기 픽셀영역(Px)의 굴절률이 변한다. 나노안테나(150)로 입사된 레이저 빔은 상기 픽셀영역(Px)의 굴절률에 따라서 반사되는 빔의 위상 및 반사율이 조절된다. 즉, 레이저 빔이 원하는 위치로 스티어링된다.
이러한 빔 스티어링 장치(100)는 깊이 센서(depth 센서), 3-dimensional 센서, LiDAR (laser radar) 등에 적용될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 스티어링 소자의 동작을 설명하는 그래프이며, 도 4는 실시예에 따른 스티어링 소자의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 실시예에 따른 스티어링 소자의 동작을 설명한다.
먼저, 배선(160)에 공통 전압을 인가한다. 공통 전압은 그라운드 전압일 수 있다. 각 반사전극(122)에 구동회로(110)을 통해서 구동전압을 인가한다. 구동전압은 플러스 전압일 수 있다.
도 3에서 도트선은 구동전압 인가전의 캐리어 농도를 나타내고, 실선은 구동전압 인가시의 캐리어 농도를 나타낸다. 구동전압의 인가에 따라 각 픽셀 영역(Px)영역에서, p-n 접합층(130)의 중간영역에서의 캐리어 농도가 변한다. 이 캐리어 농도에 따라서 해당 픽셀영역에서의 굴절률이 변한다.
레이저(L)로부터 레이저 빔을 나노안테나로 조사한다. 나노안테나(150)로 입사된 광(L1)은 나노안테나(150)에서 반사되어서 p-n 접합층(130)의 해당 픽셀영역의 굴절률에 따라서 굴절되어서 방출된다. 방출광(L2)의 반사각은 해당 픽셀영역에서의 굴절률에 의해 조절된다.
실시예에 따른 스티어링 소자(100)는 나노안테나(150)의 요소들(152)의 광학특성인 굴절률을 p-n 접합층(130)에 인가되는 전압으로 조절하므로, 굴절률 조절이 용이하며, 픽셀영역별 구동 요소의 제조공정이 간단하고 제조비용이 적게 든다.
도 5는 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자(200)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다. 도 1 및 도 2의 빔 스티어링 소자(100)와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 빔 스티어링 소자(200)는 빔 스티어링 소자(100)의 배선(160) 대신에 나노안테나(150) 및 n 도핑층(134) 사이의 투명전극층(260)을 더 포함한다. 투명전극층(260)은 그 위에 형성된 나노안테나(150)의 요소들(152)의 공통전극으로 작용한다. 투명전극층(260)은 투명 산화물 반도체, 예컨대 ITO(indium tin oxide)로 형성될 수 있다.
공통전극으로 배선(160) 대신에 투명전극층(260)을 형성시 제조공정상 용이할 수 있다.
도 5의 빔 스티어링 소자(200)의 구동방법은 도 2의 빔 스티어링 소자(100)의 구동방법으로부터 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자(300)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다. 도 1 및 도 2의 빔 스티어링 소자(100)와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 빔 스티어링 소자(300)의 p-n 접합층(330)은 p 도핑층(332)과 n 도핑층(334) 사이에 상대적으로 낮은 도핑 농도를 가진 인트린식층(336)을 더 포함한다. 예컨대, p 도핑층(332)과 n 도핑층(334)의 도핑농도는 대략 1018 ~ 1021 atoms/cm3 일 수 있으며, 인트린식층(336)의 도핑농도는 대략 1015 ~ 1017 atoms/cm3 일 수 있다. 즉, 액티브층은 p-i-n 층일 수 있다. 인트린식층(336)은 p 도핑층(332) 또는 n 도핑층(334)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 인트린식층(336)이 p 도핑층(332)과 동일한 물질로 형성되는 경우, 인트린식층(336)은 p형 불순물로 도핑된다. 인트린식층(336)이 n 도핑층(334)과 동일한 물질로 형성되는 경우, 인트린식층(336)은 n형 불술물로 도핑될 수 있다. 인트린식층(336)은 p 도핑층(332)과 n 도핑층(334) 보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 인트린식층(336)은 수 ~ 수십 나노미터 두께를 가질 수 있다.
인트린식층(336)을 포함하는 빔 스티어링 소자(300)는 break-down 전압이 증가하며, 이에 따라 캐리어 농도가 증대되어 굴절률 변화를 크게 할 수 있다.
도 6에서는 나노안테나(150)의 요소들(152)이 배선(160)으로 연결되어 있으나 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 배선(160) 대신에 n 도핑층(334) 및 나노안테나(150) 사이의 투명전극층(도 5의 262 참조)이 형성될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자(400)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다. 도 1 및 도 2의 빔 스티어링 소자(100)와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7를 참조하면, p-n 접합층(130) 상에는 절연층(470)이 형성되며, 절연층(470) 상으로 나노안테나(150)가 형성될 수 있다. 절연층(470)은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 또는 고유전율 물질, 예컨대 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드로 형성될 수 있다. 절연층(470)은 10 nm ~ 20 nm 두께로 형성될 수 있다. 절연층(470)이 10 nm 미만의 두께로 형성되는 경우, 절연층(470)이 n 도핑층(134)을 완전히 커버하지 못할 수 있다. 절연층(470)이 20 nm 보다 두껍게 형성되면 굴절률의 가변효율이 감소될 수 있다.
절연층이 없는 빔 스티어링 소자(100)는 배선(160)의 형성방향(도 1에서 가로방향)으로의 스티어링이 어려우나, 절연층(470)을 포함하는 빔 스티어링 소자(400)는 절연층(470)의 존재로 배선(160)의 형성 방향과 관계없이 원하는 방향으로 스티어링이 용이하게 될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 p-n 접합층을 포함하는 빔 스티어링 소자(500)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도다. 도 7의 빔 스티어링 소자(400)와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7의 빔 스티어링 소자(400)와 비교하여 빔 스티어링 소자(500)는 배선(160) 대신에 투명전극층(560)을 포함한다. 투명전극층(560)은 절연층(470) 및 p-n 접합층(130) 사이에 배치될 수 있다. 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 투명전극층(560)이 절연층(470) 및 나노안테나(150) 사이에 배치될 수도 있다.
빔 스티어링 소자(500)의 구동방법은 상술한 실시예로부터 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 사상의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 스티어링 소자 110: 구동 회로
120: 반사전극층 122: 반사전극
130: p-n 접합층 132: p 도핑층
134: n 도핑층 150: 나노안테나
152: 요소 160: 배선

Claims (16)

  1. 반사전극층;
    상기 반사전극층 상에서 상기 반사전극층에 인가된 전압에 의해 굴절률이 변하는 p-n 접합층;
    상기 p-n 접합층 상에서 복수의 요소들을 포함하는 나노안테나층; 및
    상기 복수의 요소들을 전기적으로 연결하는 공통전극;을 포함하며,
    상기 p-n 접합층은 순차적으로 적층된 p 도핑층과 n 도핑층을 포함하고,
    상기 p 도핑층은 p형 산화물 반도체 및 실리콘을 포함하는 빔 스티어링 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 p 도핑층은 CuAl2O, NiO, CuO 를 포함하는 빔 스티어링 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 n 도핑층은 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), GIZO(Ga-In-Zn-Oxide), AZO(Al-Zn-Oxide), GZO(Ga-Zn-Oxide), ZnO 를 포함하는 빔 스티어링 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사전극층은 서로 이격된 복수의 반사전극을 포함하며, 각 반사전극은 해당 픽셀영역에 대응되게 형성된 빔 스티어링 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수의 구동부를 포함하는 구동회로를 더 포함하며,
    상기 구동부는 대응되는 반사전극에 구동전압을 인가하는 빔 스티어링 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사전극 및 상기 복수의 요소들은 Ag, Au, Al 또는 이들 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 합금 및 TiN, TaN 을 포함하는 빔 스티어링 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 복수의 요소들을 연결하는 배선인 빔 스티어링 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 p-n 접합층과 상기 나노안테나 사이의 투명전극층인 빔 스티어링 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 p 도핑층과 상기 n 도핑층 사이의 인트린식층을 더 포함하며, 상기 인트린식층은 상기 p 도핑층 및 상기 n 도핑층의 도핑 농도 보다 낮은 도핑농도를 가지는 빔 스티어링 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-n 접합층과 상기 나노안테나 사이의 절연층을 더 포함하는 빔 스티어링 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연층은 10 nm ~ 20 nm 두께를 가지는 빔 스티어링 소자.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 p-n 접합층과 상기 절연층 사이 또는 상기 절연층 및 상기 나노안테나 사이의 투명전극층인 빔 스티어링 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 요소는 평면도에서 볼 때, 원형, 타원형, 또는 다각형 형상을 가진 빔 스티어링 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노안테나층의 상기 요소는 상기 나노안테나층에 조사되는 빔의 파장 보다 작은 직경을 가지며, 상기 요소들 사이의 간격은 상기 파장 보다 작은 빔 스티어링 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 p 도핑층은 상기 반사전극층 바로 위에 배치된 빔 스티어링 소자.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7144188B2 (ja) * 2018-05-15 2022-09-29 浜松ホトニクス株式会社 反射型動的メタサーフェス
US10831082B2 (en) 2018-05-30 2020-11-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for controlling laser light propagation direction by using a plurality of nano-antennas
RU2680431C1 (ru) * 2018-05-30 2019-02-21 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Устройство и способ для управления направлением распространения луча
US12292380B2 (en) * 2018-07-25 2025-05-06 Cornell University Integrated microfluidic device for capture and spectroscopic characterization of live cells under various treatment conditions
KR102710728B1 (ko) * 2018-09-11 2024-09-27 삼성전자주식회사 광변조 소자와 그 동작방법 및 광변조 소자를 포함하는 장치
KR102785401B1 (ko) 2018-09-11 2025-03-21 삼성전자주식회사 메타표면 광학 위상 어레이를 포함하는 빔 스티어링 소자의 구동 시스템 및 구동방법
KR102682127B1 (ko) 2018-11-07 2024-07-08 삼성전자주식회사 광변조 소자와 그 동작방법 및 광변조 소자를 포함하는 장치
US11302248B2 (en) 2019-01-29 2022-04-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh U-led, u-led device, display and method for the same
US11271143B2 (en) 2019-01-29 2022-03-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
DE112020000561A5 (de) 2019-01-29 2021-12-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Videowand, treiberschaltung, ansteuerungen und verfahren derselben
CN113646910A (zh) * 2019-02-11 2021-11-12 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 光电组件、光电装置和方法
JP7246995B2 (ja) * 2019-03-29 2023-03-28 浜松ホトニクス株式会社 可変位相デバイス
US11538852B2 (en) 2019-04-23 2022-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
JP7494215B2 (ja) 2019-05-23 2024-06-03 エイエムエス-オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー 照明配置構造体、光誘導配置構造体およびそれらに関する方法
KR20210022401A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 삼성전자주식회사 라이다 장치 및 그 동작 방법
DE112020004395A5 (de) 2019-09-20 2022-06-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauelement, optoelektronische anordnung und verfahren
KR20220002791A (ko) * 2020-06-30 2022-01-07 삼성전자주식회사 광변조 장치 및 이를 채용한 광학 장치
EP3936908B1 (en) * 2020-07-09 2025-01-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Phase modulator and phase modulator array including the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003530593A (ja) * 2000-04-07 2003-10-14 エイチアールエル ラボラトリーズ,エルエルシー 光ビーム操向方法および装置
US20090109121A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Herz Paul R Electronically tunable microwave reflector

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8750653B1 (en) * 2010-08-30 2014-06-10 Sandia Corporation Infrared nanoantenna apparatus and method for the manufacture thereof
KR101669219B1 (ko) * 2010-12-30 2016-10-26 삼성전자주식회사 광변조기 및 이를 채용한 광학장치
US8872269B2 (en) 2011-12-12 2014-10-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Antenna cell design to prevent plasma induced gate dielectric damage in semiconductor integrated circuits
US20140085693A1 (en) 2012-09-26 2014-03-27 Northeastern University Metasurface nanoantennas for light processing
WO2014126789A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-21 The Government of the United State of America, as represented by the Secretary of the Navy Actively tunable polar-dielectric optical devices
US9104086B1 (en) 2014-02-24 2015-08-11 Sandia Corporation Method and apparatus of wide-angle optical beamsteering from a nanoantenna phased array
KR101672586B1 (ko) 2014-06-09 2016-11-04 한국과학기술원 파장 조율이 가능한 구조를 갖는 광 격자 커플러
US10216016B2 (en) 2014-07-25 2019-02-26 Cornell University Linear optical phase modulators
KR102542466B1 (ko) * 2015-11-27 2023-06-12 삼성전자주식회사 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템
US10444355B2 (en) * 2017-01-10 2019-10-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulating device and system employing same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003530593A (ja) * 2000-04-07 2003-10-14 エイチアールエル ラボラトリーズ,エルエルシー 光ビーム操向方法および装置
US20090109121A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Herz Paul R Electronically tunable microwave reflector

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Publication number Publication date
KR20180010583A (ko) 2018-01-31
US10234743B2 (en) 2019-03-19
US20180024412A1 (en) 2018-01-25

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