JP2004354440A

JP2004354440A - Optical modulation element and optical modulation method

Info

Publication number: JP2004354440A
Application number: JP2003148787A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Yokochi; 良也横地
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulation element which has high integration efficiency of a reflective face, which can be made small in size and which is easily aligned to an incident beam. <P>SOLUTION: The element is equipped with a reflective plate 1 to reflect light, a substrate 501 having an electrode 502, and a supporting part 2 which has flexibility and elastically supports the reflective plate 1 as displaceable with respect to the substrate 501 and displaces the reflective plate 1 in accordance with the potential difference between the reflective plate 1 and the electrode 502. The supporting part 2 is formed in the projection region of the reflective plate 1 onto the substrate 502. Or, the reflective plate 1, the supporting part 2 and the electrode 502 regarded as one group are arranged into a matrix. Or, a part of the substrate 1 corresponding to the gap of the adjacent reflective plate 1 of the substrate 501 is provided with a light quantity detector 1702 to detect the quantity of incident light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を反射する際に変調して出光する光変調素子及び光変調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型表示器などには、微細な形状の反射板の反射面を変位させて入射光束を位相変調する光変調素子を２次元的に配列した光変調素子が搭載されており、例として特許文献１に記載されたものがある。
この光変調素子は、反射面である矩形フラップをその頂点の１点または対角の２点で支持し、この反射面をクーロン力で支点に対して傾斜させるまたはねじることで変位可能に構成したものである。そして、特許文献１にはこの素子を２次元的に配列して空間変調を可能にした空間光変調器（素子）が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２９７０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような従来の光変調素子は、反射面をその外側で支持して素子基材に連結する構成とされている。この支持構造部分は、反射に寄与しない領域であるが構造的に必要な領域であるから、この領域をより狭くして反射効率を向上するには限界があった。
【０００６】
また、この１つの反射面を有する光変調素子を２元的に配列した光変調素子の場合には、図１７にその一部を平面図として示すように、支持構造として必要な領域（図の斜線部以外の部分）は格子状に存在し、光変調素子全体の大きさに対する反射面７０１（図の斜線部）の比率の向上（反射面の集積効率向上）には同様に限界があった。これはまた、所定の反射率の光変調素子を小型化することを妨げるものであり、改善が望まれていた。
【０００７】
一方、光変調素子に入射する光束とその変調素子との位置は正確に合わせられている必要があるが、光変調素子の前段の光学系と変調素子を保持する保持手段との機械的精度や取付精度に依存せざるを得ず、また、光変調素子自体の製造時の反射面位置のばらつきも生じるため、精度良く位置合わせをすることが難しいものであった。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、反射面の集積効率が高く、素子の小型化が可能な光変調素子を提供することにある。
また、入射する光束に対する位置合わせが容易な光変調素子及び光変調方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１は、入射光を反射する反射板１と、電極５０２を有する基板５０１と、可撓性を有し前記反射板１を前記基板５０１に対して変位可能なように弾性的に支持する支持部２とを備え、前記反射板１を、該反射板１と前記電極５０２との間の電位差に応じて変位させる構成にした光変調素子において、
前記支持部２を前記反射板１の前記基板５０２への投影領域内に形成し、前記反射板１と前記支持部２と前記電極５０２とを組としてこの組をマトリクス状に配列して成ることを特徴とする光変調素子１１であり、
請求項２は、請求項１記載の光変調素子１１において、前記基板５０１の、隣接する前記反射板１の間隙に対応する部分に、前記入射光の光量を検出する光量検出器１７０２を備えたことを特徴とする光変調素子１１０である。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項３は、請求項２に記載の光変調素子１１０を用いて光変調を行う光変調方法であって、前記光量検出器１７０２から送出された光量情報Ｓ１を基に前記入射光の光束の分布領域を特定し、前記分布領域に対応した前記反射板１について、前記光束の波面を所望の波面となるように変位を制御することを特徴とする光変調方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図１６を用いて説明する。
図１は、本発明の光変調素子の実施例を示す斜視図であり、
図２は、本発明の光変調素子の実施例を説明する構造図であり、
図３は、本発明の光変調素子の実施例を示す斜視図であり、
図４は、本発明の光変調素子の他の実施例を示す斜視図であり、
図５は、本発明の光変調素子の他の実施例を示す平面図であり、
図６は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第１の断面図であり、
図７は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第２の断面図であり、
図８は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第３の断面図であり、
図９は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第４の断面図であり、
図１０は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第５の断面図であり、
図１１は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第６の断面図であり、
図１２は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第７の断面図であり、
図１３は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第８の断面図であり、
図１４は、本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第９の断面図であり、
図１５は、本発明の光変調素子の実施例における構成を示すブロック図であり、
図１６は、本発明の光変調素子の実施例を搭載した光通信受光装置の構成例を示す図である。
【００１２】
＜実施例＞
まず、本発明の光変調素子における好ましい実施例の製作方法の一例を、工程順に図６〜図１４を用いて説明する。
以下の説明においては、特に記載がない限り、反射面を一枚有する光変調素子とこれを複数個マトリクス状（２次元状）に配列した光変調素子とを含めて光変調素子と称するものとする。
ここでいうマトリクス状とは、行と列の配列以外の千鳥状の配列を含み、また配列した外縁形状は、矩形や多角形だけではなく、円形や楕円形、あるいは異形の２次元状配列を含むものである。
また、以下の工程説明では、理解を容易にするために反射面を１枚有する素子について説明するが、複数の反射面を有する素子についても同様の工程で製作できるものである。
【００１３】
（工程１）ポリシリコン電極の形成〔図６（ａ）参照〕
シリコン基板５０１上にポリシリコン層を堆積形成し、このポリシリコン層に、半導体製造等において周知のフォト・リソグラフィー工法及びエッチング工法を施して所定の形状の電極５０２にする。この電極５０２は、反射板（詳細は後述する）を駆動するための電極となるものである。
また、この電極の材質はポリシリコンに限らず、後工程で影響を受け難い材質であればよく、例えば、タングステンやタングステン・シリサイド等を用いることができる。
【００１４】
（工程２）犠牲層シリコン酸化膜の形成〔図６（ｂ）参照〕
工程１で形成した電極５０２を含めたシリコン基板５０１上に、半導体製造等において周知のウエット酸化工法により犠牲層シリコン酸化膜５０３を厚さＴで堆積形成する。
【００１５】
（工程３）フォトレジスト層の形成と露光〔図６（ｃ）参照〕
犠牲層シリコン酸化膜５０３上にフォトレジスト層５０４を形成する。
次に、第１のマスク５０５を介して露光光５０８をフォトレジスト層５０４に照射して露光する。
この露光により、フォトレジスト層５０４には第１のマスク５０５の第１Ａの開口部５０５ａと、第１Ｂの開口部５０５ｂに対応した潜像部５０４ａ，５０４ｂ（図の格子線部）が形成される。
第１Ａの開口部５０５ａは、反射面を支持する支持部（詳細は後述する）にほぼ対応する部分であり、第１Ｂの開口部５０５ｂはこの支持部の境界部となる部分にほぼ対応するように設定される。
【００１６】
（工程４）潜像部の溶解とエッチング（図７参照）
フォトレジスト層５０４を現像して潜像部５０４ａ，５０４ｂを溶解する。残存した残存部５０４ｃ，５０４ｄ，５０４ｅをマスクとして犠牲層シリコン酸化膜５０３をエッチングし、Ａの凹部５０３ａ１とＢの凹部５０３ｂ１とを形成する。
このエッチングは、ＣＦ_４（四フッ化炭素）等のエッチングガスを用いたフッ素系プラズマエッチングで行うことができる。
【００１７】
（工程５）エッチングによる階段状加工（その１）〔図８（ａ）参照〕
Ａの凹部５０３ａ１及びＢの凹部５０３ｂ１上にフォトレジスト層（図示せず）を形成し、第２のマスク５０６を介して露光する。
第２のマスク５０６の第２Ａの開口部５０６ａは、第１のマスク５０５の第１Ａの開口部５０５ａよりも図の右端側が狭く形成されているので、この露光により形成された潜像部を溶解して工程４と同様のエッチングを施すことにより、犠牲層シリコン酸化膜５０３に凹部５０３ａ２が形成され、結果としてＡの凹部は、凹部５０３ａ１と凹部５０３ａ２とで階段状に形成される。
また、第２のマスク５０６には、第２Ｂの開口部５０６ｂが第１のマスク５０５の第１Ａの開口部５０５ｂと同形状に開口しているので、Ｂの凹部は、凹部５０３ｂ１と凹部５０３ｂ２とで非階段状に形成される。
【００１８】
（工程６）エッチングによる階段状加工（その２）〔図８（ｂ）参照〕
工程５と同様に、Ａの凹部５０３ａ１，５０３ａ２及びＢの凹部５０３ｂ１，５０３ｂ２上にフォトレジスト層（図示せず）を形成し、第３のマスク５０７を介して露光する。
第３のマスク５０７の第３Ａの開口部５０７ａは、第２のマスク５０６の第２Ａの開口部５０６ａよりもさらに図の右端側が狭く形成されているので、この露光により形成された潜像部を溶解して（工程４）と同様のエッチングを施すことにより、犠牲層シリコン酸化膜５０３にさらに凹部５０３ａ３が形成され、結果としてＡの凹部は、凹部５０３ａ１と凹部５０３ａ２と凹部５０３ａ３とで階段状に形成される。
また、第３のマスク５０７には、第３Ｂの開口部５０７ｂが第１のマスク５０５の第１Ａの開口部５０５ｂと同形状に開口しているので、Ｂの凹部は、凹部５０３ｂ１と凹部５０３ｂ２と凹部５０３ｂ３とで非階段状に形成される。
【００１９】
上述のように、開口部が異なる複数枚のマスクを用い、フォトリソグラフィーとエッチングとのプロセスを繰り返し実施することで、図８（ｂ）に示すように、犠牲層シリコン酸化膜５０３に３段の段差を有する階段状のＡの凹部５０３ａ１〜５０３ａ３を形成することができる。
この段数は３段に限るものではなく、任意の段数に設定できるものである。また、階段状凹部を形成するための各マスクの開口部形状も任意であり、形成する階段状凹部の形状に対応して任意に設定することができる。
また、エッチング深さも任意であり、本実施例のように３回のエッチングを実施する場合は各エッチング深さをそれぞれ３／Ｔとすることができるが、この深さに限定されるものではない。
【００２０】
（工程７）第１のシリコン窒化膜の形成（図９参照）
上述した（工程５）〜（工程６）で形成した階段状凹部（Ａの凹部）５０３ａ１〜５０３ａ３を含んで犠牲層シリコン酸化膜５０３上に第１のシリコン窒化膜８０１を堆積形成する。Ａの凹部５０３ａ１〜５０３ｃ１上を含んだ階段状部分を、この第１のシリコン窒化膜８０１の階段形状部８０１Ａと称する。
この膜は、半導体製造において周知のＬＰ−ＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工法により形成することができる。
【００２１】
（工程８）第１のシリコン窒化膜のエッチング（図１０，図１１参照）
第１のシリコン窒化膜８０１に対して、マスク９０１を用いたフォトリソグラフィー及びエッチング工法を施し、少なくとも階段形状部８０１Ａを残して他の部分を除去する。
具体的には、シリコン基板５０１の一部８０１Ａ１から第１のシリコン窒化膜８０１の階段形状部の各段部８０１Ａ２，８０１Ａ３を経由し犠牲層シリコン酸化膜５０３の表面の一部８０１Ａ３までを連結する範囲である。
このエッチングは、ＣＦ_４（四フッ化炭素）等のエッチングガスを用いたフッ素系プラズマエッチングで行うことができる。
【００２２】
（工程９）平坦化用酸化膜の形成（図１１参照）
シリコン窒化膜８０１上に半導体製造等において周知のシラン・ガス等を用いたＣＶＤ工法からなる平坦化用酸化膜１００１を堆積形成する。下地層の起伏が激しい部分には、例えば、引け１００１ａや空隙１００１ｂが生じる場合があるが、所定部分８０１Ａに対応する部分には比較的平坦であるからこれらが生じることはない。この平坦化用酸化膜１００１は、下地の形状に倣った形状で堆積形成される。
この堆積形成は、第１のシリコン窒化膜８０１の階段形状部８０１Ａの最上面８０１Ａ４よりも高くなるように行う。
【００２３】
（工程１０）平坦化用酸化膜の平坦化と第２のシリコン窒化膜の形成（図１２参照）
平坦化用酸化膜１００１を、半導体製造で慣用のＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工法により第１のシリコン窒化膜８０１の最上面と同面となるように削る。
その後、第２のシリコン窒化膜１１０１を堆積形成する。図１２は、この第２のシリコン窒化膜１１０１を堆積形成した状態を示している。
【００２４】
（工程１１）第２のシリコン窒化膜のエッチングと不要層除去（図１２，図１３参照）
反射板とする範囲を閉口したマスク１１０２を用い、フォトリソグラフィー及びエッチングプロセスを施すことにより、第２のシリコン窒化膜１１０１の反射板１とする所定範囲１１０１Ａを残しその他の部分を除去する。
さらに、犠牲層シリコン酸化膜５０３と平坦化用酸化膜１００１をフッ酸水溶液等のエッチング液でウエットエッチングして除去する。この除去後の状態を図１３に示す。
【００２５】
（工程１２）反射膜の形成（図１４参照）
第２のシリコン窒化膜１１０１の残存した所定範囲１１０１Ａ上に反射膜１３０１を形成する。この反射膜１３０１の形成は、アルミニウム等の光反射性膜をスパッタリングあるいは蒸着することで行うことができる。
第２のシリコン窒化膜１１０１上で反射膜を形成する場所を制限する場合は、上述のフォトリソグフイー及びエッチングプロセスを施すことで可能である。
反射膜をアルミニウムで形成した場合は、エッチングは塩素系プラズマエッチングで行うことができる。
【００２６】
反射膜１３０１を形成した第２のシリコン窒化膜１１０１を反射板１と称する。
また、この反射板１を基板５０１に対して支持する第１のシリコン窒化膜８０１で形成した階段形状部８０１Ａを支持部２と称する。
【００２７】
本実施例の光変調素子の各部寸法の一例を下記に示す。この寸法は限定されるものではなく任意に設定できるものである。
基板５０１の厚さ：６００μｍ
電極５０２の大きさと厚さ：０．２μｍ
シリコン酸化膜５０３の厚さ：１．５μｍ
第１のシリコン窒化膜の厚さ：０．４μｍ
反射板１の大きさと厚さ：５０μｍ×５０μｍ，厚さ１．２μｍ
支持部２の幅と厚さ：幅５μｍ，厚さ２μｍ
【００２８】
上述の製作工程の説明は、理解を容易にするために、断面図をもとに平面的形状で説明したが、本実施例は、反射板１を略正方形とし、これを支持する支持部２を、その反射板１の外形における対向する一対の辺の近傍に、一対の逆向きの階段形状となるように形成している。これを図１，図２を用いて説明する。
【００２９】
図１（ａ），図１（ｂ）は、上述した工程で製作した光変調素子の概略斜視図であり、上述した図１４は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面に相当する。
図２は、図１（ａ）に対して反射板１を除いた状態を示す図である。
【００３０】
図１（ａ），図２に示すように、本実施例において、支持部２は一対形成される。
この支持部２の１つは、反射板１と、その１つの角１Ａ近傍の基板５０１側の面（裏面）において連結し、角１Ａを含む一辺１ＡＢに沿って基板５０１側に向かうように階段状に形成されて角１Ｂに対応する部分の近傍で基板５０１と連結している。
他の１つは、角１Ａの対角である角１Ｃ近傍の基板５０１側の面（裏面）において連結し、角１Ｃを含む一辺１ＣＤに沿って基板５０１側に向かうように階段状に形成され、角１Ｄに対応する部分の基板５０１と連結している。
【００３１】
支持部２は、シリコン窒化膜により階段状に形成されているので、弾性を有し、特に基板や反射板と直交する方向〔図１（ａ）のＮＦ方向〕に柔軟な可撓性を有している。
従って、この一対の支持部２により、反射板１は基板５０１に対して弾性的に支持され、特にＮＦ方向には外力の負荷により容易に変位し、外力が負荷されない状態では基板５０１と反射面１ＲＦとが平行となるように基板５０１から所定寸法離れた基準位置で保持される。
【００３２】
さらに、この一対の支持部２は、反射板と直交する図のＮ方向から見たときに反射板１の投影領域に収まるように形成されている。
そのため、反射板の反射面の大きさは、支持部の形状や大きさと無関係に設定することが可能である。
もちろん、基板５０１の外形と反射板１の外形とを同一に形成することもできる〔図１（ｂ）参照〕。この同一の場合、最も反射面の集積効率が良い。
【００３３】
反射板１や光変調素子自体の外形形状は、正方形に限らず、他の矩形、あるいは、多角形、円形等の任意の形状に設定できる。
【００３４】
支持部２は、反射板１の周縁部近傍に形成することに限るものではなく、周縁部から離れた内側に形成してもよい。
また一対でなくてもよく、１個あるいは３個以上形成して反射板１と基板５０１とを連結してもよい。階段形状の向きも自由に設定できるものである。
【００３５】
上述した構成の光変調素子において、その基板５０１上に形成した電極５０２に図示しない電極駆動回路によって電位を付加すると、反射板１には基板５０１方向に向かう力が付与される。
すると、反射板１は、上述のように、支持部２により弾性的に支持されているので基板５０１に近づく方向に変位する。
また、電極５０２への電位付加が解除されると、反射板１は、支持部２の弾性により元の基準位置に復帰する。
従って、電極への電位反射板１の位置を変位させて光の反射位置を変えること（換言すれば光路長の変更）が可能となる。
【００３６】
また、上述した実施例では、一対の支持部２を反射板１において対称的な位置で支持するように形成したので、反射面は傾斜することなく平行を維持して変位するが、支持部２の支持位置を偏よらせることで、反射面を傾斜するように変位させることができる。この場合、入射光した光の反射方向を変化させることができる。
【００３７】
次に、反射板１をマトリクス状に配列した光変調素子１１について説明する。この光変調素子１１は、上述した反射板１を１つ有する光変調素子１０を複数個連結して形成してもよく、また、複数の反射板１を１つの基体に同時に形成してマトリクス状に配列した光変調素子１１としてもよいものである。
本発明の光変調素子１１の一例として、正方形の反射板１を６行７列のマトリクス状に配列して形成した光変調素子１１を図３に示す。この行数及び列数は任意に設定できるものである。
【００３８】
上述したように、本発明の光変調素子は、支持部２が反射板１の投影領域の範囲内に収まるように形成されるので、この反射板１を矩形としてその辺同士が対向するようにマトリクス状に配列した場合、隣接する反射板１同士の行及び列方向の間隔Ｓｈ，Ｓｖは、反射板の変位が可能な限り最小に設定することができる。
従って、マトリクス状配列の光変調素子１１としても反射面の集積効率が極めて良いものである。
【００３９】
この光変調素子１１は、図示しない電極駆動回路により複数の反射板１をそれぞれ独立に変位できるように構成されている。
この光変調素子１１の反射面に直交入射する光束の波長をλとした場合、反射板１を、その反射面に直交する方向に変位量λ／４だけ変位させると、入射光の入光と出光とにおける行路差がλ／２となり、隣接する反射板を変位させない場合、最大の位相差となる。これにより、波長の１／２周期分に相当するπの位相変調を与えることが可能である。
この変位量は、支持部２の材料の弾性率やその形状に依存するばね定数と、電極に付与する電位の大きさとにより任意に設定することが可能である。
【００４０】
また、上述のように、支持部２による反射板１の支持位置を偏らせた場合には、電極駆動回路により反射板１を傾斜させることができる。この場合も、反射面に入射した光束の出光角度を、支持部２の材料の弾性率やその形状に依存するばね定数と電極に付与する電位の大きさとにより任意に設定することが可能である。
【００４１】
＜他の実施例＞
次に、本発明の光変調素子の他の実施例について図４，図５を用いて説明する。
この他の実施例の光変調素子１００は、反射板１０１の形状を、正方形の角部を切除した８角形とし、この切除した部分に対応する基板上の領域４箇所に、切除した形状に合わせた矩形のフォトダイオード１７０２を設けたものである（図４参照）。
また、反射板１０１を複数個マトリクス状に配列した光変調素子１１０は、２次元的に配列した８角形の反射板１０１の隣接した反射板１０１同士の角部にできる隙間に対応した基板上領域のそれぞれに、光量検出器である矩形のフォトダイオード１７０２を設けたものである。この光変調素子１１０の概略平面図を図５（ａ）に示す。
【００４２】
フォトダイオード１７０２は、光変調素子に入射した光束の強度を測定し光束強度情報として出力するものであり、半導体製造における周知の方法によりＰＮあるいはＰＩＮ接合フォトダイオードとして形成できるものである。
もちろん、反射板１０１やフォトダイオード１７０２の形状は、正方形の４隅を欠いた８角形や矩形に限定されるものではなく任意の形状に設定できる。
すなわち、対向隣接した反射板間において、部分的に対向隣接部より広い隙間ができるような形状に反射板１０１を形成し、その隙間に対応した基板５０１上にその隙間に対応した形状でフォトダイオード１７０２を形成すればよい。
もちろん、反射板１０１の形状は、部分的に広い隙間ができないような矩形等であってもよいが、この場合、フォトダイオード１７０２の有効開口部に相当する領域を隣接する反射板の間隙とする必要があるので、反射面の集積効率の点からは部分的に広い隙間が得られる形状が好ましい。
【００４３】
図５（ｂ）は、反射板１０１の４つの辺それぞれの一部に切り欠きを設けて隣接反射板との間に他より広い隙間を形成し、その隙間に対応する基板上にフォトダイオード１７０２を配置した例を示す平面図である。
図５（ｃ）は、反射板１０１の２つの辺それぞれの一部に切り欠き部を設けて隣接反射板との間に他より広い隙間を形成し、その切り欠き部に対応する基板上にフォトダイオード１７０２を配置した例を示す平面図である。
いずれの場合も、反射板１０１を支持する支持部２は、反射板１０１の外形形状によらずこの反射板１０１の基板５０１への投影面内に形成されている（図５には図示せず）ので、フォトダイオード１７０２の配置位置やその大きさに影響を与えるものではない。
【００４４】
次に、この光変調素子１１０の構成を図１５に示す。
光変調素子１１０には、フォトダイオード１７０２から出力された光束強度情報Ｓ１を読み出して外部の強度判定部３に送出する読み出し電極４が備えられている。
外部の強度判定部３は、読み出し電極４から送出された光束強度情報Ｓ１を基に、予め設定した閾値を越える強度を出力したフォトダイオード１７０２を判定してその分布を確定し、この確定したフォトダイオード分布に応じた駆動電圧を電極５０２に付与するように反射板駆動回路５に電圧付与信号Ｓ２を送出する。反射板駆動回路５は、送出されたこの電圧付与信号Ｓ２に応じて電極５０２に対して電圧を付与し（Ｓ３）これを制御する。
【００４５】
上述した構成により、フォトダイオード１７０２が検出した光束強度から光変調素子上の入射光束の位置が確定でき、その位置に合わせて必要な反射板を駆動制御することで位置合わせができる。
従って、この位置合わせを極めて容易にしかも精度良く行うことができる。
また、変位の程度を制御することで、入射光の光束の波面を、所望の位相変調を施した波面に制御して出光することが可能である。
【００４６】
上述した実施例の光変調素子は、画像表示装置や光通信装置等に使用可能であり、その一例を図１６に示す。
図１６は、本発明の光変調素子の実施例を搭載した光通信受光装置の構成の一例を示す模式図である。
光通信用発光装置２０の発光デバイス２０Ａから放射された通信用赤外線ＩＲは、光通信受光装置３０に搭載された光変調素子１１０に入射角θ１で入光する。実施例で詳述したように、この光変調素子１１０の光束に対応した反射板１の変位駆動によって光束の波面が制御される。これにより回折赤外光を回折角θ２となるように制御し、集光レンズ３０Ａを介して光通信用受光素子３０Ｂに効率よく入光させることができる。
この構成によれば、光通信用受光素子３０Ｂが光通信用発光デバイス２０Ａの光線軸上に正確に配置されていない場合でも、光変調素子１１０の反射板１によって入射光束を確実に捉えてその波面を制御し、損失なく光通信用受光素子３０Ｂに入光させるので、光通信を安定して確実に行うことができる。
【００４７】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形が可能である。
【００４８】
例えば、上述した（工程１）〜（工程１２）の工程は、この順番に実施されればよいものであり必ずしも連続して実施される必要はない。
光変調素子における反射板の大きさは、この光変調素子に入射する光束の面積をＳとし、制御したい波面のグリッド数をＧとしたときのＳ／Ｇで設定することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、反射面の集積効率を高くすることができ、素子の小型化が可能になるという効果を得る。
また、入射する光束に対する素子の位置合わせが容易でしかも精度良く行うことができるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調素子の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光変調素子の実施例を説明する構造図である。
【図３】本発明の光変調素子の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明の光変調素子の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光変調素子の他の実施例を示す平面図である。
【図６】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第１の断面図である。
【図７】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第２の断面図である。
【図８】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第３の断面図である。
【図９】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第４の断面図である。
【図１０】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第５の断面図である。
【図１１】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第６の断面図である。
【図１２】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第７の断面図である。
【図１３】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第８の断面図である。
【図１４】本発明の光変調素子の実施例を作製する工程を説明する第９の断面図である。
【図１５】本発明の光変調素子の実施例における構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の光変調素子の実施例を搭載した光通信受光装置の構成例を示す図である。
【図１７】従来の光変調素子を説明する部分平面図である。
【符号の説明】
１，１０１反射板
２支持部
３強度判定部
４読み出し電極
５反射板駆動回路
１０，１００光変調素子
１１，１１０（マトリクス状配列の）光変調素子
２０光通信用発光装置
２０Ａ発光デバイス
３０光通信用受光装置
３０Ａ集光レンズ
３０Ｂ受光素子
５０１基板
５０２電極
５０３シリコン酸化膜
５０３ａ，５０３ｂ凹部
５０４フォトレジスト層
５０４ａ，５０４ｂ潜像部
５０４ｃ，５０４ｄ，５０４ｅ残存部
５０５第１のマスク
５０５ａ，５０５ｂ開口部
５０８露光光
８０１第１のシリコン窒化膜
１００１平坦化用酸化膜
１１０１第２のシリコン窒化膜
１７０２フォトダイオード（光量検出器）
ＩＲ通信用赤外線
Ｓ１光束強度情報
Ｓ２電圧付与信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light modulating element and a light modulating method for modulating and emitting light when reflecting incident light.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A projection display device and the like are equipped with a two-dimensionally arranged light modulation element that displaces the reflection surface of a finely shaped reflection plate to phase-modulate an incident light beam. There is one described in No. 1.
This light modulating element is configured such that a rectangular flap, which is a reflecting surface, is supported at one of its vertices or at two diagonal points, and this reflecting surface is displaceable by tilting or twisting with respect to the fulcrum by Coulomb force. Things. Patent Document 1 discloses a spatial light modulator (element) in which the elements are two-dimensionally arranged to enable spatial modulation.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-29707
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
By the way, the conventional light modulation element as described above has a configuration in which the reflection surface is supported outside and connected to the element substrate. Although this support structure portion is a region that does not contribute to reflection but is a structurally necessary region, there is a limit in narrowing this region to improve reflection efficiency.
[0006]
In the case of a light modulation element in which light modulation elements each having one reflecting surface are arranged in a binary manner, as shown in a plan view in FIG. The portions other than the hatched portions) exist in a lattice shape, and there is a similar limitation in improving the ratio of the reflecting surface 701 (the hatched portion in the drawing) to the entire size of the light modulation element (improving the integration efficiency of the reflecting surfaces). . This also hinders downsizing of the light modulation element having a predetermined reflectance, and improvement has been desired.
[0007]
On the other hand, the position of the light beam incident on the light modulation element and the position of the light modulation element need to be accurately adjusted. It has been necessary to rely on the mounting accuracy, and the position of the reflection surface during the manufacture of the light modulation element itself varies, so that it has been difficult to perform accurate positioning.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a light modulation device that has a high integration efficiency of a reflection surface and can be downsized.
Another object of the present invention is to provide a light modulation element and a light modulation method that can easily perform alignment with respect to an incident light beam.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration as means.
That is, the first aspect of the present invention provides a reflective plate 1 that reflects incident light, a substrate 501 having an electrode 502, and a flexible and elastically movable reflective plate 1 with respect to the substrate 501. A light modulating element comprising a supporting portion 2 for supporting, wherein the reflecting plate 1 is displaced in accordance with a potential difference between the reflecting plate 1 and the electrode 502;
The support portion 2 is formed in a projection area of the reflector 1 onto the substrate 502, and the reflector 1, the support portion 2, and the electrode 502 are grouped and arranged in a matrix. A light modulation element 11 characterized by the following:
According to a second aspect of the present invention, in the light modulation element of the first aspect, a light amount detector for detecting the light amount of the incident light is provided on a portion of the substrate corresponding to a gap between the adjacent reflection plates. The light modulation element 110 is characterized in that:
[0010]
Further, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention has the following procedure as means.
That is, claim 3 relates to a light modulation method for performing light modulation using the light modulation element 110 according to claim 2, wherein the light modulation method is based on the light amount information S1 sent from the light amount detector 1702. A light modulation method comprising: specifying a distribution area of a light flux; and controlling a displacement of the reflector 1 corresponding to the distribution area so that a wavefront of the light flux becomes a desired wavefront.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the light modulation element of the present invention,
FIG. 2 is a structural diagram illustrating an embodiment of the light modulation device of the present invention,
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the light modulation element of the present invention,
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing another embodiment of the light modulation device of the present invention.
FIG. 6 is a first cross-sectional view for explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 7 is a second cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 8 is a third cross-sectional view for explaining a step of manufacturing an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 9 is a fourth cross-sectional view for explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 10 is a fifth cross-sectional view for explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 11 is a sixth cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 12 is a seventh cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation device of the present invention.
FIG. 13 is an eighth cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 14 is a ninth cross-sectional view explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of an optical communication light receiving device equipped with an embodiment of the light modulation element of the present invention.
[0012]
<Example>
First, an example of a manufacturing method of a preferred embodiment of the light modulation element of the present invention will be described in the order of steps with reference to FIGS.
In the following description, unless otherwise specified, a light modulating element including a light modulating element having one reflecting surface and a light modulating element in which a plurality of the light modulating elements are arranged in a matrix (two-dimensional) will be referred to. I do.
Here, the matrix shape includes a staggered arrangement other than the row and column arrangement, and the arranged outer edge shape is not only a rectangle or a polygon, but also a circular or elliptical or an irregular two-dimensional arrangement. Including.
Further, in the following process description, an element having one reflective surface will be described for easy understanding, but an element having a plurality of reflective surfaces can be manufactured in the same process.
[0013]
(Step 1) Formation of polysilicon electrode [see FIG. 6 (a)]
A polysilicon layer is deposited and formed on a silicon substrate 501, and this polysilicon layer is subjected to a photolithography method and an etching method known in semiconductor manufacturing and the like to form an electrode 502 having a predetermined shape. The electrode 502 serves as an electrode for driving a reflector (to be described in detail later).
Further, the material of this electrode is not limited to polysilicon, and may be any material that is not easily affected in a later process, and for example, tungsten or tungsten silicide can be used.
[0014]
(Step 2) Formation of sacrificial silicon oxide film [see FIG. 6 (b)]
On the silicon substrate 501 including the electrodes 502 formed in the step 1, a sacrificial layer silicon oxide film 503 is deposited and formed to a thickness T by a well-known wet oxidation method in semiconductor manufacturing or the like.
[0015]
(Step 3) Photoresist layer formation and exposure [see FIG. 6 (c)]
A photoresist layer 504 is formed on the sacrificial layer silicon oxide film 503.
Next, exposure light 508 is irradiated to the photoresist layer 504 through the first mask 505 to be exposed.
By this exposure, latent image portions 504a and 504b (grid line portions in the drawing) corresponding to the first opening 505a of the first mask 505 and the first opening 505b of the first B are formed in the photoresist layer 504. .
The opening 505a of the first A is a portion substantially corresponding to a supporting portion (details will be described later) for supporting the reflection surface, and the opening 505b of the first B is substantially corresponding to a portion serving as a boundary portion of the supporting portion. Is set to
[0016]
(Step 4) Dissolution and etching of the latent image portion (see FIG. 7)
The photoresist layer 504 is developed to dissolve the latent image portions 504a and 504b. Using the remaining portions 504c, 504d, and 504e as masks, the sacrifice layer silicon oxide film 503 is etched to form a concave portion 503a1 of A and a concave portion 503b1 of B.
This etching is CF ₄ It can be performed by fluorine plasma etching using an etching gas such as (carbon tetrafluoride).
[0017]
(Step 5) Stepwise processing by etching (part 1) [see FIG. 8 (a)]
A photoresist layer (not shown) is formed on the concave portions 503a1 of A and the concave portions 503b1 of B, and is exposed through a second mask 506.
The 2A opening 506a of the second mask 506 is formed narrower on the right end side in the figure than the 1A opening 505a of the first mask 505, and therefore, the latent image formed by this exposure is dissolved. By performing the same etching as in Step 4, a concave portion 503a2 is formed in the sacrifice layer silicon oxide film 503, and as a result, the concave portion of A is formed in a stepwise manner by the concave portion 503a1 and the concave portion 503a2.
Further, in the second mask 506, the second B opening 506b has the same shape as the first A opening 505b of the first mask 505, so that the recess B is formed by the recess 503b1 and the recess 503b2. Is formed in a non-step shape.
[0018]
(Step 6) Stepwise processing by etching (part 2) [see FIG. 8 (b)]
Similarly to the step 5, a photoresist layer (not shown) is formed on the concave portions 503a1 and 503a2 of A and the concave portions 503b1 and 503b2 of B and exposed through a third mask 507.
Since the third A opening 507a of the third mask 507 is formed to be narrower on the right end side in the figure than the second A opening 506a of the second mask 506, the latent image formed by this exposure is removed. By dissolving and performing the same etching as in (Step 4), a concave portion 503a3 is further formed in the sacrificial layer silicon oxide film 503. As a result, the concave portion of A is formed in a stepwise manner by the concave portion 503a1, the concave portion 503a2, and the concave portion 503a3. It is formed.
In the third mask 507, since the 3B opening 507b is opened in the same shape as the 1A opening 505b of the first mask 505, the recess of B is formed by the recess 503b1 and the recess 503b2. The recess 503b3 is formed in a non-stepped manner.
[0019]
As described above, the process of photolithography and etching is repeatedly performed using a plurality of masks having different openings to form a three-stage sacrificial silicon oxide film 503 as shown in FIG. Step-shaped concave portions A 503a1 to 503a3 having a step can be formed.
The number of stages is not limited to three, but can be set to an arbitrary number. In addition, the shape of the opening of each mask for forming the step-shaped concave portion is also arbitrary, and can be set arbitrarily according to the shape of the step-shaped concave portion to be formed.
Further, the etching depth is also arbitrary, and when etching is performed three times as in this embodiment, each etching depth can be 3 / T, but is not limited to this depth. .
[0020]
(Step 7) Formation of first silicon nitride film (see FIG. 9)
A first silicon nitride film 801 is deposited and formed on the sacrificial silicon oxide film 503 including the step-shaped recesses (recesses A) 503a1 to 503a3 formed in the above (Step 5) and (Step 6). The stepped portion including the recesses 503a1 to 503c1 of A is referred to as a stepped portion 801A of the first silicon nitride film 801.
This film can be formed by an LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method known in semiconductor manufacturing.
[0021]
(Step 8) Etching of the first silicon nitride film (see FIGS. 10 and 11)
Photolithography and etching using the mask 901 are performed on the first silicon nitride film 801 to remove at least the remaining portion except for the step-shaped portion 801A.
Specifically, a portion 801A1 of the silicon substrate 501 is connected to a portion 801A3 of the surface of the sacrificial layer silicon oxide film 503 via the step portions 801A2 and 801A3 of the stepped portion of the first silicon nitride film 801. Range.
This etching is CF ₄ It can be performed by fluorine plasma etching using an etching gas such as (carbon tetrafluoride).
[0022]
(Step 9) Formation of oxide film for planarization (see FIG. 11)
On the silicon nitride film 801, a planarizing oxide film 1001 formed by a CVD method using a silane gas or the like well-known in semiconductor manufacturing or the like is deposited and formed. For example, a shrinkage 1001a or a void 1001b may occur in a portion of the underlayer where the undulation is severe, but these portions do not occur in a portion corresponding to the predetermined portion 801A because it is relatively flat. This planarizing oxide film 1001 is deposited and formed in a shape following the shape of the base.
This deposition is performed so as to be higher than the uppermost surface 801A4 of the step-shaped portion 801A of the first silicon nitride film 801.
[0023]
(Step 10) Flattening of oxide film for flattening and formation of second silicon nitride film (see FIG. 12)
The planarizing oxide film 1001 is cut by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method commonly used in semiconductor manufacturing so as to be flush with the uppermost surface of the first silicon nitride film 801.
After that, a second silicon nitride film 1101 is deposited and formed. FIG. 12 shows a state where the second silicon nitride film 1101 is formed by deposition.
[0024]
(Step 11) Etching of the second silicon nitride film and removal of unnecessary layers (see FIGS. 12 and 13)
Photolithography and an etching process are performed using a mask 1102 in which the area to be used as the reflector is closed, thereby removing the other portion of the second silicon nitride film 1101 except a predetermined area 1101A to be used as the reflector 1.
Further, the sacrificial silicon oxide film 503 and the planarizing oxide film 1001 are removed by wet etching using an etching solution such as a hydrofluoric acid aqueous solution. FIG. 13 shows the state after the removal.
[0025]
(Step 12) Formation of reflective film (see FIG. 14)
The reflection film 1301 is formed on the remaining predetermined area 1101A of the second silicon nitride film 1101. This reflection film 1301 can be formed by sputtering or vapor-depositing a light-reflective film such as aluminum.
In the case where the place where the reflection film is formed on the second silicon nitride film 1101 is limited, it is possible to perform the above-described photolithography and etching process.
When the reflection film is formed of aluminum, the etching can be performed by chlorine-based plasma etching.
[0026]
The second silicon nitride film 1101 on which the reflection film 1301 is formed is referred to as a reflection plate 1.
Further, the step-shaped portion 801A formed of the first silicon nitride film 801 that supports the reflection plate 1 with respect to the substrate 501 is referred to as a support portion 2.
[0027]
An example of the dimensions of each part of the light modulation element of this embodiment is shown below. This dimension is not limited and can be set arbitrarily.
Substrate 501 thickness: 600 μm
Size and thickness of electrode 502: 0.2 μm
Thickness of silicon oxide film 503: 1.5 μm
Thickness of first silicon nitride film: 0.4 μm
Size and thickness of reflector 1: 50 μm × 50 μm, thickness 1.2 μm
Width and thickness of the supporting part 2: width 5 μm, thickness 2 μm
[0028]
In the above description of the manufacturing process, in order to facilitate understanding, a planar shape is described based on a cross-sectional view. However, in the present embodiment, the reflecting plate 1 is formed to be substantially square, and the supporting portion 2 for supporting the same is used. Are formed in the vicinity of a pair of opposing sides in the outer shape of the reflection plate 1 so as to form a pair of inverted staircases. This will be described with reference to FIGS.
[0029]
FIGS. 1A and 1B are schematic perspective views of the light modulation element manufactured in the above-described steps, and FIG. 14 described above corresponds to a cross section taken along the line AA in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a state where the reflection plate 1 is removed from FIG.
[0030]
As shown in FIGS. 1A and 2, in the present embodiment, a pair of support portions 2 are formed.
One of the support portions 2 is connected to the reflection plate 1 on a surface (back surface) on the substrate 501 side near one corner 1A of the reflection plate 1 and steps toward the substrate 501 along one side 1AB including the corner 1A. And is connected to the substrate 501 in the vicinity of a portion corresponding to the corner 1B.
The other one is connected in a surface (back surface) on the substrate 501 side near the corner 1C, which is a diagonal of the corner 1A, and is formed in a step-like shape toward the substrate 501 along one side 1CD including the corner 1C. , And the portion corresponding to the corner 1D.
[0031]
Since the supporting portion 2 is formed in a stepped shape by the silicon nitride film, the supporting portion 2 has elasticity, and particularly has flexible flexibility in a direction perpendicular to the substrate or the reflector (NF direction in FIG. 1A). are doing.
Therefore, the reflecting plate 1 is elastically supported by the pair of supporting portions 2 with respect to the substrate 501. In particular, the reflecting plate 1 is easily displaced by an external force in the NF direction. It is held at a reference position separated by a predetermined distance from the substrate 501 so that 1RF is parallel to the substrate.
[0032]
Further, the pair of support portions 2 are formed so as to fit in the projection area of the reflector 1 when viewed from the N direction in the drawing orthogonal to the reflector.
Therefore, the size of the reflection surface of the reflection plate can be set regardless of the shape and size of the support portion.
Of course, the outer shape of the substrate 501 and the outer shape of the reflection plate 1 can be formed the same (see FIG. 1B). In this case, the reflection surface has the highest integration efficiency.
[0033]
The outer shape of the reflection plate 1 or the light modulation element itself is not limited to a square, but can be set to any other shape such as another rectangle, a polygon, and a circle.
[0034]
The support 2 is not limited to being formed near the peripheral edge of the reflection plate 1, but may be formed inside the reflector 1 away from the peripheral edge.
The number of the reflectors 1 and the number of the reflectors 1 and the substrate 501 may be one or three or more. The direction of the step shape can be freely set.
[0035]
In the light modulation element having the above-described configuration, when a potential is applied to the electrode 502 formed on the substrate 501 by an electrode driving circuit (not shown), a force toward the substrate 501 is applied to the reflection plate 1.
Then, since the reflection plate 1 is elastically supported by the support portion 2 as described above, the reflection plate 1 is displaced in a direction approaching the substrate 501.
When the application of the potential to the electrode 502 is released, the reflection plate 1 returns to the original reference position due to the elasticity of the support 2.
Accordingly, it is possible to change the position of the light reflection by displacing the position of the potential reflecting plate 1 to the electrode (in other words, to change the optical path length).
[0036]
Further, in the above-described embodiment, the pair of support portions 2 are formed so as to be supported at symmetrical positions on the reflection plate 1, so that the reflection surfaces are displaced while maintaining the parallel state without being inclined. By biasing the support position, the reflecting surface can be displaced so as to be inclined. In this case, the reflection direction of the incident light can be changed.
[0037]
Next, the light modulation element 11 in which the reflection plates 1 are arranged in a matrix will be described. The light modulation element 11 may be formed by connecting a plurality of light modulation elements 10 each having one of the above-described reflectors 1, or may be formed by simultaneously forming a plurality of reflectors 1 on one substrate. The light modulation elements 11 may be arranged in the same manner.
As an example of the light modulation element 11 of the present invention, FIG. 3 shows a light modulation element 11 formed by arranging square reflectors 1 in a matrix of 6 rows and 7 columns. The number of rows and the number of columns can be arbitrarily set.
[0038]
As described above, since the light modulation element of the present invention is formed so that the support portion 2 is within the range of the projection area of the reflector 1, the reflector 1 is rectangular and its sides are opposed to each other. When arranged in a matrix, the distances Sh and Sv between the adjacent reflectors 1 in the row and column directions can be set to the minimum possible displacement of the reflectors.
Accordingly, the light modulating elements 11 in a matrix arrangement have extremely high integration efficiency of the reflection surface.
[0039]
The light modulation element 11 is configured such that the plurality of reflectors 1 can be independently displaced by an electrode drive circuit (not shown).
Assuming that the wavelength of the light beam orthogonally incident on the reflecting surface of the light modulation element 11 is λ, if the reflecting plate 1 is displaced by a displacement amount λ / 4 in the direction orthogonal to the reflecting surface, the incident light of the incident light will be reduced. The path difference between the output light and the output light is λ / 2, and the maximum phase difference is obtained when the adjacent reflectors are not displaced. Thereby, it is possible to give a phase modulation of π corresponding to a half cycle of the wavelength.
The amount of displacement can be arbitrarily set depending on the elastic constant of the material of the support portion 2 and the spring constant depending on the shape thereof, and the magnitude of the potential applied to the electrode.
[0040]
Further, as described above, when the support position of the reflection plate 1 by the support unit 2 is deviated, the reflection plate 1 can be inclined by the electrode driving circuit. Also in this case, it is possible to arbitrarily set the light emission angle of the light beam incident on the reflection surface by the elastic constant of the material of the support portion 2 and the spring constant depending on the shape and the magnitude of the potential applied to the electrode. .
[0041]
<Other embodiments>
Next, another embodiment of the light modulation device of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the light modulating element 100 according to the other embodiment, the shape of the reflecting plate 101 is an octagon with a square corner cut off, and the shape is adjusted to four cutout areas on the substrate corresponding to the cut off part. A rectangular photodiode 1702 is provided (see FIG. 4).
Further, the light modulating element 110 in which a plurality of the reflectors 101 are arranged in a matrix is a region on the substrate corresponding to a gap formed between adjacent reflectors 101 of the octagonal reflectors 101 arranged two-dimensionally. Are provided with a rectangular photodiode 1702 as a light amount detector. FIG. 5A is a schematic plan view of the light modulation element 110. FIG.
[0042]
The photodiode 1702 measures the intensity of a light beam incident on the light modulation element and outputs the light beam intensity information, and can be formed as a PN or PIN junction photodiode by a known method in semiconductor manufacturing.
Of course, the shape of the reflector 101 and the photodiode 1702 is not limited to an octagon or a rectangle lacking four corners of a square, but can be set to any shape.
That is, the reflector 101 is formed in such a shape that a gap is partially formed between the opposing and adjacent reflectors, and the photodiode is formed on the substrate 501 corresponding to the gap in a shape corresponding to the gap. 1702 may be formed.
Of course, the shape of the reflection plate 101 may be a rectangle or the like in which a wide gap cannot be formed partially. In this case, a region corresponding to the effective opening of the photodiode 1702 is set as a gap between the adjacent reflection plates. Because of the necessity, a shape in which a wide gap is partially obtained is preferable from the viewpoint of the integration efficiency of the reflection surface.
[0043]
FIG. 5B shows a case where a notch is provided in a part of each of four sides of the reflection plate 101 to form a larger gap between the reflection plate 101 and the adjacent reflection plate, and a photodiode 1702 is provided on the substrate corresponding to the gap. It is a top view which shows the example which arrange | positioned.
FIG. 5C shows a case where a notch is provided in a part of each of two sides of the reflector 101 to form a wider gap between the reflector and the adjacent reflector, and a gap is formed on the substrate corresponding to the notch. FIG. 14 is a plan view illustrating an example in which photodiodes 1702 are arranged.
In any case, the supporting portion 2 supporting the reflector 101 is formed on the plane of projection of the reflector 101 onto the substrate 501 irrespective of the outer shape of the reflector 101 (not shown in FIG. 5). Therefore, the position and size of the photodiode 1702 are not affected.
[0044]
Next, the configuration of the light modulation element 110 is shown in FIG.
The light modulation element 110 is provided with a readout electrode 4 for reading out the light flux intensity information S1 output from the photodiode 1702 and sending it to the external intensity determination unit 3.
The external intensity determination unit 3 determines a photodiode 1702 that has output an intensity exceeding a preset threshold based on the light flux intensity information S1 sent from the readout electrode 4, determines the distribution, and determines the determined photo. A voltage applying signal S2 is sent to the reflector driving circuit 5 so as to apply a driving voltage according to the diode distribution to the electrode 502. The reflector driving circuit 5 applies a voltage to the electrode 502 according to the transmitted voltage applying signal S2 (S3) and controls the voltage.
[0045]
With the above-described configuration, the position of the incident light beam on the light modulation element can be determined from the light beam intensity detected by the photodiode 1702, and the position can be adjusted by driving and controlling the necessary reflecting plate in accordance with the position.
Therefore, this alignment can be performed very easily and accurately.
In addition, by controlling the degree of displacement, it is possible to control the wavefront of the light beam of the incident light to a wavefront that has been subjected to a desired phase modulation and emit light.
[0046]
The light modulation device of the above-described embodiment can be used for an image display device, an optical communication device, and the like, and an example is shown in FIG.
FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an optical communication light receiving device equipped with an embodiment of the light modulation element of the present invention.
The communication infrared ray IR emitted from the light emitting device 20A of the optical communication light emitting device 20 enters the light modulation element 110 mounted on the optical communication light receiving device 30 at an incident angle θ1. As described in detail in the embodiment, the wavefront of the light beam is controlled by the displacement driving of the reflection plate 1 corresponding to the light beam of the light modulation element 110. This makes it possible to control the diffracted infrared light so as to have a diffraction angle θ2, and efficiently enter the light receiving element for optical communication 30B via the condenser lens 30A.
According to this configuration, even when the light receiving element 30B for optical communication is not accurately arranged on the optical axis of the light emitting device 20A for optical communication, the incident light beam is reliably captured by the reflector 1 of the light Since the wavefront is controlled and light enters the optical communication light receiving element 30B without loss, optical communication can be performed stably and reliably.
[0047]
The embodiments of the present invention are not limited to the above-described configuration, and can be modified without departing from the gist of the present invention.
[0048]
For example, the above-described steps (Step 1) to (Step 12) may be performed in this order, and need not be performed continuously.
The size of the reflection plate in the light modulation element can be set by S / G where S is the area of the light beam incident on the light modulation element and G is the number of grids of the wavefront to be controlled.
[0049]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to increase the integration efficiency of the reflection surface and to obtain an effect that the element can be downsized.
In addition, there is an effect that the alignment of the element with respect to the incident light beam can be performed easily and accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a light modulation device of the present invention.
FIG. 2 is a structural diagram illustrating an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the light modulation device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing another embodiment of the light modulation device of the present invention.
FIG. 6 is a first cross-sectional view explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 7 is a second cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 8 is a third cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 9 is a fourth cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 10 is a fifth cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation device of the present invention.
FIG. 11 is a sixth sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 12 is a seventh cross-sectional view explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 13 is an eighth cross-sectional view for explaining a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 14 is a ninth cross-sectional view illustrating a step of manufacturing an example of the light modulation element of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of an optical communication light receiving device equipped with an embodiment of the light modulation element of the present invention.
FIG. 17 is a partial plan view illustrating a conventional light modulation element.
[Explanation of symbols]
1,101 reflector
2 support
3 Strength judgment unit
4 Readout electrode
5 Reflector drive circuit
10,100 light modulation element
11,110 Light modulation element (in matrix)
20 Light emitting device for optical communication
20A light emitting device
30 Light receiving device for optical communication
30A condenser lens
30B light receiving element
501 substrate
502 electrode
503 silicon oxide film
503a, 503b recess
504 Photoresist layer
504a, 504b Latent image section
504c, 504d, 504e Remaining part
505 first mask
505a, 505b opening
508 exposure light
801 First silicon nitride film
1001 oxide film for flattening
1101 second silicon nitride film
1702 Photodiode (light intensity detector)
IR for communication
S1 Luminous flux intensity information
S2 voltage application signal

Claims

A reflector for reflecting incident light;
A substrate having electrodes;
A supporting portion having flexibility and elastically supporting the reflection plate so as to be displaceable with respect to the substrate,
In a light modulation element configured to displace the reflection plate according to a potential difference between the reflection plate and the electrode,
The light modulating means, wherein the supporting portion is formed in an area where the reflecting plate is projected onto the substrate, and the reflecting plate, the supporting portion, and the electrode are grouped and arranged in a matrix. element.

The light modulation device according to claim 1,
A light modulation element, comprising: a light amount detector for detecting a light amount of the incident light at a portion of the substrate corresponding to a gap between the adjacent reflection plates.

An optical modulation method for performing optical modulation using the optical modulation element according to claim 2,
The distribution area of the light flux of the incident light is specified based on the light quantity information sent from the light quantity detector, and the displacement of the reflection plate corresponding to the distribution area is adjusted so that the wavefront of the light flux becomes a desired wavefront. An optical modulation method characterized by controlling.