JP2012215691A - Ｍｅｍｓ素子、光スイッチ装置およびディスプレイ装置、ならびにｍｅｍｓ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率の減少が防止されたＭＥＭＳ素子およびこれを用いた光スイッチ装置およびディスプレイ装置、ならびにＭＥＭＳ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】支持層とデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有し、前記支持層と前記絶縁層とに連通する開口部と、前記開口部に対応した前記デバイス層の領域に前記支持層とは反対側に変位可能に形成されかつ前記支持層側にミラー面を有する複数のマイクロミラー部とを有する本体部と、前記マイクロミラー部を変位させるための電圧を印加する電極が形成された基板と、を備え、前記本体部のデバイス層の表面と前記基板の表面とが接合されており、前記本体部の支持層側の前記開口部から前記マイクロミラー部へ光が入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微少電気機械システム）素子およびこれを用いた光スイッチ装置およびディスプレイ装置、ならびにＭＥＭＳ素子の製造方法に関するものである。

従来、ＭＥＭＳ素子として、たとえばGrating Light Valve(ＧＬＶ、登録商標)と呼ばれる光変調器が開示されている。このＭＥＭＳ素子では、表面がミラー加工された弾性を有するリボン素子が、電極を形成した基板の上方に多数配列されている。これらのリボン素子は、電極に電圧を印加することによって、静電引力が働いて基板側に引きつけられるように変位する。これによって、このＭＥＭＳ素子では、複数のミラー素子を回折格子として機能させて、光変調機能を実現している（特許文献１、２参照）。

また、ＭＥＭＳ素子として、光波面制御装置と呼ばれる装置が開示されている（特許文献３参照）。このＭＥＭＳ素子では、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハにマイクロミラー部を形成し、このマイクロミラー部を、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極を設けたガラス基板で覆うとともに、マイクロミラー部の下方にも電極を設けている。これによって、マイクロミラー部の併進運動と回転運動とを実現している。

米国特許第５６６１５９２号明細書 特開２００３−２４１１２２号公報 特開２００８−１７６２６８号公報

しかしながら、特許文献３に記載のＭＥＭＳ素子は、マイクロミラー部には透明電極およびガラス基板を介して光が入力されるため、マイクロミラー部に到達する光の強度が減少し、これによって反射率が減少するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、反射率の減少が防止されたＭＥＭＳ素子およびこれを用いた光スイッチ装置およびディスプレイ装置、ならびにＭＥＭＳ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、支持層とデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有し、前記支持層と前記絶縁層とに連通する開口部と、前記開口部に対応した前記デバイス層の領域に前記支持層とは反対側に変位可能に形成されかつ前記支持層側にミラー面を有する複数のマイクロミラー部とを有する本体部と、前記マイクロミラー部を変位させるための電圧を印加する電極が形成された基板と、を備え、前記本体部のデバイス層の表面と前記基板の表面とが接合されており、前記本体部の支持層側の前記開口部から前記マイクロミラー部へ光が入力されることを特徴とする。

また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記発明のＭＥＭＳ素子を回折素子として備えることを特徴とする。

また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記発明のＭＥＭＳ素子を光強度変調器として備えることを特徴とする。

また、本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、支持層とデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有する元材料に、前記支持層と前記絶縁層とに連通する開口部を形成する開口部形成工程と、前記デバイス層の領域に前記支持層側とは反対側に変位可能であり、かつ前記支持層側にミラー面を有する複数のマイクロミラー部を形成するマイクロミラー部形成工程と、を含む本体部形成工程と、前記マイクロミラー部を変位させるための電圧を印加する電極が形成された基板の表面と、前記本体部のデバイス層の表面とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、反射率の減少が防止されるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子の模式的な平面図である。 図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、図１に示すＭＥＭＳ素子の動作の一例を説明する図である。 図５は、図１に示すＭＥＭＳ素子の動作の別の一例を説明する図である。 図６は、図１に示すＭＥＭＳ素子の製造方法の一例を説明する図である。 図７は、実施の形態２に係るＭＥＭＳ素子の模式的な断面図である。 図８は、図７に示すＭＥＭＳ素子の製造方法の一例を説明する図である。 図９は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ素子の模式的な断面図である。 図１０は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ素子の模式的な断面図である。 図１１は、図９、１０に示すＭＥＭＳ素子の動作の一例を説明する図である。 図１２は、実施の形態４に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１３は、図１２に示す光スイッチ装置の動作の一例を説明する図である。 図１４は、実施の形態５に係るディスプレイ装置の模式的な構成図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るＭＥＭＳ素子、光スイッチ装置およびディスプレイ装置、ならびにＭＥＭＳ素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子の模式的な平面図である。図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線断面図である。図１〜図３に示すように、このＭＥＭＳ素子１００は、本体部１０と、基板２０とを備えている。

本体部１０は、たとえばＳＯＩウェハから形成されたものであり、Ｓｉからなる支持層１０ａとＳｉからなるデバイス層１０ｂとの間にＳｉＯ_２からなる絶縁層としてのＢｏｘ（Ｂuried oxide）層１０ｃが介挿された構造を有する。支持層１０ａの厚さはたとえば２００μｍであり、Ｂｏｘ層１０ｃの厚さはたとえば１μｍであり、デバイス層１０ｂの厚さはたとえば５μｍであるが、特に限定はされない。

本体部１０は、支持層１０ａとＢｏｘ層１０ｃとに連通する開口部１１と、開口部１１に対応したデバイス層１０ｂの領域に形成された、支持層１０ａ側にミラー面１２ａを有する５本のマイクロミラー部１２とを有する。なお、５本のマイクロミラー部１２は、それぞれリボン状であり、互いに略並列に配列されている。また、各マイクロミラー部１２のミラー面１２ａは、ほぼ同一平面上に位置する。マイクロミラー部１２の厚さはたとえば２μｍであり、デバイス層１０ｂよりも薄く形成されている。また、マイクロミラー部１２の長さはたとえば１００μｍである。図１に示すようにマイクロミラー部１２とデバイス層１０ｂの本体との接続部１２ｂはＡ−Ａ線方向での幅が細くなっている。

基板２０は、たとえばＳｉやガラス等からなり、その表面２１に５本の電極２２が形成されている。５本の電極２２は５本のマイクロミラー部１２に対応する位置にマイクロミラー部１２の長手方向に沿うように形成されている。

また、本体部１０のデバイス層１０ｂの表面と基板２０の表面２１とが接合されている。この接合はたとえば接着剤や半田などの接合材によって実現されている。

このＭＥＭＳ素子１００の動作について説明する。図４は、ＭＥＭＳ素子１００の動作の一例を説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、ＯＦＦ状態として、デバイス層１０ｂと電極２２との間に印加する電圧信号をゼロにする。ＯＦＦ状態では各マイクロミラー部１２のミラー面１２ａはほぼ同一平面上に位置するので、支持層１０ａ側の開口部１１からマイクロミラー部１２の配列へ光Ｌ１を略垂直に入射すると、マイクロミラー部１２はミラー面１２ａによって光Ｌ１を反射光Ｌ２のように略入射方向へ正反射する。

つぎに、ＯＮ状態として、デバイス層１０ｂと電極２２との間に電圧信号を印加して、マイクロミラー部１２と電極２２との間に静電引力を働かせる。このとき、図４（ｂ）に示すように、５本のマイクロミラー部１２の１つおきに静電引力を働かせ、支持層１０ａとは反対側である電極２２側に変位させる。このようにマイクロミラー部１２は支持層１０ａとは反対側に変位可能に形成されている。また、マイクロミラー部１２とデバイス層１０ｂの本体との接続部１２ｂ（図１参照）は幅が細くなっているので、より低い電圧の印加で変位しやすくなっている。

図４（ｂ）のようにＯＮ状態として５本のマイクロミラー部１２を互い違いに高さが異なる状態とすると、マイクロミラー部１２は回折格子として機能する。その結果、支持層１０ａ側の開口部１１からマイクロミラー部１２の配列へ光Ｌ１を略垂直に入射すると、マイクロミラー部１２はミラー面１２ａによって光Ｌ１を、＋１次回折光Ｌ３および−１次回折光Ｌ４のように所定の回折角度で回折する。

このように、光Ｌ１が入射される方向へ出射される光の強度は、ＯＦＦ状態の場合は強くなり、ＯＮ状態の場合は弱くなる。したがって、デバイス層１０ｂと電極２２との間に電圧信号として変調信号を印加した場合、このＭＥＭＳ素子１００は光強度変調器として機能する。したがって、ＭＥＭＳ素子１００は、たとえばＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）素子に置き換えて使用することができる。

また、＋１次回折光Ｌ３および−１次回折光Ｌ４の回折角度は波長によって異なるので、このＭＥＭＳ素子１００は回折素子として異なる波長を空間的に分離することができる。

したがって、ＭＥＭＳ素子１００は、たとえば従来の光強度変調器等において、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）素子に置き換えて使用することができる。

なお、このように回折を利用すれば、光を任意の方向にビームステアリングさせることが可能である。さらに、このＭＥＭＳ素子１００は変調信号に対して数十ナノ秒での高速応答が可能であるので、高速の光スイッチングを実現できる。

図５は、ＭＥＭＳ素子１００の動作の別の一例を説明する図である。図５の場合は、図４（ｂ）の場合とは異なり、ＯＮ状態として５本のマイクロミラー部１２の高さが紙面左から右に向かうにつれて段階的に低くなる状態としている。この状態で、開口部１１からマイクロミラー部１２の配列へ光Ｌ１を略垂直に入射すると、マイクロミラー部１２はミラー面１２ａによって光Ｌ１を、＋１次回折光Ｌ５のように所定の回折角度で回折する。図５に示す場合には＋１次回折光Ｌ５しか発生しないので波長分離素子としてより好ましい。

このＭＥＭＳ素子１００では、本体部１０のデバイス層１０ｂの表面と基板２０の表面２１とを接合し、支持層１０ａ側の開口部１１からマイクロミラー部１２へ光Ｌ１を入射するようにしている。その結果、光Ｌ１を透明電極などの光強度を減少させる部材を透過させることなく、直接マイクロミラー部１２へ到達させることができる。したがって、マイクロミラー部１２に到達する光の強度の減少が防止される。その結果、ＭＥＭＳ素子１００は、反射率の減少が防止される。また、デバイス層１０ｂは通常支持層１０ａよりもきわめて薄いので、このＭＥＭＳ素子１００の構成では電極２２とマイクロミラー部１２との距離をより近づけることができる。その結果、ＭＥＭＳ素子１００をＯＮ状態にするための電圧を低くすることができるので、ＭＥＭＳ素子１００はより低消費電力の素子となる。なお、たとえば、支持層の厚さは一般的に２００μｍ以上であるが、デバイス層の厚さが数μｍ程度のＳＯＩウェハは容易に入手できる。

ここで、ＭＥＭＳ素子１００の製造方法について説明する。図６は、ＭＥＭＳ素子１００の製造方法の一例を説明する図である。

はじめに、図６（ａ）に示すように、本体部１０の元材料として支持層１０ａとデバイス層１０ｂとの間にＢｏｘ層１０ｃが介挿された構造を有する単結晶ＳＯＩウェハ３０を準備する。支持層１０ａの厚さはたとえば２００μｍであり、Ｂｏｘ層１０ｃの厚さはたとえば１μｍであり、デバイス層１０ｂの厚さはたとえば５μｍであるが、特に限定はされない。つぎに、フォトリソグラフィとエッチングとによって、デバイス層１０ｂのマイクロミラー部１２を形成すべき部分１０ｂａをマイクロミラー部１２の厚さ、たとえば２μｍまで薄くする。なお、このときデバイス層１０ｂをエッチングしたエッチング深さによって、マイクロミラー部１２と基板２０の電極２２との距離が調整される。

つぎに、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィとエッチングとによって、薄くした部分１０ｂａに厚さｔ１が２μｍのマイクロミラー部１２の構造を形成する。

なお、デバイス層１０ｂのエッチング、および後述する支持層１０ａのエッチングは、たとえばドライエッチングにより行う。この場合、サイドエッチングを防止するために、反応性ガスとしてＳＦ_６ガスやＣＦ系ガスを用いた誘起結合プラズマによる反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching、ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いることが好ましい。

つぎに、図６（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィとエッチングとによって、支持層１０ａに開口部１１を形成する。この開口部１１は、マイクロミラー部１２に対応する位置に形成する。

つぎに、図６（ｄ）に示すように、開口部１１が支持層１０ａとＢｏｘ層１０ｂとで連通するようにＢｏｘ層１０ｂのエッチングを行う。このエッチングはたとえばフッ酸液等を用いたウェットエッチングにより行う。その後、各マイクロミラー部１２の支持層１０ａ側にたとえば金メッキを施し、ミラー面１２ａを形成する。なお、マイクロミラー部１２はＳｉ単結晶をエッチングすることで形成したものなので、平滑性が高い。そのためその表面にミラー面１２ａも平滑性が高くなり、反射率が高くなる。これによって、本体部１０が形成される。

なお、マイクロミラー部１２を形成する工程と開口部１１を形成する工程とは順番を入れ換えて行ってもよい。

つぎに、図６（ｅ）に示すように、たとえばＳｉからなる基板２０を準備し、その表面２１にたとえばＣｒ／Ａｕ構造の金属膜２３をスパッタ法により形成する。その後、図６（ｆ）に示すように金属膜２３をパターニングしてエッチングし、電極２２を形成する。

つぎに、図６（ｇ）に示すように、基板２０の表面２１と、本体部１０のデバイス層１０ｂの表面とを接合する。その後、素子ごとに分離して、ＭＥＭＳ素子１００が完成する。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２に係るＭＥＭＳ素子の模式的な断面図である。図７に示すように、このＭＥＭＳ素子２００は、本体部１０Ａと、基板２０とがスペーサ部４０を介して接合されたものである。なお、このＭＥＭＳ素子２００の平面図は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と同様である。

本体部１０Ａは、たとえばＳＯＩウェハから形成されたものであり、Ｓｉからなる支持層１０ＡａとＳｉからなるデバイス層１０Ａｂとの間にＳｉＯ_２からなる絶縁層としてのＢｏｘ層１０Ａｃが介挿された構造を有する。支持層１０Ａａの厚さはたとえば２００μｍであり、Ｂｏｘ層１０Ａｃの厚さはたとえば１μｍであり、デバイス層１０ｂの厚さはたとえば２μｍであるが、特に限定はされない。

本体部１０Ａは、支持層１０ＡａとＢｏｘ層１０Ａｃとに連通する開口部１１Ａと、開口部１１Ａに対応したデバイス層１０Ａｂの領域に形成された、支持層１０Ａａ側にミラー面１２Ａａを有する５本のマイクロミラー部１２Ａとを有する。なお、５本のマイクロミラー部１２Ａは、ＭＥＭＳ素子１００のマイクロミラー部１２と同様に、それぞれリボン状であり、互いに略並列に、かつ各マイクロミラー部１２Ａのミラー面１２Ａａがほぼ同一平面上に位置するように配列されている。マイクロミラー部１２の厚さはデバイス層１０Ａｂと同一であり、たとえば２μｍである。マイクロミラー部１２Ａとデバイス層１０Ａｂの本体との接続部は幅が細くなっている。

スペーサ部４０は、接着剤４１中にスペーサ部材４２を含めたものである。スペーサ部材４２としては、例えば公知の真球状のプラスチックやガラス、セラミックス等からなる微粒子を用いることできる。

このＭＥＭＳ素子２００は、本体部１０と基板２０とがスペーサ部４０を介して接合されているため、スペーサ部４０の厚さの調整によって、マイクロミラー部１２と電極２２との距離を任意にかつ精度よく設定できる。

また、ＭＥＭＳ素子２００の動作、および反射率の減少が防止され、かつより低消費電力の素子となる作用については、ＭＥＭＳ素子１００と同様である。

ここで、ＭＥＭＳ素子２００の製造方法について説明する。図８は、ＭＥＭＳ素子１００の製造方法の一例を説明する図である。

はじめに、図８（ａ）に示すように、本体部１０Ａの元材料として支持層１０Ａａとデバイス層１０Ａｂとの間にＢｏｘ層１０Ａｃが介挿された構造を有する単結晶ＳＯＩウェハ３０Ａを準備する。つぎに、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と同様の工程を行い、図８（ｂ）に示すような、ミラー面１２Ａａを形成したマイクロミラー部１２Ａと開口部１１Ａとを形成する。なお、図６（ａ）のようなデバイス層１０ｂをマイクロミラー部１２の厚さまで薄くする工程は削減することができる。このように、単結晶ＳＯＩウェハ３０Ａのデバイス層１０ｂをそのままマイクロミラー部１２として用いるため、マイクロミラー部１２の表面を平滑にでき、かつマイクロミラー部１２に静電引力がより均一に掛かるようにすることができる。

つぎに、図６（ｅ）、（ｆ）と同様の工程によって電極２２を形成した基板２０の表面２１と、本体部１０Ａのデバイス層１０Ａｂの表面とを、接着剤４１中にスペーサ部材４２を含めたスペーサ部４０を介して接合する。その後、素子ごとに分離して、ＭＥＭＳ素子２００が完成する。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図９、１０は、実施の形態３に係るＭＥＭＳ素子の模式的な断面図である。図９、図１０は、それぞれ実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００におけるＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面に対応している。なお、このＭＥＭＳ素子２００の平面図は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と同様である。

図９、図１０に示すように、このＭＥＭＳ素子３００は、本体部１０と、基板２０Ａとを備えている。

基板２０Ａは、たとえばＳｉやガラス等からなり、その表面２１Ａに２５個の電極２２Ａが形成されている。２５個の電極２２Ａは、５本のマイクロミラー部１２に対応する位置に、各マイクロミラー部１２の長手方向に沿って５個の電極２２Ａが配列するように形成されている。この電極２２ＡはたとえばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）で構成されている。

図１１は、ＭＥＭＳ素子３００の動作の一例を説明する図である。このＭＥＭＳ素子３００では、各マイクロミラー部１２の長手方向に沿って５個の電極２２Ａが配列するように形成されている。この電極２２Ａにそれぞれ異なる電圧を印加することによって、マイクロミラー部１２に掛かる静電引力を長手方向で変えることができる。

たとえば、５個の電極２２Ａをそれぞれ電極２２Ａａ、２２Ａｂ、２２Ａｃ、２２Ａｄ、２２Ａｅとする。マイクロミラー部１２の長手方向の両端に位置する電極２２Ａａ、２２Ａｅに印加する電圧を最も高くし、中央の電極２２Ａｃに印加する電圧を最も低くする。これによって、電極２２Ａａ、２２Ａｂ、２２Ａｃ、２２Ａｄ、２２Ａｅに印加する電圧を均一にした場合よりも、マイクロミラー部１２を変位させた場合の平坦な部分の長さＤをより長くすることができる。その結果、マイクロミラー部１２のうちのミラーとして使用できる部分をより長くすることができる。また、その他、電極２２Ａａ、２２Ａｂ、２２Ａｃ、２２Ａｄ、２２Ａｅに印加する電圧の設定によって、マイクロミラー部１２が変位したときの形状を所望の変位形状とすることができる。

また、ＭＥＭＳ素子３００の動作、および反射率の減少が防止され、かつより低消費電力の素子となる作用については、ＭＥＭＳ素子１００と同様である。特に、ＭＥＭＳ素子３００においても、マイクロミラー部１２と電極２２Ａとの距離が近いので、電極２２Ａを構成するＣＭＯＳの仕様動作電圧範囲内（たとえば５ボルト）でマイクロミラー部１２を十分に変位させることができる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光スイッチ装置について説明する。本実施の形態４に係る光スイッチ装置は、入力した波長多重信号から所定の波長の光信号を選択し、その光信号の波長ごとに経路を切り換えて出力する波長選択光スイッチ装置である。

図１２は、実施の形態４に係る光スイッチ装置の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、この光スイッチ装置１０００は、紙面奥行き方向に配列し、各々が異なる経路の光ファイバ伝送路に接続した４本の入出力光ファイバ５１〜５４と、入出力光ファイバ５１〜５４に対して順次配置された、アナモルフィックプリズムペア５５と、回折格子５６と、集光レンズ５７と、アレイ状に配置された３つのＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃとを備えている。ＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００と同様の構成を有し、回折素子として機能するものである。さらに、この光スイッチ装置１０００は、３つのＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを制御するためのモニタ素子５９と制御回路６０とを備えている。なお、実際には回折格子５６において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア５５からＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃまでの各素子は回折格子５６の前後で角度を持って配置されるが、図１２においては、簡略化のために直列に配置して示している。

つぎに、光スイッチ装置１０００の動作について説明する。図１３は、光スイッチ装置１０００の動作を説明する説明図である。なお、図１３は、光スイッチ装置１０００を図１０の方向とは垂直の方向から見た図である。はじめに、入出力光ファイバ５１は、或る光ファイバ伝送路を伝送して入力した波長多重光信号ＯＳ１をアナモルフィックプリズムペア５５に出力する。アナモルフィックプリズムペア５５は、波長多重光信号ＯＳ１のビーム径を、回折格子５６の格子の配列方向に広げて、波長多重光信号ＯＳ１が多くの格子に当たるように、波長選択の分解能を高めるようにしている。

回折格子５６は、入射した波長多重光信号ＯＳ１に含まれる所定の波長の光信号ＯＳ１ａを所定の角度に出力する。集光レンズ５７は、光信号ＯＳ１ａをＭＥＭＳ素子１００Ａに集光する。ＭＥＭＳ素子１００Ａは集光した光信号ＯＳ１ａを所定の方向に回折させる。このときの回折光は、光信号ＯＳ２として、集光レンズ５７、回折格子５６、アナモルフィックプリズムペア５５を順次経由して、入出力光ファイバ５２へと入力し、入出力光ファイバ５２に接続した光ファイバ伝送路へと出力する。

また、回折格子５６は、波長多重信号光信号ＯＳ１に含まれる他の所定の波長の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃをそれぞれ他の所定の角度に出力する。各光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃは、それぞれＭＥＭＳ素子１００Ｂ、１００Ｃで回折され、光信号ＯＳ３または光信号ＯＳ４として、集光レンズ５７、回折格子５６、アナモルフィックプリズムペア５５を順次経由して、入出力光ファイバ５３または入出力光ファイバ５４へと入力し、入出力光ファイバ５３または入出力光ファイバ５４に接続した光ファイバ伝送路へと出力する。

ここで、ＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、モニタ素子５９が光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の一部を分岐した光の波長および強度をモニタし、このモニタの結果をもとにＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを独立に駆動させることによって、それぞれの光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の回折角度が最適になるように制御される。光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の分岐は、たとえば入出力光ファイバ５１〜５４の一部に分岐カプラを設けたり、光スイッチ装置１０００内の適当な位置に分岐用のミラーを設けたりすることによって行うことができる。なお、モニタ素子５９は、たとえばＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）素子と複数のフォトダイオードとから構成される。

この光スイッチ装置１０００は、実施の形態１と同様に反射率の低減が防止され、かつ低消費電力であるＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを用いているので、挿入損失が低減され、かつ低消費電力の光スイッチ装置となる。

なお、この光スイッチ装置１０００は、３つのＭＥＭＳ素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを備えているが、その数は特に限定されず、１以上であればよい。なお、ＭＥＭＳ素子を１つだけ備える場合は、回折格子５６を備えなくてもよく、入力した単一波長の光信号の経路を切り換えて出力する光スイッチ装置として使用することができる。

（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５に係るディスプレイ装置について説明する。図１４は、実施の形態５に係るディスプレイ装置の模式的な構成図である。図１４に示すように、このディスプレイ装置２０００は、光源部７１と、光強度変調器７２と、制御器７３と、空間フィルタ７４と、投影レンズ７５と、スキャナ７６とを備えている。

光源部７１は、半導体レーザまたは固体レーザ等を用いて構成された赤色光源７１ａ、緑色光源７１ｂ、および青色光源７１ｃを備えている。赤色光源７１ａ、緑色光源７１ｂ、および青色光源７１ｃは、それぞれ波長がたとえば６２５ｎｍ〜６７５ｎｍの赤色のレーザ光Ｌａ、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色のレーザ光Ｌｂ、および波長４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色のレーザ光Ｌｃを出力する。

光強度変調器７２は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子１００と同様の構成を有し、アレイ状に配置された３つのＭＥＭＳ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｂを備えている。制御器７３は、光強度変調器７２のＭＥＭＳ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｂのそれぞれに、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするための制御信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを出力する。

空間フィルタ７４は、迷光を除去するために設けられている。投影レンズ７５は映像をスクリーン７７に投影するためのものである。スキャナ７６は、ガルバノスキャナあるいはポリゴンスキャナ等によって構成される。

このディスプレイ装置２０００では、赤色光源７１ａ、緑色光源７１ｂ、および青色光源７１ｃは、それぞれレーザ光Ｌａ、Ｌｂ、ＬｃをＭＥＭＳ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｂに向かって出力する。ＭＥＭＳ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｂは、制御信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃに基づきＯＮ、ＯＦＦ動作を行い、ＯＮ動作時に１次回折光Ｌａ１、Ｌｂ１、Ｌｃ１を発生させる。１次回折光Ｌａ１、Ｌｂ１、Ｌｃ１は、空間フィルタ７４を通過して投影レンズ７５によってスクリーン７７に投影される。このとき、スキャナ７６が１次回折光Ｌａ１、Ｌｂ１、Ｌｃ１をスクリーン７７にスキャンすることによって、ディスプレイ装置２０００は所望の映像をスクリーン７７に投影することができる。

このディスプレイ装置２０００は、実施の形態１と同様に反射率の低減が防止され、かつ低消費電力であるＭＥＭＳ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃを用いているので、輝度の高い映像を投影することができる。

なお、上記実施の形態２において、スペーサ部４０は、たとえばスペーサ部材を含まない接着剤や半田などの接合材でもよい。また、半田の場合は、金−錫系等の半田バンプを用いてもよい。

また、上記実施の形態において、マイクロミラー部の数やマイクロミラー部の長手方向に沿って配列される電極の数は５本または５個に限らず、２以上の複数であればよい。また、本体部を形成する元材料についても、ＳＯＩウェハに限らず、導電性の支持層と導電性のデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有する基板を用いてもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２、３に係るＭＥＭＳ装置を実施の形態４に係る光スイッチ装置または実施の形態５に係るディスプレイ装置に用いてもよい。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

１０、１０Ａ 本体部
１０ａ、１０Ａａ 支持層
１０ｂ、１０Ａｂ デバイス層
１０ｃ、１０Ａｃ Ｂｏｘ層
１０ｂａ 部分
１１、１１Ａ 開口部
１２、１２Ａ マイクロミラー部
１２ａ、１２Ａａ ミラー面
１２ｂ 接続部
２０、２０Ａ 基板
２１、２１Ａ 表面
２２、２２Ａ、２２Ａａ、２２Ａｂ、２２Ａｃ、２２Ａｄ、２２Ａｅ 電極
２３ 金属膜
３０、３０Ａ ＳＯＩウェハ
４０ スペーサ部
４１ 接着剤
４２ スペーサ部材
５１、５２、５３、５４ 入出力光ファイバ
５５ アナモルフィックプリズムペア
５６ 回折格子
５７ 集光レンズ
５９ モニタ素子
６０ 制御回路
７１ 光源部
７１ａ 赤色光源
７１ｂ 緑色光源
７１ｃ 青色光源
７２ 光強度変調器
７３ 制御器
７４ 空間フィルタ
７５ 投影レンズ
７６ スキャナ
７７ スクリーン
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、２００、３００ ＭＥＭＳ素子
１０００ 光スイッチ装置
２０００ ディスプレイ装置
Ｌ１ 光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３、Ｌ５、Ｌａ１、Ｌｂ１、Ｌｃ１ ＋１次回折光
Ｌ４ −１次回折光
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ レーザ光
ＯＳ１ 波長多重光信号
ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ２、ＯＳ３、Ｏｓ４ 光信号
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 制御信号

Claims (13)

1. 支持層とデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有し、前記支持層と前記絶縁層とに連通する開口部と、前記開口部に対応した前記デバイス層の領域に前記支持層とは反対側に変位可能に形成されかつ前記支持層側にミラー面を有する複数のマイクロミラー部とを有する本体部と、
   前記マイクロミラー部を変位させるための電圧を印加する電極が形成された基板と、
   を備え、前記本体部のデバイス層の表面と前記基板の表面とが接合されており、前記本体部の支持層側の前記開口部から前記マイクロミラー部へ光が入力されることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
2. 前記電極は、前記マイクロミラー部の長手方向に沿って複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
3. 前記電極は、ＣＭＯＳで構成されることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
4. 前記長手方向に沿って複数形成された電極に、前記マイクロミラー部が所望の変位形状となるように電極を印加することを特徴とする請求項２または３に記載のＭＥＭＳ素子。
5. 前記本体部と前記基板とがスペーサ部を介して接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
6. 前記スペーサ部は、接着剤、スペーサ部材を含む接着剤、および半田のいずれか一つで構成されることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
7. 前記本体部はＳＯＩウェハから形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子を回折素子として備えることを特徴とする光スイッチ装置。
9. 複数の前記ＭＥＭＳ素子を備え、前記各ＭＥＭＳ素子を異なる波長に対する回折素子として用いることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ装置。
10. 請求項１〜７のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子を光強度変調器として備えることを特徴とするディスプレイ装置。
11. 支持層とデバイス層との間に絶縁層が介挿された構造を有する元材料に、前記支持層と前記絶縁層とに連通する開口部を形成する開口部形成工程と、
    前記デバイス層の領域に前記支持層側とは反対側に変位可能であり、かつ前記支持層側にミラー面を有する複数のマイクロミラー部を形成するマイクロミラー部形成工程と、
    を含む本体部形成工程と、
    前記マイクロミラー部を変位させるための電圧を印加する電極が形成された基板の表面と、前記本体部のデバイス層の表面とを接合する接合工程と、
    を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
12. 前記接合工程において、前記基板の表面と前記本体部のデバイス層の表面とをスペーサ部を介して接合することを特徴とする請求項１１に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
13. 前記スペーサ部は、接着剤、スペーサ部材を含む接着剤、および半田のいずれか一つで構成されることを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。

Images