JP2022078105A - シリコンゲルマニウムをベースとする光学フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
ステムにおいて、光伝送器がユーザーに向けて近赤外(NIR)光を伝送することができ
、またこのNIR光はユーザーから受光器に向けて反射することができる。この場合、受
光器は、近赤外光に関連する情報を捕捉し、またこの情報を使用してユーザーが行うジェ
スチャーを識別する。例えば、デバイスは、この情報を用いてユーザーの3次元表現を生
成し、またこの3次元表現に基づいてユーザーが行うジェスチャーを識別することができ
る。
(例えば、背丈又は体重)、他タイプの標的における特性(例えば、物体までの距離、物
体のサイズ、若しくは物体の形状)、又は同様のものを認識することができる。しかし、
ユーザーに向けてのNIR光の伝送中及び/又はユーザーから受光器への反射中に、周辺
光がNIR光に干渉するおそれがある。したがって、受光器を帯域通過フィルタのような
光学フィルタに光学的に結合して、周辺光をフィルタ処理し、またNIR光が受光器に向
って通過できるようにする。
は、前記基板上に配置された1組の光学フィルタ層のセットを備えることができる。前記
光学フィルタ層のセットは光学フィルタ層の第1サブセットを有することができる。前記
光学フィルタ層の第1サブセットは第1屈折率のシリコンゲルマニウム(SiGe)を含
むことができる。光学フィルタは光学フィルタ層の第2サブセットを備えることができる
。前記光学フィルタ層の第2サブセットは、第2屈折率の材料を含むことができる。前記
第2屈折率は前記第1屈折率よりも小さいものである。
は、入射光をフィルタ処理するため前記基板上に配置された高屈折率材料層及び低屈折率
材料層を備えることができる。この場合、前記入射光の第1スペクトルレンジを有する第
1部分は前記光学フィルタによって反射され、また、前記入射光の第2スペクトルレンジ
を有する第2部分は前記光学フィルタによって通過させられる。前記高屈折率材料層は水
素化されたシリコンゲルマニウム(SiGe:H)である。前記低屈折率材料層は二酸化
ケイ素(SiO2)である。
ことができる。光学系は、入力光信号をフィルタ処理し、フィルタ処理済み入力光信号を
供給する光学フィルタを備えることができる。前記入力光信号は、光伝送器からのNIR
光及び光源からの周辺光を含ものである。前記光学フィルタは1組の誘電性薄膜層のセッ
トを有する。前記誘電性薄膜層のセットは、1屈折率のシリコンゲルマニウムによる第1
サブセットの層を含む。前記誘電性薄膜層のセットは、前記第1屈折率よりも小さい第2
屈折率の材料による第2サブセットの層を含み、前記フィルタ処理済み入力光信号は、前
記入力光信号よりも強度が減少した周辺光を含むものである。光学系は、前記フィルタ処
理済み入力光信号を受け取り、また出力電気信号を供給する受光器を備えることができる
。
照符号は同一又は類似の素子を特定することができる。
、光伝送器からの近赤外(NIR)光、並びにユーザー若しくは物体のような標的から反
射した周辺光を受光することができる。この場合、受光器は、NIR光並びに可視スペク
トル光のような周辺光を受光し得る。周辺光は、太陽光、電球からの光等々のような光伝
送器からとは別個の1つ又はそれ以上の光源を含むことがあり得る。周辺光はNIR光に
関する決定精度を低下させ得る。例えば、ジェスチャー認識システムにおいて、周辺光は
、NIR光に基づく標的の3次元画像の生成精度を低下させ得る。したがって、受光器を
帯域通過フィルタのような光学フィルタに光学的に結合して、周辺光をフィルタ処理し、
またNIR光を受光器に向って通過させることができるようにする。
のセットは、700ナノメートル(nm)のような特定閾値以下である光の帯域外部分を
遮蔽するよう、また約700nm~約1700nmのレンジ、約800nm~約1100
nmのレンジ、約900nm~約1000nmのレンジ、約920nm~約980nmの
レンジ等々、のような特定波長レンジの光を通過させるようなものが選択され、また堆積
される。例えば、誘電性薄膜層のセットは、周辺光をフィルタ除去するものを選択するこ
とができる。付加的又は代替的に、誘電性薄膜層のセットは、特定閾値以下の帯域外光を
遮蔽し、また約1500nm~約1600nmのレンジ、約1520nm~約1580n
mのレンジのような他の波長レンジ、又は約1550nmの波長の光を通過させるものを
選択することができる。
のようなシリコンゲルマニウム(SiGe)をベースとする材料を低角度シフト光学フィ
ルタのような光学フィルタ用の1組の高屈折率層として利用することができる。このよう
にして、他の高屈折率層材料を使用する他のフィルタ積層よりも一層高い有効屈折率を有
することに基づいて、この光学フィルタは比較的低角度シフトをもたらすことができる。
さらに、SiGe又はSiGe:H材料を使用するフィルタは、周辺光をほぼ遮蔽又は効
果的に選別排除し、NIR光を通過させることができる。特定入射角の波長シフトは次式
のように計算することができる。すなわち、
ここで、λshift(Θ)=特定入射角における波長シフトを表し、Θは、特定入射角を
表し、neffは有効屈折率を表し、またλ0はΘ=0における光の波長を表す。
ム用ジオメトリ(構成配置)セットの実施例100の概略図である。
0、標的131、カソード電源140、アノード150、プラズマ活性化源(PAS)1
60、及びPAS電源170を備える。標的131は、本明細書記載の特定濃度の光学的
特性に基づいて選択した特定濃度のシリコンゲルマニウム材料を含むことができる。他の
実施形態において、カソード130の角度は、本明細書記載のように、特定濃度のシリコ
ンゲルマニウムを基板120上にスパッタリングさせるよう構成することができる。PA
S電源は、PAS160に給電するのに利用することができ、また高周波(RF)電源を
有することができる。カソード電源140は、カソード130に給電するのに利用するこ
とができ、またパルス状直流電流(DC)電源を有することができる。
の存在の下にスパッタリングされ、基板120上に層として水素化ゲルマニウム材料を堆
積する。不活性ガスは、アノード150及び/又はPAS160を介してチャンバ内に供
給することができる。水素は、水素を活性化するよう作用するPAS160経由で真空チ
ャンバ110内に導入する。付加的、又は代替的に、カソード130が水素を活性化させ
ることができる(この場合、水素は他の部分真空チャンバ110から導入することができ
る)又はアノード150が水素を活性化させることができる(例えば、この場合、水素は
アノード150によって真空チャンバ110内に導入することができる)。幾つかの実施
形態において、水素は、水素ガス、水素ガスと希ガス(例えば、アルゴンガス)との混合
物、及び/又はこれらに類する様態をとることができる。PAS160は、カソード13
0の閾値近傍範囲内に配置して、PAS160からのプラズマとカソード130からのプ
ラズマがオーバーラップできるようにする。PAS160の使用により、水素化シリコン
層を比較的高い堆積速度で堆積することができる。幾つかの実施形態において、水素化シ
リコンゲルマニウム層は、約0.05nm/s~約2.0nm/sの堆積速度で、約0.5
nm/s~約1.2nm/sの堆積速度で、約0.8nm/sの堆積速度で、及び/又はこ
れらに類する堆積速度で、堆積される。
オメトリ及び他の実施形態も可能である。例えば、水素は、他の方向、カソード130の
閾値近傍内のガスマニホールド、等々から注入することができる。
板120、第1カソード180、第2カソード190、シリコン標的181、ゲルマニウ
ム標的191、カソード電源140、アノード150、プラズマ活性化源(PAS)16
0、及びPAS電源170を備える。この場合、シリコン標的181はシリコン製標的で
あり、ゲルマニウム標的はゲルマニウム製標的である。
ば、基板120に平行)に指向させ、またゲルマニウム標的191は基板120に対して
約120°の角度に指向させる。この場合、シリコン及びゲルマニウムは、カソード18
0及びカソード190のそれぞれによりシリコン標的181及びゲルマニウム標的191
からそれぞれ基板120上にスパッタリングされる。
ゲルマニウム標的191は基板120に対してほぼ60°の角度に指向させ、またシリコ
ン及びゲルマニウムは、カソード180及びカソード190のそれぞれにより第1標的1
81及び第2標的191からそれぞれ基板120上にスパッタリングされる。
板120に対してほぼ120°の角度に指向させ、またゲルマニウム標的191は基板1
20に対して約0°の角度に指向させる。この場合、シリコン及びゲルマニウムは、カソ
ード180及びカソード190のそれぞれによりシリコン標的181及びゲルマニウム標
的191からそれぞれ基板120上にスパッタリングされる。
成は、結果として、シリコン及びゲルマニウムの異なる相対濃度を生ずる。異なるコンポ
ーネント構成の観点で本明細書に記載したが、シリコン及びゲルマニウムの異なる相対濃
度は、異なる材料、異なる製造プロセス、等々を用いて達成することもできる。
であり、また図1A~1Dにつき説明したのとは異なるものとすることができる。
おけるグラフである。
フィルタに使用するためのSiGe:H層)に関する1組の特性のセットが決定される。
シリコンをスパッタリングするカソードのカソード角度を増加させることは、図1B~1
Dにつきより詳細に説明するように、シリコン含有量に対する光学フィルタ内のゲルマニ
ウム含有量が増加することに対応する。例えば、30°の角度で堆積される光学フィルタ
における高屈折率層に関しては、高屈折率層は約7.5%ゲルマニウム含有量に関連付け
ることができる。同様に、35°の角度での堆積に関しては、光学フィルタは約22%ゲ
ルマニウム含有量に関連付けることができ、50°の角度での堆積に関しては、光学フィ
ルタは約90%ゲルマニウム含有量に関連付けることができる。
いて1組の層のセットに対して950nmの波長における屈折率nを提示し、このカソー
ド角度で材料のスパッタリングを実施して、高屈折率材料単一層のセットを形成した。図
示のように、高屈折率単一層又はSiGe単一層に基づいてシリコンゲルマニウム(Si
Ge)及びアニーリングしたシリコンゲルマニウム(SiGe-280C)(例えば、ア
ニーリング手順を280℃で実施したシリコンゲルマニウム)に関して、カソード角度の
増加は屈折率の増加に対応する。さらに、ゲルマニウムを含むシリコン層の屈折率は、ゲ
ルマニウムを含まないシリコン、例えば、光学フィルタに基づく光学フィルタ及びアニー
リングしたシリコン(Si-280C)に基づくようなシリコン(Si)におけるよりも
高いものとなる。
光学的特性のセットが決定される。図示のように、1組の単一層のセットの950nmの
波長における吸収が、高屈折率層の材料タイプ及び高屈折率層を堆積するスパッタリング
手順に使用されるカソード角度に関して決定される。例えば、増加したゲルマニウム含有
量(例えば、増加したカソード角度)は、SiGe層における増加した吸収損失に関連付
けられる。しかし、アニーリングしたシリコンゲルマニウムは、非アニーリングシリコン
ゲルマニウムに対して、同様のカソード角度に関連した光学フィルタの減少した吸収損失
に関連付けられる。例えば、アニーリングしたシリコンゲルマニウムは、光学フィルタの
ために低角度シフトで利用する屈折率閾値を満足させる屈折率に対応するカソード角度で
光学フィルタに利用するための吸収閾値を満足させる損失値に関連付けることができる。
このようにして、アニーリングシリコンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウム
)は、比較的高い屈折率を有し、かつNIR光の過剰な吸収がない低角度シフトコーティ
ングとして、シリコンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウム)を使用すること
ができる。
能であり、また図2A及び2Bにつき説明したのとは異なるものとすることができる。
おけるグラフである。
する1組の機械的特性のセットが決定される。図示のように、SiGe単一層のセットに
おける応力値(メガパスカル(MPa))が、高屈折率層の材料タイプ及び高屈折率層を堆積
するスパッタリング手順に使用されるカソード角度に関して決定される。応力値は、スパ
ッタリング手順の結果としてのSiGe単一層に対する圧縮応力であり得る。例えば、増
加したゲルマニウム含有量(例えば、増加したカソード角度)は、SiGe単一層におけ
る減少した応力に関連付けられる。図示のように、アニーリングしたシリコンゲルマニウ
ムは、非アニーリングシリコンゲルマニウムに対して、同様のカソード角度に関連したS
iGe単一層の減少した応力値に関連付けられる。例えば、アニーリングしたシリコンゲ
ルマニウムは、光学フィルタのために屈折率閾値を満足させる屈折率に対応するカソード
角度で光学フィルタに利用するための応力閾値を満足させる応力値に関連付けることがで
きる。減少した応力値は、製造手順が多重光学フィルタの複数部分にウエハーをカットす
る工程を含むときの製造困難さを軽減することができる。さらに、減少した応力値は、よ
り大きい応力値を有する他タイプの材料よりも基板厚さを減少することができる。このよ
うにして、アニーリングしているシリコンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウ
ム)は、比較的高い屈折率を有し、かつ過剰応力がない低角度シフトコーティングとして
、シリコンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウム)を使用することができ、こ
れにより光学フィルタの製造可能性を向上させ、かつ非アニーリング光学フィルタよりも
、とくに、シリコン又は水素化シリコンを使用するだけのフィルタに比べると、光学フィ
ルタの厚さを減少できる。
通過フィルタのセットに関する1組の光学的特性のセットが決定される。図示のように、
第1光学フィルタ及び第2光学フィルタの透過率パーセンテージが、アニーリングの利用
及び光の波長に関して決定される。参照符号322に対応する第1光学フィルタ及び参照
符号324に対応する第2光学フィルタの各々は、1組の4キャビティのセット、3.1
マイクロメートルの厚さ、高屈折率層のシリコンゲルマニウムのセット、低屈折率層の二
酸化ケイ素のセット、第2側面に反射防止コーティングがないこと、及び47.5°のカ
ソード角度(例えば、高屈折率層のセットに関する約80%ゲルマニウムに対応し得る)
に関連すると仮定する。
mでの透過率がアニーリングを利用しない光学フィルタに対して約7%だけ向上させる(
約950nmでの80%又は85%よりも高い)。このようにして、アニーリングしてい
るシリコンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウム)は、アニーリング処理しな
い光学フィルタよりも向上した透過率を有する低角度シフトコーティングとして、シリコ
ンゲルマニウム(又は水素化シリコンゲルマニウム)を使用することができる。他の実施
形態において、反射防止コーティングを設ける(例えば、光学フィルタの裏側表面に)こ
とは、反射防止コーティングがない光学フィルタに対してさらに約5%透過率を改善する
ことができる。
を示したが、本明細書記載の他の実施例も同様に、光学フィルタにおける他の特性のため
にアニーリングすることで向上した性能を示すことができる。
的特性は、短波通過フィルタ、長波通過フィルタ、反射防止コーティング、非偏光ビーム
スリッタ、偏光ビームスリッタ、誘電体リフレクタ、多重帯域通過フィルタ、ノッチフィ
ルタ、多重ノッチフィルタ、減光フィルタ、又はこれらに類するものの製造に関連付ける
ことができる。
能であり、また図3A及び3Bにつき説明したのとは異なるものとすることができる。
ンゲルマニウムをベースとする材料を使用する光学フィルタの例示的積層体を示す。図4
にさらに示すように、光学フィルタ400は、光学フィルタコーティング部分410及び
基板420を含む。
、光学フィルタコーティング部分410は、層430-1~430-N+1(N≧1)の第
1セット及び層440-1~440-Nの第2セットを含む。層430は、1組の高屈折率
材料の層(H層)、例えば、シリコンゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、
等々によるセットを含むことができる。SiGe層は(少量の)リン光体、ホウ素、窒化
物、等々を含むことができる。層440は、1組の低屈折率材料の層(L層)、例えば、
二酸化ケイ素層、等々によるセットを含むことができる。付加的又は代替的に、L層は、
窒化ケイ素層、Ta2O5層、Nb2O5層、TiO2層、Al2O3層、ZrO2層、
Y2O3層、Si3N4層、それらの組合せ、等々を含むことができる。
m(m≧1)順序、(H-L)m-H順序、L-(H-L)m順序及び/又はそれらに類する
順序で積層させることができる。例えば、図示のように、層430及び440は、H層が
光学フィルタ400の表面に配置され、かつH層が基板420の表面に配置される(H-
L)n-H順序で位置決めされる。他の実施形態において、光学フィルタコーティング部
分410は特定の層数mに関連付けることができる。例えば、シリコンゲルマニウムをベ
ースとする光学フィルタは、2層~200層の範囲のような多数の交互のH層及びL層を
有することができる。
さに関連付けることができる。例えば、層430及び440各々は、1nm~1500n
mの厚さ、3nm~1000nmの厚さ、600nm~1000nmの厚さ、若しくは1
0nm~500nmの厚さに関連付けることができ、及び/又は光学フィルタコーティン
グ部分410は、0.1μm~100μmの厚さ、0.25μm~100μmの厚さ、等々
に関連付けることができる。幾つかの実施形態において、層430及び440の少なくと
も一方は、それぞれ1000nm未満、600nm未満、100nm未満、若しくは5n
m未満の厚さに関連付けることができ、並びに/又は光学フィルタコーティング部分41
0は、100μm未満、50未満、及び/若しくは10未満の厚さに関連付けることがで
きる。幾つかの実施形態において、層430及び440は複数の厚さに関連付けることが
でき、層430の第1サブセットに対して第1厚さ、層430の第2サブセットに対して
第2厚さ、層440の第1サブセットに対して第1厚さ、層430の第2サブセットに対
して第2厚さ、等々のように関連付けることができる。この場合、層厚及び/又は層数は
、意図した通過帯域、意図した反射率のような光学的特性の意図したセットに基づいて選
択することができる。
0に対して選択することができる。例えば、層430は、SiGe-50、SiGe-40
、SiGe-60、等々のような特定タイプのシリコンゲルマニウムを含むよう選択及び
/又は製造する(例えば、スパッタリング手順によって)ことができる。幾つかの実施形
態において、層430は、本明細書記載のスパッタ堆積手順の結果として、アルゴンのよ
うな微量の他の材料を含むことができる。他の実施例において、特定シリコンゲルマニウ
ムをベースとする材料は、シリコンゲルマニウムベース材料を水素化する水素化手順、シ
リコンゲルマニウムベース材料を窒素化する窒素化手順、シリコンゲルマニウムベース材
料をアニーリングする1つ又はそれ以上のアニーリング手順、他タイプの手順、シリコン
ゲルマニウムベース材料をドープするドーピング手順(例えば、リンをベースとするドー
ピング、窒素をベースとするドーピング、ホウ素をベースとするドーピング、等々)、又
は本明細書記載のような複数手順の組合せを用いて製造できる。例えば、層430は、例
えば、約800nm~約1100nmのスペクトルレンジ、約900nm~約1000n
mのスペクトルレンジ、約950nmの特定波長、等々で、層440よりも高い屈折率を
有するよう選択することができる。他の実施形態において、層430は、例えば、約14
00nm~約1700nmのスペクトルレンジ、約1500nm~約1600nmのスペ
クトルレンジ、約1550nmの特定波長、等々で、層440よりも高い屈折率を有する
よう選択することができる。この場合、層430は、3より大きい屈折率、3.5より大
きい屈折率、3.8より大きい屈折率、又は4より大きい屈折率に関連付けることができ
る。例えば、層430は、約954nmで4より大きい屈折率に関連付けることができる
。
層440は、二酸化ケイ素(SiO2)層のセット、酸化アルミニウム(Al2O3)層
のセット、二酸化チタン(TiO2)層のセット、五酸化ニオブ(Nb2O5)層のセッ
ト、五酸化タンタル(Ta2O5)層のセット、フッ化マグネシウム(MgF2)層のセ
ット、窒化ケイ素(S3N4)層のセット、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イット
リウム(Y2O3)及び/又はこれらに類する層のセットを有することができる。この場
合、層440は、例えば、約800nm~約1100nmのスペクトルレンジ、約900
nm~約1000nmのスペクトルレンジ、約950nmの波長、等々で、層430より
も低い屈折率を有するよう選択することができる。例えば、層440は、約800nm~
約1100nmのスペクトルレンジで3未満の屈折率に関連付けられるよう選択すること
ができる。他の実施形態において、層440は、約800nm~約1100nmのスペク
トルレンジ、約900nm~約1000nmのスペクトルレンジ、約950nmの波長、
等々で、2.5未満の屈折率に関連付けられるよう選択することができる。他の実施例に
おいて、層440は、約800nm~約1100nmのスペクトルレンジ、約900nm
~約1000nmのスペクトルレンジ、約950nmの波長、等々で、2未満の屈折率に
関連付けられるよう選択することができる。幾つかの実施形態において、層430及び/
又は440は、特定スペクトルレンジ(例えば、約800nm~約1100nmのスペク
トルレンジ、約900nm~約1000nmのスペクトルレンジ、約950nmの波長、
等々、及び/又は約1400nm~約1700nmのスペクトルレンジ、約1500nm
~約1600nmのスペクトルレンジ、約1550nmの特定波長、等々)で、例えば、
約0.007以下の吸光係数、約0.003以下の吸光係数、約0.001以下の吸光係数
のような特定吸光係数に関連付けることができる。幾つかの実施形態において、層440
用の特定材料は、帯域外遮蔽スペクトルレンジの所望帯域幅、入射角変化(AOI)に関
連する所望中心波長シフト、等々に基づいて選択することができる。
順を用いて作製することができる。例えば、光学フィルタコーティング部分410は、パ
ルス状マグネトロンをベースとするスパッタリング手順を用いて、ガラス基板又は他タイ
プの基板上に交互の層430及び440をスパッタリングするよう、パルス状マグネトロ
ンをベースとするスパッタリング手順を用いて作製することができる。幾つかの実施形態
において、スパッタリング手順に多重カソードを用いることができ、例えば、第1カソー
ドをシリコンのスパッタリングに使用し、第2カソードをゲルマニウムのスパッタリング
に使用することができる。この場合において、多重カソードは、シリコンに対するゲルマ
ニウムの特定濃度を確保するよう選択された、第2カソードに対する第1カソードの傾斜
角度に関連付けることができる。幾つかの実施形態において、水素フローをスパッタリン
グ手順中に添加してシリコンゲルマニウムを水素化することができる。同様に窒素をスパ
ッタリング中に添加してシリコンゲルマニウムを窒素化することができる。幾つかの実施
形態において、光学フィルタコーティング部分410は、1つ又はそれ以上のアニーリン
グ手順を用いてアニーリングすることができ、例えば、約280℃の温度又は約200℃
~約400℃の間における温度での第1アニーリング手順、約320℃の温度又は約25
0℃~約350℃の間における温度での第2アニーリング手順、等々を行うことができる
。幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分410は、図1A~1Dに
つき説明したように、標的からコーティングされるSiGe:Hを用いて作製することが
できる。例えば、選択したシリコン対ゲルマニウム比を有するSiGe化合物標的がスパ
ッタリングされ、特定のシリコン対ゲルマニウム比で光学フィルタコーティング部分41
0を作製することができる。
フィルタで起こる角度シフトよりも減少した角度シフトを生ずることに関連付けることが
できる。例えば、L層の屈折率に対するH層の屈折率に基づいて、光学フィルタコーティ
ング部分410は、他タイプの高屈折率材料を有する他タイプの光学フィルタよりも減少
した角度シフトを生ずることができる。
他タイプの基板に付着させることができる。付加的又は代替的に、光学フィルタコーティ
ング部分410は、検出器上又は検出器アレイを有するシリコンウエハーのセット上に直
接コーティングすることができる(例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフプリセット
等を用いて)。幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分410は入射
媒体に関連付けることができる。例えば、光学フィルタコーティング部分410は、入射
媒体として空気媒体又はガラス媒体に関連付けることができる。幾つかの実施形態におい
て、光学フィルタ400は1組のプリズムセット間に配置することができる。他の実施例
において、透明エポキシ樹脂のような他の入射媒体を使用することができ、及び/又はポ
リマー(重合体)基板(例えば、ポリカーボネート基板、環状オレフィンコポリマー(C
OP)基板、等々)のような他の基板を使用することができる。
また図4につき説明したのとは異なるものとすることができる。
におけるグラフである。
水素化シリコン(Si:H)をベースとする光学フィルタ及び水素化シリコンゲルマニウ
ム(SiGe:H)をベースとする光学フィルタ)の1組の光学的特性が示される。この
場合、これら光学フィルタのセットは低屈折率材料として二酸化ケイ素を利用することが
できる。図示のように、1組の波長のセットにおける透過率パーセンテージが光学フィル
タのセットに対して決定される。この場合、SiGe:H光学フィルタは、950nmで
3.871の屈折率に関連付けられ、またSi:H光学フィルタは、950nmで3.74
0の屈折率に関連付けられる。SiGe:H光学フィルタがSi:H光学フィルタよりも
高い屈折率を有する結果として、SiGe:H光学フィルタは減少した物理的厚さに関連
付けることができる。例えば、Si:H光学フィルタは6.3マイクロメートルの厚さに
関連付けることができ、またSiGe:H光学フィルタは5.4マイクロメートルの厚さ
に関連付けることができる。さらに、SiGe:H光学フィルタはより高い遮蔽効率に関
連付けることができる(例えば、SiGe:H光学フィルタは約700nmでSi:H光
学フィルタよりもより多く吸収をしており、この結果として、700nmを含む波長レン
ジを遮蔽するため減少した厚さの1/4波長積層コーティングが得られる)。
波長レンジでのチャート510の一部分を示す。チャート520で示すように、角度シフ
トは、0°から30°までの入射角(AOI)でSi:H光学フィルタに対して16.5
nmであることを示し、0°から30°までの入射角でSiGe:H光学フィルタに対し
て13.0nmであることを示す。この場合、SiGe:H光学フィルタはSi:H光学
フィルタよりも減少した角度シフトを有することを示し、この結果として、改善された光
学的性能が得られることを示す。
Si:H光学フィルタ及びSiGe:H光学フィルタの設計、並びに1組の光学的特性が
示される。図示のように、これら光学フィルタのセットは、200mmから300mmの
基板サイズ及び0.15mmから0.7mmの基板厚さに関連付けられる。各ウエハーサイ
ズ及びウエハー厚さに対して、SiGe:H光学フィルタはSi:H光学フィルタよりも
減少した基板たわみに関連付けられる。このようにして、光学フィルタの耐久性及び製造
可能性が改善される。さらに、応力値を減少することに基づいて、基板サイズは、同様の
基板厚さに対して他の基板設計よりも増大させることができ、これは、より高い応力値を
有する他の基板設計よりも単体分離化手順中に破損を生ずる可能性が低減することに基づ
くものである。
であり、また図5A~5Cにつき説明したのとは異なるものとすることができる。
に示すように、例示的実施形態600はセンサシステム610を有する。センサシステム
610は、光学系の一部分とすることができ、またセンサ決定に対応する電気出力を供給
することができる。センサシステム610は、光学フィルタ630を有する光学フィルタ
構体620と、光センサ640とを有する。例えば、光学フィルタ構体620は、通過帯
域フィルタ処理機能を行う光学フィルタ630又は他タイプの光学フィルタを有すること
ができる。センサシステム610は、光信号を標的660(例えば、人、物体、等々)に
向けて伝送する光伝送器650を有する。
、本明細書記載の実施形態は他タイプのシステムに使用することができ、またセンサシス
テムの外部に使用する、等々を行うことができる。幾つかの実施形態において、光学フィ
ルタ630は、光に対して偏光ビーム分割機能を行うことができる。例えば、光学フィル
タ630は、第1偏光性を有する光の第1部分を反射させ、また第2偏光性を有する光の
第2部分を、本明細書記載のように第2偏光性が光センサ640によって受光されるのが
望まれるときに通過させることができる。付加的又は代替的に、光学フィルタ630は、
光に対して逆偏光ビーム分割機能(例えば、ビーム結合)を行うことができる。
指向させる。入力光信号は、光伝送器650によって発せられるNIR光、及びセンサシ
ステム610を利用している環境からの周辺光を含むことができる。例えば、光学フィル
タ630が帯域通過フィルタであるとき、光伝送器650がジェスチャー(例えば、標的
660が行うジェスチャー)認識システムのためのユーザーに向けて近赤外(NIR)光
を指向させ、またNIR光が光センサ640に向って標的660(例えば、ユーザー)か
ら反射して、光センサ640がNIR光の測定を行うことができる。この場合、周辺光は
、1つ又はそれ以上の周辺光源(電球又は太陽)から光センサ640に指向させることが
できる。他の実施例においては、多重光ビームが標的660に向けて指向させられ、この
多重光ビームのサブセットは、図示のように、光センサ640に対して傾斜角度をなして
配置することができる光学フィルタ構体620に向って反射させられる。幾つかの実施形
態において、他の傾斜角度を使用することができる(例えば、帯域通過フィルタのための
0°の傾斜角度)。幾つかの実施形態において、光学フィルタ構体620は、光センサ6
40から距離をおいて配置するのではなく、光センサ640上に直接配置及び/又は形成
することができる。例えば、光学フィルタ構体620は光センサ640上にコーティング
及びパターン形成することができ、これには例えば、フォトリソグラフィを使用すること
ができる。他の実施例において、光伝送器650はNIR光を他タイプの標的660に向
けて指向させることができ、例えば、車両近傍の物体を検出する、視覚障害者近傍の物体
を検出する、物体に対する近接度を検出する(例えば、ライダー(LIDAR)技術を用
いて)、等々を行うことができ、またこの結果として、NIR光及び周辺光が光センサ6
40に指向することができる。
光学フィルタ構体620によって通過させられる。例えば、光学フィルタ630における
交互のシリコンゲルマニウム層(例えば、高屈折率材料)及び他タイプ材料層(例えば、
二酸化ケイ素(SiO2)のような低屈折率材料)が光の第1偏光を生じて第1方向に反
射させることができる。他の実施例において、高屈折率材料は、他のシリコンゲルマニウ
ムをベースとする材料、例えば、本明細書に記載したような、水素化シリコンゲルマニウ
ム、アニーリングしたシリコンゲルマニウムを有することができる。この場合、光学フィ
ルタ630は、過剰にNIR光を遮蔽することなく、また入力光信号の入射角の増加を伴
う過剰な角度シフトを導入することなく、入力光信号の可視光を遮蔽する。
に基づいて、光センサ640はセンサシステム640のための出力電気信号を供給し、例
えば、ユーザーのジェスチャーを認識する又は物体の存在を検出するのに使用することが
できる。他の実施形態において、光学フィルタ630及び光センサ640の他の構成を利
用することができる。例えば、光信号の第2部分を入力光信号と共線的に通過させるので
はなく、光学フィルタ630は、異なる場所に配置した光センサ640に向かうよう光信
号の第2部分を他の方向に指向させることができる。他の実施例において、光センサ64
0は、アバランシェフォトダイオード、インジウム・ガリウム・ヒ化物(InGaAs)
検出器、赤外線検出器、等々とすることができる。
ィルタ構体620、光学フィルタ630、光センサ640、光伝送器640、及び標的を
備える。図6Bは、本明細書記載の光学フィルタ630を有する特定の例示的実施形態6
00を示す。
出する。光伝送器640は変調した光(例えば、光パルス)を放出する。光伝送器640
は、発光ダイオード(LED)、LEDアレイ、レーザーダイオード、又はレーザーダイ
オードアレイとすることができる。光伝送器640は、標的660に向けて光を放出し、
この標的660は放出された光をセンサシステム610に向けて戻すよう反射する。セン
サシステム610がジェスチャー認識システムであるとき、標的660はジェスチャー認
識システムのユーザーである。
配置される。光学フィルタ630は、発光波長を含む通過帯域を有し、また800nm~
1100nmの波長レンジと少なくとも部分的にオーバーラップする。光学フィルタ63
0は狭帯域通過フィルタのような帯域通過フィルタである。光学フィルタ630は、光伝
送器640から放出された光を透過するとともに、周辺光をほとんど遮蔽する。
置される。幾つかの実施形態において、光学フィルタ630は光センサ640上に直接形
成することができる。例えば、光学フィルタ630は、ウエハーレベル加工(WLP)に
おいて、センサ(例えば、近接センサ)上にコーティング及びパターン形成する(例えば
、フォトリソグラフィによって)ことができる。
であり、放出された光を検出して標的660の近接性を感知する。センサシステム610
が3D撮像システム又はジェスチャー認識システムであるとき、光センサ640は3D画
像センサ(例えば、電荷結合素子(CCD)チップ又は相補型金属酸化膜半導体(CMO
S)チップ)であり、放出された光を検出して、例えば、ユーザーである標的660の3
D画像を供給する。3D画像センサは光学的情報を電気信号に変換し、この電気信号を処
理システム(例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)チップ又はデジタル信号プロセ
ッサ(DPS)チップ)によって処理できるようにする。例えば、センサシステム610
がジェスチャー認識システムであるとき、処理システムはユーザーの3D画像を処理して
、ユーザーのジェスチャーを認識する。
能であり、また図6A及び6Cにつき説明したのとは異なるものとすることができる。
ルタの光学フィルタコーティング用の高屈折率材料として使用して、高屈折率層のセット
に使用される他タイプ材料よりも角度シフトを減少させて、可視光の帯域外遮蔽、NIR
光の透過、及び/又は光のフィルタ処理を行うことができる。さらに、水素化シリコンゲ
ルマニウム及び/又はアニーリング手順を用いることに基づいて、帯域外遮蔽及び帯域内
透過を他タイプの材料よりも向上させる。
確な形式に限定することを意図するものではない。変更及び改変は、上述した開示を踏ま
えて可能であり、実施形態の実施から習得できるものである。
れるように閾値を満足することは、値が閾値より大きい、閾値より多い、閾値より高い、
閾値以上、閾値未満、閾値より少ない、閾値より低い、閾値以下、閾値に等しい、等々に
言及することができる。
これら組合せは、あり得る実施形態の開示を制限することは意図しない。実際、これら特
徴の多くは、特別に特許請求の範囲に記述されていない及び/又は本明細書に記載されて
いないやり方で組み合わせることができる。特許請求の範囲に列挙する各従属項は1つの
請求項にのみ直接従属することができ、あり得る実施形態の開示は請求項におけるすべて
の他の請求項と組み合わせた各従属項を含む。
格又は必須であるものと解すべきではない。本明細書で使用されるような、冠詞「a」及
び「an」は1つ又はそれ以上の事項を含むことを意図し、また「1つ又はそれ以上の」と
互換的に使用することができる。さらに、本明細書で使用されるような、用語「セット」
は1つ又はそれ以上の事項(例えば、関連事項、非関連事項、関連事項及び非関連事項の
組合せ、等)を含むことを意図し、また「1つ又はそれ以上の」と互換的に使用すること
ができる。単に1つの事項を意図する場合には、用語「1つ」又は類似の表現を用いる。
さらに、本明細書で使用されるような、用語「has」、「have」、「having」、等々は、
制約がない事項を意図する。さらにまた、語句「~に基づく(based on)」は、そうでな
いと明示しない限りにおいて、「少なくとも部分的に~に基づく(based, at least, on
)」を意味しようとするものである。
Claims (27)
- 光学フィルタであって
基板と、
前記基板上に配置された1組の光学フィルタ層のセットと、
を備え、前記光学フィルタ層のセットは、
第1屈折率のシリコンゲルマニウム(SiGe)を含む光学フィルタ層の第1サブセ
ットと、及び
第2屈折率の材料を含む光学フィルタ層の第2サブセットと
を有し、
前記第2屈折率は前記第1屈折率よりも小さいものである、
光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記材料は、
二酸化ケイ素(SiO2)材料、
酸化アルミニウム(Al2O3)材料、
二酸化チタン(TiO2)材料、
五酸化ニオブ(Nb2O5)材料、
五酸化タンタル、(Ta2O5)材料、
フッ化マグネシウム(MgF2)材料、
酸化ジルコニウム(ZrO2)材料、
酸化イットリウム(Y2O3)材料、
窒化ケイ素(S3N4)、
ホウ素をベースとする材料、又は
リンをベースとする材料
のうち少なくとも1つを有する、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットは高
屈折率材料層(H)であり、かつ前記光学フィルタ層の前記第2サブセットは低屈折率材
料層(L)であり、また
前記光学フィルタ層のセットは、
(H-L)m順序、
(H-L)m-H順序、又は
L-(H-L)m順序
のうち少なくとも1つの順序で配列され、mは交互のH層及びL層の層数である、光学フ
ィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約800ナノメートル(n
m)~約1100nmのスペクトルレンジで3より大きい、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約800ナノメートル(n
m)~約1100nmのスペクトルレンジで3.5より大きい、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約900ナノメートル(n
m)~約1100nmの波長で約4である、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約1400ナノメートル(
nm)~約1700nmのスペクトルレンジで約3より大きい、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約1500ナノメートル(
nm)~約1600nmのスペクトルレンジで約3.4より大きい、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第1屈折率は、約1500ナノメートル(
nm)~約1600nmのスペクトルレンジで約3.6より大きい、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットはア
ニーリングされている、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットは水
素化されている、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットは窒
素化されている、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットは5
%~100%のゲルマニウムを含む、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタ層の前記第1サブセットは、
リンをベースとするドーパント、
窒素をベースとするドーパント、又は
ホウ素をベースとするドーパント
のうち少なくとも1つでドープされている、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第2屈折率は、約800ナノメートル(n
m)~約1100nmのスペクトルレンジで3未満である、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第2屈折率は、約800ナノメートル(n
m)~約1100nmのスペクトルレンジで2.5未満である、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記第2屈折率は、約800ナノメートル(n
m)~約1100nmのスペクトルレンジで2未満である、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタは、帯域通過フィルタである
、光学フィルタ。 - 請求項1記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタはアニーリングされている、
光学フィルタ。 - 光学フィルタであって
基板と、及び
入射光をフィルタ処理するため前記基板上に配置された高屈折率材料層及び低屈折率材
料層と、
を備え、
前記入射光の第1スペクトルレンジを有する第1部分は前記光学フィルタによって反
射され、また、前記入射光の第2スペクトルレンジを有する第2部分は前記光学フィルタ
によって通過させられ、
前記高屈折率材料層は水素化されたシリコンゲルマニウム(SiGe:H)であり、
前記低屈折率材料層は二酸化ケイ素(SiO2)である、光学フィルタ。 - 請求項20記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタの層はスパッタリング手順
により堆積する、光学フィルタ。 - 請求項20記載の光学フィルタにおいて、さらに、反射防止コーティングを備える、光
学フィルタ。 - 光学系であって、
近赤外(NIR)光を放出する光伝送器と、
入力光信号をフィルタ処理し、フィルタ処理済み入力光信号を供給する光学フィルタで
あって、前記入力光信号は、光伝送器からのNIR光及び光源からの周辺光を含ものであ
り、前記光学フィルタは1組の誘電性薄膜層のセットを有し、
前記誘電性薄膜層のセットは、
第1屈折率のシリコンゲルマニウムによる第1サブセットの層、
前記第1屈折率よりも小さい第2屈折率の材料による第2サブセットの層
を含み、
前記フィルタ処理済み入力光信号は、前記入力光信号よりも強度が減少した周辺光を含
むものである、該光学フィルタと、及び
前記フィルタ処理済み入力光信号を受け取り、また出力電気信号を供給する受光器と、
を備える、光学系。 - 請求項23記載の光学系において、前記光学フィルタは、約950nmで80%より高
い透過率に関連付けられている、光学系。 - 請求項23記載の光学系において、前記光学フィルタは、約1550nmで80%より
高い透過率に関連付けられている、光学系。 - 請求項23記載の光学系において、前記第1サブセットの層は、水素化されている、光
学系。 - 請求項23記載の光学系において、前記第光学フィルタは、アニーリングされている、
光学系。
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