JP5258786B2 - 光制御装置及び光制御システム - Google Patents

光制御装置及び光制御システム Download PDF

Info

Publication number
JP5258786B2
JP5258786B2 JP2009542585A JP2009542585A JP5258786B2 JP 5258786 B2 JP5258786 B2 JP 5258786B2 JP 2009542585 A JP2009542585 A JP 2009542585A JP 2009542585 A JP2009542585 A JP 2009542585A JP 5258786 B2 JP5258786 B2 JP 5258786B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electro
thin film
light control
optic
optic thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009542585A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2009066728A1 (ja
Inventor
敬和 藤森
剛 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2009542585A priority Critical patent/JP5258786B2/ja
Publication of JPWO2009066728A1 publication Critical patent/JPWO2009066728A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5258786B2 publication Critical patent/JP5258786B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/05Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect with ferro-electric properties
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/124Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode interdigital

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、光制御装置に関し、特に電気光学効果を利用する光制御装置及び光制御システムに関する。
近年、例えばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)等の電気光学効果を有する材料を用いた光制御装置が提案されている。PLZTは、(Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3の組成を有する透明セラミックスである。「電気光学効果」とは、物質に電界を印加するとその物質に分極が生じ屈折率が変化する現象をいう。電気光学効果を利用すると、印加電圧をオン、オフすることにより電気光学効果を有する材料を透過する光の位相を切り替えることができる。そのため、電気光学効果を有する光変調材料を光シャッタ等の光制御装置に適用できる(非特許文献1参照)。
こうした光シャッタ等の光制御装置への適用においては、バルクのPLZTが広く利用されてきた。しかし、バルクPLZTを用いた光シャッタは、微細化、集積化の要請や、動作電圧の低減、低コスト化等の要請に応えることは困難である。また、バルクPLZTを製造するバルク法は、原料となる金属酸化物を混合した後、1000℃以上の高温で処理する工程を含むため、素子形成プロセスに適用した場合、材料の選択や素子構造等に多くの制約が加わることとなる。
こうしたことから、基材上に形成した薄膜材料を利用する試みが検討されている(例えば、非特許文献2、特許文献1−3参照)。例えばバルクPLZTに代えて、電気光学効果を有する薄膜材料としてPLZT膜等が形成された表示基板の両面に偏光子が設けられた構成を有する光制御装置が提案されている。表示基板の各画素の電極端子部が外部の駆動回路と接続されることにより、所望の画素が駆動され、表示基板の一面側に設けられた光源からの透過光により所望の表示をするようになっている。
カッチェン(J. Thomas Cutchen)、他 著、「アプライド・オプティクス、第14巻、第8号(Applied Optics vol.14 No.8)」、1975年8月、p.1866−1873 「強誘電体メモリ先端プロセス」、第1版、株式会社サイエンスフォーラム、1999年9月13日、p.151−157 特開2007−146657号公報 特開2005−294308号公報 特開2006−154145号公報
光シャッタ等の光制御装置は、基材上に形成した薄膜のPLZTを光制御装置へ応用する試みによって性能が改善されてきてはいるが、いまだに動作電圧が高く、光のスイッチング速度が遅いという問題がある。
上記問題点を鑑み、本発明は、低い動作電圧で光シャッタ動作が得られ、且つ、光シャッタ動作のスイッチング速度が速い光制御装置及び光制御システムを提供することを目的とする。
本願発明の一態様によれば、単結晶基板と、単結晶基板上に設けられ、電気光学効果を有する電気光学薄膜と、電気光学薄膜の結晶軸に沿ってそれぞれ設けられ、電気光学薄膜の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極とを備え、電極は、電気光学薄膜の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加する光制御装置であることを要旨とする。
本願発明の他の態様によれば、単結晶基板、単結晶基板上に設けられた(101)面を主面とする電気光学薄膜、電気光学薄膜上の結晶軸に沿ってそれぞれ設けられ、電気光学薄膜の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極を有し、二次元アレイ状に配置された複数の光制御装置と、電極に供給する電圧を制御するトランジスタとを備える光制御システムであることを要旨とする。
本発明によれば、低い動作電圧で光シャッタ動作が得られ、且つ、光シャッタ動作のスイッチング速度が速い光制御装置及び光制御システムを提供することができる。
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る光制御装置の平面図であり、図1(b)は、図1(a)に示すI−I方向の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の光シャッタ原理を説明する図であり、電界が印加されていない場合である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の光シャッタ原理を説明する図であり、電界が印加されている場合である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜における電気光学定数を求めるためのグラフ(その1)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜における電気光学定数を求めるためのグラフ(その2)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜における電気光学定数を求めるためのグラフ(その3)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜における電気光学定数を求めるためのグラフ(その4)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜の結晶面を2θ−ωスキャン法により計測したグラフ(その1)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜の結晶面を2θ−ωスキャン法により計測したグラフ(その2)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜の結晶面を計測するφスキャン法を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜の結晶面をφスキャン法スキャン法により計測したグラフ(その1)である。 本発明の実施の形態に係る光制御装置の電気光学薄膜の結晶面をφスキャン法スキャン法により計測したグラフ(その2)である。 図13(a)は、本発明の実施の形態に係る半導体ウェハの平面図であり、図13(b)は、図13(a)に示すチップの拡大図である。 本発明の実施の形態に係る光制御システムの模式的平面図である。 図15(a)〜図15(b)は、本発明の実施の形態に係る光制御装置にシリコン基板を採用する場合を説明するための工程断面図である。 図16(a)〜図16(c)は、本発明の実施の形態に係る電気光学薄膜の結晶軸<111>に沿って電界を生じさせる電気光学薄膜の形成方法を説明するための工程断面図である。
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面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ことは勿論である。
本発明の実施の形態に係る光制御装置1は、図1(a)及び図1(b)に示すように、単結晶基板10と、単結晶基板10上に設けられ、電気光学効果を有する電気光学薄膜20と、電気光学薄膜20の結晶軸に沿ってそれぞれ設けられ、電気光学薄膜20の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極30,40とを備える。
単結晶基板10は、電気光学薄膜20をエピタキシャル成長させるための機械的支持基板としての機能を有する。単結晶基板10には、サファイア(Al23)基板、酸化マグネシウム(MgO)基板、及びチタン酸ストロンチウム(STO)基板、シリコン(Si)基板等を用いることができる。
電気光学薄膜20は、材料に電界を印加するとその材料に分極が生じて屈折率が変化する電気光学効果を有する材料を用いる。電気光学薄膜20には、PLZT、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ガリウム砒素−多重量子井戸構造(GaAs−MQW)、SBN((Sr,Ba)Nb26)等を用いることができるが、特にPLZTが好適に用いられる。
電極30,40はそれぞれ、図1(a)に示すような櫛形電極である。電極30は、櫛の歯である3つの電極片30a,30b,30cを有し、それぞれの電極片は同電位に保たれる。また、電極40は、櫛の歯である3つの電極片40a,40b,40cを有し、それぞれの電極片は同電位に保たれる。電極片30a,30b,30c、40a,40b,40cは全て同じ幅に形成されている。電極30の電極片30a,30b,30cと、電極40の電極片40a,40b,40cは、一定の間隔で交互に配置される。電極30,40は、例えば、白金(Pt)、インジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO2)等により形成される。電極30,40は、スパッタ法によりPt膜等を堆積させた後に、フォトリソグラフィ技術によってフォトレジスト膜に電極30,40のパターンを転写し、フォトレジスト膜をマスクにしてPt膜をエッチングすることによって形成できる。
以下に、図2及び図3を参照しながらPLZT等の電気光学薄膜20を用いた光制御装置1の光シャッタ原理を説明する。図2及び図3に示す、第1偏光子50と第2偏光子52とは、x−y平面において偏光の向きが互いに90°ずれている。
z軸方向へ進行する自然光を入射光として第1偏光子50に入射させると、第1偏光子50を通過した自然光は偏光となり、電気光学薄膜20を有する光制御装置1に入射する。
図2は、光制御装置1の電極30,40に電圧を印加していない場合を示す。電気光学薄膜20は、電界により分極が生じ屈折率が変化することで複屈折を発生させるので、電極30,40に電圧を印加していない場合は入射光の偏光を回転させることなく出射する。したがって、電極30,40に電圧を印加していない場合、第1偏光子50及び光制御装置1を透過した偏光は、x−y平面において偏光の向きが第1偏光子50に対して90°回転してずれている第2偏光子52で遮られる。
図3は、光制御装置1の電極30,40に電圧Vを印加している場合を示す。電気光学薄膜20は、電極30,40間の電界Eにより複屈折が発生するので、電極30,40に電圧を印加している場合は入射光の偏光を90°回転させて出射する。したがって、電極30,40に電圧を印加している場合、第1偏光子50及び光制御装置1を透過した偏光は、第2偏光子52を透過する。
以下に、図4〜図7を参照しながら電気光学薄膜20における電気光学効果について説明する。電気光学効果を定量的に比較するために、電気光学定数rを求めて用いる。電気光学定数rとは、電界印加による屈折率変化量の比例係数であり、単位は距離(pm:ピコメーター)/電圧(V:ボルト)となる。つまり、電気光学定数rが大きければ、電極30,40の印加電圧を下げることができる、又は、屈折率変化領域を短くすることができる。
まず、図4に示すグラフは、R面を主面とするサファイア基板である単結晶基板10上に、PLZTの(101)面をエピタキシャル成長させた電気光学薄膜20を形成し、電気光学薄膜20の〈111〉軸方向に沿って電極30,40を設けた光制御装置において、電気光学薄膜20の〈111〉軸方向に沿って電界を印加したときの電気光学効果を示す。この場合の光制御装置の電気光学定数rは、198.6pm/Vである。
図5に示すグラフは、R面を主面とするサファイア基板である単結晶基板10上に、PLZTの(101)面をエピタキシャル成長させた電気光学薄膜20を形成し、電気光学薄膜20の〈101〉軸方向に沿って電極30,40を設けた光制御装置において、電気光学薄膜20の〈101〉軸方向に沿って電界を印加したときの電気光学効果を示す。この場合の光制御装置の電気光学定数rは、127.7pm/Vである。
図6に示すグラフは、R面を主面とするサファイア基板である単結晶基板10上に、PLZTの(101)面をエピタキシャル成長させた電気光学薄膜20を形成し、電気光学薄膜20の〈100〉軸方向に沿って電極30,40を設けた光制御装置において、電気光学薄膜20の〈100〉軸方向に沿って電界を印加したときの電気光学効果を示す。この場合の光制御装置の電気光学定数rは、17.7pm/Vである。
図7に示すグラフは、C面を主面とするサファイア基板である単結晶基板10上に、無配向のPLZTである電気光学薄膜20を形成し、電気光学薄膜20上に電極30,40を設けた光制御装置において、電気光学薄膜20に電界を印加したときの電気光学効果を示す。この場合の光制御装置の電気光学定数rは、123.0pm/Vである。
図4〜図7のグラフより、電気光学薄膜20における電気光学効果が最も良いのは、電気光学定数rが大きかった図4に示した結果である。図4〜図7のグラフを作成した条件のうちで、図4に示した条件の電気光学定数rが最も大きくなった理由は、PLZTが〈111〉軸方向に分極しているので、電気光学薄膜20の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加することで電気光学効果を効率良く行えたことが考えられる。つまり、電気光学薄膜20における電気光学効果を効率良く発生させるための条件は、電気光学薄膜20の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加することである。電気光学薄膜20の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加するための電極30,40は、結晶軸〈111〉を含む電気光学薄膜(PLZT)20の(101)面上に設けることが好ましい。
電気光学薄膜20の結晶面は、x線回折による結晶回折線強度の測定を行うことによって、結晶面の優先配向等を把握することができる。電気光学薄膜20の結晶面のx線回折について、図8〜図12を用いて説明する。
図8に示すグラフは2θ−ωスキャン法を用いた結果であり、サファイア基板のR面を示すピーク25.6°と、PLZTの(101)面を示すピーク30.1°を確認することができる。したがって、図8のグラフより、サファイア基板のR面上に、PLZTの結晶面(101)が上を向いてそろっている(優先配向)していることがわかる。ただし、電気光学薄膜20であるPLZTは、エピタキシャル成長しているかはわからない。
図9に示すグラフは2θ−ωスキャン法を用いた結果であり、PLZTの(100)面を示すピーク21.7°と、PLZTの(101)面を示すピーク30.1°と、PLZTの(111)面を示すピーク38.1°と、PTの(111)面を示すピーク39.5°と、サファイア基板のC面を示すピーク41.7°とを確認することができる。したがって、図8のグラフより、サファイア基板のC面上では、PLZTの結晶がいろんな向き(ランダム配向)をしていることがわかる。
次に、図10に示すような、試料のあおり角であるψを45°に固定して、試料を360°面内回転できるφスキャン法により、PLZTがエピタキシャル成長であるか確認する。φスキャン法とは、薄膜が面内方向に配向しているかどうか調べる場合に用いる測定法である。
図11に示すグラフは、2θが21.7°であるPLZT(100)の強度を計測したものである。PLZTの面内の配向性をφスキャン測定より調べた結果、図11に示すようにφが−90°と90°の位置に2つのピークが得られたことから、この試料はエピタキシャル成長していることがわかる。
図12に示すグラフも図11に示すグラフと同様に、2θが21.7°であるPLZT(100)の強度を計測したものである。PLZTの面内の配向性をφスキャン測定より調べた結果、図12に示すように、ここで用いた試料ではどこにピークがあるのか分からない、つまりランダム配向しておりエピタキシャル成長していないことがわかる。
図8〜図12で示したように、電気光学薄膜20の結晶面は、x線回折による結晶回折線強度の測定を行うことによって、結晶面の優先配向や、エピタキシャル成長により形成されたか否か等を把握できる。
実施の形態に係る光制御装置1によれば、電気光学薄膜20の結晶軸に沿って電界を印加することによって、電気光学効果を良好に発揮することができるので、低い動作電圧で光シャッタ動作が得られ、且つ、光シャッタ動作のスイッチング速度を速くすることができる。
実施の形態に係る光制御装置1のチップ64を有する半導体ウェハ60は、図13(a)及び図13(b)に示すように、結晶軸〈21・2〉方向にオリフラ62を有する半導体ウェハ60において、単結晶基板10と、単結晶基板10上に設けられ、電気光学効果を有して(111)面を主面とする電気光学薄膜20と、電気光学薄膜20のオリフラ62に対して約35°の方向に電界を印加する複数の電極30,40とを備える。単結晶基板10は、例えばR面を主面とするサファイア基板である。
実施の形態に係る半導体ウェハ60によれば、電気光学薄膜20の結晶軸〈101〉方向にオリフラ62があり、オリフラ62に対して約35°の方向が結晶軸〈111〉方向であるので、オリフラ62に対して約35°の方向に電界を印加するように電極30,40を設けることにより、電気光学薄膜20の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加するための電極30,40を容易に設けることができる。厳密には、オリフラ62方向と結晶軸〈111〉方向とのなす角は、tan-1(1/21/2)=35.26°であるが、製造ばらつき等を考慮して、オリフラ62に対して30〜40°の方向に電界を印加するように電極30,40を設ければよい。
図14は、図13(b)の点線で囲った領域Sを拡大した図である。実施の形態に係る光制御システムは、図14に示すように、単結晶基板10と、単結晶基板10上に設けられた(111)面を主面とする電気光学薄膜20と、電気光学薄膜20上の結晶軸方向に沿ってそれぞれ設けられ、電気光学薄膜20の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極30,40を有し、二次元アレイ状に配置された複数の光制御装置1と、電極30,40に供給する電圧を制御するトランジスタTr1〜Tr12とを備える。ここで、電気光学薄膜20の主面は、(111)面である。そして、電極30,40は、電気光学薄膜20の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加することが好ましい。
トランジスタTr1〜Tr12は、ワード線WL1,WL2とビット線BL1,BL2,BL3,BL4が縦、横に張り巡らされた交点に配置されている。トランジスタTr1〜Tr12は、ワード線WL1,WL2とビット線BL1,BL2,BL3,BL4がそれぞれ選択されることによって、スイッチとして機能して電極30,40に供給する電圧を制御する。トランジスタTr1〜Tr12のスイッチとしての機能により、1つの光制御装置1が1つの画素として機能する実施の形態に係る光制御システムにおいて、画素毎に入射する光の偏光を制御することができる。
以上では単結晶基板10がサファイア基板である例を説明したが、単結晶基板10がシリコン基板であってもよい。例えば(101)面を主面とするシリコン基板である単結晶基板10上に、窒素(N2)雰囲気でのスパッタ法等によって膜厚0.1μm程度の窒化チタン・アルミニウム((Ti,Al)N)合金膜を形成する。(Ti,Al)N合金膜はシリコン基板の面方位に従って成長する。(Ti,Al)N合金膜上に膜厚0.2μm程度の白金(Pt)膜をスパッタ法等により形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術等を用いて(Ti,Al)N合金膜及びPt膜をパターニングし、電極30、40を形成する。その後、単結晶基板10上に、電極30、40を覆ってPZT膜やPLZT膜を電気光学薄膜20として成膜する。単結晶基板10の主面が(101)面であるため、PZT膜やPLZT膜の主面は(101)面になる。PZT膜やPLZT膜の成膜方法はスパッタ法、ゾルゲル法、有機金属気相成長(MOCVD)法等を採用可能である。
なお、単結晶基板10が(100)面を主面とするシリコン基板である場合は、単結晶基板10上に形成される電気光学薄膜20の主面は(100)面になる。また、単結晶基板10が(111)面を主面とするシリコン基板である場合は、単結晶基板10上に形成される電気光学薄膜20の主面は(111)面になる。
図15(a)及び図15(b)に、半導体集積回路(LSI)上に電気光学薄膜を積層する方法例を示す。図15(a)に示すように、(101)面を主面とするシリコン基板100上に酸化シリコン膜120を形成する。シリコン基板100の表面近傍には、ゲート電極111、ソース電極112及びドレイン電極113を有するトランジスタ110が形成されている。酸化シリコン膜120にコンタクトホールを形成した後、CVD法等によりコンタクトホールをシリコン膜で充填して、トランジスタ110の電極に接続するコンタクトプラグを形成する。図15(b)は、ドレイン電極113に接続するコンタクトプラグ115を形成した例を示す。コンタクトプラグ115の上面は(101)面である。酸化シリコン膜120上に、上記に説明した方法のように(Ti,Al)N合金膜及びPt膜を積層し、電極30、40を形成する。電極30、40は、コンタクトプラグ115の上面に接して形成される。その後、電気光学薄膜20として(101)面を主面とするPZT膜やPLZT膜を成膜する。上記の方法により、トランジスタ110によって電極30、40に供給する電圧を制御する光制御装置及び光制御システムを製造できる。
図16(a)〜図16(c)に、電気光学薄膜20の結晶軸<111>に沿って電界を生じさせるための電気光学薄膜20の形成方法例を示す。図16(a)に示すように、シリコン基板100上に形成した酸化シリコン膜220の上面が凹凸を有するようにパターニングする。酸化シリコン膜220の凹部に、トランジスタ110aに接続するコンタクトプラグ125a、トランジスタ110bに接続する125bを形成する。コンタクトプラグ125a、125bの上面は、酸化シリコン膜220の凸部の側面近傍に配置される。図16(a)に示した例では、トランジスタ110a、110bの一方の主電極(ソース電極又はドレイン電極)はコンタクトプラグ125a、125bにそれぞれ接続し、他方の主電極はコンタクトプラグ115a、115bを介して酸化シリコン膜220内に配置された配線層130a、130bにそれぞれ接続している。
その後、図16(b)に示すように、酸化シリコン膜220上にPt膜140を形成する。このとき、Pt膜140は(111)方向に積層されやすい。そのため、Pt膜140の面法線は<111>軸方向に沿う。その後、酸化シリコン膜220の上面が露出するまでPt膜140をエッチングし、酸化シリコン膜220の凸部の側面上に形成されたPt膜140のみを残す。残されたPt膜140が、コンタクトプラグ125a、125bの上面に接するように、Pt膜140の膜厚は設定される。その後、図16(c)に示すように、酸化シリコン膜220上及びPt膜140上にPLZT膜やPZT膜等を電気光学薄膜20として形成する。Pt膜140の面方位が(111)面であるため、Pt膜140上に形成されるPLZT膜又はPZT膜の成長主面は(111)面である。つまり、互いに対面するPt膜140面上に(111)面を主面とする電気光学薄膜20が形成される。対面するPt膜140の一方は、コンタクトプラグ125aを介してトランジスタ110aの電極に接続し、他方のPt膜140は、コンタクトプラグ125bを介してトランジスタ110bの電極に接続する。以上の方法によって、トランジスタ110a、110bの制御により電気光学薄膜20の結晶軸<111>に沿って電界が生じる光制御装置及び光制御システムが製造される。
実施の形態に係る光制御システムは、ディスプレイデバイス、光通信スイッチ、レーザプリンタ、複写機、ホログラフィックメモリの光変調器、光演算装置、及び暗号化回路等に採用することができる。
実施の形態に係る光制御システムによれば、電気光学薄膜20の結晶軸に沿って電界を印加することにより電気光学効果を良好に発揮する光制御装置1を用いることで、低い動作電圧で光シャッタ動作が得られ、且つ、光シャッタ動作のスイッチング速度が速い光制御システムを提供することができる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
例えば、実施の形態において光制御装置1の電極30,40は、櫛形電極であると記載したが、電気光学薄膜20の結晶軸に沿って電界を印加することができる電極であればよく、例えば互いに平行に配置された一組の電極であっても構わない。
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
産業上の利用の可能性
本発明の光制御装置及び光制御システムは、基板上に配置された電気光学薄膜を含む発光装置を製造する製造業を含む半導体産業や電子機器産業に利用可能である。

Claims (6)

  1. 単結晶基板と、
    前記単結晶基板上に設けられ、電気光学効果を有する電気光学薄膜と、
    前記電気光学薄膜の結晶軸に沿ってそれぞれ設けられ、前記電気光学薄膜の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極
    とを備え
    前記電極は、前記電気光学薄膜の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加することを特徴とする光制御装置。
  2. 前記電気光学薄膜の主面は、(101)面であることを特徴とする請求項1に記載の光制御装置。
  3. 前記電気光学薄膜は、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光制御装置。
  4. 単結晶基板、前記単結晶基板上に設けられた(101)面を主面とする電気光学薄膜、前記電気光学薄膜上の結晶軸に沿ってそれぞれ設けられ、前記電気光学薄膜の結晶軸に沿って電界を印加する複数の電極を有し、二次元アレイ状に配置された複数の光制御装置と、
    前記電極に供給する電圧を制御するトランジスタ
    とを備えることを特徴とする光制御システム。
  5. 前記電極は、前記電気光学薄膜の結晶軸〈111〉に沿って電界を印加することを特徴とする請求項4に記載の光制御システム。
  6. 前記電気光学薄膜は、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛であることを特徴とする請求項5に記載の光制御システム。
JP2009542585A 2007-11-20 2008-11-20 光制御装置及び光制御システム Expired - Fee Related JP5258786B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009542585A JP5258786B2 (ja) 2007-11-20 2008-11-20 光制御装置及び光制御システム

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007300661 2007-11-20
JP2007300661 2007-11-20
JP2009542585A JP5258786B2 (ja) 2007-11-20 2008-11-20 光制御装置及び光制御システム
PCT/JP2008/071115 WO2009066728A1 (ja) 2007-11-20 2008-11-20 光制御装置、半導体ウェハ及び光制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2009066728A1 JPWO2009066728A1 (ja) 2011-04-07
JP5258786B2 true JP5258786B2 (ja) 2013-08-07

Family

ID=40667550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009542585A Expired - Fee Related JP5258786B2 (ja) 2007-11-20 2008-11-20 光制御装置及び光制御システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8154786B2 (ja)
JP (1) JP5258786B2 (ja)
CN (1) CN101918882A (ja)
WO (1) WO2009066728A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103323968B (zh) * 2013-05-28 2015-11-25 京东方科技集团股份有限公司 一种显示基板及其制备方法、显示装置
US9715131B2 (en) * 2014-09-11 2017-07-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated fan-out package including dielectric waveguide
JP7343347B2 (ja) * 2019-10-04 2023-09-12 日本碍子株式会社 光変調器用接合体、光変調器および光変調器用接合体の製造方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5665177A (en) * 1979-11-01 1981-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image display device
JPS606922A (ja) * 1983-06-24 1985-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜光制御素子
JPS619692A (ja) * 1984-06-23 1986-01-17 松下電器産業株式会社 画像表示装置
JPH04166910A (ja) * 1990-10-31 1992-06-12 Fujitsu General Ltd 固体表示装置
JP2001033834A (ja) * 1999-07-16 2001-02-09 Minolta Co Ltd 光シャッタ装置
JP2001318353A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏光変調素子、その製造方法及び表示装置
JP2003215516A (ja) * 2002-01-23 2003-07-30 Kyocera Corp 光可変減衰装置
JP2004151400A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Kyocera Corp 偏波分散補償器
JP2005266638A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Fujitsu Ltd 光学素子
JP2005294308A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Fujitsu Ltd 強誘電体膜を含んだ電子素子とその製造方法
JP2006154145A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Fujitsu Ltd 光学素子及び光スイッチ
JP2006284862A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Dainippon Printing Co Ltd 異方性光学素子の製造方法
JP2007183316A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Precise Gauges Co Ltd 波長変換導波路素子及びその製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US437921A (en) * 1890-10-07 Fly-fan
NL6815909A (ja) * 1968-11-08 1970-05-12
US3813142A (en) * 1972-12-04 1974-05-28 Gte Laboratories Inc Electro-optic variable phase diffraction grating and modulator
US4243300A (en) * 1978-12-19 1981-01-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Large aperture phased element modulator/antenna
DE3040953C2 (de) 1979-11-01 1984-03-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka Bildanzeigeeinrichtung
US5753300A (en) * 1995-06-19 1998-05-19 Northwestern University Oriented niobate ferroelectric thin films for electrical and optical devices and method of making such films
JP2002090560A (ja) * 2000-09-13 2002-03-27 Nec Corp 光通信モジュールとその製造方法
US20030013219A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-16 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices utilizing electro-optic structures
JP3640390B2 (ja) * 2002-09-12 2005-04-20 住友大阪セメント株式会社 光変調器
JP4525006B2 (ja) * 2003-06-25 2010-08-18 パナソニック電工株式会社 光導波路モジュール
JP2006133308A (ja) * 2004-11-02 2006-05-25 Fujitsu Ltd 光学素子
JP2007146657A (ja) 2005-11-24 2007-06-14 Denso Corp 燃料噴射制御装置
JP2007148034A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Fujitsu Ltd 電気光学素子

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5665177A (en) * 1979-11-01 1981-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image display device
JPS606922A (ja) * 1983-06-24 1985-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜光制御素子
JPS619692A (ja) * 1984-06-23 1986-01-17 松下電器産業株式会社 画像表示装置
JPH04166910A (ja) * 1990-10-31 1992-06-12 Fujitsu General Ltd 固体表示装置
JP2001033834A (ja) * 1999-07-16 2001-02-09 Minolta Co Ltd 光シャッタ装置
JP2001318353A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏光変調素子、その製造方法及び表示装置
JP2003215516A (ja) * 2002-01-23 2003-07-30 Kyocera Corp 光可変減衰装置
JP2004151400A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Kyocera Corp 偏波分散補償器
JP2005266638A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Fujitsu Ltd 光学素子
JP2005294308A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Fujitsu Ltd 強誘電体膜を含んだ電子素子とその製造方法
JP2006154145A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Fujitsu Ltd 光学素子及び光スイッチ
JP2006284862A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Dainippon Printing Co Ltd 異方性光学素子の製造方法
JP2007183316A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Precise Gauges Co Ltd 波長変換導波路素子及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN7012004956; SATO, K., KONDO, M., and KURIHARA, K.: 'Electro-optic effect caused by polar nanoregion switching in lanthanum-modified lead zirconate titan' Journal of Applied Physics Vol.102, No.5, 20070901, pp.054104-1 - 054104-6 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009066728A1 (ja) 2009-05-28
CN101918882A (zh) 2010-12-15
JPWO2009066728A1 (ja) 2011-04-07
US20100245970A1 (en) 2010-09-30
US8154786B2 (en) 2012-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8094373B2 (en) Polarization element, method for manufacturing the same, liquid crystal device, and electronic apparatus
CN108628030B (zh) 显示装置
US7672034B2 (en) Method for manufacturing optical modulator, optical modulator, and optical modulation system
US11226507B2 (en) Method and system for formation of stabilized tetragonal barium titanate
JP2000305117A (ja) 光デバイス、光デバイスの駆動方法、及び光デバイスの製造方法
US20090073547A1 (en) Optical modulator and optical modulation system
JP5258786B2 (ja) 光制御装置及び光制御システム
Wegner et al. Integrated PLZT thin film waveguide modulators
US20150177536A1 (en) Electro-optical single crystal element, method for the preparation thereof, and systems employing the same
US8575031B2 (en) Method of forming a fine pattern, display substrate, and method of manufacturing the same using the method of forming a fine pattern
Lu et al. In-plane electro-optic anisotropy of (1− x) Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–xPbTiO3 thin films grown on (100)-cut LaAlO3
JP2009290027A (ja) 半導体装置およびその製造方法、および光変調装置およびその製造方法
CN112740100A (zh) 宽视野电光调制器以及制造和使用它的方法和系统
JP2009158956A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2008276261A (ja) 光制御装置
JP3160447B2 (ja) フラットパネル型表示装置の製法
Shur et al. Self-organization in LiNbO3 and LiTaO3: Formation of micro-and nano-scale domain patterns
Scott et al. New developments in ferroelectric thin films
Abel Electro-optic photonic devices based on epitaxial barium titanate thin films on silicon
Mitra et al. Ferroelectric perovskites as electro-optic switching devices, modulators and optical memory
Gopalan et al. Ferroelectric materials
JP6363689B2 (ja) 液晶表示装置
JPH10186419A (ja) 光偏向素子及びそれを用いた画像形成装置
JP2000241836A (ja) 光スイッチおよび光スイッチの製造方法
JPH07133199A (ja) 配向性強誘電体薄膜

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130409

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130423

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160502

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5258786

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees