JPH0776818B2 - シリコンオンサファイヤ液晶光バルブおよび方法 - Google Patents
シリコンオンサファイヤ液晶光バルブおよび方法Info
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- JPH0776818B2 JPH0776818B2 JP63506399A JP50639988A JPH0776818B2 JP H0776818 B2 JPH0776818 B2 JP H0776818B2 JP 63506399 A JP63506399 A JP 63506399A JP 50639988 A JP50639988 A JP 50639988A JP H0776818 B2 JPH0776818 B2 JP H0776818B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
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- G02F1/13—Devices 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 liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/135—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied
- G02F1/1354—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied having a particular photoconducting structure or material
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は液晶光バルブ(LCLV)、特に高い分解能のLCLV
およびLCLVを生成する方法に関する。
およびLCLVを生成する方法に関する。
従来技術の説明 LCLVは、元の入力画像の波長、強度および/またはコヒ
ーレンスが変化される出力画像に入力画像を変換するこ
とによって動作する。このタイプの装置に対する適用は
画像増幅器、光データ処理、波長変換器およびコヒーレ
ントでないものからコヒーレントな画像への変換器を含
む。交流LCLVの基本的原理は、D.ベアードに対する米国
特許第3824002号明細書(“Alternating Current Lrqui
d Crystal Light Valve")に記載されている。シリコン
ベースLCLVの概要は、エフロン他による文献(“The Si
licon Liquid−Crystal Light Valve",Journal of Appl
ied Physics,Vol.57,No.4,1985年2月15日,1356乃至136
8頁、および“The Application of Silicon Liquid Cry
stal Light Valves to Optical Data Processing",Proc
essings Processings of SPIE−The International Soc
iety for Optical Engineering,Vol.388,1983年1月20
−21日,152乃至161頁)に示されている。
ーレンスが変化される出力画像に入力画像を変換するこ
とによって動作する。このタイプの装置に対する適用は
画像増幅器、光データ処理、波長変換器およびコヒーレ
ントでないものからコヒーレントな画像への変換器を含
む。交流LCLVの基本的原理は、D.ベアードに対する米国
特許第3824002号明細書(“Alternating Current Lrqui
d Crystal Light Valve")に記載されている。シリコン
ベースLCLVの概要は、エフロン他による文献(“The Si
licon Liquid−Crystal Light Valve",Journal of Appl
ied Physics,Vol.57,No.4,1985年2月15日,1356乃至136
8頁、および“The Application of Silicon Liquid Cry
stal Light Valves to Optical Data Processing",Proc
essings Processings of SPIE−The International Soc
iety for Optical Engineering,Vol.388,1983年1月20
−21日,152乃至161頁)に示されている。
一般に約125ミクロンの厚さの薄い単結晶シリコンウェ
ハは、前からシリコンLCLVにおける基体として使用され
ている。良好な光質にとってウェハ面が平坦であり、さ
らに高い分解能を得るために装置で使用されるシリコン
電極が非常に薄い(数ミクロン程度)ことが重要であ
る。残念ながら、使用に必要な薄い半導体ウェハが限ら
れた研磨能力しか持たず、結果として表面の品質は比較
的低いものになる。高温処理によるウェハの歪、および
ウェハ設置中の限定された修正能力が表面性質をさらに
低下させる。ウェハ面の不均一性はウェハ上に設けられ
た液晶層に影響を与えるため光処理用の装置および適用
可能な光学装置の使用は限定される。
ハは、前からシリコンLCLVにおける基体として使用され
ている。良好な光質にとってウェハ面が平坦であり、さ
らに高い分解能を得るために装置で使用されるシリコン
電極が非常に薄い(数ミクロン程度)ことが重要であ
る。残念ながら、使用に必要な薄い半導体ウェハが限ら
れた研磨能力しか持たず、結果として表面の品質は比較
的低いものになる。高温処理によるウェハの歪、および
ウェハ設置中の限定された修正能力が表面性質をさらに
低下させる。ウェハ面の不均一性はウェハ上に設けられ
た液晶層に影響を与えるため光処理用の装置および適用
可能な光学装置の使用は限定される。
LCLVの分野とは別に、シリコン薄膜がサファイヤベース
上でエピタキシャル成長されるマイクロエレクトロニク
スの分野における技術が発展されている。この技術では
シリコン・オン・サファイヤ(SOS)と呼ばれ、絶縁サ
ファイヤベースが堆積した半導体から形成された回路素
子間の混信を効果的に防止する。シリコンとサファイヤ
の格子構造は異なっているが、シリコン薄膜はサファイ
ヤベースからエピタキシャル成長できることが分ってい
る。回路素子間に設けられた絶縁体の他にこの方法はま
た高温処理を可能にする。サファイヤ基体の近くの格子
欠陥の集中を著しく減少することによって、高い品質の
エピタキシャル成長を提供する過程を改善する方法は、
バスデフ(Vasudev)によるものであり、本発明の出願
人であるヒューズエアクラフト社に対する米国特許第45
09990号明細書に記載されている。ハスデフの方法にお
いて、無定形の埋込み層がイオン核種を半導体中に注入
することによって絶縁基体に近い半導体中に形成され
る。次に無定形の埋込み層は、再結晶シードとしてサフ
ァイヤ基体からさらに離れた無定形でない部分を使用し
て“上部から下へ”再成長される。これは実質的に半導
体の層全体にわたって均一であり高い品質の結晶構造を
提供する。
上でエピタキシャル成長されるマイクロエレクトロニク
スの分野における技術が発展されている。この技術では
シリコン・オン・サファイヤ(SOS)と呼ばれ、絶縁サ
ファイヤベースが堆積した半導体から形成された回路素
子間の混信を効果的に防止する。シリコンとサファイヤ
の格子構造は異なっているが、シリコン薄膜はサファイ
ヤベースからエピタキシャル成長できることが分ってい
る。回路素子間に設けられた絶縁体の他にこの方法はま
た高温処理を可能にする。サファイヤ基体の近くの格子
欠陥の集中を著しく減少することによって、高い品質の
エピタキシャル成長を提供する過程を改善する方法は、
バスデフ(Vasudev)によるものであり、本発明の出願
人であるヒューズエアクラフト社に対する米国特許第45
09990号明細書に記載されている。ハスデフの方法にお
いて、無定形の埋込み層がイオン核種を半導体中に注入
することによって絶縁基体に近い半導体中に形成され
る。次に無定形の埋込み層は、再結晶シードとしてサフ
ァイヤ基体からさらに離れた無定形でない部分を使用し
て“上部から下へ”再成長される。これは実質的に半導
体の層全体にわたって均一であり高い品質の結晶構造を
提供する。
マイクロ電子回路の他に、グリンベルク他による米国特
許第4198647号明細書の液晶フォトダイオード用のSOS技
術が示唆されている。この特許において、Pドープされ
たシリコンの薄い層とnドープされたシリコンの厚い層
との間で接合が成される。nドープされた層は5ミルの
厚さとして記載されているが、どのようにn型層が薄い
p型層の上に形成されるのかは全く説明されていない。
構成方法に関する詳細な説明なしに、サファイヤ基体の
使用が以下のようにコラム2の54乃至61行目に示唆され
ている。“本発明の1実施例において、シリコンウェハ
薄膜は半導体ボディとして使用されるが、別の半導体材
料もまた伝達媒体として使用されることができる。さら
にシリコン(またはその他の半導体)ボディはサファイ
ヤのような絶縁基体上に形成されることができる。例え
ば、大面積のシリコンダイオードはサファイヤ層上でエ
ピタキシャル成長されることができる。“さらに当時の
SOS技術は、Si−LCLV適用に必要な厚さを有する高い比
抵抗、高い均一性のシリコンエピタキシャル層を生成す
ることができなかった。
許第4198647号明細書の液晶フォトダイオード用のSOS技
術が示唆されている。この特許において、Pドープされ
たシリコンの薄い層とnドープされたシリコンの厚い層
との間で接合が成される。nドープされた層は5ミルの
厚さとして記載されているが、どのようにn型層が薄い
p型層の上に形成されるのかは全く説明されていない。
構成方法に関する詳細な説明なしに、サファイヤ基体の
使用が以下のようにコラム2の54乃至61行目に示唆され
ている。“本発明の1実施例において、シリコンウェハ
薄膜は半導体ボディとして使用されるが、別の半導体材
料もまた伝達媒体として使用されることができる。さら
にシリコン(またはその他の半導体)ボディはサファイ
ヤのような絶縁基体上に形成されることができる。例え
ば、大面積のシリコンダイオードはサファイヤ層上でエ
ピタキシャル成長されることができる。“さらに当時の
SOS技術は、Si−LCLV適用に必要な厚さを有する高い比
抵抗、高い均一性のシリコンエピタキシャル層を生成す
ることができなかった。
この活動にもかかわらず、望ましい平坦さおよび高品質
の薄膜シリコンを有するLCLVを形成する方法はまだ発見
されていない。
の薄膜シリコンを有するLCLVを形成する方法はまだ発見
されていない。
発明の要約 関連技術に関する上記の問題のために、本発明はもっと
高度の平坦性と、前に得られたものよりも高い光質を有
するLCLVを提供する手段に関する。さらに新しい製造技
術が金属酸化物半導体(MOS)およびショットキーダイ
オードLCLVの両方に対して適用可能であることが望まし
い。
高度の平坦性と、前に得られたものよりも高い光質を有
するLCLVを提供する手段に関する。さらに新しい製造技
術が金属酸化物半導体(MOS)およびショットキーダイ
オードLCLVの両方に対して適用可能であることが望まし
い。
本発明は、一方の面で入力放射線を受け、装置の読出し
領域に面する他方の面上に滑らかな面を有するサファイ
ヤ基体を有するLCLVを形成することによってこれらの改
善を達成する。約1ミクロンよりも薄い厚さの、約0.2
乃至0.5ミクロンの範囲であることが好ましいシリコン
層が滑らかなサファイヤ面上でエピタキシャル成長され
る。シリコン層は装置に対してオーム背面接触として機
能するように強くドープされて導電性にされる。
領域に面する他方の面上に滑らかな面を有するサファイ
ヤ基体を有するLCLVを形成することによってこれらの改
善を達成する。約1ミクロンよりも薄い厚さの、約0.2
乃至0.5ミクロンの範囲であることが好ましいシリコン
層が滑らかなサファイヤ面上でエピタキシャル成長され
る。シリコン層は装置に対してオーム背面接触として機
能するように強くドープされて導電性にされる。
次にずっと厚いシリコン層が背面接触層上で約20乃至60
ミクロンの厚さにエピタキシャル成長される。この厚い
層は、高い比抵抗を示すように背面接触層と同一極性で
弱くドープされる。
ミクロンの厚さにエピタキシャル成長される。この厚い
層は、高い比抵抗を示すように背面接触層と同一極性で
弱くドープされる。
高い比抵抗の層に続いて、読出し光を反射する反射鏡手
段、反射鏡手段の読出し側の液晶層、および液晶層の他
方の面の透明な対向電極が設けられる。このようにして
形成されたLCLVは、液晶を変調する対応した空間電圧パ
ターンにサファイヤ基体での空間光入力パターンを変換
するために背面接触と対向電極との間に供給された電圧
に応答して動作する。
段、反射鏡手段の読出し側の液晶層、および液晶層の他
方の面の透明な対向電極が設けられる。このようにして
形成されたLCLVは、液晶を変調する対応した空間電圧パ
ターンにサファイヤ基体での空間光入力パターンを変換
するために背面接触と対向電極との間に供給された電圧
に応答して動作する。
LCLVはMOSまたはショッツキダイオード適用のいずれか
に適合されることができる。MOS装置に関して、反射鏡
手段は誘電体反射鏡および誘電体反射鏡とシリコン高比
抵抗層との間の絶縁酸化層を含む。ショッツキダイオー
ド装置に関して、反射鏡手段は絶縁層を通って延在して
高比抵抗層とショッツキ−接触する金属材料のマトリク
スを有する金属マトリクス反射鏡を含む。この実施例は
また読出し光を遮断して高比抵抗のシリコンに入らせな
いために誘電体反射鏡を金属マトリクス反射鏡の読出し
側に具備してもよい。
に適合されることができる。MOS装置に関して、反射鏡
手段は誘電体反射鏡および誘電体反射鏡とシリコン高比
抵抗層との間の絶縁酸化層を含む。ショッツキダイオー
ド装置に関して、反射鏡手段は絶縁層を通って延在して
高比抵抗層とショッツキ−接触する金属材料のマトリク
スを有する金属マトリクス反射鏡を含む。この実施例は
また読出し光を遮断して高比抵抗のシリコンに入らせな
いために誘電体反射鏡を金属マトリクス反射鏡の読出し
側に具備してもよい。
薄いエピタキシャル層は、マイクロ電子装置に対する米
国特許第4509990号明細書に記載の方法に類似した方法
で形成されることが好ましい。薄いシリコン層はエピタ
キシャル成長の後に、シリコン内の埋設層を無定形化す
るのに十分な注入エネルギおよび量でイオン核種を注入
される。次に無定形の埋込み層は、シリコン層の無定形
でない部分を再結晶シードとして使用して再結晶状態へ
再成長される。
国特許第4509990号明細書に記載の方法に類似した方法
で形成されることが好ましい。薄いシリコン層はエピタ
キシャル成長の後に、シリコン内の埋設層を無定形化す
るのに十分な注入エネルギおよび量でイオン核種を注入
される。次に無定形の埋込み層は、シリコン層の無定形
でない部分を再結晶シードとして使用して再結晶状態へ
再成長される。
改善された表面および結晶品質のために装置は実際に光
データ処理および適合可能な光学装置に適用されること
ができ、さらにより簡単化され得る関連した処理方法は
またディスプレイ装置用に使用されるシリコンLCLV装置
の費用および生産性に有効である。
データ処理および適合可能な光学装置に適用されること
ができ、さらにより簡単化され得る関連した処理方法は
またディスプレイ装置用に使用されるシリコンLCLV装置
の費用および生産性に有効である。
本発明のその他の特徴および利点は、以下の好ましい実
施例の詳細な説明および図面から当業者に明かになるで
あろう。
施例の詳細な説明および図面から当業者に明かになるで
あろう。
図面の説明 第1図は本発明にしたがって構成されたLCLVの拡大され
た断面図である。
た断面図である。
第2図は、高品質のシリコンを得る過程の一部分として
シリコン薄膜における無定形の埋込み層の形式を示す拡
大された断面図である。
シリコン薄膜における無定形の埋込み層の形式を示す拡
大された断面図である。
第3図は本発明のショッツキ−ダイオード構成の拡大さ
れた断面を示す。
れた断面を示す。
第4図は、第3図のショッツキ−ダイオードの実施例に
使用される金属マトリクス反射鏡の一部分を示す平面図
である。
使用される金属マトリクス反射鏡の一部分を示す平面図
である。
好ましい実施例の詳細な説明 第1図において、本発明にしたがって構成されたMOS変
形LCLVの断面図が示されている。この装置は一般的にエ
フロン他による上記に示された文献(“Application of
Silicn Liquid Crystal Light Valves to Optical Dat
a Processing"および“The Silicon Liquid−Crystal L
ight Valve")に記載されたものと同一である。装置
は、電極として機能する薄いP+シリコン背面接触2およ
び背面接触に隣接した形成された弱くドープされた高い
比抵抗のP-シリコン層4を含む。背面接触2は僅か10分
の数ミクロンの厚さ、典型的には0.2乃至0.5ミクロンで
あり、本質的に導電性にするホウ素のようなドーパント
により強くドープされる。高比抵抗層4は約20乃至60ミ
クロン程度の厚さであり、0.2Kオームcm程度またはそれ
より大きい比抵抗を有し、好ましい抵抗範囲は0.5乃至2
Kオームcmである。典型的に約0.2乃至0.3ミクロンの厚
さの薄いSiO2ゲート絶縁層6が高比抵抗層4上に形成さ
れる。リン注入されたn-グリッドから成るn型マイクロ
ダイオードグリッド8が酸化物・光導電体インターフェ
イスに設けられている。グリッドはすでにSi/SiO2イン
ターフェイスに存在する電子の電荷バケットを形成する
だけでなく、それが限定する分解セル中に入って来る電
子を集めるように動作する。これは、横方向の“分散”
およびその結果の電荷パターンの汚れを防止する。
形LCLVの断面図が示されている。この装置は一般的にエ
フロン他による上記に示された文献(“Application of
Silicn Liquid Crystal Light Valves to Optical Dat
a Processing"および“The Silicon Liquid−Crystal L
ight Valve")に記載されたものと同一である。装置
は、電極として機能する薄いP+シリコン背面接触2およ
び背面接触に隣接した形成された弱くドープされた高い
比抵抗のP-シリコン層4を含む。背面接触2は僅か10分
の数ミクロンの厚さ、典型的には0.2乃至0.5ミクロンで
あり、本質的に導電性にするホウ素のようなドーパント
により強くドープされる。高比抵抗層4は約20乃至60ミ
クロン程度の厚さであり、0.2Kオームcm程度またはそれ
より大きい比抵抗を有し、好ましい抵抗範囲は0.5乃至2
Kオームcmである。典型的に約0.2乃至0.3ミクロンの厚
さの薄いSiO2ゲート絶縁層6が高比抵抗層4上に形成さ
れる。リン注入されたn-グリッドから成るn型マイクロ
ダイオードグリッド8が酸化物・光導電体インターフェ
イスに設けられている。グリッドはすでにSi/SiO2イン
ターフェイスに存在する電子の電荷バケットを形成する
だけでなく、それが限定する分解セル中に入って来る電
子を集めるように動作する。これは、横方向の“分散”
およびその結果の電荷パターンの汚れを防止する。
ガートリング10は、周辺の少数キャリアの能動領域への
注入を阻止するために酸化層および隣接する高比抵抗層
の端部に注入される。マイクロダイオードグリッド8用
の注入量は約1012乃至1013原子/cm2であり、典型的なn
型ガードリング10用の注入量は約1013原子/cm2である。
マイクロダイオードグリッドおよびガードリングの形成
は組合せられることができる。
注入を阻止するために酸化層および隣接する高比抵抗層
の端部に注入される。マイクロダイオードグリッド8用
の注入量は約1012乃至1013原子/cm2であり、典型的なn
型ガードリング10用の注入量は約1013原子/cm2である。
マイクロダイオードグリッドおよびガードリングの形成
は組合せられることができる。
酸化層6はマイクロダイオードグリッドおよびガードリ
ングの形成後に熱成長される。この層はMOS構造を形成
するためにDC遮断接触を構成し、またガードリングおよ
びマイクロダイオードアレイにおいて注入ドーパントを
付勢する。
ングの形成後に熱成長される。この層はMOS構造を形成
するためにDC遮断接触を構成し、またガードリングおよ
びマイクロダイオードアレイにおいて注入ドーパントを
付勢する。
次にSi/SiO2の1/4波長スタックのような誘電体反射鏡12
が酸化層6上に設けられる。この後に、45゜のねじれ角
度を有する正の異方性液晶のような速い反応の液晶の薄
い層が光変調媒体として設けられる。透明なインジウム
錫酸化物(ITO)導電層16は、液晶層の上に固定された
ガラスまたは石英キャップ18に対向電極16として付着さ
れる。構造全体は気密陽極処理されたアルミニウムホル
ダー(図示されていない)内に組込まれる。
が酸化層6上に設けられる。この後に、45゜のねじれ角
度を有する正の異方性液晶のような速い反応の液晶の薄
い層が光変調媒体として設けられる。透明なインジウム
錫酸化物(ITO)導電層16は、液晶層の上に固定された
ガラスまたは石英キャップ18に対向電極16として付着さ
れる。構造全体は気密陽極処理されたアルミニウムホル
ダー(図示されていない)内に組込まれる。
過去の装置においては、シリコン基体は上記で論じられ
た不均一の厚さ、貧弱な表面品質および光の歪を伴うLC
LVに使用されてきた。本発明はサファイヤ基体20上で装
置を構成することによりこの問題を効果的に解決する。
一般的にサファイヤは、重要な波長をカバーする約0.4
乃至5ミクロンの範囲の光放射線に対して透明である。
ここにおいて、“光学的”および“光”という用語は、
可視スペクトルだけでなく赤外線のような不可視領域を
含んでもよいLCLVに使用される電磁波スペクトルの部分
を広く意味するものとして用いられる。背面接触2が形
成されるサファイヤ面は、前に典型的に使用された薄い
シリコンウェハ面よりもかなり平坦で滑らかであるよう
に研磨される。背面接触2は、キャリアが生成される装
置の断面における任意の点に対して非常に小さい負荷を
与えるように高いシート導電性を提供する。背面接触2
はまた装置に線形動作を与えることに寄与し、装置の感
度および分解能が入力光レベルに依存しないように補助
し、暗い条件の下で高い出力均一性を与える。
た不均一の厚さ、貧弱な表面品質および光の歪を伴うLC
LVに使用されてきた。本発明はサファイヤ基体20上で装
置を構成することによりこの問題を効果的に解決する。
一般的にサファイヤは、重要な波長をカバーする約0.4
乃至5ミクロンの範囲の光放射線に対して透明である。
ここにおいて、“光学的”および“光”という用語は、
可視スペクトルだけでなく赤外線のような不可視領域を
含んでもよいLCLVに使用される電磁波スペクトルの部分
を広く意味するものとして用いられる。背面接触2が形
成されるサファイヤ面は、前に典型的に使用された薄い
シリコンウェハ面よりもかなり平坦で滑らかであるよう
に研磨される。背面接触2は、キャリアが生成される装
置の断面における任意の点に対して非常に小さい負荷を
与えるように高いシート導電性を提供する。背面接触2
はまた装置に線形動作を与えることに寄与し、装置の感
度および分解能が入力光レベルに依存しないように補助
し、暗い条件の下で高い出力均一性を与える。
動作において、入力画像22はサファイヤ基体20に供給さ
れ、電源24からのAC電圧が背面接触2と対向電極16との
間に供給される。MOS構造は対向電極16(金属)、SiO2
層6(酸化物)および光導電層4(半導体)をいう。装
置は交互に累積位相と空乏位相で動作する。累積位相
(非能動または新しい)位相よりも最後はかなり長い空
乏(能動)位相において、高比抵抗シリコン層4が完全
に空乏化される。入力光22によって生成された電子ホー
ル対は電界によって掃引され、液晶を付勢する信号電流
を発生する。Si/SiO2インターフェイスに隣接した空乏
領域に存在する電界は信号電荷を収集するように、した
がって入力画像の空間分解能を維持するように動作す
る。液晶は空間的に装置の読出し側から端部キャップ18
を通して供給され、誘電体反射鏡12で反射される読出し
ビーム26を変調する。
れ、電源24からのAC電圧が背面接触2と対向電極16との
間に供給される。MOS構造は対向電極16(金属)、SiO2
層6(酸化物)および光導電層4(半導体)をいう。装
置は交互に累積位相と空乏位相で動作する。累積位相
(非能動または新しい)位相よりも最後はかなり長い空
乏(能動)位相において、高比抵抗シリコン層4が完全
に空乏化される。入力光22によって生成された電子ホー
ル対は電界によって掃引され、液晶を付勢する信号電流
を発生する。Si/SiO2インターフェイスに隣接した空乏
領域に存在する電界は信号電荷を収集するように、した
がって入力画像の空間分解能を維持するように動作す
る。液晶は空間的に装置の読出し側から端部キャップ18
を通して供給され、誘電体反射鏡12で反射される読出し
ビーム26を変調する。
本発明によると、背面接触2はサファイヤ基体20からエ
ピタキシャル成長される。基体を処理しエピタキシャル
付着を実行する方法は技術的に知られている。例えば、
米国特許第3508962号明細書、第3546036号明細書および
雑誌(J.C.Baen他による“Substrate and Doping Effec
ts Upon Laser−Induced Epitaxy of Amorphous Silico
n",Journal of Applied Physics,Vol.50,No.2,881乃至8
85頁,1979年2月)を参照。望ましい結晶配列は、上記
に示された米国特許第4509990号明細書に論じられてい
る。
ピタキシャル成長される。基体を処理しエピタキシャル
付着を実行する方法は技術的に知られている。例えば、
米国特許第3508962号明細書、第3546036号明細書および
雑誌(J.C.Baen他による“Substrate and Doping Effec
ts Upon Laser−Induced Epitaxy of Amorphous Silico
n",Journal of Applied Physics,Vol.50,No.2,881乃至8
85頁,1979年2月)を参照。望ましい結晶配列は、上記
に示された米国特許第4509990号明細書に論じられてい
る。
エピタキシャル背面接触層2は、化学蒸気付着(CVD)
ステップによってサファイヤの表面上に設けられること
が好ましい。エピタキシャル層のCVD成長は、適切な反
応装置における約910℃でのシラン(SiH4)の化学分解
によって実行されることが好ましい。エピタキシャル成
長は、約0.3乃至2.4ミクロン/分の成長範囲内の好まし
くは2.4ミクロン/分の速度で好ましくは約0.1乃至0.5
ミクロンの間の厚さのシリコンエピタキシャル層を形成
するように制御される。最少のフィルムの厚さは、次の
構造を処理するために実質的に均一な面を有する連続的
なシリコンフィルムを提供するのに十分なものでなけれ
ばならない。
ステップによってサファイヤの表面上に設けられること
が好ましい。エピタキシャル層のCVD成長は、適切な反
応装置における約910℃でのシラン(SiH4)の化学分解
によって実行されることが好ましい。エピタキシャル成
長は、約0.3乃至2.4ミクロン/分の成長範囲内の好まし
くは2.4ミクロン/分の速度で好ましくは約0.1乃至0.5
ミクロンの間の厚さのシリコンエピタキシャル層を形成
するように制御される。最少のフィルムの厚さは、次の
構造を処理するために実質的に均一な面を有する連続的
なシリコンフィルムを提供するのに十分なものでなけれ
ばならない。
シリコン背面接触層2が形成された後、サファイヤ基体
に近いその結晶品質は米国特許第4509990号明細書に論
じられているような固相再結晶化技術によって改善され
る。この技術は第2図に示されている。シリコンが好ま
しいイオン核種は、矢印28で示されるようにサファイヤ
基体に隣接したシリコン中の埋込み層30を無定形化する
のに十分な注入エネルギおよび量で背面接触シリコン層
2に注入される。0.25ミクロンの厚さの背面接触に対し
て、対応した注入エネルギおよびイオン量はそれぞれ約
90keVおよび2×1015イオン/cm2である。
に近いその結晶品質は米国特許第4509990号明細書に論
じられているような固相再結晶化技術によって改善され
る。この技術は第2図に示されている。シリコンが好ま
しいイオン核種は、矢印28で示されるようにサファイヤ
基体に隣接したシリコン中の埋込み層30を無定形化する
のに十分な注入エネルギおよび量で背面接触シリコン層
2に注入される。0.25ミクロンの厚さの背面接触に対し
て、対応した注入エネルギおよびイオン量はそれぞれ約
90keVおよび2×1015イオン/cm2である。
次に無定形埋込み層30は、再結晶シードとしてのサファ
イヤ基体から離されたシリコン層の高品質の無定形化さ
れた部分を使用して再結晶形態に再成長される。背面接
触の上部部分における結晶構造にはサファイヤ基体に隣
接した元の結晶構造としての欠陥密度がほとんどないの
で、シードとして背面接触の上部を使用して埋込み層を
再成長させると欠陥密度が著しく減少された再成長埋込
み層が形成される。再成長は約500℃乃至900℃の高い温
度で行われることができるが、約600℃の温度が好まし
い。再結晶時間は温度が低くなるにしたがって指数関数
的に増加するが、実質的により高温になると再結晶速度
が速過ぎて付加的な結晶欠陥を招く可能性がある。再結
晶の焼鈍には約30分から約3時間が必要である。
イヤ基体から離されたシリコン層の高品質の無定形化さ
れた部分を使用して再結晶形態に再成長される。背面接
触の上部部分における結晶構造にはサファイヤ基体に隣
接した元の結晶構造としての欠陥密度がほとんどないの
で、シードとして背面接触の上部を使用して埋込み層を
再成長させると欠陥密度が著しく減少された再成長埋込
み層が形成される。再成長は約500℃乃至900℃の高い温
度で行われることができるが、約600℃の温度が好まし
い。再結晶時間は温度が低くなるにしたがって指数関数
的に増加するが、実質的により高温になると再結晶速度
が速過ぎて付加的な結晶欠陥を招く可能性がある。再結
晶の焼鈍には約30分から約3時間が必要である。
背面接触は、埋込み無定形層の形成および再結晶の前ま
たは後のいずれかにドープされることができる。一度背
面接触2が完成されると、厚いシリコン層4がその上に
エピタキシャル成長される。背面接触はサファイヤから
生じる不純物に対して効果的な拡散障壁として動作する
ため、強くドープされたオーム性背面接触によって高比
抵抗シリコン層4の成長が助けられる。30ミクロンの厚
さで1Kオームcmの高比抵抗層4は、読出しビームの必要
な位相変調を提供するのに2ミクロンの厚さの液晶層を
横切って十分な光電圧を生成する。
たは後のいずれかにドープされることができる。一度背
面接触2が完成されると、厚いシリコン層4がその上に
エピタキシャル成長される。背面接触はサファイヤから
生じる不純物に対して効果的な拡散障壁として動作する
ため、強くドープされたオーム性背面接触によって高比
抵抗シリコン層4の成長が助けられる。30ミクロンの厚
さで1Kオームcmの高比抵抗層4は、読出しビームの必要
な位相変調を提供するのに2ミクロンの厚さの液晶層を
横切って十分な光電圧を生成する。
本発明のショッツキ−ダイオード形式が第3図に示され
ている。サファイヤ基体20、薄い背面接触エピタキシャ
ル層2、高比抵抗シリコン層4、誘電体反射鏡12、液晶
層14、対向電極16およびキャップ18は本質的に第1図に
示されたMOS装置の対応した素子と類似している。しか
しながら、酸化層6、マイクロダイオードグリッド8お
よびガードリング10の代わりに、化学蒸気付着酸化物の
ような絶縁層が厚いシリコン層4上に設けられ、マトリ
クスパターンによりエッチングされる。絶縁層は、CdTe
のような光遮断または吸収材料から形成されてもよい。
次に金属パッド32のマトリクスは、第4図に示されてい
るように絶縁層がエッチングされているマトリクスグリ
ッドパターン34内に設けられる。各金属パッド32は介在
する絶縁グリッド34によって隣接したパッドから分離さ
れている。各金属パッド32と下方に存在するシリコン層
4との間の境界面がショッツキダイオードを形成する。
ている。サファイヤ基体20、薄い背面接触エピタキシャ
ル層2、高比抵抗シリコン層4、誘電体反射鏡12、液晶
層14、対向電極16およびキャップ18は本質的に第1図に
示されたMOS装置の対応した素子と類似している。しか
しながら、酸化層6、マイクロダイオードグリッド8お
よびガードリング10の代わりに、化学蒸気付着酸化物の
ような絶縁層が厚いシリコン層4上に設けられ、マトリ
クスパターンによりエッチングされる。絶縁層は、CdTe
のような光遮断または吸収材料から形成されてもよい。
次に金属パッド32のマトリクスは、第4図に示されてい
るように絶縁層がエッチングされているマトリクスグリ
ッドパターン34内に設けられる。各金属パッド32は介在
する絶縁グリッド34によって隣接したパッドから分離さ
れている。各金属パッド32と下方に存在するシリコン層
4との間の境界面がショッツキダイオードを形成する。
誘電体反射鏡12は、高比抵抗層4が読出し光に対して光
感応性である光導電体として動作する疑似可視読出し装
置としてこの装置の中で使用される。金属パッド32のマ
トリクスそれ自体は大部分の読出し光を液晶を通して反
射し戻す反射鏡として動作するが、読出し光のある程度
の部分はパッドの間の絶縁媒体を通って伝送されシリコ
ン層4に入る。誘電体反射鏡12はこれが発生することを
防止する。誘電体反射鏡は、読出しビーム波長がシリコ
ン層4と干渉することのない適用に対して省略されるこ
とができる。
感応性である光導電体として動作する疑似可視読出し装
置としてこの装置の中で使用される。金属パッド32のマ
トリクスそれ自体は大部分の読出し光を液晶を通して反
射し戻す反射鏡として動作するが、読出し光のある程度
の部分はパッドの間の絶縁媒体を通って伝送されシリコ
ン層4に入る。誘電体反射鏡12はこれが発生することを
防止する。誘電体反射鏡は、読出しビーム波長がシリコ
ン層4と干渉することのない適用に対して省略されるこ
とができる。
その代りに、CdTeのような光遮断層が使用される場合に
は、誘電体反射鏡12は省略されることができる、 このように、新しい高い分解能のLCLVおよびそれを製造
する方法が図示され説明されている。当業者は多数の変
形および別の実施例を得ることが可能であろう。本発明
は請求の範囲の各項によってのみ限定されるものであ
る。
は、誘電体反射鏡12は省略されることができる、 このように、新しい高い分解能のLCLVおよびそれを製造
する方法が図示され説明されている。当業者は多数の変
形および別の実施例を得ることが可能であろう。本発明
は請求の範囲の各項によってのみ限定されるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バスデブ,プラハルド・ケイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91360 サウザンド・オークス オウタム ウッド・ストリート 290 (72)発明者 ロバートソン,グレン・デイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90265 マリブ,フロンドサ・ドライブ 6202 (56)参考文献 特開 昭53−137165(JP,A) 特開 昭57−17923(JP,A)
Claims (22)
- 【請求項1】入力側および読出し側を有する高分解能の
液晶光バルブ(LCLV)において、 入力放射線を受信するように構成された入力側、および
読出し側に向いた表面を有し、前記表面は滑らかかつ平
坦に研磨されており、LCLVの所望の動作波長において光
放射に実質的に透明であるサファイヤ基体と、 滑らかなサファイヤ表面上でオーム性背面接触を形成す
る約1ミクロンより薄い厚さの強くドープされた導電性
シリコンエピタキシャル層と、 薄いシリコン層と同一極性にドープされた光導電層であ
る背面接触上の弱くドープされた高比抵抗のシリコンエ
ピタキシャル層と、 光導電層から読出し光を反射する光導電層の読出し側の
反射鏡手段と、 反射鏡手段の読出し側上の液晶層と、 液晶層の読出し側上の透明な対向電極とを具備し、 サファイヤ基体における空間光入力パターンを液晶層を
変調する対応した空間電圧パターンに変換するために背
面接触と対向電極間に供給された電圧に応答して動作す
る液晶光バルブ。 - 【請求項2】前記反射鏡手段は誘電体反射鏡、および誘
電体反射鏡とシリコン光導電層との間の絶縁酸化層を含
み、それによってLCLVを金属・酸化物・半導体(MOS)
装置にする請求項1記載の液晶光バルブ。 - 【請求項3】酸化層は約0.2乃至0.3ミクロンの厚さの範
囲内である請求項2記載の液晶光バルブ。 - 【請求項4】前記高比抵抗シリコン層は約20乃至60ミク
ロンの厚さの範囲内である請求項1記載の液晶光バル
ブ。 - 【請求項5】前記反射鏡手段は、高比抵抗層の読出し側
に隣接した絶縁層を含む金属マトリクス反射鏡を含み、
金属材料のマトリクスは絶縁層を通って延在し、高比抵
抗層とショッツキ接触を形成している請求項1記載の液
晶光バルブ。 - 【請求項6】前記反射鏡手段は、読出し光を遮断して高
比抵抗層に入らせないように金属マトリクス反射鏡の読
出し側に誘電体反射鏡を含む請求項5記載の液晶光バル
ブ。 - 【請求項7】高い分解能の液晶光バルブ(LCLV)を形成
する方法において、 LCLVの所望の動作波長において光放射に実質的に透明で
あるサファイヤ基体を形成し、 前記基体の表面を滑らかかつ平坦に研磨し、 滑らかなサファイヤ表面上に約1ミクロンよりも薄い厚
さのシリコン層をエピタキシャル成長し、 薄いシリコン層を導電性にするために十分にそれをドー
プし、 シリコンの埋込み層部分を無定形化するのに十分な注入
エネルギおよび量でシリコン層にイオン核種を注入し、 再結晶シードとしてシリコン層の定形部分を使用して再
結晶形態に無定形埋込み層を再成長し、 導電性シリコン層上で第2のシリコン層をエピタキシャ
ル成長し、 薄いシリコン層と同一極性で0.2Kオームcm以上の高比抵
抗に第2のシリコン層を弱くドープし、 高比抵抗層上に反射鏡を形成し、 高比抵抗層と反対側の反射鏡手段上に液晶層を形成し、 反射鏡手段と反対側の液晶層上に透明な対向電極を形成
することを含む方法。 - 【請求項8】前記反射鏡手段は誘電体反射鏡を含む請求
項7記載の方法。 - 【請求項9】誘電体反射鏡と高比抵抗層との間に絶縁酸
化層を形成し、それによってLCLVを金属・酸化物・半導
体(MOS)装置にすることを含む請求項8記載の方法。 - 【請求項10】反射鏡手段は、絶縁層の中にショッツキ
接触を形成するために高比抵抗層に接触する金属マトリ
クス反射鏡セットを含む請求項7記載の方法。 - 【請求項11】反射鏡手段は液晶を通って伝送された読
出し光を遮断して光導電層に入らせないように高比抵抗
層と反対側の金属マトリクス反射鏡上に誘電体反射鏡を
含む請求項10記載の方法。 - 【請求項12】高比抵抗の第2のシリコン層は約20乃至
60ミクロンの厚さに成長される請求項7記載の方法。 - 【請求項13】液晶光バルブ(LCLV)用のベースを形成
する方法において、 LCLVの所望の動作波長において光放射に実質的に透明で
あるサファイヤ基体を形成し、 前記基体の表面を滑らかかつ平坦に研磨し、 滑らかなサファイヤ表面上に約1ミクロンよりも薄い厚
さのシリコンの第1の薄層をエピタキシャル成長し、 この薄いシリコン層を導電性にするために十分にそれを
ドープし、 シリコンの埋込み層部分を無定形化するのに十分な注入
エネルギおよび量で前記シリコン層にイオン核種を注入
し、 再結晶シードとしてシリコン層の無定形でない部分を使
用して再結晶形態に無定形埋込み層を再成長し、 第1のシリコン層上に第1のシリコン層よりも厚い第2
のシリコン層をエピタキシャル成長し、 第1の層と同一極性のドーパントにより0.2Kオームcm以
上の高比抵抗に第2のシリコン層をドープすることを含
む方法。 - 【請求項14】第1のシリコン層は約0.1乃至0.5ミクロ
ンの厚さに成長される請求項13記載の方法。 - 【請求項15】第2のシリコン層は約20乃至60ミクロン
の厚さに成長される請求項14記載の方法。 - 【請求項16】イオン核種は、第1のシリコン層がドー
プされる前に注入される請求項13記載の方法。 - 【請求項17】第1のシリコン層は、イオン核種が注入
される前にドープされる請求項13記載の方法。 - 【請求項18】液晶光バルブ(LCLV)用のベースにおい
て、 研磨された滑らかかつ平坦な表面を有し、LCLVの所望の
動作波長において光放射に実質的に透明であるサファイ
ヤ基体と、 滑らかなサファイヤ表面上の約1ミクロンよりも薄い厚
さの第1の強くドープされた導電性シリコンエピタキシ
ャル層と、 第1の層上で約20乃至60ミクロンの厚さの範囲の弱くド
ープされ、第1のシリコン層と同一極性にドープされた
高比抵抗のエピタキシャルシリコン層とを含む液晶光バ
ルブベース。 - 【請求項19】第2の層の比抵抗は、0.2Kオームcm以上
である請求項18記載の液晶光バルブベース。 - 【請求項20】第1のシリコン層は、約0.1乃至0.5ミク
ロンの厚さに成長される請求項18記載の液晶光バルブベ
ース。 - 【請求項21】前記第2のシリコン層は約0.5−2Kオー
ムcmの範囲の比抵抗にドープされる請求項7記載の方
法。 - 【請求項22】前記第2のシリコン層は約0.5−2Kオー
ムcmの範囲の比抵抗にドープされる請求項13記載の方
法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/079,607 US4826300A (en) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Silicon-on-sapphire liquid crystal light valve and method |
US79,607 | 1987-07-30 | ||
PCT/US1988/002034 WO1989001174A1 (en) | 1987-07-30 | 1988-06-16 | Silicon-on-sapphire liquid crystal light valve and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02501095A JPH02501095A (ja) | 1990-04-12 |
JPH0776818B2 true JPH0776818B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=22151614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63506399A Expired - Lifetime JPH0776818B2 (ja) | 1987-07-30 | 1988-06-16 | シリコンオンサファイヤ液晶光バルブおよび方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4826300A (ja) |
EP (1) | EP0324836B1 (ja) |
JP (1) | JPH0776818B2 (ja) |
DE (1) | DE3880296T2 (ja) |
IL (1) | IL86805A (ja) |
WO (1) | WO1989001174A1 (ja) |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01179015A (ja) * | 1987-12-31 | 1989-07-17 | Hamamatsu Photonics Kk | ライトバルブ装置 |
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