(57)【要約】【課題】高精細化パターンを有する光変調器を提供する。【解決手段】光変調器は、光電効果を利用して入力光イメージを電流信号に変換する光電変換素子２０と、光電変換素子２０から伝えられる電流信号を出力光イメージに変換し発光する電光変換素子３０を含む。光電変換素子２０から電光変換素子３０に電気的に信号を伝達する時、画素間の電気的干渉を遮断するもしくは削減し、光電変換素子２０または電光変換素子３０の少なくとも一面から所定の深さまでトレンチ５０が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電効果を利用して入力光イメージを電流信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子から伝達される前記電流信号を出力光イメージに変換し発光する電光変換素子と、
前記光電変換素子から前記電光変換素子への前記電流信号の伝達時に画素間の電気的干渉を遮断もしくは削減し、前記光電変換素子または前記電光変換素子の少なくとも一面から所定の深さまで形成されるトレンチと、
を含む光変調器。
【請求項２】
前記トレンチは、前記光電変換素子から前記電光変換素子側に前記所定の深さまで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記トレンチは、前記電光変換素子から前記光電変換素子側に前記所定の深さまで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記所定の深さは第１深さであり、
前記トレンチは、前記光電変換素子または前記電光変換素子の両側にいずれも形成され、前記光電変換素子から前記電光変換素子側に前記第１深さまで形成され、前記電光変換素子から前記光電変換素子側に第２深さまで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記トレンチは、前記光電変換素子と前記電光変換素子とを貫通するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項６】
前記トレンチは、その深さによって、断面の幅サイズが異なるテーパ状またはステップ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項７】
前記トレンチは、画素を定義すべく、前記画素周辺に離散的に形成されて１画素が４地点で隣接画素と電気的に連結される離散型トレンチパターン形態、１画素が２地点で隣接画素と電気的に連結され、単一連結地点は４個の隣接した画素が互いに連結される十字状トレンチパターン形態及び１画素が２地点で隣接画素と電気的に連結され、単一連結地点は画素を定義する辺の中央部に位置するか、角部に位置する枝状トレンチパターン形態のうち、いずれか１形態で形成されることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記光電変換素子と電光変換素子との間に、前記光電変換素子からの電流信号を前記電光変換素子に伝達する伝達素子をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記伝達素子は、半導体基板を含むことを特徴とする請求項８に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記トレンチは、前記光電変換素子または前記電光変換素子の一面から前記伝達素子の所定の深さまで形成されることを特徴とする請求項８に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記入力光イメージが入射する面に備えられる第１透明電極と、
前記出力光イメージを出射する面に備えられる第２透明電極と、
前記光電変換素子と前記電光変換素子との間に備えられる内部電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の光変調器。
【請求項１２】
前記光電変換素子と電光変換素子との間に、前記光電変換素子からの電流信号を前記電光変換素子に伝達する伝達素子をさらに備える請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１３】
前記伝達素子は、半導体基板を含むことを特徴とする請求項１２に記載の光変調器。
【請求項１４】
前記トレンチは、前記光電変換素子または前記電光変換素子の一面から前記伝達素子の所定の深さまで形成されることを特徴とする請求項１２に記載の光変調器。
【請求項１５】
前記入力光イメージが入射する面に備えられる第１透明電極と、
前記出力光イメージを出射する面に備えられる第２透明電極と、
前記光電変換素子と前記電光変換素子との間に備えられる内部電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に係り、特に高解像度のイメージ変調が得られるように、高精細化パターンを有する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光情報（イメージ）を受け取って電気的情報に変換し、これを変調した後、再び光情報（イメージ）を出力する、いわゆる光−電気−光（Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｏｐｔｉｃａｌ：以下、Ｏ−Ｅ−Ｏ）光変調器は、波長の変換機能、光増幅機能、そして高速の変調機能を有するので、３次元カメラ（３Ｄ  Ｃａｍｅｒａ）、レーザーレーダ（ＬＡＤＡＲ：Ｌａｓｅｒ  Ｒａｄａｒ）、赤外線イメージング（Ｉｎｆｒａ  Ｒｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＩＲ  ｉｍａｇｉｎｇ）などで核心部品として活用されている。
【０００３】
Ｏ−Ｅ−Ｏ光変調器は、ほとんどが波長８００〜１７００ｎｍＩＲ帯域のイメージを受け取って光電効果により電流を発生させ、これを正弦（Ｓｉｎｅ）波形、ランプ（Ｒａｍｐ）波形、矩形（Ｓｑｕｉｒｅ）波形など所望の関数に増幅または変調した後、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光体にその電流を注入して、ＣＣＤなどの撮像素子の敏感度の高い可視光線波長領域（４５０〜６５０ｎｍ）で入力イメージに比例して、イメージを出力する概略的なメカニズムを有する。
【０００４】
Ｏ−Ｅ−Ｏ光変調器を適用した代表的な装置として、電子増幅時にマルチチャンネルプレート（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ：ＭＣＰ）を使用するイメージ増幅装置（Ｉｍａｇｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）がある。ところで、ＭＣＰは、ガラス（Ｇｌａｓｓ）に数μｍの直径の孔をイメージの画素数ほど成形加工して製造され、また電子増幅のためにＭＣＰ内の真空パッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ）が必要なので、加工が難しく、高価であり、大型であるという短所がある。
【０００５】
これを克服して、小型化と大量生産とのために、半導体をベースにしたＯ−Ｅ−Ｏ光変調器が、最近多く開発されており、主にＧａＡｓ基板でＯ−Ｅ−Ｏ光変調器を具現する方法が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、半導体基板上へのＯ−Ｅ−Ｏ光変調器の具現時に生じうる解像度劣化を克服して、高解像度のイメージ変調が得られる高精細化パターンを有する半導体ベースの光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例による高精細化パターンを有する光変調器は、光電効果を利用して入力光イメージを電流信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子から伝達される前記電流信号を出力光イメージに変換し発光する電光変換素子と、前記光電変換素子から前記電光変換素子に前記電流信号の伝達時に画素間の電気的干渉を遮断もしくは削減し、前記光電変換素子または前記電光変換素子の少なくとも一面から所定の深さまで形成されるトレンチとを含む。
【０００９】
前記トレンチは、前記光電変換素子から前記電光変換素子側に所定の深さまで形成されるか、前記電光変換素子から前記光電変換素子側に所定の深さまで形成されるか、前記光電変換素子または前記電光変換素子の両側にいずれも形成され、前記光電変換素子から前記電光変換素子側に所定の深さまで形成され、前記電光変換素子から前記光電変換素子側に所定の深さまで形成されうる。
【００１０】
また、前記トレンチは、前記光電変換素子と前記電光変換素子とに貫設されうる。
【００１１】
前記トレンチは、その深さによって断面の幅サイズが異なるテーパ状またはステップ状に形成されうる。
【００１２】
前記トレンチは、画素を定義すべく、前記画素周辺に離散的に形成されて１画素が４地点で隣接画素と電気的に連結される離散型トレンチパターン形態、１画素が２地点で隣接画素と電気的に連結され、単一連結地点は４個の隣接した画素が互いに連結される十字状トレンチパターン形態及び１画素が２地点で隣接画素と電気的に連結され、単一連結地点は画素を定義する辺の中央部に位置するか、角部に位置する枝状トレンチパターン形態のうち、いずれか１形態で形成されうる。
【００１３】
前記光電変換素子と電光変換素子との間に、前記光電変換素子からの電流信号を前記電光変換素子に伝達する伝達素子をさらに具備しうる。
【００１４】
前記伝達素子は、半導体基板を含みうる。
【００１５】
前記トレンチは、前記光電変換素子または前記電光変換素子の一面から前記伝達素子の所定の深さまで形成されうる。
【００１６】
前記入力光イメージが入射する面に備えられる第１透明電極と、前記出力光イメージが出射する面に備えられる第２透明電極と、前記光電変換素子と前記電光変換素子との間に備えられる内部電極と、をさらに含みうる。
【００１７】
本発明の実施例によれば、光変調器は、入力光イメージを光電効果を利用して信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子からの信号を出力光イメージに変換して出射する電光変換素子と、前記信号が光電変換素子から電光変換素子に伝えられる時、画素間の電気的な干渉を遮断もしくは削減し、前記光電変換素子または前記電光変換素子の少なくとも一面から所定の深さを有するトレンチを含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施例による光変調器によれば、光変調器の画素間の電気的干渉による解像度が劣化する現象を克服して解像度を向上させつつ、光変調器の剛性の損害を最小化して電気配線の容易性を維持しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【図２】図１のトレンチパターンを有する光変調器に、暗い（Ｄａｒｋ）画素と明るい（Ｂｒｉｇｈｔ）画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合の電子の伝達過程及び出力イメージを示す。
【図３】比較例であって、トレンチパターンを有さない光変調器を示す図面である。
【図４】図３の比較例のトレンチパターンを有さない光変調器に、暗い（Ｄａｒｋ）画素と明るい（Ｂｒｉｇｈｔ）画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合の電子の伝達過程及び出力イメージを示す図面である。
【図５】本発明の他の実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【図６】本発明の他の実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【図７】本発明の他の実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【図８】本発明の他の実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【図９】平面視で、最も単純な格子状のトレンチパターンであって、５×５画素（５−ｂｙ−５  ｐｉｘｅｌ）を例示する図面である。
【図１０】構造的な安定性と画素の電極配線問題を改善したトレンチパターン形状の多様な実施例を示す図面である。
【図１１】構造的な安定性と画素の電極配線問題を改善したトレンチパターン形状の多様な実施例を示す図面である。
【図１２】構造的な安定性と画素の電極配線問題を改善したトレンチパターン形状の多様な実施例を示す図面である。
【図１３】構造的な安定性と画素の電極配線問題を改善したトレンチパターン形状の多様な実施例を示す図面である。
【図１４Ａ】トレンチパターンのない光変調器のＧａＡｓ基板内の電子伝達シミュレーション結果を示す図面である。
【図１４Ｂ】トレンチパターンのない光変調器のＧａＡｓ基板内の電子伝達シミュレーション結果を示す図面である。
【図１５Ａ】伝達素子、例えば、基板の下端部にトレンチパターンがある場合の電子フローを示す図面である。
【図１５Ｂ】伝達素子、例えば、基板の下端部にトレンチパターンがある場合の電子フローを示す図面である。
【図１６Ａ】伝達素子、例えば、基板の下端部に図８に示されたステップ状トレンチパターンとイメージ面の上端部にオプチカルリッドがある場合の電子フローを示す図面である。
【図１６Ｂ】伝達素子、例えば、基板の下端部に図８に示されたステップ状トレンチパターンとイメージ面の上端部にオプチカルリッドがある場合の電子フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施例による半導体ベースの光変調器を概略的に示す図面である。
【００２１】
図１を参照すれば、半導体ベースの光変調器は、入射する赤外線ＩＲイメージを変調して透過させるデバイスであって、光電効果を利用して入力光イメージを電流に変換する光電（Ｏ−Ｅ）変換素子２０、前記光電変換素子から伝えられた電流を用いて発光する電光（Ｅ−Ｏ）変換素子３０、画素間の電気的干渉を遮断、もしくは減らすように形成されたトレンチ５０パターンを含む。前記光変調器の光イメージ入射面２１には第１透明電極４１が備えられ、光変調器の光イメージ出射面３１には第２透明電極４５が備えられ、光電変換素子２０と電光変換素子３０との間には内部電極４３が備えられうる。前記光変調器は、前記光電変換素子２０と電光変換素子３０との間に光電変換素子２０からの電流信号を電光変換素子３０に伝達する素子（Ｅ−Ｅ伝達素子）７０をさらに具備しうる。図面で、８０はリレーレンズセットを、９０はイメージセンサーを示す。
【００２２】
前記光電変換素子２０は、光電効果を利用して入力光イメージを電流に変換すると同時に変換した電流を増幅または正弦（Ｓｉｎｅ）波形、ランプ（Ｒａｍｐ）波形、矩形（Ｓｑｕｉｒｅ）波形など所望の関数に変調しうる。この光電変換素子２０は、光吸収のための受光素子に該当するものであって、例えば、ｐ−ｔｙｐｅ、ｎ−ｔｙｐｅあるいは真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎなどの物質を含む化合物）及びＳｉ、Ｇｅを組み合わせたものを積層して具現されうる。
【００２３】
電光変換素子３０は、伝えられた電流を用いて発光する素子であって、例えば、ｐ−ｔｙｐｅ、ｎ−ｔｙｐｅあるいは真性ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎなどの物質を含む化合物）であるか、化合物半導体からなる発光素子に蛍光体などが結合された形で具現されうる。
【００２４】
電流信号伝達のための素子７０（以下、伝達素子７０）は、例えば、ｐ−ｔｙｐｅ、ｎ−ｔｙｐｅあるいは真性ＩＩＩ−Ｖ化族合物半導体（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎなどの物質を含む化合物）及びＳｉ、Ｇｅを組み合わせたものを積層して具現されうる。また、前記伝達素子７０は、ＧａＡｓ基板などの半導体基板でありうる。
【００２５】
例えば、単一ＧａＡｓ基板の両表面上にフォトダイオードと発光ダイオードとを半導体形成工程を通じて形成し、本発明の一実施例による半導体ベースの光変調器を構成しうる。この場合、フォトダイオードは光電変換素子２０として、ＧａＡｓ基板は伝達素子７０として、発光ダイオードは電光変換素子３０として用いられうる。他の例として、前記伝達素子７０は半導体層の積層で具現されうるが、この場合、透明基板上に電光変換素子３０、伝達素子７０及び光電変換素子２０を半導体形成工程を通じて形成しうる。
【００２６】
図１に示された本発明の一実施例及び以下の他の実施例では、光電変換素子２０と電光変換素子３０との間に伝達素子７０がある場合を例としたが、本発明の実施例がこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の実施例による光変調器は、伝達素子７０がなくても良い。
【００２７】
入力光イメージは、光電変換素子２０の上面の第１透明電極４１を透過して光電変換素子２０に到達する。光電変換素子２０にはＶｍｏｄの変調信号に該当する電圧が印加され、この電圧と入力光イメージに比例する量の電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ  ｐａｉｒ）が発生する。Ｖｍｏｄの変調信号が第１透明電極４１と内部電極４３とを通じて印加されうる。発生した複数の電子により、入力光イメージに比例した電子イメージ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｍａｇｅ）が形成される。光電変換素子２０の上面の第１透明電極４１と電光変換素子３０の下面の第２透明電極４５とに印加されたバイアス電圧（Ｂｉａｓ  Ｖｏｌｔａｇｅ）、すなわち、ＶｔｏｐとＶｂｏｔｔｏｍとにより形成された電場に引っ張られて電子イメージは電光変換素子３０側に動く。電子イメージは、例えば、ＧａＡｓなどの半導体基板で構成されたＥ−Ｅ伝達素子７０を通過して電光変換素子３０に到達して光を発生させ、結果的に、Ｏ−Ｅ−Ｏ光変調器の上面に到達した入力光イメージに比例する出力光イメージを下面から出力する。出力された光イメージは、リレーレンズセット（Ｒｅｌａｙ  Ｌｅｎｓ  Ｓｅｔ）を通過しつつ、倍率が適切に調節されて最下端のＣＣＤまたはＣＭＯＳなどのイメージセンサーにフォーカシングされてイメージを撮像させる。
【００２８】
一方、本発明の実施例による半導体ベースの光変調器において、トレンチ５０パターンは、画素間の電気的干渉を遮断するか、減らすように形成される。本発明の実施例による半導体ベースの光変調器は、このようなトレンチ５０パターンに付加して、後述のように、光変調器の上下面の透明電極パターンを適用して高解像度の光変調機能を有するように備えられうる。
【００２９】
基板、すなわち、Ｅ−Ｅ伝達素子７０内の電子イメージの伝達過程で意図された垂直方向の伝達だけでなく、横方向への拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が伴われる。これは、イメージの画素別輝度差によって発生した電子の密度が横方向に不均一なので、横方向に電子の密度差が存在するためである。したがって、上部入力面のイメージが下部の出力イメージに伝達された時は、結果的に、イメージブラー（Ｂｌｕｒ）効果が示されうる。このようなイメージブラーは、通過するイメージの解像度低下をもたらし、全体的なイメージシステムの解像度を落とす決定的な原因として作用しうる。
【００３０】
前記トレンチ５０パターンは、電気イメージの所望しない横方向拡散を遮断するバリアーを備えることによって、画素間の電気的干渉を除去または減衰させ、このようなイメージブラー効果を適切に減衰させうる。
【００３１】
図２は、図１のトレンチ５０パターンを有する光変調器に、暗い（Ｄａｒｋ）画素と明るい（Ｂｒｉｇｈｔ）画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合の電子の伝達過程及び出力イメージを示す。図３は、比較例であって、トレンチパターンを有さない光変調器を示し、図４は、図３の比較例のトレンチパターンを有さない光変調器に、明るい画素と暗い画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合の電子の伝達過程及び出力イメージを示す。
【００３２】
比較例として、図３及び図４を参照すれば、トレンチパターンのない光変調器に、明るい画素と暗い画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合、ＶｔｏｐとＶｂｏｔｔｏｍにより形成された電場によって引き起こされた垂直方向の電子伝達だけでなく、横方向への電子拡散（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が伴われる。これは、イメージの画素別輝度差により発生した電子の密度が横方向に不均一であるために発生する。
【００３３】
このような横方向への電子拡散は、出力イメージの画素間の明暗比（ｃｏｎｔｒａｓｔ）を落とし、結果的に、上部入力面のイメージが下部の出力イメージに伝えられた時は、イメージブラー（Ｂｌｕｒ）現象が現れる。このような画素間電子の干渉（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）によるイメージブラー現象が、隣接した画素を区分し難いほど発生する場合、通過するイメージの解像度低下をもたらして、全体的にイメージシステムの解像度を落とす決定的な原因として作用しうる。
【００３４】
一方、図２を参照すれば、横方向への電子伝達を遮断するか、減らしうる、トレンチ５０パターンを有する光変調器に暗い画素と明るい画素が順次に配列されたイメージパターンが入射される場合、電気的絶縁体のトレンチ５０により、イメージの画素別輝度差により発生した電子の密度が横方向に不均一なため発生した横方向への電子拡散による横方向への電子の伝達が物理的に遮断され、上下方向の画素対画素間の電子伝達がなされうる。結果的に、出力イメージは、入力イメージのような暗い画素と明るい画素が順次に配列されたイメージパターンを示すようになる。このような光変調器での解像度は、トレンチ５０パターンで定義された底面の画素数に決められうる。
【００３５】
再び図１を参照すれば、トレンチ５０パターンは、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの半導体エッチング工程を通じて形成されうる。トレンチ５０の深さ対幅比（細長比）を、例として、２０：１以上に形成しうる。
【００３６】
図１でのトレンチ５０は、底面の第２透明電極４５からエッチングされて電光変換素子３０、伝達素子順にエッチングされて形成されうる。トレンチ５０の形成後、トレンチ５０内は気体またはＳｉＯ２などの電気的絶縁体で充填されうる。
【００３７】
前記のように、トレンチ５０を有する光変調器に、図２のようなダークとブライト画素が順次に配列されたイメージパターンが入力される場合、発生した電子は、電気的絶縁体のトレンチ５０によりその横方向への伝達が物理的に遮断され、上下方向の画素対画素間の電子伝達がなされる。結果的に、出力イメージは、入力イメージのようなダークとブライト画素が順次に配列されたイメージパターンを示す。この際、光変調器の解像度は、トレンチ５０パターンで定義された底面の画素数で決められる。
【００３８】
以下、トレンチ５０の形成側面での本発明による光変調器の多様な実施例を説明する。
【００３９】
本発明の実施例による光変調器でトレンチ５０は、図１のように、電光変換素子３０側から伝達素子７０、例えば、基板の一部深さまで形成されうる。すなわち、第２透明電極４５、電光変換素子３０及び伝達素子７０の一部深さにわたって形成されうる。ここで、深さは、下方に向かう方向または上方に向かう方向になりうる。光入射面、すなわち、光イメージ入射面２１側を上部、光出射面、すなわち、光イメージ出射面３１側を下部とする時、図１での光変調器は、下部トレンチ５０を有する構造となる。
【００４０】
トレンチ５０は、図５のように、光電変換素子２０側から伝達素子７０、例えば、基板の一部深さまで形成されうる。すなわち、第１透明電極４１、光電変換素子２０及び伝達素子７０の一部深さにわたって形成されうる。光入射面側を上部、光出射面側を下部とする時、図５での光変調器は、上部トレンチ５０を有する構造となる。
【００４１】
トレンチ５０は、図６のように、光電変換素子２０側から伝達素子７０、例えば、基板の一部深さまで形成され、電光変換素子３０側から伝達素子７０、例えば、基板の一部深さまで形成され、両側にトレンチ５０が形成された構造である場合もある。すなわち、トレンチ５０が、第１透明電極４１、光電変換素子２０及び伝達素子７０の一部深さにわたって形成された第１トレンチ５０と第２透明電極４５、電光変換素子３０及び伝達素子７０の一部深さにわたって形成された第２トレンチ５０とを具備しうる。光入射面側を上部、光出射面側を下部とする時、図６での光変調器は、上、下部トレンチ５０を有する構造となる。
【００４２】
トレンチ５０は、図７のように、光変調器を貫通するようにも形成されうる。図７のように、トレンチ５０が貫設された場合、光変調器は、構造的に安定性を有するように形成される必要があるが、これについての詳細な説明は後述する。
【００４３】
一方、図１、図５ないし図７では、トレンチ５０がその断面幅が一定に形成された例を示しているが、トレンチ５０は、深さ方向への位置によって、その断面幅が変わるように形成しても良い。
【００４４】
図８は、本発明の他の実施例による光変調器を示したものであって、トレンチ１００の断面幅を中央部では狭く、外側、すなわち、入射面または出射面に近い側は広くエッチングした例を示す。図８では、トレンチ１００の幅変化がステップ状になった例を示す。このように入射面または出射面に近い位置は広く、入射面または出射面から離れた所は狭くトレンチ１００を形成すれば、単一の断面幅を有するトレンチ５０に比べて、相対的にさらに深いエッチングが可能である。一方、前記トレンチ１００をステップ状に形成する代わりに、トレンチ１００の断面幅を連続して変換させた台形のテーパ状、すなわち、入射面または出射面に近い所は広く、入射面または出射面から離れた所は狭く、またはその反対の場合にも、形成が可能である。ここで、図８のような幅が変化されるトレンチ１００は、図１、図５ないし図７にも適用されうる。
【００４５】
一方、図８のように、解像度を向上させるために、光変調器のイメージ入力面に光学的に高精細化（Ｐｉｘｅｌｉｚａｔｉｏｎ）するために、光学的に光量を調整する蓋であるオプチカルリッド（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｄ）１１０、すなわち、光学的絶縁体をも形成しうる。このように光学的に高精細化するオプチカルリッド１１０を形成すれば、トレンチ１００で区画された画素に入射される電子イメージがサイズ面で一対一に対応するので、これを通じて画素間電気的干渉を最小化しうる。このような光学的に高精細化するオプチカルリッド１１０は、図１、図５ないし図７にも適用されうる。
【００４６】
トレンチ５０または１００の形成時、満足させねばならない条件としては、前述した伝達素子７０、例えば、基板内での横方向への電子拡散を遮断する基本的な役割以外に、光変調器が構造的に十分に強くて、工程及び使用中に破損が少なく、トレンチ５０と共にエッチングされる透明電極４１または４５に電圧を容易に供給しうる電極構造を有さねばならない。
【００４７】
以下、このような条件を充足する多様なトレンチ５０または１００パターンについて説明する。
【００４８】
図９は、平面視で最も単純な格子状のトレンチ２００パターンであって５×５画素（５−ｂｙ−５ｐｉｘｅｌ）を例示する。図９のような単純な格子状にトレンチ２００パターンを形成する時、このようなトレンチ２００パターンによりそれぞれの画素は、構造的に完全に分離されて、光変調器が折れ曲がる（ｂｅｎｄｉｎｇ）などの外力を受ける時、構造的に脆弱であり、画素それぞれの電極２５０に一つ一つ電気的連結が必要である。
【００４９】
図１０ないし図１３は、構造的に安定させつつ、かつ画素の電極２５０の配線問題を改善したトレンチ２００パターン形状の多様な実施例を示す。
【００５０】
図１０を参照すれば、画素を定義するトレンチ２００が画素周辺に離散的に（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ）形成され、画素間の電子の拡散によるクロストークを防止する。また、画素間が構造的に連結されており、トレンチ２００の形成のためのエッチングの後、基板の剛性が十分に維持されうる。図８のように、トレンチ２００が光変調器を貫通する場合には、図１０のような画素間の構造的連結が必須である。トレンチ２００の形成時、透明電極２５０もエッチングされるが、この時、画素間に互いに電気的に連結された単一電極または少数の分離された電極グループを形成させれば、１つまたは少数の相互連結（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）を通じて全画素にバイアス電圧を容易に供給しうる。
【００５１】
一方、画素間の電子拡散によるクロストークを最大限防止するためには、画素間連結部分を最小化する必要がある。このために、図１０の離散型トレンチ２００パターンより画素間連結部分をさらに減らすように、図１１ないし図１３のように、トレンチ２００パターンを変形しうる。
【００５２】
すなわち、図１０は、離散型トレンチ２００パターンであって、１画素は４点で隣接画素と連結されており、１つの連結点で４個の隣接した画素が互いに連結されている。図１１は、十字状トレンチ２００パターンであって、１画素は２点で隣接画素と連結されており、１つの連結点で４個の隣接した画素が互いに連結されている。図１２は、枝状トレンチ２００パターンであって、１画素は２点で隣接画素と連結されており、１つの連結点は隣接する２個の画素の間の中央部に位置する。図１３は、変形した枝状トレンチ２００パターンであって、１画素は２点で隣接画素と連結されており、１つの連結点は隣接する２個の画素の間の端部に位置する。
【００５３】
本発明の実施例による光変調器のトレンチ５０または１００パターンとして、図９ないし図１３を参照に説明した多様な形態のトレンチパターン２００が適用されうる。
【００５４】
図１４Ａ及び図１４Ｂ、図１５Ａ及び図１５Ｂは、トレンチ２００パターンが光変調器の解像度向上に及ぼす効果を検証するためのシミュレーション実行結果を示す。図１４Ａ及び図１４Ｂは、トレンチパターンのない光変調器のＧａＡｓ基板内の電子伝達シミュレーション結果を示す。ＧａＡｓ基板は電子伝達がなされるようにｎ型にドープされる。明るい画素と暗い画素とが順次に配列された入力光イメージを光変調器の上端の光イメージ入射面２１に入力し、上面と下面とに設けられた第１及び第２透明電極４１、４５に電圧を印加して、電場を形成した後、電子イメージの流れを観察した。イメージ面に印加した入力イメージの画素間の明暗比は、ｍａｘ／ｍｉｎ＝∞であって理想値（ｉｄｅａｌ  ｖａｌｕｅ）であり、解像度を定義する因子であるＭＴＦ＝（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）は最大値である１である。トレンチパターンがない場合、図１４Ａのように、電子は垂直方向に移動しながら、横方向に広がることを確認しうる。結果的に、図１４Ｂのように、出力イメージは、画素間の明暗比が落ちることが分かる。この際、画素間の明暗比は、ｍａｘ／ｍｉｎ＝１．５１１であり、ＭＴＦは約０．２０２であって、解像度低下が激しいことが分かる。
【００５５】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、基板の下端部にトレンチパターンがある場合の電子フローを示す。図１４Ａのような、入力イメージパターンを印加する時、図１５Ａのように、トレンチにより横方向への電子拡散が抑制され、発生した電子が下端のブライト画素に集中することが分かる。これにより、図１５Ｂのように出力イメージは、画素間の明暗比が改善されることが分かる。この際、画素間の明暗比は、ｍａｘ／ｍｉｎ＝２２．７２７であり、ＭＴＦは約０．９１５であって、解像度が向上することが分かる。
【００５６】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、基板下端部に図８に示されたステップ状トレンチパターンとイメージ面の上端部にオプチカルリッドがある場合の電子フローを示す。この際、図１４Ａ及び図１５Ａのような入力イメージパターンを印加した。図１６Ａのように、トレンチにより横方向への電子拡散が抑制され、画素間の電子干渉が図１５に比べて、さらに防止されて発生した電子が下端の明るい画素に集中しうる。また、図１６Ｂのように、出力イメージは、画素間の明暗比が改善されることが分かる。この際、画素間の明暗比は、ｍａｘ／ｍｉｎ＝１２５００であり、ＭＴＦは０．９９９であって、解像度が極大化されることが分かる。
【００５７】
画素間の電子のクロストークを防止する側面では、図１３の変形された枝状のトレンチパターンが最も優秀であり、次に、図１２の枝状のトレンチパターン、図１１の十字状のトレンチパターン、図１０の離散形態のトレンチパターン順に優秀でありうる。一方、構造的な強度は、その逆順に基本形トレンチパターンである図１０の離散形態のトレンチパターンが最も優秀でありうる。したがって、本発明の実施例による光変調器は、個別な素子設計の特性によって最適のトレンチパターンまたは多様な形態のトレンチパターンの組み合わせを適用して形成されうる。
【００５８】
前述したように、トレンチ５０または１００を形成することによって、隣接する画素間の電子信号の干渉（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が効率よく除去されるか、減少されて、光変調器の出力イメージが所望の解像度を有するように高精細化されうる。
【００５９】
トレンチ５０または１００パターンを多様に設計することによって、光変調器の画素間の電気的干渉による解像度の劣化現象を克服して、解像度を向上させつつも、光変調器の剛性の損害を最小化して、電気配線の容易性を維持しうる。
【００６０】
一般的に考えられる高精細化のためのトレンチ５０または１００パターンの場合、画素を隣接画素と完全に分離するので、構造的剛性が弱くなり、後続工程でそれぞれの画素を電気的に連結せねばならないなど、電気配線が複雑になりうる。一方、本発明の実施例による光変調器では、図１０ないし図１３に例示的に示されたように、画素を隣接画素と少なくとも２点で連結するようにトレンチ５０または１００パターンを形成することによって、構造的剛性弱化を防止し、かつ後続工程でそれぞれの画素を電気的に連結するに当たって、電気配線を簡略化しうる。
【００６１】
また、このような本発明の実施例による光変調器を３次元カメラ、レーザーレーダ、赤外線イメージングなどの装置に適用する時、高精細化されている画素数ほど解像度を高めうる。
【符号の説明】
【００６２】
２０  光電変換素子、
２１  光イメージ入射面、
３０  電光変換素子、
３１  光イメージ出射面、
４１  第１透明電極、
４３  内部電極、
４５  第２透明電極、
５０  トレンチ、
７０  伝達素子、
８０  リレーレンズセット、
９０  イメージセンサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１５Ａ】
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【図１６Ａ】
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