(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の光ビーム間の位相差を検出するための装置（１０、２０）であって、
前記２個の光ビーム間の干渉場を生成することが可能な回折格子（２）と、
前記干渉場を受信するように配置されたフォトダイオード（１、５）と、を有し、
前記回折格子は前記フォトダイオードに集積化されており、前記回折格子は振幅格子（２）であることを特徴とする、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記振幅格子は、前記フォトダイオード上に位置する金属格子である、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、上部コンタクト（３）と電気的にコンタクトした前記振幅格子（２）によって前記フォトダイオード内に電位差を生成するために、下部（６）および上部（３）金属コンタクトと、前記下部（６）および上部（３）金属コンタクト間に接続されるべき電位生成器（９）とを備える、装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置であって、前記フォトダイオードはｐ−ｎフォトダイオードである、装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置であって、前記フォトダイオードはＩＩＩ−Ｖ族フォトダイオードである、装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置であって、前記フォトダイオードはシリコンフォトダイオードである、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置であって、上記波長でのフォトンの光電変換が前記活性領域内で発生するように、前記フォトダイオードは前記活性領域を有し、前記２個の光ビームは前記同じ波長を有し、前記活性領域は前記フォトダイオード内に位置する、装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置であって、前記振幅格子はピッチを有し、前記ピッチはワンオーダーのＬｉｔｔｒｏｗの条件に適合する、装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置であって、前記振幅格子は一次元格子である、装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置であって、前記格子は二次元格子である、装置。
【請求項１１】
２個の光ビーム間の位相差を検出するための装置を製造するための方法であって、
フォトダイオードを提供し、
前記フォトダイオード上に振幅格子を堆積しまたは切削する、各ステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個の光ビーム間の位相差を検出するための装置に関し、この装置は、前記２個の光ビーム間の干渉場を生成する回折格子と、前記干渉場を受信するように配置されたフォトダイオードとを含み、前記回折格子は前記フォトダイオードに集積化されている。本発明は更に、このような装置を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、Ａｒｇｕｅｌ他によって２００５年１２月にＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌで発表された刊行物、“Ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”、によって既知である。
【０００３】
この刊行物では、回折格子はフォトダイオードに集積化された位相格子である。マイクロエレクトロニクスの分野では、回折格子の集積化は、切削形状あるいは堆積形状であり得る。上記の刊行物では、位相格子はフォトダイオード中に切削される。
【０００４】
この位相格子は、フォトダイオード中に切削された複数のスロットを含み、上記刊行物では、２個の入射ビーム間の干渉は、Ｌｉｔｔｒｏｗの入射条件において、フォトダイオードによって光電流の形で、最善の方法で検出可能であることが明らかにされていた。この刊行物の装置において生成された光電流の強度は、Ｉ（Δφ）＝Ａ−Ｂ．ｃｏｓ（Δφ）であり、ここでΔφは、位相格子に入射する２個のビーム間の位相差であり、ＡとＢは入射ビームの特性および位相格子の幾何学的パラメータ、特に、位相ネットワークを形成するスロットの高さ、に依存する。上記式に関して、本装置において生成された光電流の強度コントラストは、従って、Ｃ＝Ｂ／Ａである。
【０００５】
上記刊行物の著者は、上記式に従って、このような位相格子によって得られる最大のコントラストが１５％から２０％のオーダーであると決定した。しかしながら、このようなコントラストは、２個の入射ビーム間の位相差を直接かつ正確に測定するためには不十分である。本発明は、特に、このような欠点の改善を目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の一つは、従って、上述したような装置のコントラストを増加させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、２個の光ビーム間の位相差を検出するための装置であって、前記２個の光ビーム間の干渉場を生成する回折格子と、前記干渉場を受信するように配置されたフォトダイオードとを含み、前記回折格子は前記フォトダイオードに集積化されており、ここで前記回折格子は振幅格子である、装置によって達成される。
【０００８】
振幅格子は、入射ビームに対して不透明と透明なゾーンの連続体を含んでいる。従って、フォトダイオードにおける伝送時の回折係数は、２個のビーム間の位相差の関数として大きく変化する。従って、フォトダイオードによって検出される強度コントラストは、従来技術において既知であるように、位相格子を集積化した装置に対して大きく増加する。
【０００９】
反対に、従来技術の位相格子は、コントラストにおいて、このような増加を可能とはしなかった。出願人は、更に特に、得られたコントラストは７０％以上に達することを明らかにした。
【００１０】
上述の装置をより簡単に製造するため、およびその製造コストを低下させるために、振幅格子は、フォトダイオード上に配置された金属格子であっても良い。金属堆積による集積化の技術は、マイクロエレクトロニクスの分野における当業者にとって周知である。
【００１１】
更にこの実施例において、上述の装置は、前記フォトダイオード内に電位差を生成するために、下部および上部金属コンタクトを、この下部および上部金属コンタクト間に接続されることが多い電位発生器と共に含んでいる。振幅格子は、上記コンタクトと電気的に接触している。従って、振幅格子が金属であり、かつそれが上部電気コンタクトと接触しているために、キャリアの拡散長は減少し、その結果、装置中に生成される光電流の大きさを向上させることが可能となる。
【００１２】
更に、上述の装置の製造を容易にしかつその製造コストを低下させるために、フォトダイオードはｐ−ｎ型フォトダイオードであっても良い。
【００１３】
可視および近赤外領域における波長に対してビームの検出を可能とするために、上記フォトダイオードはシリコンフォトダイオードであっても良い。
【００１４】
赤外波長に対してビームの検出を可能とするために、前記フォトダイオードはＩＩＩ−Ｖ族フォトダイオードであっても良い。
【００１５】
上記の両方の場合において、上述の装置は、振幅格子に入射するビームの波長の関数として位相差を測定するために適している、と言う利点がある。
【００１６】
フォトダイオードによって正しい光検出を行うため、および、上述の装置中への入射波長に対する適合を可能とするために、前記フォトダイオードは活性領域を有し、前記２個のビームは同じ波長を有し、前記活性領域は前記フォトダイオード内に位置し、その結果、前記波長におけるフォトンの光電変換が前記活性領域で発生するようにする。
【００１７】
実際のところ、このようなフォトダイオードにおいて、光電変換が活性領域で起こった場合に、その検出が大きく改善される。従って、フォトダイオードは、この条件に合致するように、検出すべき波長の関数として選択することができる。
【００１８】
本発明は更に、２個の光ビーム間の位相差を検出するための装置に関係する製造方法に関し、この方法は、フォトダイオードを提供し、前記フォトダイオード上に振幅格子を堆積しまたは切削する、各ステップを含んでいる。
【００１９】
この方法は、ＣＭＯＳ集積化技術と共に提供されるという利点を有し、従って、この技術の成熟度および広い普及を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る装置の詳細を示す図である。
【図３】本発明に係る振幅格子の底面図を示す図である。
【図４】振幅格子の開口部比とピッチの関数として検出された、コントラストの展開を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施例を、添付図面を参照して以下に説明する。
【００２２】
図１に、本発明に係る装置１０を概略的に示し、この装置はフォトダイオード１と振幅格子２を含んでいる。振幅格子２はフォトダイオード１に集積化されている。この格子２はこのようなフォトダイオード１中に切削されあるいは堆積される。振幅格子２のフォトダイオード１への集積化は、ＣＭＯＳ型の集積化技術によって実施することが可能であり、それによって、装置１０はモノリシック装置を形成する。装置１０は、ビーム８Ａおよび８Ｂ間の位相差を検出することが可能な集積化されたマイクロ干渉計を実現するために使用される。ビーム８Ａおよび８Ｂは一定の波長を有している。
【００２３】
Ａｒｇｕｅｌ等によって２００５年１２月にＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌにおいて発表された刊行物、“Ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”に記載されているように、フォトダイオード１はＣＭＯＳタイプの技術を使用する方法によって製造される。
【００２４】
金属ネットワークは、例えば、ＰＭＭＡ樹脂層に電子的にパターンを書き込むことによる、リソグラフィ技術を使用して製造される。金属格子を実現するために堆積された金属層は、位相差を決定することを希望するビームの波長に対して、その層が不透明となる厚さを有している。
【００２５】
以下に、図２を参照して、本発明に係る装置を詳細に説明する。
【００２６】
図２に本発明に係る装置２０を示す。この装置は、下部金属層６、ｐ−ｎ接合７、上部金属部３、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層４を含む、シリコンのフォトダイオード５を含んでいる。電位生成器９を上部金属コンタクト３と下部金属層６間に接続し、フォトダイオード５を分極させるようにしても良い。フォトダイオード５に向かって放射された光信号は、フォトダイオードとして周知な方法で、金属コンタクト３および６間に光電流を生成し、この光電流は、電位生成器９によって生成された電位差によってもたらされるフォトダイオードの分極方向に伝送される。この光電流を測定することによって、光信号についての情報を得ることが可能となる。装置２０は更に振幅格子２を含んでいる。上述したように、フォトダイオード５は、Ａｒｇｕｅｌ等によって２００５年１２月にＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌにおいて発表された刊行物、“Ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”に記載されている方法を使用して、製造することが可能である。
【００２７】
装置２０は、ビーム８Ａと８Ｂ間の位相差を検出することが可能な、集積化マイクロ干渉計を実現するために使用される。ビーム８Ａおよび８Ｂは、入射角Θ＝３０°に近い約６５０ｎｍの赤色光の波長を有している。操作条件は、Ｌｉｔｔｒｏｗのワンオーダーに適合し、その結果、ネットワークのピッチの値は０．６マイクロメータのオーダーとなる。フォトダイオード５はシリコンフォトダイオードであり、活性領域を画定するｐ−ｎ接合７を含んでいる。活性領域の位置は、光電変換が活性領域で起こるように選択される。
【００２８】
金属格子２は、陰極スパッタによって得られる、約５０ｎｍの厚さのアルミニウム層を有している。金属格子２は、約０．６５の開口部比を有し、フォトダイオードの活性表面の約９５％をカバーする。この格子２は、リフトオフタイプの既知の技術を使用して製造される。図３は、本発明に係る金属の振幅格子２の底面図を示している。この格子２は、ピッチｐ、金属幅ｄおよび開口部比ｄ／ｐを有する一次元金属格子である。
【００２９】
上述の装置の位相差の検出は、Ａｒｇｕｅｌ等によって２００５年１２月にＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌにおいて発表された上述の刊行物、“Ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”に記載されたようなテストアッセンブリによって、テストすることができる。このようなテストアッセンブリは、運動光学センサの動作をシミュレートすることを可能とする。
【００３０】
出願人によって実施されたテスト期間中に集められた電気信号は、概略のコントラストが６６．２％に等しいことを示している。このコントラストは、フォトダイオード５全体をカバーする振幅格子に対して、約７５％であると推定される。
【００３１】
振幅格子の特性の最適化に対して、９０％以上のコントラストを得ることが更に可能である。
【００３２】
本発明の装置によって得られるコントラストが、マイクロメートルで示される格子のピッチと開口部比との関数として、図４に示されている。パーセンテージでのコントラストが図４に示されている。
【００３３】
更に、振幅格子２が金属の格子である場合、この格子は上部金属部３に接続されることが可能である。この実施形態では、金属の振幅格子２は更に、電気コンタクトの機能を有し、この機能によって、フォトダイオードを流れる光電流の測定を改善することが可能である。
【００３４】
本発明の他の実施形態によれば、振幅格子２は、孔が周期的な構造を有する金属の二次元格子である。その結果、２個の入射ビーム間の位相差のみならず、その偏光にもアクセスすることが可能となる。
【図１】
0005497444.tif 000002
【図２】
0005497444.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005497444.tif 000005