專利名稱：具有像素化圖案的光學(xué)調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例涉及一種光學(xué)調(diào)制器，更具體地講，涉及一種具有像素化(pixelization)圖案的光學(xué)調(diào)制器，以得到具有高分辨率的圖像調(diào)制。
背景技術(shù)：
光_電_光(0-E-0)調(diào)制器接收光學(xué)信息(圖像)以將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電信息、調(diào)制電信息、并輸出光學(xué)信息(圖像)，光_電_光(0-E-0)調(diào)制器可以具有以高速執(zhí)行調(diào)制、轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)、并放大光的功能，因此，光_電-光(0-E-0)調(diào)制器已經(jīng)被用作三維(3D)相機(jī)、激光雷達(dá)(LADAR)、紅外(IR)成像中的核心組件。通過這樣的機(jī)制來操作O-E-0調(diào)制器，即，接收具有大約800nm至1700nm的波長(zhǎng)
(即，紅外線(IR)波段)的圖像，利用光電效應(yīng)產(chǎn)生電流，將電流放大或調(diào)制到期望的波形
(諸如正弦波形、斜坡波形或方波形)，將電流提供到諸如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光器件，以
與接收的圖像成比例地輸出具有大約450nm至650nm(即，可見光線波段)的波長(zhǎng)的圖像，
對(duì)于成像器件(諸如電荷耦合器件(CCD))，這樣的可見光波段段具有高敏感性。 使用電子放大中的多通道板(MCP)的圖像增強(qiáng)器是采用O-E-0調(diào)制器的代表器
件。然而，通過在玻璃中按與像素的數(shù)量相同的數(shù)量形成直徑為幾P m的孔來制造MCP，MCP
包括用于電子放大的真空封裝件。因此，制造成本增加且MCP的體積過大。 因此，近來已經(jīng)開發(fā)了小且大規(guī)模生產(chǎn)的半導(dǎo)體類O-E-0調(diào)制器，已經(jīng)主要在
GaAs基底上實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體類O-E-0調(diào)制器。

發(fā)明內(nèi)容
—個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例包括一種具有像素化圖案的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器，所述半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器可以通過防止會(huì)在半導(dǎo)體基底上實(shí)現(xiàn)光-電-光(O-E-0)光學(xué)調(diào)制器時(shí)產(chǎn)生的分辨率的劣化，來得到高分辨率的圖像調(diào)制。 將在下面的描述中部分地闡述其他方面，并且部分通過描述而顯而易見，或者可以通過實(shí)施當(dāng)前的示例性實(shí)施例而獲知。 為了實(shí)現(xiàn)上面和/或其他方面， 一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例可以包括一種光學(xué)調(diào)制器，該光學(xué)調(diào)制器包括光-電(0-E)轉(zhuǎn)換元件，利用光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；電-光(E-0)轉(zhuǎn)換元件，使用從O-E轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)來發(fā)光；溝槽，形成為從光學(xué)調(diào)制器的至少一個(gè)表面處開始到達(dá)光學(xué)調(diào)制器中的預(yù)定深度，從而在電信號(hào)從O-E轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)紼-0轉(zhuǎn)換元件時(shí)阻擋或降低像素之間的電干擾。 溝槽可以形成為從O-E轉(zhuǎn)換元件開始朝向E-O轉(zhuǎn)換元件在光學(xué)調(diào)制器中達(dá)預(yù)定的深度。溝槽可以形成為從E-0轉(zhuǎn)換元件開始朝向0-E轉(zhuǎn)換元件在光學(xué)調(diào)制器中達(dá)預(yù)定深度。溝槽可以形成為從0-E轉(zhuǎn)換元件開始朝向E-0轉(zhuǎn)換元件達(dá)光學(xué)調(diào)制器的預(yù)定深度，并形成為從E-0轉(zhuǎn)換元件開始朝向0-E轉(zhuǎn)換元件達(dá)光學(xué)調(diào)制器的預(yù)定深度，從而形成在光學(xué)調(diào)制器的兩側(cè)上。
4
溝槽可以形成為從0-E轉(zhuǎn)換元件到E-0轉(zhuǎn)換元件完全穿過光學(xué)調(diào)制器。 溝槽可以形成為具有楔形形狀或階梯形狀，從而溝槽的剖面寬度可以根據(jù)光學(xué)調(diào)
制器中的深度而改變。 多個(gè)溝槽可以形成為分離的溝槽圖案、十字形狀的溝槽圖案、分支形狀的溝槽圖案，在分離的溝槽圖案中，溝槽在像素周圍分離，從而一個(gè)像素在四個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，在十字形狀的溝槽圖案中，一個(gè)像素在兩個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，且相鄰的四個(gè)像素在一個(gè)連接點(diǎn)處彼此連接，在分支形狀的溝槽圖案中，一個(gè)像素在兩個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，且一個(gè)連接點(diǎn)位于限定像素的外周的中心部分處或者在所述外周的角落處。
所述光學(xué)調(diào)制器還可以包括在0-E轉(zhuǎn)換元件和E-0轉(zhuǎn)換元件之間的傳輸元件，傳輸元件將來自0-E轉(zhuǎn)換元件的電流信號(hào)傳輸?shù)紼-0轉(zhuǎn)換元件。
傳輸元件可以包括半導(dǎo)體基底。 溝槽可以形成為從光學(xué)調(diào)制器的表面開始達(dá)傳輸元件的預(yù)定深度。 第一透明電極可以形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像入射表面上，第二透明電極可以
形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像輸出表面上，內(nèi)部電極可以形成在0-E轉(zhuǎn)換元件和E-O轉(zhuǎn)換
元件之間。 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制器，可以防止由光學(xué)調(diào)制器的像素之間的電干擾導(dǎo)致的分辨率劣化，以改善圖像分辨率，同時(shí)，光學(xué)調(diào)制器中的剛性的損失可以減少，并可以保持電布線的簡(jiǎn)易性。 根據(jù)示例性實(shí)施例， 一種光學(xué)調(diào)制器包括光_電(0-E)轉(zhuǎn)換元件，通過光電效應(yīng)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為信號(hào)；電-光(E-0)轉(zhuǎn)換元件，使用來自光-電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)來發(fā)光；溝槽，具有從光學(xué)調(diào)制器的至少一個(gè)表面開始的預(yù)定的深度，以在信號(hào)從光_電轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)诫奯光轉(zhuǎn)換元件時(shí)阻擋或降低像素之間的電干擾。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，這些和/或其他方面將變得明顯并更易于理解，附圖中 圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的示圖； 圖2示出當(dāng)將順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案輸入到圖1中示出的具有溝
槽圖案的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器時(shí)電子的傳輸過程和輸出圖像； 圖3是示出作為對(duì)比示例的不具有溝槽圖案的光學(xué)調(diào)制器的示圖； 圖4示出當(dāng)將順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案輸入到圖3中示出的光學(xué)調(diào)
制器時(shí)電子的傳輸過程和輸出圖像； 圖5至圖8是示出根據(jù)其他示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的示意 圖9是示出包括5乘5像素的最簡(jiǎn)單的形式的溝槽圖案的平面 圖10至圖13示出保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并改善像素中的電極布線問題的溝槽圖案的各種示例； 圖14A和圖14B示出在不包括溝槽圖案的光學(xué)調(diào)制器中的GaAs基底中傳輸電子的模擬結(jié)果； 圖15A和圖15B示出當(dāng)溝槽圖案位于傳輸元件(例如，半導(dǎo)體基底的下端部)中
5時(shí)電子的流動(dòng)； 圖16A和圖16B示出當(dāng)圖8中示出的階梯式溝槽圖案位于傳輸元件(例如，半導(dǎo)體基底)的下端部上且光學(xué)阻擋件位于成像表面的上部上時(shí)電子的流動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)說明示例性實(shí)施例，在附圖中示出了示例性實(shí)施例的示例，其中相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。就此，本示例性實(shí)施例可以具有不同的形式，且不應(yīng)該被解釋為限于這里闡述的描述。因此，僅在下面通過參照附圖來描述示例性實(shí)施例，以說明本描述的各方面。
圖1示意性示出根據(jù)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器。 參照?qǐng)Dl，半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器是這樣的裝置，即，調(diào)制入射的紅外線(IR)圖像并傳輸經(jīng)調(diào)制的圖像，半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器包括光_電(0-E)轉(zhuǎn)換元件20，利用光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電流；電-光(E-O)轉(zhuǎn)換元件30，利用從0-E轉(zhuǎn)換元件20傳輸?shù)碾娏鱽戆l(fā)光；圖案化的溝槽50，形成為阻擋或降低像素之間的電干擾。第一透明電極41可以設(shè)置在半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像入射表面21上，第二透明電極45可以設(shè)置在半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像輸出表面31上，內(nèi)部電極43可以設(shè)置在0-E轉(zhuǎn)換元件20和E-0轉(zhuǎn)換元件30之間。半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器還可以包括在0-E轉(zhuǎn)換元件20和E-0轉(zhuǎn)換元件30之間的電_電(E-E)傳輸元件70，從而將0-E轉(zhuǎn)換元件20的電信號(hào)傳輸?shù)紼-0轉(zhuǎn)換元件30。 0-E轉(zhuǎn)換元件20利用光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電流，同時(shí)，0-E轉(zhuǎn)換元件20可以將電流放大或調(diào)制為具有正弦波形、斜坡波形或方波形的期望的函數(shù)。O-E轉(zhuǎn)換元件20是用于吸收光的光接收器件，例如，O-E轉(zhuǎn)換元件20可以通過利用例如p型、n型或本征III-V化合物半導(dǎo)體(包含Al、 Ga、 In、 As、 P或N的化合物)以及Si或Ge的組合進(jìn)行堆疊而形成。 E-O轉(zhuǎn)換元件30是利用傳輸?shù)碾娏鞫l(fā)光的器件，E-0轉(zhuǎn)換元件30可以通過將熒光材料結(jié)合到由P型、n型或本征III-V化合物半導(dǎo)體(包含Al、Ga、 In、As、P或N的化合物)形成的發(fā)光器件而形成。 用于傳輸電流信號(hào)的器件(下文中，稱為傳輸元件)可以通過利用p型、n型或本征III-V化合物半導(dǎo)體(包含Al、 Ga、 In、 As、 P或N的化合物)以及Si或Ge的組合進(jìn)行堆疊而形成。另外，E-E傳輸元件70可以是半導(dǎo)體基底，諸如GaAs基底。
例如，根據(jù)本示例性實(shí)施例，在半導(dǎo)體工藝中，可以將光電二極管和發(fā)光二極管形成在單個(gè)GaAs基底的兩個(gè)表面上，以制造半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器。在這樣的情況下，光電二極管可以被用作O-E轉(zhuǎn)換元件20，GaAs基底可以被用作傳輸元件70，發(fā)光二極管可以被用作E-0轉(zhuǎn)換元件30。作為另一示例，傳輸元件70可以通過堆疊半導(dǎo)體層來形成，在這樣的情況下，可以利用半導(dǎo)體工藝將E-0轉(zhuǎn)換元件30、傳輸元件70、 O-E轉(zhuǎn)換元件20形成在透明基底上。 在圖1中示出的本示例性實(shí)施例和其他的示例性實(shí)施例中，E-E傳輸元件70設(shè)置在O-E轉(zhuǎn)換元件20和E-0轉(zhuǎn)換元件30之間，然而， 一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例不限于此。即，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器可以具有不包括E-E傳輸元件70的
6結(jié)構(gòu)。 輸入的光學(xué)圖像穿過0-E轉(zhuǎn)換元件20的上表面上的第一透明電極41并到達(dá)0_E 轉(zhuǎn)換元件20。將與經(jīng)調(diào)制的信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓Vm。d施加到0-E轉(zhuǎn)換元件20，因此，在0-E轉(zhuǎn)換 元件20中與施加的電壓和輸入的光學(xué)圖像成比例地產(chǎn)生電子_空穴對(duì)。可以通過第一透 明電極41和內(nèi)部電極43施加調(diào)制信號(hào)的電壓Vm。d。產(chǎn)生的電子具有與輸入的光學(xué)圖像成 比例的電子圖像。電子圖像因施加到0-E轉(zhuǎn)換元件20的上表面的第一透明電極41和E-0 轉(zhuǎn)換元件30的下表面下方的第二透明電極45的偏置電壓Vt。p和Vb。tt。m所產(chǎn)生的電場(chǎng)而向 E-0轉(zhuǎn)換元件30移動(dòng)。電子圖像穿過由例如半導(dǎo)體基底(諸如GaAs基底)形成的E_E傳 輸元件70并到達(dá)E-0轉(zhuǎn)換元件30，以產(chǎn)生光。 因此，從半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下表面輸出與入射在半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的上 表面上的輸入的光學(xué)圖像成比例的光學(xué)圖像。在輸出的光學(xué)圖像穿過中繼透鏡組(relay lens set)的同時(shí)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)輸出的光學(xué)圖像的放大率，然后，將輸出的光學(xué)圖像會(huì)聚在諸 如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像傳感器上，從而捕獲輸出的 光學(xué)圖像。 另一方面，在根據(jù)本示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器中，形成溝槽50以阻擋 或降低像素之間的電干擾。除了溝槽50之外，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光 學(xué)調(diào)制器可以通過使用形成在半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的上表面和下表面上的透明的圖案化 的電極而具有高分辨率的光學(xué)調(diào)制性能。 當(dāng)電子圖像穿過半導(dǎo)體基底(即，E-E傳輸元件70)時(shí)，電子圖像會(huì)沿期望的傳輸 方向的橫向方向(即，垂直方向)擴(kuò)散。因?yàn)殡娮拥臐舛纫蛳袼氐牧炼戎g的差異而沿橫 向方向不均勻，所以會(huì)出現(xiàn)沿橫向方向的電子圖像的擴(kuò)散。因此，當(dāng)將入射到半導(dǎo)體類光學(xué) 調(diào)制器的上表面的圖像作為輸出圖像傳輸?shù)桨雽?dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下表面時(shí)，圖像會(huì)模糊 (blur)。圖像的模糊會(huì)使正在傳輸?shù)膱D像的分辨率劣化，因此，整個(gè)圖像系統(tǒng)的分辨率會(huì)劣 化。 因此，通過作為屏障件來阻擋電子圖像的不期望的橫向擴(kuò)散，溝槽50去除或降低 了像素之間的電干擾，從而減少圖像模糊現(xiàn)象。 圖2示出當(dāng)順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案入射在圖1中示出的具有圖案 化的溝槽50(其標(biāo)號(hào)在圖2中未示出)的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器上時(shí)傳輸電子的過程和輸出 圖像。圖3示出作為對(duì)比示例的不具有圖案化溝槽的光學(xué)調(diào)制器，圖4示出當(dāng)順序排列有 暗像素和亮像素的圖像圖案入射在如圖3中示出的不具有溝槽的光學(xué)調(diào)制器上時(shí)傳輸電 子的過程和輸出圖像。 參照?qǐng)D3和圖4，當(dāng)順序布置有暗像素和亮像素的圖像圖案入射在不包括溝槽的 光學(xué)調(diào)制器上時(shí)，因偏置電壓Vt。p和Vb。tt。m而產(chǎn)生的電場(chǎng)所導(dǎo)致的沿垂直方向的電子傳輸會(huì) 伴隨有沿橫向方向的電子擴(kuò)散，這是因?yàn)橛上袼刂g的亮度差異而產(chǎn)生的電子的濃度沿橫 向方向不均勻。 沿橫向方向的電子擴(kuò)散會(huì)使輸出圖像中像素之間的對(duì)比度劣化，因此，當(dāng)將入射 在光學(xué)調(diào)制器的上表面上的圖像作為輸出圖像傳輸?shù)焦鈱W(xué)調(diào)制器的下表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖像 模糊現(xiàn)象。當(dāng)因像素之間的電子的串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像模糊嚴(yán)重到不能將像素與相鄰的像素 區(qū)分開時(shí)，穿過的圖像的分辨率會(huì)劣化，因此，整個(gè)圖像系統(tǒng)的分辨率會(huì)劣化。
另一方面，參照?qǐng)D2，當(dāng)順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案入射在包括可以阻
擋或降低沿橫向方向的電子擴(kuò)散的溝槽50的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器上時(shí)，可以物理地阻擋
因像素之間的圖像在橫向方向上的亮度差異引起的電子濃度的不均勻所導(dǎo)致的沿橫向方
向的電子擴(kuò)散，電子可以沿垂直方向從像素傳輸?shù)较袼?。因此，輸出圖像表現(xiàn)與輸入圖像相
同的順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案?？梢园窗雽?dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下表面上的像
素的由溝槽50限定的數(shù)量來確定半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器中的圖像的分辨率。 參照?qǐng)D1，溝槽50可以通過利用諸如深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)的半導(dǎo)體蝕刻工藝來
形成。溝槽的深度和寬度之間的比率(長(zhǎng)徑比(slenderness ratio))可以設(shè)置為20 : 1
或更大。 圖1中示出的溝槽50可以通過從半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下表面開始順序蝕刻第 二透明電極45、 E-0轉(zhuǎn)換元件30、 E-E傳輸元件70來形成。在形成了溝槽50之后，可以將 氣體或諸如Si02的電絕緣體填充在溝槽50中。 如上所述，當(dāng)順序排列有暗像素和亮像素的圖像圖案輸入到具有溝槽50的半導(dǎo) 體類光學(xué)調(diào)制器時(shí)，作為電絕緣體的溝槽50物理地阻擋沿橫向方向產(chǎn)生的電子的擴(kuò)散，因 此，電子沿垂直方向從像素傳輸?shù)较袼?。因此，輸出圖像表現(xiàn)與輸入圖像相同的順序排列有 暗像素和亮像素的圖像圖案。此時(shí)，按半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下表面上的由溝槽50限定的 像素的數(shù)量來確定半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的分辨率。 下文中，將對(duì)于形成溝槽方面描述根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué) 調(diào)制器的各種修改。 在根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器中，溝槽50可以形成為 從E-0轉(zhuǎn)換元件30開始到E-E傳輸元件70(即，半導(dǎo)體基底)中達(dá)預(yù)定深度，如圖1中所 示。即，溝槽50可以形成為通過第二透明電極45、 E-O轉(zhuǎn)換元件30、并到E-E傳輸元件70 中達(dá)預(yù)定的深度。在下文中，深度可以為垂直向下的方向或可以為垂直向上的方向。當(dāng)假 設(shè)光入射表面(即，光學(xué)圖像入射表面21)為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的上部，并假設(shè)光輸出表 面(即，光學(xué)圖像輸出表面31)為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下部時(shí)，圖l中示出的半導(dǎo)體類光 學(xué)調(diào)制器具有下溝槽。 溝槽50可以形成為從O-E轉(zhuǎn)換元件20開始到E_E傳輸元件70 (即，半導(dǎo)體基底) 中達(dá)預(yù)定深度，如圖5中所示。即，溝槽50可以形成為穿過第一透明電極41、0-E轉(zhuǎn)換元件 20、并到E-E傳輸元件70中達(dá)預(yù)定的深度。當(dāng)光入射表面為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的上部且 光輸出表面為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下部時(shí)，圖5的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器具有上溝槽。
如圖6中所示，在根據(jù)另一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器中，溝槽50可以 形成為從O-E轉(zhuǎn)換元件20開始到E-E傳輸元件70 (例如，半導(dǎo)體基底)中達(dá)預(yù)定深度，并 可以形成為從E-0轉(zhuǎn)換元件30開始到E-E傳輸元件70 (例如，半導(dǎo)體基底)中達(dá)預(yù)定深 度，因此，溝槽50分別形成在半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的兩側(cè)上。S卩，溝槽50可以為形成為通 過第一透明電極41、0-E轉(zhuǎn)換元件20，并到E-E傳輸元件70中達(dá)預(yù)定深度的第一溝槽和形 成為通過第二透明電極45、E-0轉(zhuǎn)換元件30，并到E-E傳輸元件70中達(dá)預(yù)定深度的第二溝 槽。當(dāng)光入射表面為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的上部且光輸出表面為半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的下 部時(shí)，圖6中示出的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器具有上、下溝槽50。 根據(jù)另一示例性實(shí)施例，溝槽50可以形成為完全穿過半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器，如圖7中所示。當(dāng)溝槽50形成為完全穿過半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器時(shí)，形成的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器 具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如將在下面所描述的。 另一方面，在圖1、圖5至圖7中，溝槽50的剖面具有恒定的寬度，然而，溝槽50的 剖面可以形成為具有根據(jù)沿半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器的深度方向的位置而變化的寬度。
圖8示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制器，溝槽100的剖面在光學(xué)調(diào)制器的 深處窄，在光學(xué)調(diào)制器的與外部(即，光入射表面或光出射表面)相鄰的淺處寬。在圖8中， 溝槽100的寬度按階梯形狀改變。如上所述，當(dāng)溝槽100形成為在光學(xué)調(diào)制器的淺處具有 寬的寬度且在光學(xué)調(diào)制器的深處具有窄的寬度時(shí)，蝕刻可以執(zhí)行到達(dá)比具有恒定寬度的溝 槽50的位置深的位置。另一方面，除了以階梯形狀形成溝槽100之外，可以連續(xù)地改變溝 槽100的剖面寬度，從而溝槽100具有楔形形狀，即，溝槽100可以在光學(xué)調(diào)制器的淺處具 有大的剖面寬度且在光學(xué)調(diào)制器的深處具有小的剖面寬度，反之亦然。這里，具有變化的剖 面寬度的溝槽100可以應(yīng)用于圖1、圖5至圖7中示出的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器。
另一方面，如圖8中所示，光絕緣體，S卩，光學(xué)阻擋件(optical lid)110，可以形成 在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像入射表面上，以執(zhí)行光學(xué)像素化，因此改善光學(xué)調(diào)制器的分辨率。 當(dāng)執(zhí)行光學(xué)像素化的光學(xué)阻擋件110形成在光學(xué)圖像入射表面上時(shí)，入射到由溝槽100限 定的像素的電圖像與像素一一對(duì)應(yīng)，因此，像素之間的電干擾可以被最小化。光學(xué)阻擋件 110可以應(yīng)用于圖1、圖5至圖7中示出的半導(dǎo)體類光學(xué)調(diào)制器。 當(dāng)形成溝槽50或100時(shí)，除了溝槽50或100的防止在E_E傳輸元件70 ( S卩，半導(dǎo) 體基底)中沿橫向方向的電子擴(kuò)散的基本性能之外，還將滿足的條件為光學(xué)調(diào)制器在結(jié) 構(gòu)上足夠強(qiáng)以不至于在處理和使用期間被損壞；光學(xué)調(diào)制器具有可以充分地將電壓施加到 與溝槽50或100 —起蝕刻的第一透明電極41或第二透明電極45的電極結(jié)構(gòu)。
下文中，將描述滿足所述條件的各種溝槽圖案。 圖9是示出作為示例的格子形狀的溝槽圖案200和5乘5像素的平面圖。當(dāng)溝槽 圖案200按圖9中示出的簡(jiǎn)單的格子形狀形成時(shí)，像素在結(jié)構(gòu)上完全被溝槽圖案200彼此 分開，因此，當(dāng)光學(xué)調(diào)制器因外力而彎曲時(shí)，光學(xué)調(diào)制器具有易損耗的結(jié)構(gòu)。另外，像素的每 個(gè)電極250獨(dú)立地電連接。 圖10至圖13是示出可以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并在像素的電極250中具有改善的布線 的各種溝槽圖案200的平面圖。 參照?qǐng)D10，溝槽圖案200可以這樣形成，即，限定像素的溝槽分離地形成在像素周 圍，以防止因電子擴(kuò)散導(dǎo)致的像素之間的串?dāng)_。另外，像素在結(jié)構(gòu)上彼此連接，因此，在蝕刻 半導(dǎo)體基底以形成溝槽之后，可以保持半導(dǎo)體基底的強(qiáng)度。當(dāng)如圖8中所示溝槽完全穿過 光學(xué)調(diào)制器時(shí)，像素可以在結(jié)構(gòu)上連接，如圖10中所示。當(dāng)形成溝槽圖案200時(shí)，還蝕刻透 明電極250。此時(shí)，當(dāng)單電極或彼此電連接的一些分開的電極組形成在像素之間時(shí)，可以容 易地通過一個(gè)或少數(shù)的互連件將偏置電壓施加到全部像素。 另一方面，為了防止由像素之間的電子擴(kuò)散產(chǎn)生的串?dāng)_，像素之間的連接被最少 化。為此，可以修改溝槽圖案200，如圖11至圖13中所示，以將像素之間的連接減少為少于 圖10中示出的溝槽圖案中的連接。 g卩，圖10中示出的溝槽圖案200為分離形式，一個(gè)像素在四個(gè)點(diǎn)處連接到相鄰的 像素，相鄰的四個(gè)像素在一個(gè)連接點(diǎn)處彼此連接。圖ll示出了具有十字(cross)形狀式的溝槽圖案200，其中，一個(gè)像素在兩個(gè)點(diǎn)處連接到相鄰的像素，相鄰的四個(gè)像素在一個(gè)連接 點(diǎn)處彼此連接。圖12示出具有分支形狀(branch-sh即ed)式的溝槽圖案200，其中， 一個(gè)像 素在兩個(gè)點(diǎn)處連接到相鄰的像素，一個(gè)連接點(diǎn)位于相鄰的兩個(gè)像素之間的中心位置處。圖 13示出了具有分支形狀(即，修改的分支形狀)式的溝槽結(jié)構(gòu)200，其中，一個(gè)像素在兩個(gè) 點(diǎn)處連接到相鄰的像素， 一個(gè)連接點(diǎn)位于相鄰的兩個(gè)像素的角落處。 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例，圖9至圖13中示出的各種溝槽圖案200可以用作 光學(xué)調(diào)制器的圖案化的溝槽50或100。 圖14A和圖14B、圖15A和圖15B示出用于確認(rèn)溝槽圖案對(duì)光學(xué)調(diào)制器的分辨率的 改善的影響的模擬結(jié)果。圖14A和圖14B示出在不包括溝槽圖案的光學(xué)調(diào)制器的GaAs基底 中模擬電子傳輸?shù)慕Y(jié)果。GaAs基底為n摻雜，以傳輸電子。將順序排列有亮像素和暗像素 的輸入光學(xué)圖像施加到光學(xué)調(diào)制器上部上的光學(xué)圖像入射表面21，將電壓施加到分別安裝 在光學(xué)調(diào)制器的上表面和下表面上的第一透明電極41和第二透明電極45，以產(chǎn)生電場(chǎng)，然 后，觀察電子圖像的流動(dòng)。施加到光學(xué)圖像入射表面21的輸入光學(xué)圖像中的像素之間的對(duì) 比度為max/min二①，SP，理想值，定義分辨率的因子(即，MTF二 (max-min)/(max+min))為 l，艮卩，最大值。當(dāng)沒有形成溝槽圖案時(shí)，電子沿橫向方向擴(kuò)散，如圖14A中所示。因此，輸出 圖像中像素之間的對(duì)比度劣化，如圖14B中所示。像素之間的對(duì)比度為max/min = 1.511， MTF為大約0. 202，因此，分辨率嚴(yán)重劣化。 圖15A和圖15B示出當(dāng)溝槽圖案形成在半導(dǎo)體基底的下部上時(shí)模擬電子的流動(dòng)的 結(jié)果。當(dāng)將與圖14中的輸入圖像相同的輸入圖像施加到光學(xué)調(diào)制器時(shí)，溝槽防止了電子沿 橫向方向的擴(kuò)散，產(chǎn)生的電子集中在半導(dǎo)體基底的下部的亮像素上，如圖15A中所示。因 此，輸出圖像中的像素之間的對(duì)比度增強(qiáng)，如圖15B中所示。像素之間的對(duì)比度為max/min =22. 727， MTF為大約0. 915。 圖16A和圖16B示出光學(xué)調(diào)制器中的電子的流動(dòng)，在光學(xué)調(diào)制器中，圖8中示出的
具有階梯形狀的溝槽的溝槽圖案形成在半導(dǎo)體基底的下部上，光學(xué)阻擋件形成在光學(xué)圖像 入射表面上。將與圖14A和圖15A的輸入圖像相同的輸入圖像施加到光學(xué)調(diào)制器。如圖 16A中所示，溝槽防止了電子沿橫向方向的擴(kuò)散，與圖15的光學(xué)調(diào)制器相比更有效地防止 了像素之間的電干擾。因此，產(chǎn)生的電子可以集中在光學(xué)調(diào)制器的下部上的亮像素上。另 外，如圖16B中所示，像素之間的對(duì)比度可以改善，像素之間的對(duì)比度為max/min = 12500， MTF為大約0. 999，這意味著光學(xué)調(diào)制器的分辨率可以最大化。 按圖13中示出的修改的分支形狀的溝槽圖案、圖12中示出的分支形狀的溝槽圖 案、圖11中示出的十字形狀的溝槽圖案、圖10中示出的分離的溝槽圖案的順序，防止串?dāng)_ 方面的性能的優(yōu)良程度降低，且圖13中示出的修改的分支形狀的溝槽圖案顯示了在防止 像素之間的串?dāng)_方面的最高性能。另一方面，按與上面的順序相反的順序，圖10中示出的 分離的溝槽圖案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最高。因此，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例，可以在考慮到光學(xué) 調(diào)制器的設(shè)計(jì)特性的情況下，通過應(yīng)用光學(xué)溝槽圖案或各種類型溝槽圖案的組合來制造光 學(xué)調(diào)制器。 如上所述，當(dāng)形成溝槽圖案50或100時(shí)，可以去除或降低相鄰像素之間的電子信
號(hào)的串?dāng)_，因此，通過像素化，光學(xué)調(diào)制器的輸出圖像可以具有期望的分辨率。 因?yàn)榭梢砸愿鞣N方式來設(shè)計(jì)溝槽圖案，所以可以解決由在像素之間的電干擾導(dǎo)致
10的分辨率的劣化的問題，同時(shí)，光學(xué)調(diào)制器的剛性的損失最小化，并可以保持電布線的簡(jiǎn)易性。 在用于像素化的溝槽圖案的情況下，因?yàn)橄袼乇舜送耆珠_，所以光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)?，且在后續(xù)工藝中每個(gè)像素將被電連接到其他的像素。然而，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例，如圖10至圖13中所示，在光學(xué)調(diào)制器中，溝槽圖案形成為使得像素在至少兩點(diǎn)上連接到相鄰的像素，因此，可以防止結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，可以簡(jiǎn)化用于連接像素的電布線。 另外，當(dāng)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制器應(yīng)用于諸如三維(3D)相機(jī)、激光雷達(dá)(LADAR)或紅外線(IR)成像裝置的裝置時(shí)，分辨率可提高到像素的數(shù)目可以達(dá)到的分辨率的程度。 應(yīng)該理解的是，這里描述的示例性實(shí)施例應(yīng)該被理解為僅是描述性的而不是出于限制性的目的。每個(gè)示例性實(shí)施例的特征或方面的描述通常應(yīng)該被認(rèn)為為對(duì)于其他示例性實(shí)施例的其他類似的特征或方面來說是可用的。
權(quán)利要求
一種光學(xué)調(diào)制器，所述光學(xué)調(diào)制器包括光-電轉(zhuǎn)換元件，通過光電效應(yīng)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為信號(hào)；電-光轉(zhuǎn)換元件，使用來自光-電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)來發(fā)光；溝槽，具有從光學(xué)調(diào)制器的至少一個(gè)表面開始的預(yù)定的深度，以當(dāng)信號(hào)從光-電轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)诫?光轉(zhuǎn)換元件時(shí)阻擋或降低像素之間的電干擾。
2. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽形成為從光-電轉(zhuǎn)換元件開始朝向電_光轉(zhuǎn)換元件到光學(xué)調(diào)制器中達(dá)預(yù)定的深度。
3. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽形成為從電-光轉(zhuǎn)換元件開始朝向光_電轉(zhuǎn)換元件到光學(xué)調(diào)制器中達(dá)預(yù)定深度。
4. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，預(yù)定深度為第一預(yù)定深度，溝槽形成為從光_電轉(zhuǎn)換元件開始朝向電_光轉(zhuǎn)換元件到光學(xué)調(diào)制器中達(dá)第一預(yù)定深度，并形成為從電_光轉(zhuǎn)換元件開始朝向光_電轉(zhuǎn)換元件到光學(xué)調(diào)制器中達(dá)第二預(yù)定深度，從而形成在光學(xué)調(diào)制器的兩側(cè)上。
5. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽從光_電轉(zhuǎn)換元件到電_光轉(zhuǎn)換元件完全穿過光學(xué)調(diào)制器。
6. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽包括楔形形狀或階梯形狀，從而溝槽的剖面寬度根據(jù)光學(xué)調(diào)制器的深度而變化。
7. 如權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽為多個(gè)溝槽，所述多個(gè)溝槽為分離的溝槽圖案、十字形狀的溝槽圖案、分支形狀的溝槽圖案中的一種，在分離的溝槽圖案中，所述多個(gè)溝槽分離地設(shè)置在像素周圍，從而一個(gè)像素在四個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，在十字形狀的溝槽圖案中，一個(gè)像素在兩個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，且相鄰的四個(gè)像素在一個(gè)連接點(diǎn)處彼此連接，在分支形狀的溝槽圖案中，一個(gè)像素在兩個(gè)點(diǎn)處電連接到相鄰的像素，且一個(gè)連接點(diǎn)位于限定像素的外周的中心部分處或者在所述外周的角落處。
8. 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)調(diào)制器，所述光學(xué)調(diào)制器還包括傳輸元件，傳輸元件將電流信號(hào)從光_電轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)诫奯光轉(zhuǎn)換元件，傳輸元件設(shè)置在光_電轉(zhuǎn)換元件和電_光轉(zhuǎn)換元件之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，傳輸元件包括半導(dǎo)體基底。
10. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，所述多個(gè)溝槽中的溝槽形成為從光學(xué)調(diào)制器的表面開始到傳輸元件中達(dá)預(yù)定深度。
11. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，第一透明電極形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像入射表面上，第二透明電極形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像輸出表面上，內(nèi)部電極形成在光_電轉(zhuǎn)換元件和電_光轉(zhuǎn)換元件之間。
12. 如權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)調(diào)制器，所述光學(xué)調(diào)制器還包括傳輸元件，傳輸元件將來自光_電轉(zhuǎn)換元件的電流信號(hào)傳輸?shù)诫奯光轉(zhuǎn)換元件，傳輸元件設(shè)置在光_電轉(zhuǎn)換元件和電_光轉(zhuǎn)換元件之間。
13. 如權(quán)利要求12所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，傳輸元件包括半導(dǎo)體基底。
14. 如權(quán)利要求12所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，溝槽形成為從光學(xué)調(diào)制器的表面到傳輸元件中達(dá)預(yù)定深度。
15.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)調(diào)制器，其中，第一透明電極形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像入射表面上，第二透明電極形成在光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)圖像輸出表面上，內(nèi)部電極形成在光-電轉(zhuǎn)換元件和電-光轉(zhuǎn)換元件之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有像素化圖案的光學(xué)調(diào)制器。所述光學(xué)調(diào)制器包括光-電(O-E)轉(zhuǎn)換元件，利用光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；電-光(E-O)轉(zhuǎn)換元件，使用從O-E轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)來發(fā)光。溝槽形成為從光學(xué)調(diào)制器的至少一個(gè)表面處開始到達(dá)光學(xué)調(diào)制器中的預(yù)定深度，從而在電信號(hào)從O-E轉(zhuǎn)換元件傳輸?shù)紼-O轉(zhuǎn)換元件時(shí)阻擋或降低像素之間的電干擾。
文檔編號(hào)G02F1/00GK101770084SQ20091026597
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者樸勇和, 趙秀行, 趙龍哲 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社