空間光調制器和發光裝置的制作方法

1.本公開涉及空間光調制器和發光裝置。


背景技術：

2.在專利文獻1中，公開了一種關于半導體發光元件及其制造方法的技術。該半導體發光元件具備：半導體基板、和在半導體基板上依次分別設置的第一包層、活性層、第二包層和接觸(contact)層。并且，該半導體發光元件具備：位于第一包層與活性層之間或活性層與第二包層之間的相位調制層。相位調制層具有：基本層、和具有與該基本層的折射率不同的折射率的多個差異折射率區域。設定在相位調制層的與厚度方向垂直的面上的虛擬的正方格子由多個單位結構區域構成。差異折射率區域被分配到各單位結構區域，相位調制層構成為，該差異折射率區域的重心位置配置成從對應的單位結構區域的格子點偏離，并且具有與所期望的光學圖像對應的、繞該格子點的旋轉角度。
3.在非專利文獻1中記載有，通過mace(metal-assisted chemical etching，金屬輔助化學蝕刻)在基板表面形成多個周期性的凹部，并通過在該凹部的側壁層疊金屬層、電介質層和透明導電層，來對入射光的相位進行調制。
4.現有技術文獻
5.專利文獻
6.專利文獻1：日本特開2018-198302號公報
7.非專利文獻
8.非專利文獻1：junghyun park and soo jin kim,"subwavelength-spaced transmissive metallic slits for 360-degree phase control by using transparent conducting oxides",applied optics,vol.57,no.21,6027-6031,20july 2018
9.非專利文獻2：appl.opt.no.5,p.967-969(1966)
10.非專利文獻3：appl.opt.no.9,p.1949(1970)
11.非專利文獻4：y.kurosaka et al.,"effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure,"opt.express 20,21773-21783(2012)


技術實現要素：

12.發明所要解決的技術問題
13.發明人針對上述現有技術進行研究，發現了下述問題。即，一直以來，對通過空間相位調制來生成任意的光學圖像的技術進行研究。在某種技術中，在半導體激光元件的活性層附近設置有包括多個差異折射率區域的相位調制層。并且，在設定于相位調制層的與厚度方向垂直的面上的虛擬的正方格子，例如，多個差異折射率區域的重心配置成從虛擬的正方格子的格子點偏離，并且繞格子點的旋轉角度對每個差異折射率區域單獨設定。這樣的元件能夠與光子晶體激光元件同樣地在層疊方向上出射激光，并且能夠在空間上控制
激光的相位分布，使激光作為任意形狀的光學圖像出射。
14.不過，上述元件的相位調制層的多個差異折射率區域的配置是固定的，因此，僅能夠出射預先設計的一種光學圖像。為了使出射光學圖像動態地變化，需要動態地控制出射光的相位分布。
15.作為能夠動態地控制光的相位分布的器件(device)，存在相位調制型的空間光調制器。例如，液晶型的空間光調制器具備：沿液晶層一維狀或二維狀地配置有多個像素電極的結構。并且，入射于液晶層的光的相位調制量能夠通過對每個像素電極單獨地設定電壓，來對每個像素單獨地控制。通過將這樣的空間光調制器與面光源(例如光子晶體激光元件)組合，能夠動態地控制出射光的相位分布。
16.然而，液晶型的空間光調制器的像素的排列周期為10μm的程度，與之相對地，光子晶體激光元件的發光面整體的尺寸為各邊長200μm～500μm。因此，即使將液晶型空間光調制器與光子晶體激光元件組合，有效像素數也極少，難以得到高畫質的光學圖像。并且，動作速度受液晶的響應速度限制，因此，還存在難以高速化的問題。
17.本公開是為了解決上述問題而做出的，其目的在于提供一種空間光調制器和具備該空間光調制器的發光裝置，該空間光調制器能夠動態地控制光的相位分布并且像素的排列周期更小且適于實現高速化。
18.用于解決問題的技術手段
19.本公開的一個實施方式的空間光調制器包括面波導型的空間光調制器。該空間光調制器具備：基板和多個層疊結構?；寰哂校罕砻?、與該表面相對的背面、和分別將表面與背面連通的多個貫通孔。另外，多個貫通孔的、至少在表面上定義的各開口配置為一維狀或二維狀。特別地，多個層疊結構分別包括：第一導電層、電介質層和第二導電層。第一導電層設置在多個貫通孔中的、對應的貫通孔的內壁上。電介質層設置在第一導電層上并且具有光透過性。第二導電層設置在電介質層上并且具有光透過性。并且，第一和第二導電層中的至少一個，對每一個由多個貫通孔中的一個或一個以上的貫通孔構成的組，電氣分離。
20.發明效果
21.根據本公開，能夠提供一種空間光調制器和具備該空間光調制器的發光裝置，該空間光調制器能夠動態地控制光的相位分布并且像素的排列周期更小且適于實現高速化。
附圖說明
22.圖1是示出第一實施方式的空間光調制器1a的外觀的剖切立體圖，是將空間光調制器1a的一部分放大示出的圖。
23.圖2(a)～(i)是示出從基板10的厚度方向觀察的各貫通孔13的形狀的例子的圖。
24.圖3是沿圖1所示的iii-iii線的截面圖，是示出空間光調制器1a的側截面的圖。
25.圖4是圖3的局部放大圖。
26.圖5是對空間光調制器1a的作用進行說明的圖。
27.圖6是概念性地示出在沿某個方向排列的多個貫通孔13，對導電層21與導電層23之間的電壓的大小賦予了梯度的情況下的光l的形態的圖。
28.圖7(a)～(d)是示出制作空間光調制器1a的方法的一個例子的圖。
29.圖8(a)～(d)是示出制作空間光調制器1a的方法的一個例子的圖。
30.圖9(a)～(c)是示出制作空間光調制器1a的方法的一個例子的圖。
31.圖10(a)～(c)是示出制作空間光調制器1a的方法的一個例子的圖。
32.圖11(a)～(c)是示出在基板10形成多個貫通孔13的其他方法(mace)的圖。
33.圖12是作為第一變形例示出空間光調制器1b的俯視圖。
34.圖13是作為第二變形例示出空間光調制器1c的俯視圖。
35.圖14是作為第二變形例示出空間光調制器1d的俯視圖。
36.圖15是作為第二變形例示出空間光調制器1e的俯視圖。
37.圖16是作為第三變形例示出空間光調制器1f的俯視圖。
38.圖17是作為第四變形例示出空間光調制器1g的結構的截面圖。
39.圖18(a)和圖18(b)是示出制作空間光調制器1g的工序中形成電介質區域28的工序的圖。
40.圖19是作為第五變形例示出空間光調制器1h的結構的截面圖。
41.圖20(a)～(c)是用于說明在空間光調制器1a～1h中，用于實現相位的動態調制的基本要素和基本單元的結構的圖。
42.圖21(a)是示出第二實施方式的發光裝置2的結構的截面圖。圖21(b)是將光子晶體層65a放大示出的截面圖。
43.圖22是光子晶體層65a的俯視圖。
44.圖23是示出第二實施方式的發光裝置2的一個變形例的截面圖。
45.圖24是示出金屬電極膜66和接合部51的平面形狀的例子的圖。
46.圖25是示出從圖23所示的結構中去除了半導體基板53的情況下的結構的截面圖。
47.圖26是s-ipm激光器所具備的相位調制層65b的俯視圖。
48.圖27是示出x-y平面內的差異折射率區域的形狀的其他例子的俯視圖。
49.圖28是用于說明面發光激光元件50的輸出光束圖案成像得到的光學圖像與在相位調制層65b的旋轉角度分布之間的關系的圖。
50.圖29是用于說明從球面坐標(r,θ
rot
,θ
tilt
)向xyz正交坐標系下的坐標(ξ,η,ζ)的坐標變換的圖。
51.圖30(a)和圖30(b)是用于說明在確定各差異折射率區域65b的配置時，使用通常的離散傅立葉變換(或高速傅立葉變換)進行計算的情況下的注意要點的圖。
52.圖31是概念性地示出旋轉角度分布的一個例子的圖。
53.圖32是s-ipm激光器所具備的相位調制層65c的俯視圖。
54.圖33是示出在相位調制層65c的差異折射率區域65b的位置關系的圖。
具體實施方式
55.[本公開的實施方式的說明]
[0056]
首先，對本公開的實施方式的內容分別單獨舉例進行說明。
[0057]
(1)本公開的空間光調制器包括面波導型的空間光調制器。該空間光調制器，作為一種方式，具備基板和多個層疊結構?；寰哂校罕砻?、與該表面相對的背面、和分別將表面與背面連通的多個貫通孔。另外，多個貫通孔的、至少在表面上定義的各個開口配置為一維狀或二維狀。特別的，多個層疊結構分別包括：第一導電層、電介質層、和第二導電層。第一
導電層設置在多個貫通孔中的、對應的貫通孔的內壁上。電介質層設置在第一導電層上并且具有光透過性。第二導電層設置在電介質層上并且具有光透過性。并且，第一和第二導電層中的至少一個，對每一個由多個貫通孔中的一個或一個以上的貫通孔構成的組，電氣分離。
[0058]
當光相對于該空間光調制器從表面側或背面側對入射時，光在多個貫通孔內通過。此時，各貫通孔內的光一邊在各層疊結構的第一導電層與電介質層的界面反射一邊行進，穿過各貫通孔。當在第一導電層與第二導電層之間施加電壓時，根據蓄積在第二導電層的載流子的密度，第二導電層的折射率發生變化，另外，通過第一導電層與第二導電層之間的電場，電介質層的折射率發生變化，另外，第一導電層與電介質層的界面的反射前后的相移量發生變化。因而，從各貫通孔出射的光的相位根據第一導電層與第二導電層之間的電壓的大小而發生變化。并且，第一和第二導電層中的至少一個，對每一個由一個或一個以上的貫通孔構成的組，電氣分離。因此，能夠對每一個或兩個以上的貫通孔單獨地設定電壓。通過以上的作用，根據該空間光調制器，能夠動態地控制光的相位分布。
[0059]
另外，由于貫通孔例如能夠通過半導體的蝕刻工藝或金屬輔助化學蝕刻(mace)等形成，因此，能夠容易地使貫通孔的排列周期比液晶型的空間光調制器的像素的排列周期小。因此，根據該空間光調制器，能夠相比現有技術縮小像素的排列周期。其結果是，通過將該空間光調制器與例如光子晶體激光元件這樣的面光源組合，能夠增加有效像素數并且得到高畫質的光學圖像。另外，由于該空間光調制器不使用液晶，因此，不受到液晶的反應速度的限制，適于高速化。
[0060]
(2)作為本公開的一種方式，優選的是，在表面上定義的、多個貫通孔各自的開口形狀具有旋轉對稱性或鏡像對稱性。另外，作為本公開的一種方式，也可以是，在表面上定義的、多個貫通孔各自的開口形狀彼此一致。
[0061]
(3)作為本公開的一種方式，優選的是，在表面和背面的至少一個，多個貫通孔各自的開口重心位于正方格子或三角格子的格子點。在該情況下，在與基板的厚度方向垂直的面上，多個貫通孔有規則地排列，因此，能夠容易地設計光學圖像。
[0062]
(4)作為本公開的一種方式，也可以是，在表面上定義的、多個貫通孔各自的開口形狀為呈線狀延伸的形狀。此時，多個貫通孔也可以在與貫通孔各自的延伸方向交叉的方向上排列。
[0063]
(5)作為本公開的一種方式，也可以是，多個貫通孔各自的所述開口形狀包括直線狀或圓弧狀的形狀。
[0064]
(6)作為本公開的一種方式，優選的是，在多個貫通孔各自的開口形狀包括：在以原點為中心的極坐標中，跨小于360
°
的角度范圍延伸的圓弧狀的形狀的情況下，在表面上，多個貫通孔沿矢徑方向等間隔地排列。
[0065]
(7)作為本公開的一種方式，也可以是，該空間光調制器，在多個貫通孔各個，還具備：電介質區域，其設置在多個層疊結構中的對應的層疊結構上并且具有光透過性。在該情況下，通過貫通孔內的光的光程變長，在第一導電層與電介質層的界面反射的次數增加。因此，能夠增大各貫通孔的相位調制量?；蛘?，能夠減小為了實現規定的相位調制量所需的基板的厚度。
[0066]
(8)作為本公開的一種方式，優選的是，電介質區域在被對應的層疊結構包圍的空
間中，至少填充沿著從表面朝向背面的厚度方向定義的規定區間。在該情況下，通過貫通孔內的光的光程進一步變長，在第一導電層與電介質層的界面的光反射次數進一步增加。
[0067]
(9)作為本公開的一種方式，該空間光調制器，在多個貫通孔各個，也可以還具備：平滑層，其設置在內壁上并且具有平滑的表面，多個層疊結構中的對應的層疊結構也可以設置在平滑層的表面上。在該情況下，由于即使在貫通孔的內壁存在凹凸的情況下，第一導電層的表面也是平滑的，因此，能夠抑制光的漫反射。另外，在平滑層由絕緣性的電介質構成的情況下，第一導電層與基板能夠彼此電氣分離，因此，能夠抑制電流向基板的不必要的泄露(leak)。
[0068]
(10)作為本公開的一種方式，也可以是，平滑層包括：金屬和電介質中的至少一個。該情況下，能夠適當地實現平滑層。
[0069]
(11)作為本公開的一種方式，也可以是，第一和第二導電層中的一個，與對應于多個貫通孔中各個而設置在基板的表面上的一個或一個以上的第一電極電連接。通過例如這樣的結構，能夠對第一和第二導電層，按每一個貫通孔單獨地施加電壓。另外，作為本公開的一種方式，優選的是，第一和第二導電層中的另一個，與對多個貫通孔共通的、設置在基板的背面上的第二電極電連接。通過例如這樣的結構，能夠對第一或第二導電層容易地設定作為基準的電位。
[0070]
(12)作為本公開的一種方式，優選的是，第二電極在基板的表面或背面覆蓋多個貫通孔之間的區域。在該情況下，由于能夠抑制光通過除貫通孔以外的基板部分，因此，出射光能夠僅由通過貫通孔而進行調制的光構成。另外，通過在基板的表面和背面中的、光入射側的面設置這樣的第二電極，能夠抑制除貫通孔以外的基板部分的光吸收以及抑制基板溫度的上升。
[0071]
(13)作為本公開的一種方式，也可以是，具有上述結構的空間光調制器具備：利用施加電壓(在第一導電層與第二導電層之間施加的電壓)的強度調制來實現入射光相位的動態調制的結構。具體而言，基板由多個基本要素構成，多個基本要素分別，分配有多個貫通孔中的一個貫通孔，并且在表面上沿彼此交叉的第一方向和第二方向分別定義的最大寬度均被設定為比入射光的波長短。在該情況下，多個基本要素中的、沿第一方向和第二方向中的至少任一方向連續的3個以上的基本要素，構成為調制控制單位的基本單元。另外，在構成該基本單元的3個以上的基本要素中，第一和第二導電層中的一個與共通電極連接。此外，該共通電極包括設置在基板的背面上的第二電極。
[0072]
(14)作為本公開的一種方式，優選的是，基板主要包括半導體材料。在該情況下，能夠容易地將半導體蝕刻工藝或mace用于貫通孔的形成。因此，能夠容易地縮小貫通孔的排列周期。
[0073]
(15)作為本公開的一種方式，也可以是，半導體材料包括si、ge、gaas、inp和gan中的至少一種。在該情況下，能夠將公知的蝕刻工藝用于貫通孔的形成，貫通孔的形成變得容易。
[0074]
(16)作為本公開的一種方式，也可以是，第一導電層是金屬層。在該情況下，在第一導電層與電介質層的界面能夠充分地反射光。
[0075]
(17)作為本公開的一種方式，也可以是，第一導電層包括pt。在該情況下，能夠通過使用例如原子層沉積法(ald)，在內徑小而貫通方向長(即深寬比較大)的貫通孔內容易
地形成第一導電層。
[0076]
(18)作為本公開的一種方式，也可以是，電介質層包括氧化鋁、氧化鉿、氧化硅和氮化硅中的至少一種。在該情況下，能夠適當地實現具有光透過性的電介質層。
[0077]
(19)作為本公開的一種方式，也可以是，第二導電層包括ito、氧化鋅系導電體、氮化鈦和氧化鎘中的至少一種。在該情況下，能夠適當地實現具有光透過性的第二導電層。
[0078]
(20)本公開的發光裝置，作為其一種方式，也可以是，具備：具有上述結構的空間光調制器，和面光源，其與該空間光調制器的表面或背面光學耦合。根據該發光裝置，由于具備上述任一空間光調制器而能夠增加有效像素數，從而，能夠得到高畫質的動態的光學圖像。
[0079]
(21)作為本公開的一種方式，優選的是，面光源包括光子晶體面發光激光元件。根據例如這樣的結構，地面光源的實現變得容易。
[0080]
(22)作為本公開的一種方式，優選的是，面光源包括：面發光激光元件，其具有活性層和相位調制層，相位調制層包括：基本層、和多個差異折射率區域，其具有與該基本層的折射率不同的折射率，并且在與該相位調制層的厚度方向垂直的面內呈二維狀地分布。在這樣的結構中，多個差異折射率區域各自的重心位置，優選的是：(1)其重心，以從在相位調制層的面上設定的虛擬的正方格子的對應的格子點偏離的狀態配置，并且由連接重心和對應的格子點之間的線段與正方格子所成的角度定義的、以對應的格子點為中心的旋轉角度被單獨地設定；或者，(2)其重心，在通過對應的格子點且相對于正方格子傾斜的直線上配置，并且到對應的格子點的距離被被單獨地設定。例如為這樣的結構，也能夠實現面光源。
[0081]
以上，該“本技術發明的實施方式的說明”部分列舉的各方式能夠應用于其余的所有方式中的各個，或這些其余方式的所有組合。
[0082]
[本技術發明的實施方式的詳情]
[0083]
以下，參照附圖，對本實施方式的空間光調制器和發光裝置的具體結構進行詳細說明。此外，本發明并不限定于這些示例而是旨在包括由權利要求的范圍表示、與權利要求的范圍等同的含義和范圍內的所有變更。另外，在附圖的說明中對于相同要素標注相同標記并省略重復的說明。
[0084]
(第一實施方式)
[0085]
圖1是示出本公開的第一實施方式的空間光調制器1a的外觀的剖切立體圖，并將空間光調制器1a的一部分放大示出。該空間光調制器1a是面波導型的空間光調制器，具備基板10。
[0086]
基板10呈具有表面11和背面12的平板狀。表面11和背面12各自平坦且彼此平行?；?0的厚度(表面11與背面12的距離)例如為0.05mm以上、1.0mm以下。此外，在基板10的厚度例如為0.1mm以下的情況下，空間光調制器1a的強度變低(耐沖擊性變弱)。因此，例如，也可以通過在空間光調制器1a的表面和/或背面粘貼光透過性的其他的支撐基板，來提高該空間光調制器1a的強度。換言之，通過在空間光調制器1a的表面和/或背面粘貼光透過性的其他的支撐基板，能夠減小基板10的厚度?；?0主要包括半導體，在一個例子中僅由半導體構成。構成基板10的半導體包括例如si、ge、gaas、inp和gan中的至少一個。在一個例子中，基板10是si基板、ge基板、gaas基板、inp基板或gan基板?；?0也可以是單晶基板，也
可以是多晶基板。作為基板10的平面形狀，能夠采用圓形、正方形、長方形等各種形狀?；?0的直徑(或長邊的長度)例如為5mm以上且450mm以下。
[0087]
基板10具有多個貫通孔13。多個貫通孔13將表面11與背面12之間貫通。在基板10的與厚度方向垂直的平面(換言之，與表面11和背面12平行的平面)，多個貫通孔13配置成一維狀或二維狀。一維狀是指，多個對象沿某一方向并排排列。二維狀是指，具有某一規則性地平面狀地并排排列(例如多個對象沿正交的2個方向分別并排排列等)。本實施方式中，在表面11和背面12中的至少一個，多個貫通孔13的平面形狀的重心(在平面形狀為圓形的狀態下，是該圓形的中心)位于正方格子的格子點。
[0088]
另外，在基板10的表面11上，設置有分別分配到多個貫通孔13的的配線電極32。此外，這些配線電極32(第一電極)也可以由多個電極構成。并且，在基板10的背面12上，設置有將多個貫通孔13之間的區域覆蓋的、作為共通電極的配線電極31(第二電極)。
[0089]
圖2(a)～(i)是示出從基板10的厚度方向觀察的各貫通孔13的形狀的例子的圖。作為貫通孔13的形狀，圖2(a)示出圓形，圖2(b)示出正方形，圖2(c)示出正三角形，圖2(d)示出正五邊形，圖2(e)示出正六邊形。這些圓形或正多邊形是具有旋轉對稱性的形狀的示例。另外，圖2(f)示出橢圓形，圖2(g)示出長方形，圖2(h)示出等腰三角形，圖2(i)示出梯形。這些是具有鏡像對稱性(軸對稱性)的形狀的示例。
[0090]
沿基板10的厚度方向觀察的多個貫通孔13的形狀(例如在基板10的表面11上定義的形狀)也可以全部相同，也可以包括彼此不同的形狀。然而，形狀相同并不旨在嚴格意義上的相同，可以允許制造上的誤差。各貫通孔13的內徑例如為0.1μm以上、10μm以下。此外，在以下說明中，貫通孔13的深寬比是指，貫通孔13的內徑z1與貫通方向上的貫通孔13的長度z2之間的比(z2/z1)。
[0091]
圖3是沿圖1所示的iii-iii線的截面圖，示出空間光調制器1a的縱截面。如圖3所示，各貫通孔13在基板10的厚度方向(換言之，與表面11和背面12垂直的方向)上筆直地延伸。另外，如圖3所示，空間光調制器1a還具備多個層疊結構20。多個層疊結構20分別覆蓋多個貫通孔13各自的內壁13a。
[0092]
圖4是圖3的局部放大圖。層疊結構20包括：導電層21(第一導電層)、電介質層22和導電層23(第二導電層)。導電層21設置在貫通孔13的內壁13a上。圖3和圖4所示的導電層21在貫通孔13的內壁13a上從表面11一直設置至背面12，但并不限于該方式，也可以例如從背面12設置至貫通孔13的途中(即，未到達表面11)。導電層21例如是金屬層。在該情況下，導電層21例如包括pt。在一個例子中，導電層21是pt層。此外，導電層21也可以包括pt以外的金屬，也可以由pt以外的金屬構成。導電層21的厚度t1例如為10nm以上且1000nm以下。導電層21的表面21a是凹凸少的平滑面。
[0093]
電介質層22設置在導電層21上，使導電層21與導電層23相互絕緣。本實施方式的電介質層22包括：設置在導電層21上的第一層221、和設置在第一層221上的第二層222。圖3和圖4所示的電介質層22在貫通孔13的內壁13a上從表面11一直設置至背面12，但并不限于該方式，如果使導電層21與導電層23相互絕緣，也可以僅在內壁13a上的一部分設置(例如，從表面11和背面12中的一個設置至貫通孔13的途中)。電介質層22和第一層221和第二層222主要包括具有光透過性的無機電介質，在一個例子中僅由無機電介質構成。例如，電介質層22的第一層221和第二層222包括氧化鋁(al2o3)、氧化鉿(hfo2)、氧化硅(sio2)和氮化
硅(sin)中的至少一個，也可以是將它們中的至少兩個混合的層。在一個例子中，第一層221和第二層222是al2o3層、hfo2層、sio2或sin層。此外，第一層221和第二層222的構成材料也可以彼此相同，也可以彼此不同。在本實施方式的說明中，具有光透過性是指，入射于空間光調制器1a的光的波長(例如包括在可見光域或近紅外域)的吸光系數為0.1cm-1
以下的性能。此時，即使透過厚度1mm的層，光強度的降低量也為10％以下。此外，如果具有光透過性，第一層221和第二層222中的至少一個也可以包括除al2o3、hfo2、sio2和sin之外的其他電介質，也可以由除al2o3、hfo2、sio2和sin之外的其他電介質構成。電介質層22的厚度t2例如為1nm以上且20nm以下。電介質層22的與導電層21接觸的面是凹凸少的平滑面。此外，在僅通過第一層221和第二層222中的一個能夠充分地使導電層21與導電層23絕緣的情況下，也可以不設置第一層221和第二層222中的另一個。
[0094]
導電層23設置在電介質層22上。換言之，導電層23將電介質層22夾持于中間地設置在導電層21上。圖3和圖4所示的導電層23在貫通孔13的內壁13a上從表面11一直設置至背面12，但并不限于該方式，也可以例如從表面11設置至貫通孔13的途中(即，未到達背面12)。導電層23主要包括具有光透過性的導電體，例如僅由具有光透過性的導電體構成。在一個例子中，導電層23包括氧化銦錫(indium tin oxide：ito)和氧化鋅系導電體(例如鎵氧化鋅(gallium doped zinc oxide：gzo)、摻鋁氧化鋅(aluminum doped zinc oxide：azo)等)中的至少一個，在一個例子中導電層23是ito層或azo層。此外，導電層23也可以包括除ito和azo以外的光透過性導電體，也可以由除ito和azo以外的光透過性導電體構成。導電層23的厚度t3例如為1nm以上且20nm以下。
[0095]
在背面12上的整個面設置有導電層24。導電層24是與導電層21同時形成的層，其構成材料與導電層21相同。在一個例子中，導電層24與背面12接觸。各貫通孔13內的導電層21與導電層24相連。在導電層24上設置有配線電極31(第二電極)。配線電極31，與導電層24接觸，并經由導電層24與各貫通孔13內的導電層21電連接。即，配線電極31對多個貫通孔13共通地設置。配線電極31例如是au膜這樣的金屬膜。此外，該金屬膜的材料不僅限于au，例如為了提高附著性也可以為cr/au、ti/au、ti/pt/au等材料。圖3和圖4所示的配線電極31在導電層24的整個面上設置，并在背面12上將多個貫通孔13之間的區域全部覆蓋。此外，在背面12中的、未形成貫通孔13的區域，也可以將導電層24和配線電極31去除。由此，能夠消除從晶圓出割器件時的金屬的剝離，并且抑制難以去除的金屬雜質的附著。
[0096]
在表面11上的整個面設置有電介質層25。電介質層25是與電介質層22的第一層221或第二層222(在圖3和圖4的例子中是第二層222)同時形成的層，其構成材料與同時形成的第一層221或第二層222相同。在一個例子中，電介質層25與表面11接觸。各貫通孔13內的第一層221或第二層222與電介質層25相連。
[0097]
在電介質層25上設置有導電層26。導電層26是與導電層23同時形成的層，其構成材料與導電層23相同。在一個例子中，導電層26與電介質層25接觸。并且，在導電層26上設置有配線電極32(第一電極)。配線電極32與導電層26接觸，并且經由導電層26與各貫通孔13內的導電層23電連接。導電層26和配線電極32對每一個或一個以上貫通孔13(在圖3和圖4的例子中對每一個貫通孔13)設置在獨立的區域，對每個區域(即，對每一個或一個以上貫通孔13)電分離(絕緣)。在圖1中示出導電層26和配線電極32的平面形狀為正方形的情況，但導電層26和配線電極32的平面形狀不限于此，例如也可以是圓形這樣的其他形狀。配線
電極32也可以具有包括與導電層26接觸的第一膜(例如cr膜或ti膜)和設置在第一膜上的第二膜(例如au膜)的層疊結構。另外，配線電極32也可以具有例如ti/pt/au這樣的3層以上的層疊結構。
[0098]
對上述空間光調制器1a的作用進行說明。如圖5所示，當光l從基板10的背面12一側入射時，光l通過多個貫通孔13內。此時入射的光l優選是相位在空間上統一的空間相干光。入射于各貫通孔13內的光l一邊在各層疊結構20的導電層21與電介質層22的界面反射一邊行進，穿過各貫通孔13。在此，若在某貫通孔13內的導電層21與導電層23之間施加電壓，則該層疊結構20中產生下述三個現象。
[0099]
(1)與蓄積在導電層23的載流子的密度相應的、導電層23的折射率的變化
[0100]
由于導電層21和導電層23以夾持電介質層22的狀態設置，因此它們構成電容器。因此，當在導電層21與導電層23之間施加有電壓時，在導電層21的與電介質層22的界面附近蓄積有電子和空穴中的一種載流子，在導電層23的與電介質層22的界面附近蓄積有電子和空穴中的另一種載流子。在導電層23主要包括ito或azo等無機導電體的情況下，載流子的蓄積導致導電層23的該界面附近的部分金屬化，該部分的折射率發生變化。折射率的變化量隨載流子蓄積得越多(即，施加電壓越大)而變得越大。透過該部分的光l的光程隨之發生變化。伴隨載流子蓄積的折射率的變化例如能夠使用德魯德(drude)模型等進行估計。在德魯德模型中，共振波長附近的介電常數的實部趨于0，是被稱作enz(epsilon near zero)區域的、折射率的變化大的區域。因此，通過將光的波長設定于enz區域，能夠實現大的相位調制量。
[0101]
(2)因導電層21與導電層23之間的電場而引起的電介質層22的折射率的變化
[0102]
由于電介質層22夾持于導電層21與導電層23之間，因此，當在導電層21與導電層23之間施加了電壓時，產生通過電介質層22的電場。由于該電場引起的電光效應，電介質層22的折射率發生變化。折射率的變化量隨電場越強(即，施加電壓越大)而變得越大。透過該電介質層22的光l的光程隨之發生變化。
[0103]
(3)導電層21與電介質層22的界面的反射前后的相移量的變化
[0104]
在層疊結構20，透過導電層23和電介質層22的光l在導電層21反射，再次透過電介質層22和導電層23并最終輸出。在電介質層22的厚度比光l的波長足夠小的情況下，當在導電層21與導電層23之間施加有電壓時，在導電層21和導電層23分別產生被稱作間隙表面等離子體模式(gap surface plasmon mode)的彼此反向的感應電流電磁場。其結果，在電介質層22內產生強烈的磁共振(等離子體共振)。由于該磁共振，導電層21與電介質層22的界面的反射前后的相移量發生變化。此時的相位變化量取決于施加在導電層21與導電層23之間的電壓的大小。另外，在層疊結構20全反射的情況下，還存在被稱作古斯-漢欣位移的相移。因此，通過改變施加電壓來使折射率變化，還能夠控制該相移量。
[0105]
由于上述現象(1)～現象(3)，從各貫通孔13出射的光l的相位根據導電層21與導電層23之間的電壓的大小而變化。并且，本實施方式的導電層23對每一個由一個或更多貫通孔13構成的組電氣分離。其結果，能夠對每一個或更多貫通孔13單獨地設定導電層21與導電層23之間的電壓的大小。此外，導電層21與導電層23之間的電壓從空間光調制器1a的外部通過背面12上的配線電極31和表面11上的配線電極32施加。通過以上的作用，根據該空間光調制器1a，能夠在空間上動態地控制光l的相位分布。
[0106]
圖6是概念性地示出在沿某個方向排列的多個貫通孔13，對導電層21與導電層23之間的電壓的大小賦予了梯度的情況下的光l的形態的圖。圖6所示的光l的箭頭的長度表示相位變化量。在對電壓的大小賦予了梯度的情況下，如圖6所示，從各貫通孔13出射的光l的相位也具有某種梯度地進行分布。并且，將這些光l合成的、來自空間光調制器1a的出射光l
out
沿著該梯度的法線方向出射。此外，在本實施方式中，導電層21與導電層23之間的電壓的大小根據期望的光學圖像而計算，并對每一個貫通孔13任意地確定。
[0107]
在此，對制作本實施方式的空間光調制器1a的方法進行說明。圖7的(a)～圖10的(c)是示出制作空間光調制器1a的方法的一個例子的圖。首先，如圖7(a)所示，準備具有平坦且彼此平行的表面11和背面12的基板10。接下來，如圖7(b)所示，在背面12(或者也可以是表面11)上涂布抗蝕劑，對該抗蝕劑進行曝光(或電子射線照射)和顯影，從而形成抗蝕劑掩模m1?？刮g劑掩模m1具有與多個貫通孔13(參照圖1)對應的多個開口ma。
[0108]
接著，如圖7(c)所示，通過抗蝕劑掩模m1的開口對基板10進行蝕刻。該蝕刻例如是干法蝕刻，在一個例子中是通過博世工藝(bosch process)進行的電感耦合等離子體(inductively coupled plasma：icp)蝕刻。之后，如圖7(d)所示，通過有機清洗來去除抗蝕劑掩模m1。此外，在蝕刻基板10時，在抗蝕劑掩模m1與基板10的蝕刻選擇比不充分的情況下，在涂布抗蝕劑前，在背面12上(或表面11上)成膜sin或sio2這樣的硅化合物膜。也可以在該硅化合物上形成抗蝕劑掩模m1之后，將開口ma轉印至硅化合物膜。并且，也可以以該硅化合物膜作為蝕刻掩模對基板10進行蝕刻。此外，蝕刻掩模不限于硅化合物膜，還能夠利用al2o3或hfo2這樣的其他的無機電介質。
[0109]
接著，如圖8(a)所示，形成導電層21和24。在該工序中，使用原子層沉積法(atomic layer deposition：ald)。通過ald，能夠使導電層21、24的材料各向同性地、薄且均勻地沉積在各貫通孔13的內壁13a上和基板10的背面12上。此外，一般而言，ald適于高深寬比的孔內部的成膜，但不限于ald，也可以通過例如電鍍技術、蒸鍍、濺射等其他方法形成導電層21、24。接著，如圖8(b)所示，形成電介質層22的第一層221。在該工序中，與導電層21、24同樣地使用ald，將第一層221的材料薄且均勻地沉積在各貫通孔13的內壁13a上。此時，在基板10的背面12上形成由與第一層221相同材料構成的電介質層27。在該工序中也不限于ald，也可以通過濺射等其他方法形成第一層221。
[0110]
接著，如圖8(c)所示，通過去除電介質層27來使其下方的導電層24露出。在該工序中，例如，能夠通過使用了氫氟酸系溶劑的濕法蝕刻，或使用了氫氟酸系氣體的干法蝕刻來去除電介質層27。接著，如圖8(d)所示，在露出的導電層24上形成配線電極31。在該工序中，例如使用電鍍技術或蒸鍍等形成配線電極31。
[0111]
接著，如圖9(a)所示，通過將基板10翻過來，從而使表面11面朝向上方。然后，形成電介質層22的第二層222和電介質層25。在該工序中，與第一層221同樣地使用ald，將第二層222和電介質層25的材料薄且均勻地沉積在各貫通孔13的內壁13a上和基板10的表面11上。在該工序中也不限于ald，也可以使用濺射等其他方法來形成第二層222和電介質層25。
[0112]
接著，如圖9(b)所示，形成導電層23和導電層26。在該工序中，與導電層21、24同樣地使用ald，將導電層23、26的材料薄且均勻地沉積在各貫通孔13的內壁13a上和基板10的表面11上。在該工序中也不限于ald，也可以使用例如濺射等其他方法形成導電層23、26。
[0113]
接著，如圖9(c)所示，在導電層26上涂布了抗蝕劑后，對該抗蝕劑進行曝光(或電
子射線照射)和顯影，從而形成抗蝕劑掩模m2?？刮g劑掩模m2具有：將多個貫通孔13按每一個或一個以上貫通孔13包圍的格子狀的開口mb。然后，如圖10(a)所示，通過抗蝕劑掩模m2的開口mb對導電層26進行蝕刻。在該工序中，例如，通過使用了氫氟酸系溶劑的濕法蝕刻，或使用了氫氟酸系氣體的干法蝕刻，來蝕刻導電層26。通過該工序，導電層23和26對每一個由一個或更多貫通孔13構成的組電氣分離。之后，如圖10(b)所示，通過有機清洗來去除抗蝕劑掩模m2。接著，如圖10(c)所示，在導電層26上形成配線電極32。在該工序中，例如使用電鍍技術形成配線電極32。經過以上工序，可制作本實施方式的空間光調制器1a。
[0114]
圖11(a)～(c)是示出在基板10上形成多個貫通孔13的其他方法(mace)的圖。首先，如圖11(a)所示，在表面11上(或背面12上)形成與多個貫通孔13分別對應的多個催化劑金屬膜41。催化劑金屬膜41例如包括：與基板10接觸的ti層、和形成在ti層上的au層。此外，也可以使用除此之外的金屬膜(例如，ag、pt、pd或cu等貴金屬膜)作為催化劑金屬膜41。然后，將基板10浸漬在蝕刻液中。作為蝕刻液，能夠利用例如氫氟酸與過氧化氫水溶液的混合液。此時，如圖11(b)所示，在催化劑金屬膜41與基板10的接觸部位，反應被局部地促進，催化劑金屬膜41下的基板10被選擇性地蝕刻。催化劑金屬膜41一邊下降一邊推進該蝕刻。由此，在基板10形成有高深寬比的多個凹部42。通過使該蝕刻推進(通過多個凹部42貫通基板10)，能夠形成高深寬比的多個貫通孔13?；蛘?，之后也可以如圖11(c)所示，通過在形成有催化劑金屬膜41的面的相反側的面進行蝕刻或研磨(或兩者)，從而相對于基板10使凹部42貫通并且去除催化劑金屬膜41。在該情況下，也能夠在基板10形成高深寬比的多個貫通孔13。此外，在進行蝕刻或研磨時，通過提高表面11與背面12的平行度，能夠統一多個貫通孔13的貫通方向上的長度，抑制相位變化量的偏差。以后的工序與圖8(a)～圖10(c)所示的工序相同。
[0115]
對通過以上說明的本實施方式的空間光調制器1a得到的效果進行說明。如上所述，本實施方式的空間光調制器1a能夠在空間上動態地控制光的相位分布。除此之外，由于貫通孔13例如能夠通過半導體的蝕刻工藝或mace這樣的方法形成，因此，能夠容易地使貫通孔13的排列周期比液晶型的空間光調制器的像素的排列周期小。因此，空間光調制器1a能夠相比現有技術縮小貫通孔13即像素的排列周期。其結果，通過將空間光調制器1a與例如光子晶體激光元件這樣的面光源組合，能夠增加有效像素數并得到高畫質的光學圖像。
[0116]
另外，與上述非專利文獻1記載的結構相比，本實施方式的空間光調制器1a具有下述優點。即，在上述非專利文獻1記載的結構中，為了使光通過形成于基板的表面的凹部，需要使光通過存在于該凹部的底面下的基板部分。因此，只能限定于難以被基板吸收的波段的光。另外，上述非專利文獻1中，使用mace作為形成凹部的方法，但如果在形成有底的凹部的情況下使用mace，則催化劑金屬膜殘留在凹部的底部，因該催化劑金屬膜而導致光發生散射。針對這些問題，在本實施方式的空間光調制器1a中，由于光l在貫通基板10的表面11與背面12之間的貫通孔13內通過，因此，光l無需通過基板10內。因此，與上述非專利文獻1記載的結構相比，根據本實施方式，能夠擴大可用的波段。另外，即使在將mace用于貫通孔13的形成的情況下，也能夠容易地去除催化劑金屬膜41，因此，也不存在因催化劑金屬膜41而導致的光的散射。因此，根據本實施方式的空間光調制器1a，與非專利文獻1記載的結構相比，能夠得到高畫質的光學圖像。
[0117]
如本實施方式那樣，從基板10的厚度方向觀察的各貫通孔13的形狀也可以具有旋
轉對稱性或鏡像對稱性。在該情況下，能夠抑制來自各貫通孔13的光的出射方向的偏倚。
[0118]
如本實施方式那樣，從基板10的厚度方向觀察的多個貫通孔13的形狀也可以彼此相同。在該情況下，能夠對每一個貫通孔13使出射光的條件(光強度等)均一，并且能夠容易地形成高畫質的光學圖像。
[0119]
如本實施方式那樣，在基板10的表面11和背面12中的至少一個，多個貫通孔13的重心也可以位于正方格子或三角格子的格子點。在該情況下，在與基板10的厚度方向垂直的面上，多個貫通孔13有規則地排列(變得可容易地設計光學圖像)。
[0120]
如本實施方式那樣，導電層23也可以與對每一個貫通孔13設置的基板10上的配線電極32電連接。例如通過該結構，能夠對導電層23按每一個貫通孔13單獨地施加電壓。另外，導電層21也可以與對多個貫通孔13共通地設置的、基板10上的配線電極31電連接。例如通過該結構，能夠容易地對導電層21設定作為基準的電位。
[0121]
如本實施方式那樣，配線電極31也可以在基板10的背面12覆蓋多個貫通孔13之間的區域。在該情況下，由于能夠抑制光l通過貫通孔13以外的基板部分，因此，出射光l
out
能夠僅由通過貫通孔13并調制的光l構成。另外，通過在作為光入射側的面的背面12設置這樣的配線電極31，能夠抑制在貫通孔13以外的基板部分的光l的吸收，以及基板10的溫度上升。
[0122]
如本實施方式那樣，基板10也可以主要包括半導體。在該情況下，能夠將半導體蝕刻工藝或mace用于貫通孔13的形成。因此，變得容易形成高深寬比的精細的貫通孔13，并且變得容易縮短貫通孔13的排列周期。
[0123]
如本實施方式那樣，基板10的半導體也可以包括si、ge、gaas、inp和gan中的至少一個。在該情況下，能夠將公知的蝕刻工藝用于貫通孔13的形成，并且貫通孔13的形成變得容易。
[0124]
如本實施方式那樣，導電層21也可以是金屬層。在該情況下，在導電層21與電介質層22的界面能夠使光l充分地反射。
[0125]
如本實施方式那樣，導電層21也可以包括pt。在該情況下，例如通過使用ald，內徑較小而貫通方向較長(即，深寬比大)的貫通孔13內的導電層21的形成變得容易。
[0126]
如本實施方式那樣，電介質層22也可以包括al2o3、hfo2、sio2和sin中的至少一個。在該情況下，能夠適當地實現具有光透過性的電介質層22的形成。
[0127]
如本實施方式那樣，導電層23也可以包括ito、氧化鋅系導電體(gzo、azo等)、氮化鈦和氧化鎘中的至少一個。在該情況下，能夠適當地實現具有光透過性的導電層23的形成。
[0128]
(第一變形例)
[0129]
圖12是作為上述實施方式的第一變形例示出空間光調制器1b的俯視圖。在該空間光調制器1b中，多個貫通孔13的平面形狀(在表面11上定義的形狀)的重心不是上述實施方式那樣的正方格子的格子點，而是位于三角格子的格子點。在該情況下也為，在與基板10的厚度方向垂直的面上，多個貫通孔13有規則地排列，因此，能夠光學圖像的設計變得容易。此外，作為多個貫通孔13的排列，不限于上述實施方式和本變形例，能夠應用其他的各種排列。
[0130]
(第二變形例)
[0131]
圖13～圖15是作為上述實施方式的第二變形例分別示出空間光調制器1c～1e的
俯視圖。在圖13所示的空間光調制器1c中，基板10具有沿某個方向a1直線狀地延伸的多個貫通孔13。這些貫通孔13沿著與方向a1交叉(例如正交)的方向a2隔開一定的間隔排列。配線電極32以包圍各貫通孔13的周圍的方式呈長方形的框狀地延伸。另外，在圖14所示的空間光調制器1d中，基板10具有繞某個中心點c呈圓弧狀地延伸的多個(圖中為3個)貫通孔13。并且，這些貫通孔13在以中心點c(原點)為中心的極坐標下，跨小于360
°
的角度范圍延伸，并且在矢徑方向上等間隔排列。配線電極32沿各貫通孔13的兩側的邊緣延伸。另外，在圖15所示的空間光調制器1e中，基板10也具有繞某個中心點c呈圓弧狀地延伸的多個貫通孔13。然而，在該例中，在繞中心點c的圓上，2個以上的貫通孔13在周向上隔開間隔排列，并且多個這樣的圓呈同心圓狀地等間隔地配置。
[0132]
在這些空間光調制器1c～1e中，從基板10的厚度方向觀察的各貫通孔13的形狀呈線狀地延伸，并且多個貫通孔13在與各貫通孔13的延伸方向交叉的方向上排列。在貫通孔13具有這種形狀的的情況下，也能夠實現與上述實施方式同樣的作用效果。另外，在貫通孔13像這樣延伸的情況下，在蝕刻變得容易的同時，能夠通過提高相位調制部的開口率，并且能夠更高效率、更高精細的相位控制。進而，孔內部的光在延伸方向上的光束縛弱，能夠抑制傳播損耗。
[0133]
(第三變形例)
[0134]
圖16是作為上述實施方式的第三變形例示出空間光調制器1f的俯視圖。在空間光調制器1f中，基板10具有圖13所示形狀的多個貫通孔13。并且，對每一個貫通孔13設置有多個(圖示例中為3個)配線電極32。在圖1、圖12、圖13所示的例子中，對每一個貫通孔13設置有一個配線電極32，但也可以像本變形例那樣，對每一個貫通孔13設置有多個配線電極32。該情況下，也能夠對導電層23按每一個貫通孔13單獨地施加電壓。另外，由于與多個配線電極32中的任何一個連接配線就夠了，因此，配線的自由度提高。
[0135]
(第四變形例)
[0136]
圖17是作為上述實施方式的第四變形例示出空間光調制器1g的結構的截面圖?？臻g光調制器1g除上述實施方式的空間光調制器1a的結構之外，還具備電介質區域28。電介質區域28在各貫通孔13內設置于各層疊結構20上，由具有光透過性的電介質構成。電介質區域28的構成材料例如包括al2o3、hfo2、sio2和sin中的至少一個，也可以是將它們中的至少兩個混合的區域。在一個例子中，電介質區域28僅由al2o3、hfo2、sio2或sin構成。此外，電介質區域28和電介質層22的構成材料也可以彼此相同，也可以彼此不同。在圖17的例子中，電介質區域28在被層疊結構20包圍的貫通孔13內的空間中，填充各貫通孔13的貫通方向上的全部空間。不限于此例，電介質區域28也可以填充各貫通孔13的貫通方向上的一部分空間。另外，如圖17所示，電介質區域28的表面11一側的端面也可以到達配線電極32，電介質區域28也可以進一步填充相鄰的配線電極32之間的間隙。
[0137]
圖18(a)和(b)是示出制作空間光調制器1g的工序中形成電介質區域28的工序的圖。首先，經過上述實施方式的圖7(a)～圖10(c)所示的工序，制作圖1所示的空間光調制器1a。然后，如圖18(a)所示，從表面11一側例如通過ald沉積電介質區域28的材料。此時，在貫通孔13的貫通方向的一部分或全部埋入有電介質區域28。之后，如圖18(b)所示，通過從表面11側蝕刻電介質區域28來減薄電介質區域28，從而配線電極32從電介質區域28露出。由此，制作本變形例的空間光調制器1g。此外，在通過局部地減薄電介質區域28來使配線電極
32露出的情況下，也可以，首先，在電介質區域28上形成在配線電極32上具有開口的抗蝕劑掩模，經由該抗蝕劑掩模對電介質區域28進行蝕刻(使配線電極32露出)，之后，通過有機清洗來去除抗蝕劑掩模。
[0138]
像本變形例那樣，空間光調制器1g也可以具備：設置在各層疊結構20上的、具有光透過性的電介質區域28。在該情況下，由于貫通孔13的折射率大于1，并且通過的光l的光程變長，因此，在導電層21與電介質層22的界面反射的次數增加。因此，能夠增大各貫通孔13的相位調制量?；蛘?，能夠減小為了實現規定的相位調制量所需的基板10的厚度。另外，在該情況下，電介質區域28也可以在被層疊結構20包圍的空間之中的、各貫通孔13的貫通方向上的至少一部分(沿貫通方向的一部分區間)。由此，通過貫通孔13內的光l的光程進一步變長，在導電層21與電介質層22的界面反射的次數進一步增加。
[0139]
(第五變形例)
[0140]
圖19是作為上述實施方式的第五變形例示出空間光調制器1h的結構的截面圖?？臻g光調制器1h除上述實施方式的空間光調制器1a的結構之外，還具備平滑層29。平滑層29設置在各貫通孔13的內壁13a上，具有平滑的表面29a。并且，層疊結構20設置在平滑層29的表面29a上。在一個例子中，層疊結構20的導電層21緊貼平滑層29的表面29a。平滑層29包括金屬和電介質中的至少一個。在一個例子中，平滑層29是金屬層或電介質層。作為一例，能夠使用al2o3、hfo2、sio2、sin等電介質層或pt等金屬層作為平滑層29，例如，能夠通過ald將這些層成膜，來形成平滑的膜。
[0141]
根據本變形例，即使在貫通孔13的內壁13a存在加工時的凹凸的情況下，導電層21的表面也是平滑的。因此，能夠有效地抑制在導電層21與電介質層22的界面的光l的漫反射。另外，由于例如平滑層29包括金屬和電介質的至少一個，能夠與內壁13a的凹凸無關地實現平滑的表面29a。另外，在平滑層29由絕緣性的電介質構成的情況下，由于導電層21與基板10能夠彼此電氣分離，因此，能夠有效地抑制從導電層21向基板10的電流泄露(leak)。由此，能夠高精度地進行對導電層21的施加電壓的控制。
[0142]
(相位的動態調制)
[0143]
圖20(a)～(c)是用于說明在空間光調制器1a～1h中，用于利用施加電壓的強度調制來實現相位的動態調制的基本要素和基本單元的結構的圖。
[0144]
在上述各空間光調制器1a～1h中，能夠將基板10分別視作多個基本要素100的集合體，基本要素100分配有一個貫通孔13。在圖20(a)中，示出1個基本要素100的一個例子。各基本要素100由包括對應的貫通孔13的基板10的一部分、設置在表面11上的配線電極32和設置在背面12上的配線電極31構成。在圖20(a)所示的例子中，在表面11上沿彼此交叉的2個方向(例如正交的2個方向)分別定義的、基本要素100的最大寬度w，均設定得比入射光的波長短。
[0145]
上述空間光調制器1a～1h分別由作為調制控制單位的基本單元構成。例如，在圖20(b)中，示出由沿1個方向連續的3個基本要素100構成的基本單元200a的例子。另外，在圖20(c)中，示出由沿彼此正交的2個方向分別連續的9個(3
×
3)基本要素100構成的基本單元200b的例子。
[0146]
在圖20(b)所示的基本單元200a中，對每一個分配給3個基本要素100的貫通孔13，在表面11上設置有配線電極32，另一方面，作為3個基本要素100的共通電極，在背面12上設
置有配線電極31?？芍?，在這樣構成的基本單元200a中，在動態地調制各基本要素100的透過強度(或反射強度)時，能夠得到使該基本單元200a的出射區域300(圖20(b)中斜線所示的區域)的位置等效地偏移的效果(動態相位調制)。此外，這樣的相位調制利用上述非專利文獻2公開的迂回位相(detour phase)全息(hologram)的原理，由多個基本單元構成空間光調制器例如被上述非專利文獻3公開。
[0147]
另外，在圖20(c)所示的基本單元200b中，對每一個分配給9個基本要素100的貫通孔13，在表面11上設置有配線電極32，另一方面，作為9個基本要素100的共通電極，在背面12上設置有配線電極31。在該基本單元200b中，在動態地調制各基本要素100透過強度(或反射強度)時，能夠得到使該基本單元200a的出射區域300(圖20(c)中斜線所示的區域)的位置等效地偏移的效果。
[0148]
如上所述，在由多個基本單元200a構成空間光調制器1a～1h的情況下，能夠一維的相位調制，在通過多個基本單元200b構成空間光調制器1a～1h的情況下，能夠二維的相位調制。此外，空間光調制器1a～1h也可以如該基本單元200a與200b的組合那樣，由不同結構的多種基本單元構成。
[0149]
(第二實施方式)
[0150]
圖21(a)是示出本公開的第二實施方式的發光裝置2的結構的截面圖。該發光裝置2具備：上述實施方式的空間光調制器1a和面發光激光元件50。面發光激光元件50是本實施方式的面光源，是所謂的光子晶體面發光激光元件(photonic crystal surface emitting laser：pcsel)。面發光激光元件50與空間光調制器1a的表面11或背面12(圖示例中為背面12)光學耦合。在一個例子中，面發光激光元件50經由接合部51與空間光調制器1a的背面12接合。接合部51例如是焊料等導電性接合材料。接合部51的材料也可以不是導電性的。
[0151]
在此，定義以通過面發光激光元件50的中心且在面發光激光元件50的厚度方向上延伸的軸為z軸的xyz正交坐標系。面發光激光元件50沿在x-y平面上定義的方向形成駐波，在與半導體基板53的主面53a垂直的方向(z方向)上輸出激光l。此外，z方向與空間光調制器1a的基板10的厚度方向(換言之，貫通孔13的貫通方向)一致。
[0152]
面發光激光元件50具有：半導體基板53、和設置在半導體基板53的主面53a上的半導體層疊60。半導體層疊60具有：設置在主面53a上的包層61、設置在包層61上的活性層62、設置在活性層62上的包層63、和設置在包層63上的接觸層64。另外，半導體層疊60具有光子晶體層65a。在圖21(a)的例子中，光子晶體層65a設置在活性層62與包層63之間，但光子晶體層65a也可以設置在包層61與活性層62之間。激光從半導體基板53的背面53b輸出，作為圖5所示的光l提供給空間光調制器1a。
[0153]
包層61和包層63的能帶隙(energy band gap)比活性層62的能帶隙寬。半導體基板53、包層61和63、活性層62、接觸層64、光子晶體層65a的厚度方向與z軸方向一致。
[0154]
光子晶體層(衍射光柵層)65a是形成共振模式的層。圖21(b)是將光子晶體層65a放大示出的截面圖。光子晶體層65a構成為包括基本層65a和多個差異折射率區域65b?；緦?5a是由第一折射率介質構成的半導體層。多個差異折射率區域65b由折射率與第一折射率介質不同的第二折射率介質構成，存在于基本層65a內。差異折射率區域65b也可以是空孔，也可以在空孔埋入化合物半導體而構成。多個差異折射率區域65b在與光子晶體層65a的厚度方向垂直的面(與x-y平面平行的面)二維狀地且周期性地排列。在將等效折射率設
為n的情況下，光子晶體層65a所選擇的波長λ0(＝a
×
n，a是光柵間距)包括在活性層62的發光波長范圍內。光子晶體層65a能夠選擇活性層62的發光波長中的波長λ0并輸出到外部。
[0155]
圖22是光子晶體層65a的俯視圖。在光子晶體層65a，設定有x-y平面的虛擬的正方格子。如圖22所示，將平行于y軸的線x0～x3與平行于x軸的線y0～y2的交點設定為格子點o，將以該格子點o為中心的正方區域設定為單位結構區域r(0,0)～r(3,2)。因此，作為正方格子的各單位結構區域r(x,y)的一邊與x軸平行，另一邊與y軸平行。此時，各差異折射率區域65b的重心g與正方格子的各格子點o(即，單位結構區域r(x,y)的中心)一致。差異折射率區域65b的平面形狀例如為圓形狀，存在于由通過連接相鄰格子點的線段的中點且與所述線段正交的線段所包圍的單位結構區域r(第一布里淵區(brillouin zone))內。此外，多個差異折射率區域65b的平面形狀不限于圓形，例如也可以是多邊形、閉合曲線、由2個以上閉合曲線構成等各種形狀。另外，多個差異折射率區域65b的周期結構不限于此，例如也可以代替正方格子而設定三角格子。
[0156]
再次參照圖21。面發光激光元件50還具有：設置在接觸層64上的金屬電極膜66、和設置在半導體基板53的背面53b上的金屬電極膜67。金屬電極膜66與接觸層64歐姆接觸，金屬電極膜67與半導體基板53歐姆接觸。金屬電極膜67呈包圍激光的輸出區域的框狀(環狀)的平面形狀，具有開口67a。此外，金屬電極膜67的平面形狀也可以為矩形框狀、圓環狀等各種形狀。金屬電極膜67也可以經由導電性的接合部51與空間光調制器1a的配線電極31接合，與配線電極31等電位。特別地，在接合部51為金屬的情況下，在面發光激光元件50產生的熱量能夠通過基板10釋放。半導體基板53的背面53b中的、開口67a內的部分被防反射膜68覆蓋。作為該防反射膜68的構成材料，能夠應用作為光透過性的電介質的sin或sio2?；蛘?，作為防反射膜68的構成材料，也能夠應用ito、azo、tin或cdo等透明導電膜。在該情況下，從金屬電極膜67注入的電流在與厚度方向垂直的面上大范圍擴散。因此，能夠應用更薄的半導體基板53?；蛘?，也可以代替半導體基板53在半導體層疊60貼合光透過性的支撐基板。通過使半導體基板53更薄或去除該半導體基板53，能夠使用比半導體基板53的帶邊波長(band edge wavelength)短的波段的光。金屬電極膜66設置在半導體層疊60的中央區域，即，從z方向觀察與開口67a重合的區域。
[0157]
當向金屬電極膜66與金屬電極膜67之間供給驅動電流時，在活性層62內發生電子與空穴的復合(活性層62內的發光)。有助于該發光的電子和空穴以及所產生的光在包層61與包層63之間高效地分布。由于從活性層62輸出的光分布在包層61與包層63之間，因此，該光在進入光子晶體層65a的內部后，根據光子晶體層65a內部的格子結構，在沿半導體基板53的主面53a的方向上形成共振模式。并且，光以與多個差異折射率區域65b的排列周期對應的波長振蕩，生成激光。從光子晶體層65a出射的激光的一部分在與半導體基板53的主面53a垂直的方向上行進，直接從背面53b通過開口67a朝向空間光調制器1a輸出。另外，從光子晶體層65a出射的激光的剩余部分在金屬電極膜66反射后，從背面53b通過開口67a朝向空間光調制器1a輸出。
[0158]
在某個例子中，半導體基板53是gaas基板，包層61、活性層62、光子晶體層65a、包層63和接觸層64由gaas系半導體構成。在另一個例子中，包層61是algaas層，活性層62具有多重量子阱結構(勢壘層：algaas/量子阱層：ingaas，阱層的層數例如是3個)，光子晶體層65a的基本層65a是algaas層或gaas層，差異折射率區域65b是空孔，包層63是algaas層，接
觸層64是gaas層。
[0159]
對包層61賦予與半導體基板53相同的導電類型，對包層63和接觸層64賦予與半導體基板53相反的導電類型。在一個例子中，半導體基板53和包層61為n型，包層63和接觸層64為p型。光子晶體層65a，在設置于活性層62與包層61之間的情況下，具有與半導體基板53相同的導電類型，在設置于活性層62與包層63之間的情況下，具有與半導體基板53相反的導電類型。此外，雜質濃度為例如1
×
10
16
～1
×
10
21
/cm3。在未刻意摻入任何雜質的本征(i型)中，該雜質濃度為1
×
10
16
/cm3以下?；钚詫?2不限于本征(i型)半導體，也可以摻雜(dope)。此外，作為光子晶體層65a的雜質濃度，在需要抑制因經由雜質能級的光吸收導致的損耗的影響等情況下，也可以為本征(i型)。
[0160]
以上說明的本實施方式的發光裝置2具備：空間光調制器1a、和與空間光調制器1a的表面11或背面12光學耦合的面光源(面發光激光元件50)。該發光裝置2通過具備第一實施方式的空間光調制器1a，能夠增加有效像素數，并且能夠得到高畫質的動態的光學圖像。另外，通過面發光激光元件50，實現向空間光調制器1a提供相干光的面光源變得容易。此外，發光裝置2也可以代替空間光調制器1a而具備上述各變形例的空間光調制器1b～1h中的任一個。在該情況下也能夠實現同樣的作用效果。
[0161]
此外，在圖21中，例示了面發光激光元件50從半導體基板53的背面53b側出射光的情況，也可以如圖23所示，面發光激光元件50從半導體基板53的主面53a側(即，半導體層疊60的與半導體基板53為相反側的表面)出射光。在該情況下，金屬電極膜66具有與多個貫通孔13分別相對的多個開口66a。金屬電極膜66的開口66a以外的區域經由導電性的接合部51與空間光調制器1a的配線電極31整面地接合。另外，金屬電極膜67設置在背面53b上的整個面。由此，能夠在與半導體層疊60的厚度方向垂直的面內均勻地注入電流。另外，特別是在接合部51為焊料等金屬的情況下，空間光調制器1a能夠使在半導體層疊60產生的熱量通過并高效地釋放。在該情況下，金屬電極膜66與配線電極31等電位。半導體層疊60的表面中的、金屬電極膜66的開口66a內的部分被防反射膜68覆蓋。根據圖23所示的結構，沒有使用導電率不太高的透明導電膜，就能夠向空間光調制器1a提供比半導體基板53的帶邊波長短的波段的光。因此，在發光裝置2輸出比半導體基板53的帶邊波長短的波段的光的情況下，該發光裝置2的高效率變得可能。
[0162]
圖24是示出金屬電極膜66和接合部51的平面形狀的例子的圖。為容易理解，將接合部51存在的區域用剖面線表示。金屬電極膜66的各開口的平面形狀也可以與貫通孔13的平面形狀相同，也可以不同。作為一例，在圖24中，示出具有平面形狀為正方形的多個開口66a的金屬電極膜66。另外，如圖24所示，接合部51也可以設置在位于多個開口66a之間的整個區域。另外，在金屬電極膜66的周緣部也可以不設置接合部51。
[0163]
圖25是示出從圖23所示的結構中去除了半導體基板53的情況下的結構的截面圖。如圖25所示，通過從圖23的面發光激光元件50留下半導體層疊60并去除半導體基板53，能夠得到減薄的面發光激光元件50a。在該情況下，能夠避免半導體基板53吸收比半導體基板53的帶邊波長短的波段的光，能夠實現更高的效率。此外，在面發光激光元件50a中，金屬電極膜67設置在半導體層疊60的背面上。
[0164]
(第六變形例)
[0165]
在上述第二實施方式中，對發光裝置2具備pcsel即面發光激光元件50作為面光源
的情況進行了說明。然而，作為面光源不限于pcsel，也可以采用各種面發光激光元件。例如，正在研究：通過控制從二維狀地排列的多個發光點出射的光的相位譜和強度譜來輸出任意的光學圖像的面發光激光元件。這種面發光激光元件被稱作s-ipm(static-integrable phase modulating)激光器，能夠輸出包括與半導體基板的主面垂直的方向和相對于其傾斜的方向的二維的任意形狀的光學圖像。
[0166]
圖26是s-ipm激光器所具備的相位調制層65b的俯視圖。第二實施方式的面發光激光元件50也可以代替光子晶體層65a(參照圖22)而具備圖26所示的相位調制層65b。在圖26的例子中，也將平行于y軸的線x0～x3與平行于x軸的線y0～y2的交點設定為格子點o，將以該格子點o為中心的正方區域(正方格子)設定為單位結構區域r(0,0)～r(3,2)。由此，面發光激光元件50作為s-ipm激光器發揮功能。相位調制層65b是本變形例中的共振模式形成層。此外，在本變形例的面發光激光元件50中，除相位調制層65b外的其他結構與第二實施方式相同，因此，省略詳細的說明。
[0167]
相位調制層65b包括：由第一折射率介質構成的基本層65a、和由折射率與第一折射率介質不同的第二折射率介質構成的差異折射率區域65b。在此，在相位調制層65b，設定x-y平面的虛擬的正方格子。作為正方格子的各單位結構區域r(x,y)的一邊與x軸平行，另一邊與y軸平行。此時，以格子點o為中心的正方形狀的單位結構區域r能夠遍及沿x軸的多列和沿y軸的多行而設定成二維狀。多個差異折射率區域65b，在各單位結構區域r內逐一設置。差異折射率區域65b的平面形狀例如為圓形狀，但不限于此，例如也可以是多邊形、閉合曲線、由2個以上閉合曲線構成等各種形狀。在各單位結構區域r(x,y)內，差異折射率區域65b的重心g與其最近的格子點o分開配置。
[0168]
如圖27所示，單位結構區域r(x,y)內的位置由在對應的格子點o處正交的s軸(與x軸平行)和t軸(與y軸平行)給出。在單位結構區域r(x,y)中，將從格子點o朝向重心g的方向與s軸所成的角度設為分量x表示x軸上的第x個格子點o的位置，分量y表示y軸上的第y個格子點o的位置。在旋轉角度為0
°
的情況下，連接格子點o與重心g的矢量的方向與x軸的正向一致。另外，將連接格子點o與重心g的矢量的長度設為r(x,y)。在一個例子中，r(x,y)與x、y無關(遍布相位調制層65b整體)而為恒定。
[0169]
如圖26所示，在相位調制層65b中，差異折射率區域65b的重心g繞格子點o的旋轉角度根據所期望的光學圖像，對每一個單位結構區域r獨立地分別設定。旋轉角度分布對每一個由分量x和分量y的值確定的位置具有特定的值，但不限于一定由特定的函數表示。即，旋轉角度分布由在將所期望的光學圖像進行傅立葉逆變換而得到的復振幅分布中提取相位分布來確定。此外，在根據所期望的光學圖像求取復振幅分布時，通過應用在全息圖生成的計算時通常使用的gerchberg-saxton(gs)法那樣的迭代算法，光束圖案的再現性提高。
[0170]
圖28是用于說明面發光激光元件50的輸出光束圖案成像得到的光學圖像與在相位調制層65b的旋轉角度分布φ(x,y)之間的關系的圖。此外，輸出光束圖案(波數空間)的中心q不限定于位于與半導體基板53的主面53a垂直的軸線上，也可以配置在垂直的軸線上。此處為了說明，將中心q設定為處于與主面53a垂直的軸線上。在圖28中，示出將中心q作為原點的4個象限。在圖28中，作為示例示出可在第一象限和第三象限得到光學圖像的情
況，但也能夠在第二象限和第四象限或者所有象限得到光學圖像。在本變形例中，如圖28所示，能夠得到關于原點點對稱的光學圖像。圖28作為示例示出分別在第三象限得到文字“a”、在第一象限得到將文字“a”旋轉180度的圖案的情況。此外，在旋轉對稱的光學圖像(例如，十字、圓圈、雙圓圈等)的情況下，重合并作為一個光學圖像來觀察。
[0171]
面發光激光元件50的輸出光束圖案的光學圖像包括：點(spot)、直線、十字形、線圖、格子圖案、照片、條紋圖案、cg(計算機圖形)和文字中的至少一種。在此，為了得到所期望的光學圖像，通過以下方法來確定相位調制層65b的差異折射率區域65b的旋轉角度分布折射率區域65b的旋轉角度分布
[0172]
在本變形例中，能夠通過按照以下方法確定旋轉角度分布從而得到所期望的光學圖像。首先，作為第一前提條件，在由z軸和x-y平面規定的xyz正交坐標系中，在該x-y平面上，設定由各自具有正方形形狀的m1(1以上的整數)
×
n1(1以上的整數)個單位結構區域r構成的、虛擬的正方格子，其中，z軸與法線方向一致，x-y平面與包括多個差異折射率區域65b的相位調制層65b的一個面一致且具有彼此正交的x軸和y軸。
[0173]
作為第二前提條件，如圖29所示，在xyz正交坐標系的坐標(ξ,η,ζ)，相對于由矢徑長度r、從z軸的傾角θ
tilt
和在x-y平面上確定的從x軸的旋轉角θ
rot
規定的球面坐標(r,θ
rot
,θ
tilt
)滿足以下的式(1)～式(3)所示的關系。此外，圖29是用于說明從球面坐標(r,θ
rot
,θ
tilt
)向xyz正交坐標系下的坐標(ξ,η,ζ)的坐標變換的圖，通過坐標(ξ,η,ζ)，表示在作為實空間xyz正交坐標系設定的規定平面上的設計上的光學圖像。在將從面發光激光元件輸出的相當于光學圖像的光束圖案設為朝向由角度θ
tilt
和θ
rot
規定的方向的亮點的集合時，角度θ
tilt
和θ
rot
可換算成：由下式(4)規定的歸一化波數即對應于x軸的kx軸上的坐標值k
x
，和由下式(5)規定的歸一化波數即對應于y軸且正交于kx軸的ky軸上的坐標值ky。歸一化波數是指，將相當于虛擬的正方格子的格子間距的波數2π/a設為1.0而歸一化的波數。此時，在由kx軸和ky軸規定的波數空間中，包括相當于光學圖像的光束圖案的特定的波數范圍分別由正方形狀的m2(1以上的整數)
×
n2(1以上的整數)個圖像區域fr構成。此外，整數m2不必與整數m1一致。同樣地，整數n2也不必與整數n1一致。另外，式(4)和式(5)例如在上述非專利文獻4中公開。
[0174]
ξ＝r sin θ
tilt cosθ
rot
…
(1)
[0175]
η＝r sin θ
tilt sinθ
rot
…
(2)
[0176]
ζ＝r cosθ
tilt
…
(3)
[0177][0178][0179]
a：虛擬的正方格子的格子常數
[0180]
λ：面發光激光元件50的振蕩波長
[0181]
作為第三前提條件，在波數空間，通過將由kx軸方向的坐標分量k
x
(0以上且m2-1以下的整數)和ky軸方向的坐標分量ky(0以上且n2-1以下的整數)確定的圖像區域fr(k
x
,ky)分別在由x軸方向的坐標分量x(0以上且m1-1以下的整數)和y軸方向的坐標分量y(0以上且n1-1以下的整數)指定的x-y平面上的單位結構區域r(x,y)中進行二維離散傅里葉逆
變換而獲得的復振幅f(x,y)，以j為虛部，由以下的式(6)給出。另外，該復振幅f(x,y)，在將振幅項設為a(x,y)并且將相位項設為p(x,y)時，由以下的式(7)規定。另外，作為第四前提條件，單位結構區域r(x,y)由與x軸和y軸分別平行且在單位結構區域r(x,y)的中心的格子點o(x,y)正交的s軸和t軸規定。
[0182][0183]
f(x，y)＝a(x，y)
×
exp[jp(x，y)]
…
(7)
[0184]
在上述第一～第四前提條件下，相位調制層65b構成為滿足以下的第一和第二條件。即，第一條件是，在單位結構區域r(x,y)內，重心g以從格子點o(x,y)偏離的狀態進行配置。第二條件是，從格子點o(x,y)到對應的重心g的線段長r2(x,y)在m1個
×
n1個單位結構區域r各個設定為共同的值的狀態下，連接格子點o(x,y)和對應的重心g的線段與s軸所成的角度以滿足以下關系的方式，將對應的差異折射率區域65b配置在單位結構區域r(x,y)內。
[0185][0186]
c：比例常數，例如180
°
/π
[0187]
b：任意的常數，例如0。
[0188]
作為從通過傅立葉逆變換得到的復振幅分布來求得強度分布和相位分布的方法，例如，對強度分布i(x,y)，能夠通過使用mathworks公司的數值分析軟件“matlab”的abs函數來計算，對相位分布p(x,y)，能夠通過使用matlab的angle函數來計算。
[0189]
在此，說明從光學圖像的傅立葉逆變換結果求取旋轉角度分布圖像的傅立葉逆變換結果求取旋轉角度分布并且在確定各差異折射率區域65b的配置時，使用通常的離散傅立葉變換(或高速傅立葉變換)進行計算的情況下的注意要點。在將傅立葉變換前的光學圖像如圖30(a)那樣分割成a1、a2、a3和a4這四個象限時，得到的光束圖案為圖30(b)那樣。即，在光束圖案的第一象限，出現將圖30(a)的第一象限180度旋轉的圖案與圖30(a)的第三象限的圖案重疊的圖案。在光束圖案的第二象限，出現將圖30(a)的第二象限180度旋轉的圖案與圖30(a)的第四象限的圖案重疊的圖案。在光束圖案的第三象限，出現將圖30(a)的第三象限180度旋轉的圖案與圖30(a)的第一象限的圖案重疊的圖案。在光束圖案的第四象限，出現將圖30(a)的第四象限180度旋轉的圖案與圖30(a)的第二象限的圖案重疊的圖案。
[0190]
因此，在作為傅立葉逆變換前的光學圖像(原光學圖像)使用了僅在第一象限具有值的圖案的情況下，在得到的光束圖案的第三象限出現原光學圖像的第一象限的圖案，在得到的光束圖案的第一象限出現將原光學圖像的第一象限180度旋轉的圖案。
[0191]
如上所述，在面發光激光元件50中，能夠通過相位調制波前來得到所期望的光束圖案。該光束圖案不僅是一對單峰光束(光斑)，也可以如前文所述為文字形狀、2個以上相同形狀的點組，或相位、強度分布在空間上不均一的矢量光束等。
[0192]
在本變形例中，從活性層62輸出的激光，束縛于包層61與包層63之間并且進入相位調制層65b的內部，形成與相位調制層65b內部的格子結構對應的規定模式。在相位調制層65b內散射而出射的激光，從半導體基板53的背面53b向外部輸出。此時，0次光向與主面53a垂直的方向出射。相對于此，+1次光和-1次光向包括與主面53a垂直的方向和對此傾斜
的方向的二維的任意方向出射。
[0193]
此外，在本變形例的上述說明中，對波長λ0設為λ0＝a
×
n(a為格子間距)，利用正方格子的被稱作γ2點的帶邊(band edge)。另一方面，格子間距a也可以設定為λ0＝(2
1/2
)a
×
n。這對應于正方格子的被稱作m點的帶邊。在該情況下，對與設計光束圖案對應的相位角度分布分布將追加的相位角度分布的相位設為重疊的相位角度分布圖31是概念性地示出旋轉角度分布的一個例子的圖。如圖31所示，在該例子中，第一相位值和與第一相位值不同的值的第二相位值以方格圖案排列。在一個例子中，相位值為0(rad)，相位值為π(rad)。即，第一相位值和第二相位值以π變化。在該情況下，能夠在面垂直方向上取出設計光束圖案，能夠在面垂直方向上不出現0次光，僅出射由
±
1次光(
±
1order light)構成的設計光束圖案。0次光(zero-order light)是沒有相位調制的波面，
±
1次光是相位調制的波面。因此，能夠有效地控制向空間光調制器1a入射的光的空間相位分布，例如，能夠通過使光集中到貫通孔13，來高效率化。
[0194]
如本變形例那樣，面發光激光元件50也可以具有相位調制層65b作為共振模式形成層。在該情況下，在相位調制層65b產生的激光的一部分(+1次光和-1次光的一部分以及0級光)在與半導體基板53的主面53a垂直的方向上衍射，在金屬電極膜66反射后(或者直接)到達半導體基板53的背面53b，從背面53b朝向空間光調制器1a出射。因此，能夠實現與第二實施方式相同的效果。另外，如上所述，通過控制s-ipm激光器的出射光束的
±
1次光的空間相位(例如，使光向貫通孔13集中等)，能夠進一步高效率化。
[0195]
(第七變形例)
[0196]
s-ipm激光器不限于上述第六變形例的結構。例如，即使為本變形例的相位調制層的結構，也能夠適當地實現s-ipm激光器。圖32是s-ipm激光器所具備的相位調制層65c的俯視圖。圖33是示出在相位調制層65c的差異折射率區域65b的位置關系的圖。相位調制層65c是本變形例的共振模式形成層。此外，如圖32所示，將平行于y軸的線x0～x3與平行于x軸的線y0～y2的交點設定為格子點o，將以該格子點o為中心的正方區域設定為單位結構區域r(0,0)～r(3,2)。另外，各單位結構區域r(x,y)內的位置由在對應的格子點o正交的s軸(與x軸平行)和t軸(與y軸平行)給出。如圖32和圖33所示，在相位調制層65c中，各差異折射率區域65b的重心g配置在直線d上。直線d是通過各單位結構區域r的對應的格子點o且相對于正方格子的各邊傾斜的直線。換言之，直線d是相對于x軸(s軸)和y軸(t軸)雙方傾斜的直線。直線d相對于與x軸平行的s軸的傾斜角為θ。傾斜角θ在相位調制層65c內是恒定的。傾斜角θ滿足0
°
＜θ＜90
°
，在一個例子中為θ＝45
°
?；蛘?，傾斜角θ滿足180
°
＜θ＜270
°
，在一個例子中為θ＝225
°
。在傾斜角θ滿足0
°
＜θ＜90
°
或180
°
＜θ＜270
°
的情況下，直線d從由x軸和y軸規定的坐標平面的第一象限延伸至第三象限?；蛘?，傾斜角θ滿足90
°
＜θ＜180
°
，在一個例子中為θ＝135
°
?；蛘?，傾斜角θ滿足270
°
＜θ＜360
°
，在一個例子中為θ＝315
°
。在傾斜角θ滿足90
°
＜θ＜180
°
或270
°
＜θ＜360
°
的情況下，直線d從由x軸和y軸規定的坐標平面的第二象限延伸至第四象限。如上所述，傾斜角θ是除0
°
、90
°
、180
°
和270
°
之外的角度。通過設定這樣的傾斜角θ，在光輸出光束，能夠有助于在x軸方向行進的光波和在y軸方向行進的光波雙方。在此，將格子點o與重心g的距離設為r(x,y)。x表示x軸上的第x個格子點的位置，y表示y
軸上的第y個格子點的位置。在距離r(x,y)為正值的情況下，重心g位于第一象限(或第二象限)。在距離r(x,y)為負值的情況下，重心g位于第三象限(或第四象限)。在距離r(x,y)為0的情況下，格子點o與重心g彼此一致。
[0197]
圖32所示的各差異折射率區域65b的重心g與各單位結構區域r的對應的格子點o之間的距離r(x,y)，根據所期望的光學圖像對每一個差異折射率區域65b單獨設定。距離r(x,y)的分布對每一個由x，y的值確定的位置具有特定的值，但不限于必須用特定的函數表示。距離r(x,y)的分布由在將所期望的光學圖像進行傅立葉逆變換而得到的復振幅分布中提取相位分布來確定。即，在圖33所示的、在單位結構區域r(x,y)的相位p(x,y)為p0的情況下，將距離r(x,y)設定為0，在相位p(x,y)為π+p0的情況下，將距離r(x,y)設定為最大值r0，在相位p(x,y)為-π+p0的情況下，將距離r(x,y)設定為最小值-r0。并且，對于其中間的相位p(x,y)，距離r(x,y)設定為r(x,y)＝{p(x,y)-p0}
×
r0/π。在此，初始相位p0能夠任意地設定。在將正方格子的格子間距設為a時，r(x,y)的最大值r0例如處于以下的式(8)的范圍內。
[0198][0199]
如本變形例那樣，面發光激光元件50也可以具有相位調制層65c作為共振模式形成層。在該情況下，在相位調制層65c產生的激光的一部分(+1次光和-1次光的一部分以及0次光)在與半導體基板53的主面53a垂直的方向上衍射，在金屬電極膜66反射后(或者直接)到達半導體基板53的背面53b，從背面53b朝向空間光調制器1a出射。因此，能夠實現與第二實施方式相同的效果。另外，通過控制s-ipm激光器的出射光束的
±
1次光的空間相位(例如，使光向貫通孔13集中等)，能夠進一步高效率化。
[0200]
本公開的空間光調制器和發光裝置不限于上述的實施方式，能夠有其他各種變形。例如，在上述實施方式和各變形例的空間光調制器中，對每一個貫通孔13設置的一個或一個以上的配線電極32與導電層23電連接，對多個貫通孔13共通地設置的配線電極31與導電層21電連接。本公開的空間光調制器不限于該方式，例如，也可以是，對每一個貫通孔13設置的一個或一個以上的配線電極32與導電層21電連接，對多個貫通孔13共通地設置的配線電極31與導電層23電連接。
[0201]
另外，在上述實施方式和各變形例的空間光調制器中，對每一個貫通孔13設置的一個或一個以上的配線電極32設置在表面11上，對多個貫通孔13共通地設置的配線電極31設置在背面12上。本公開的空間光調制器不限于該方式，例如，也可以是，對每一個貫通孔13設置的一個或一個以上的配線電極32設置在背面12上，對多個貫通孔13共通地設置的配線電極31設置在表面11上。在該情況下，與導電層21相連的導電層24對每一個或一個以上的貫通孔13分離，與導電層23相連的導電層26對多個貫通孔13共通地設置。此外，在該情況下，配線電極31也可以在表面11上全部覆蓋多個貫通孔13之間的區域。
[0202]
另外，在上述實施方式和各變形例中，光l從背面12側入射于空間光調制器并從表面11側出射，光l也可以從表面11側入射于空間光調制器并從背面12側出射。
[0203]
附圖標記的說明
[0204]
1a～1h
……
空間光調制器，2
……
發光裝置，10
……
基板，11
……
表面，12
……
背面，13
……
貫通孔，13a
……
內壁，20
……
層疊結構，21、24
……
導電層，21a
……
表面，22、25、27
……
電介質層，23、26
……
導電層，28
……
電介質區域，29
……
平滑層，29a
……
表面，31、
32
……
配線電極，41
……
催化劑金屬膜，42
……
凹部，50
……
面發光激光元件，51
……
接合部，53
……
半導體基板，53a
……
主面，53b
……
背面，60
……
半導體層疊，61
……
包層，62
……
活性層，63
……
包層，64
……
接觸層，65a
……
光子晶體層，65b、65c
……
相位調制層，65a
……
基本層，65b
……
差異折射率區域，66、67
……
金屬電極膜，67a
……
開口，68
……
防反射膜，100
……
基本要素，200a、200b
……
基本單元，221
……
第一層，222
……
第二層，300
……
出射區域，a1、a2……
方向，c
……
中心點，d
……
直線，g
……
重心，l
……
光，l
out
……
出射光，m1、m2……
抗蝕劑掩模，ma、mb
……
開口，o
……
格子點，r
……
單位結構區域，θ
……
傾斜角，
……
旋轉角度。