JP3320058B2 - アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体及びその製造方法 - Google Patents
アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体及びその製造方法Info
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- G—PHYSICS
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、半導
体光検出器、より具体的には、光検出器内に光の共鳴を
発生させるため導波管及び多数の反射器を使用して特定
範囲の光に対する電気出力を発生させることのできるア
ングルキャビティ共鳴型半導体検出器に関する。
体光検出器、より具体的には、光検出器内に光の共鳴を
発生させるため導波管及び多数の反射器を使用して特定
範囲の光に対する電気出力を発生させることのできるア
ングルキャビティ共鳴型半導体検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】情報の一次的伝送手段として、光を伝送
する多岐に亙る装置内に使用される、ＰＩＮフォトダイ
オードのような高周波数、広帯域幅の光検出器が当該技
術分野にて公知である。これらの装置は、自動音声機
械、コンピュータネットワークシステム及びマルチメデ
ィアの用途のような高速度の通信システムにて特に必要
とされている。
する多岐に亙る装置内に使用される、ＰＩＮフォトダイ
オードのような高周波数、広帯域幅の光検出器が当該技
術分野にて公知である。これらの装置は、自動音声機
械、コンピュータネットワークシステム及びマルチメデ
ィアの用途のような高速度の通信システムにて特に必要
とされている。
【０００３】光エネルギを電気エネルギに変換するため
光検出器が使用されている。高速度の用途には、一般
に、フォトダイオードが使用される。高速度の用途にお
いて、光検出器の速度及び応答性は極めて重要である。
光ファイバケーブルは１００ＧＨｚ以上の速度にて伝送
することができるが、現在の技術の光検出器は４５乃至
６０ＧＨｚの帯域幅に制限されている。インターネット
のようなマルチメディア技術及び用途の現在の進展に伴
って、電気通信業界は、高速度のフォトダイオードを備
える光システムのようなより高帯域幅を必要とすること
になろう。
光検出器が使用されている。高速度の用途には、一般
に、フォトダイオードが使用される。高速度の用途にお
いて、光検出器の速度及び応答性は極めて重要である。
光ファイバケーブルは１００ＧＨｚ以上の速度にて伝送
することができるが、現在の技術の光検出器は４５乃至
６０ＧＨｚの帯域幅に制限されている。インターネット
のようなマルチメディア技術及び用途の現在の進展に伴
って、電気通信業界は、高速度のフォトダイオードを備
える光システムのようなより高帯域幅を必要とすること
になろう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般的なフォトダイオ
ードにおいて、活性な半導体材料は、その活性な材料内
で光により発生された電子により電流を発生させる。応
答性及び速度は、光検出器の性能を決定するためにしば
しば使用される２つの可変値である。応答性は、入射光
を出力電流に変換するときの装置の有効性の測定手段で
ある。速度は、装置への入力の変化に応答して装置の出
力がいかに迅速に変化し得るかの測定手段である。フォ
トダイオードが高速度通信の用途にて効果的であるため
には、フォトダイオードは、高応答性及び高速度性の双
方を備えなければならない。現在の高速度フォトダイオ
ードは、一般に、０．２乃至０．４アンペア／ワットの
応答性及び４５乃至６０ＧＨｚの最高速度を有してい
る。フォトダイオードの応答性を増すためには、量子効
率を増し、これにより、より多くの出力電流を発生させ
得るように活性領域の厚さを増すことがしばしばであ
る。しかしながら、より厚い活性領域は、遷移時間を増
し、このことは、速度が遅くなるという問題点を生じさ
せることになる。
ードにおいて、活性な半導体材料は、その活性な材料内
で光により発生された電子により電流を発生させる。応
答性及び速度は、光検出器の性能を決定するためにしば
しば使用される２つの可変値である。応答性は、入射光
を出力電流に変換するときの装置の有効性の測定手段で
ある。速度は、装置への入力の変化に応答して装置の出
力がいかに迅速に変化し得るかの測定手段である。フォ
トダイオードが高速度通信の用途にて効果的であるため
には、フォトダイオードは、高応答性及び高速度性の双
方を備えなければならない。現在の高速度フォトダイオ
ードは、一般に、０．２乃至０．４アンペア／ワットの
応答性及び４５乃至６０ＧＨｚの最高速度を有してい
る。フォトダイオードの応答性を増すためには、量子効
率を増し、これにより、より多くの出力電流を発生させ
得るように活性領域の厚さを増すことがしばしばであ
る。しかしながら、より厚い活性領域は、遷移時間を増
し、このことは、速度が遅くなるという問題点を生じさ
せることになる。
【０００５】現在の高速度フォトダイオードの設計は、
量子効率と帯域幅との兼ね合いを図らなければならな
い。
量子効率と帯域幅との兼ね合いを図らなければならな
い。
【０００６】フォトダイオードを使用する殆どの通信の
用途は、光をフォトダイオードの活性領域に案内するた
め光カップリング装置も必要とする。光カップリング装
置の必要条件は入射光を比較的小さい領域に供給するこ
とであり、典型的には、この機能を果たすために必要と
される最少数の構成要素及び材料が存在する。光カップ
リング装置内で使用される光学的構成要素の材料及び数
が相違するため、カップリング装置にて大きい光学的損
失が生じ勝ちとなり、このことは、フォトダイオードの
全体の性能を劣化させることになる。
用途は、光をフォトダイオードの活性領域に案内するた
め光カップリング装置も必要とする。光カップリング装
置の必要条件は入射光を比較的小さい領域に供給するこ
とであり、典型的には、この機能を果たすために必要と
される最少数の構成要素及び材料が存在する。光カップ
リング装置内で使用される光学的構成要素の材料及び数
が相違するため、カップリング装置にて大きい光学的損
失が生じ勝ちとなり、このことは、フォトダイオードの
全体の性能を劣化させることになる。
【０００７】現在の技術の光通信システムは、極めて高
周波数の担体を有しており、このことは、高速度、高応
答性の光検出器を使用することを必要とする。より多く
の情報に対する需要が増し、このため、通信システムが
より多くの情報を伝送し得ることが要求されるに伴っ
て、高速度、高応答性の光検出器が必要とされよう。高
周波数の用途に対する公知の光検出器は、低応答性であ
り且つ最高の周波数応答性が制限される点にて制約があ
る。高応答性及び高速度の光検出器を形成し得るように
導波管と反射器との間に多数の反射器を採用する光検出
器を提供することにより通信システムの効果を増大させ
得ることが分かった。
周波数の担体を有しており、このことは、高速度、高応
答性の光検出器を使用することを必要とする。より多く
の情報に対する需要が増し、このため、通信システムが
より多くの情報を伝送し得ることが要求されるに伴っ
て、高速度、高応答性の光検出器が必要とされよう。高
周波数の用途に対する公知の光検出器は、低応答性であ
り且つ最高の周波数応答性が制限される点にて制約があ
る。高応答性及び高速度の光検出器を形成し得るように
導波管と反射器との間に多数の反射器を採用する光検出
器を提供することにより通信システムの効果を増大させ
得ることが分かった。
【０００８】本発明の１つの目的は、応答性及び速度を
増すと共に、公知の光検出器に優るその他の改良点を提
供し、通信過程の性能を向上させる共鳴型光検出器を提
供することである。
増すと共に、公知の光検出器に優るその他の改良点を提
供し、通信過程の性能を向上させる共鳴型光検出器を提
供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の教示に従って、
光信号を対応する電気信号出力に変換するため光検出器
内の多数回の反射を利用するアングルキャビティ共鳴型
光検出器組立体が開示される。このアングルキャビティ
共鳴型光検出器組立体は、組み合わさって、導波管、光
検出器、支持構造体及び回路を画定する複数の半導体層
を有している。
光信号を対応する電気信号出力に変換するため光検出器
内の多数回の反射を利用するアングルキャビティ共鳴型
光検出器組立体が開示される。このアングルキャビティ
共鳴型光検出器組立体は、組み合わさって、導波管、光
検出器、支持構造体及び回路を画定する複数の半導体層
を有している。
【００１０】導波管は、光源から光検出器まで光を向け
る経路を提供する。導波管は、光源から光を受け且つそ
の光を光検出器に結合するために必要とされる光学的構
成要素の数を軽減するように配置された第一の端部を有
している。導波管は、導波管を通って伝播する光を光検
出器に向けて屈折させて、導波管から逃げる光の量を制
限するクラッディング層を更に備えている。
る経路を提供する。導波管は、光源から光を受け且つそ
の光を光検出器に結合するために必要とされる光学的構
成要素の数を軽減するように配置された第一の端部を有
している。導波管は、導波管を通って伝播する光を光検
出器に向けて屈折させて、導波管から逃げる光の量を制
限するクラッディング層を更に備えている。
【００１１】光検出器は、導波管を通って進む光の伝播
方向に対してある角度にて整合させた複数の半導体層を
有している。該光検出器の半導体層は、光検出器の活性
領域を通って伝播する光を多数回反射させるべく互いに
対向した第一及び第二の反射器を有している。光検出器
内にてこのように多数の反射器を使用することは、作動
効率を維持し又は増大させる一方、量子効率を増し且つ
光検出器内にてより小さい活性領域を使用することを可
能にする。
方向に対してある角度にて整合させた複数の半導体層を
有している。該光検出器の半導体層は、光検出器の活性
領域を通って伝播する光を多数回反射させるべく互いに
対向した第一及び第二の反射器を有している。光検出器
内にてこのように多数の反射器を使用することは、作動
効率を維持し又は増大させる一方、量子効率を増し且つ
光検出器内にてより小さい活性領域を使用することを可
能にする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の更なる目的、有利な点及
び特徴は、添付図面と組み合わせた以下の説明及び添付
図面から明らかになるであろう。
び特徴は、添付図面と組み合わせた以下の説明及び添付
図面から明らかになるであろう。
【００１３】アングルキャビティ共鳴型光検出器に関す
る、本発明の好適な実施の形態の以下の説明は、単なる
例示的な性質のものであり、本発明又はその用途或いは
利用を限定することを何ら意図するものではない。例え
ば、本発明の光検出器の説明は、ＰＩＮフォトダイオー
ドについて述べる。しかしながら、本発明のアングルキ
ャビティ共鳴型光検出器組立体は、他の型式の光検出器
及び関連する回路に適用可能である。
る、本発明の好適な実施の形態の以下の説明は、単なる
例示的な性質のものであり、本発明又はその用途或いは
利用を限定することを何ら意図するものではない。例え
ば、本発明の光検出器の説明は、ＰＩＮフォトダイオー
ドについて述べる。しかしながら、本発明のアングルキ
ャビティ共鳴型光検出器組立体は、他の型式の光検出器
及び関連する回路に適用可能である。
【００１４】図１には、本発明による、アングルキャビ
ティ共鳴型光検出器組立体８の断面図が図示されてい
る。該共鳴型光検出器組立体８は、導波管１０と、光検
出器１４と、基板ウェーハ１８とを画定し得るように製
造した複数の半導体層を有している。光ビーム１５は導
波管１０により光源（図示せず）から集められ、光検出
器１４に向けられ、光ビームは、以下に説明するよう
に、この光検出器にて吸収される。本発明によれば、光
検出器１４は、導波管１０に対して且つ該導波管１０を
通る光ビーム１５の伝播方向に対してある角度にて配置
されている。光検出器１４により吸収された光は電気出
力に変換され、この電気出力は、特定の用途に依存し
て、色々な関係した回路（図示せず）に伝送される。
ティ共鳴型光検出器組立体８の断面図が図示されてい
る。該共鳴型光検出器組立体８は、導波管１０と、光検
出器１４と、基板ウェーハ１８とを画定し得るように製
造した複数の半導体層を有している。光ビーム１５は導
波管１０により光源（図示せず）から集められ、光検出
器１４に向けられ、光ビームは、以下に説明するよう
に、この光検出器にて吸収される。本発明によれば、光
検出器１４は、導波管１０に対して且つ該導波管１０を
通る光ビーム１５の伝播方向に対してある角度にて配置
されている。光検出器１４により吸収された光は電気出
力に変換され、この電気出力は、特定の用途に依存し
て、色々な関係した回路（図示せず）に伝送される。
【００１５】導波管１０は、導波管の上側クラッディン
グ層２４と導波管の下側クラッディング層２６とにより
取り巻かれた導波管の活性層２２を有している。導波管
１０の第一の端部２８が検出すべき光ビーム１５を受け
る。この光ビーム１５は、導波管のクラッディング層２
４、２６から導波管１０の第二の端部３０へと反射され
ることにより導波管の活性層２２の下方へと向けられ
る。導波管１０の第二の端部３０は光検出器１４に隣接
して配置され、光ビーム１５は、導波管の活性層２２か
ら光検出器１４内へと導かれる。
グ層２４と導波管の下側クラッディング層２６とにより
取り巻かれた導波管の活性層２２を有している。導波管
１０の第一の端部２８が検出すべき光ビーム１５を受け
る。この光ビーム１５は、導波管のクラッディング層２
４、２６から導波管１０の第二の端部３０へと反射され
ることにより導波管の活性層２２の下方へと向けられ
る。導波管１０の第二の端部３０は光検出器１４に隣接
して配置され、光ビーム１５は、導波管の活性層２２か
ら光検出器１４内へと導かれる。
【００１６】光検出器１４は、第一の反射層１２と、第
二の反射層１６と、ｎ接点半導体層３２と、ｎ接点金属
３４と、複数の半導体活性層２０と、ｐ接点層３６と、
ｐ接点金属３８とを有している。反射層１２、１６は光
検出器１４の外側層を画定しており、活性層２０が反射
層１２、１６の間に配置されている。導波管１０の第二
の端部３０は、第二の反射層１６に隣接して配置されて
おり、反射層１２は、反射層１６と反対の活性層２０の
側部に配置されている。導波管１０から下方に伝播する
光ビーム１５は、第二の反射層１６を透過し且つ半導体
活性層２０に入る。半導体活性層２０は、該活性層２０
を通る光を吸収し、吸収された光を電気信号に変換す
る。半導体活性層２０により吸収されなかった光は、第
一の反射層１２によって反射され且つ半導体活性層２０
内へと戻される。吸収されなかった光は、半導体活性層
２０により最終的に吸収される迄、該活性層２０を通る
色々な位置にて第一の反射層１２と第二の反射層１６と
の間にて反射され続ける。図示するように、導波管１０
を通る光ビーム１５の伝播方向に対して角度が付けられ
た光検出器１４の形状により、光ビーム１５は、この実
施の形態の各反射点において反射層１２から下方に反射
される。勿論、導波管１０に対する光検出器１４の向き
は異なる実施の形態にて相違させ、ビーム１５の反射方
向が変化するようにすることができる。光検出器を角度
を付けて配置することにより、反射されたビーム１５が
活性層２０の種々の部分を通る。
二の反射層１６と、ｎ接点半導体層３２と、ｎ接点金属
３４と、複数の半導体活性層２０と、ｐ接点層３６と、
ｐ接点金属３８とを有している。反射層１２、１６は光
検出器１４の外側層を画定しており、活性層２０が反射
層１２、１６の間に配置されている。導波管１０の第二
の端部３０は、第二の反射層１６に隣接して配置されて
おり、反射層１２は、反射層１６と反対の活性層２０の
側部に配置されている。導波管１０から下方に伝播する
光ビーム１５は、第二の反射層１６を透過し且つ半導体
活性層２０に入る。半導体活性層２０は、該活性層２０
を通る光を吸収し、吸収された光を電気信号に変換す
る。半導体活性層２０により吸収されなかった光は、第
一の反射層１２によって反射され且つ半導体活性層２０
内へと戻される。吸収されなかった光は、半導体活性層
２０により最終的に吸収される迄、該活性層２０を通る
色々な位置にて第一の反射層１２と第二の反射層１６と
の間にて反射され続ける。図示するように、導波管１０
を通る光ビーム１５の伝播方向に対して角度が付けられ
た光検出器１４の形状により、光ビーム１５は、この実
施の形態の各反射点において反射層１２から下方に反射
される。勿論、導波管１０に対する光検出器１４の向き
は異なる実施の形態にて相違させ、ビーム１５の反射方
向が変化するようにすることができる。光検出器を角度
を付けて配置することにより、反射されたビーム１５が
活性層２０の種々の部分を通る。
【００１７】アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体
８によって導波管１０から受けた光を最大限利用する結
果、当該技術分野にて公知の従来の光検出器よりも光を
電気信号に変換するのに必要な半導体活性領域は遥かに
少なくて済む。小さい活性領域を有することは、光検出
器１４の速度を増すことになる。対向した反射器１２、
１６を有することによって、光が吸収層２０を多数回通
過することになる。このことは、公知の技術における光
検出器と比較して応答性を増すことにつながる。本発明
の当該実施の形態において、光検出器１４の応答性は、
公知の技術における光検出器の場合に、一般的な０．２
乃至０．４アンペア／ワットという応答性と比較して、
１アンペア／ワット以上である。更に、より大きい光の
帯域幅を光検出器１４により吸収することができる。光
検出器１４は、１００ＧＨｚ以上の帯域幅の光を変換す
ることができる。当該技術にて公知の一般的な光検出器
は、４５乃至６０ＧＨｚまでの帯域幅の光しか変換する
ことができない。
８によって導波管１０から受けた光を最大限利用する結
果、当該技術分野にて公知の従来の光検出器よりも光を
電気信号に変換するのに必要な半導体活性領域は遥かに
少なくて済む。小さい活性領域を有することは、光検出
器１４の速度を増すことになる。対向した反射器１２、
１６を有することによって、光が吸収層２０を多数回通
過することになる。このことは、公知の技術における光
検出器と比較して応答性を増すことにつながる。本発明
の当該実施の形態において、光検出器１４の応答性は、
公知の技術における光検出器の場合に、一般的な０．２
乃至０．４アンペア／ワットという応答性と比較して、
１アンペア／ワット以上である。更に、より大きい光の
帯域幅を光検出器１４により吸収することができる。光
検出器１４は、１００ＧＨｚ以上の帯域幅の光を変換す
ることができる。当該技術にて公知の一般的な光検出器
は、４５乃至６０ＧＨｚまでの帯域幅の光しか変換する
ことができない。
【００１８】本発明の当該実施の形態において、基板層
１８は、半絶縁層ＩｎＰにて形成され、導波管の活性層
２２は、ＩｎＧａＡｓから成っており、導波管のクラッ
ディング層２４、２６の双方は、ＩｎＰから成ってい
る。しかしながら、当業者により理解されるように、光
の伝播に適したその他の半導体材料を使用することもで
きる。光ビーム１５が最少の損失状態で光検出器１４に
入ることを可能にするため、導波管の活性層２２の組成
は、導波管の活性層２２の屈折率ｎが第二の反射層１６
の屈折率ｎに適合するように形成されている。より具体
的には、当業者に公知であるアフロモウィッツの等式
（Ａｆｒｏｍｏｗｉｔｚ’ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）を使
用して、導波管の活性層２２の屈折率ｎは、導波管の活
性層２２の組成に依存する次式から得られる。すなわ
ち、 ｎ2＝１＋Ｅd／Ｅo＋ＥdＥ2／Ｅo 3＋ηＥ4／πｌｎ［（２Ｅo 2−Ｅg 2−Ｅ2） ／（Ｅg 2−Ｅ2）］ （１） この等式において、Ｅoは合金の光子エネルギ、Ｅdは合
金内部の光子の拡散エネルギ、ηは数学的項、Ｅgは帯
域空隙エネルギ、Ｅは光のエネルギである。しかしなが
ら、活性層２２を反射層１６に適合させるため、当該技
術分野にて公知の任意の適当な技術を使用することがで
きる。本発明の好適な実施の形態において、層２２はＩ
ｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）であ
り、ここで、ｘの値は０．５３、ｙの値は１であり、こ
れにより、波長が１．２乃至１．５５マイクロメートル
の光に対してＩｎ（．５３）Ｇａ（．４７）Ａｓの組成
を提供する。
１８は、半絶縁層ＩｎＰにて形成され、導波管の活性層
２２は、ＩｎＧａＡｓから成っており、導波管のクラッ
ディング層２４、２６の双方は、ＩｎＰから成ってい
る。しかしながら、当業者により理解されるように、光
の伝播に適したその他の半導体材料を使用することもで
きる。光ビーム１５が最少の損失状態で光検出器１４に
入ることを可能にするため、導波管の活性層２２の組成
は、導波管の活性層２２の屈折率ｎが第二の反射層１６
の屈折率ｎに適合するように形成されている。より具体
的には、当業者に公知であるアフロモウィッツの等式
（Ａｆｒｏｍｏｗｉｔｚ’ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）を使
用して、導波管の活性層２２の屈折率ｎは、導波管の活
性層２２の組成に依存する次式から得られる。すなわ
ち、 ｎ2＝１＋Ｅd／Ｅo＋ＥdＥ2／Ｅo 3＋ηＥ4／πｌｎ［（２Ｅo 2−Ｅg 2−Ｅ2） ／（Ｅg 2−Ｅ2）］ （１） この等式において、Ｅoは合金の光子エネルギ、Ｅdは合
金内部の光子の拡散エネルギ、ηは数学的項、Ｅgは帯
域空隙エネルギ、Ｅは光のエネルギである。しかしなが
ら、活性層２２を反射層１６に適合させるため、当該技
術分野にて公知の任意の適当な技術を使用することがで
きる。本発明の好適な実施の形態において、層２２はＩ
ｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）であ
り、ここで、ｘの値は０．５３、ｙの値は１であり、こ
れにより、波長が１．２乃至１．５５マイクロメートル
の光に対してＩｎ（．５３）Ｇａ（．４７）Ａｓの組成
を提供する。
【００１９】１つの実施の形態において、光検出器１４
は、ＰＩＮ型フォトダイオードであるが、本発明の範囲
内にて他の型式の光検出器を使用することができる。半
導体活性層２０は、２つの本来的なＩｎＧａＡｓ層４
２、４６を有している。第一の反射層１２は、高反射性
の金のミラーコーティングを有している。第二の反射層
１６は、ブラッグ反射器のような半導体反射器であり、
交互に配置された一連のｎドープＧａＰ層及びＧａＩｎ
Ｐ層を含んでいる。最大の反射率を達成するため、異な
る数の層又は組成を使用することができるが、反射層１
６は、交互に配置された３６の層を有している。ｐ接点
層３６は、厚くｐドープしたＩｎＧａＡｓ層であり、ｎ
接点層３２は、厚くｎドープしたＩｎＰ層である。ｐ接
点３８は、第一の反射層１２の金のミラーコーティング
の上に配置されている。ｎ接点３４は、ｎ接点層３２の
未コーティング部分上に配置されている。
は、ＰＩＮ型フォトダイオードであるが、本発明の範囲
内にて他の型式の光検出器を使用することができる。半
導体活性層２０は、２つの本来的なＩｎＧａＡｓ層４
２、４６を有している。第一の反射層１２は、高反射性
の金のミラーコーティングを有している。第二の反射層
１６は、ブラッグ反射器のような半導体反射器であり、
交互に配置された一連のｎドープＧａＰ層及びＧａＩｎ
Ｐ層を含んでいる。最大の反射率を達成するため、異な
る数の層又は組成を使用することができるが、反射層１
６は、交互に配置された３６の層を有している。ｐ接点
層３６は、厚くｐドープしたＩｎＧａＡｓ層であり、ｎ
接点層３２は、厚くｎドープしたＩｎＰ層である。ｐ接
点３８は、第一の反射層１２の金のミラーコーティング
の上に配置されている。ｎ接点３４は、ｎ接点層３２の
未コーティング部分上に配置されている。
【００２０】図２には、上述した組立体８と類似性を有
する、本発明によるアングルキャビティ共鳴型光検出器
組立体５４の別の実施の形態が図示されている。該組立
体５４は、キャビティ５８の一側部に配置された導波管
の活性層５６と、キャビティ５８の反対側部に配置され
た光検出器６４とを有する導波管を備えている。光検出
器６４は、上述した光検出器１４と同一である。導波管
の活性層５６のキャビティ端部６０は、光検出器６４に
より反射された光ビーム７０をキャビティ５８を横断す
るように伝送する。光検出器１４について上述したよう
に、光検出器６４は、第一の半導体反射層６２と、複数
の半導体活性層７２と、第二の半導体反射層６８とを有
している。これらの反射層６２、６８は、図示するよう
に、活性層７２の両側部に配置されている。反射層６２
は、可能な限りキャビティ５８内の空気に適合する屈折
率を有し、このため、光ビーム７０は、図示するよう
に、最少の損失状態にて、反射層６２を通って光検出器
６４に入る。光検出器６４に入る光は、活性層７２によ
り吸収される。活性層７２により吸収されなかった光
は、反射層６８によって反射されて、吸収されなかった
光が活性層７２により吸収される更なる機会を提供す
る。反射層６２、６８による多数回の反射により、図示
するように、光ビーム７０が活性層７２により吸収され
る多数の機会が得られる。この実施の形態において、光
検出器６４に対する導波管の活性層５６の方向のため、
光ビーム７０は、反射層６８から上方に反射される。反
射層６２は、導波管に対して配置されていないため、追
加的な光源を光検出器６４に向けることができる。この
ことは、光検出器６４が多数の源から光を受け且つ多数
の波長を検出することを可能にすることになる。
する、本発明によるアングルキャビティ共鳴型光検出器
組立体５４の別の実施の形態が図示されている。該組立
体５４は、キャビティ５８の一側部に配置された導波管
の活性層５６と、キャビティ５８の反対側部に配置され
た光検出器６４とを有する導波管を備えている。光検出
器６４は、上述した光検出器１４と同一である。導波管
の活性層５６のキャビティ端部６０は、光検出器６４に
より反射された光ビーム７０をキャビティ５８を横断す
るように伝送する。光検出器１４について上述したよう
に、光検出器６４は、第一の半導体反射層６２と、複数
の半導体活性層７２と、第二の半導体反射層６８とを有
している。これらの反射層６２、６８は、図示するよう
に、活性層７２の両側部に配置されている。反射層６２
は、可能な限りキャビティ５８内の空気に適合する屈折
率を有し、このため、光ビーム７０は、図示するよう
に、最少の損失状態にて、反射層６２を通って光検出器
６４に入る。光検出器６４に入る光は、活性層７２によ
り吸収される。活性層７２により吸収されなかった光
は、反射層６８によって反射されて、吸収されなかった
光が活性層７２により吸収される更なる機会を提供す
る。反射層６２、６８による多数回の反射により、図示
するように、光ビーム７０が活性層７２により吸収され
る多数の機会が得られる。この実施の形態において、光
検出器６４に対する導波管の活性層５６の方向のため、
光ビーム７０は、反射層６８から上方に反射される。反
射層６２は、導波管に対して配置されていないため、追
加的な光源を光検出器６４に向けることができる。この
ことは、光検出器６４が多数の源から光を受け且つ多数
の波長を検出することを可能にすることになる。
【００２１】本発明のアングルキャビティ共鳴型光検出
器組立体８の製造は、本発明に従って、その幾つかを図
３の３ａ乃至３ｆに図示した従来の技術及び方法によっ
て行われる。図３の３ａを参照すると、基板ウェーハ１
８を形成し、非ドープＩｎＰの導波管の下側クラッディ
ング層２６を約２μｍの厚さに形成し、非ドープＩｎＧ
ａＡｓＰの導波管の活性層２２を約４μｍの厚さに形成
し、非ドープＩｎＰの導波管の上側クラッディング層２
４を約３μｍの厚さにて形成することにより、導波管１
０が製造される。これらの層は、分子ビームエピタキシ
ー（ＭＢＥ）又は金属有機エピタキシー化学蒸着（ＭＯ
ＣＶＤ）のような、従来のエピタキシー成長方法により
半導体支持構造体上にて成長させる。図３の３ｂを参照
すると、その後の光検出器の結晶成長構造体に対してア
ングルキャビティをエッチング処理することにより導波
管が製造される。図３の３ｃを参照すると、光検出器１
４用に保持された領域を除いて、表面の不動態化によ
り、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層をアングルキャビ
ティ共鳴型光検出器組立体８の上に蒸着させる。図３の
３ｄを参照すると、導波管１０の上にて光検出器１４の
選択的な再成長が行われる。
器組立体８の製造は、本発明に従って、その幾つかを図
３の３ａ乃至３ｆに図示した従来の技術及び方法によっ
て行われる。図３の３ａを参照すると、基板ウェーハ１
８を形成し、非ドープＩｎＰの導波管の下側クラッディ
ング層２６を約２μｍの厚さに形成し、非ドープＩｎＧ
ａＡｓＰの導波管の活性層２２を約４μｍの厚さに形成
し、非ドープＩｎＰの導波管の上側クラッディング層２
４を約３μｍの厚さにて形成することにより、導波管１
０が製造される。これらの層は、分子ビームエピタキシ
ー（ＭＢＥ）又は金属有機エピタキシー化学蒸着（ＭＯ
ＣＶＤ）のような、従来のエピタキシー成長方法により
半導体支持構造体上にて成長させる。図３の３ｂを参照
すると、その後の光検出器の結晶成長構造体に対してア
ングルキャビティをエッチング処理することにより導波
管が製造される。図３の３ｃを参照すると、光検出器１
４用に保持された領域を除いて、表面の不動態化によ
り、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層をアングルキャビ
ティ共鳴型光検出器組立体８の上に蒸着させる。図３の
３ｄを参照すると、導波管１０の上にて光検出器１４の
選択的な再成長が行われる。
【００２２】光検出器１４の選択的な再成長は、所望の
反射率を提供し得るように層の数及び厚さが選択され
る、交互に配置した多数のｎドープＧａＰ及びＧａＩｎ
Ｐ層を有する半導体層１６を形成することと、厚くドー
プしたＩｎＧａＡｓのｎ接触層３２を約１５０ｎｍの厚
さに形成することと、２つのＩｎＧａＡｓ層４２、４６
を約３０ｎｍの厚さで且つ約１５０ｎｍ隔てて形成する
ことを含んで、半導体活性層２０を形成することとを含
む。図３の３ｅを参照すると、ｎ接点３４を接続するた
めｎ接点層３２を開放すべく光検出器１４上にて縁処理
エッチングが行われる。図３の３ｆを参照すると、ｐ接
点３８及びｎ接点３４は、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成るｐ
接点３８と、Ｎｉ−ＡｕＧｅ−Ｎｉ−Ａｕから成るｎ接
点３４とによって形成される。光検出器１４上のｐ接点
層３６に金被覆が付与される。次に、完全に製造された
アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体８のウェーハ
を必要に応じて切断し且つ仕様通りであるかどうかにつ
いて試験する。
反射率を提供し得るように層の数及び厚さが選択され
る、交互に配置した多数のｎドープＧａＰ及びＧａＩｎ
Ｐ層を有する半導体層１６を形成することと、厚くドー
プしたＩｎＧａＡｓのｎ接触層３２を約１５０ｎｍの厚
さに形成することと、２つのＩｎＧａＡｓ層４２、４６
を約３０ｎｍの厚さで且つ約１５０ｎｍ隔てて形成する
ことを含んで、半導体活性層２０を形成することとを含
む。図３の３ｅを参照すると、ｎ接点３４を接続するた
めｎ接点層３２を開放すべく光検出器１４上にて縁処理
エッチングが行われる。図３の３ｆを参照すると、ｐ接
点３８及びｎ接点３４は、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成るｐ
接点３８と、Ｎｉ−ＡｕＧｅ−Ｎｉ−Ａｕから成るｎ接
点３４とによって形成される。光検出器１４上のｐ接点
層３６に金被覆が付与される。次に、完全に製造された
アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体８のウェーハ
を必要に応じて切断し且つ仕様通りであるかどうかにつ
いて試験する。
【００２３】図３の３ａ乃至３ｆに図示した本発明の実
施の形態について使用される製造方法は、図４の４ａ乃
至４ｆに図示した本発明の他の実施の形態にて使用され
るものと同一の製造方法であるが、相違点は、図４の４
ｆを参照すると、金コーティングがｐ接点層７４が付与
される代わりに、半導体反射層６２が光検出器６４上の
ｐ接点層７４に付与される点である。
施の形態について使用される製造方法は、図４の４ａ乃
至４ｆに図示した本発明の他の実施の形態にて使用され
るものと同一の製造方法であるが、相違点は、図４の４
ｆを参照すると、金コーティングがｐ接点層７４が付与
される代わりに、半導体反射層６２が光検出器６４上の
ｐ接点層７４に付与される点である。
【００２４】上記の説明は、本発明の一例としての実施
の形態を単に開示し且つ記述するものに過ぎない。特許
請求の範囲に記載された、本発明の精神及び範囲から逸
脱せずに、色々な変更、改変及び変形が上記の説明、添
付図面及び特許請求の範囲から具体化可能であることが
当業者には容易に認識されよう。
の形態を単に開示し且つ記述するものに過ぎない。特許
請求の範囲に記載された、本発明の精神及び範囲から逸
脱せずに、色々な変更、改変及び変形が上記の説明、添
付図面及び特許請求の範囲から具体化可能であることが
当業者には容易に認識されよう。
【図１】本発明のアングルキャビティ共鳴型光検出器組
立体の１つの実施の形態を示す断面図である。
立体の１つの実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のアングルキャビティ共鳴型光検出器組
立体の別の実施の形態を示す断面図である。
立体の別の実施の形態を示す断面図である。
【図３】３ａは、本発明のアングルキャビティ共鳴型光
検出器組立体の１つの実施の形態を製造するときのステ
ップを示す図である。３ｂは、該アングルキャビティ共
鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す図であ
る。３ｃは、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステッ
プを示す図である。３ｄは、該共鳴型光検出器組立体の
別の製造ステップを示す図である。３ｅは、該共鳴型光
検出器組立体の別の製造ステップを示す図である。３ｆ
は、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す
図である。
検出器組立体の１つの実施の形態を製造するときのステ
ップを示す図である。３ｂは、該アングルキャビティ共
鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す図であ
る。３ｃは、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステッ
プを示す図である。３ｄは、該共鳴型光検出器組立体の
別の製造ステップを示す図である。３ｅは、該共鳴型光
検出器組立体の別の製造ステップを示す図である。３ｆ
は、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す
図である。
【図４】４ａは、本発明のアングルキャビティ共鳴型光
検出器組立体の別の実施の形態を製造するときのステッ
プを示す図である。４ｂは、該共鳴型光検出器組立体の
別の製造ステップを示す図である。４ｃは、該共鳴型光
検出器組立体の別の製造ステップを示す図である。４ｄ
は、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す
図である。４ｅは、該共鳴型光検出器組立体の別の製造
ステップを示す図である。４ｆは、該共鳴型光検出器組
立体の別の製造ステップを示す図である。
検出器組立体の別の実施の形態を製造するときのステッ
プを示す図である。４ｂは、該共鳴型光検出器組立体の
別の製造ステップを示す図である。４ｃは、該共鳴型光
検出器組立体の別の製造ステップを示す図である。４ｄ
は、該共鳴型光検出器組立体の別の製造ステップを示す
図である。４ｅは、該共鳴型光検出器組立体の別の製造
ステップを示す図である。４ｆは、該共鳴型光検出器組
立体の別の製造ステップを示す図である。
８ アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体 １０ 導波管 １２ 第一の反射層 １４ 光検出器 １５ 光ビーム １６ 第二の反射層 １８ 基板ウェーハ ２０ 半導体活性層 ２２ 導波管の活性
層 ２４ 導波管の上側クラッディング層 ２６ 導波管の下側クラッディング層 ２８ 導波管の第一の端部 ３０ 導波管の第二
の端部 ３２ ｎ接点半導体層 ３４ ｎ接点金属 ３６ ｐ接点層 ３８ ｐ接点金属 ５４ アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体 ５６ 導波管の活性層 ５８ キャビティ ６０ 導波管の活性層のキャビティ端部 ６２ 第一の半導体反射層 ６４ 光検出器 ６８ 第二の半導体反射層 ７０ 光ビーム ７２ 複数の半導体活性層
層 ２４ 導波管の上側クラッディング層 ２６ 導波管の下側クラッディング層 ２８ 導波管の第一の端部 ３０ 導波管の第二
の端部 ３２ ｎ接点半導体層 ３４ ｎ接点金属 ３６ ｐ接点層 ３８ ｐ接点金属 ５４ アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体 ５６ 導波管の活性層 ５８ キャビティ ６０ 導波管の活性層のキャビティ端部 ６２ 第一の半導体反射層 ６４ 光検出器 ６８ 第二の半導体反射層 ７０ 光ビーム ７２ 複数の半導体活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・アール・アンダーソン アメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，フィスク・ランド 2515 (72)発明者 エドワード・エイ・レゼク アメリカ合衆国カリフォルニア州90505, トーランス，パセオ・トートゥガス 4720 (56)参考文献 特開 平６−296007（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−14470（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−26801（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−252079（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/119
Claims (12)
- 【請求項１】 アングルキャビティ共鳴型光検出器組立
体において、 一対の導波管クラッディング層の間に配置された導波管
の活性層を有する導波管であって、光を受ける第一の端
部と、該光を伝送する第二の端部とを有し、該光が第一
の端部から第二の端部まで導波管の活性層を下方に伝播
するようにする導波管と、 前記導波管に対して配置された光検出器であって、導波
管の活性層の長さに対し及び光の伝播方向に対してある
角度にて形成された略平坦な半導体層の組み合わせを有
し、該略平坦な層の組み合わせが、光が電気出力に変換
される少なくとも１つの半導体活性層と、光を前記少な
くとも１つの半導体活性層に向けて反射する第一の反射
層と、略平坦な層の組み合わせが第二の反射層と、を含
む光検出器とを備え、少なくとも１つの半導体活性層が第一の反射層と第二の
反射層との間に配置される、 アングルキャビティ共鳴型
光検出器組立体。 - 【請求項２】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、第一及び第二の反射層が、
ブラッグ型反射器を画定する反射性半導体層である、ア
ングルキャビティ共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項３】 請求項２によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、反射性半導体ブラッグ反射
器が、ｎドープＧａＰと、ｎドープＧａＩｎＰとから成
る交互に配置した一連の層を含む、アングルキャビティ
共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項４】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、導波管の第二の端部が、第
一の反射層の反対側で光検出器の外側層に隣接して配置
され、光検出器の前記外側層が、導波管の活性層の屈折
率と実質的に等しい屈折率を有し、光が最少の損失状態
で、外側層にて導波管から光検出器に入るのを可能にす
る、アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項５】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、対の導波管クラッディング
層が、該クラッディング層に向けられた光が反射される
ような屈折率を有するＩｎＰで出来ている、アングルキ
ャビティ共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項６】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、導波管の活性層がＩｎＧａ
ＡｓＰから成り、第二の反射層の屈折率に適合した屈折
率を有する、アングルキャビティ共鳴型光検出器組立
体。 - 【請求項７】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、少なくとも１つの半導体活
性層が、ＩｎＧａＡｓから成る複数の半導体活性層であ
る、アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項８】 請求項１によるアングルキャビティ共鳴
型光検出器組立体において、ｐ接点層及びｎ接点層が、
光検出器の少なくとも１つの半導体層に電気的に結合さ
れ、ｐ接点層が光検出器の外側層に対応し且つｐ接点を
有し、前記ｎ接点層が前記光検出器の反対側の外側層に
対応し且つｎ接点を有する、アングルキャビティ共鳴型
光検出器組立体。 - 【請求項９】 アングルキャビティ共鳴型光検出器組立
体において、 基板を有する半導体の支持構造体と、 該半導体の支持構造体上に配置された導波管であって、
一対の導波管クラッディング層の間に配置された導波管
の活性層を有し、光を受ける第一の端部と、該光を伝送
する第二の端部とを有し、該光が第一の端部から第二の
端部まで導波管の活性層を下方に伝播する、導波管と、 導波管の前記第二の端部に隣接して配置された光検出器
であって、導波管の活性層の長さに対し及び光の伝播方
向に対してある角度を形成する、略平坦な半導体層の組
合わせ体を有し、光が電気出力に変換される箇所であ
る、少なくとも１つの半導体活性層を含み、前記半導体
の１つの外側層に対応する第一の反射器と、前記光検出
器の反対側の外側層に対応する第二の反射器とを更に備
え、導波管から第一の反射器を通って光を受ける、光検
出器と、を備えるアングルキャビティ共鳴型光検出器組
立体。 - 【請求項１０】 請求項９によるアングルキャビティ共
鳴型光検出器組立体において、第一及び第二の反射層
が、ブラッグ型反射器を画定する反射性半導体層であ
る、アングルキャビティ共鳴型光検出器組立体。 - 【請求項１１】 アングルキャビティ共鳴型光検出器組
立体において、 基板を有する半導体の支持構造体と、 該半導体の支持構造体上に配置された導波管であって、
一対の導波管クラッディング層の間に配置された導波管
の活性層を有し、光を受ける第一の端部と、該光を伝送
する第二の端部とを有し、該光が第一の端部から第二の
端部まで導波管の活性層を下方に伝播する、導波管と、 キャビティにより導波管の前記第二の端部から隔てられ
た光検出器であって、導波管の活性層の長さに対し且つ
光の伝播方向に対してある角度を形成する略平坦な半導
体層の組合わせ体を有し、該平坦な層の組合わせ体が、
光が電気出力に変換される箇所である、少なくとも１つ
の半導体活性層を有し、略平坦な層の前記組合わせ体
が、前記光検出器の１つの外側層に対応する第一の反射
層と、前記光検出器の反対側の外側層に対応する第二の
反射器とを有する、光検出器とを備え、 導波管の第二の端部がキャビティの一側部に配置され、
光検出器がキャビティの反対側部に配置され、前記光
が、導波管からキャビティを横断して光検出器まで進
み、前記第一の反射器及び前記第二の反射器が、前記光
検出器内にて進む前記光に対する反射面を提供する高反
射性半導体層であり、前記第一の反射器が前記導波管の
第二の端部から光を受ける、アングルキャビティ共鳴型
光検出器組立体。 - 【請求項１２】 アングルキャビティ共鳴型光検出器組
立体を製造する方法において、 基板を有する、半導体の支持構造体を形成することと、 光を伝送する導波管の活性層と、該光を反射する一対の
導波管クラッディング層とを有する導波管を前記半導体
の支持構造体上に形成することと、 角度付き凹所の深さが、前記導波管内を伸長して、前記
導波管の活性層の少なくとも下方に達するように、前記
導波管の角度付き凹所をエッチング処理することと、 光を電気信号に変換すべく、半導体活性層を有する前記
導波管上に略平坦な半導体層を形成することと、 光検出器の電気出力を伝送すべく導波管の上に１つあ
り、及び略平坦な半導体層の前記組み合わせ体上にもう
一方がある、一対の電気接点を形成することと、 光を光検出器内に反射するため、光検出器の上に第一の
反射器を形成することとを備える、アングルキャビティ
共鳴型光検出器組立体を製造する方法。
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