JP5254454B2 - 改良された大面積光検出器 - Google Patents

Description

本発明は、第１のグループおよび第２のグループの薄型長尺状の電極を備える光検出器を開示する。各グループの電極は、そのグループ用の第１の共通導体に接続され、感光性材料の層の上または中に位置する。

いわゆる大口径光検出器は、典型的には感光面上に配置された複数のＤＣバイアス電極「フィンガー(fingers)」を使用する既知の技術である。そのような既知の光検出器は、それらのＲＣ因子により、光検出器機能に関する制限がある。
欧州特許第０６３４２２号は、「櫛歯型(interdigital)」電極を形成するようにマイクロストリップラインの伝導層が間を空けられ、マイクロストリップラインに関する個別の接地面が、光検出器の構造の底面に位置される光検出器を開示する。

本発明の目的は、そのような既知の光検出器の欠点を有さない大口径光検出器を得ることである。

この目的は、第１のグループおよび第２のグループの薄型長尺状の電極を備える光検出器であって、各グループの電極がそのグループ用の第１の共通導体に接続される光検出器を開示することにより、本発明によって実現される。

さらに、それらの電極は、感光性材料の層の上または中に位置し、互いにほぼ平行かつ交互配置され、それにより、一方のグループの各電極が、他方のグループの１つまたは複数の電極に直接隣接する。

本発明によれば、第１の共通導体は、ほぼ平面状であり、薄型長尺状の電極のそれぞれのグループの同じ端部側に配置され、上側導体および下側導体として構成され、これらの導体は、互いにほぼ平行であって少なくとも部分的に重なり合い、誘電体材料によって分離される。

第１の共通導体のこの設計により、それらは、第１のマイクロストリップラインの信号電極と接地面を形成し、この第１のマイクロストリップラインは、２つのグループの電極内で誘発される電流用の第１の結合器として機能し、また電極用および光検出器に接続することができる負荷用の第１の整合ネットワークとしても機能する。

第１のマイクロストリップラインの設計により、いわゆる進行波効果が電極内で得られ、これは、既知の大口径光検出器におけるＲＣ定数の悪影響を減少する、または完全になくすように作用する。

適切には、本発明の光検出器はまた、２つの電極グループ間でバイアス電圧を生成するための接続線も備える。

一実施形態では、本発明の光検出器はまた、各電極グループ用の第２の共通導体も備え、各電極グループの第１の共通導体と第２の共通導体が、電極の向かい合う遠位端に配置される。各グループの第２の共通導体はほぼ平面状であり上側導体および下側導体として構成され、第２の共通導体は、互いにほぼ平行であって少なくとも部分的に重なり合い、誘電体材料によって分離され、それにより、２つの第２の共通導体が、第２のマイクロストリップラインの信号電極と接地面を形成する。この実施形態では、第２のマイクロストリップラインは、２つのグループの電極内で誘発される電流用の第２の結合器として機能し、かつ電極用および光検出器に接続することができる負荷用の第２の整合ネットワークとして機能する。

適切には、２つの結合器を有する実施形態では、結合器の一方が、光検出器のインピーダンスに整合するように適合された負荷も備える。

これらおよび他の実施形態ならびにそれらの利点を、以下の項でより詳細に説明する。

以下、本発明を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。

本発明の検出器の一部の上面図である。 図１の部分の断面図である。 本発明の第１の実施形態の平面図である。 図３の実施形態の側面図である。 本発明の第２の実施形態の概略平面図である。

図１は、本発明の検出器１００の一部の上面図を示す。図１に示されるように、検出器１００は、複数の長尺状のほぼ平坦な電極１０１〜１１１を備え、それらの電極は、図面に模様で示されているように２つのグループとして配列される。これはまた、一方のグループの電極を偶数の参照番号で表し、他方のグループの電極を奇数の参照番号で表すことによっても示されている。見やすくするために、図１における電極すべてに参照番号を付してあるわけではない。

やはり図１で見ることができるように、２つのグループの電極は互いに交互配置され、それにより、一方のグループの電極が、他方のグループの１つまたは２つの電極に直接隣接する。この電極パターンは、いわゆるマルチストリップラインまたはマルチスロットラインを形成し、複数の導波モードをサポートし、ここでモードの数はストリップの数に等しい。

電極１０１〜１１１は、例えば銅などの導電材料からなり、感光性材料の層１１５の上に配置される。

やはり図１に、本発明の光検出器の好ましい特徴が示されている。すなわち、２つの電極グループ間にＤＣバイアス電圧を印加するために、各グループの電極が、それぞれのリード線１１２、１１４に接続される。適切には、リード線１１２、１１４は、２つのグループの電極の同じ端部側に接続される。

交互の電極が異なる極性のバイアス電圧に接続される電極バイアス方法により、ただ１つの導波モードが励起され、入射信号を搬送することができるようになる。

図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った図１のデバイス１００の断面図である。ここで見られるように、電極１０１〜１１１の間に、図２に参照番号２０１〜２０５で示されるスロットがある。このことから、この設計はしばしばマルチスロット設計とも呼ばれ、あるいは製造方法に基づいてマルチストリップ設計と呼ばれる。マルチスロット設計は、金属層にスロットを形成することによって得ることができ、マルチストリップ設計は、感光性材料の層１１５の上に銅などの導電材料からなる電極を堆積することによって形成することができる。

また、図２には、いくつかの実施形態において本発明の光検出器に存在することがあるフィーチャが示される。すなわち、支持基板の層２０９が、感光性材料１１５の層の下に配置されて、検出器１００を支持する。支持基板は、本発明の光検出器が機能できるようにするために不可欠なフィーチャではないが、設計１００の安定性を増すために使用することができる。基板に使用される材料は、いわゆるＱ値が高いものであるべきである。

図３は、本発明の光検出器３００のより完全な平面図である。図３に示されるように、２つのグループそれぞれの複数の電極（２つのグループは電極に描かれた異なる模様によって示されている）が、共通導体３０１、３０３に接続される。２つの共通導体３０１、３０３は、ほぼ平面状であり、上側導体および下側導体として構成され、これらの導体は、互いにほぼ平行であって、完全にまたは少なくとも部分的に重なり合う。

２つ共通導体３０１、３０３は、誘電体材料の層によって分離され、このようにしてマイクロストリップラインの信号電極と接地面を構成する。

（誘電体材料の層と共に）２つの共通導体３０１、３０３によって形成されるマイクロストリップラインは、入射光信号が感光性材料１１５に当たるときに２つのグループの電極内で誘発される電流用の結合器として機能し、また、電極１０１〜１１１によって形成されるマルチストリップ／マルチスロットラインのインピーダンスを、光検出器に接続することができる外部負荷のインピーダンスに整合させる整合ネットワークとしても機能する。

必須ではないが適切には、マイクロストリップラインの導電部分を形成する２つの共通導体３０１、３０３は同じ幅であり、すなわち互いに完全に重なり合う。それらの共通の幅は、図３に「Ｗ」として示されており、この図では、設計をより良く示すことができるように、上側導体３０３の一部と中間誘電体材料は省かれている。

さらに、電極１０１〜１１１の幅に関して以下のことが言える。すなわち、電極の幅が狭まると、入射光波に対する光伝導材料の「遮蔽」の量が減少するが、また、細い電極を使用することで導体損失が増加し、したがって幅は、これら２つの因子、すなわち遮蔽と損失のトレードオフである。

また、図３は、検出器３００内の２つの電極グループ間のＤＣバイアス電圧を生成するための接続線１１２、１１４も示す。

図４は、図３に矢印「ＩＶ」で示される点から見た側面図で図３の光検出器３００を示す。この側面図では、マイクロストリップラインの上面３０３および下面３０１、ならびにこれら２つの面を分離する誘電体材料の層４０１を見ることができる。

感光性材料の層１１５も示されており、また支持基板２０９も示されており、支持基板２０９は上述したようにいくつかの適用例で使用することができる。

図４においてより明瞭に示されるように、光検出器３００は、上面３０３から、２つの電極グループの一方の電極への接続部を備える。この接続部は、図４で「Ａ」として示される傾斜部である。また、光検出器３００の側面図には、図３の「最右端」電極１１１も示されている。

上述するとともに図３および４に示した本発明の設計は、マルチストリップ／マルチスロット設計とマイクロストリップラインの間の新規の移行部を開示し、この移行部は、上述したように整合ネットワークおよび結合器としても機能する。

上述したように、本発明の光検出器の電極およびマイクロストリップ部分は、例えば銅などの導電材料から形成すべきである。誘電体層４０１に関する材料の選択に関して、１つの適切な材料選択肢は、いわゆるＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）であるが、他の誘電体材料も可能である。

誘電体層に関する材料を選択するとき、１つの重要な因子は、材料の誘電率εである。異なる誘電体材料が異なる誘電率を有するため、材料の選択には、誘電体材料の層の厚さが含まれる。

マイクロストリップラインの厚さ、すなわち２つの層３０１、３０３の間の距離は、形成されるマイクロストリップライン（好ましくはマルチスロット／マルチライン構造の幅と等しい幅Ｗである）のインピーダンスが、並列に接続されたスロットのスロットモードインピーダンスと等しくなるように選択すべきである。

各スロットインピーダンスは互いに近いため、並列に接続されたすべてのスロットのインピーダンスは、１／Ｎ（ここでＮはスロットの数）に比例するか、または１／ｗ（ここでｗはマルチスロットラインの幅）に比例する。このことは、マイクロストリップラインのインピーダンスにも当てはまる。したがって、スロットまたは電極の数が増加しても、誘電体層の厚さの調節は必要なく、これは本発明の光検出器の「スケーラビリティ」にとって重要である。なぜなら、これは、光検出器のストリップライン部分のこの基本設計パラメータを変えることなく、光検出器の口径または面積を変えることができることを意味するからである。

本発明の光検出器の一実施形態５００では、図３および図４に示すとともに上述した設計の結合器および整合ネットワーク（「ＣＭＮ」）が２つある。これら２つの結合器および整合ネットワークは、図５に参照番号５１１および５１２で示され、図５に示されるように、光検出器５００のマルチスロット／マルチストリップ部分５１３の向かい合う遠位端に配置される。

ＣＭＮの一方（５１２）は、例えば増幅器などの外部デバイスを接続することができる出力電圧「Ｖ_ＯＵＴ」のための接続線を有するものとして図示されており、他方のＣＭＮ５１１は、そこに接続されたダミー負荷５１０を有するものとして図示されている。この特定の場合には、ダミー負荷は、抵抗Ｒと直列に接続されたコンデンサＣを備えるが、当業者によく知られているように、他の構成のダミー負荷５１０も可能である。

ダミー負荷５１０の役割は、光検出器５００の帯域幅を広げることである。ダミー負荷は、光検出器「自体」のインピーダンスと等しいインピーダンスを有するべきであり、これは、図５において、矢印の方向で見て分かるように、インピーダンスＺ１とＺ２が互いに等しい２点を示すことによって図示されている。

このように、本発明の少なくとも２つの実施形態がある。すなわち、図３に示される一実施形態３００では、本発明の光検出器が、マルチスロット／マルチストリップ設計の一端に配置された１つの結合器および整合ネットワークを備え、一方、図５に示される第２の実施形態５００では、マルチスロット／マルチストリップ設計の向かい合う遠位端に配置された２つの結合器および整合ネットワークがある。

２つの結合器および整合ネットワークを備える実施形態５００では、一方のネットワークは、図５に示すとともに上述もしたように、「ダミー負荷」５１０に接続すべきである。

特定の用途に関してこれら２つの実施形態、すなわち１つまたは２つの結合器および整合ネットワーク「ＣＭＮ」のどちらを選択すべきかについて、以下の原理を使用することができる。

１つのＣＭＮを備える実施形態が選択される場合、ダミー負荷は使用されず、これにより光検出器は、２つのＣＭＮを備える実施形態に比べて狭い帯域幅を有する。しかし、単一ＣＭＮ実施形態の効率（すなわち量子効率）は、「二重ＣＭＮ」実施形態の効率の２倍となる。

逆に、「二重ＣＭＮ」実施形態は、「単一ＣＭＮ」実施形態の帯域幅の２倍の帯域幅を有するという利点があり、その一方で、光検出器の効率（すなわち量子効率）は、「単一ＣＭＮ」実施形態と比べて２分の１と低くなる。

これらの考慮事項を念頭において、光検出器の特定の用途の要件に応じていずれかの実施形態を選択することができる。

本発明は、上述するとともに図面に示した実施形態の例に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内で自由に変更することができる。

Claims (4)

1. 第１のグループ（１０１、１０３、１１１）および第２のグループ（１０２、１１０）の薄型長尺状の電極を備える光検出器（３００、５００）であって、前記各グループの電極がそのグループ用の第１の共通導体（３０１、３０３）に接続され、前記電極（１０１〜１１１）が感光性材料の層（１１５）の上または中に位置し、一方のグループの各電極が他方のグループの１つまたは複数の電極に直接隣接するように前記電極が互いにほぼ平行かつ交互配置されている、光検出器（３００、５００）であって、
   前記第１の共通導体（３０１、３０３）が、ほぼ平面状であり、薄型長尺状の電極のそれぞれのグループの同じ端部側に配置され、上側導体（３０３）および下側導体（３０１）として構成され、前記導体（３０１、３０３）が、互いにほぼ平行であって少なくとも部分的に重なり合い、誘電体材料（４０１）によって分離され、それにより、２つの第１の共通導体（３０１、３０３）が第１のマイクロストリップラインの信号電極と接地面を形成し、前記第１のマイクロストリップラインが前記２つのグループの電極内で誘発される電流用の第１の結合器として機能し、かつ前記電極用および前記光検出器に接続することができる負荷（５１０）用の第１の整合ネットワークとして機能することを特徴とする、光検出器（３００、５００）。
2. 前記２つの電極グループ間でバイアス電圧を生成するための接続線（ＤＣ ＢＩＡＳ）をさらに備える、請求項１に記載の光検出器（３００、５００）。
3. 各電極グループ用の第２の共通導体をさらに備え、各電極グループの前記第１の共通導体と前記第２の共通導体が、前記電極の向かい合う遠位端に配置され、各グループの前記第２の共通導体がほぼ平面状であり上側導体および下側導体として構成され、前記第２の共通導体が、互いにほぼ平行であって少なくとも部分的に重なり合い、誘電体材料によって分離され、それにより、前記２つの第２の共通導体が第２のマイクロストリップラインの導体および接地面を形成し、前記第２のマイクロストリップラインが前記２つのグループの電極内で誘発される電流用の第２の結合器（５１１）として機能し、かつ前記電極用および前記光検出器に接続することができる負荷用の第２の整合ネットワークとして機能する、請求項１または２に記載の光検出器（５００）。
4. 前記結合器（５１１、５１２）の一方が、前記光検出器のインピーダンスに整合するように適合された負荷（５１０）も備える、請求項３に記載の光検出器。

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