CN105374889A - 具有光电二极管的光电转换器件和光信号接收单元 - Google Patents

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Abstract

一种光电转换器件包括：基板，具有第一表面和第二表面，第二表面是第一表面的相反面，其中第一和第二表面的其中之一是光入射面；光电二极管(PD)，形成在基板的第一表面中；反射层，形成在基板的第一和第二表面的另一个上，第一和第二表面的所述另一个是光入射面的相反面；以及微透镜，形成在基板的光入射面上。

Description

具有光电二极管的光电转换器件和光信号接收单元
技术领域
实施方式涉及具有光电二极管(PD)的光电转换器件和光信号接收单元。
背景技术
随着电子产业的快速发展以及使用者的需求，已经需要越来越多地提高电子设备的速度。因而，也越来越需要加快电子设备的内部通信或电子设备与外部装置的通信。结果，已经引入了利用光的高度通信。
发明内容
实施方式针对一种光电转换器件，该光电转换器件包括：基板，具有第一表面和第二表面，第二表面是第一表面的相反面，其中第一和第二表面的其中之一是光入射面；光电二极管(PD)，形成在基板的第一表面中；反射层，形成在基板的第一和第二表面的另一个上，第一和第二表面的所述另一个是光入射面的相反面；以及微透镜，形成在基板的光入射面上。
PD可以包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层。
第一导电类型半导体层、光吸收半导体层和第二导电类型半导体层可以自基板的第一表面在垂直方向上布置。
第一导电类型半导体的水平面积可以小于第二导电类型半导体层的水平面积。
光吸收半导体层的水平面积可以小于第二导电类型半导体层的水平面积。
微透镜的水平面积可以大于光吸收半导体层的水平面积。
微透镜的中心可以偏离光吸收半导体层的中心。
光电转换器件还可以包括覆盖PD的一部分的反射金属层。
第一导电类型半导体层、光吸收半导体层和第二导电类型半导体层可以在平行于基板的第一表面的方向上布置。
光电转换器件还可以包括形成在基板的第一表面上的栅格耦合器(latticecoupler)和插置在栅格耦合器与PD之间的波导，微透镜可以形成在栅格耦合器上。
光入射面可以是基板的第一表面。
光入射面可以是基板的第二表面，反射层可以形成在PD上。
光电转换器件还可以包括基板和微透镜之间的抗反射层。
光电转换器件还可以包括插置在基板和微透镜之间的光学隔离器层。
反射层可以具有朝向PD的凹入形状。
实施方式还针对一种光电转换器件，该光电转换器件包括：基板，具有第一表面和第二表面，第二表面是第一表面的相反面；光电二极管(PD)，形成在基板的第一表面中；微透镜，形成在基板的第一表面上并且光入射在其上；以及反射层，形成在基板的第二表面上并且配置为朝向PD反射透过微透镜入射的光。
PD可以包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层。第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层可以自基板的第一表面在垂直方向上设置。第二导电类型半导体层的水平面积可以大于第一导电类型半导体层的水平面积。
微透镜的水平面积可以大于第二导电类型半导体层的水平面积。
微透镜的中心可以偏离光吸收半导体层的中心。
光吸收半导体层的至少一部分可以在基板的第一表面的垂直方向上不交叠微透镜。
实施方式还针对一种光信号接收单元，该光信号接收单元包括光电转换器件，该光电转换器件包括：基板，具有第一表面和第二表面，第二表面是第一表面的相反面；光电二极管(PD)，形成在基板的第一表面中；微透镜，形成在基板的第一表面上并且光信号入射到其上；以及反射层，形成在基板的第二表面上以朝向PD反射透过微透镜入射的光信号；以及光缆，包括具有比PD的水平面积大的截面积的纤芯。光缆的与微透镜相应的中心轴相对于基板的第一表面的法线具有一角度。
PD可以包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层。微透镜的中心可以偏离光吸收半导体层的中心。
微透镜的中心可以偏离光吸收半导体层的中心一距离2×t×tanθ，其中t是基板的厚度，θ是由光缆与基板的第一表面的法线形成的角度。
基板的厚度可以是FL×cosθ/2，其中FL可以是微透镜的焦距，θ是由光缆与基板的第一表面的法线形成的角度。
光信号接收单元还可以包括形成在PD上的反射金属层。
反射金属层的水平面积可以小于光吸收半导体层的水平面积。
实施方式还针对一种光信号接收单元，该光信号接收单元包括：半导体芯片，包括具有第一表面和第二表面(第二表面是第一表面的相反面)的基板，形成在基板的第一表面上的光电二极管(PD)和信号处理半导体器件，形成在基板的第一表面上的微透镜，以及形成在基板的第二表面上以朝向PD反射透过微透镜入射的光信号的反射层；光缆，配置为允许光信号朝向微透镜入射以相对于基板的第一表面的法线具有一角度；以及信号端子单元，电连接到信号处理半导体器件并且被配置为接收光信号通过PD被转换成的光电流，输出由信号处理半导体器件处理的电信号。
PD可以包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层。光缆可以包括具有比光吸收半导体层的水平面积大的截面积的纤芯。
第一导电类型半导体层、光吸收半导体层和第二导电类型半导体层的各中心可以在基板的第一表面的垂直方向上对齐。微透镜的中心可以在关于基板的第一表面的水平方向上偏离光吸收半导体层的中心。
基板的厚度可以大于等于(FL/2)×0.95，并且小于等于(FL/2)×1.05，其中FL是微透镜的焦距。
实施方式还针对一种装置，该装置包括：光学输入，该光学输入接收在第一方向上行进的光；反射器，在光学输入被接收的所述光被引向反射器；透镜，设置在光学输入与反射器之间的光的路径中使得来自光学输入的光透过透镜，透镜将所述光引导到反射器，入射在透镜上的所述光中的至少一些在不同于第一方向的方向上被引导；以及光电元件，设置在所述光的路径中，该光电元件响应于入射在光电元件上的光的变化而表现出可变化的电状态。
经由光学输入而输入且入射在反射器上的所有光可以透过透镜。
透镜可以是折射元件并且具有曲面，在透镜的中心的切线的法线可以交叉透镜、光电元件和反射器。
透镜可以是折射元件并且具有曲面，在透镜的中心的切线的法线可以交叉透镜和反射器，光电元件可以横向地偏离透镜的中心。
经由光学输入输入的光可以在光电元件的两个相反面入射在光电元件上。
附图说明
对于本领域的技术人员来说，通过参考附图详细描述示例实施方式，特征将变得明显，在图中：
图1示出了根据示例实施方式的光信号接收单元的部分的图示；
图2A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图2B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图2A所示的光电转换器件中的光电二极管(PD)和微透镜的布局的平面图；
图3示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图4示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图5A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图5B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图5A所示的光电转换器件中的PD、微透镜和反射金属层的布局的平面图；
图6示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图7A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图7B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图7A所示的光电转换器件中的PD和微透镜的布局的平面图；
图8示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图9示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图10A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图10B示出了显示图10A所示的光电转换器件中的PD、微透镜和反射金属层的布局的平面图；
图11示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图12示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图13示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图14A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图14B示出了显示在图14A所示的光电转换器件中的PD和微透镜的布局的平面图；
图15A示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图15B示出了显示图15A所示的光电转换器件中的PD、微透镜和反射金属层的布局的平面图；
图16示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图17示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图18示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图19示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图20示出了根据示例实施方式的光电转换器件的部分的截面图；
图21示出了包括根据示例实施方式的光信号接收单元的系统的示意图；以及
图22示出了通过根据示例实施方式的光信号接收单元连接的系统和外部装置的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图在以下文中更全面地描述示例实施方式；然而，它们可以以不同形式实施且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并且将向本领域的技术人员全面传达示例实施例。
在图中，为了图示清晰，可以夸大层和区域的尺寸。相同的附图标记始终指代相同的元件。
虽然一些截面图的相应平面图和/或透视图可以不被示出，但是此处示出的装置结构的截面图为沿着如可以在平面图中示出的那样的两个不同方向和/或如可以在透视图中示出的那样的三个不同方向延伸的多个装置结构提供支持。所述两个不同方向可以或可以不是彼此垂直。所述三个不同方向可以包括可以垂直于所述两个不同方向的第三方向。所述多个装置结构可以被集成到同一电子设备中。例如，当在截面图中示出装置结构(例如存储单元结构或晶体管结构)时，电子设备可以包括多个装置结构(例如存储单元结构或晶体管结构)，如将由电子设备的平面图示出的。所述多个装置结构可以布置成阵列和/或二维图案。
在此使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。在一列元件之前的表述诸如“至少一个”修饰整列元件而不修饰该列中的个别元件。
将理解，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”或“接触”另一元件或层时，它可以直接在所述另一元件或层上或者直接接触所述另一元件或层，或者可以存在居间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”或“直接接触”另一元件或层时，则没有居间元件或层存在。同时，空间关系术语，诸如“在...之间”和“直接在...之间”或“相邻”和“直接相邻”等等，其在此用来描述一个元件或特征与其它元件或特征如图中所示的关系以便于描述，应被类似地解释。
将理解，虽然可以在此关于实施方式的元件使用术语“第一”、“第二”等，但是这样的元件不应被理解为受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离实施方式的范围。
冠词“一”和“该”在其具有单一对象时是单数的，然而，在本说明书中单数形式的使用不应排除一个以上对象的存在。换言之，相关的实施方式的单数形式的元件可以总计为一个或多个，除非上下文清楚地另外指示。还将理解，当在此使用时，术语“包括”、“包含”表示所述特征、项目、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、项目、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
除非另外限定，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思所属领域中的普通技术人员通常理解的相同含义。
图1示出了根据示例实施方式的光信号接收单元1的部分的图示。
参考图1，光信号接收单元1可以包括半导体芯片10和光缆20。
光信号接收单元1可以是例如有源光缆。虽然本实施方式描述了其中光信号接收单元1是配置为接受光信号的单元的情形，但是光信号接收单元1也可以起传输光信号的作用。
半导体芯片10可以包括光电转换器件100和信号处理半导体器件200。虽然本实施方式描述了其中光电转换器件100作用为将光信号转换成电信号的情形，但是光电转换器件100也可以作用为将电信号转换成光信号。半导体芯片10的形成可以包括在半导体晶片上形成多个半导体芯片，通过利用倒磨工艺减薄半导体晶片，以及通过利用划片工艺(die-sawingprocess)将半导体器件分离成多个单独的半导体芯片10。如以下描述的，即使半导体晶片利用倒磨工艺变薄，根据示例实施方式的光电转换器件100也可以改善入射到光电转换器件100的光的吸收率。
光电转换器件100可以接收光信号并执行将光信号转换成光电流作为电信号的光电转换操作。光电转换器件100可以包括例如一个PD或多个PD。其中光电转换器件100包括一个PD的情形将被描述为示例。光电转换器件100可以包括例如PIN二极管。
信号处理半导体器件200可以对由光电转换器件100产生的光电流进行信号处理操作。信号处理半导体器件200可以利用各种方法例如译码处理、编码处理和放大处理进行信号处理操作。由于信号处理半导体器件200执行的信号处理操作而产生的电信号可以通过电连接到信号处理半导体器件200的信号端子单元300被输出。
信号处理半导体器件200和信号端子单元300可以根据由光信号接收单元1支持的通信协议被不同地配置。例如，光信号接收单元1可以支持增强的小型可插拔(SFP+)协议来支持大约10Gb/s或更高的数据传输速度。在该情形下，信号处理半导体器件200和信号端子单元300可以配置为支持SFP+协议。
光缆20可以包括例如一个或多个光纤。光纤可以包括包含信号(即，光信号)的光透过其的纤芯22以及围绕纤芯22的包覆材料。在本实施方式中，其中光缆20的光纤包括一个纤芯22的示例被示出，并且将被描述。
在本说明书中，“光”可以主要用于描述光的物理特性(例如反射)，而“光学信号”可以主要用于描述具有用于数据通信的信号的光。然而，在此使用时，光和光信号具有实质上相同的涵义并且可以被可互换地使用。
在本说明书中，光或光信号行进或入射的方向不是指透过纤芯22的每个光波行进的方向，而是指透过纤芯22的所有光波行进的方向。因此，在此使用时，光或光信号行进或入射的方向指纤芯22的截面积的法线方向。此外，当此处使用时，由光缆20形成的角度表示由光或光信号从光缆20的一端朝向光电转换器件100行进或入射的方向与参考方向(例如，第一表面(指的是图2A中的112)的垂直方向)或参考线的方向(例如法线方向)形成的角度。具体地，当此处使用时，由光缆20形成的角度表示由在光或光信号被提供到的光缆20的一端处的纤芯22的截面的法线方向(即，光缆20的中心轴的方向)与所述参考方向或所述参考线的方向形成的角度。
图2A示出了根据示例实施方式的图1的光电转换器件100的部分的截面图。
图2B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图2A所示的光电转换器件100中的光电二极管(PD)和微透镜的布局的平面图。
参考图2A和2B，光电转换器件100可以包括基板110、PD120、反射层130和微透镜140。
基板110可以包括第一表面112和作为第一表面112的相反面的第二表面114，PD120可以形成在基板110的第一表面112上。
PD120可以是包括第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126的PIN二极管。光吸收半导体层124可以插置在第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126之间。第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126可以自基板110的第一表面112在垂直方向上布置。
第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126可以分别是p导电类型和n导电类型。在另一实施例中，第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126可以分别是n导电类型和p导电类型。光吸收半导体层124可以由本征半导体材料形成或具有相对低的掺杂剂浓度。第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126可具有相对高的掺杂剂浓度。例如，每个第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126可具有诸如足以与导电接触插塞形成欧姆接触的掺杂剂浓度，其中该导电接触插塞可以与第一和第二导电类型半导体层122和126的相应一个接触。与第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126相比，光吸收半导体层124可具有像本征半导体一样低的掺杂剂浓度。
基板110可以包括例如硅(Si)。在另一实施例中，基板110可以包括元素半导体诸如锗(Ge)，或半导体化合物诸如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)和磷化铟(InP)。在另一实施例中，基板110可具有绝缘体上硅(SOI)结构。例如，基板110可以包括掩埋氧化物(BOX)层。基板110可以包括导电区域，例如掺杂的阱或掺杂结构。
基板110可以包括形成在半导体基板上的层间绝缘材料层。光吸收半导体层124可以通过层间绝缘材料层或额外的隔离绝缘层而与其外围电绝缘。
例如，基板110可以包括具有与PD120的底表面相应或相邻的顶表面的半导体基板以及形成在该半导体基板上以覆盖PD120的侧表面的至少一部分的层间绝缘材料层。例如，基板110可包含具有与光吸收半导体层124的底表面相应或相邻的顶表面的半导体基板以及形成在该半导体基板上以覆盖第一导电类型半导体层122和光吸收半导体层124的侧表面的至少部分的层间绝缘材料层。例如，基板110可以包括具有与第一导电类型半导体层122的底表面相应或相邻的顶表面的半导体基板以及形成在该半导体基板上以覆盖第一导电类型半导体层122的侧表面的至少一部分的层间绝缘材料层。
PD120可以通过在半导体基板上顺序地层叠第二导电类型半导体层126、光吸收半导体层124和第一导电类型半导体层122形成。在另一实施例中，PD120的形成可以包括：通过将第二导电类型的掺杂剂注入到半导体基板中而形成第二导电类型半导体层126，以及顺序地层叠光吸收半导体层124和第一导电类型半导体层122。在另一实施例中，PD120的形成可以包括：在半导体基板中形成第二导电类型半导体层126和光吸收半导体层124，以及在其上层叠第一导电类型半导体层122。在另一实施例中，PD120的形成可以包括在半导体基板中层叠第二导电类型半导体层126、光吸收半导体层124和第一导电类型半导体层122。
配置为将由PD120产生的光电流传输到PD120外部的导电接触插塞可以形成在第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126的每个上，并与之连接。此外，可以连接到导电接触插塞的导电互连可以形成在PD120上并且将光电流供给到图1所示的信号处理半导体器件200。
反射层130可以形成在基板110的第二表面114上，微透镜140可以形成在基板110的第一表面112上。反射层130可以朝向PD120反射通过微透镜140入射的光。
反射层130可以是例如金属材料层或多层绝缘层。反射层130可以包括例如铝(Al)、银(Ag)、其合金、银基氧化物(Ag-O)、银(Ag)-钯(Pd)-铜(Cu)(APC)合金(包含Ag、Pd和Cu的合金)、铑(Rh)、铜(Cu)、钯(Pd)、镍(Ni)、钌(Ru)、铱(Ir)和铂(Pt)中的至少一种。反射层130可以是例如分布式布拉格反射器(DBR)。反射层130可以包括例如多个交替层叠的层，其中的每个层可具有“mλ/4n”的厚度。此处，λ表示反射光的波长，n表示介质的折射率，m是奇数。例如，反射层130可具有通过顺序地且交替地层叠低折射率层和高折射率层而获得的层叠结构。低折射率层可以包括例如具有1.4的折射率的硅氧化物(SiO2)或具有1.6的折射率的铝氧化物(Al2O3)。高折射率层可以包括例如具有2.05至2.25的折射率的硅氮化物(Si3N4)、具有2或更大的折射率的钛氧化物(TiO2)或具有3或更大的折射率的硅氢(Si-H)。
微透镜140可具有光焦度(opticalpower)。微透镜140可以聚焦来自光缆20的光。在当前示例实施方式中，微透镜140被示为折射元件，但是其它光学元件可以用于微透镜140。微透镜140可以包括TMR基树脂(东京OhkaKogyo公司的产品)或MFR基树脂(日本SyntheticRubber公司的产品)。虽然示出了微透镜140直接形成在PD120上，具体地，直接形成在PD120的第一导电类型半导体层122上，但是透明的绝缘层可以进一步形成在微透镜140与PD120的第一导电类型半导体层122之间。
从光缆(指的是图1中的20)中包括的光纤的纤芯22提供的光可以通过微透镜140入射到基板110的第一表面112。光从纤芯22入射的方向可以是基板110的第一表面112的垂直方向。基板110的第一表面112可以是光入射面。
入射到基板110的光可以被PD120的光吸收半导体层124吸收，因此PD120可以产生光电流。没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被形成在第二表面114上的反射层130反射，并且被PD120的光吸收半导体层124再次吸收，其中该第二表面114是光入射面的相反面。
第一导电类型半导体层122可具有比第二导电类型半导体层126小的水平面积。光吸收半导体层124可具有比第二导电类型半导体层126小的水平面积。第二导电类型半导体层126可具有比每个第一导电类型半导体层122和光吸收半导体层124大的水平面积。
在本说明书中，水平面积表示关于基板110的第一表面112或第二表面114在水平方向上测量的面积，除非另外限定，面积指水平面积。此外，当此处使用时，PD120的水平面积可以指可以构成PD120的第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126的各水平面积中的最大水平面积。
第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126的中心可以关于基板110的第一表面112沿着垂直方向对齐。
当从第一表面112看基板110时，第二导电类型半导体层126的一部分可以不被第一导电类型半导体层122和光吸收半导体层124覆盖。导电接触插塞可以形成在第二导电类型半导体层126的没有被第一导电类型半导体层122和光吸收半导体层124覆盖的部分中，且电连接到第二导电类型半导体层126。导电接触插塞可以形成在第一导电类型半导体层122的顶表面上并且电连接到第一导电类型半导体层122。光吸收半导体层124可以设置为完全填充第一导电类型半导体层122与第二导电类型半导体层126之间的空间。
当可以形成PD120的第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126垂直地层叠时，设置在下侧的第二导电类型半导体层126的水平面积可以形成为大于设置在上侧的第一导电类型半导体层122和光吸收半导体层124每个的水平面积。因而，导电接触插塞可以形成为电连接到第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126，并且在垂直方向上电连接到基板110的第一表面112。
微透镜140的水平面积可以大于第一导电类型半导体层122、光吸收半导体层124和第二导电类型半导体层126每个的水平面积。纤芯22的截面积可以大于PD120的水平面积。纤芯22的截面积可以大于光吸收半导体层124的截面积。因为纤芯22的截面积取决于形成光缆(指的是图1中的20)的光纤的类型，所以纤芯22的截面积可以是大体均匀的或者在非常小的范围内变化。光吸收半导体层124的直径可以与由光电转换器件100处理的光信号的带宽成反比。因而，随着光吸收半导体层124的直径减小，光电转换器件100可以处理光信号用于更快速的通信。因此，当光电转换器件100配置用于更快速的通信时，纤芯22的截面积可以变得相对大于PD120的水平面积(具体地，光吸收半导体层124的水平面积)。
例如，当光信号的带宽是大约Gbp或更大时，纤芯22的直径可以是大约50μm或大约62.5μm，PD120的直径，具体地，光吸收半导体层124的直径可以从大约5μm到大约40μm的范围。
微透镜140可以形成为具有与纤芯22的截面积相应的水平面积。例如，微透镜140的水平面积可以等于或大于纤芯22的截面积。从纤芯22入射到光电转换器件100的大部分光可以到达微透镜140。当微透镜140是凸透镜时，在已透过微透镜140的光穿过光电转换器件100时，光的射束尺寸可以逐渐减小。这里，光的射束尺寸指的是光通过其穿过光电转换器件100的面积。当PD120形成在基板110的第一表面112上时，仅部分穿过微透镜140的光可以到达光吸收半导体层124。
没有到达光吸收半导体层124的光或到达光吸收半导体层124但是没有被光吸收半导体层124吸收的光可以到达反射层130，同时光的射束尺寸逐渐减小。此后，光可以被反射层130反射并且从基板110的第二表面114朝向其第一表面112行进，同时光的射束尺寸连续地减小。因此，被反射层130反射且从基板110的第二表面114朝向其第一表面112行进的大部分光可以到达光吸收半导体层124。
当PD120的厚度和面积小于基板110的厚度t1时，基板110的厚度t1可以是微透镜140的焦距FL的大约一半。在该情形下，因为被反射层130反射的大部分光可以到达PD120，具体地，到达光吸收半导体层124，所以PD120的光吸收效率可以得以改善。
考虑到PD120的厚度，微透镜140的焦深(DOF)、可以形成在PD120与微透镜140之间的透明绝缘层的厚度、以及工艺裕度，基板110的厚度t1可以形成在微透镜140的焦距的一半的范围内，上下浮动±5％，从而改善PD120的光吸收效率。
例如，基板110的厚度t1可以从几十μm到几百μm范围，PD120可具有几μm或更小的厚度，并且可具有几μm至几十μm的直径。
光电转换器件100可以吸收通过基板110的第一表面112直接到达PD120(具体地，光吸收半导体层124)的光以及被形成在基板110的第二表面114上的反射层130反射而到达光吸收半导体层124的光，产生光电流，由此改善光电转换器件100的光吸收效率。
光电转换器件100可以通过利用微透镜140会聚光。因而，光电转换器件100可以处理光信号用于高速通信。
如图1所示，当光电转换器件100没有形成在额外的半导体芯片中而是与半导体器件200一起形成在单一的半导体芯片10中时，基板110的厚度t1可以在形成半导体芯片10期间利用倒磨工艺变薄。然而，当入射光被反射层130反射而到达PD120时，光行进的距离可以是基板110的厚度t1的大约两倍。因此，即使用于确保焦距的厚的透明绝缘层没有形成在微透镜140和PD120上，也可以确保微透镜140的焦距。因而，入射到光电转换器件100的光被PD120吸收的光吸收效率可以得以改善。
当厚的透明绝缘层形成以确保焦距时，厚的透明绝缘层可以形成于信号处理半导体器件200上，该信号处理半导体器件200与光电转换器件100一起形成在单一的半导体芯片10中，或大的阶梯差异可以发生在光电转换器件100和信号处理半导体器件200之间。因而，半导体芯片10可能被损坏或信号处理半导体器件200的性能可能退化。然而，根据本示例实施方式的光电转换器件100可以确保焦距，即使没有形成厚的透明绝缘层。因而，可以防止对半导体芯片10的损坏或信号处理半导体器件200的性能降低。因此，根据示例实施方式的光电转换器件100和光信号接收单元1可以最小化损失并且可以缩小尺寸。
将理解，如以下描述的图3至20中显示的每个光电转换器件100a、100b、100c、100d、101、101a、101b、101c、101d、102、103、104、104a、104b、105、105a、106和106a可以对应于图1中显示的光信号接收单元1的光电转换器件100，可以省略重复描述。
图3示出了根据示例实施方式的光电转换器件100a的部分的截面图。
参考图3，光电转换器件100a可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140和抗反射层150。
抗反射层150可以形成在基板110的第一表面112上。抗反射层150可以减少入射到基板110的光的反射。抗反射层150可具有例如粗糙表面、规则图案或不规则图案，或可具有光子晶体结构。抗反射层150可以包括例如透明的绝缘材料。例如，抗反射层150可以包括硅氧化物(SiO2)、多孔SiO2、KH2PO4(KDP)、NH4H2PO4、CaCO3、BaB2O4、NaF和Al2O3中的至少一种。抗反射层150可以包括单层或多层结构。抗反射层150可具有例如在PD120的基板110的折射率和微透镜140的折射率之间的中间折射率。
虽然图3示出了其中抗反射层150具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是抗反射层150可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间以及其上没有形成微透镜140的第一表面112上。
抗反射层150可以最少化从纤芯22入射到光电转换器件100的光当中的被基板110的第一表面112反射而没有入射到光电转换器件100的光。因而，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图4示出了根据示例实施方式的光电转换器件100b的部分的截面图。
参考图4，光电转换器件100b可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140和光学隔离层152。光学隔离层152可具有例如其中具有不同折射率的材料层顺序地且重复地层叠的层叠结构。
光学隔离层152可以用作关于从基板110外部入射到基板110内部的光的抗反射层，同时用作关于从基板110内部发射到基板110外部的光的反射层。因此，在被反射层130反射的光当中没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被光学隔离层152反射，再次到达光吸收半导体层124，并且被光吸收半导体层124吸收。因此，PD120的光吸收效率可以得以改善。
虽然图4示出了其中光学隔离层152具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是光学隔离层152可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，光学隔离层152可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，光学隔离层152可以形成在微透镜140和基板110之间以及基板110的其上没有形成微透镜140的第一表面112上。
光学隔离层152可以最少化从纤芯22入射到光电转换器件100b的光当中被基板110的第一表面112反射而没有入射到光电转换器件100b的光，并且防止没有被PD120吸收的光通过基板110的第一表面112射出基板110。因而，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图5A示出了根据示例实施方式的光电转换器件100c的部分的截面图。
图5B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图5A中所示的光电转换器件100c中的PD、微透镜和反射金属层的布局的平面图。
参考图5A和5B，光电转换器件100c可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140、抗反射层150和反射金属层160。
抗反射层150可以形成在基板110的第一表面112上。反射金属层160可以形成在基板110的第一表面112上。虽然图5A示出了其中反射金属层160形成在微透镜140和抗反射层150之间的情形，但是反射金属层160可以形成在基板110的第一表面112与抗反射层150之间。反射金属层160可以是与导电互连一起形成的虚设图案，其中导电互连可以分别电连接到PD120的两端(即，第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126)。在该情形下，反射金属层160的位置可以取决于导电互连的位置。
反射金属层160可以由例如与导电互连相同的材料形成。反射金属层160可以进一步包括例如铝(Al)、银(Ag)、其合金、银基氧化物(Ag-O)、APC合金(包含Ag、Pd和Cu的合金)、铑(Rh)、铜(Cu)、钯(Pd)、镍(Ni)、钌(Ru)、铱(Ir)和铂(Pt)中的至少一种。
反射金属层160的水平面积可以小于PD120的水平面积。反射金属层160的水平面积可以小于光吸收半导体层124的水平面积。
在光正被反射层130反射且行进的同时，光的射束尺寸可以减小。被反射层130反射且到达光吸收半导体层124的光当中没有被光吸收半导体层124吸收的光可以朝向基板110的第一表面112连续地行进，同时光的射束尺寸进一步减小。反射金属层160可以形成为具有一水平面积，其等于或大于在被反射层130反射之后没有被光吸收半导体层124吸收但是到达反射金属层160的光的射束尺寸。
因此，在被反射层130反射的光当中没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被反射金属层160反射，再次到达光吸收半导体层124，并且被光吸收半导体层124吸收。因此，PD120的光吸收效率可以得以改善。
当反射金属层160具有非常大的水平面积时，从纤芯22入射到光电转换器件100c的光可以被反射金属层160反射而没有入射到光电转换器件100c。因而，反射金属层160可以形成为具有比PD120或光吸收半导体层124的水平面积小的水平面积并且最少化没有入射到光电转换器件100c而是被反射的光。
反射金属层160的水平面积可以考虑到被反射金属层160反射而没有入射到光电转换器件100c的光的量、以及没有被光吸收半导体层124吸收而是到达反射金属层160并且被再次朝向光吸收半导体层124反射的光的量而确定。
图6示出了根据示例实施方式的光电转换器件100d的部分的截面图。
参考图6，光电转换器件100d可以包括基板110a、PD120、反射层130a和微透镜140。
突起114a可以形成在基板110a的第二表面114的一部分上。反射层130a可以沿着突起114a形成在其上的第二表面114而共形地形成。因此，反射层130a可具有朝向PD120的凹入形状。凹入形状的反射层130a可以形成在入射到光电转换器件100d的光到达反射层130a的位置并且可以形成为等于或大于所述光到达的区域的尺寸。因此，因为凹入形状的反射层130a可以用作凹透镜，所以在到达反射层130a的光被反射层130a反射之后，光的射束尺寸可以显著地减小。包括用作凸透镜的微透镜140和用作凹透镜的反射层130a的光学系统可具有相对短的焦距。
当基板110a具有相对小的厚度时，例如当图1所示的半导体芯片10进一步变薄时，被反射层130a反射的大部分光可以到达光吸收半导体层124，由此改善PD120的光吸收效率。
图7A示出了根据示例实施方式的光电转换器件101的部分的截面图。
图7B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图7A所示的光电转换器件101中的PD120和微透镜140的布局的平面图。
参考图7A和7B，光电转换器件101可以包括基板110、PD120、反射层130和微透镜140。
从光缆中包括的光纤的纤芯22入射的光可以通过微透镜140入射到基板110的第一表面112。光从纤芯22入射的方向可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度(θ)。因而，包括纤芯22的光缆的中心轴可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ并且对应于微透镜140。
例如，光从纤芯22入射的方向可相对于基板110的第一表面112的法线具有大约3°到大约15°的角度。例如，包括纤芯22的光缆的中心轴可相对于基板110的第一表面112的法线具有大约3°至大约15°的角度，并且对应于微透镜140。
当光从纤芯22入射的方向相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ时，微透镜140的中心可以在相对于基板110的第一表面112的水平方向上偏移远离光吸收半导体层124的中心，即偏离光吸收半导体层124的中心。
微透镜140的中心从光吸收半导体层124的中心偏离的距离d1可以是例如2×t2×tanθ。此处，t2可以是基板110的厚度。考虑到PD120的厚度、微透镜140的DOF、可以形成在PD120和微透镜140之间的透明绝缘层的厚度以及工艺裕度，微透镜140的中心偏离光吸收半导体层124的中心的距离d1可以被确定在2×t2×tanθ±5％的范围内。
根据微透镜140的中心偏离光吸收半导体层124的中心的距离d1，至少一部分光吸收半导体层124可以在基板110的第一表面112的垂直方向上不交叠微透镜140。类似地，每个第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126的至少一部分可以在基板110的第一表面112的垂直方向上不交叠微透镜140。分别电连接到第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126的导电互连可以在第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126的没有交叠微透镜140的部分上远离PD120延伸。
因此，可以防止透过微透镜140入射到光电转换器件101的光由于分别电连接到第一导电类型半导体层122和第二导电类型半导体层126的导电互连导致被吸收或反射，由此改善PD120的光吸收效率。
基板110的厚度t2可以是FL×cosθ/2。此处，FL可以是微透镜140的焦距。考虑到PD120的厚度、微透镜140的DOF、可以形成在PD120和微透镜140之间的透明绝缘层的厚度、以及工艺裕度，基板110的厚度t2可以被确定在FL×cosθ/2±5％的范围内。
图8示出了根据示例实施方式的光电转换器件101a的部分的截面图。
参考图8，光电转换器件101a可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140和抗反射层150。抗反射层150可以形成在基板110的第一表面112上。抗反射层150可以起减少入射到基板110的光的反射的功能。
抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间。因此，抗反射层150可以在基板110的第一表面112的垂直方向上不交叠PD120(具体的，至少一部分光吸收半导体层124)。因此，因为没有被光吸收半导体层124吸收但是到达基板110的第一表面112的部分光没有到达抗反射层150，所以射出基板110的光的量可以最少化，由此改善PD120的光吸收效率。
图9示出了根据示例实施方式的光电转换器件101b的部分的截面图。
参考图9，光电转换器件101b可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140和光学隔离层152。
光学隔离层152可以用作关于从基板110外部入射到基板110内部的光的抗反射层，同时用作关于从基板110内部发射到基板110外部的光的反射层。
因此，在被反射层130反射的光当中的没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被光学隔离层152反射，再次到达光吸收半导体层124，被光吸收半导体层124吸收。因此，PD120的光吸收效率可以得以改善。
虽然图9示出了其中光学隔离层152具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是光学隔离层152可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，光学隔离层152可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，光学隔离层152可以形成在微透镜140和基板110之间以及基板110的其上没有形成微透镜140的第一表面112上。
光学隔离层152可以最少化从纤芯22入射到光电转换器件101b的光当中被基板110的第一表面112反射而没有入射到光电转换器件101b的光，并且防止没有被PD120吸收的光通过基板110的第一表面112射出基板110。因而，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图10A示出了根据示例实施方式的光电转换器件101c的部分的截面图。
图10B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图10A所示的光电转换器件101c中的PD120、微透镜140和反射金属层160的布局的平面图。
参考图10A和10B，光电转换器件101c可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140、抗反射层150和反射金属层160。
抗反射层150可以形成在基板110的第一表面112上。反射金属层160可以形成在基板110的第一表面112上。
反射金属层160的水平面积可以小于PD120的水平面积。反射金属层160的水平面积可以小于光吸收半导体层124的水平面积。
在被反射层130反射的光当中没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被反射金属层160反射，再次到达光吸收半导体层124，并被光吸收半导体层124吸收。因此，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图11示出了根据示例实施方式的光电转换器件101d的部分的截面图。
参考图11，光电转换器件101d可以包括基板110a、PD120、反射层130a和微透镜140。
突起114a可以形成在基板110a的第二表面114的一部分上。反射层130a可以沿着突起114a形成在其上的第二表面114而共形地形成。因此，反射层130a可具有朝向PD120的凹入形状。因此，因为凹入形状的反射层130a可以用作凹透镜，所以在到达反射层130a的光被反射层130a反射之后，光的射束尺寸可以显著地减小。包括用作凸透镜的微透镜140和用作凹透镜的反射层130a的光学系统可具有相对短的焦距。
当基板110a具有相对小的厚度时，例如当图1所示的半导体芯片10进一步变薄时，被反射层130a反射的大部分光可以到达光吸收半导体层124，由此改善PD120的光吸收效率。
图12示出了根据示例实施方式的光电转换器件102的部分的截面图。
参考图12，光电转换器件102可以包括基板110、PD120a、反射层130和微透镜140。
光从纤芯22入射到光电转换器件102的方向可以是基板110的第一表面112的垂直方向。
PD120a可以包括包含第一导电类型半导体层122a、光吸收半导体层124a和第二导电类型半导体层126a的PIN二极管。光吸收半导体层124a可以插置在第一导电类型半导体层122a和第二导电类型半导体层126a之间。第一导电类型半导体层122a、光吸收半导体层124a和第二导电类型半导体层126a可以在平行于基板110的第一表面112的方向上布置。
图12示出了其中一个光吸收半导体层124a设置在一个第一导电类型半导体层122a和一个第二导电类型半导体层126a之间的情形，但是实施方式不限于此。例如，PD120a可以包括分别设置在交替设置的多个第一导电类型半导体层122a和多个第二导电类型半导体层126a之间的多个光吸收半导体层124a。
图13示出了根据示例实施方式的光电转换器件103的部分的截面图。
参考图13，光电转换器件103可以包括基板110、PD120a、反射层130和微透镜140。
光从纤芯22入射到光电转换器件103的方向可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ。因而，包括纤芯22的光缆的中心轴可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ并且对应于微透镜140。
PD120a可以是包括第一导电类型半导体层122a、光吸收半导体层124a和第二导电类型半导体层126a的PIN二极管。光吸收半导体层124a可以插置在第一导电类型半导体层122a和第二导电类型半导体层126a之间。第一导电类型半导体层122a、光吸收半导体层124a和第二导电类型半导体层126a可以在平行于基板110的第一表面112的方向上布置。
虽然没有另外显示，但是图12和13中显示的光电转换器件102和103还可以包括图3和8中显示的抗反射层150、图4和9中显示的光学隔离层152、以及图5A、5B、10A和10B中显示的抗反射层150和反射金属层160。此外，图12和13中显示的光电转换器件102和103的反射层130可以被图6和11中显示的具有凹入形状的反射层130a替代。
图14A至20中显示的每个光电转换器件104、104a、104b、105、105a、106和106a的PD120也可以被图12和13中显示的PD120a替代。
图14A示出了根据示例实施方式的光电转换器件104的部分的截面图。
图14B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图14A所示的光电转换器件104中的PD120和微透镜140的布局的平面图。
参考图14A和14B，光电转换器件104可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140、栅格耦合器(latticecoupler)172和波导174。微透镜140可以形成在栅格耦合器172上。
光从纤芯22入射到光电转换器件104的方向可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ。因而，包括纤芯22的光缆的中心轴可相对于基板110的第一表面112的法线具有角度θ并且对应于微透镜140。
栅格耦合器172和波导174可以形成在基板110的第一表面112中。栅格耦合器172可以包括大致彼此平行的一系列线，诸如通过凹槽隔离的线。栅格耦合器172可以由具有比基板110高的折射率的材料形成。在该情形下，基板110可以用作用于栅格耦合器172的下覆层。栅格耦合器172可以由例如元素半导体诸如硅(Si)或锗(Ge)、或化合物半导体诸如III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体形成。在另一实施例中，栅格耦合器172可以由例如非半导体材料或聚合物形成。
例如，栅格耦合器172的形成可以利用各种平版印刷技术(lithographytechnique)和/或蚀刻技术诸如纳米压印平版印刷工艺或反应离子蚀刻(RIE)工艺进行，以形成在线之间的凹槽。
波导174可以是例如脊形波导或条带状加载波导。
透过微透镜140入射的光行进的方向可以通过栅格耦合器172改变，使得光在平行于基板110的第一表面112的方向上行进，波导174可以在改变后的方向上透射光到PD120。
因为光电转换器件104通过利用栅格耦合器172和波导174而将透过微透镜140入射的光透射到PD120，所以微透镜140的中心偏离光吸收半导体层124的中心的距离d2可以比没有形成栅格耦合器172和波导174时大。
反射层130可以朝向PD120反射既没有在通过栅格耦合器172改变的方向上行进又没有在平行于基板110的第一表面112的方向上行进而是到达基板110的第二表面114的光。
在光电转换器件104中，入射光可以在平行于基板110的第一表面112的方向上通过栅格耦合器172和波导174被透射到PD120。因而，在基板110中由于光的吸收引起的光损失可以最小化。此外，既没有在通过栅格耦合器172改变的方向上行进又没有在平行于基板110的第一表面112的方向上行进而是到达基板110的第二表面114的光可以被朝向PD120反射，由此改善光电转换器件104的光吸收效率。
图15A示出了根据示例实施方式的光电转换器件104a的部分的截面图。
图15B示出了显示根据示例实施方式的光电转换器件的部分的布局的平面图，具体地，示出了显示图15A所示的光电转换器件104a中的PD120、微透镜140和反射金属层160的布局的平面图。
参考图15A和15B，光电转换器件104a可以包括基板110、PD120、反射层130、微透镜140、抗反射层150、反射金属层160、栅格耦合器172和波导174。
抗反射层150可以形成在基板110的第一表面112上。虽然图15A示出了其中抗反射层150具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是抗反射层150可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间以及在基板110的其上没有形成微透镜140的第一表面112上。
反射金属层160可以形成在基板110的第一表面112上。在一实施例中，反射金属层160的水平面积可以小于PD120的水平面积。光电转换器件104a可以包括栅格耦合器172和波导174，微透镜140可以形成在栅格耦合器172上。因而，光入射到基板110的位置可以与形成PD120的位置间隔开。因而，当反射金属层160形成在PD120上时，可以不产生没有入射到基板110而是被反射金属层160反射的光。
因此，入射到基板110的光的量可以由于抗反射层150而增加，并且没有入射到基板110而是被反射金属层160反射的光没有被反射金属层160产生。因而，光吸收效率可以得以改善。
图16示出了根据示例实施方式的光电转换器件104b的部分的截面图。
参考图16，光电转换器件104b可以包括基板110a、PD120、反射层130a、微透镜140、抗反射层150、反射金属层160、栅格耦合器172和波导174。
突起114a可以形成在基板110a的第二表面114的一部分上。反射层130a可具有朝向PD120的凹入形状。因为凹入形状的反射层130a可以用作凹透镜，所以在到达反射层130a的光被反射层130a反射之后，光的射束尺寸可以显著地减小。包括用作凸透镜的微透镜140和用作凹透镜的反射层130a的光学系统可具有相对短的焦距。
当基板110a具有相对小的厚度时，例如当图1所示的半导体芯片10进一步变薄时，被反射层130a反射的大部分光可以到达光吸收半导体层124，由此改善PD120的光吸收效率。
图17示出了根据示例实施方式的光电转换器件105的部分的截面图。
参考图17，光电转换器件105可以包括基板110、PD120、微透镜140和反射金属层160。
基板110可具有第一表面112和作为第一表面112的相反面的第二表面114，PD120可以形成在基板110的第一表面112上。
微透镜140可以形成在基板110的第二表面114上，反射金属层160可以形成在基板110的第一表面112上。基板110的第二表面114可以是光入射面。
当微透镜140是凸透镜时，透过微透镜140的光的射束尺寸可以在光行进通过光电转换器件105的同时逐渐减小。当PD120的厚度和面积小于基板110的厚度t3时，基板110的厚度t3可以是大约等于微透镜140的焦距FL。在该情形下，被反射金属层160反射的大部分光可以到达PD120，具体地，到达光吸收半导体层124，由此改善PD120的光吸收效率。
考虑到PD120的厚度、微透镜140的DOF、可以形成在PD120和微透镜140之间的透明绝缘层的厚度、以及工艺裕度，基板110的厚度t3可以形成在微透镜140的焦距的范围内，上下浮动±5％，以改善PD120的光吸收效率。
反射金属层160可以再次朝向PD120的光吸收半导体层124反射透过微透镜140入射的光当中没有被光吸收半导体层124吸收的光。因而，反射金属层160可以用作例如图2A和2B中显示的反射层130。
反射金属层160的水平面积可以小于PD120的水平面积。反射金属层160的水平面积可以小于光吸收半导体层124的水平面积。
在另一实施例中，反射金属层160可以形成为覆盖基板110的整个第一表面112，或形成为具有比PD120的水平面积大的水平面积。PD120的厚度(具体地第一导电类型半导体层122的厚度)可以小于基板110的厚度t3。因而，与到达反射金属层160的光的射束尺寸相比，被反射金属层160反射且到达光吸收半导体层124的光的射束尺寸可以没有大大减小。因此，即使反射金属层160形成为具有比PD120略微大的水平面积，反射金属层160也可以足够地用作图2A和2B中显示的反射层130。
因此，在透过微透镜140入射到基板110的光当中，没有被PD120的光吸收半导体层124吸收的光可以被反射金属层160反射，再次到达光吸收半导体层124，并被光吸收半导体层124吸收。因此，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图18示出了根据示例实施方式的光电转换器件105a的部分的截面图。
参考图18，光电转换器件105a可以包括基板110、PD120、微透镜140、抗反射层150和反射金属层160。
抗反射层150可以形成在基板110的第二表面114上。抗反射层150可以减少入射到基板110的光的反射。
虽然图18示出了其中抗反射层150具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是抗反射层150可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间以及在基板110的其上没有形成微透镜140的第二表面114上。
抗反射层150可以最少化从纤芯22入射到光电转换器件105a的光当中的被基板110的第二表面114反射而没有入射到光电转换器件105a的光。因而，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图19示出了根据示例实施方式的光电转换器件106的部分的截面图。
参考图19，光电转换器件106可以包括基板110、PD120、微透镜140和反射金属层160。
光从纤芯22入射到光电转换器件106的方向可相对于基板110的第二表面114的法线具有角度θ。因而，包括纤芯22的光缆的中心轴可相对于基板110的第二表面114的法线具有角度θ并且对应于微透镜140。
图20示出了根据示例实施方式的光电转换器件106a的部分的截面图。
参考图20，光电转换器件106a可以包括基板110、PD120、微透镜140、抗反射层150和反射金属层160。
抗反射层150可以形成在基板110的第二表面114上。抗反射层150可以用于减少入射到基板110的光的反射。
虽然图20示出了其中抗反射层150具有与微透镜140的面积相应的面积的情形，但是抗反射层150可具有与微透镜140的面积相同或者比其大的面积。因而，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间。在另一实施例中，抗反射层150可以形成在微透镜140和基板110之间以及在基板110的其上没有形成微透镜140的第二表面114上。
抗反射层150可以最少化从纤芯22入射到光电转换器件106a的光当中被基板110的第二表面114反射而没有入射到光电转换器件106a的光。因而，PD120的光吸收效率可以得以改善。
图21示出了包括根据示例实施方式的光信号接收单元的系统1100的示意图。
参考图21，系统1100可以包括控制器1110、存储器件1120、显示器1130和接口1140。系统1100可以是可移动系统或配置为透射或接收信息的系统。
控制器1110，其可以配置为控制系统1100中的执行程序，可以包括微处理器、数字信号处理器、微控制器或与其类似的装置。
存储器件1120可以存储用于操作控制器1110的代码和/或数据，或存储由控制器1110处理的数据。存储器件1120可以包括例如易失性/非易失性存储器、硬盘或固态驱动器(SSD)。
显示器1130可以包括配置为显示系统1100的处理结果的显示装置以及配置为驱动所述显示装置的显示器件。
接口1140可以是在系统1100与其它外部装置之间的数据传输通道。
控制器1110可以分别通过信道1152、1154和1156与存储器件1120、显示器1130和接口1240通信。例如，至少一些信道1152、1154和1156可以是图1所示的光信号接收单元1，光信号接收单元1的光电转换器件100可以对应于图2A至20中显示的每个光电转换器件100、100a、100b、100c、100d、101、101a、101b、101c、101d、102、103、104、104a、104b、105、105a、106和106a。
系统1100可以进一步包括输入/输出(I/O)器件。I/O器件可以被用来输入数据到系统1100或从系统1100输出数据。系统1100可以利用I/O器件接收或输出数据。I/O器件可以是例如键区、键盘、鼠标或打印机。
系统1100中包括的信道1152、1154和1156可以利用具有改善的光效率的光电转换器件来处理光信号用于高速通信。因而，信道1152、1154和1156可以以高效率处理大容量光信号。
图22示出了通过根据示例实施方式的光信号接收单元连接的系统1100和外部装置1200的示意图。
参考图22，包括接口1140的系统1100可以通过通信电缆1300连接到外部装置1200以组成网络2000。外部装置1200可以是例如外部系统或外部存储器件。通信电缆1300可以是例如有源光缆。通信电缆1300可以是图1所示的光信号接收单元1，光信号接收单元1的光电转换器件100可以对应于图2A至20中显示的每个光电转换器件100、100a、100b、100c、100d、101、101a、101b、101c、101d、102、103、104、104a、104b、105、105a、106和106a。
因为通信电缆1300可以利用具有改善的光效率的光电转换器件处理光信号用于高速通信，所以系统1100可以以高速透射大量数据到外部装置1200或者以高速从外部装置1200接收大量数据。
作为总结和回顾，在电子设备中，在光信号向电信号的转换期间可能发生损失，或可能需要具有相对大尺寸的连接器件。
如上所述，实施方式可以提供具有光电二极管(PD)的光电转换器件和光信号接收单元，其可以最小化在光信号向电信号的转换期间的损失并被缩小尺寸。
在此已经公开了示例实施方式，虽然采用了专用术语，但是它们仅以一般性和描述性意义被使用和解释而不用于限制。在一些情况下，如到提交本申请为止对于本领域的普通技术人员来说可能显然的是，关于特定实施方式描述的特征、特性、和/或元件可以被单独地使用，或者可以与关于其它实施方式描述的特征、特性、和/或元件一起使用，除非另外特别指出。因此，本领域的普通技术人员将理解，可以形式和细节上进行各种改变，而不脱离由权利要求书所阐述的本发明的精神和范围。
2014年8月12日在韩国知识产权局提交且发明名称为“具有光电二极管的光电转换器件和光信号接收单元”的韩国专利申请No.10-2014-0104537通过整体引用结合于此。

Claims (25)

1.一种光电转换器件，包括：
基板，具有第一表面和第二表面，第二表面是所述第一表面的相反面，其中所述第一和第二表面的其中之一是光入射面；
光电二极管，形成在所述基板的所述第一表面中；
反射层，形成在所述基板的所述第一和第二表面的另一个上，所述第一和第二表面的所述另一个是所述光入射面的相反面；以及
微透镜，形成在所述基板的所述光入射面上。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述光电二极管包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在所述第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述第一导电类型半导体层、所述光吸收半导体层和所述第二导电类型半导体层从所述基板的所述第一表面在垂直方向上布置。
4.根据权利要求3所述的器件，其中所述微透镜的中心偏离所述光吸收半导体层的中心。
5.根据权利要求4所述的器件，还包括覆盖所述光电二极管的一部分的反射金属层。
6.根据权利要求1所述的器件，还包括插置在所述基板和所述微透镜之间的抗反射层。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括插置在所述基板和所述微透镜之间的光学隔离器层。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述反射层具有朝向所述光电二极管的凹入形状。
9.一种光电转换器件，包括：
基板，具有第一表面和第二表面，所述第二表面是所述第一表面的相反面；
光电二极管，形成在所述基板的所述第一表面中；
微透镜，形成在所述基板的所述第一表面上并且光入射在其上；以及
反射层，形成在所述基板的所述第二表面上并且配置为将透过所述微透镜入射的光反射朝向所述光电二极管。
10.根据权利要求9所述的器件，其中，在所述光电二极管中，第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在所述第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层从所述基板的所述第一表面在垂直方向上设置，所述第二导电类型半导体层的水平面积大于所述第一导电类型半导体层的水平面积。
11.根据权利要求10所述的器件，其中所述微透镜的水平面积大于所述第二导电类型半导体层的水平面积。
12.根据权利要求10所述的器件，其中所述微透镜的中心偏离所述光吸收半导体层的中心。
13.根据权利要求10所述的器件，其中所述光吸收半导体层的至少一部分在关于所述基板的所述第一表面的垂直方向上不交叠所述微透镜。
14.一种光信号接收单元，包括：
光电转换器件，包括：基板，具有第一表面和第二表面，所述第二表面是所述第一表面的相反面；光电二极管，形成在所述基板的所述第一表面中；微透镜，形成在所述基板的所述第一表面上并且光信号入射到其上；以及反射层，形成在所述基板的所述第二表面上以将透过所述微透镜入射的所述光信号反射朝向所述光电二极管；以及
光缆，包括具有比所述光电二极管的水平面积大的截面积的纤芯；
其中所述光缆的与所述微透镜相应的中心轴相对于所述基板的所述第一表面的法线具有一角度。
15.根据权利要求14所述的光信号接收单元，其中：
所述光电二极管包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在所述第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层，以及
所述微透镜的中心偏离所述光吸收半导体层的中心。
16.根据权利15所述的光信号接收单元，还包括形成在所述光电二极管上的反射金属层。
17.根据权利要求16所述的光信号接收单元，其中所述反射金属层的水平面积小于所述光吸收半导体层的水平面积。
18.一种光信号接收单元，包括：
半导体芯片，包括：基板，具有第一表面和第二表面，所述第二表面是所述第一表面的相反面；形成在所述基板的所述第一表面上的光电二极管以及信号处理半导体器件；形成在所述基板的所述第一表面上的微透镜；以及反射层，形成在所述基板的所述第二表面上以将透过所述微透镜入射的光信号反射朝向所述光电二极管；
光缆，配置为允许光信号朝向所述微透镜入射以相对于所述基板的所述第一表面的法线具有一角度；以及
信号端子单元，电连接到所述信号处理半导体器件并且被配置为接收所述光信号通过所述光电二极管被转换成的光电流，输出由所述信号处理半导体器件处理的电信号。
19.根据权利要求18所述的光信号接收单元，其中：
所述光电二极管包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层以及插置在所述第一和第二导电类型半导体层之间的光吸收半导体层，以及
所述光缆包括具有比所述光吸收半导体层的水平面积大的截面积的纤芯。
20.根据权利要求19所述的光信号接收单元，其中：
所述第一导电类型半导体层、所述光吸收半导体层和所述第二导电类型半导体层的中心在所述基板的所述第一表面的垂直方向上对齐；以及
所述微透镜的中心在关于所述基板的所述第一表面的水平方向上偏离所述光吸收半导体层的中心。
21.一种光电装置，包括：
光学输入，所述光学输入接收在第一方向上行进的光；
反射器，在所述光学输入处被接收的所述光被引向所述反射器；
透镜，设置在所述光学输入和所述反射器之间的所述光的路径中使得来自所述光学输入的光透过所述透镜，所述透镜将所述光引导到所述反射器，入射在所述透镜上的所述光中的至少一些在不同于所述第一方向的方向上被引导；以及
光电元件，设置在所述光的路径中，所述光电元件响应于入射在所述光电元件上的光的变化而表现出可变化的电状态。
22.根据权利要求21所述的光电装置，其中经由所述光学输入输入且入射在所述反射器上的所有光透过所述透镜。
23.根据权利要求21所述的光电装置，其中所述透镜是折射元件并且具有曲面，在所述透镜的中心的切线的法线交叉所述透镜、所述光电元件和所述反射器。
24.根据权利要求21所述的光电装置，其中所述透镜是折射元件并且具有曲面，在所述透镜的中心的切线的法线交叉所述透镜和所述反射器，所述光电元件横向地偏离所述透镜的中心。
25.根据权利要求21所述的光电装置，其中经由所述光学输入输入的光在所述光电元件的两个相反面入射在所述光电元件上。
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