DE60116169T2

DE60116169T2 - Polaritätsunabhängiger optischer Empfänger und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60116169T2
Application number: DE60116169T
Authority: DE
Inventors: Douglas M. Los Altos Baney; Christopher Palo Alto Kocot
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP2001326380A; EP1136797A3; US6376826B1; EP1136797A2; EP1136797B1; DE60116169D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft im allgemeinen elektrooptische Einrichtungen und insbesondere einen polaritätsunabhängigen optischen Empfänger sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optische Empfänger werden verwendet, um Licht zu detektieren und das detektierte Licht in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Das elektrische Signal kann gemessen werden, wodurch die Intensität des Lichts ermittelt werden kann. Wenn kohärentes Licht mittels Interferometrie- oder Heterodyn-Techniken detektiert und gemessen wird, werden die Interferometrie- oder Heterodyn-Mischwerte sowie die direkte Intensität des Lichts detektiert. Ein Teil der direkten Intensität des Lichts umfaßt Rauschen. Die direkte Intensitätsdetektion kann mit dem gewünschten Heterodyn-Mischsignal interferieren, insbesondere, wenn die Zwischenfrequenz (IF) in die Bandbreite der Direktdetektion fällt.
Eine Vorgehensweise, zur Verringerung der Stärke des Rauschens, ist das Verwenden eines optischen Empfängers mit zwei Photodetektoren (beispielsweise Photodioden), die in gleicher Richtung in Reihe angeordnet sind, wie in 1 dargestellt ist. Die Photodiodenkonfiguration der 1 verwendet Photodioden des PIN-Typs, um das Gleichtakt-Intensitätsrauschen zu unterdrücken, wenn die Photodioden mit Licht beleuchtet werden, das ein Differenz-Signal aufweist, wobei an deren jeweiligen Anschlüssen ein Gleichtakt-Intensitätsrauschen auftritt.
Photodioden des PIN-Typs weisen einen intrinsischen Bereich auf, der ein p-Typ-Material von einem n-Typ-Material trennt. Der Betrieb von Photodioden des PIN-Typs ist dem Fachmann bekannt. In der 1 umfaßt ein optischer Empfänger 1 eine Photodiode 6 und eine Photodiode 7, die in einer ausgeglichenen Detektorkonfiguration angeordnet sind. Wenn an einen Anschluß 2 eine negative Spannung und an einem Anschluß 4 eine positive Spannung angelegt wird, sind beide Photodioden 6 und 7 in Sperrichtung vorgespannt. Bei Zuführen von Licht, mit hv bezeichnet, an die Absorptionsbereiche, die den Photodioden 6 und 7 zugeordnet sind, beginnen die Photodioden damit, einen elektrischen Strom proportional zu der Intensität des Lichts zu erzeugen, das auf die Photodioden auftrifft. Die Konfiguration der Photodioden 6 und 7 wird als ausgeglichene (balanced) Detektoranordnung bezeichnet, da ein elektrischer Strom zwischen den Anschlüssen 2 und 3 erzeugt wird, wenn der Photodiode 6 Licht zugeführt wird, und ein elektrischer Strom wird zwischen den Anschlüssen 4 und 3 erzeugt werden, wenn der Photodiode 7 Licht zugeführt wird. Der Anschluß 3 ist die virtuelle Gleichtakt-Masse und stellt den Ausgangsanschluß für den optischen Empfänger 1 dar. Wenn die Dioden 6 und 7 die gleiche Lichtintensität empfangen, fließt Strom zwischen den Anschlüssen 2 und 4, jedoch erscheint am Anschluß 3, der virtuellen Gleichtakt-Masse, kein Strom. Dieser Zustand ist in Situationen vorteilhaft, in denen es wünschenswert ist, das Gleichtakt-Intensitätsrauschen zu unterdrücken, das dem Licht entspricht, welches den Photodioden 6 und 7 zugeführt wird.
Diese ausgeglichene Detektoranordnung wird in optischen interferometrischen Systemen verwendet, in denen die detektierten optischen Signale Differenz-Signale sind. Differenz-Signale sind Signale, die zueinander außer Phase (out of phase) sind, wobei das diesen zugeordnete Rauschen eine gleichphasige Komponente aufweist. In der ausgeglichenen Detektor anordnung wird das Gleichtakt-Intensitätsrauschen an dem virtuellen Gleichtakt-Masseanschluß 3 aufgehoben, wodurch das Gleichtakt-Intensitätsrauschen effektiv unterdrückt wird.
Ein Nachteil in dieser Konfiguration liegt darin, daß die Photodioden durch das Anlegen einer Spannung mit einer bestimmten Polarität vorgespannt sein müssen, wie in 1 dargestellt ist. Dadurch kann das Anwenden von Vorspannung-Takten (bias chopping) oder Abtasten (gating) vermieden werden, wobei in diesen Fällen die Polaritäten an den Anschlüssen 2 und 4 periodisch umgekehrt werden. Vorspannung-Takten ist wichtig, um detektierte Niederfrequenzsignale in höhere Frequenzen umzuwandeln, um den Effekt des niederfrequenten elektronischen Rauschens zu verringern. Das Vorspannen in Durchlaßrichtung der üblichen Anordnung, die in dem Stand der Technik von 1 dargestellt ist, zerstört die Photodioden. Daher müssen bei diesem Photodetektor-Anordnungstyp sichere Vorspannungsstrukturen vorgesehen werden, im Schaden an den Photodioden zu vermeiden.
Ferner unterscheiden sich die Spannungspolaritäten von einer Photodiode zu der nächsten, abhängig davon, ob die Photodiode in einer Konfiguration ausgestaltet ist, in der ein p-Typ-Materialseite nach oben weist, oder in einer Konfiguration ausgestaltet ist, in der die p-Typ- Materialseite nach unten weist. Die Vermischung dieser Polaritäten kann dazu führen, daß der optische Empfänger nachbearbeitet werden muß, wenn nicht korrekt vorgespannt ist, wobei die Gefahr einer möglichen Zerstörung der Vorrichtung durch Anlegen der unrichtigen Vorspannungspolarität besteht.
Es besteht daher ein Bedarf seitens der Industrie an einem polaritätsunabhängigen optischen Empfänger in einer ausgeglichenen Detektoranordnung.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen polaritätsunabhängigen optischen Empfänger mit einer ausgeglichenen Detektoranordnung und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Hinsichtlich ihrer Struktur kann die Erfindung als Konzept eines polaritätsunabhängigen optischen Empfängers umgesetzt werden, der umfaßt, ein erstes Paar Photodioden, die seriell zwischen einem ersten Anschluß und einem gemeinsamen Anschluß angeschlossen sind; ein zweites Paar Photodioden, die seriell zwischen einem zweiten Anschluß und dem gemeinsamen Anschluß angeschlossen sind, wobei die Photodioden in dem ersten Paar und in dem zweiten Paar gegensätzlich zueinander orientiert sind, so daß an den ersten und zweiten Anschluß eine polaritätsunabhängige Vorspannung angelegt werden kann.
Die Erfindung kann auch als Konzept eines Verfahrens zum Herstellen eines polaritätsunabhängigen optischen Empfängers umgesetzt werden, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfaßt: Ausbilden eines ersten Paars Photodioden, die seriell zwischen einem ersten Anschluß und einem gemeinsamen Anschluß angeschlossen sind, Ausbilden eines zweiten Paars Photodioden, die seriell zwischen einem zweiten Anschluß und dem gemeinsamen Anschluß angeschlossen sind, und gegensätzlich Orientieren der Photodioden in dem ersten Paar und in dem zweiten Paar, so daß der erste Anschluß und der zweite Anschluß mit einer polaritätsunabhängigen Vorspannung versorgt werden können.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß diese einen polaritätsunabhängigen optischen Empfänger mit einer ausgeglichenen Detektoranordnung vorsieht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß diese die Unsicherheit beim Anlegen einer Vorspannung an einen optischen Empfänger vermeidet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß diese ein polaritätsunabhängiges Vorspannen eines optischen Empfängers ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß diese hinsichtlich des Designs einfach gestaltet ist und in großer Stückzahl zur kommerziellen Herstellung leicht implementiert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei der Betrachtung der folgenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung. Diese zusätzlichen Merkmale und Vorteile fallen in den Umfang der Erfindung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, ist unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser ersichtlich. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt, wobei diese stattdessen vergrößert sein können, um die Prinzipien der Erfindung klar darzustellen.
1 ist ein Schaltbild, das einen optischen Empfänger nach dem Stand der Technik in einer ausgeglichenen Photodetektoranordnung darstellt;
2 ist eine schematische Ansicht, die einen polaritätsunabhängigen optischen Empfänger darstellt, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
3 ist ein Schaltbild, das eine bevorzugte Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 2 darstellt;
4 ist ein Schaltbild, das eine erste alternative Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 3 darstellt;
5 ist ein Schaltbild, das eine zweite alternative Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 3 darstellt;
6 ist ein Schaltbild, das eine dritte alternative Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 3 darstellt;
7A ist eine Querschnittsansicht der Schichten einer Metall-Halbleiter-Metall (metalsemiconductor-metal, MSM)-Wafer, in der der polaritätsunabhängige optische Empfänger der Erfindung ausgebildet ist;
7B ist eine Aufsicht, die den polaritätsunabhängigen optischen Empfänger von 7A im weiteren Detail darstellt;
7C ist eine Aufsicht, die eine bevorzugte Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers der 7A und 7B schematisch darstellt;
7D ist eine Aufsicht, die den polaritätsunabhängigen optischen Empfänger von 7A schematisch darstellt; und
7E ist eine Aufsicht, die eine alternative Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 7C darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung umfaßt Bezugnahmen auf diskrete Elemente und Schaltkreisblöcke, wobei der polaritätsunabhängige optische Empfänger der Erfindung mittels zahlreichen Halbleitertechnologien hergestellt werden kann. Die Herstellung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers der Erfindung mittel Metall-Halbleiter-Metall-Technik (MSM technology) ist im weiteren lediglich als eine Art und Weise zur Herstellung des optischen Empfängers beschrieben. Es sind weitere Herstellungsverfahren bekannt.
Bezugnehmend auf die Zeichnung ist die 2 eine schematische Ansicht, die einen polaritätsunabhängigen optischen Empfänger 10 zeigt, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Der optische Empfänger 10 umfaßt eine Photodetektorschaltung 14 mit Anschlüssen 11, 12 und 16. Gemäß der Erfindung können an die Anschlüsse 11 und 12 entweder eine positive oder eine negative Vorspannung angelegt werden. Der Anschluß 16 ist der Ausgangsanschluß der Photodetektorschaltung 14 und wird als virtueller Gleichtakt-Masseanschluß bezeichnet. Die Photodetektorschaltung 14 hat eine Struktur, die es ermöglicht, unabhängig von der Polarität der daran angelegten Vorspannung zu arbeiten. Auf diese Weise können positive oder negative Vorspannungen an die Anschlüsse 11 und 12 angelegt werden, ohne die Photodetektorschaltung 14 zu beschädigen.
3 ist eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 von 2 darstellt. Die Photodetektorschaltung 14 umfaßt Photodioden D1, D2, D3 und D4, die in Serie nacheinander an die Anschlüsse 11 und 12 angeschlossen sind, wobei der Anschluß 16 mit der Verbindung von D2 und D3 verbunden ist. In dieser Anordnung sind die Photodioden D1 und D2 mit ihren jeweiligen Kathoden miteinander verbunden, die Photodioden D3 und D4 sind mit ihren jeweiligen Kathoden miteinander verbunden, und die Photodioden D2 und D3 sind mit ihren jeweiligen Anoden miteinander verbunden, um einen ausgeglichenen Detektor auszubilden. Wie oben bemerkt, kann erfindungsgemäß an die Anschlüsse 11 und 12 entweder eine positive oder eine negative Vorspannung angelegt werden. Wenn beispielsweise eine positive Vorspannung an den Anschluß 11 und eine negative Vorspannung an den Anschluß 12 angelegt wird, dann sind die Photodioden D2 und D4 in Sperrichtung und die Photodioden D1 und D3 in Durchlaßrichtung vorgespannt.
Photodioden arbeiten korrekt, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt sind. In der Abwesenheit einer Lichtquelle sperren die Dioden D2 und D4 den Stromfluß in der Schaltung. Wenn Licht auf das Photodiodenpaar D1 und D2 trifft und von diesen detektiert wird, fließt ein Strom zwischen den Anschlüssen 11 und 16, der proportional zu dem detektierten Licht ist. Das Licht wird von dem Photodiodenpaar D1 und D2 detektiert, die einen Photostrom erzeugen, der durch die Photodiode D2 fließt, die in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, sowie durch die Photodiode D1, die in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn in gleicher Weise Licht auf das Photodiodenpaar D3 und D4 trifft und von diesem detektiert wird, fließt ein Strom zwischen den Anschlüssen 12 und 16, der proportional zu dem detektierten Licht ist. Das Licht wird von dem Photodiodenpaar D3 und D4 detektiert, welche einen Photostrom erzeugen, der durch die Photodiode D3 fließt, die in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, sowie durch die Photodiode D4, die in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn beide Photodiodenpaare Licht detektieren, dann arbeitet die Photodetektorschaltung 14 als ausgeglichener Detektor. In einer solchen Anordnung fließt ein Strom zwischen den Anschlüssen 11 und 12, der proportional zu dem detektierten Licht ist, wenn beide Photodiodenpaare die gleiche Lichtintensität detektieren. Am Anschluß 16 (der virtuelle Gleichtakt-Masseanschluß) tritt kein Strom auf, wodurch das Gleichtakt-Intensitätsrauschen unterdrückt wird, das dem Licht entspricht, das den Photodioden zugeführt wird. Dies entspricht dem Auftreten eines Gegentaktsignals am Anschluß 16. Dieses Signal kann verwendet werden, um beispielsweise einen elektronischen Verstärker (nicht dargestellt) anzusteuern.
Wenn am Anschluß 11 eine negative Vorspannung angelegt wird, und an Anschluß 12 eine positive Vorspannung angelegt wird, dann sind die Photodioden D2 und D4 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und die Photodioden D1 und D3 sind in Sperrichtung vorgespannt. Die Photodioden D1 und D3 arbeiten dann in der gleichen Weise, wie oben anhand der Photodioden D2 und D4 beschrieben ist, wenn an Anschluß 11 eine positive Vorspannung angelegt wird, und eine an Anschluß 12 negative Vorspannung angelegt wird.
Es ist wichtig zu bemerken, daß in 3 zwei Photodioden immer in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, und immer zwei Photodioden in Sperrichtung vorgespannt sind, unabhängig von der Polarität der Vorspannung, die an den Anschlüssen 11 und 12 angelegt wird. Auf diese Weise sieht die Photodetektorschaltung eine ausgeglichene Photodetektoranordnung vor, die unabhängig von der Polarität der daran angelegten Vorspannung arbeitet. Dadurch kann der gemäß der 3 aufgebaute optische Empfänger mit einer frei zu wählenden Vorspannungsquelle verbunden werden, ohne die Polarität beachten zu müssen, und ohne die Gefahr, die Vorrichtung zu beschädigen oder die Vorrichtung dazu zu veranlassen, ein nicht verwendbares Ausgangssignal vorzusehen.
Die 4 ist ein Schaltbild, das eine erste alternative Ausführung 20 des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 von 3 darstellt. Wie in 4 dargestellt ist, umfaßt die Photodetektorschaltung, Bezugszeichen 24, Photodioden D1, D2, D3 und D4, welche seriell miteinander verbunden sind. Jedoch ist in 4 jede Photodiode D1 bis D4 mit einer Polarität dargestellt, die der in 3 dargestellten Polarität entgegengesetzt ist. Die in 4 dargestellte Anordnung sieht nach wie vor zwei in Durchlaßrichtung vorgespannte Photodioden und zwei in Sperrichtung vorgespannte Photodioden vor, unabhängig von der Polarität der Vorspannung, die an den Anschlüssen 11 und 12 anliegt, wodurch sich die gleiche Funktion ergibt, die mit bezug auf die 3 beschrieben ist.
Die 5 ist ein Schaltbild, das eine zweite alternative Ausführung 30 des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 von 3 darstellt. Wie in 5 dargestellt, umfaßt der optische Empfänger 30 eine Photodetektorschaltung 34, die seriell verbundene Photodioden D1, D2, D3 und D4 umfaßt. Jedoch weisen die in der Anordnung von 5 dargestellten Photodioden D1 und D2 eine Polarität auf, die derjenigen Polarität entgegengesetzt ist, die mit Bezug auf 3 dargelegt ist. Gemäß der Erfindung sind immer zwei Photodioden in Durchlaßrichtung und immer zwei Photodioden in Sperrichtung vorgespannt, wenn eine pola ritätsunabhängige Vorspannung an den Anschlüssen 11 und 12 anliegt, unabhängig von der Polarität der Vorspannung, die an den Anschlüssen 11 und 12 anliegt. Dadurch ergibt sich eine ausgeglichene Photodetektoranordnung, wie oben beschrieben ist.
Die 6 ist ein Schaltbild, das eine dritte alternative Ausführung 40 des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 von 3 darstellt. Der optische Empfänger 40 in der 6 umfaßt eine Photodetektorschaltung 44, die ebenfalls Photodioden D1, D2, D3 und D4 umfaßt, die seriell verbunden sind. Jedoch haben die Photodioden D3 und D4 eine Polarität, die der in 3 dargestellten Polarität entgegengesetzt ist. Jedoch sieht, wie oben bemerkt, die in 6 dargestellte Photodetektorschaltung 44 eine ausgeglichene Detektorfunktion vor, unabhängig von der Polarität der an den Anschlüssen 11 und 12 anliegende Vorspannung, wobei zwei Photodioden in Sperrichtung vorgespannt sind, und zwei Photodioden in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, wenn die polaritätsunabhängige Vorspannung an die Anschlüsse 11 und 12 angelegt wird.
Die 7A ist eine Querschnittsansicht der Schichten einem Metall-Halbleiter-Metall(metal-semiconductor-metal, MSM)-Wafer 25, innerhalb der der polaritätsunabhängige optische Empfänger 10 ausgebildet ist. Der polaritätsunabhängige optische Empfänger 10 ist aufgebaut, indem eine halb-isolierende Substratschicht 26 aus Indiumphosphid (InP) vorgesehen wird, die vorzugsweise 250 μm dick ist. Über die Indiumphosphid-Substratschicht 26 wird eine undotierte Halbleiterschicht 27 aus Indiumgalliumarsenid (InGaAs) aufgebracht, die vorzugsweise 3 μm dick ist. Daraufhin wird eine 100 nm dicke Schicht 28 aus einem an die Gitterstruktur angepaßten (lattice matched) Halbleitermaterial, vorzugsweise undotiertes Aluminiumindiumarsenid (AlInAs), auf die Schicht 27 aufgebracht. Die Schicht 28 kann auch undotiertes Indiumphosphid (InP) sein. Eine Metallschicht 29, vorzugsweise eine Mischung aus Titan, Platin und Gold (TiPtAu) wird daraufhin auf die Halbleiterschicht 28 aufgebracht. Die Metallschicht 29 wird dann selektiv während eines einzelnen Ätzschritts oder Abhebeschritts entfernt, um als Doppelkamm vorgesehene (interdigitated) Elektroden 31, 32 und 34 zu definieren. Dem Fachmann ist die Titan-, Platin- und Gold-Metallschicht 29 bekannt, die zum Anlegen elektrischer Spannungen an Halbleiter dient. Daher ist der Aufbau des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 einfach, da ein einzelner Maskierungs- und Ätzschritt die Elektroden definiert. Alternativ können andere Techniken verwendet werden, um die Elektroden zu definieren.
Es werden an der Schnittstelle zwischen Metall und Halbleiter zwischen der Halbleiterschicht 28 und den Metallelektroden 31, 32 und 34 Schottky-Dioden ausgebildet, die den Photodioden D1 bis D4 entsprechen, wobei dort das Metall die Anode jeder Photodiode bildet. Ferner fließt der von den Photodioden D1 bis D4 erzeugte Strom in die InGaAs-Schicht (Schicht 27), in der Photonen absorbiert werden, um mittels Elektronen und Löcher Leitfähigkeit hervorzurufen. Die AlInAs-Schicht 28 ist als Halbleiter mit großer Bandlücke bekannt, hat eine höhere Energielücke und absorbiert kein Licht. Die Löcher und Elektronen bewegen sich dann unter Einfluß des elektrischen Feldes, das mittels der an den Elektroden 31 und 34 anliegenden Vorspannung erzeugt wird, zu entgegengesetzten Elektroden.
Die Photodioden D1 und D2 sind zwischen der Elektrode 31 und der Halbleiterschicht 28 vorgesehen, bzw. zwischen der Halbleiterschicht 28 und der Elektrode 32. Die Photodioden D1 und D2 sind gegensätzlich zueinander orientiert und sind elektrisch in Serie zwischen die Elektrode 31 und die Elektrode 32 angeschlossen. In gleicher Weise sind die Photodioden D3 und D4 zwischen der Elektrode 32 und der Halbleiterschicht 28 vorgesehen, bzw. zwischen der Halbleiterschicht 28 und der Elektrode 34. Die Photodioden D3 und D4 sind gegensätzlich zueinander orientiert und sind elektrisch in Serie zwischen der Elektrode 34 und der Elektrode 32 angeschlossen.
Das AlInAs-Material in der Schicht 28 dient dazu, die Schottky-Barrierenhöhe zu verstärken, um den Dunkelstrom zu verringern. Dunkelstrom ist der unerwünschte Strom, der in Abwesenheit von Licht durch die Photodioden fließt.
Die 7B ist eine Aufsicht, die im weiteren Detail den polaritätsunabhängigen optischen Empfänger 10 von 7A darstellt. Der Anschluß 11 ist mit der Elektrode 31 verbunden, der Anschluß 12 ist mit der Elektrode 34 verbunden und der Anschluß 16 ist mit der Elektrode 32 verbunden. Die Elektroden 31, 32 und 34 sind in den beleuchteten Regionen 19a und 19b dem Wafer 25 vorgesehen, in denen die Photodioden D1 bis D4 wie oben dargestellt ausgebildet sind. Die beleuchteten Bereiche 19a und 19b sind Bereiche auf der Oberfläche der Wafer 25, auf die das einfallende Licht auftrifft, und in denen die Photodioden D1 bis D4 zwischen den Elektroden 31, 32 und 34 und zwischen der Halbleiterschicht 28 angeordnet sind.
Die Photodioden D1 bis D4 sind an der Schnittstelle zwischen Halbleiter und Metall ausgebildet und so dargestellt, daß diese innerhalb der beleuchteten Bereiche 19a und 19b vorgese hen sind. Beispielsweise umfaßt der Bereich 19a die Photodioden D1 und D2 und der Bereich 19b umfaßt die Photodioden D3 und D4 (vergleiche 7D). Der Bereich 19a ist ein beleuchteter Bereich, in dem auf die Photodioden D1 und D2 treffendes Licht absorbiert wird, und der Bereich 19b ist ein beleuchteter Bereich, in dem das auf die Photodioden D3 und D4 treffende Licht absorbiert wird. Ein elektrisches Feld, das innerhalb der Bereiche 19a und 19b durch die als Doppelkamm vorgesehene Elektroden 31, 32 und 34 vorgesehen ist, zieht Ladung aus den Bereichen 19a und 19b ab, wodurch in dem optischen Empfänger 10 ein elektrischer Strom erzeugt wird.
Die 7C ist eine Aufsicht, die schematisch eine bevorzugte Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers 10 der 7A und 7B darstellt, einschließlich der bevorzugten Abmessungen der Elektroden: Die Elektrodenabschnitte 41, 42 und 44 sind vorzugsweise durch eine 10 μm breite Schicht aus Titan, Platin und Gold ausgebildet. Die Elektrodenabschnitte 46, 47 und 48 sind vorzugsweise aus 0,5 bis 1 μm breiten Schichten aus Titan, Platin und Gold ausgebildet und erstrecken sich vorzugsweise 70 μm von den jeweiligen Elektrodenabschnitten 41, 42 und 44. Die Elektrodenabschnitte 46, 47 und 48 sind als Dop pelkamm vorgesehen und haben vorzugsweise einen Abstand von 3 bis 5 μm. Die Anschlüsse 11, 12 und 16 haben vorzugsweise eine Rechteckfläche von 80 μm im Quadrat und werden unter Verwendung von Titan, Platin und Gold ausgebildet.
Im einer alternativen Ausführung können die Elektrodenabschnitte 41, 42 und 44 sowie die Elektrodenabschnitte 46, 47 und 48 ausgebildet werden, indem Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide, ITO) verwendet wird, das halbtransparent ist, um so optische Verluste zu verringern. Die oben dargestellten Abmessungen sind lediglich beispielhaft und können verändert werden, um die Leistungsfähigkeit des optischen Empfängers 10 zu optimieren.
Auf diese Weise kann der polaritätsunabhängige optische Empfänger 10 hergestellt werden, indem MSM-Technik verwendet wird, wodurch die Verläßlichkeit erhöht und die Herstellung vereinfacht wird.
Die 7D ist eine Aufsicht, die den polaritätsunabhängigen optischen Empfänger 10 der 7A schematisch darstellt. Die Photodioden D1, D2, D3 und D4 sind in 7D in einer Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführung dargestellt, wie oben bezüglich 3 dargestellt ist. Die Bereiche 19a und 19b sind auf dem Wafer 25 vorliegende beleuchtete Bereiche, die den Stellen der Photodioden D1 bis D4 entsprechen, auf die Licht trifft. Das Licht erzeugt Leitungsträger in der Halbleiterschicht 28 (7A), die zu den Photodioden D1 bis D4 wandern (welche seriell zwischen den Elektroden 31, 32 und 34 der 7A und 7B seriell verbunden sind), wodurch die elektrische Leitung in dem Photodetektor ermöglicht wird.
In einer weiteren alternativen Ausführung kann über den Bereichen 19a und 19b eine integrierte Linse auf dem Wafer 25 ausgebildet sein. Die Linse kann derart ausgebildet sein, daß die Kopplung zwischen dem Licht und den Photodioden D1 bis D4 verbessert ist. Ferner kann eine Anti-Reflexionsbeschichtung auf die Waferoberfläche aufgebracht werden, um jegliche negativen Effekte zu verringern, die durch den Unterschied der Brechungsindezes der Luft, die den Wafer 25 umgibt, gegenüber der Oberfläche des Wafers 25 hervorgerufen wird. Die Anti-Reflexionsbeschichtung kann auf der Waferoberfläche oder auf der Linse aufgebracht sein, die über der Waferoberfläche angeordnet sein kann.
Die 7E ist eine Aufsicht, die eine alternative Ausführung des polaritätsunabhängigen optischen Empfängers von 7C darstellt. Der polaritätsunabhängige optische Empfänger 50 umfaßt ein Paar polaritätsunabhängige optische Empfänger 10, die nebeneinander auf der Oberfläche des Wafers 25 angeordnet sind. Der polaritätsunabhängige optische Empfänger 50 wird auf dem Wafer 25 hergestellt, indem ein weiterer Satz Elektroden 51, 52, 54, 56, 57 und 58 in der Metallschicht 29 ausgebildet wird, die jeweils den Elektroden 41, 42, 44, 46, 47 und 48 gleichen. Die Elektrode 51 ist mit dem Anschluß 59 verbunden, die Elektrode 52 ist mit dem zusätzlichen gemeinsamen Anschluß 62 verbunden, und die Elektrode 54 ist mit Anschluß 61 verbunden. Der polaritätsunabhängige optische Empfänger 50 detektiert vier Lichtstrahlen, die die Oberfläche des Wafers 25 in den Bereichen 19a, 19b, 19c und 19d beleuchten. Ein solcher polaritätsunabhängiger optischer Empfänger 50 kann in Anwendungen verwendet werden, in denen zwei ausgeglichene Detektoren dafür verwendet werden, eine Intensitätsrauschunterdrückung und Polarisationsdiversifikation vorzusehen. Beispiele für solche Anwendungen sind in der Patentanmeldung US 09/506,196 offenbart, die dem Anmelder dieser Anmeldung zugehört und nach dem Anmeldetag dieser Anmeldetag als US 6,259,529B veröffentlicht wurde.

Claims

Polaritätsunabhängiger optischer Empfänger (10), umfassend: ein erstes Paar Photodioden (D1, D2), die seriell zwischen einem ersten Anschluß (11) und einem gemeinsamen Anschluß (16) angeschlossen sind; ein zweites Paar Photodioden (D3, D4), die seriell zwischen einem zweiten Anschluß (12) und dem gemeinsamen Anschluß (16) angeschlossen sind; und wobei die Photodioden des ersten Paars (D1, D2) und des zweiten Paars (D3, D4) gegensätzlich orientiert sind, so daß eine polaritätsunabhängige Vorspannung an den ersten Anschluß (11) und den zweiten Anschluß (12) angelegt werden kann.
Optischer Empfänger (10) nach Anspruch 1, wobei das erste Paar Photodioden (D1, D2) und das zweite Paar Photodioden (D3, D4) in einer ausgeglichenen Anordnung vorgesehen sind.
Optischer Empfänger (10) nach Anspruch 2, wobei der gemeinsame Anschluß (16) ein virtueller Gleichtakt-Masseanschluß ist, der zwischen dem ersten Paar Photodioden (D1, D2) und dem zweiten Paar Photodioden (D3, D4) angeschlossen ist, wobei der virtuelle Gleichtakt-Masseanschluß (16) eingerichtet ist, einen elektronischen Verstärker mit einem Ausgangssignal zu versorgen.
Optischer Empfänger (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, der ferner einen Halbleiter (15) umfaßt, welcher eingerichtet ist, das erste Paar Photodioden (D1, D2) und das zweite Paar Photodioden (D3, D4) zu tragen.
Optischer Empfänger (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, der ferner umfaßt: ein drittes Paar gegensätzlich orientierter Photodioden, die seriell zwischen einem dritten Anschluß (59) und einem zusätzlichen gemeinsamen Anschluß (62) angeschlossen und benachbart zu dem ersten Paar Photodioden (D1, D2) angeordnet sind; und ein viertes Paar gegensätzlich orientierter Photodioden, die seriell zwischen einem vierten Anschluß (51) und dem zusätzlichen gemeinsamen Anschluß (62) angeschlossen und benachbart zu dem zweiten Paar Photodioden (D3, D4) angeordnet sind.
Verfahren zum Vorsehen eines polaritätsunabhängigen optischen Empfängers (10), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Ausbilden eines ersten Paars Photodioden (D1, D2), die seriell zwischen einem ersten Anschluß (11) und einem gemeinsamen Anschluß (16) angeschlossen werden; Ausbilden eines zweiten Paars Photodioden (D3, D4), die seriell zwischen einem zweiten Anschluß (12) und dem gemeinsamen Anschluß (16) angeschlossen werden; und gegensätzlich Orientieren der Photodioden in den ersten Paar (D1, D2) und dem zweiten Paar (D3, D4), so daß der erste Anschluß (11) und der zweite Anschluß (12) mit einer polaritätsunabhängigen Vorspannung versorgt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt des Konfigurierens des ersten Paars Photodioden (D1, D2) und des zweiten Paars Photodioden (D3, D4) in einer ausgeglichenen Anordnung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das ferner den Schritt des Versorgens eines elektronischen Verstärkers mit einem von dem gemeinsamen Anschluß (16) stammenden Ausgangssignal umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, das ferner den Schritt des Herstellens des ersten Paars Photodioden (D1, D2) und des zweiten Paars Photodioden (D3, D4) auf einem Halbleiter (25) vorsieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7, 8 oder 9, das ferner die Schritte umfaßt: Ausbilden eines dritten Paars gegensätzlich orientierter Photodioden, die seriell zwischen einem dritten Anschluß (59) und einem weiteren gemeinsamen Anschluß (62) angeschlossen und benachbart zu dem ersten Paar Photodioden (D1, D2) angeordnet werden; und Ausbilden eines vierten Paars gegensätzlich orientierter Photodioden, die seriell zwischen einem vierten Anschluß (61) und einem weiteren gemeinsamen Anschluß (62) ange schlossen und benachbart zu dem zweiten Paar Photodioden (D3, D4) angeordnet werden.