JPH04123472A - 光デバイス - Google Patents
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- JPH04123472A JPH04123472A JP2413706A JP41370690A JPH04123472A JP H04123472 A JPH04123472 A JP H04123472A JP 2413706 A JP2413706 A JP 2413706A JP 41370690 A JP41370690 A JP 41370690A JP H04123472 A JPH04123472 A JP H04123472A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
-
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- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
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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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１３
【産業上の利用分野］
本発明は格子からなる光デバイスに関する。
［０００２］
【従来の技術】
光放射、特に赤外線波長における光放射の検出および変
調用の、量子井戸中のキャリアのインターサブバンド（
ｉｎｔｅｒｓｕｂｂａｎｄ）またはバウンド・ツー・コ
ンティナム（ｂｏｕｎｄ−ｔｏ−ｃｏｎｔ ｉｎｕｕｍ
）励起に基づくデバイスが、レビン（Ｌｅｖｉｎｅ）ら
の、アップライド フィジックス レタース（Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、 ５０
．２７３〜２７５頁（１９８７年２月２日発行）および
レビン（Ｌｅｖｉｎｅ）らの、アツプライトフィジック
スレタース（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）、５３，２９６〜２９８頁（１９８７年
７月２５日発行）に開示されている。前者の論文はイン
ターサブバンド吸収を開示し、後者の論文はバウンド・
ツー・コンテイナム吸収を開示している。 ［０００３］ 開示されたデバイスは、基板に支持された、バリヤ層間
に量子井戸を有する積層構造体を有する。このデバイス
は、インターリーフされた広および狭バンドギャップ層
を有し、そして、例えば、ガリウム砒素基板上のドープ
トガリウム砒素層およびアルミニウムガリウム砒素バリ
ヤ層により便宜的に実行される。少なくとも１個の狭バ
ンドギャップ層が量子井戸を形成する。 ［０００４］ 層厚および組成を適当に選択することにより、この装置
は、８〜１４μｍまで延びる″“大気窓″領域中で所望
の波長におけるピーク吸収を有することができる。この
装置は、例えば、フォーカルプレーンアレーの高速検出
器、光ヘテロダイン受信機および垂直集積型赤外分光計
などに使用するのに適しているものと思われる。 ［０００５］
調用の、量子井戸中のキャリアのインターサブバンド（
ｉｎｔｅｒｓｕｂｂａｎｄ）またはバウンド・ツー・コ
ンティナム（ｂｏｕｎｄ−ｔｏ−ｃｏｎｔ ｉｎｕｕｍ
）励起に基づくデバイスが、レビン（Ｌｅｖｉｎｅ）ら
の、アップライド フィジックス レタース（Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、 ５０
．２７３〜２７５頁（１９８７年２月２日発行）および
レビン（Ｌｅｖｉｎｅ）らの、アツプライトフィジック
スレタース（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）、５３，２９６〜２９８頁（１９８７年
７月２５日発行）に開示されている。前者の論文はイン
ターサブバンド吸収を開示し、後者の論文はバウンド・
ツー・コンテイナム吸収を開示している。 ［０００３］ 開示されたデバイスは、基板に支持された、バリヤ層間
に量子井戸を有する積層構造体を有する。このデバイス
は、インターリーフされた広および狭バンドギャップ層
を有し、そして、例えば、ガリウム砒素基板上のドープ
トガリウム砒素層およびアルミニウムガリウム砒素バリ
ヤ層により便宜的に実行される。少なくとも１個の狭バ
ンドギャップ層が量子井戸を形成する。 ［０００４］ 層厚および組成を適当に選択することにより、この装置
は、８〜１４μｍまで延びる″“大気窓″領域中で所望
の波長におけるピーク吸収を有することができる。この
装置は、例えば、フォーカルプレーンアレーの高速検出
器、光ヘテロダイン受信機および垂直集積型赤外分光計
などに使用するのに適しているものと思われる。 ［０００５］
しかし、量子の機械的選別ルールにより、これらのデバ
イスにおける吸収は、積層構造体に対する入射輻射線の
方向により左右される。従って、積層構造体へ垂直に入
射する輻射線の場合、吸収は殆どゼロである。導波路形
状であれば光を吸収できる。しかし、実行は容易ではな
い。格子カプラで吸収効率を高めることが企図された。 例えば、アップライド フィジックス レタース（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、
４７．１２５７〜１２５９頁（１９８５年１２月１５日
発行）には、格子を用いて吸収効率を高めることが開示
されている。 ［０００６］ 格子（金属層により被覆されたパターン付ＧａＡｓ）は
、量子井戸層に垂直な電界構成部品に対する入射輻射線
をエバネッセントモードに変換し、それによりこの輻射
線を吸収できるように設計された。更に、アップライド
フィジックス レタース（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５３．１０２７〜１０
２９頁（１９８８年９月１９日発行）には、前記文献に
開示された構造体と類似の構造体が開示されている。し
かし、この構造体は積層構造体により入射輻射線を後方
へ回折することによっても光を吸収する。回折輻射線は
量子井戸層に対して垂直ではないので、吸収される。 ［０００７］
イスにおける吸収は、積層構造体に対する入射輻射線の
方向により左右される。従って、積層構造体へ垂直に入
射する輻射線の場合、吸収は殆どゼロである。導波路形
状であれば光を吸収できる。しかし、実行は容易ではな
い。格子カプラで吸収効率を高めることが企図された。 例えば、アップライド フィジックス レタース（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、
４７．１２５７〜１２５９頁（１９８５年１２月１５日
発行）には、格子を用いて吸収効率を高めることが開示
されている。 ［０００６］ 格子（金属層により被覆されたパターン付ＧａＡｓ）は
、量子井戸層に垂直な電界構成部品に対する入射輻射線
をエバネッセントモードに変換し、それによりこの輻射
線を吸収できるように設計された。更に、アップライド
フィジックス レタース（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５３．１０２７〜１０
２９頁（１９８８年９月１９日発行）には、前記文献に
開示された構造体と類似の構造体が開示されている。し
かし、この構造体は積層構造体により入射輻射線を後方
へ回折することによっても光を吸収する。回折輻射線は
量子井戸層に対して垂直ではないので、吸収される。 ［０００７］
光デバイス構造体は、量子井戸領域と、光輻射線を前記
量子井戸領域にカップリングさせるための格子手段とを
有する多層構造体からなり、この格子手段デザインは光
路差πを隣接する歯の間に導入する。反射に使用される
バイナリ格子の場合、格子手段デザインの関係は、おお
よそ、ｎｈ＝λ／４（ここで、ｎは格子手段材料の屈折
率であり、ｈは格子の厚さであり、λは所望の主波長で
ある）で示される。 ［０００８］ 量子井戸領域は少なくとも１個の狭バンドギャップ層を
有する。この狭バンドギャップ層は量子井戸を形成する
。伝搬定数は重要な非垂直成分を有するので、格子は、
入射輻射線が吸収される量子井戸領域への入射輻射線を
回折する。位相シフトπは反射をゼロ程度まで最小にす
る。 ［０００９］ 格子層材料は量子井戸領域の材料と異なっていてもよい
。このため、好都合なことに、量子井戸領域の材料は製
造中にエツチング停止層として機能する。例えば、Ｇａ
Ａｓ−ＡｌＧａＡｓデバイス上に、多結晶シリコンを形
成させ、そしてこのようにエツチングすることにより格
子を形成することができる。 ［００１０１
量子井戸領域にカップリングさせるための格子手段とを
有する多層構造体からなり、この格子手段デザインは光
路差πを隣接する歯の間に導入する。反射に使用される
バイナリ格子の場合、格子手段デザインの関係は、おお
よそ、ｎｈ＝λ／４（ここで、ｎは格子手段材料の屈折
率であり、ｈは格子の厚さであり、λは所望の主波長で
ある）で示される。 ［０００８］ 量子井戸領域は少なくとも１個の狭バンドギャップ層を
有する。この狭バンドギャップ層は量子井戸を形成する
。伝搬定数は重要な非垂直成分を有するので、格子は、
入射輻射線が吸収される量子井戸領域への入射輻射線を
回折する。位相シフトπは反射をゼロ程度まで最小にす
る。 ［０００９］ 格子層材料は量子井戸領域の材料と異なっていてもよい
。このため、好都合なことに、量子井戸領域の材料は製
造中にエツチング停止層として機能する。例えば、Ｇａ
Ａｓ−ＡｌＧａＡｓデバイス上に、多結晶シリコンを形
成させ、そしてこのようにエツチングすることにより格
子を形成することができる。 ［００１０１
【実施例］
図１は基板１０、第１および第２のコンタクト層１１，
１２、量子井戸領域１３、格子構造体１４および接点１
５からなるデバイス構造を示す。量子井戸領域１３は、
インターリーフされた広および狭バンドギャップ層を有
し、少なくとも１個の狭バンドギャップ層は量子井戸を
形成する。明確にするために、図示されたデバイスの素
子類は寸法通りに作図されていない。 ［００１１］ 材料は当業者により容易に選択される。層１１および１
２ならびに領域１３は一般的に、周期律表第３〜５族の
材料からなるが、第２〜４族の材料および混合された第
４族の材料の使用が企図される。コンタクト層は一般的
に、高度にドープされた半導体であり、電荷収集を容易
にする。 ［００１２］ これらの材料は当業者に周知であり、また、これらの成
長も理解され、そして、容易に実施される。好ましい実
施例では、第３族〜５族の材料はＧａＡｓおよびＡｌＧ
ａＡｓである。格子材料も容易に選択される。例えば、
多結晶シリコンを使用できる。格子デザインは下記にお
いて詳細に説明する。接点材料は当業者により容易に選
択される。適当な製造順序は当業者により容易に選択さ
れる。従って、詳細に説明する必要はない。 ［００１３］ “広″および“狭バンドギャップという用語は若干説明
する必要がある。光検出器は、光吸収用のキャリアの連
続励起に対して結合状態を使用することが好ましい。広
および狭バンドギャップ層はバンドギャップと所定の層
厚を有しなければならず、これにより、狭（または量子
井戸）バンドギャップ層中に、単一の結合、電子状態が
存在する。 ［００１４］ 図２は曲線２１と２２を示す。曲線２１は、格子を含む
本発明の好ましい実施例に対応する。また、曲線２２は
、基板中の４５°傾斜された面から斜めに照射される従
来のデバイスに対応する。曲線は、縦軸にプロットされ
た輻射東応答性（単位：μＡ／Ｗｃｍ２）と、横軸にプ
ロットされた波長（単位：μｍ）を示す。輻射線源は５
００℃の黒体であり、検出器は７７°Ｋにまで冷却され
ていた。 格子を有するデバイスの浸れた応答性は曲線２１と曲線
２２を比較すれば一目瞭然である。 ［００１５］ 本発明のデバイスは光電流を最小にするように設計され
ている。一般的に黒体または熱輻射線源と呼ばれている
ものからの輻射線を受けた時、ノイズは不釣合いに増加
しないものと思われる。１５％未満の開示された理想的
関係からの偏りはこのような最適化をもたらす。 ［００１６］ 格子デザインは、格子層厚と屈折率の選択、構造（５０
％デユーティ−サイクルを有するバイナリ格子）および
格子周期などを含む。バイナリ格子が反射に使用される
場合、好ましい格子層厚は、理想的な格子手段のデザイ
ン関係、すなわち、ｎｈ＝λ／４（ここで、λは所望の
波長であり、ｎは格子層材料の屈折率であり、ｈは格子
層厚である）により、格子材料の屈折率と逆比例する。 ［００１７］ 説明したように、これは理想的な関係であり、実際には
、等式から１５％程度の偏りが存在することもある。代
表的な所望の波長は黒体発光スペクトルのピークである
。図示された反射格子の場合、この関係は位相シフトπ
を導入する。理想的な関係に従う格子はゼロのオーダー
まで最小化する。例えば、λ＝１０μｍであり、ｎ ＝
３．４（シリコンの場合）である場合、好ましい格子
層厚りは約０７５μｍである。格子が送信機で使用され
る場合、この関係は、（ｎ ２ ｎ １）ｈ＝λ／２
となる。格子層厚を最小にするために、格子材料として
高屈折率材料が好ましい。格子の効力は、上部層（接点
金属化材料）を適当に選択することによっても高めるこ
とができる。 ［００１８］ 好ましい格子周期は、輻射線の入射方向により左右され
、積層構造体と平行な方向に伝搬する一次回折ビームの
好みにより誘導される。例えば、垂直入射の場合、好ま
しい格子周期は、所望の波長について、約ｄ＝λ／ｎで
示される。 ［００１９］ 図１により示されるように、格子は角形の形状を有する
こともでき、また、量子井戸領域上に配置される。本発
明による別の格子は三角形状をしており、この格子は基
板上に形成される。また、格子は、基板と同様に、デバ
イス構造体上に存在することもできる。好ましい格子は
容易に役立てることができる。例えば、輻射線を２次元
フォーカルプレーン検出器アレーに結合させることがで
きる。 ［００２０］ 本発明のデバイスは一般的に、熱または黒体輻射線を検
出する。この輻射線は言うまでもなく、概ね単一の波長
の輻射線ではなく連続的な輻射線である。デザイン目的
のために、所望の波長は、好都合なことには、黒体発光
スペクトルのピークとして捉えられる。輻射線源の形状
および吸収スペクトルの詳細な検討は、理想的な関係の
等式から約１５％程度の偏りをもならす。パ約″という
用語は、理想的な関係の場合および理想的な関係に関連
して、等式からの偏りカミ ｎｈの１５％未満であるこ
とを意味する。 ［００２１３ 図２の曲線２１で示される性能を有するデバイスは下記
の具体例に従って製造した。 ［００２２］ 兵体伝 半絶縁ガリウム砒素基板上に、厚さ１μｍの第１のガリ
ウム砒素コンタクト層を被着した（ドープトｎ＝２Ｘ１
０１８ｃｍ−３）。続いて、厚さ３０ｎｍのＡｌの、厚
さ４ｎｍのガリウム砒素量子井戸層（ドープトｎ＝２Ｘ
１０１８ｃｍ−３）の５０周期からなる検出器構造体を
被着した。ガリウム砒素からなる厚さ０．５μｍの第２
のコンタクト層（ドープトｎ＝２Ｘ１０１８ｃｍ−３）
を被着した。前記のような層は分子ビームエピタキシャ
ル法により被着した。 ［００２３１ 第２のコンタクト層上に、厚さ７５０ｎｍのポリシリコ
ン層を電子ビーム蒸着法により被着した。エツチングマ
スクとしてホトレジスト層を用いる反応性イオンエツチ
ング法によりポリシリコン層中に４μｍ周期の格子を形
成させた。エツチングガスは約９５容量％のＣＦ４と５
容量％の酸素からなるガスであった。第２のコンタクト
層（ポリシリコン層の下部の層）はエツチング停止層と
して使用した。走査型電子顕微鏡による観察では、格子
は概ね角形の形状をしており、１９μｍ７２．１μｍの
デユーティ−サイクルを有してし）ること力（示された
。５０％デユーティ−サイクルが最適である。 ［００２４］ 前記のような格子を形成した後、直径が約２５０μｍの
メサ構造体をホトレジストマスクの存在下で化学的にエ
ツチングした。リフト−オフマスクの存在下でゲルマニ
ウム−金（２０ｎｍ）、銀（５０ｎｍ）および金（７５
ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により連続的に被着すること
により金属接点層を形成した。 ［００２５］ 様々な変形例は当業者に明らかである。 ［００２６］ 【発明の効果】 以上説明したように、格子を含む本発明のデバイスは、
格子を含まなＸ／）従来のデバイスに比べて、輻射線束
に対する応答性が飛躍的に向上する。
１２、量子井戸領域１３、格子構造体１４および接点１
５からなるデバイス構造を示す。量子井戸領域１３は、
インターリーフされた広および狭バンドギャップ層を有
し、少なくとも１個の狭バンドギャップ層は量子井戸を
形成する。明確にするために、図示されたデバイスの素
子類は寸法通りに作図されていない。 ［００１１］ 材料は当業者により容易に選択される。層１１および１
２ならびに領域１３は一般的に、周期律表第３〜５族の
材料からなるが、第２〜４族の材料および混合された第
４族の材料の使用が企図される。コンタクト層は一般的
に、高度にドープされた半導体であり、電荷収集を容易
にする。 ［００１２］ これらの材料は当業者に周知であり、また、これらの成
長も理解され、そして、容易に実施される。好ましい実
施例では、第３族〜５族の材料はＧａＡｓおよびＡｌＧ
ａＡｓである。格子材料も容易に選択される。例えば、
多結晶シリコンを使用できる。格子デザインは下記にお
いて詳細に説明する。接点材料は当業者により容易に選
択される。適当な製造順序は当業者により容易に選択さ
れる。従って、詳細に説明する必要はない。 ［００１３］ “広″および“狭バンドギャップという用語は若干説明
する必要がある。光検出器は、光吸収用のキャリアの連
続励起に対して結合状態を使用することが好ましい。広
および狭バンドギャップ層はバンドギャップと所定の層
厚を有しなければならず、これにより、狭（または量子
井戸）バンドギャップ層中に、単一の結合、電子状態が
存在する。 ［００１４］ 図２は曲線２１と２２を示す。曲線２１は、格子を含む
本発明の好ましい実施例に対応する。また、曲線２２は
、基板中の４５°傾斜された面から斜めに照射される従
来のデバイスに対応する。曲線は、縦軸にプロットされ
た輻射東応答性（単位：μＡ／Ｗｃｍ２）と、横軸にプ
ロットされた波長（単位：μｍ）を示す。輻射線源は５
００℃の黒体であり、検出器は７７°Ｋにまで冷却され
ていた。 格子を有するデバイスの浸れた応答性は曲線２１と曲線
２２を比較すれば一目瞭然である。 ［００１５］ 本発明のデバイスは光電流を最小にするように設計され
ている。一般的に黒体または熱輻射線源と呼ばれている
ものからの輻射線を受けた時、ノイズは不釣合いに増加
しないものと思われる。１５％未満の開示された理想的
関係からの偏りはこのような最適化をもたらす。 ［００１６］ 格子デザインは、格子層厚と屈折率の選択、構造（５０
％デユーティ−サイクルを有するバイナリ格子）および
格子周期などを含む。バイナリ格子が反射に使用される
場合、好ましい格子層厚は、理想的な格子手段のデザイ
ン関係、すなわち、ｎｈ＝λ／４（ここで、λは所望の
波長であり、ｎは格子層材料の屈折率であり、ｈは格子
層厚である）により、格子材料の屈折率と逆比例する。 ［００１７］ 説明したように、これは理想的な関係であり、実際には
、等式から１５％程度の偏りが存在することもある。代
表的な所望の波長は黒体発光スペクトルのピークである
。図示された反射格子の場合、この関係は位相シフトπ
を導入する。理想的な関係に従う格子はゼロのオーダー
まで最小化する。例えば、λ＝１０μｍであり、ｎ ＝
３．４（シリコンの場合）である場合、好ましい格子
層厚りは約０７５μｍである。格子が送信機で使用され
る場合、この関係は、（ｎ ２ ｎ １）ｈ＝λ／２
となる。格子層厚を最小にするために、格子材料として
高屈折率材料が好ましい。格子の効力は、上部層（接点
金属化材料）を適当に選択することによっても高めるこ
とができる。 ［００１８］ 好ましい格子周期は、輻射線の入射方向により左右され
、積層構造体と平行な方向に伝搬する一次回折ビームの
好みにより誘導される。例えば、垂直入射の場合、好ま
しい格子周期は、所望の波長について、約ｄ＝λ／ｎで
示される。 ［００１９］ 図１により示されるように、格子は角形の形状を有する
こともでき、また、量子井戸領域上に配置される。本発
明による別の格子は三角形状をしており、この格子は基
板上に形成される。また、格子は、基板と同様に、デバ
イス構造体上に存在することもできる。好ましい格子は
容易に役立てることができる。例えば、輻射線を２次元
フォーカルプレーン検出器アレーに結合させることがで
きる。 ［００２０］ 本発明のデバイスは一般的に、熱または黒体輻射線を検
出する。この輻射線は言うまでもなく、概ね単一の波長
の輻射線ではなく連続的な輻射線である。デザイン目的
のために、所望の波長は、好都合なことには、黒体発光
スペクトルのピークとして捉えられる。輻射線源の形状
および吸収スペクトルの詳細な検討は、理想的な関係の
等式から約１５％程度の偏りをもならす。パ約″という
用語は、理想的な関係の場合および理想的な関係に関連
して、等式からの偏りカミ ｎｈの１５％未満であるこ
とを意味する。 ［００２１３ 図２の曲線２１で示される性能を有するデバイスは下記
の具体例に従って製造した。 ［００２２］ 兵体伝 半絶縁ガリウム砒素基板上に、厚さ１μｍの第１のガリ
ウム砒素コンタクト層を被着した（ドープトｎ＝２Ｘ１
０１８ｃｍ−３）。続いて、厚さ３０ｎｍのＡｌの、厚
さ４ｎｍのガリウム砒素量子井戸層（ドープトｎ＝２Ｘ
１０１８ｃｍ−３）の５０周期からなる検出器構造体を
被着した。ガリウム砒素からなる厚さ０．５μｍの第２
のコンタクト層（ドープトｎ＝２Ｘ１０１８ｃｍ−３）
を被着した。前記のような層は分子ビームエピタキシャ
ル法により被着した。 ［００２３１ 第２のコンタクト層上に、厚さ７５０ｎｍのポリシリコ
ン層を電子ビーム蒸着法により被着した。エツチングマ
スクとしてホトレジスト層を用いる反応性イオンエツチ
ング法によりポリシリコン層中に４μｍ周期の格子を形
成させた。エツチングガスは約９５容量％のＣＦ４と５
容量％の酸素からなるガスであった。第２のコンタクト
層（ポリシリコン層の下部の層）はエツチング停止層と
して使用した。走査型電子顕微鏡による観察では、格子
は概ね角形の形状をしており、１９μｍ７２．１μｍの
デユーティ−サイクルを有してし）ること力（示された
。５０％デユーティ−サイクルが最適である。 ［００２４］ 前記のような格子を形成した後、直径が約２５０μｍの
メサ構造体をホトレジストマスクの存在下で化学的にエ
ツチングした。リフト−オフマスクの存在下でゲルマニ
ウム−金（２０ｎｍ）、銀（５０ｎｍ）および金（７５
ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により連続的に被着すること
により金属接点層を形成した。 ［００２５］ 様々な変形例は当業者に明らかである。 ［００２６］ 【発明の効果】 以上説明したように、格子を含む本発明のデバイスは、
格子を含まなＸ／）従来のデバイスに比べて、輻射線束
に対する応答性が飛躍的に向上する。
【図１】
本発明の好ましい実施例による格子を有する複数個の光
検出器を含むデバイスの模式的断面図である。
検出器を含むデバイスの模式的断面図である。
【図２】
本発明による好ましいデバイスに関する、波長と輻射線
束応答性との間の、実、験的に決定された関係を示す特
性曲線である。
束応答性との間の、実、験的に決定された関係を示す特
性曲線である。
１０ 基板
１１ 第１のコンタクト層
１２ 第２のコンタクト層
１３ 量子井戸領域
１４ 格子構造体
１５ 接点
格子を有する本発明の好ましい実施例の曲線格子を有し
ない従来のデバイスの曲線
ない従来のデバイスの曲線
【図１】
【図２】
図面
Claims (5)
- 【請求項１】基板（１０）、前記基板（１０）上の量子
井戸領域（１３）、および光輻射線を前記量子井戸領域
（１３）にカップリングさせるための格子手段（１４）
からなり、前記量子井戸領域（１３）はインターリーフ
された広および狭バンドギャップ層からなり、前記狭バ
ンドギャップ層のうちの少なくとも１個は量子井戸から
なる光デバイスにおいて、格子手段（１４）デザインは
隣接する歯間に位相シフトπを導入することを特徴とす
る光デバイス。 - 【請求項２】前記格子（１４）はバイナリ反射格子であ
る請求項１の光デバイス。 - 【請求項３】隣接する歯のための前記格子（１４）デザ
インは概ね、ｎｈ＝λ／４（ここで、ｎは格子手段材料
の屈折率であり、ｈは格子手段の厚さであり、λは所望
の波長である）である請求項２の光デバイス。 - 【請求項４】前記格子デザイン手段（１４）の等式から
の偏りは１５％未満である請求項３の光デバイス。 - 【請求項５】前記格子（１４）は概ねλ／ｎに等しい周
期を有する請求項４の光デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US458851 | 1989-12-29 | ||
| US07/458,851 US5056889A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Optical device including a grating |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04123472A true JPH04123472A (ja) | 1992-04-23 |
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ID=23822346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2413706A Pending JPH04123472A (ja) | 1989-12-29 | 1990-12-25 | 光デバイス |
Country Status (4)
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|---|---|
| US (1) | US5056889A (ja) |
| EP (1) | EP0448868B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04123472A (ja) |
| DE (1) | DE69025169T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5745864A (en) * | 1994-10-04 | 1998-04-28 | Nippondenso Co., Ltd. | Vehicular information storage device and power outage-resistant storage system and method for the same |
| JP2006173328A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Seiko Epson Corp | 光素子、光モジュール、および、光伝送装置 |
| JP2007273832A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nec Corp | フォトダイオードとその製造方法 |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| US5181108A (en) * | 1991-10-07 | 1993-01-19 | Greene Richard M | Graphic input device with uniform sensitivity and no keystone distortion |
| US5416324A (en) * | 1993-06-11 | 1995-05-16 | Chun; Cornell S. L. | Optical imaging device with integrated polarizer |
| US5485015A (en) * | 1994-08-25 | 1996-01-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Quantum grid infrared photodetector |
| US5955221A (en) * | 1997-11-21 | 1999-09-21 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for fabrication of high gradient insulators with parallel surface conductors spaced less than one millimeter apart |
| SE515389C2 (sv) * | 1999-03-12 | 2001-07-23 | Saabtech Electronics Ab | Kvantbrunnsbaserad och tvådimensionell detektor för IR- strålning och kamerasystem med sådan detektor |
| US6594422B2 (en) * | 2001-05-02 | 2003-07-15 | Motorola, Inc. | Opto-coupling device structure and method therefor |
| US6633716B2 (en) * | 2001-05-02 | 2003-10-14 | Motorola, Inc. | Optical device and method therefor |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| US4536608A (en) * | 1983-04-25 | 1985-08-20 | Exxon Research And Engineering Co. | Solar cell with two-dimensional hexagonal reflecting diffraction grating |
| US4815084A (en) * | 1987-05-20 | 1989-03-21 | Spectra Diode Laboratories, Inc. | Semiconductor laser with integrated optical elements |
| JPH0732292B2 (ja) * | 1987-06-17 | 1995-04-10 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置 |
| EP0309744A3 (de) * | 1987-09-29 | 1989-06-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung mit einem flächig sich erstreckenden Dünnfilmwellenleiter |
-
1989
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-
1990
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- 1990-11-29 EP EP90313003A patent/EP0448868B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-25 JP JP2413706A patent/JPH04123472A/ja active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| APPLIED PHYSICS LETTERS=1985 * |
| APPLIED PHYSICS LETTERS=1988 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5745864A (en) * | 1994-10-04 | 1998-04-28 | Nippondenso Co., Ltd. | Vehicular information storage device and power outage-resistant storage system and method for the same |
| JP2006173328A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Seiko Epson Corp | 光素子、光モジュール、および、光伝送装置 |
| JP2007273832A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nec Corp | フォトダイオードとその製造方法 |
Also Published As
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|---|---|
| EP0448868A1 (en) | 1991-10-02 |
| DE69025169T2 (de) | 1996-08-14 |
| DE69025169D1 (de) | 1996-03-14 |
| US5056889A (en) | 1991-10-15 |
| EP0448868B1 (en) | 1996-01-31 |
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