KR20020018611A - 광 검출기 부재 - Google Patents

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KR20020018611A
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덴타이앤드류곰퍼즈
레빈배리프랭클린
마손토마스고든벡
스졸운드올라
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추후제출
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Abstract

광학 장치는 광학 모드를 지원할 수 있는 제 1 도파관을 포함한다. 광학 모드는 제 1 도파관에서 제 1 모드 크기를 갖는다. 제 1 도파관은 제 2 도파관에 광학적으로 연결된다. 제 2 도파관은 광학 모드를 지원할 수 있으며, 광학 모드는 제 2 도파관에서 제 2 모드 크기를 갖는다. 광 검출기는 제 2 도파관에 광학적으로 연결된다. 유리하게, 제 1 모드 크기는 제 2 모드 크기보다 크다. 제 1 도파관은 광섬유와 같은 광학 소스에 효과적으로 연결될 수 있다. 제 2 도파관은 검출기에 효과적으로 연결될 수 있다.

Description

광 검출기 부재{Photodetector assembly}
본 발명은 일반적으로 광전자 부재, 특히, 광 검출기 부재에 관한 것이다.
광학 통신 시스템 내의 수신기는 광학 검출기와 합체되어 있다. 광학 검출기는 수신된 광학 신호들을 전기 신호들로 변환한다. 더 높은 전송율들에 대한 요구가 증가함에 따라, 광학 검출기의 속도에도 동일한 요구가 발생되었다.
전형적인 광학 검출기들은 적어도 2개의 다른 층들 사이에 끼워지고 활성층 또는 흡수층이라고도 하는 검출 층을 갖는다. 활성/흡수층은 반도체의 본질적인(I) 층일 수 있으며, 이 층은 p-도핑 반도체층과 n-도핑 반도체층 사이에 배치된다. 이 구조는 통상적으로 PIN 구조, 및 (일반적으로, 도 1에 도시된) PIN 검출기와 같은 검출기라고 한다. 광학 신호들은 검출기의 상면에 대해 수직으로(101로 도시됨) 입사될 수 있다. 이러한 형태의 검출기는 표면 수신 검출기(surface receiving detector)라고 한다. 대안적으로, 광학 신호들은 검출기의 측면에 대해 수직으로(102로 도시됨) 입사될 수도 있다. 이것은 에지 수신 검출기(edge receiving detector)라고 한다. 두 가지 형태의 검출기들에는 장단점들이 있다.
표면 검출기에 있어서, 입사 광학 신호들에 대한 입사 면적은 에지 검출기의입사 면적보다 크다. 이것은 일반적으로 길이(l)와 폭(w)이 두께(t)보다 더 크기 때문이다(도 1 참조). 따라서, 표면 장치는 활성/흡수층 상에 입사되는 광량이 더 많으며, 에지 검출기보다 표면 검출기에서 활성/흡수 영역에 대해 더 효과적인 광학 연결을 만든다.
그러나, 캐리어들을 형성하기 위해 재결합하는(광학 효율이라고 함), 활성층에 의해 흡수된 광의 일부는 광 흡수층을 통과하는 광학 신호의 깊이에 의존한다. 표면 검출기에 있어서, 관통 깊이는 활성층의 두께로 제한된다.
검출기의 속도를 증가시키는 한가지 방법은 활성층의 두께를 감소시키는 것이다. 이것은 캐리어 전송 시간을 감소시키며, 이 시간은 캐리어가 활성층을 벗어나 p-형 또는 n-형 층 중 하나의 층으로 이동하는데 필요한 시간이다. 캐리어들이 활성층을 통과하기 위해 필요한 시간은 더 짧으며, 응답 속도는 더 빠르다. 따라서, 빠른 전송 시간이 빠른 장치가 되도록 한다. 물론, 얇은 활성층은 광이 통과되어 흡수될 수 있는 깊이를 제한한다. 이것은 장치의 광학 효율을 감소시킬 수 있으며, 빠른 표면 검출기들을 실현하는 것을 어렵게 한다.
광학 효율은 표면 검출기에 비해 에지 검출기에서 본질적으로 더 크다. 이것은 광의 관통이 종래 구조에서 활성층의 길이(l)를 따르기 때문이다. 이것은 입사광에 의해 더 큰 관통 깊이를 허용하며, 더 큰 정도의 흡수를 가져온다. 또한, 광학 효율을 감소시키지 않고 활성층 두께를 감소시킴으로써 활성층을 벗어나는 캐리어 전송 시간이 감소될 수 있다. 따라서, 입사 광학 신호의 방위로 인해, 장치의 속도는 광학 효율을 손상시키지 않고 개선될 수 있다.
그러나, 에지 검출기에는 단점들이 있다. 에지 검출기는 도파관의 유도층(guiding layer)인 활성층을 갖는 도파관을 형성할 수 있다. 유감스럽게도, 이와 같은 에지 검출기의 연결 효율(coupling efficiency)은 약할 수 있다. 포토다이오드의 도파관에서 작은 크기(넓은 원시야(large far field))의 지원 모드는 광섬유들과 같은 일부 소스들로부터 광을 효과적으로 연결하는 것을 어렵게 만든다. 따라서, 입사광의 작은 부분만이 에지 검출기에 연결될 수 있으며, 그로써 검출기에 의해 흡수되는 광량을 제한한다.
마지막으로, 에지 검출 장치들과 관련된 다른 잠재적인 단점들이 존재한다. 공지된 것과 같이, 장치의 속도는 접합 용량(junction capacitance)에 의해 반대로 영향을 받을 수 있다. 접합 용량은 디바이스 면적에 비례한다. 에지 검출기에 있어서, 이 면적은 활성층의 길이에 의존한다. 이와 같이, 접합 용량을 감소시켜 장치의 속도를 향상시키기 위해서, 장치의 길이는 감소되어야만 할 것이다. 결과적으로, 광학 효율은 더 높은 장치 속도를 얻기 위해 손상될 수 있다. 또한, 검출기 길이의 실제적인 축소를 얻기 위해서는 그에 따른 단점들이 발생한다. 일반적으로, 장치 길이는 소망의 길이로 장치를 절단함으로써(또는 클리빙(cleaving)함으로써) 축소될 수 있다. 유감스럽게도, 현대의 기술들에 의한 클리빙 허용 오차는 종종 고속 장치의 소망의 길이와 동일한 정도의 크기이다.
따라서, 고속 광학 검출기 부재에 필요한 것은 양호한 광학 연결 및 높은 내부 효율을 갖는 것이다.
본 발명은 청구항 제 1 항에 기재되어 있는 것과 같이, 일반적으로 광학 신호를 실질적으로 광학 검출기에 연결하기 위한 광학 장치에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조할 때 이하 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 외형들은 스케일링(scale)될 필요가 없다는 것이 강조된다. 실제로, 다양한 외형들의 치수들은 논의의 명확성을 위해 임의로 증대되거나 축소될 수 있다.
도 1은 종래 PIN 검출기의 사시도.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예의 사시도.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예의 도 2의 라인 3-3에 따른 단면도.
도 4는 제 1 도파관부에 느슨하게 한정되는 광학 모드를 도시하는 본 발명의 예시적인 실시예의 도 3의 라인 4-4에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 중간 도파관부의 광학 모드의 압축을 도시하는 본 발명의 예시적인 실시예의 도 3의 라인 5-5에 따른 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 도파관에 강하게 한정되는 광학 모드를 도시하는 본 발명의 예시적인 실시예의 도 3의 6-65에 따른 단면도.
도 7은 광 검출기에 연결하기 위한 모드 정합 층을 사용하는 모드 풀-업을 도시하는 본 발명의 예시적인 실시예의 도 3의 라인 7-7에 따른 단면도.
도 8은 광 검출기에 연결되는 광학 모드를 도시하는 본 발명의 예시적인 실시예의 도 3의 라인 8-8에 따른 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
202 : 제 1 유도층 203 : 제 2 클래딩층
205 : 중간 도파관 206 : 중간 유도층
208 : 제 2 유도층 217 : 광 검출기
본 발명은 본 발명의 예시적인 실시예들이 기술되는 첨부 도면을 참조하여 더 완전히 설명될 것이다. 먼저, 도 2 및 도 3를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 검출기 부재(220)가 먼저 도시되어 있다. 하부 클래딩(cladding) 층(또는 기판)(200)은 그 위에 배치된 제 1 유도층(202)을 갖는다. 상부 클래딩 층(218)이 제 1 유도층(202) 상에 배치되어, 제 1 도파관(204)이 되도록 한다. 제 1 도파관(204)은 중간 도파관(205)에 광학적으로 연결된다. 중간 도파관(205)은 도시된 것과 같이 예시적으로 테이퍼형(taper)으로 증가하는 두께를 갖는 중간 유도층(206)을 갖는다. 중간 유도층(206)은 상부 클래딩층(218)과 하부 클래딩층(200) 사이에 배치된다. 제 2 도파관(207)은 제 1 클래딩층(200)과 제 2 클래딩층(218) 사이에 배치된 제 2 유도층(208)을 갖는다. 제 2 유도층(208)은 실질적으로 균일한 두께를 갖는다.
제 2 도파관의 종단쪽에 있는 모드 정합층(mode matching layer)(209)이 상부 클래딩층(218) 상에 배치된다. n-형 층(213)(스페이서층(spacer layer)이라고도 함)은 모드 정합층(209)의 일부분 상에 배치된다. 본질적인(활성/흡수)층(214)은 n-형 층(213) 상에 배치되고, p-형 층(215)은 본질적인 층(214) 상에 배치된다. p-형 층, 본질적인 층 및 n-형 층은, 예를 들어, PIN 검출기와 같은 광 검출기를 형성한다. 마지막으로, 하부 클래딩층(200)은 그 위에 배치된 하나 이상의 층들을 갖는다는 것을 유념해야 한다. 층(201)과 같은 이 층들은 도파관들의 광 특성들에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 예시적으로, 이 층들은 층(200)과 동일한 물질의 애피택셜(epitaxial) 층들이다. 유사하게, 상부 클래딩층(218)과 유도층들(202, 206, 208) 사이에 배치된 (층(203)과 같은) 하나 이상의 애피택셜 층들일 수 있다.
입력 광학 신호(216)는 입력 또는 접합면(210) 상으로 입사된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 도파관, 중간 도파관 및 제 2 도파관은 하나의 모드를 지원하며, 검출기 부재는 단일 모드 검출기이다. 본 명세서에서 더 완전히 논의될 것과 같이, 제 1 도파관에 있어서, 도파관의 물질들과 두께에 의해 결정되는 지원 모드의 크기는 비교적 크다. 따라서, 제 1 도파관(204)에 있어서, 모드는 느슨하게 한정되어 있으며, 입력 광학 신호(216)를 제 1 도파관(204)에 분명하게 연결할 수 있도록 한다. 중간 유도층(206)의 두께가 증가함에 따라, 모드의 크기는 감소한다. 그로써, 중간 도파관(205)에서 모드 크기는 더 작아지게 되고, 모드의 에너지가 더 큰 부분은 중간 유도층(206)으로 한정된다. 제 2 도파관(207)에 도달하면, 모드의 크기는 비교적 작고, 제 2 도파관(207)을 통과하는 모드는 유도층(208)에서 강하게 한정된다.
제 2 도파관(207)을 통과하는 강하게 한정된 모드는 광 검출기(217)와 더 양호하게 연결하기 위해 "풀업(pulled up)"을 발생시키는 모드 정합층(mode matching layer)에 연결된다. 모드 정합층(208)에 의한 모드의 풀업은 본 발명의 유용한 측면이며, 광 검출기(217)의 활성/흡수층(214)에 모드를 극히 근소하게 연결할 수 있도록 한다.
제 1 도파관(204)의 유용한 측면은 좁은 원시야 패턴(small far field pattern)을 갖는 광원들에 연결하는 능력이다. 광섬유들과 같은 전형적인 광학 입력 소스들은 비교적 좁은 원시야 패턴들을 갖는다. 접합면에 평행하고 수직인 방향의 원시야 패턴들은 광학 모드의 각도 폭을 나타낸다. 더 좁은 원시야 패턴은 더 큰 모드 크기인 것으로 공지되어 있다. 파이버(fiber)와 같은 입력 소스로부터 다른 도파관으로의 모드 연결을 더 효과적으로 하기 위해서, 입력 소스와 도파관의 원시야 패턴들을 유사해야 한다. 따라서, 파이버가 연결되는 도파관은 비교적 큰 크기의 모드를 지원할 수 있어야 할 것이다. 이 것은 더 양호한 모드 정합을 발생시키며, 결국 더 양호한 광학 연결을 발생시킨다.
예시적인 실시예에 있어서, 입력 광학 신호(216)는 광섬유로부터 입력된다. 광섬유의 입력 원시야 패턴은 광섬유의 유도층의 중심축(코어)으로부터 측정된 약 6도의 횡 원시야 각을 갖는다. 제 1 도파관(204)은 FWHM(full width at half maximum)에 대해 약 8도 대 약 15도 범위의 예시적인 횡 원시야 각을 가지며, 광섬유와 유사한 원시야 패턴을 제공한다. 따라서, 입력 광학 신호(216)와 제 1 도파관(204)간의 더 효과적인 광학 연결은 본 발명의 예시적인 실시예의 장점에 의해 실현된다. 모드는 중간 도파관(205)에서 압축되어, 광 검출기에 대한 효과적인 연결이 달성될 수 있다.
광섬유로부터의 모드의 크기는 너무 커서 (비교적 작은 모드 크기를 갖는 모드를 지원하는) 광 검출기(217)에 효과적으로 직접 연결할 수 없을 수도 있다. 그러나, 제 1 도파관(204)은 광섬유와 효과적인 연결을 가능하게 하며, 광 검출기(217)에 대한 모드의 효과적인 연결을 가능하게 하기 위해서 중간 도파관(205)에 의해 압축이 이루어진다. 예시적으로, 모드 압축부는 제 1 도파관(204), 중간 도파관(205) 및 제 2 도파관부(207)를 포함한다. 또한, 예시적으로 모드 정합 영역(219)과 스페이서층(213)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 광 검출기는 1.55um의 검출 파장을 갖는다. 이와 같이, 제 1 도파관(204)의 유도층(202)은 InGaAsP 또는 InGaAlAs와 같은 약 1.1um의 밴드 갭(bandgap) 파장을 갖는 4기(quaternary) 물질의 층이다. 예시적인 실시예에서 하부 유도층(202)은 하부 클래딩층(200)과 상부 클래딩층(218) 사이에 배치된 0.075um 내지 0.15um 범위의 두께를 갖는다. 예시적으로, 하부 클래딩층(200)은 1um의 두께를 갖는 n-InP이고, 상부 클래딩층(218)은 2um 내지 3um 범위의 두께와 약 5um의 폭을 갖는 n-InP이다. 제 1 유도층(202)은 3.273의 예시적인 굴절율을 갖고, 하부 및 상부 클래딩층들(200, 218)은 3.168의 굴절율을 갖는다. 하부 클래딩층(201), 상부 클래딩층(218) 및 제 1 유도층(202)은 유기 금속 증착법(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition) 또는 분자선 애피택시(MBE, molecular beam epitaxy)와 같은 표준 기술로 제조된다.
도 4에 있어서, 예시적인 모드(401)가 제 1 도파관부(204)에 도시되어 있다.모드(401)는 제 1 유도층(202)에 느슨하게 한정된다. 즉, 모드의 에너지가 현저한 부분은 상부 클래딩층(218)과 하부 클래딩층(200)이다. 이것은 본 발명의 유용한 측면이다. 언급된 것과 같이, 제 1 도파관(204)의 좁은 원시야 패턴은 입력 광학 신호(216)의 느슨한 한정과 제 1 도파관(204)에서 비교적 큰 모드 크기로 변형한다.
모드는 중간 도파관(205)의 중간 유도층(206)에서 더 단단하게 한정된다. 모드 크기의 축소는 유도층(206)의 두께를 증가시킴으로써 달성된다. 이것은 도 5에 도시되어 있으며, 이 도면은 중간 도파관부에서의 광학 모드(501)의 단면도이다. 이 부분에서, 중간 유도층(206)의 두께가 증가하여 광학 모드(501)의 모드 크기를 점차적으로 감소시킨다.
중간 도파관(205)의 길이를 따라서, 중간 유도층(206)의 두께는 약 0.075um에서 약 0.15um(제 1 유도층의 두께), 약 0.17um, 약 0.34um(제 2 유도층(208)의 두께)로 증가한다. 중간 유도층(206) 및 클래딩층들(200, 218)에 대해 선택된 물질들은 예시적으로 제 1 도파관의 물질과 동일한 것이다. 그러나, 예시적인 실시예에서, 제 1 유도층(202)과 중간 유도층(206)의 굴절율들이 동일한 것이 사실이지만, 원한다면 중간 유도층(206)의 굴절율을 변경하는 것도 가능하다.
중간 도파관(205)은 예시적으로 선택 영역 성장(SAG, selectively area growth)(이 기술은 패턴 영역 성장(patterned ared growth)이라고도 함)으로 공지된 기술로 제조된다. 이 기술 분야에 공지된 SAG는 유기 금속 화학 증착법(MOCVD) 또는 분자선 애피택시(MBE)와 같은 다양한 기상 결정 성장(vapor crystal growth)기술들에 의해 달성될 수 있다. SAG 기술은 (실리콘 이산화물 마스크와 같은) 유전 마스크로 커버되는 영역의 존재가 주변 유전 마스크의 폭에 따라 변화하는 노출 영역 상에서 반도체층의 성장 속도의 원인이 되는 현상을 이용한다. 그 결과는 반도체층의 두께가 변화하도록 한다. 또한, 이 기술은 성장층의 화학량론(stoichiometry)을 알맞게 한다. 이것은 성장층의 굴절율과 밴드 갭 파장을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 원한다면, 중간 유도층(206)의 굴절율은 층들(204, 208)과 상이할 수 있다.
SAG 성장 기술은 중간 유도층(206)을 제조하는데 사용될 수 있으며, 이 유도층은 상기 언급된 것과 같은 길이를 따라 두께가 증가된다. SAG 기술은 그 길이를 따라 중간 유도층의 두께를 증가시키는데 유용하다. 중간 유도층의 두께는 약 1.5 내지 약 3배의 인자만큼 증가될 수 있지만, 실질적으로 전위들(dislocations)의 형성을 피하는 것은 실질적으로 회피된다. 예시적인 실시예에 있어서, 중간 유도층(206)의 두께는 그 길이를 따라 2.25의 인자만큼 증가된다. 이와 같이, 제 2 유도층은 이 예시적인 실시예에서 제 1 유도층보다 약 2.25배 더 두꺼운 두께를 갖는다.
도 6에 있어서, 제 2 도파관부(203)에 있어서 광학 모드(601) 단면이 도시되어 있다. 상기 논의된 것과 같이, 유도층(208)뿐만 아니라 상부 및 하부 클래딩층들(200, 218)의 굴절율들과 제 2 유도층(208)의 두께를 선택함으로써, 이 모드(601로 도시됨)의 한정 정도가 선택될 수도 있다. 예시적인 실시예의 제 2 도파관에 있어서, 이것은 제 2 유도층(208)의 두께를 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다.예시적으로, 제 2 유도층(208)은 0.17um 내지 0.34um 범위의 두께를 갖는다. 제 2 도파관의 제 2 유도층(208)과 클래딩층들(200, 218)에 대한 물질들은 예시적인 실시예에서 제 1 도파관에서의 물질들과 동일한 이 도파관에서의 물질들이다. 그에 의해, 굴절율들도 마찬가지이다. 또한, 제조 기술들도 동일하다. 모드 압축 시퀀스의 결과로서, 제 1 도파관(204)에서 느슨하게 한정된 모드인 광학 모드는 제 2 도파관(207)에서 더 단단하게 한정된다. 결국, 이것은 광 검출기에서 입력 모드의 양호한 광학 효율을 허용한다.
도 7에 있어서, 예시적인 실시예의 모드 정합 영역(219)에서의 광학 모드(701)의 단면이 도시되어 있다. 모드 정합 영역 일부분에 있어서, 상부 클래딩층(218)은 제거될 수 있다. 모드 정합층(209)은 광학 모드(701)의 "풀업"을 촉진하여, 광 검출기에 대한 더 효과적인 근소한 연결이 달성되도록 한다. 이를 위하여, 모드(701)가 제 2 도파관(207)을 통과함에 따라, 모드의 일부분은 상부 클래딩층(218)에 있게 된다. 그후, 모드의 이 부분은 제 2 클래딩층(203)보다 더 큰 굴절율을 갖는 모드 정합층을 통과한다. 따라서, 모드 정합층(209)에서 모드(701)의 각속도는 제 2 클래딩층(203)의 각속도보다 낮으며, 모드 정합층에서의 모드의 풀업과 붕괴(collapsing)(또는 압축)가 발생한다. 모드 정합층(209)은 그 위에서 더 낮은 굴절율을 갖는 층을 갖고(예시적으로 공기 또는 InP), 모드는 제 2 클래딩층(218), 모드 정합층(209) 및 공기나 InP의 제 3 클래딩층으로 형성된 도파관에 의해 유도된다.
예시적으로, 모드 정합부(219)는 약 3.405 정도의 굴절율과 약 0.35um의 두께를 갖는 InGaAsP의 모드 정합층(209)을 포함한다. 이 모드 정합층(209)은 MOCVD 또는 MBE와 같은 표준 기술로 제조된다. 또한, 스페이서층(213)과 같은 공지된 n-InP의 층이 모드 정합층 일부분 상에 배치될 수 있다. 이 층은 예시적으로 3.168의 굴절율과 예시적으로 0.1um의 두께를 갖는다. 스페이서층은 모드가 공간적으로 너무 빨리 흡수층(214)에 연결되는 것을 방지하는데 유용할 수 있으며, 이 흡수층은 광 검출기의 활성/흡수층(214)에 대한 근소한 연결을 잠재적으로 손상시키고 원하지 않는 스캐터링(scattering)을 발생시킨다.
도 8에는 광 검출기에서 광학 신호의 흡수 작용이 단면으로 도시되어 있다. 모드(801)는 작은 모드 크기를 가지며, 광 검출기의 활성/흡수층(214)에 대해 근소하게 연결될 모드 정합층의 풀업 동작으로 적절하게 위치되어 있다. 광학 모드의 광학 에너지의 현저한 부분은 그 유도층으로서 모드 정합층(209)을 갖는 도파관에서 한정된다.
활성/흡수층(214)은 모드 정합층(209)(예를 들어, 3.56의 굴절율을 갖는 InGaAs)보다 더 큰 굴절율을 갖도록 선택된다. p-형 층(215)은, 예를 들어, n-형 층(213)과 동일한 굴절율을 가지며, 검출기 도파관이 되도록 한다. 활성/흡수층(214)의 더 높은 굴절율로 인해, 모드 정합층과 관련하여 설명된 풀업 동작이 발생한다. 모드의 풀업에 의해 얻어진 흡수층(214)의 모드 부근에 가깝게 결합되는, 본 발명의 모드 압축에 의해 얻어진 작은 크기의 모드는 흡수층(214)에 대한 효과적인 근소한 연결을 가능하게 한다. 이것은 검출기와의 양호한 연결 효율을 촉진하며, 그 결과로서 높은 양자 효율을 발생시킨다. 결과적인 구조는 90%정도의 연결 효율을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 구조는 검출기에서 비교적 얇은 활성/흡수층을 허용하기 때문에, 검출기에 대해 비교적 높은 광학 연결을 갖지만, 장치의 속도는 종래의 검출기들보다 현저히 빠르다.
활성/흡수층은, 들어오는 광의 광자 에너지보다 낮은 0.75eV의 밴드 갭 에너지를 갖는 도핑되지 않거나 "본질적인(intrinsic)" InGaAs 층이다. 광자들은 전자와 홀 쌍들(electron and hole pairs)을 생성하여 흡수된다. 홀들은 p 도핑된 상부 클래딩에 대해 흡수재(absorber)에서 제거되며, 전자들은 n 측에서 선택된다. 상기 설명된 예시적인 실시예들에 있어서, 40Gbit/sec 이상의 속도로 사용하기 위한 1.55um 검출기가 실현된다.
상기 물질들과 치수들은 1.55um 검출기에 대해 구체적으로 예시되었지만, 명백하게 본 발명은 여러 가지 물질들을 사용하여 실현될 수 있으며, 다른 검출기 파장들이 사용될 수도 있다. 예시적으로, 980nm 검출기가 사용될 수 있다. 이 경우에, 제 1 유도층(202), 중간 유도층(206) 및 제 2 유도층(208)에는 GaAs가 제공될 수 있다. 상부 및 하부 클래딩층들은 AlGaAs일 수 있다. 실제로, 여러 가지 어플리케이션들과 물질들에 대해서, 제 1 도파관(204)에 대한 효과적인 연결(및 그에 의한 본 발명의 모드 한정 시퀀스)을 이루기 위해 일반적인 규칙이 적용될 수 있다. 이를 위해서, 유도층의 두께와 유도층 및 클래딩층의 굴절율들의 조합들은 제 1 도파관(및 중간 도파관과 제 2 도파관) 지원 모드의 한정 정도를 나타낸다. 소정의 어플리케이션에 대한 파라미터들을 결정하기 위해서, 표준 주파수 또는 V-수(number)를 사용하며,
V = (2π/λ)(nfgl 2- nc 2)1/2(tfgl)
여기서, λ는 흡수광의 파장, nfgl은 제 1 유도층의 굴절율, nc는 클래딩층(상부 또는 하부 클래딩층 중 하나)의 굴절율, 및 tfgl은 제 1 클래딩층의 두께이다. 본 발명의 제 1 도파관(204)을 제조하기 위해서, V는 약 0.25 내지 약 0.6의 범위에 있어야 한다는 것을 발견하였다. 제 1 도파관 물질들과 치수들이 결정되면, 제 2 유도층(208)의 두께가 결정된다. 상기 설명된 것과 같이, 예시적인 실시예들의 제조 기술들에 의해, 제 2 유도층의 두께는 중간 유도층(206) 두께의 적절한 증가로, 제 1 유도층(202)의 약 1.5 내지 약 3.0배와 비슷하다.
예시적으로, 제 1 도파관(204)에 있어서, 제 1 유도층(202)의 밴드 갭 파장은 약 1.0um 내지 약 1.2um의 범위에 있다. 제 1 유도층(202)에 대한 1.0um 밴드 갭 파장 물질의 경우에, 두께는 약 0.15um 내지 약 0.3um의 범위에 있을 것이다. 제 1 유도층(202)에 대한 1.1um 밴드 갭 파장의 경우에, 유도층은 약 0.075um 내지 약 0.15um 범위의 두께를 가질 수 있다. 밴드 갭 파장이 1.2um일 경우에, 제 1 유도층(202)의 두께는 약 0.05um 내지 약 0.1um일 것이다.
본 발명은, 제 1 도파관에서 제 1 모드 크기를 갖는 광학 모드를 지원할 수 있는 상기 제 1 도파관; 상기 제 1 도파관에 광학적으로 연결되며 상기 광학 모드를 지원할 수 있는 제 2 도파관; 상기 광학 모드가 상기 제 2 도파관에서 제 2 모드 크기를 갖고 상기 제 2 모드 크기가 상기 제 1 모드 크기보다 작은, 상기 광학 모드; 및 상기 제 2 도파관에 광학적으로 연결되는 검출기를 포함하는 광학 장치를제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 중간 도파관이 길이를 갖고 상기 모드가 상기 길이를 따라 변하는 모드 크기를 갖는 상기 언급된 것과 같은 광학 장치; 상기 제 2 두께가 상기 제 1 두께보다 약 1.5 내지 약 3.0배 더 두꺼운 범위에 있는 상기 언급된 것과 같은 광학 장치; 상기 제 1 도파관이 약 8도 내지 약 15도 범위의 횡 원시야를 갖는 상기 언급된 것과 같은 광학 장치; 상기 중간 도파관이 상기 제 1 도파관에 인접한 제 1 단부 및 상기 제 2 도파관에 인접한 제 2 단부를 갖는 상기 언급된 것과 같은 광학 장치를 더 포함 할 수 있으며; 상기 제 1 도파관은 상기 제 1 단부에서 제 1 두께를 갖고 제 2 단부에서 제 2 두께를 갖는 제 1 유도층을 갖는다.
상기 언급된 것과 같은 광학 장치에서, 상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 작다.
상기 언급된 것과 같은 광학 장치에서, 중간 도파관은 상기 제 1 도파관에 대한 제 1 단부와 상기 제 2 도파관에 대한 제 2 단부와 인접해 있으며; 상기 중간 도파관은 유도층을 갖고 상기 유도층은 상기 제 2 단부에서 보다 상기 제 1 단부에서 더 작은 두께를 갖는다.
상기 언급된 것과 같은 광학 장치에서, 상기 제 1 도파관은 약 0.25 내지 0.6 범위의 V-수를 갖는다.
본 발명은, 입력 소스와 검출기 사이에 배치된 모드 압축부를 포함하는 광 검출기에 광학 신호 연결을 할 수 있는 광학 장치를 제공할 수도 있다.
본 발명은, 상기 모드 압축부가 중간 도파관을 더 포함하고, 상기 중간 도파관은 길이를 가지며 모드는 상기 길이를 따라 변하는 크기를 갖는, 상기 언급된 것과 같은 광학 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 언급된 것과 같은 광학 장치에 있어서, 상기 모드 압축부는 제 1 도파관에서 제 1 모드 크기를 갖는 광학 모드를 지원할 수 있는 상기 제 1 도파관; 상기 제 1 도파관에 광학적으로 연결되고 상기 광학 모드를 지원할 수 있는 제 2 도파관을 더 포함하며; 상기 광학 모드는 상기 제 2 도파관에서 상기 제 1 모드 크기보다 작은 제 2 모드 크기를 가지며; 상기 제 2 도파관은 검출기에 광학적으로 연결된다.
본 발명을 통해 양호한 광학 연결 및 높은 내부 효율을 갖는 고속 광학 검출기 부재가 제공될 수 있다.

Claims (10)

  1. 광학 장치에 있어서:
    제 1 도파관에서 제 1 모드 크기를 갖는 광학 모드를 지원할 수 있는, 상기 제 1 도파관;
    상기 제 1 도파관에 광학적으로 연결되는 제 2 도파관으로서, 상기 광학 모드를 지원할 수 있는, 상기 제 2 도파관;
    상기 제 2 도파관에서 제 2 모드 크기를 갖는 상기 광학 모드로서, 상기 제 2 모드 크기는 상기 제 1 모드 크기보다 작은, 상기 광학 모드; 및
    상기 제 2 도파관에 광학적으로 연결된 제 2 검출기를 포함하는, 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도파관과 제 2 도파관 사이에 중간 도파관이 배치되는, 광학 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 도파관은 중간 유도층(guiding layer)을 가지며, 상기 중간 유도층은 길이를 따라 증가하는 두께를 갖는, 광학 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도파관은 제 1 두께를 갖는 제 1 유도층과 제 2 두께를 갖는 제 2 유도층을 가지며, 상기 제 2 두께는 상기 제 1 두께보다 큰, 광학 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도파관과 상기 검출기 사이에 모드 정합부(mode matching section)가 배치되는, 광학 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 모드는 상기 검출기에 근소하게(evanescently) 연결되는, 광학 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 모드 정합부는 모드 정합층을 더 포함하고, 상기 모드 정합층은 상기 검출기에 상기 광학 모드를 연결시키는, 광학 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도파관은 제 1 클래딩층과 제 2 클래딩층 사이에 배치된 제 1 유도층을 더 포함하고, 상기 유도층은 약 0.075 내지 약 0.15um 범위의 두께를 갖는, 광학 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도파관은 제 1 유도층을 갖고, 상기 제 1 유도층은 4기(quaternary) Ⅲ-Ⅴ 반도체인, 광학 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 4기 Ⅲ-Ⅴ 반도체는 약 1.0um 내지 약 1.2um 범위의 밴드 갭 파장을 갖는, 광학 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8873901B2 (en) 2011-06-13 2014-10-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Buried-type optical input/output devices and methods of manufacturing the same

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002233094A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-08 Metrophotonics Inc. Vertical integration of active devices with passive semiconductor waveguides
AU2003236616A1 (en) * 2002-01-17 2003-09-02 Cornell Research Foundation, Inc. High-index contrast distributed bragg reflector
JP3920164B2 (ja) * 2002-07-23 2007-05-30 富士通株式会社 半導体受光装置及びその製造方法
JP2004117706A (ja) * 2002-09-25 2004-04-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光源モジュール
JP4291085B2 (ja) * 2003-08-25 2009-07-08 三菱電機株式会社 導波路型受光素子
KR100624415B1 (ko) * 2003-12-17 2006-09-18 삼성전자주식회사 광디바이스 및 그 제조방법
US7026700B2 (en) * 2004-06-24 2006-04-11 Intel Corporation Photodetector with polarization state sensor
US7519257B2 (en) * 2004-11-24 2009-04-14 Cornell Research Foundation, Inc. Waveguide structure for guiding light in low-index material
TWI269083B (en) * 2005-08-22 2006-12-21 Univ Nat Central Step-shaped optical waveguide structure
KR100759805B1 (ko) * 2005-12-07 2007-09-20 한국전자통신연구원 광증폭 듀플렉서
US8977086B2 (en) * 2009-02-12 2015-03-10 Governors Of The University Of Alberta Tapered waveguide coupler and spectrometer
JP2011091163A (ja) * 2009-10-21 2011-05-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体集積素子
US8989540B2 (en) * 2011-04-15 2015-03-24 Kotura, Inc. Device with multiple light sensors receiving light signals from a waveguide
CN102916071B (zh) * 2012-08-23 2015-04-08 华为技术有限公司 一种光电二极管及其制作方法
WO2018143474A1 (ja) * 2017-02-06 2018-08-09 Tdk株式会社 光導波型センサーおよび物質検出方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763976A (en) * 1987-05-21 1988-08-16 Corning Glass Works Connector employing mode field modification
US4946239A (en) 1988-09-27 1990-08-07 Georgia Tech Research Corporation Optical power isolator
JP2875286B2 (ja) 1989-07-13 1999-03-31 科学技術振興事業団 テーパー状導波路型スポットサイズ変換器及びその薄膜形成法
FR2676126B1 (fr) 1991-04-30 1993-07-23 France Telecom Dispositif optoelectronique a guide optique et photodetecteur integres.
FR2684823B1 (fr) 1991-12-04 1994-01-21 Alcatel Alsthom Cie Gle Electric Composant optique semi-conducteur a mode de sortie elargi et son procede de fabrication.
DE4220135A1 (de) 1992-06-15 1993-12-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Ankoppeln von Photoelementen an integriert-optische Schaltungen in Polymertechnologie
US5391869A (en) 1993-03-29 1995-02-21 United Technologies Corporation Single-side growth reflection-based waveguide-integrated photodetector
JPH08330673A (ja) 1995-06-02 1996-12-13 Fujitsu Ltd 光半導体装置
US5719976A (en) * 1995-10-24 1998-02-17 Lucent Technologies, Inc. Optimized waveguide structure
JPH09153638A (ja) 1995-11-30 1997-06-10 Nec Corp 導波路型半導体受光装置およびその製造方法
DE19639909A1 (de) 1996-09-27 1998-04-02 Siemens Ag Anordnung aus einem integrierten streifenartigen optischen Rippenwellenleiter und einer optischen an den Wellenleiter gekoppelten integrierten Photodiode
JP3152189B2 (ja) * 1997-12-04 2001-04-03 日立電線株式会社 平板導波路型グレーティング素子
US6310995B1 (en) * 1998-11-25 2001-10-30 University Of Maryland Resonantly coupled waveguides using a taper
US6324326B1 (en) * 1999-08-20 2001-11-27 Corning Incorporated Tapered fiber laser
US6293688B1 (en) * 1999-11-12 2001-09-25 Sparkolor Corporation Tapered optical waveguide coupler
US6330378B1 (en) 2000-05-12 2001-12-11 The Trustees Of Princeton University Photonic integrated detector having a plurality of asymmetric waveguides

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8873901B2 (en) 2011-06-13 2014-10-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Buried-type optical input/output devices and methods of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002131568A (ja) 2002-05-09
US6498873B1 (en) 2002-12-24

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