KR20050075355A - 내부 반사기를 구비한 반도체 광검출기 - Google Patents

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Abstract

광검출기는 기판 상부 표면에 형성된 입사면과 반사면을 구비한 반도체 기판을 포함한다. 반사면은 상기 기판 표면과 예각을 형성하고 입사면을 통해 기판 내로 전송되는 광빔이 상기 반사면에서 내부적으로 반사되어 상기 기판 상부 표면에 향하도록 배치되어 있다. 광검출기 활성 영역은 기판 상부 표면 상에 형성되고 반사된 광빔이 상기 활성 영역 상에 충돌하도록 배치되어 있다. 광검출기는 제2 평면 상에 형성된 평면 도파관 또는 상기 제2 기판 상의 그루브 내에 장착된 광섬유로부터의 광빔을 수광하도록 상기 제2 기판 상에 장착될 수 있다.

Description

내부 반사기를 구비한 반도체 광검출기 {SEMICONDUCTOR PHOTODETECTOR WITH INTERNAL REFLECTOR}
관련 출원
본 출원은 Henry A. Blauvelt, David W. Vernooy, 및 Hao Lee가 2002년 10월 10일에 발명의 명칭 "Semiconductor photodetector with internal reflector"로 미국에 가출원한 제60/417,805호를 기초를 우선권을 주장하며, 상기 가출원은 본 명세서에 완전하게 설명된 것처럼 참조로서 본 명세서에 통합된다.
본 발명의 분야는 반도체 광검출기에 관한 것이다. 특히, 본 명세서에 기술한 반도체 광검출기는 내부 반사기(internal reflector)를 포함하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 도파관 기판(101) 상에 평면 도파관(120)을 포함하는 일반적인 구성을 나타낸 것이다. 표면실장형(surface-mounted) 광검출기(110)는 도파관(120)의 출력면으로부터 전파하는 광파워(optical power)를 검출하기 위해 도파관 기판(101) 상에(직접 또는 정렬/지지 부재 상에) 배치된다. 도 1c 및 도 1d는 광검출기(110)(도 1c 및 도 1d에서처럼 그루브 기판(151) 상에 표면실장되거나 그루브 기판 상에 직접 제조됨)에 조사하기 위해 정렬 그루브(152) 내에 수용되는 광섬유(150)를 포함하는 다른 일반적인 구성을 나타낸 것이다. 이러한 환경에 광검출기를 사용하는 이유는 무수히 많다. 예를 들어, 도파관(120) 또는 섬유(150)를 통해 전파하는 광파워는 고데이터율(예를 들어, 10Gbis/sec 이상)로 변조된 광통신 신호를 포함할 수 있으며, 고속 광검출(110)는 광신호를 전기신호로 변환하는 수신기로 채용될 수 있다. 다른 예에서, 도파관(120) 또는 섬유(150)를 통해 전파하는 광파워는 감시를 목적으로 주(main) 광출력으로부터 분리된 반도체 레이저 또는 다른 광원의 출력의 일부를 포함할 수 있다. 광검출기로부터의 결과 신호는 광원의 동작을 안정시키기 위한 피드백 제어 신호로서 및/또는 기타 목적으로 신호 정규화(normalization)에 사용될 수 있다. 이러한 유형의 애플리케이션에서, 고속 광검출기는 필요할 수도 필요하지 않을 수도 있다. 광도파관 또는 광섬유를 통해 전파하는 광파워의 검출이 유용할 수 있는 많은 다른 환경을 상상할 수 있다.
실리콘이 평면 도파관 기판으로 보통 사용되며, 대개 실리카 버퍼층과 실리카 버퍼층 상에 제조된 하나 이상의 실리카계(silica-based) 평면 도파관(소위 평면 도파관 회로 또는 PLC)을 구비한다. 이러한 기판은 광섬유의 일단을 수용하기 위한 그루브를 용이하게 구비할 수 있다. 도파관(120) 또는 섬유(150)에 의해 전달되는 광파워의 파장이 1.3㎛ 내지 1.6㎛ 내에 있는 경우(통신 장치에서), 때문에 실리카계 광검출기는 적합하지 않다. Ⅲ-Ⅳ 반도체계 광검출기가 이 파장 범위에서 적합하지만, 실리콘 또는 실리카 표면에 직접 광검출기를 제조하는 경우 재료들은 양립할 수 없다(not compatible). 도파관 기판 및 검출기 재료가 양립할 수 있다 하더라도, 다른 이유(제조 단계의 양립 불가능, 설계 융통성, 도파관 및/또는 광검출기의 맞춤제작 등)로, 반도체 광검출기를 나중의 조립을 위해 개별 소자로 제공하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 별개로 제조되는 반도체 광검출기(110)(Ⅲ-Ⅳ 등)는 따라서 적어도 도파관(120) 또는 섬유(150)를 통해 전파하는 광파워의 적어도 일부를 수신하고 검출하기 위해 기판(101 또는 151)(실리콘 등) 상에 흔히 조립되어 정렬된다. 본 개시 내용은 그러한 조립을 용이하게 할 수있는 반도체 광검출기(110)의 적합한 제조 및/또는 개조를 다루고 있다.
실질적으로 평면 기판(101 또는 151) 상에 장착하는 경우, 광검출기(110)가 자신의 실질적으로 평면 기판상에 또한 제조/장착되는 이점이 있다. 검출할 광은 이들 평편 기판에 평행하게 전파한다. 하지만, 기판 상의 광검출기의 활성 영역을 형성하는 층도 또한 기판에 실질적으로 평행하고, 광검출기에 의한 광의 흡수 및 검출은 많은 경우에 문제가 있다.
기판에 평행한 면의 광출력의 방향을 전환하는 것(redirection)은 그 검출을 촉진시킨다. 본 개시 내용에 의해 구현되는 광검출기는 광을 그 활성 영역으로 향하게 하는 광검출기 기판의 경사면(angled face)에서의 내부 반사를 사용한다.
도 1a 및 도 1b는 평면 도파관 기판 상에 장착된 광검출기의 개략적인 도면이다.
도 1c 및 도 1d는 광섬유를 구비한 그루브형 기판 상에 장착된 광검출기의 개략적인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측단면도 및 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측단면도 및 평면도이다.
도 4는 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기를 제조하는 제조 시퀀스를 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 내부 반사기를 구비한 광검출기를 제조하는 제조 단계를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측면도 및 평면도이다.
도 8은 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 평면 도파관 기판 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측면도 및 평면도이다.
도 10은 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 평면 도파관 기판 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 내부 반사기를 구비한 광검출기의 측면도 및 평면도이다.
도 12는 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 평면 도파관 기판 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13은 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 평면 도파관 기판 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 14는 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 광섬유를 구비한 그루브형 기 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 15는 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 평면 도파관 기판 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 16은 내부 반사기를 구비하는 광검출기를 광섬유를 구비한 그루브형 기 상에 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 17은 내부 반사기를 구비한 광검출기의 평면도이다.
도 18은 내부 반사기를 구비한 광검출기의 평면도이다.
도 19는 내부 반사기를 구비한 광검출기의 평면도이다.
광검출기는 각을 이루는 경사 입사면(angled entrance face)과 상기 기판 상부 표면에 형성된 반사면을 구비하는 광검출기 기판을 포함한다. 상기 반사면은 상기 기판 상부 표면과 예각을 이루고, 입사면에 호응하여 위치되어 상기 입사면을 통해 전송되는 광빔의 적어도 일부는 상기 반사면에서 내부적으로 반사되어 상기 기판의 상부면으로 향한다. 광검출기 활성 영역은 상기 반사면에서 반사된 광빔의 적어도 일부가 상기 활성 영역의 적어도 일부 상에 부딪치도록 상기 기판 상부 표면에 형성된다.
이와 같이 형성되는 다수의 광검출기는 웨이퍼 스케일 공간 선택성 재료 가공(wafer-scale spatially-selective material processing) 기술을 사용하여 동시에 제조될 수 있으며, 이는 단일 웨이퍼 표면만을 가공하여 실시할 수 있다. 일단 제조( 및 웨이퍼 스케일 가공 방법이 사용되는 경우에 웨이퍼 상의 다른 광검출기로부터 분리)되면, 광검출기는 도파관 기판 상에 형성된 평면 도파관의 단부로부터 나타나는 광빔을 수광하도록, 평면 도파관 기판 상에 전도되어(inverted) 장착될 수 있다. 광빔의 적어도 일부는 입사면을 통해 입사할 수 있으며, 반사면에서 반사되어 활성 영역 상에 충돌한다. 이런 식으로, 광검출기는 평면 도파관 기판 상에 조립되는 복합 광디바이스(composite optical device)에 용이하게 통합될 수 있다. 이와 달리, 광검출기 기판은 섬유 정렬 그루브를 구비할 수 있거나, 섬유 정렬 그루브를 구비하는 제2 기판 상에 배치될 수 있어, 그루브 내에 위치한 광섬유의 일단면으로부터 나타나는 광은 입사면을 통해 입사하고, 반사면에서 반사되어, 활성 영역 상에 충돌할 수 있다.
내부 반사기를 구비하는 반도체 광검출기와 관련한 목적 및 이점은 도면에 나타내고 이하의 상세한 설명 및/또는 청구항에 기재된 바와 같은 개시된 예시적인 실시예를 참조함으로써 명백해질 것이다.
도면에 나타낸 여러 구조의 관련 부분은 예시적인 실시예를 더욱 명확하게 나타내기 위해 왜곡될 수 있다. 여러 광디바이스(optical device), 광도파관, 광부품(optical component), 정렬/지지 부재, 전극/접점(contact) 등의 상대적인 치수는 왜곡, 서로 상대적인 동시에 그들의 상대적인 가로 및/또는 세로 부분 모두에 대해 왜곡될 수 있다. 여러 도면에서, 광소자(optical element)의 가로 치수는 명확성을 기해 세로 치수에 비례하여 확대되며, 이것은 세로 위치에 대한 가로 치수의 변화가 과장되어 나타나게 할 것이다. 여러 층들의 두께도 또한 과장될 수있다.
도면에 나타낸 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명의 개시 내용 및 첨부된 청구범위의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
내부 반사기를 구비하는 광검출기의 일례를 도 2a 및 도 2b에 나타낸다. 반도체 기판(302)은 이웃한 기판 상부 표면 영역들(301, 303)이 서로 다른 높이로 입사면(304)에 의해 분리되어 형성되도록 공간 선택적으로(spatially-selectively) 처리된다. 반사면(306)은 공간 선택성 프로세스에 의해 기판 상부 표면(경계 영역(303))에 형성된다. n형 반도체층(310)(즉, n층), 진성 반도체층(312)(즉, i층), 및 다른 n층(314)은 기판 상부 표면 영역(303)에 형성된다. 대표적인 Ⅲ-Ⅳ 반도체 광검출기를 제조하는 재료는 기판(302)용의 반절연성(semi-insulating) InP 또는 n형 InP, n층(310, 314)용의 n형 InP, 및 i층(312)용의 InGaAs가 있다. 상부 n층은 p형 영역(316)(즉, p층)을 만들기 위해 공간 선택적으로 도핑될 수 있다. 이와는 달리, n층(314) 대신에 p층이 최초에 존재할 수 있으며, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이 p층 영역(316)을 형성하도록 공간 선택적으로 에칭될 수 있다. 층들(310, 312, 316)은 광검출기의 활성 영역으로 기능하는 p-i-n 접합을 형성한다. 금속 접점층(metal contact layer)이 적용될 수 있으며, 예를 들어 접점 310a가 n층(310)의 노출된 부분 상에 형성되고 접점 316a가 p층(316) 상에 형성되어 p-i-n 광검출기에 대해 동일면(co-sided) 접점을 제공한다. 이와는 달리, n형 기판을 사용할 수 있으며, 접점(310)은 기판(302)의 반대면에 적용된다. 입사 광파워는 입사면(304)을 통해 기판에 들어와 기판(302)의 일부를 통해 전파될 수 있으며, 입사 광파워 중의 적어도 일부는 반사면(306)에서 내부적으로 반사되어 광검출기 활성 영역의 적어도 일부에 충돌하여 전기신호를 생성할 수 있다.
본 개시 내용 및/또는 첨부된 청구범위의 범위 내로 유지하면서 임의의 적합한 타입의 광검출기 활성 영역을 형성할 수 있다. 그 예로서 p-i-n 광다이오드(광전도성 또는 광발전성), 애벌란치 광다이오드, 쇼트키 광다이오드, 광트랜지스터, MSM(Metal-Semiconductor-Metal) 광검출기, 그것의 조합, 및/또는 그 기능상 동등물(functional equivalents)을 포함할 수 있지만, 이것들로 한정되지는 않는다. 본 개시 내용 및/또는 첨부된 청구의 범위의 범위 내로 유지하면서, 임의의 적합한 반도체 재료 또는 재료의 조합을 사용할 수 있다. 그 예로서 실리콘 및/또는 실리콘계 반도체, 게르마늄 및/또는 게르마늄계 반도체, Ⅲ-Ⅳ 반도체 및/또는 그 합금, n도핑 및/또는 그 p 도핑 변형물(variant), 그것의 조합물 및 그 기능상 동등물을 포함할 수 있지만, 이것들로 한정되지는 않는다.
입사면(304)은 광검출기에 대한 원하는 광학 구성에 따라 넓은 범위에 걸쳐 변화하는 각도를 형성할 수 있다. 많은 유용한 광학 구성(optical configuration)이 약 60°와 약 120° 사이의 각도 α로 구현될 수 있으며, 일반적으로는 구성은 약 85°와 약 110 ° 사이의 각도 α를 사용할 수 있다. 입사면(304)과 기판 상부 표면 영역들(301, 303) 사이의 약 85°와 약 110 °사이의 각도는 0°(수직 입사)를 기준으로 약 5°(반사면 표면이 수평면 아래에서 수직)에서 약 20°(반사면 표면이 수평면 위에서 수직)까지의 입사각을 만들어, 광이 인접한 기판 표면 영역(301, 303)에 거의 평행하게 전파한다.
본 개시내용 및/또는 청구범위의 범위 내에 있는 한 다른 입사 전파 방향을 수용할 수 있다. 입사면은 에칭된 결과 면의 수평 방향과 수직각의 제어가 가능한 건식 에칭 공정(반응성 이온 에칭 등)에 의해 형성될 수 있다. 각도를 선택할 수 있는 다른 에칭 공정을 사용할 수 있고, 또는 원하는 입사면 각도를 얻기 위해 재료의 결정면을 따라 주어진 기판 재료 및 결정 방향을 에칭할 수 있다. 톱을 사용한 절단(saw cut) 또는 기타 기계적인 재료 가공 기술이 입사면(304)을 형성하는데 대신 사용될 수 있다. 입사면(304)을 형성하는데 사용된 가공 방식과 무관하게, 일부의 경우에, 후공정은 완성된 광검출기에서 기판 상부 표면 영역(301)을 없앨 수 있고, 한편 다른 경우에 완성된 광검출기는 기판 상부 표면 명역(301)의 일부를 포함할 수 있다.
결정면을 따라 배향된 입사면(304)은 기판에 틈을 내어(cleaving) 교대로 형성될 수 있으며, 그것은 또한 기판 상부 표면 영역(301)을 완성된 광검출기로부터 제거할 수 있다.
대기 중의 InP 기판(n 3.2)과 기판 표면 영역(301, 303)에 실질적으로 평행하게 전파하는 입사빔의 경우, 입사면 방향에 대해 언급된 범위는 0°를 기준으로 수평면 위의 약 2°에서 수평면 아래의 약 14°의 굴절각 범위로 인도된다. 수평면 아래에서의 굴절의 경우, 기판으로 더 깊이 향하는 굴절빔은 인접한 기판 상부 표면 영역(303)과 떨어져 있고 광검출기 활성 영역(도 4에서 도면부호 318을 부여한 활성 영역)과 떨어져 있다.
전형적인 투명 "주입(potting)" 또는 캡슐화(encapsulating) 매체 내에 들어있는 InP 기판의 경우, 굴절된 광빔은 수평면 위의 약 2.3°와 수평면 아래의 약 11° 사이에 범위에 이르는 각도를 형성한다. 입사면(304)은 반사 손실의 감소 및/또는 상향 광디바이스 또는 광부품(무코팅 InP/공기 계면에서 약 27% 반사; 무코팅 Inp/캡슐 계면에서 약 14% 반사)으로의 광피드백의 저하를 위해 무반사 코팅(Antireflection coating)될 수 있다. 입사면(304)에서의 비정상적인 입사는 또한 입사면에서의 반사에 기인하는 상향 광디바이스 또는 광부품으로의 광피드백을 감소시키기 위해 소용될 수 있다. 광검출기가 다중 파장 광학 시스템 또는 어셈블리에 사용될 경우, 장파장 통과(long-pass) 필터, 단파장 통과(short-pass) 필터, 대역통과(bandpass) 필터, 또는 노치(notch) 필터 등의 임의의 적당한 타입의 파장 선택성 필터 코팅이 형성될 수 있다.
반사면(306)은 공간 선택성 에칭 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 기판 재료의 결정면을 따라 형성하는 반사면(306)을 형성하기 위해 습식 에칭 프로세스를 사용할 수 있다. InP(결정학적 100 표면이 기판 표면에 거의 평행함)의 경우, 반사면(306)은 기판 표면과 약 51°와 약 60° 사이(보통 약 55°)의 각도(도 4의 각 β)를 형성하여, 입사면(304)에서 굴절되고(전술한 바와 같이) 기판 내부를 전파하는 광빔이 기판 표면에서 광검출기 활성 영역(318)을 향해 내부적으로 위쪽으로 반사될 수 있다. 다른 결정 방향 및/또는 다른 기판 재료의 경우, 반사면(306)은 다른 각도로 결정면을 따라 형성할 수 있다. 반사면(306)의 정의하기 위해 결정면을 사용하는 것은 재현 가능한 면 방향 및 우수한 광학적 품질을 갖는 반사면을 얻는다. 이와는 달리, 반사면(306)은 건식 에칭 프로세스를 포함하는, 기판의 결정학적 구조에 의해 결정되는 각도로 반사면을 형성할 수 있거나 임의의 원하는 각도로 반사면을 형성할 수 있는 다른 적당한 공간 선택성 에칭 프로세스(들)에 의해 형성될 수 있다. 반사면(306)을 형성하기 위해 톱을 이용한 절단 또는 기계적인 재료 가공 기술을 대신 사용할 수 있다. 반사면(306)과 기판 상부 표면 영역(303) 사이의 각도는 일반적으로 약 40°와 약 70° 사이의 범위, 더욱 일반적으로는 약 45°와 약 65° 사이의 범위일 수 있으며, 많은 일반적인 광검출기를 구현하는 경우 약 51°와 약 60° 사이의 범위일 수 있다.
내부 반사기를 구비하는 광다이오드의 치수는 여러 가지 실제적인 제약을 받을 수 있다. 다음은 내부 반사기를 구비한 InP계 광검출기의 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 치수이며, 본 명세서에 개시 및/또는 청구된 발명의 개념의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 주요 제약은 광검출기 활성 영역(318)의 에지와 에칭된 반사면(306)의 에시 사이의 최소 거리이다(도 4의 치수 A). 광검출기의 성능은 광검출기 활성 영역이 에칭된 에지와 너무 가까우면(InP 상의 p-i-n 광검출기의 경우 약 5-7㎛ 미만 떨어진 거리; 이것은 재료 품질 및/또는 공정 품질 제어에 의존할 수 있음), 그러한 검출기는 잠재적으로 낮은 신뢰성 및/또는 높은 암전류를 나타낸다. 이 위치(즉, 반사기 에지로부터 적어도 5-7㎛떨어진 위치)에서 광빔의 많은 부분이 광검출기 활성 영역에 도달하기 위해서는, 광빔의 상부가 광다이오드 기판(302) 내부의 최소 깊이보다 더 깊은 깊이에서 반사면(306)에서 반사되어야 한다. 이 최소 깊이는 또한 반사면의 각도에 의존한다. 약 51°와 약 60° 사이의 반사면을 구비하는 InP의 경우, 반사된 광빔의 상부 부분의 깊이는 보통 약 5-7㎛ 보다 깊을 수 있다. 직면한(아래 참조) 이 거리 및 전형적인 빔 크기/발산을 수용하기 위해, 반사면(306)의 전체 에칭 깊이(도 4의 치수 B)는 대부분의 경우에 약 10㎛보다 커야 하며, 대체로 약 30㎛와 약 50㎛ 사이이다. 입사 광빔의 크기 및/또는 위치는 이 최소 에칭 깊이가 더 커지는 것을 피할 수 없게 할 수 있다. 하지만 이 에칭 깊이에는 실질적인 상한이 있을 수도 있다. InP 광검출기 기판(302)은 대체로 얇을 수 있다(아마 약 150㎛ 이하로 얇다). 기판의 과도한 약화와 잠재적인 디바이스 고장을 방지하기 위하여, 반사면 에칭의 깊이는 이 전체 두께의 너무 많은 부분을 차지해서는 안된다. 더 깊은 에칭 깊이는 또한 마스킹될 더 넓은 영역의 기판을 필요로 할 수 있어, 단일 기판 웨이퍼 상에 제조될 수 있는 디바이스의 밀도 감소시킨다. 습식 에칭의 에칭 깊이는 대체로 식각액의 농도와 에칭 시간에 의해 제어될 수 있지만, 반사면(306)을 제공하기 위해 사용되는 습식 에칭, 건식 에칭 또는 기타 공정을 제어하기 위해 다른 기술을 사용할 수 있다(아래 참조).
입력 측에서, 입사면(304)은 입사면(304)을 통해 전송되는 광모드를 (크기 및 위치적으로 모두) 수용하기 위해 적어도 광검출기 활성 영역(318)의 레벨 이하로 충분히 깊게 에칭되어야 한다(도 4의 치수 C). 비교적 소형이고/이거나 가로 비대칭의 코어를 구비하는 평면 도파관에 의해 지원되는 광 모드는 현존 도파관 위를 가로지르는 단지 몇 ㎛일 수 있으며, 적절히 큰 빔 발산(beam divergence)을 보인다. 입사면(304)으로 들어가는 이러한 발산하는 광빔의 부분은 따라서 입사면이 광도파관 단부면(end face)과 충분히 가깝거나 또는 도파관 단부면으로부터 더 멀리 발산하는 광빔을 수용하기에 충분히 큼에도 불구하고 제한될 수 있다. 이와는 달리, 더 큰 그리고 적절히 더 작은 발산하는 광모드가 평면 도파관 또는 광섬유의 단부로부터 나타날 수 있으며, 이러한 더 큰 모드는 대체로 가로 크기가 약 10 ㎛를 넘지 않는다. 이 경우에 입사면은 광모드를 수용하기에 충분히 커야하고, 도파관 단부면과 입사면(304) 사이의 거리 이상으로 변화할 수 없다. 입사면(304)의 깊이는 사용되는 에칭 프로세스에 의해, 및/또는 평면 도파관 기판의 기하학적인 제약(예를 들어, 입사면이 평면 도파관의 단부와 마주하여 위치되어야 하고, 동시에 광검출기 상의 접점이 도파관 기판과 접촉하는 경우)에 의해 제한될 수 있다. 입사면 가까이의 도파관으로부터 출현하는 작은 광모드의 경우 입사면(304)을 형성하기 위한 최소 에칭 깊이는 약 5㎛ 정도일 수 있으며, 더욱 일반적인 광검출기는 약 30㎛에서 약 50㎛ 사이의 깊이로 에칭된 입사면을 갖도록 제조될 수 있다. 입사면(304)(이전에 광검출기는 평면 도파관 또는 섬유를 구비한 제2 기판 상에 되어 있다)을 통해 전송되는 광빔은 대체로 활성 영역(318)의 레벨 아래의 약 2.5㎛와 약 50㎛ 사이, 종종 활성 영역(318)의 레벨 아래의 약 10㎛와 약 20㎛ 사이의 입사면에 집중된다. 본 개시 내용 및/또는 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 한 입사면에 대한 다른 에칭 깊이 및 이사면 상에 전송되는 광빔에 대한 다른 위치를 채택할 수 있다. 입사면, 반사면 및 활성 영역을 형성하는 데 사용된 특정한 공간 선택성 재료 가공 방법에 따라 입사면의 상부 에지는 완성된 광검출기 내의 활성 영역의 레벨과 일치할 수도 일치하지 않을 수도 있다.
입사면(304)의 각도(도 4의 각 α), 입사면(304)의 상부 에지와 반사면(306) 사이의 기판 상부 표면의 거리(도 4의 치수 D), 및 반사면(306)의 각도(도 4의 각 β)는 모두 반사면(306) 상에서 광빔이 반사되는 위치를 결정한다. 예시적인 광검출기의 입사면(304)의 각도 α는 는 약 95°와 약 99° 사이의 범위일 수 있으며, 약 55°의 반사면 각도 β에 대해 약 29°와 약 33° 사이의 반사면 상의 입사 각도가 된다. 이들 입사 각도는 내부 전반사(total internal reflection)(공기/InP 계면의 경우 약 18°; 캡슐/InP 계면의 경우 약 17°)에 대해 임계각(critical angle)을 넘는 것이며, 면간(face-to-face) 거리의 약 5% - 10%의 반사면(306)의 깊이 변화를 초래한다. 전술한 바와 같이 반사면(306)에서 적어도 5-7㎛의 최소 깊이를 얻기 위하여, 광빔은 약 5-7㎛ 이상의 깊이로 입사면을 통해 전송될 수 있거나, 더 얕은 입사면의 깊이가 충분히 큰 면간 거리에 의해 수용될 수 있다. 더 큰 입사면 깊이 및/또는 더 큰 면간 거리는 더 큰 반사면 깊이를 초래한다. 광빔의 발산, 광검출기에 대해 제기된 감도/속도 요구, 광검출기에 대한 크기 제약 및 전술한 반사면(306)의 에칭 깊이에 대한 임의의 공정 제한에 의해, 면간 거리에 대한 상한이 있을 수 있고(예를 들어 약 250㎛ 보다 작음), 전술한 바와 같이 입사면 깊이에 대한 상한이 있을 수 있다. 많은 적형적인 광검출기는 약 50㎛와 약 250㎛ 사이 범위의 면간 거리를 가질 수 있으며, 하지만 이 범위 외의 거리도 본 개시 내용 및/또는 첨부된 청구범위 범위 내에 속할 수 있다.
검출 효율이 기준 이상일 때(at a premium), 더 작은 면간 거리가 요구될 수 있다. 이러한 경우는 광빔이 더 많이 발산하는 경우; 입사 광 신호 파워가 작은 경우; 고속[10 Gbit/sec 이상]이어서 더 작은 영역, 광검출기를 요하는 경우 등 일 수 잇다. 더 작은 면간 거리는 광빔의 더 많은 부분이 광검출기의 활성 영역에 부딪치게 하여, 광검출기의 전체 검출 효율을 향상시킨다. 검출 효율이 그다지 중요하지 않은 애플리케이션에서는(더 적은 발산빔, 저속 검출, 더큰 활성 영역, 큰 광신호 파워 등), 더 큰 면간 거리가 잠재적으로 제조 오차(fabrication tolerance)의 완화 및/또는 디바이스 수율의 향상시키기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 광검출기 활성 영역(318)이 에칭된 반사면(306)과 그렇게 가까울 필요가 없는 경우).
광검출기의 일례는 p-i-n 활성 영역을 구비하는 InP 기판을 포함할 수 있으며, 활성 영역은 폭이 약 15㎛이고 길이가 약 24㎛이며, 활성 영역과 반사면 에지 사으이 간격의 약 12㎛이다. 박사면 각도(β)는 약 55°일 수 있고, 면간 거리는 약 100㎛이다. 입사면의 각도(α)는 약 95°와 약 99° 사이의 범위일 수 있고, 입사면 깊이(활성 영역 레벨과 입사면을 통해 전송되는 광빔의 중심 사이)는 비캡슐형(non-encapsulated) 광검출기의 경우 약 13.5㎛, 또는 캡슐형 광검출기의 경우 약 15.5㎛일 수 있다. 대응하는 반사면 깊이(활성 영역 레벨과 내부적으로 반사된 광빔의 중심 사이)는 비캡슐형 광검출기의 경우 약 18㎛, 또는 캡슐형 광검출기의 경우 약 20㎛일 수 있다.
여러 처리 단계 또는 순서가 기판 상부 표면과 입사면(304) 또는 반사면(306) 사이에 날카롭거나 잘 정의된 에지 또는 각도를 생성할 수 없다는 것에 유의하여야 한다. 일부의 경우에, 에지는 부지불식간에 둥글게 되거나 곡선이 될 수 있고, 또는 돌출되거나 튀어나오는 재료가 에지에 남을 수 있으며, 돌출되는 "풋(foot)"이 에칭면의 바닥에 잔존 및/또는 다른 불규칙함이 처리 후에 잔존할 수 있다. 다른 경우에, 면들 중 한편 또는 양면이 설계에 의해 기판 상부 표면과 만나지 않을 수 있다. 표면들과 면들이 실제로 만나는지 여부에 관계없이, 표면들과 면들 사이의 각들은 여기서 의도된 기하학적 배열(geometry)이 이루어진(예를 들어, 평평한 입사면의 거의 평평한 부분) 표면 또는 면의 부분들 사이의 각이라고 한다. 마찬가지로, 위에서 면간 거리라고 한 것은 의도된 표면들 또는 면들이 에지에서의 불규칙함 또는 에지를 제거하는 프로세스 없이 만났을 위치들 사이에서 측정되는 것이라고 한다.
반사면(306)에서의 내부 전반사가 광검출기의 전체 검출 효율을 증가시키고 면 반사성(face-reflectivity)을 감소시키는데 바람직하다고 할지라도, 임계각보다 작은 각도, 및 그것에 의한 단지 부분적인 편광 의존 내부 반사는 본 개시내용 및/또는 첨부된 청구범위 범위 내에 있다는 것에 유의하여야 한다.
절대 수집 효율(collection efficiency)이 중요한 문제가 아닌 경우에, 내부 반사기를 구비하는 광검출기는 반사면(306)에서의 부분적인 내부 반사만으로 구현될 수 있다. 또한, 광검출기 내부를 전파하고 반사면에서 반사되는 발산하는 광빔은, 입사각의 범위가 임계각에 걸치는 경우에 단지 발산하는 빔의 일부 이상의 내부 전반사를 겪을 수 있다. 극단적으로 발산하는 입력 광빔의 부분들은 내부 반사를 겪지 않고 광검출기 활성 영역 상에 바로 충돌할 수도 있다. 코팅을 적용하는 추가(extra) 처리 단계의 비용을 들여 임의의 원하는 입사 각도에서 내부 반사를 강화시키기 위해, 반사면(306) 상에 임의의 적당한 타입의 반사 코팅을 형성할 수 있다. 이러한 반사성 코팅의 예로는 금속 반사기 코팅 및 다층 유전체 반사기 코팅을 포함할 수 있다.
내부 반사기를 구비하는 광검출기는 다음의 예시적인 일련의 공간 선택성 프로세스 단계들에 의해 제조될 수 있다(도 5a의 측면도, 도 5b의 평면도). 기판(302)은 반절연성 InP를 포함할 수 있으며, 층들(310, 314)은 n형 InP를 포함할 수 있고, 층(312)는 반절연성 층 또는 약하게(lightly) 도핑된 InGaAs 층을 포함할 수 있다. 마스킹된 p형 도펀트의 확산이 나중에 금속 접점층(316a)을 제공할 수 있는 p형 영역(316)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 접점(316a)와 p형 영역(316)을 보호하면서, n형 층(314)와 층(312)을 제거할 수 있으며, 금속 접점(310a)이 n형 층(310)의 노출된 부분 상에 증착될 수 있다. 전기적인 액세스는 따라서 p-i-n 광검출기 활성 영역을 형성하는 삽입층(intervening layer)(312)을 구비하는 p형 및 n형 층(310, 316)에 제공된다. 금속 전기 트레이스(electrical trace)(310b, 316a)이 접점(310a, 316a)에의 전기적인 액세스가 가능하도록 증착될 수 있다. 원하는 각도의 입사면(304)을 형성하기 위해 마스크를 이용한(masked) 건식 에칭이 사용될 수 있으며, 반사면(306)을 제공하기 위해 마스크를 이용한 습식 에칭이 사용될 수 있다(각각은 입사면 및/또는 반사면의 에칭 전에 접점 및 트레이스가 형성되는 경우, 이들을 보호하면서 실행된다). 입사면 및 반사면은 물론 광검출기를 형성하기 위한 모든 처리 단계는 단일 반도체 기판 표면 상에 실행될 수 있어, 반도체 표면들의 처리할 필요가 없으므로, 처리 복잡도 및 비용을 상당히 감소시킨다. 예시적인 프로세스 시퀀스는 또한 동일면 접점들을 갖는 광검출기를 얻을 수 있는데, 이는 일부 실시예에서 유리할 수 있다. 프로세스 시퀀스는 많은 광다이오드에 대해 동시에 웨이퍼 규모(wafer-scale) 기판 상에서 구현될 수 있다. 일단 처리 단계들이 완료하면, 웨이퍼는 배치 및 사용을 위해 개별 디바이스로 분리될 수 있다. 여러 다른 재료의 조합, 층 두께, 및/또는 프로세스 시퀀스가 고안되어 임의 적당한 타입의 광검출기 활성 영역을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 이 역시 개시된 발명의 개념 및/또는 청구범위의 범위 내에 있다.
습식 에칭되는 반사면(306)의 적절한 위치선정(positioning)을 재현 가능하게 달성하기 위하여, 기판 표면에서 반사면의 에지를 규정하기 위해 사용된 마스크의 언더컷(undercut, 아래부분을 잘라낸 곳)에서는 에칭 처리를 하지 않도록 주의하여야 한다. 마스크의 언더컷팅이 거의 없거나 없는 경우에만, 에칭 프로세스에 의해 반사면이 거의 모든 방향에서 기판 표면에 이르기까지 높은 광학적 품질을 가지는 의도된 위치에서 끝난다. 마스크가 기판에 충분히 잘 접착되지 않고 언더컷팅이 발생하면, 반사면은 입사면(304) 및 광다이오드 활성 영역과 너무 가까이에서 끝난다(도 4의 치수 C와 D가 너무 작다). 이것은 광검출기 기판 내부에서의 기하학적 광경로를 망칠 수 있고, 광검출기 활성 영역에 도달하는 입사광의 부분을 감소시킬 수 있다. 광검출기 활성 영역과 반사면(306)의 에칭된 에치 사이의 충분한 거리는 광검출기의 성능을 저하시킬 수 있다. 도 2a/도 2b, 도 3a/도 3b 및 도 5a/도 5b의 특정한 예에서, 사용된 재료의 특성이 이 잠재적인 제조 문제를 완화시키는 데 활용될 수 있다. 프로세스 시퀀스의 시작 재료는 일반적으로 InGaAs층(312)이 사이에 있는 n 및/또는 p 도핑된 InP층(310, 314)을 구비하는 InP 기판을 포함할 수 있다. 이들 층은 대체로 에피택셜 성장되며, 원자 레벨에서 서로 접촉되어 밀접하게 결합하고 있다(계면은 대체로 하나 또는 단 몇개의 단분자층(monolayer) 두께임). InGaAs층은 따라서 반사면(306)의 제공하기 위한 습식 에칭에 있어 이상적인 마스크 재료로 기능할 수 있다. 층들(310/314) 및 InGaAs층(312)은 반사면(306)의 원하는 상부 에지에 대응하는 경계를 따라 기판으로부터 공간 선택적으로 제거될 수 있다. InGaAs층은 에칭에 대해 불침투성을 가지며, InP 기판이 결정학적 면을 따라 에칭될 때, 반사면의 상부 에지를 보호하고 제약한다. 기판, 에칭액, 및 마스크 재료(들)에 대한 특정 예들은 예시적인 것이다. 기판 재료에 적절히 부착되는 임의의 마스크와 원하는 결정면 선택성을 나타내는 임의의 에칭액이 동등하게 사용될 수 있다.
두 개의 결정학적 면을 따라서 선택적으로 에칭하는 공간 선택성 습식 에칭이 사용되면, 마스킹되지 않는(de-masked) 영역의 치수는 습식 에칭의 크기(깊이 포함)를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어 도 6a에서, 직사형 영역(620)이 마스킹되지 않는다. 에칭액은 기판(602)의 두 개의 서로 다른 결정학적 면을 따라 선택적으로 에칭하는 데 사용된다(예를 들어, InP (100) 표면에 도포되는 수성 HBr/H3PO4는 (111a) 및 (111b) 결정면을 따라 선택적으로 에칭하며, 다른 애칭액/결정 조합이 마찬가지로 이러한 이중 선택성을 나타낼 수 있다). 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 이중 선택성 에칭 프로세스의 결과를 나타낸다. 4면체 공동(tetrahedral cavity)이 기판 표면 아래에 경사진 표면(606a, 606b)를 갖도록 기판(602) 내로 에칭되므로, 각각은 광검출기의 내부 반사면으로 사용할 수 있다. 표면(607a, 607b)는 서로에 대하여 경사지며, 그들이 만날 때 (에칭액에 계속 노출되는 것에 관계없이) 에칭 프로세스는 종결된다. 에칭 프로세스의 전체 깊이와 반사면의 정확한 위치 및 치수는 따라서 정확하고 정밀하게 결정될 수 있는 마스킹되지 않는 영역(620)의 초기 치수 및 위치에 의해서만 결정된다. 기판, 에칭액 및 마스크 재료(들)에 대한 특정한 예들은 예시적인 것이다. 기판 재료에 적절히 부착되는 임의의 마스크와 원하는 결정면 선택성을 나타내는 임의의 에칭액이 동등하게 사용될 수 있다.
입사면(304) 및/또는 반사면(306)은 입사하는 광빔의 발산을 감소시키기 위하여 적절하게 곡선을 이룰수 있다(차원 하나 또는 둘다). 입사면(304)은 그것의 형성에 사용된 어떠한 공간 선택성 에칭 프로세스의 적당한 변경에 의해 볼록한 굴절 표면을 형성하기 위해, 도 7a에서와 같이 가로 만곡부(lateral curvature)를 용이하게 구비할 수 있다. 예를 들어, 마스킹 에칭 프로세스에 의해 형성되는 경우, 마스크의 적당한 변경은 입사면(304)에 원하는 가로 만곡부를 제공할 수 있다.
입사면(304)에 세로 만곡부를 제공하는 것은 더욱 도전적인 제조상의 문제를 내포할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 도 7b에서처럼 세로 크기(vertical dimension)에 있어 입사 광빔의 발산을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 그레일 스케일 리소그래피와 같은 기술은, 예를 들어 입사면(304)에 볼록한 굴절 표면을 형성하는 데 바람직한 세로 만곡부(vertical curvature)를 생성할 수 있다. 입사면(304)으로부터 전파되는 광빔의 발산을 감소시키기 위해 오목한 내부 반사 표면을 형성하는, 적당히 곡선을 이루는 표면이 동일한 방식으로 반사면(306)에 제공될 수 있다. 반사면(306)의 가로 만곡부 제공은 관련된 공간 선택성 처리 단계를 적절히 개조(예를 들어 마스크의 변경)함으로써 용이하게 달성될 수 있으며, 한편 세로 만곡부 제공은 (특히, 반사면(306)이 기판의 표면에 대해 우묵한 곳에 놓이기 때문에) 더욱 문제가 있을 수 있다. 결정학적 표면에 제한되는 에칭 프로세스의 사용은 곡선형 반사면(306)을 제공하는 데 적합하지 않을 것이다. 가로로 및/또는 세로로 곡선을 이루는 입사면 및/또는 반사면은 입사 광빔의 발산을 감소시킬 수 있고; 광검출기 활성 영역에 충돌하는 입사빔의 부분을 증가시킬 수 있으며; 더 긴 면간 거리를 사용할 수 있고; 더 소형, 더 고속, 및/또는 덜 효율적인 광검출기를 사용할 수 있으며; 광검출기와 입사 광빔을 제공하는 광도파관 또는 섬유 사이의 정렬 오차를 느슨하게 할 수 있다.
일단 제조되어 웨이퍼 상의 다른 광검출기와 분리되면, 내부 반사기를 구비하도록 제조된 광다이오드는 기판 상의 평면 도파관의 단부로부터 방출되는 광을 수광하기 위해 전도되어 장착될 수 있다[즉, 도 8의 예에서와 같이 PLC 도판관 상에 탑재된 "플립칩(filpchip)]. 기판(501)은 필요하다면 평면 도파관(520)의 레벨 아래로 연장될 수 있는 광검출기의 임의의 부분을 수용하기 위한 포켓 또는 함몰부(depression)을 구비할 수 있다. 도파관 기판(501) 상의 평면 도판관(520)은 방출하는 광이 그곳을 통해 전파하는광을 방출하도록 그 단부에서 개조될 수 있다. 나타나는 광빔은 도파관이 지원하는 모드 크기에 따라 도파관의 단부로부터 전파됨에 따라 발산한다. 도파관의 출력단은 출력빔의 발산을 감소시키도록 모드 확장을 위해 적응될 수 있다. 광빔(513)은 도파관 기판에 거의 평행하게 전파되고 입사면(504)을 통해 광검출기로 입사할 수 있다. 입사면(504)에서 굴절한 후, 빔은 광검출기 기판(502) 속으로 더욱 깊이 전파하기 위해 방향을 바꾼다(도 8의 위쪽, 광검출기가 전도되어 있기 때문이다) 광빔은 반사면(506)에서 내부적으로 반사되어 광검출기 활성 영역(510)으로 향한다.
도면에 도시되지 않았지만 정렬/지지 구조물이 도파관(520)의 단부와 실질적으로 정렬되는 도파관 기판(501) 내에 광검출기의 적절한 배치를 용이하게 하기 위해(도파관으로부터 나타나는 광빔이 광검출기 활성 영역의 적어도 일부분에 조사되도록), 도파관 기판(501) 및/또는 광다이오드 기판(502) 상에 제조될 수 있다 이러한 지지/정렬 구조물은 도파관 기판 상의 광검출의 배치를 안내하기 위해 그루브, 플랜지(flange), 포스트(post), 탭(tab), 슬롯(slot), 요크(york), 납/금속 표면 장력(surface tension) 등을 포함할 수 있다. 도판관 기판(501)은 광검출기에 대한 전기 접속을 확실히 하기 위해, 전극, 접점 및/또는 전기 트레이스를 구비할 수 있다(명확성을 기해 도면에서 생략함). 접점은 지지/정렬 구조물에 통합되거나 개별 구조물을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 광검출기는 적당한 접착제(adhesive)에 의해 도파관 기판에 기계적으로 접착될 수 있다. 실질적으로 투과성의 매립 매체(transparent embedding medium) 또는 덮개(encapsulant)(1500)가 평면 도파관(520)의 단부와 광검출기의 입사면(504) 사이의 광경로를 실질적으로 채울 수 있다(도 15). 이러한 실질적으로 투과성의 매립 매체는 평면 도파관의 단부면 및 광검출기 입사면(504)으로부터 원하지 않는 반사를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 매립 매체는 광검출기와 평면 도파관 중 어느 하나의 굴절률(refractive index)에 가까운 굴절율 또는 그들 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 임의의 적당한 매립 매체 또는 덮개(원하는 동작 파장 범위 이상에서 실질적으로 투과성임)가 진공 또는 대기에 대해 도파관의 단부면 및 광검출 입사면에서의 반사를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 매립 매체(1500)는 도파관 단부면과 광검출기 입사면 사이에 공간 선택적으로 도포될 수 있고, 또는 도 15에서처럼 광검출기 및 인접한 평면 도판관의 단부를 캡슐화 하기 위해 사용될 수 있다. 내부 반사면(506)의 캡슐화는 내부 전반사에 대한 임계각을 증가시키며, 내부 전반사가 광검출기에 대해 바람직한 것이라면, 이것은 광검출기의 각도 및 선형 차원에 대한 범위 및/또는 허용오차를 더 엄격하게 강제할 수 있고, 또한 입사 광빔의 발산 및 크기에 대한 범위 및/또는 허용오차를 더 엄격하게 강제할 수 있다.
도 14는 본 개시내용에 따라 제조된, 그루프형 기판(1401) 상에 탑재된 검출기 기판(1402), 입사면(1404), 내부 반사면(1406), 및 광검출기 활성 영역(1418)을 포함하는 광검출기의 일례를 나타낸다(명확성에 기해 지지/정렬 구조물을 생략함). 그루브(1452)는 광섬유(1450)을 수용하도록 적응되어 있다. 이 예시적인 어셈블리는 도 8의 어셈블리와 유사하며, 평면 도파관이 광섬유로 대체된다. 기판(1401)은 광섬유(1450)[그루브(1452) 내에 배치될 때]로부터 출현하는 광빔(1413)의 상당한 부분이 입사면(1404)으로 들어가, 반사면(1406)에서 반사되어 활성 영역(1419)에 충돌하도록 적절하게 배치된지지/정렬 구조물(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 기판(1401)은 장착할 때 광검출의 아래쪽으로 돌출하는 부분을 수용하기 위한 포켓 또는 함몰부(resess); 전기적인 접점 또는 트레이스; 및/또는 기판 상에 광검출기를 탑재하기 위한 지지/정렬 구조물을 포함할 수 있다. 광섬유(1450)의 단부와 광검출기 입사면(1404) 사이의 광경로는 실질적으로 투과성의 매립 매체 또는 덮개(1600)로 채워질 수 있으며(전술한 바와 같이), 또는 광검출기와 인접한 섬유의 단부는 덮개(1600)로 싸일 수 있다(도 16). 다른 예시적인 실시예(도시하지 않음)에서, 그루브는 검출기 기판(1402) 상에 직접 형성되고, 광섬유는 그 내부에 장착된다. 이러한 일 실시예는 광검출기와 섬유를 별개로 장착하기 위한 제2 기판을 사용하지 않고, 도 14 및 도 16과 유시한 방식으로 기능할 수 있다.
내부 반사기를 구비하는 광검출기에 대한 다른 예시적인 실시예는 도 9a 및 도 9b에 나타나 있으며, 이것은 임의의 필요한 전기적 접점 및/또는 트레이스와 함께 광검출기 기판(902) 상의 광검출기 활성 영역(918)을 나타낸다. 광검출기는 전술한 바와 같이 InP 기판 상의 p-i-n 광검출기 또는 적당한 기판 상에 마련된 임의의 다른 적당한 광검출기 일 수 있다. 기판(902)은 또한 입사면(913)과 각을 이루도록 에칭된(angle-etched) 반사면(914)를 구비하는, 실리카계, 폴리머 또는 기타 로우 인덱스(low-index)의 유전체 슬랩(dielectric slab)(912)을 더 구비할 수 있다. 경사(angled) 면(914)은 기판(902)을 향해 아래쪽의 슬랩(912)으로 전파하는 광의 내부 전반사에 대해 충분한 얕은 각도로 제조될 수 있다. 대안으로, 경사 반사면(914)은 광을 기판을 향해 아래로 반사시키기 위한 반사성 코팅(금속, 유전체, 또는 기타)을 구비할 수 있다. 경사 면(914)은 슬랩(912) 내부에서 전파하는 광빔이 광검출기(918) 위에 아래로 향하도록 배치된다. 삽입 반사기 층(916)(금속, 다층 유전체 또는 기타 적당한 반사기)이 기판(902)과 슬랩(912) 사이에, 활성 영역(918)에 도달하기 전에 층(912)에서 기판(902)으로의 광 누설을 실질적으로 방지하기 위해 채용될 수 있다. 입사면(913)을 통해 슬랩(912)으로 입사하는 광빔은 면(914)을 향해 전파하여 광검출기(918) 위에서 반사될 수있다. 도 10은 평면 도파관 기판(1001) 상에 전도되어 플립칩 장착되고, 평면 도파관(1020)의 단부로부터 나타나는 광을 수광하고, 그 광을 광검출기(918)로 향하도록 배치되는 도 9a 및 도 9b의 광검출기를 나타낸다(지지/정렬 구조물을 명확성을 기하기 위해 생략함). 입사면(913) 및/또는 반사면(914)은 입사 광빔의 발산을 감소시키도록, 한쪽 또는 양쪽의 차원(one or both dimensions)이 실질적으로 평면 또는 실질적으로 곡선일 수 있다. 도 10의 장착된 광검출기의 실시예는 도파관과 광검출기 사이에 실질적으로 투과성의 매립 매체를 포함할 수 있고, 또는 도 15와 동일한 방식으로 캡슐처럼 싸여질 수도 있다. 대안으로, 도 9a 및 도 9b의 광검출기 실시예는 도 14 또는 도 16에 도시한 것과 동일한 방식으로 광섬유를 구비하는 기판 상에 장착할 수도 있다. 내부 반사기를 구비하는 광검출기에 대한 다른 예시적인 실시예는 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있다. 광검출기 활성 영역(1118)은 임의의 필요한 전기적 접점 및/또는 트레이스와 함께 광검출기 기판(1102) 상에 설치된다. 광검출기는 전술한 바와 같이 InP 기판 상의 p-i-n 광검출기 또는 적당한 기판 상에 구비되는 임의의 다른 적당한 광검출기일 수 있다. 실리카계, 폴리머 또는 (코어/클래드 도파관을 포함하는 임의의 적당한 타입의) 기타 로우 인덱스 도파관(1112)이 기판(1102) 상에 제작될 수 있으며, 광검출기 활성 영역(1118) 위에 배치되는 경사 단부면(end-face)(1114)를 구비할 수 있다. 경사 단부면(1114)은 도파관(1112)을 통해 광검출기 활성 영역(1118) 위에 전파하는 광파워의 내부 전반사를 초래하기에 충분히 얕은 각도로 제작될 수 있다. 대안으로, 반사면(1114)은 광을 기판을 향해 아래로 효율적으로 반사시키기 위해 반사성 코팅(금속, 유전체 등등)을 구비할 수 있다.
도파관(1112)의 입력부(1116)는 광검출기에 의한 검출을 위해 광파워를 수신하도록 다양한 방식으로 적응될 수 있다. 도 12는 평면 도파관 기판(1201) 상에 전도되어 플립칩 장착되고, [기판(1102), 광검출기(1118) 및 도파관(1112)]을 포함하는 도 11a 및 도 11b의 광검출기를 나타낸다(지지/정렬 구조물을 명확성을 기하기 위해 생략함). 도파관(1220)과 도파관(1112)의 입력 단부(1116)는 이 예에서 그사이의 광파워의 단부 전송(end-transfer)용으로 개조되고, 동작상 용인 가능한(operationally acceptable) 정도의 광파워 전송을 달성하기 위해 충분히 정확한 상대적인 배치와 정렬을 필요로 한다. 도파관(1220)의 출사면, 도파관(1112)의 입사면, 및/또는 반사면(1114)은 평탄할 수 있으며, 그들 중 하나 이상은 입사 광빔의 발산을 감소시키도록, 한쪽 또는 양쪽의 차원이 적절하게 곡선을 이룰 수 있다. 도 13은 평면 도파관 기판(1301) 상에 전도되어 플립칩 장착되고, [기판(1102), 광검출기(1118) 및 도파관(1112)]을 포함하는 도 11a 및 도 11b의 광검출기를 나타낸다(지지/정렬 구조물을 명확성을 기하기 위해 생략함). 도파관(1320)과 도파관(1112)의 입력 단부(1116)는 이 예에서 그사이의 광파워의 단부 전송용으로 개조되고[모드 간섭 결합(mode-interference-coupled), 실질적으로 단열적으로 결합(adiabatically coupled)], 동작상 용인 가능한 정도의 광파워 전송을 달성하기 위해 충분히 정확한 상대적인 위치선정과 정렬을 필요로 한다(대체로 단부 전송에 비례하여 완화된 허용오차를 갖는다). 반사면(1114)은 평탄하거나, 또는 입사 광빔의 발산을 감소시키도록, 한쪽 또는 양쪽의 차원이 적절하게 곡선을 이룰 수 있다. 도 12의 장착된 광검출기의 실시예는 섬유와 광검출기 사이에 실질적으로 투과성의 매립 매체를 포함할 수 있거나, 또는 도 15와 비슷한 방식으로 캡슐처럼 싸여질 수도 있다. 도 13의 장착된 광검출기의 실시예도 또한 도 15와 유사한 방식으로 캡슐처럼 싸여질 수도 있다. 대안으로, 도 11a 및 도 11b의 광검출기 실시예는 도 14 또는 도 16에 도시한 것과 유사한 방식으로 광섬유를 구비하는 기판 상에 장착할 수도 있다.
지금까지 개시한 예시적인 실시예에서, 광검출기의 입사면과 반사면은 수평 차원(horizontal dimension)이 실질적으로 서로 평행한 것으로 나타내었고(도 2b, 도 3b, 도 5b, 도 7b, 도 9b, 및 도 11b 처럼), 광빔은 입사면을 통해 수평 차원으로 수직 입사각에 가깝게 입사한다(도 17 처럼). 입사 광빔의 방향 전환(redirection)은 (도 8 및 도 14 내지 도 16에 나타낸 바와 같이) 주로 수직 차원 (vertical dimension)으로 이며, 입사면을 통한 전송점, 반사면에서의 반사점, 및 광검출기 활성 영역의 조사되는 부분은 [입사면(1704)을 통해 전송되고, 반사면(1706)에서 반사되어 광검출기 활성 영역(1710) 상에 충돌하는 광빔(1701)을 나타낸 도 17에서 처럼] 모두 수평 차원으로 실질적으로 서로 한줄로 늘어서 있다. 일부 경우, 광빔이 (도 18 및 도 19에서 처럼) 내부 반사에 따라 수평 및 수직 차원 양쪽으로 방향이 전환되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 배치에서는 입사면과 반사면에 대한 각각의 입사 평면(plane of incidence)이 평행하지 않고, 반사면에 대한 입사 평면은 수직이 아니다. 이러한 다차원적인(multi-dimensional) 빔 방향 전환은 대개 광빔이 광검출기 활성 영역에 충돌할 때 더 큰 입사각을 초래하며, 차례로 활성 영역의 두께를 통한 증가된 유효 상호작용 길이(effective interaction length)를 초래한다. 검출 효율은 따라서 상호작용 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있고, 더 큰 입사각을 통해 이것을 달성하는 것은 더 얇은(따라서 더 용이 및/또는 값싸게 제조되는) 금속 층을 광검출기 활성 영역의 형성에 사용할 수 있게 한다. 또한, 수평 및 수직 차원 양쪽으로 빔 방향을 전환하는 것은 기판 상의 도파관(들)에 대해 가변 방위로 도파관 기판 상의 광검출기 배치를 허용할 수 있고(즉, 일부 빔 조종이 광검출기 기판 내부에서 발생한다), 더 적은 도팍관 기판 면적을 사용한 광디바이스의 더욱 콤팩트한 어셈블리를 가능하게 한다.
도 18의 예시적인 실시예에서, 입사면(1804)과 반사면(1806)은 실질적으로 평행하고 입사면(1804)을 통해 전송될 때 입사 광빔(1801)은 (수평으로) 수직에서 벗어나 있다(off-normal). 굴절은 광빔의 수평적인 방향 전환을 초래하고 반사면(1806) 상에 (수평으로) 수직에서 벗어난 입사를 초래한다. 광검출기 활성 영역(1810)은 면(1806)에서 반사된 광빔의 적어도 일부를 수광하도록 배치된다. 면(1804)를 통한 전송점, 면(1806)에서의 반사점, 및 반사된 광빔이 조사되는 활성 영역(1810)의 부분은 전술한 것으로부터 볼 때 한 줄로 늘어서 있지 않으며, 광검출기 활성 영역에 대한 입사각은 수평으로 정렬된 실시예의 입사각보다 더 크다. 도 19의 예시적인 실시예에서, 입사면(1904)과 반사면(1906)은 평행하지 않고, 입사면(1904)을 통해 전송될 때 입사 광빔(1901)은 (수평으로) 실질적으로 수직이다. 면(1904)와 면(1906)의 비평행적인 배치는 반사면(1906) 상에 (수평으로) 수직에서 벗어난 입사를 초래한다. 광검출기 활성 영역(1910)은 면(1906)에서 반사된 광빔의 적어도 일부를 수광하도록 배치된다. 면(1904)를 통한 전송점, 면(1906)에서의 반사점, 및 반사된 광빔이 조사되는 활성 영역(1910)의 부분은 전술한 것으로부터 볼 때 공통의 줄을 따라 놓이지 않으며, 광검출기 활성 영역에 대한 입사각은 수평으로 정렬된 실시예의 입사각보다 더 크다.
입사면에서의 수직을 벗어난 입사와 입사면과 반사면의 비평행 배치 양쪽으로 추가적인 실시예를 구현할 수 있다.
이상에서 기재한 설명 및/또는 첨부한 청구범위의 목적을 위해, 용어 "광도파관"(또는 동등하게 "도파관"이나 "전송 광소자")는 하나 이상의 광모드를 지원하기에 적합한 구조물을 나타낸다. 이러한 도파관은 대개 지원되는 광모드를 두개의 가로 차원(transverse dimension)으로 제한하는 동시에 세로 차원(logitudinal dimension)을 따른 전파를 허용할 것이다. 가로 및 세로 차원/방향은 곡선형 도파관의 경우 국부적으로 규정될 수 있으며; 가로 및 세로 차원에 대한 절대적인 방위는 따라서 예를 들어 곡선을 이루는 도파관의 길이를 따라 변화할 수 있다. 광도파관의 예로는 다양한 타입의 광섬유, 다양한 타입의 평면 도파관을포함할 수 있지만 이것으로 제한되지는 않는다. 본 명세서에 사용된 용어 "평면 광도파관"(또는 동등하게 "평면 도파관")은 실질적으로 평면 기판 상에 형성되는 임의의 광도파관을 나타낸다. 세로 차원(즉, 전파 차원)은 실질적으로 기판에 평행한 것으로 간주될 것이다. 기판에 실질적으로 평행한 가로 차원은 횡 차원 또는 수평 차원을 가리킬 수 있으며, 기판에 실질적으로 수직인 세로 차원은 수직 차원을 가리킬 수 있다. 이러한 도파관의 예로는 릿지(ridge) 도파관, 매립형(buried) 도파관, 반도체 도파관, 하이 인덱스(high-index) 도파관(약 2.5 이상인 "하이 인덱스"), 실리카계 도파관, 폴리머 도파관, 다른 로우 인덱스(low-index) 도파관(약 2.5 이하인 "로우 인덱스"), 코어/클래드(core/clad) 타입 도파관, 다층 반사기(multi-layer reflector, MLR) 도파관, 금속 클래드(metal-clad) 도파관, 공기 유도형(air-guided) 도파관, 진공 유도형(vaccum-guided) 도파관, 광자 결정 기반(photonic crystal-based) 또는 광자 밴드갭 기반(photonic bandgap-based) 도파관, 전자광학(electro-optic, EO) 및 또는 전자 흡수성(electro-absorptive) 재료를 통합하는 광도파관, 비선형 광학(non-linear-optical, NLO) 재료를 통합하는 광도파관, 및 본 명세서에 명시적으로 기술하지 않았지만 본 개시내용 및/또는 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 무수한 다른 예들 포함한다. 반도체, 결정질(crystalline), 실리카 또는 실리카계, 기타 유리(other glasses), 세라믹, 금속 및 본 명세서에 명시적으로 기술하지 않았지만 본 개시내용 및/또는 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 무수한 다른 예들 포함한, 많은 적합한 기판 재료가 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 광부품과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 평면 광도파관의 하나의 예시적인 타입을 PLC(Planar Lightwave Circuit) 도파관이라고 한다. 이러한 도파관은 대개 실질적으로 평면 실리콘 기판(종종 실리카 또는 실리카계 광 버퍼층이 개재됨) 상에 지지되는 실리카 또는 실리카계 도파관을 포함한다(종종 릿지 또는매립형 도파관; 기타 도파관 구성이 또한 사용될 수 있다). 하나 이상의 이러한 도파관 세트는 평면 도파관 회로, 광 집적회로 또는 광전자 집적회로라고 할 수 있다. 하나 이상의 PLC 도파관(모드-간섭-결합형 또는 가로 결합이라고도 하는 실질적으로 단열적인, 가로 전송)을 구비하는 PLC 기판은 적합하게 개조된 PLC 도파관을 사용하여 광파워의 단부 전송에 적합한 하나 이상의 광원, 레이저, 변조기 및/또는 기타 광디바이스를 탑재하도록 (예를 들어 미국특허출원 제2003/0,081,902호 및/또는 제60/466,799호의 교시에 따라) 용이하게 개조될 수있다.
이상에서 기재한 설명 및/또는 첨부한 청구범위의 목적을 위해, "공간 선택성 재료 가공 기술"은 에피택시, 층 성장, 리소그래피, 포토리소그래피, 증발(evaporative deposition), 스퍼터링, 기상 증착(vapor deopsition), 화학기상증착, 빔증착, 빔 보조 증착, 이온빔 증착, 이온빔 보조 증착(ion-beam-assisted deposition), 플라스마 보조 증착, 습식 에칭, 건식 에칭, 이온 에칭(반응성 이온 에칭 포함), 이온 밀링(ion milling), 레이저 머시닝(laser maching), 스핀 증착(spin deposition), 스프레이온 증착(spray-on deposition), 전자화학적 도금 또는 증착, 무전해 도금(electoless plating), 포토레지스트, UV 경화 및/또는 치밀화(densification), 정밀 톱 및/또는 기타 기계적인 절단/성형(cutting/shaping) 도구를 이용한 마이크로 머시닝(micro maching), 선택적인 금속화(metallization) 및/또는 땝납 증착, 평면화(planarizing)를 위한 화학기계적 연마, 임의의 다른 적합한 공간 선택성 재료 가공 기술, 그 조합, 및/또는 그와 기능적으로 동들한 것을 포함하도록 한다. 특히 층 또는 구조를 "공간 선택적으로 제공하는 단계" 포함하는 임의의 단계는 공간 선택성 증착 및/또는 성장, 또는 공간 선택성 제거 다음의 (소정 영역 위의) 실질적으로 균일한 증착 및/또는 성장 중 어느 하나 또는 두다를 포함할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 임의의 공간 선택성 증착, 제거 또는 기타 처리는 소위 직접 기록(direct-write) 프로세스 또는 마스크형(masked) 프로세스라고 할 수 있다. 본 명세서에서 말하는 임의의 "층"은 실질적으로 동종 재료층 또는 하나 이상의 하위층으로 이루어지는 비동종 세트를 포함할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 공간 선택성 재료 가공 기술은 공동의 기판 웨이퍼 상에 다수의 구조물을 동시에 제조/가공하기 위해 웨이퍼 스케일로 실시된다.
본 명세서에서 기판 상에 "고정", "접속", "장착", "증착", "형성", "배치" 등이 되는 것으로 기술된 다양한 부품, 소자, 구조물, 및/또는 층은
기판 재료에 직접 접촉할 수 있거나, 또는 이미 기판상에 존재하는 하나 이상의 다른 층(들) 및/또는 다른 중간 구조물(들)과 접촉할 수 있고, 따라서 간접적으로 기판에 "고정" 등이 될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 또한 "기판 상부 표면", "수직", "수평", "높이", "레벨" 등의 단어 및 표현은, 광검출기 기판의 설명에 사용될 때, 공간상의 절대적인 방향이나 위치를 나타내고자 하는 것이 아니라, 반도체 기판 또는 웨이퍼의 처리되는 표면에 상대적인 방향 또는 위치를 나타내고자 하는 것임을 유의하여야 한다. "기판 상부 표면"은 처리되는 기판 표면(또는 적어도 주된 처리가 이루어지는 표면으로 면 또는 활성 영역을 형성)을 가리키고; "수평"은 처리되는 면과 실질적으로 평행하는 방향을 가리키며; "수직". "높이", "레벨" 등은 처리되는 표면에 실질적으로 수직인 방향 등을 가리킨다.
"동작상 용인 가능한(operationally acceptable)"이라는 표현은 본 명세서에서 수집 효율, 검출기 반응도(responsivity), 검출 대역폭 등 광검출기의 각종 성능 파라미터의 레벨을 설명하는 것이다. 동작상 용인 가능한 레벨은 성능, 제조, 디바이스 수율, 어셈블리, 시험, 유용성, 비용, 공급, 수요, 및/또는 기타 제조를 둘러싼 인자, 전개(deployment), 및/또는 통합될 수 있는 광검출기 또는 광 어셈블리의 사용에 기인한 적용 가능한 제약조건(constraints) 및/또는 필요조건(requirements)으로 이루어지는 임의의 관련 세트 또는 서브세트에 의해 결정될 수 있다. 이와 같은 파라미터의 이러한 "동작상 용인 가능한" 레벨은 따라서 그러한 제약조건 및/또는 필요조건에 의해 변화할 수 있다. 예를 들어, 일부의 경우에 보다 낮은 수집 효율은 더 높은 검출 대역폭을 달성하기 위한 교체(trade-off)가 용인될 수 있으며, 다른 경우에 보다 높은 수집 효율이 검출 대역폭의 감소에도 불구하고 요구될 수 있다. "동작상 용인 가능한" 수집 효율 및 검출 대역폭은 따라서 경우들 사이에서 변화한다. 그러한 교체의 다른 많은 예를 상정할 수 있다. 본 명세서에 개시된 및/또는 그 등가의 반도체 광검출기, 그 제조 방법, 및 광디바이스 및/또는 어셈블리와의 그 통합은 따라서 그러한 "동작성 용인 가능한" 제약조건 및/또는 필요조건에 따라 변화하는 정밀도의 허용오파 내에서 실시될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "실질적으로 투과성의", "실질적으로 단열적인", "실질적으로 공간 모드 정합(spatial-mode-matched)", "실질적으로 평행", "실질적으로 수직 입사" 등의 표현은 이 "동작상 용인 가능한" 성능의 개념에 견주어 해석한다.
본 명세서는 특정 재료 및/또는 재료의 조합을 사용하고 특정한 차원과 구성을 갖는 특정한 예를 개시하였지만, 개시된 발명의 개념 및/또는 청구범위의 범위 내에 여전히 속하면서 차원 및/또는 구성의 범위 내에서 다른 적당한 재료 및/또는 재료의 조합을 사용될 수 있는 것은 분명하다.
개시된 예시적인 실시예의 등가적인 것 및 방법은 본 개시내용 및/또는 첨부된 청구범위에 내에 속하도록 의도된다. 개시된 예시적인 실시예 및 방법, 그리고 그 등가적인 것은 본 개시내용 및/또는 첨부된 청구범위 내에 여전히 속하면서 변경될 수 있다.

Claims (68)

  1. 기판 표면을 가지는 반도체 기판;
    상기 기판 상의 상기 기판 표면에 형성되어, 상기 기판 표면과 각도를 형성하는 입사면;
    상기 기판 상의 상기 기판 표면에 형성되어, 상기 기판 표면과 예각을 형성하는 반사면; 및
    상기 기판 표면에 형성된 광검출기 활성 영역
    을 포함하며,
    상기 반사면은, 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 광빔의 적어도 일부가 상기 반사면에서 내부적으로 반사되어 상기 기판 표면을 향하도록 상기 입사면에 호응하여 배치되고,
    상기 활성 영역은, 상기 반사면에서 반사되는 광빔의 적어도 일부가 상기 활성 영역의 적어도 일부에 충돌하도록 배치되어 있는
    광학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역은 p-i-n 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 InP를 포함하고,
    상기 p-i-n 광다이오드는 InP n층, InGaAs i층, 및 InP p층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역은 애벌란치(avalanche) 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 기판 표면과 약 60°와 약 120°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 표면과 실질적으로 평행하게 전파하고 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 입사 광빔이 상기 기판 표면에서 떨어진 곳에서 굴절되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 기판 표면과 약 85°와 약 105°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 입사면은 그 위에 무반사 코팅(anti-reflection coating)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 입사면은 그 위에 파장 선택성 필터 코팅(wavelength-selective filter coating)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판 표면과 약 40°와 약 70°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판 표면과 실질적으로 평행하게 전파하여 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 입사 광빔이 상기 반사면에서 내부 전반사(total internal reflection)를 겪는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판 표면과 약 51°와 약 60°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 반사면은 그 위에 반사성 코팅(refective coating)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역과 상기 반사면은 상기 기판 표면에서 약 5㎛ 이상떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 입사면과 상기 반사면은 약 50㎛ 이상 및 약 250㎛ 이하 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 장치는, 상기 기판 표면에 형성되고 상기 광검출기 활성 영역에 접속되는 적어도 두 개의 전기적 접점(electrical contact)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    수직 입사(normal incidence)로 상기 입사면을 통해 전송되는 경우, 상기 광빔이 상기 반사면에 대한 입사의 실질적으로 수직 평면(vertical plane)을 규정하도록, 상기 입사면과 상기 반사면이 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    수직 입사로 상기 입사면을 통해 전송되는 경우, 상기 광빔이 상기 반사면에 대한 입사의 실질적으로 비수직 평면(non-vertical plane)을 규정하도록, 상기 입사면과 상기 반사면이 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판의 결정면과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 입사면과 상기 반사면 중 적어도 하나가 곡선을 그리는(curved) 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 광학 장치는 제2 기판 상에 배치된 전송 광소자(transmission optical element)를 더 포함하고,
    상기 반도체 기판은, 상기 전송 광소자의 단부면(end face)으로부터 나타나는 광빔의 적어도 일부가 입사면을 통해 상기 기판 내부로 전송되고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록, 상기 제2 기판 상에 상기 기판 표면이 상기 제2 기판을 향하게 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  23. 제31항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 그루브 내에 장착된 광섬유인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 광빔은 상기 광검출기 활성 영역의 레벨보다 약 2.5㎛ 아래와 상기 광검출기 활성 영역의 레벨보다 약 50㎛ 아래 사이에 집중되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 광학 장치는 상기 전송 광소자의 상기 단부면과 상기 입사면 사이의 광경로를 실질적으로 채우는 실질적으로 투과성의 매립 매체(transparent embedding medium)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 장착된 반도체 기판과 상기 전송 광소자의 상기 단부면은 캡슐형으로 싸이는(encapsulated) 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 광학 장치는, 상기 기판 상에 형성된 그루브 및 상기 기판 상의 상기 그루브 내에 장착된 광섬유를 더 포함하며,
    상기 광섬유의 단부면으로부터 나타나는 광빔의 적어도 일부가 입사면을 통해 상기 기판 내부로 전송되고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  28. 반도체 기판 상의 기판 표면에 상기 기판 표면과 각도를 형성하는 입사면을 형성하는 단계;
    상기 기판 상의 상기 기판 표면에 반사면을 형성하되, 상기 기판 표면과 예각을 형성하고 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 광빔의 적어도 일부가 상기 반사면에서 내부적으로 반사되어 상기 기판 표면을 향하도록 상기 입사면에 호응하여 배치되는 상기 반사면을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 표면에 광검출기 활성 영역을 형성하되, 상기 반사면에서 반사되는 상기 광빔의 적어도 일부가 상기 활성 영역의 적어도 일부에 충돌하도록 배치되는 광검출 활성 영역을 형성하는 단계
    를 포함하는 광학 장치의 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역은 p-i-n 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기판은 InP를 포함하고,
    상기 p-i-n 광다이오드는 InP n층, InGaAs i층, 및 InP p층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역은 애벌란치 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 기판 표면과 약 60°와 약 120°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  33. 제32에 있어서,
    상기 기판 표면과 실질적으로 평행하게 전파하고 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 입사 광빔이 상기 기판 표면에서 떨어진 곳에서 굴절되는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 기판 표면과 약 85°와 약 105°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 제조 방법은 상기 입사면 상에 무반사 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 제조 방법은 상기 입사면 상에 파장 선택성 필터 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  37. 제28항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판 표면과 약 40°와 약 70°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 기판 표면과 실질적으로 평행하게 전파하여 상기 입사면을 통해 상기 기판 내로 전송되는 입사 광빔이 상기 반사면에서 내부 전반사를 겪는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판 표면과 약 51°와 약 60°사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 제조 방법은 상기 반사면 상에 반사성 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  41. 제28항에 있어서,
    상기 광검출기 활성 영역과 상기 반사면은 상기 기판 표면에서 약 5㎛ 이상떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  42. 제28항에 있어서,
    상기 입사면과 상기 반사면은 약 50㎛ 이상 및 약 250㎛ 이하 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  43. 제28항에 있어서,
    상기 기판 표면에 상기 광검출기 활성 영역에 접속되는 적어도 두 개의 전기적 접점을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  44. 제28항에 있어서,
    수직 입사로 상기 입사면을 통해 전송되는 경우, 상기 광빔이 상기 반사면에 대한 입사의 실질적으로 수직 평면을 규정하도록, 상기 입사면과 상기 반사면이 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  45. 제28항에 있어서,
    수직 입사로 상기 입사면을 통해 전송되는 경우, 상기 광빔이 상기 반사면에 대한 입사의 실질적으로 비수직 평면을 규정하도록, 상기 입사면과 상기 반사면이 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  46. 제28항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판의 결정면과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 기판의 적어도 두 개의 비평행 결정면에 대해 선택성이 에칭 프로세스에 의해 형성되고, 상기 반사면은 상기 결정면들 중 하나를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  48. 제28항에 있어서,
    상기 입사면과 상기 반사면 중 적어도 하나가 곡선을 그리는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  49. 제28항에 있어서
    상기 제조 방법은
    제2 기판 상에 전송 광소자를 배치하는 단계, 및
    상기 반도체 기판을, 상기 전송 광소자의 단부면으로부터 나타나는 광빔의 적어도 일부가 입사면을 통해 상기 기판 내부로 전송되고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록, 상기 제2 기판 상에 상기 기판 표면이 상기 제2 기판을 향하게 장착하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관인 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  51. 제49항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 그루브 내에 장착된 광섬유인 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  52. 제49항에 있어서,
    상기 광빔은 상기 광검출기 활성 영역의 레벨보다 약 2.5㎛ 이상 아래와 상기 광검출기 활성 영역의 레벨보다 약 50㎛ 이하 아래에 집중되는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  53. 제49항에 있어서,
    상기 제조 방법은 실질적으로 투과성의 매립 매체로 상기 전송 광소자의 상기 단부면과 상기 입사면 사이의 광경로를 실질적으로 채우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  54. 제49항에 있어서,
    상기 장착된 반도체 기판과 상기 전송 광소자의 상기 단부면은 캡슐형으로 싸는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  55. 제28항에 있어서,
    상기 제조 방법은,
    상기 기판 상에 그루브를 형성하는 단계, 및
    상기 광섬유의 단부면으로부터 나타나는 광빔의 적어도 일부가 입사면을 통해 상기 기판 내부로 전송되고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록, 상기 기판 상의 상기 그루브 내에 광섬유를 장착하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
  56. 공통의 반도체 기판 웨이퍼의 기판 표면에 대응하는 입사면과 반사면으로 이루어지는 복수의 쌍을 형성하는 단계;
    대응하는 입사면과 반사면으로 이루어지는 쌍 각각에 대해 상기 웨이퍼 표면에 대응하는 광검출기 활성 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 웨이퍼를 복수의 광검출기 기판으로 분할하는 단계
    를 포함하고,
    각 입사면은 상기 웨이퍼 표면과 각도를 형성하고, 각 반사면은 상기 웨이퍼 표면과 예각을 형성하며, 각 반사면은 상기 대응하는 입사면을 통해 상기 기판 웨이퍼 내로 전송되는 광빔의 적어도 일부가 상기 반사면에서 내부적으로 반사되어 상기 웨이퍼 표면을 향하도록 배치되며,
    각 활성 영역은 상기 대응하는 반사면에서 반사되는 상기 광빔의 적어도 일부가 상기 활성 영역의 적어도 일부에 충돌하도록, 상기 대응하는 입사면 및 상기 반사면에 호응하여 배치되고,
    각 검출기 기판은 대응하는 입사면, 반사면 및 광검출기 활성 영역으로 이루어지는 적어도 하나의 세트를 구비하는
    광학 장치의 제조 방법.
  57. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에 형성된 광검출기 활성 영역; 및
    상기 광검출기 활성 영역에 배치된 내부 반사기와 함께 상기 반도체 기반 상에 형성된 로우 인덱스 광매체(low-index optical medium)
    를 포함하며,
    전송 부재 내부를 전파하는 광빔의 적어도 일부가 상기 반사면에서 상기 활성 영역의 적어도 일부 상으로 내부적으로 반사되는
    광학 장치.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 광매체는 실질적으로 투과성의 유전체 슬랩(slab)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 광학 장치는 제2 기판 상에 배치된 전송 광소자를 더 포함하고,
    상기 반도체 기판은, 상기 전송 광소자의 단부면으로부터 나타나는 광빔의 적어도 일부가 상기 유전체 슬랩의 입사면을 통해 전송되고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록, 상기 제2 기판 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상의 그루브 내에 장착된 광섬유인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  62. 제57항에 있어서,
    상기 광매체는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 광학 장치는 제2 기판 상에 배치된 전송 광소자를 더 포함하고,
    상기 반도체 기판은, 상기 제2 기판 상의 상기 전송 광소자를 통해 전파하는 광파워의 적어도 일부가 상기 반도체 기판 상의 상기 평면 도파관에 입사하고, 상기 반사면에서 내부적으로 반사되며, 상기 광검출기 활성 영역의 적어도 일부 상에 충돌하도록, 상기 제2 기판 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관이고, 상기 반도체 기판 상의 상기 평면 도파관과 가로 결합되는(transverse-coupled) 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  65. 제63항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상에 형성된 평면 도파관이고,
    상기 제2 기판 상의 상기 평면 도파관의 단부면으로부터 나타나는 광파워는 상기 반도체 기판 상의 상기 평면 도파관의 입사면을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  66. 제63항에 있어서,
    상기 전송 광소자는 상기 제2 기판 상의 그루브 내에 장착된 광섬유이고,
    상기 광섬유의 단부면으로부터 나타나는 광파워는 상기 반도체 기판 상의 상기 평면 도파관의 입사면을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  67. 제57항에 있어서,
    상기 광빔이 상기 반사면에서 내부 전반사를 겪는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  68. 제57항에 있어서, 상기 반사면은 그 위에 반사성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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