KR20080028385A - 개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘애벌란시 광검출기 - Google Patents

개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘애벌란시 광검출기 Download PDF

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Abstract

광학 수신기에 기초한 반도체 도파관이 개시되어 있다. 본 발명의 양상에 따른 장치는 제2 유형의 반도체 영역에 인접한 제1 유형의 반도체 영역을 포함하는 흡수 영역을 포함한다. 상기 제1 유형의 반도체는 파장들의 제1 범위에 있는 광을 흡수하고, 상기 제2 유형의 반도체는 파장들의 제2 범위에 있는 광을 흡수한다. 증식 영역은 상기 흡수 영역에 인접하고 상기 흡수 영역으로부터 분리되어 정의된다. 상기 증식 영역은 상기 흡수 영역에서 생성된 전자들을 증식시키는 전계가 있는 진성 반도체 영역을 포함한다.
도파관, 흡수 영역, 증식 영역, 광학 수신기, 반도체 영역

Description

개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기{GERMANIUM/SILICON AVALANCHE PHOTODETECTOR WITH SEPARATE ABSORPTION AND MULTIPLICATION REGIONS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 광학 기기들에 관한 것이고, 구체적으로 배타적이진 않지만 광검출기에 관한 것이다.
인터넷 데이터 통화량 증가율이 광섬유 통신에 대한 요구를 강요하는 음성 통화를 추월함에 따라 빠르고 효율적인 광학-기반 기술들에 대한 요구가 증가하고 있다. DWDM(dense wavelength-division multiplexing) 시스템에서 동일한 섬유를 통한 다중 광학 채널들의 송신은 광섬유가 제공하는 전례없는 용량(신호 대역폭)을 이용하는 간단한 방법을 제공한다. 이 시스템에서 통상적으로 이용되는 광학 컴포넌트들은, WDM(wavelength division multiplexed) 송수신기, 회절 격자와 같은 광학 필터, 박막 필터, 섬유 브래그(Bragg) 격자, 정렬된 도파관(waveguide) 격자, 광 분기/결합 멀티플렉서(optical add/drop multiplexer), 레이저, 광학 스위치 및 광검출기를 포함한다. 광 다이오드는 입사광을 전기 신호로 변환함으로서 광을 검출하는 광검출기로서 이용될 수 있다. 입사광을 나타내는 전기 신호를 수신하기 위해 전기 회로가 광검출기에 연결될 수 있다. 그 후, 전기 회로는 원하는 응용에 따라 전기 신호를 처리할 수 있다.
이하의 도면을 참조하여 본 발명의 한정되지 않고 포괄적이 아닌 실시예들을 설명한다. 여기에서 동일한 참조 번호는 달리 지정되지 않는다면 다양한 시각들에서의 동일한 부분을 나타낸다.
도 1A는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시스템에서 개별 흡수 및 증식(multiplication) 영역들을 갖는 복수의 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기들의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1B는 본 발명의 일 실시예에 있어서 2차원 어레이로 배열된 개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 복수의 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기들의 상부도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 애벌란시 광검출기의 흡수 영역의 실리콘 및 게르마늄층들에 관한 반응도 대 파장 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서 개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기의 증식 영역에서 실리콘 이용에 대한 민감도의 향상을 나타내는 도면이다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 있어서 공진 공동(resonant cavity)을 갖는 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4B는 본 발명의 일 실시예에 있어서 생성될 전자-정공쌍(electron-hole pairs)을 나타내는 공진 공동을 갖는 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기의 단면도 를 나타내는 다른 도면이다.
개별 흡수 및 증식(SAM:separate absorption and multiplication) 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기(APD)들을 위한 방법 및 장치를 개시한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 많은 특정한 상세 설명이 제시된다. 그러나, 특정한 상세 설명이 본 발명을 실시하기 위해 채용될 필요는 없다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우에, 공지된 물질(materials) 또는 방법은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해서 상세히 설명되지 않았다.
본 명세서를 통해서 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서를 통해서 여러 곳에 있는 "하나의 실시예에 있어서" 또는 "일 실시예에 있어서"의 구문의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 참조할 필요는 없다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 이것과 함께 제공된 도면들은 당업자에게 설명을 위한 것이며 도면들이 반드시 일정한 비율로 그려질 필요가 없다는 점은 이해할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 일 실시예에 있어서 하나 이상의 차원(dimension)을 갖는 격자(grid) 또는 어레이(101)로 배열된 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N)을 포함하는 시스템(100)의 단면도를 나타내는 도면이다. 조명(117)은 어레이(101)의 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N) 중 하나 이상의 광검출기들에 입사한다. 도시된 예에서, 오브젝트(116)의 이미지는 조명(117)에 의해 광학 소자(130)를 통해 어레이(101)에 포커스될 수 있다. 따라서, 어레이(101)는 예를 들면, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서 어레이 등과 유사하게 이미지들을 감지하도록 기능할 수 있다.
예를 들면, 도 1B는 본 발명의 일 실시예에 있어서 2차원 격자로 배열된 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N)을 구비한 어레이(101)의 평면도를 나타내며, 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N) 각각은 화소 등으로 기능한다. 도 1B에 도시된 예는 조명(117) 내의 어레이(101)의 화소들을 이용하여 오브젝트(116)의 이미지(118)를 나타낸다.
도 1A 및 1B는 설명을 위해 이미징 시스템에서 채용하고 있는 애벌란시 광검출기들의 예시적 응용을 도시하고 있지만, 애벌란시 광검출기들은, 예를 들면 가시(visible) 파장 내지 적외선 파장을 포함하는 여러가지 파장들 중 임의의 파장을 갖는 광의 검출이 본 발명의 가르침에 따라 실현되는 다른 유형의 응용에서도 채용될 수 있음에 유의한다.
다시 도 1A를 참조하면, 광학 소자(130)는 이미지가 조명(117)에 의해 어레이(101)에 포커스되도록 하는 렌즈나 다른 종류의 굴절 또는 회절성 광학 소자일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서 조명(117)은 가시 광선, 적외선 및/또는 가시 내지 적외선 스펙트럼에 걸치는 파장들의 조합을 포함할 수 있다.
도 1A에 도시한 예에서, 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N)의 각각은 반도체 물질층들(105, 107, 109, 111, 113 및 115)을 포함한다. 콘택트(131)는 층(105)에 연결되고, 콘택트(133)는 층(115)에 연결된다. 하나의 실시예에서, 층(105)은 예를 들면, 5e19 cm-3의 도핑 농도와 예를 들면, 100nm의 두께를 갖는 실리콘의 p+ 도핑된 층이다. 하나의 실시예에서, 층(105)은 콘택트(131)와 층(105) 사이에서 향상된 전기적 결합을 제공하는 도핑 농도를 갖는다. 하나의 실시예에서, 층들(107 및 109)은 애벌란시 광검출기(103A)의 흡수 영역(135)을 형성하는 진성(intrinsic) 반도체 물질 영역들이다. 일 실시예에 있어서, 층(107)은 진성 실리콘층이고, 층(109)는 진성 게르마늄층이다. 흡수 영역(135)에 인접하여 개별 증식(multiplication) 영역(137)이 있으며, 이 영역은 실리콘과 같은 진성 반도체 물질층(113)을 포함한다. 도시된 예에 나타낸 바와 같이, 층(113)은 p- 도핑된 실리콘층(111)과 n+ 도핑된 실리콘층(115) 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 층(111)은 예를 들면, 100nm의 두께와 예를 들면 1-2e17 cm-3의 도핑 농도를 갖는다. 일 실시예에서, 층(115)는 예를 들면 5e19 cm-3의 도핑 농도를 갖는다. 도시된 예에서, 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,… 103N)의 각각은 접지와 전압(V1, V2, … Vn) 사이에 연결되어 각각의 애벌란시 광검출기는 도시된 바와 같이, 층들(105 및 115) 사이의 전계로 바이어스된다.
본 명세서에서 기술된 특정한 예의 도핑 농도, 두께 및 물질 등은 설명을 위해 제공되었으며, 다른 도핑 농도, 두께 및 물질 등도 본 발명의 가르침에 따라 이용될 수 있음은 물론 이해할 수 있다.
동작에 있어서, 조명(117)은 복수의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B,…103N) 중 하나 이상의 광검출기들의 층(105)에 입사한다. 층(105)은, 흡수 영역(135)의 층(105) 내지 층(107)을 통해 실질적으로 조명(117)이 모두 전파되도록 상대적으로 얇다. 일 실시예에서, 층(107)의 진성 실리콘은 대략 420nm에서 대략 1100nm까지의 범위에 있는 파장들을 갖는 광을 흡수한다. 대략 1100nm보다 큰 파장들을 갖는 대부분의 광은 진성 실리콘층(107)을 통해 흡수 영역(135)의 진성 게르마늄층(109)으로 전파된다. 층(109)의 진성 게르마늄은 층(107)을 통해 전파하는 잔여 광을 대략 1600nm의 파장까지 흡수한다.
예를 들면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 실리콘 및 게르마늄의 예시적인 반응도 대 파장 관계를 나타내는 도면(201)이다. 특히, 도면(201)은 파장에 관한 실리콘의 반응도를 나타내는 플롯(207)과 파장에 관한 게르마늄의 반응도를 나타내는 플롯(209)을 나타낸다. 일 실시예에서, 플롯(207)은 층(107)의 진성 실리콘의 반응도에 대응할 수 있고, 플롯(209)은 도 1A의 진성 게르마늄의 반응도에 대응할 수 있다. 플롯(207)에 도시한 바와 같이, 실리콘은 대략 420nm만큼 짧은 파장들을 갖는 광을 흡수한다. 파장들이 길어질수록, 적외선 파장들에서의 실리콘의 낮은 흡수에 기인하여 실리콘의 반응도는 떨어진다. 그뿐 아니라, 이 지점에서 광의 파장이 증가함에 따라, 광이 더 적외선이 되어 실리콘은 더욱더 투과성이 된다. 따라서, 도 1A에 관하여, 조명(117)의 파장들이 더 길어지면 층(107)에서 흡수되지 않고 대신 층(109)으로 전파된다. 그러나, 플롯(209)은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 게르마늄이 층(107)을 통해 전파된 대략 1600nm의 파장까지의 더 긴 파장 광을 층(109)에서 흡수한다는 것을 나타낸다. 층(107)에 있는 실리콘은 대략 1000nm 미만의 광의 짧은 파장을 흡수하는 한편, 동일한 파장 범위에서 게르마늄은 훨씬 더 큰 흡수 계수를 갖고, 그렇지 않다면 본 발명의 가르침에 따라서 표면 재결합으로 인해 충분한 광전류를 생성하지 않는다.
그러므로, 다시 도 1A를 참조하면, 흡수 영역(135)에서의 진성 실리콘층(107)과 진성 게르마늄층(109)의 조합에 의해, 조명(117)은 본 발명의 가르침에 따라, 대략 420nm의 파장을 갖는 가시광으로부터 대략 1600nm까지의 파장을 갖는 더 긴 적외선 파장까지 애벌란시 광검출기들의 흡수 영역(135)에 흡수된다. 반도체층들(107 및 109)에서 조명(117)의 이러한 광 흡수는 흡수 영역(135)에 광캐리어(photocarrier)들 또는 전자-정공쌍(electron-hole pairs)을 생성하게 한다.
애벌란시 광검출기에서의 바이어싱(biasing) 및 전계로 인해, 흡수 영역(135)에서 생성된 전자-정공쌍의 정공들은 층(105)으로 표류하고, 전자들은 층(115)으로 표류한다. 전자들이 증식 영역(137)으로 표류함에 따라, 전자들에는 인접층들인 p- 도핑된 실리콘층(111)과 n+ 도핑된 실리콘층(115)의 도핑 레벨에 의해 발생하는 진성 실리콘층(113) 내의 비교적 높은 전계가 인가된다. 본 발명의 가르침에 따르면, 층(113)에서의 높은 전계로 인해, 흡수 영역(135)으로부터 증식 영역(137)으로 표류한 전자들에게 충돌 이온화(impact ionization)가 발생한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서 흡수 영역(135)에서 조명(117)의 흡수로 생성된 광전류는 증식 영역(137)에서 증식 또는 증폭된다. 그 후, 광캐리어들이 콘택트들(131 및 133)에서 수집된다. 예를 들어, 정공들은 콘택트(131)에서 수집될 수 있고, 전자들은 콘택트(133)에서 수집된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 콘택트들(131 및 133)은 전기 회로에 연결되어 콘택트들(131 및 133) 각각에 존재하는 신호들을 처리할 수 있다.
상술한 바와 같이, 증식 영역(137)은 층(113)의 진성 실리콘은 물론 인접하는 p- 도핑되고 n+ 도핑된 층들(111 및 115)의 실리콘도 각각 포함한다. 도 3은, 다른 물질 예를 들면 인듐 인화물(indium phosphide)(InP) 대신에 증식 영역(137)에서 실리콘을 이용하는 애벌란시 광검출기의 실시예에서 실현되는 민감도의 향상을 나타내는 도면(301)이다. 특히, 도면(301)은 애벌란시 광검출기의 여러 실시예들에 있어서 수신기 민감도 dBm 대 광증식 이득 M의 관계를 나타낸다. 특히, 플롯(333)은 인듐 인화물 기반 애벌란시 광검출기에 대한 수신기 민감도 대 광증식 이득 관계를 나타내는 한편, 플롯(335)은 실리콘 기반 애벌란시 광검출기에 대한 수신기 민감도 대 광증식 이득 관계를 나타낸다. 플롯들(333 및 335)을 비교함으로써 도 3에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서 수신기 민감도는 인듐 인화물 기반 애벌란시 광검출기 대신에 실리콘 기반 애벌란시 광검출기를 이용함으로써 대략 4-5dB까지 향상된다. 이것은, 본 발명의 일 실시예에 있어서 애벌란시 광검출기에 의해 수신된 광학 신호에서 인코드된 신호를 정확하게 검출하기 위해서 증식 영역(137)에 인듐 인화물 대신에 실리콘을 이용하는 것이 보다 적은 전력이 요구되어진다는 것을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 있어서 증식 영역(137)에서 실리콘을 이용하는 것은, 물질의 전자 및 정공의 충돌 이온화 특성때문에 도 1A 및 1B에 도시한 바와 같은 애벌란시 광검출기들(103A, 103B, … 103N)의 민감도가 향상된다. 본 발명의 일 실시예에서는, 증식 영역(137)에서의 실리콘의 이용때문에 실질적으로 단 한 종류의 캐리어, 구체적으로, 전자들만이 충돌 이온화를 달성할 수 있다. 이것은, 정공 대 전자들의 충돌 이온화 계수의 비율인 k-인자(factor)에 의해 정량적으로 보여질 수 있다. 실리콘은, 예를 들면 인듐 인화물보다 대략 1 차수 크기가 낮은 k-인자를 갖는다. 실리콘의 이용으로, 정공들 대신 실질적으로 전자들만이 증식 영역(137)에서 선택적으로 증식되거나 증폭되게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서 애벌란시 광검출기들(103A, 103B, … 103N)에서의 잡음 및 불안정성(instability)은 높은 k-인자를 갖는 물질과 비교하여 감소된다. k-인자(k)에 연관되는 초과 잡음을 나타내는 수학식은
Figure 112007094801508-PCT00001
이며, 여기서 F A 는 초과 잡음 인자이고, M은 애벌란시 광검출기의 이득이다.
본 발명의 일 실시예에서는 증식 영역(137)에서 실리콘을 이용함으로써 실질적으로 전자들만이 충돌 이온화를 달성할 수 있기 때문에 증식 영역(137)에서 두 종류 이상의 캐리어의 생성으로 인한 도주(runaway) 기회는 실질적으로 감소된다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서 실리콘의 k-인자 값은 0.05 미만 또는 대략 0.02-0.05이다. 비교해 보면, 예를 들면 인듐 갈륨 비소(InGaAs)와 같은 다른 물 질에 대한 k-인자 값은 대략 0.5-0.7인 반면, 게르마늄에 대한 k-인자 값은 대략 0.7-1.0이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서 실리콘을 이용하는 k-인자 값은 다른 물질들보다 작다. 그러므로, 애벌란시 광검출기의 일 실시예에서 증식 영역(137)에서 실리콘을 이용하는 것은 인듐 갈륨 비소 또는 게르마늄 등과 같은 다른 물질들을 이용하는 애벌란시 광검출기들에 비하여 민감도의 향상을 가져온다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 있어서 공진 공동(resonant cavity)에 의한 게르마늄/실리콘 애벌란시 광검출기(403)의 단면도를 나타내는 도면이다. 본 발명의 가르침에 따라서, 애벌란시 광검출기(403)는 도 1A 및 1B에 도시한 예시적인 애벌란시 광검출기들(103A, 103B, … 103N)과 유사점을 공유하고, 애벌란시 광검출기(403)는 하나 이상의 애벌란시 광검출기들(103A, 103B, … 103N)을 대신하여 이용될 수 있다는 점이 인식된다. 다시 도 4A에 도시한 예를 참조하면, 애벌란시 광검출기(403)는 층들(405, 407, 409, 411, 413 및 415)을 포함한다. 도 4A에 도시한 예에서, 애벌란시 광검출기(403)는 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼 상에 배치되므로, 애벌란시 광검출기는 실리콘 기판층(419)과, 도 4A에 매립 산화물층(425)으로 도시된 반사층을 또한 포함한다. 일 실시예에 있어서, 애벌란시 광검출기(403)는, 도 4A에 도시한 바와 같이, 층(407)의 표면에서 층(405)의 반대편에 있는 층(407)의 내부 및 표면에 배치된 가드링(guard ring)(421)을 또한 포함한다.
일 실시예에 있어서, 층(405) 및 가드링(421)은 층(405)에 연결된 콘택트와 층(407) 사이의 향상된 전기적 결합을 제공하는 도핑 농도를 갖는 p+ 도핑된 실리콘이다. 일 실시예에 있어서, 가드링(421)은 도 4A에 도시한 바와 같이 층(405)에 인접하여 배치되어 전계가 애벌란시 광검출기(403)의 에지를 향해 또는 에지를 넘어 확장되는 것을 방지하거나 감소시킨다. 전계를 애벌란시 광검출기(403)의 구조 내로 분리시키거나 제한하도록 도와줌으로써, 가드링(413)은 본 발명의 가르침에 따라 애벌란시 광검출기(403) 구조로부터의 누설 전류를 감소시키는 데 도움을 준다.
일 실시예에 있어서, 층들(407 및 409)은 애벌란시 광검출기(403)의 흡수 영역(435)을 형성한다. 일 실시예에 있어서, 층(407)은 진성 실리콘층이고, 층(409)은 진성 게르마늄층이다. 흡수 영역(435)에 인접하여 개별 증식 영역(437)이 있으며, 이 영역은 진성 실리콘층(413)을 포함한다. 묘사된 예에 나타낸 바와 같이, 층(413)은 p- 도핑된 실리콘층(411)과 n+ 도핑된 실리콘층(415) 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 층들(411 및 415)은 증식 영역(437)의 층(413) 내에 높은 전계를 발생시키는 도핑 농도를 갖는다. 일 실시예에서, 층(411)은 예를 들면 1-2e17 cm-3의 도핑 농도를 갖고, 층(415)는 예를 들면 5e19 cm-3의 도핑 농도를 갖는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 층(405)과 층(415) 사이에는 낮은 전계가 또한 존재한다.
동작에 있어서, 도 4A에 도시한 바와 같이, 조명(417)이 애벌란시 광검출기(403)를 향하고, 애벌란시 광검출기(403)의 표면에 입사한다. 도 4A에 도시한 예에서, 조명(417)은 자유 공간을 통해 향해지고 층(405)의 표면에 입사한다. 조명(417)으로부터의 광은 흡수 영역(435)에 흡수되고, 흡수 영역(435)에서 생성된 광전류 또는 전자-정공쌍으로부터 전자들은 본 발명의 가르침에 따라서 충돌 이온화의 결과로서 증식 영역(437)에서 증식된다. 일 실시예에 있어서, 공진 공동은 매립 산화물층(425)과 조명(417)의 광이 입사한 애벌란시 광검출기(403)의 표면 사이에서 애벌란시 광검출기(403) 내에 또한 정의된다. 그 결과, 광 조명(417)은 도 4A에 도시한 바와 같이, 매립 산화물층(425)과 애벌란시 광검출기의 표면 사이의 공진 공동에서 순환한다.
도 4B는 본 발명의 일 실시예에서 생성되는 전자-정공쌍을 나타내는 공진 공동을 갖는 애벌란시 광검출기(403)의 단면도의 더한 상세 설명을 나타내는 다른 도면이다. 특히, 도 4B는 애벌란시 광검출기(403)의 층(405)의 표면에 입사한 조명을 나타낸다. 조명이 흡수 영역(435)의 층들(407 및 409)을 통해 전파함에 따라 광이 흡수되어, 광전류 또는 전자(427) 및 정공(429)을 포함하는 전자-정공쌍을 생성한다. p+ 도핑된 층(405)과 n+ 도핑된 층(415) 사이의 전계에 의해, 전자들(427)은 흡수 영역(435)으로부터 증식 영역(437)으로 표류한다. 증식 영역(437)의 층(413)에 존재하는 높은 전계에 의해, 전자들(427)에 충돌 이온화가 발생하고, 이것은 추가 전자-정공 쌍을 생성하여 흡수 영역(435)에서 생성된 광전류를 증식 또는 증폭한다. 그 후, 정공들(429) 및 전자들(427)은 본 발명의 일 실시예에 있어서 층들(405 및 415)에 연결된 콘택트들에 의해 수집된다.
그 이상으로 예시된 바와 같이, 애벌란시 광검출기(403)를 통해 제1 패스(pass)에서 흡수되지 않은 조명(417)으로부터의 광은 도 4B에 SiO2로 예시된 매립 산화물층(425)으로부터 반사되고, 도시한 바와 같이 애벌란시 광검출기(403)를 통해 앞뒤로 재순환된다. 그 결과, 조명(417)으로부터의 광은 흡수 영역(435) 및 증식 영역(437) 내에서 재순환되고, 그에 의해 조명(417)의 흡수 확률을 증가시키고 본 발명의 가르침에 따른 애벌란시 광검출기(403)의 성능을 향상시킨다.
요약서에 기술된 것을 포함하여 본 발명의 예시된 실시예들의 상기 설명은 개시된 정확한 형태로 한정하거나 이를 철저히 규명하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 특정한 실시예들 및 예들은 설명을 위해 여기에 기술되어 있지만, 당업자에게 자명한 바와 같이, 여러가지 동등한 개량 및 변형이 가능하다. 또한, 특정한 파장, 차원, 물질, 시간, 전압, 전력 범위값 등은 설명을 위해 제공되었고, 본 발명의 가르침에 따라 다른 실시예에서는 또한 다른 값들이 채용될 수 있다.
상기 상세한 설명의 견지에서 본 발명의 실시예들에는 이들 변형이 이뤄질 수 있다. 다음의 특허청구범위에서 사용되는 용어는 명세서에 개시된 특정 실시예들 및 특허청구범위로 발명을 한정하도록 해석되지 않는다. 오히려, 그 범위는 특허청구범위 해석의 확립된 규정에 따라 해석되는 이하의 특허청구범위에 의해 전체적으로 결정될 것이다.

Claims (20)

  1. 제2 유형의 반도체 영역에 인접한 제1 유형의 반도체 영역을 포함하는 흡수 영역 - 상기 제1 유형의 반도체는 파장들의 제1 범위에 있는 광을 흡수하고, 상기 제2 유형의 반도체는 파장들의 제2 범위에 있는 광을 흡수함 -, 및
    상기 흡수 영역에 인접하고 상기 흡수 영역으로부터 분리되어 정의된 증식(multiplication) 영역 - 상기 증식 영역은 상기 흡수 영역에서 생성된 전자들을 증식시키는 전계가 있는 진성(intrinsic) 반도체 영역을 포함함 -
    을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장들의 제1 범위 밖이고 상기 파장들의 제2 범위 내에 있는 파장을 갖는 상기 제1 유형의 반도체 영역에 입사한 광은 상기 제1 유형의 반도체 물질을 통과하여 상기 제2 유형의 반도체 물질로 전달되어 흡수되는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증식 영역의 상기 진성 반도체 영역은 제1 및 제2 도핑 영역 사이에 배치되는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 영역에 인접하여 배치된 도핑된 콘택트층을 더 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유형의 반도체 영역은 실리콘을 포함하고, 상기 제2 유형의 반도체 영역은 게르마늄을 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡수 영역은 상기 파장들의 제1 및 제2 범위의 조합 범위 내의 광을 흡수하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 광검출기이고,
    상기 광검출기는 어레이로 배열되어 상기 어레이에 포커스된 광을 집합적으로 검출하는 복수의 광검출기들 중 하나인 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증식 영역에 인접하여 배치된 반사층을 더 포함하며,
    상기 증식 영역은 상기 흡수 영역과 상기 반사층 사이에 배치되어, 상기 흡수 영역과 상기 증식 영역을 포함하는 공진 공동(resonant cavity)이 상기 반사층과 광이 입사하는 상기 장치의 표면 사이에 정의되는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사층은 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼의 매립 산화물층을 포함하는 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 도핑된 콘택트층에 인접하는 상기 흡수 영역에 정의된 가드링(guard ring)을 더 포함하는 장치.
  11. 흡수 영역의 제1 유형의 반도체 영역으로 광학 빔을 향하게 하는 단계,
    상기 제1 유형의 반도체 영역에서 파장들의 제1 범위에 있는 광의 제1 부분을 흡수하는 단계,
    상기 파장들의 제1 범위 밖이며 파장들의 제2 범위 내에 있는 광의 제2 부분을 통과시키는 단계,
    상기 흡수 영역의 제2 유형의 반도체 영역에서 상기 광의 상기 제2 부분을 흡수하는 단계, 및
    상기 흡수 영역에서 생성되어 상기 흡수 영역에 인접하여 정의된 증식 영역으로 표류한 전자들을 선택적으로 증식시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 증식 영역에서의 높은 전계에 응답하여, 상기 흡수 영역에서 생성되어 상기 증식 영역으로 표류한 상기 전자들을 가속시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 흡수 영역에서 생성되어 상기 증식 영역으로 표류한 전자들의 선택적 증식은 상기 증식 영역에서의 충돌 이온화(impact ionization)에 응답하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 증식 영역에서 증식시키기 위한 상기 전자들의 선택은 상기 증식 영역이 대략 0.05 미만의 k-인자 값을 갖는 실리콘을 포함하는 것에 응답하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 흡수 영역 및 상기 증식 영역을 포함하는 공진 공동을 정의하는 반사 표면들 사이에서 광을 반사시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 광검출기들의 어레이를 포함하고,
    각각의 상기 광검출기들은,
    제2 유형의 반도체 영역에 인접한 제1 유형의 반도체 영역을 포함하는 흡수 영역 - 상기 제1 유형의 반도체는 파장들의 제1 범위에 있는 광을 흡수하고, 상기 제2 유형의 반도체는 파장들의 제2 범위에 있는 광을 흡수함 -,
    상기 흡수 영역에 인접하고 상기 흡수 영역으로부터 분리되어 정의된 증식 영역 - 상기 증식 영역은 상기 흡수 영역에서 생성된 전자들을 증식시키는 전계가 있는 진성 반도체 영역을 포함함 -, 및
    광검출기들의 상기 어레이에 광학 이미지를 포커싱하는 광학 포커싱 소자
    를 포함하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광학 포커싱 소자는 렌즈를 포함하는 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 유형의 반도체 영역은 실리콘을 포함하고, 상기 제2 유형의 반도체 영역은 게르마늄을 포함하는 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    각각의 상기 광검출기들에서 상기 증식 영역의 상기 진성 반도체 영역은 제1 및 제2 도핑 영역 사이에 배치되는 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    각각의 상기 광검출기들은 상기 흡수 영역 및 상기 증식 영역을 포함하는 공 진 공동을 더 포함하는 시스템.
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