IMPURITY-BASED WAVEGUIDE DETECTORSAn optical circuit including a semiconductor substrate; an optical waveguide formed in or on the substrate; and an optical detector formed in or on the semiconductor substrate, wherein the optical detector is aligned with the optical waveguide so as to receive an optical signal from the optical waveguide during operation, and wherein the optical detector has: a first electrode; a second electrode; and an intermediate layer between the first and second electrodes, the intermediate layer being made of a semiconductor material characterized by a conduction band, a valence band, and deep level energy states introduced between the conduction and valence bands.An optical circuit comprising: a semiconductor substrate; an optical waveguide formed in or on the substrate; and an optical detector formed in or on the semiconductor substrate, said optical detector aligned with the optical waveguide so as to receive an optical signal from the optical waveguide during operation, said optical detector having: a first electrode; a second electrode; and an intermediate layer between the first and second electrodes, said intermediate layer comprising a semiconductor material characterized by a conduction band, a valence band that is at a lower energy level than the conduction band, and deep level energy states introduced between the conduction and valence b ands .
불순물 베이스의 광도파관 검출기본 발명의 하나의 양상은 반도체 기판(semiconductor substrate); 기판의 내부 또는 상부에 형성된 광 도파관(optical waveguide); 및 반도체 기판의 내부 또는 상부에 형성된 광 검출기(optical detector)를 포함하는 광학 회로(optical circuit)에 있어서, 상기 광 검출기(optical detector)에는 작동 중 광 도파관(optical waveguide)로 부터 광학 신호(optical signal)를 수용하기 위해 광 도파관(optical waveguide)이 정렬되어 있으며, 상기 광 검출기(optical detector)는 제 1 전극(first electrode); 제 2 전극; 및 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 위치한 중간층(intermediate layer)으로 구성되어 있고, 상기 중간층(intermediate layer)은 전도 대(conduction band), 전도 대보다 낮은 에너지 단계에서의 가전자 대(valence band), 및 전도 대와 가전자 대 사이에도입된 깊은 준위 에너지 상태(deep level energy states)의 특성을 가지는 반도체 재료(semiconductor material)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 회로(optical circuit)에 관계한다. 본 발명의 다른 구현예는 한 가지 또는 그 이상의 다음과 같은 특징을 포함한다. 상기 광 검출기는 광 도파관(optical waveguide) 내부에 형성되며, 광 도파관은 기판의 트렌치(trench) 내부에 형성된다. 기판은 실리콘으로 제조된다. 광 도파관은 실리카-게르마늄 합금(SiGe alloy)으로 만들어진 코어(core)를 포함한다. 제 1 전극은 제 1 도핑된 반도체 재료(first doped semiconductor material)로 제조되며, 제 2 전극은 제 2 도핑된 반도체 재료(second semiconductor material)로 제조되고, 상기 제 1 도핑된 반도체 재료 및 제 2 도핑된 반도체 재료는 동일한 전도성 타입(conductivity type)이다. 제 1 반도체 재료(first semiconductor material)는 제 1 도핑된 실리콘(first doped silicon)이며, 제 2 반도체 재료(second semiconductor material)는 제 2 도핑된 실리콘(second doped silicon)이다. 제 1 도핑된 실리콘과 제 2 도핑된 실리콘은 택일적으로 반대의 전도성 타입이거나, 동일한 전도성 타입이다. 제 1 도핑된 반도체 재료 및 제 2 도핑된 반도체 재료는 모두 N-타입 또는 모두 P-타입이다. 제 1 반도체 재료 및 제 2 반도체 재료의 도핑(doping)은 중간층(intermediate layer)으로부터의 거리의 함수에 따라 증가한다. 반도체 재료는 실리카-게르마늄의 합금(SiGe alloy)으로서, 예를 들어 Si0.95Ge0.05 이다. 반도체 재료는 깊은 준위 에너지 상태(deep level energy states)를 생성하기 위하여 인듐(indium)과 탈륨(thallium) 중 적어도 한 가지에 의해 도핑된다. 반도체 재료는 상기 깊은 준위 에너지 상태를 완전히 채우거나 완전히 비우기 위한 기능 또는 깊은 준위 에너지 상태의 광학적 활성화를 향상시키는 기능을 하는 코-도펀트(co-dopant)를 추가로 포함한다. 코-도펀트는 탄소(carbon) 또는 비소(Arsenic), 인(phosphorous), 및 탄소(carbon)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 것이다. 본 발명의 다른 양상은 제 1전극(first electrode); 제 2전극(second electrode);및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 중간층(intermediate layer)을 포함하는 광 검출기(optical detector)에 있어서, 상기 중간층은(intermediate layer)은 전도 대(conduction band), 전도 대보다 낮은 에너지 단계에서의 가전자 대(valence band), 및 전도 대와 가전자 대 사이에 도입된 깊은 준위 에너지 상태(deep level energy states)의 특성을 가지는 반도체 재료(semiconductor material)를 포함하며, 상기 반도체 재료(semiconductor material)는 상기 깊은 준위 에너지 상태를 완전히 채우거나 완전히 비우기 위한 기능 또는 깊은 준위 에너지 상태의 광학적 활성화를 향상시키는 기능을 하는 코-도펀트(co-dopant)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기(optical detector)에 관계한다. 본 발명의 다른 하나의 양상은 광학 회로(optical circuit)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 기판의 내부 또는 상부에 도파관(waveguide)을 제조하는 단계; 및 도파관(waveguide)의 선택된 부분 위에 광 검출기(optical detector)를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로서, 상기 도파관(waveguide)의 제조단계는 제 1 클래딩 재료( first cladding material)를 증착하는(depositing) 단계; 제 1 클래딩 재료( first cladding material) 상위에 전도 대(conduction band), 전도 대보다 낮은 에너지 단계에서의 가전자 대(valence band)의 특성을 가지는 반도체 재료인 코어 재료(core material)를 증착하는 단계; 및 코어 재료(core material) 상위에 제 2 클래딩 재료(second cladding material)를 증착하는 단계를 포함하며, 상기 광 검출기(optical detector)의 제조 단계는 제 1 클래딩 재료( first cladding material)로부터 제 1 전도성 전극(first conducting electrode)을 생성하는 단계; 반도체 재료의 전도 대(conduction band)와 가전자 대(valence band)의 사이에 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)를 도입하는 단계를 포함하는 코어 재료(core material)로부터 중간층(intermediate layer)을 생성하는 단계; 및 중간층(intermediate layer) 상위의 제 2 클래딩(second cladding)으로부터 제 2 전도성 전극(second conducting electrode)을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 회로(optical circuit)의 제조방법에 관계한다. 본 발명의 다른 구현 예에서, 중간층(intermediate layer) 생성 단계는 상기 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)를 완전히 채우거나 완전히 비우기 위한 기능 또는 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)의 광학적 활성화를 향상시키는 기능을 하는 코-도펀트(co-dopant)를 상기 반도체 재료(semiconductor material)로 도입하는 단계를 추가로 포함한다. 본 발명의 또 다른 하나의 양상은 광 검출기(optical detector)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 제 1 전도성 전극(first conducting electrode)을 생성하는 단계; 제 1 전도성 전극(first conducting electrode)의 최상위에 중간층(intermediate layer)을 생성하는 단계;및 중간층(intermediate layer)의 상위에 제 2 전극(second electrode)을 생성하는 단계를 포함하는 제조방법으로서, 상기 중간층(intermediate layer)은 전도 대(conduction band), 전도 대보다 낮은 에너지 단계에서의 가전자 대(valence band)의 특성을 가지는 반도체 재료를 포함하며, 상기 중간층(intermediate layer) 생성 단계는 반도체 재료의 전도 대(conduction band)와 가전자 대(valence band)의 사이에 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)를 도입하는 단계 및 상기 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)를 완전히 채우거나 완전히 비우기 위한 기능 또는 깊은 준위 에너지 상태(deep energy level energy states)의 광학적 활성화를 향상시키는 기능을 하는 코-도펀트(co-dopant)를 반도체 재료(semiconductor material)로 도입하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 검출기(optical detector)의 제조 방법에 관계한다. 본 발명의 적어도 몇 가지의 구현 예에 의한 중요한 하나의 이점은 특별한 내열성이다. 즉, 본 발명에 의한 검출기는 뒤에 이어지는 후공정인 트랜지스터 제조공정 동안 웨이퍼(wafer)의 열순환(thermal cycling)을 견딜 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 검출기는 마이크로 일렉트로닉 컴포넌트(microelectronic components)를 제조하기 위한 추가적 공정을 견뎌낼 수 있어야하는 광학 준비 기판(optical ready substrate) 또는 반도체 웨이퍼(wafer)에 사용될 수 있다. 본 발명의 몇 가지 구현 예는 이하에서 설명되는 광학 준비 기판에서의 용도에 매우 적합하다. 다른 구현 예들은 텔레커뮤니케이션(telecommunication)과 같은 영역의 더욱 광범위한 적용이 가능하다. 본 발명의 다른 특징과 이점은 이하 첨부된 상세한 설명과 청구범위에 의해 명백하게 될 것이다.반도체 기판(semiconductor substrate); 기판의 내부 또는 상부에 형성된 광 도파관(optical waveguide); 및 반도체 기판의 내부 또는 상부에 형성된 광 검출기(optical detector)를 포함하는 광학 회로(optical circuit)에 있어서, 상기 광 검출기(optical detector)에는 작동 중 광 도파관(optical waveguide)으로부터 광학 신호(optical signal)를 수용하기 위해 광 도파관(optical waveguide)이 정렬되어 있으며, 상기 광 검출기(optical detector)는 제 1 전극(first electrode); 제 2 전극; 및 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 위치한 중간층(intermediate layer)으로 구성되어 있고, 상기 중간층(intermediate layer)은 전도 대(conduction band), 전도대보다 낮은 에너지 단계에서의 가전자 대(valence band), 및 전도 대와 가전자 대 사이에도입된 깊은 준위 에너지 상태(deep level energy states)의 특성을 가지는 반도체 재료(semiconductor material)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 회로(optical circuit).