(57)【要約】水平テーパ、鉛直テーパ、または両方であり得る１つのテーパ区域を有する１つの光導波管を使用する導波管式光検出器装置および方法。本装置は１つの真性領域を有する１つの光検出器も含み、その領域は、１つの実施形態では、テーパ区域の１つの水平テーパに対応する１つの様態でテーパを有し得る。光検出器は、真性領域が１つの導波された光波の１つのエバネッセント波によって光導波管に結合されるように、テーパ区域に隣接して配置されている。テーパ区域は、エバネッセント波によって、導波された光波中に保持されているエネルギーを光導波管から光検出器の真性領域の中に強制的に送出する役割を果たし、それによって光検出器の長さを短縮する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの装置であって、
１つのテーパ区域を有する１つの光導波管と、
１つの真性領域を有する１つの光検出器と、
を備え、
前記光検出器が、前記真性領域がエバネッセント結合によって前記光導波管に光学的に結合されるように、前記テーパ区域に隣接して配置されている、
装置。
【請求項２】
前記テーパ区域が１つの水平テーパを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記真性領域に、前記テーパ区域の前記水平テーパに対応してテーパが付けられている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記テーパ区域が１つの鉛直テーパを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記テーパ区域が１つの鉛直テーパを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記テーパ区域が１つの第１の長さを有し、かつ前記真性領域が前記第１の長さに実質的に等しい１つの第２の長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
１つの装置であって、
１つの真性領域によって分離された対向する１つのｐ型電極および１つのｎ型電極を有する１つの光検出器と、
１つのコアおよび１つのテーパ区域を有する１つの光導波管と、
を備え、
前記テーパ区域が、前記コアおよび真性領域がエバネッセント結合されるように前記真性領域に隣接して配置されている、
装置。
【請求項８】
前記テーパ区域が、１つの水平テーパと１つの鉛直テーパのうちの少なくとも１つを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記テーパ区域が１つの水平テーパを備え、かつ前記真性領域にテーパが付けられている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ｎ型電極およびｐ型電極に、前記テーパ付きの真性領域を受け入れるようにテーパが付けられている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
１つのシステムであって、
１つのテーパ区域を備え、１つの光波を支持する１つの光導波管と、１つの真性領域を備える１つの光検出器とを有する１つの光検出器装置であって、前記真性領域は、前記テーパ区域に隣接して配置され、かつそれにエバネッセント結合され、前記光検出器は、前記真性領域にエバネッセント結合された光に応答して、前記光波から１つの電気信号を発生させることができる、光検出器装置と、
前記光波を発生させることが可能であり、かつ前記光導波管の１つの入力端に結合されている１つの第１のデバイスと、
前記光検出器に電気的に結合され、更に前記電気信号を受信しかつ処理できる１つの第２のデバイスと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記テーパ区域が、１つの水平テーパと１つの鉛直テーパのうちの少なくとも１つを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記テーパ区域が１つの水平テーパを備え、かつ前記真性領域にテーパが付けられている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記真性領域がシリコンを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記真性領域はゲルマニウムを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
１つの方法であって、
１つのテーパ区域を有する１つの光導波管の中で１つの光波を導波する段階と、
前記テーパ区域に隣接する１つの光検出器の１つの真性領域に前記光波をエバネッセント結合する段階と、
を備える方法。
【請求項１７】
前記導波管の１つの入力端に光学的に結合された１つの第１のデバイスによって、前記光波を発生させる段階を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光検出器によって１つの電気信号を発生させる段階を更に備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光検出器に電気的に結合された１つの第２のデバイスによって、前記電気信号を受信しかつ処理する段階を更に備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記テーパ区域に、１つの水平テーパと１つの鉛直テーパのうちの少なくとも１つを設ける段階を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
１つの方法であって、
１つのテーパ区域を有する１つの光導波管の中で１つの光波を伝搬する段階と、
前記テーパ区域からの光を前記光検出器の１つの真性領域にエバネッセント結合することによって、前記テーパ区域に隣接する１つの光検出器の中で前記光波を検出する段階と、
を備える方法。
【請求項２２】
１つの水平テーパを有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
１つの鉛直テーパを有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
１つの鉛直テーパと１つの水平テーパの両方を有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記光波を検出する段階に応答して１つの電気信号を発生させる段階と、
前記光検出器に電気的に結合された１つのデバイスによって前記電気信号を処理する段階とを更に備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、光検出器に関し、特に、導波管式の高速光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電気通信およびチップ相互接続のような、複数の光信号を伝送し、かつそれらを高い複数のデータ電送率の複数の電気信号に変換することを伴う数多くの光波応用例が存在する。このような伝送および変換を実行するためのシステムは、光信号の速度および帯域幅に適合した１つの光検出器を必要とするのが通常である。好ましい複数の光検出器は、複数のＰＩＮ（ｐ型／真性／ｎ型）半導体（例えば、ＳｉまたはＧｅ）検出器であるが、このような複数の検出器は１つの高速の（すなわち、ＧＨｚ）の周波数応答を有し得るからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
幾つかの高速光検出器は、光を１つのＰＩＮ光検出器の真性領域に供給するための１つの導管として光導波管を利用する。１つの光導波管は、低屈折率の１つのクラッドによって包囲された高屈折率の１つのコアを有する１つの平面的構造、長方形構造、または円筒形構造である。光は、ほとんどが導波管の高屈折率コアの内部に捕獲されるが、この光のわずかな一部は１つのエバネッセント波としてクラッド中を伝搬する。１つのＰＩＮ光検出器の真性領域が光導波管に十分近接して位置決めされるとき、光は、エバネッセント波によって真性領域に結合され得る。このような現象は「エバネッセント結合」と呼ばれる。
【０００４】
１つの高速の導波管式の光検出器を形成するためには、光導波管中を伝搬する光は、光検出器の真性領域に効率的に結合されねばならない。次いで、この光は複数の発生光子キャリヤに変換され、それは次に複数の電極（すなわち、ＰＩＮ検出器の１つのｐ＋領域および１つのｎ＋領域）に拡散する。その結果は、検出された光に対応する１つの電気信号（例えば、１つの光電流）である。
【０００５】
検出器の速度は、発生光子キャリヤが電極に到達するのに要する時間に関連する。この時間は「移行時間」と呼ばれる。真性領域が狭ければ狭いほど、それだけ移行時間が短くなり、したがってそれだけ検出器は速くなる。１つの速い光検出器は、複数の高速光信号の検出および処理を可能にする。
【０００６】
１つの光検出器の真性領域の幅および長さは、しばしは導波管の幅および長さによって決定される。しかし、導波管は、検出器の速度を最適化するためにではなく、光の１つの特定の波長を最適に伝送するように設計されているのが典型である。低屈折率の複数の導波管では、真性領域の幅は、非常に広く（例えば、１ミクロンよりも大きい）しかも非常に長い（例えば、５０ミクロンよりも大きい）。
【０００７】
１つのＰＩＮ検出器の真性領域はシリコン（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）であるのが典型であり、これらは両方とも、典型的な光導波管の屈折率（例えば、ＳｉＯｘＮｙでは約１．５）に較べるとき、１つの大きな屈折率（例えば、約３．５）を有する。これは、導波される光波の伝搬定数および導波モードに関して、光導波管とＰＩＮ検出器との間に１つの不一致をもたらす。この不一致は、非効率的な光結合につながる。幾つかの場合では、相対的に長い導波管／検出器の１つの境界面を使用して、この結合非効率を補償し、かつ確実に十分な光を検出器に結合することが可能である。しかし、１つの長い境界面は、それによって１つの大きな検出器をもたらすので望ましくない。更には、数多くの場合では、結合非効率を補償するのに必要な境界面の長さは、実用目的には長過ぎる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の複数の実施形態の以下の詳細な説明では、その一部を構成する添付の複数の図面を参照するが、そこでは、本発明を実施できる特定の複数の実施形態が例示として示されている。これらの実施形態は、当業者がそれらを実施できるように十分詳細に説明されているが、他の複数の実施形態も利用可能であり、かつそれらの範囲から逸脱することなく複数の変更がなされ得ることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は１つの限定的な意味で取られるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲のみによって画定される。
【０００９】
図１は、本発明の１つの光検出器装置１０の一実施形態を示す１つの平面図である。図示された光導波管１４は、１つの水平テーパを含む１つのテーパ区域７０を有する。
【００１０】
図２は、図１の光検出器装置を示す１つの断面図である。図２では、断面図は図１のＹ−Ｚ平面内で軸Ａ１に沿って取られている。
【００１１】
ここで図１と２の両方を参照すると、装置１０は、１つの入力端１６、１つの上部表面１８、および１つの下部表面２０を有する光導波管１４を具備する。１つ実施例としての実施形態では、光導波管は、図示されているように、１つの長方形の導波管である。光導波管１４はまた、１つのクラッド２４によって包囲された１つのコア２２を含む。コア２２は、Ｘ方向にＷＸの１つのコア幅（図１）およびＹ方向にＷＹの１つのコア幅（図２）を有する。コア２２の屈折率は、クラッド２４の屈折率よりも大きい。
【００１２】
実施例としての複数の実施形態では、コア２２は、８５０ナノメートルの１つの波長を有する光を伝送するためにＳｉ３Ｎ４から作製されるか、またはそれは１ミクロン以上の複数の波長では真性シリコンから作製される。更には、これらの実施例としての実施形態では、クラッド２４はＳｉＯ２から作製され、それは、複数の近赤外および赤外波長では、Ｓｉ３Ｎ４の屈折率（約３．５）に較べて、相対的に低い１つの屈折率（約１．５）を有する。コアとクラッド（例えば、それぞれＳｉ３Ｎ４とＳｉＯ２）との間に１つの大きな屈折率差を与える複数の材料を使用することによって、コア寸法ＷＸおよびＷＹを小さくすることが可能である（例えば、ＷＸ、ＷＹ＜１ミクロン）。
【００１３】
高屈折率コア／低屈折率クラッドの配置は、光導波管１４が１つの光波５０を導波するのに必要である。光波５０は、コア２２の中を伝搬する１つの中心部分５６およびクラッド２４の中を伝搬する１つのエバネッセント波５８を含む。一実施形態において、光波５０は１つの光信号を表すかまたはそれを搬送する。
【００１４】
光導波管１４は１つのテーパ区域７０を更に含む。テーパ区域７０は、導波管に沿って１つの点７６から出発して１つの狭い端部８２で終了する、Ｚ方向に沿って測定した１つの長さＬ１を有する。図１に例示した装置１０の実施例としての実施形態では、テーパ区域７０は、水平（Ｘ−Ｚ）平面内でテーパが付けられており、したがってそれは本明細書では１つの「水平テーパ」と呼ばれる。
【００１５】
図３は、光導波管のテーパ区域７０が１つの鉛直テーパを有する点を除いて、図１のそれと同様の１つの光検出器装置１０を示す１つの断面図である。この実施形態は、本明細書では１つの「鉛直テーパ」と呼ばれる。
【００１６】
図４は、光導波管のテーパ区域が１つの鉛直および水平（すなわち、「２重」）テーパを有する点を除いて、図１に示す実施形態のそれと同様の１つの光検出器１１０を示す１つの斜視端面図である。この実施形態は、本明細書では１つの「２重テーパ」と呼ばれる。
【００１７】
様々な形態にあるテーパ区域７０の役割は、以下で更に詳細に説明される。例示のために、以下の説明は、図１に示した装置１０の水平テーパの実施例としての実施形態に関して続行する。
【００１８】
図５は、図１の光検出器装置１０を示す１つの端面図である。装置１０は、１つの真性領域１２６によって分離された、対向する１つのｐ型電極および１つのｎ型電極１１６および１２０を有する１つのＰＩＮ光検出器１１０を更に含む。真性領域１２６は１つの半導体材料から作製され、複数の実施例としての実施形態では、それはシリコンまたはゲルマニウムを含む。真性領域１２６は、１つの幅ＷＩばかりでなく、１つの前端１３４と１つの終端１４０との間で測定した１つの長さＬ２（図２）も有する。一実施形態において、幅ＷＩは可変である。
【００１９】
ＰＩＮ光検出器１１０は、導波管１４および真性領域１２６がエバネッセント波５８によって光学的に連通するように、コア２２に隣接して配置されている。換言すれば、ＰＩＮ検出器の導波管および真性領域はエバネッセント結合されている。一実施形態において、真性領域１２６の幅ＷＩは、導波管１１０のコア幅ＷＸに対応し、そのコア幅は、一定（例えば、１つの鉛直テーパに関して）または可変（例えば、１つの水平テーパに関して）であり得る。更には、一実施形態において、真性領域の幅ＷＩは、コア幅ＷＸに等しいか、またはそれに実質的に等しい。更に別の一実施形態において、真性領域の長さＬ２は、テーパ区域の長さＬ１に等しいか、またはそれに実質的に等しい。
【００２０】
一実施形態において、真性領域１２６は、導波管コア２２に対して形成されたｐ型電極およびｎ型電極１１６および１２０の自己整合構成と組み合わせて、導波管１４の真下に形成されている。
【００２１】
図６は、１つのテーパ真性領域１２６を有する１つのＰＩＮ光検出器の一実施形態を示す１つの近接平面図である。１つのテーパ真性領域は、テーパ区域７０（図１〜４）が１つの水平テーパを含むとき、最も適切である。一実施形態において、テーパ真性領域１２６は、導波管１４のテーパ区域７０のテーパに一致する（図１〜４）。一実施形態において、ｐ型電極およびｎ型電極１１６および１２０は、１つのテーパ真性領域１２６を受け入れるように形作られている。
【００２２】
動作に際して、図１〜３を参照すると、光波５０は、光導波管１４の入力端１６の中に入力され、導波管に沿って伝搬する。最終的に、光波５０はテーパ区域７０の始点７６に達するが、それは、一実施形態において、光検出器１１０の前端１３４の箇所でもある。この点では、光波５０のエバネッセント波５８が、真性領域１２６（図２〜６）にエバネッセント結合し、光（エネルギー）が真性領域１２６に伝達される。この結合を促進するために、一実施形態において、真性領域１２６がテーパ区域７０の中のコア２２に直接的に密接に接触している（図２〜６）。
【００２３】
更に図１〜３を参照すると、光波５０は、出力が真性領域に結合されるとき、テーパ区域７０の狭い端部８２に向かって伝搬し続ける。１つの純粋に水平のテーパ（例えば、図１〜２）では、コアは、点７６から狭い端部８２まで、Ｘ方向のみに寸法が減少する（すなわち、コア幅ＷＸはＺ方向に変化するが、他方で幅ＷＹは一定のままである。）。１つの純粋に鉛直のテーパ（例えば、図３）では、コアは、Ｙ方向のみに寸法が減少するが、他方でコア幅ＷＸは一定のままである。
【００２４】
図４を参照すると、１つの組合せ鉛直および水平（すなわち、１つの２重）テーパでは、コアは、コア幅ＷＸおよびＷＹ（図４に図示せず）が両方ともＺ方向に変化するように、水平方向と鉛直方向の両方で寸法が減少する。
【００２５】
再び図１〜３を参照すると、テーパ区域７０内でコア２２の寸法が減少することによって、光波５０の中に保持されたエネルギーを中心部分５６からエバネッセント波５８の中に拡散させる。エバネッセント波の中のエネルギーが増大すると、益々多くのエネルギーが、光波５０から真性領域１２６の中に結合されていくことになる。したがって、光波５０はテーパ区域７０を通って狭い端部８２に向かって伝搬し続けるとき、光波からの益々多くのエネルギーが真性領域１２６の中にエバネッセント結合される。結合された光エネルギーは真性領域１２６の中に複数の発生光子キャリヤを生み出し、それらは電極１１６および１２０（図４および５）に拡散して、１つの光電流のような１つの電気信号１６８を生み出す。
【００２６】
更に図１〜３を参照すると、テーパ区域７０は、光波５０が狭い端部８２に達するとき、光波の中に残存するエネルギー量が無視可能であるように設計されている。これは、エネルギーが後方に反射されて光導波管１４まで逆進するのを防止するためである。また、一実施形態において、テーパ区域７０のテーパの度合いは、導波管１４から真性領域１２６までのエネルギー伝達が断熱的であるように、すなわち、真性領域とのエバネッセント結合以外には、エネルギーの反射または損失の発生が最小限であるように選択される。複数のパラメータの所与の１つの組（例えば、光の波長、真性領域の望ましい長さ、コア、クラッド、および真性領域の相対的な屈折率など）に関して、テーパ区域７０を最適に設計することは、市販のシミュレーション・ソフトウェアを使用するコンピュータ・モデリングによって実現可能である。このようなシミュレーション・ソフトウェアの１つの例は、現在、アールソフト・インコーポレイテッド社（ｒｓｏｆｔ，Ｉｎｃ．）からｗｗｗ−ｒｓｏｆｔ−ｃｏｍで市販されているｒＳｏｆｔＢＰＭシミュレータである（偶発的なハイパーリンクを回避するために、上記ＵＲＬ中のドットはダッシュによって置き換えられている。）。
【００２７】
したがって、テーパ区域７０は、光波５０中のエネルギーを強制的に真性領域１２６の中に送出することによって効率的な光結合を助長する。これによって、テーパ区域７０が存在しない場合よりも真性領域１２６の長さＬ２（図２〜３）を短くすることができる。
次に、それは１つのより小型でかつ効率的な光検出器装置に寄与する。
【００２８】
図７Ａは、図１の光検出器装置と同様であるが、１つのテーパ導波管区域を含まない１つの光検出器装置に関する、１つのＰＩＮ検出器の真性領域の中に結合された光の時間平均強度Ｉ（任意の単位）対真性領域に沿った距離Ｄ（ミクロン）の１つのシミュレーションに基づく１つのグラフである。
【００２９】
図７Ｂは、光検出器装置が１つの水平テーパ区域を含む点を除いて、図７Ａと同様の１つのグラフである。
【００３０】
図７Ａおよび７Ｂにおいて、導波された光波５０（例えば、図２における）から真性領域１２６（例えば、図２における）にエネルギーの実質的にすべてを伝達するのに必要な距離は、本明細書では「エネルギー伝達距離」と呼ばれ、ＤＴで表される。グラフのデータを得るために、上で言及したｒｓｏｆｔＢＰＭシミュレータを使用してシミュレーションを行った。
【００３１】
図７Ａから、「無テーパ」の場合では、エネルギー伝達距離ＤＴは約２５ミクロンであることが分かる。他方で、図７Ｂから、水平テーパの場合では、エネルギー伝達距離ＤＴは約２．５ミクロンであることが分かる。したがって、装置１０の１つの水平テーパ区域７０を使用すると、エネルギー伝達距離ＤＴの非常に大幅な（すなわち、約１桁の）短縮をもたらし得る。同様の結果は、鉛直および２重テーパの実施形態に関しても得られる。１つの結果として、装置１０のＰＩＮ検出器区域は、従来技術の装置よりもほとんど２桁小さく作製することが可能である。
【００３２】
結合効率の向上およびエネルギー伝達距離ＤＴの短縮の他に、検出速度の一定の増加が、装置１０の複数の実施形態、特に、テーパ区域７０の中に１つの水平テーパ構成要素を有するこれらの実施形態によって実現可能である。図６に関連して上で論じたように、テーパ区域７０に対する１つの水平構成要素は、真性領域が平均して１つの従来の真性領域よりも狭くなるように、対応して真性領域１２６にテーパを付けることを可能にする。これは、１つの従来のＰＩＮに較べるとき、ｐ型電極１１６とｎ型電極１２０との間の１つのより短い距離をもたらす。次には、これが複数の発生光子キャリヤに関する１つのより短い移行時間、したがって１つのより速い検出器速度につながる。
【００３３】
電気光学システム
図８は、本発明の光検出器装置１０の複数の実施形態のいずれか１つを使用する１つの電気工学システム２００の一実施形態を示す１つの模式図である。システム２００は、入力端１６で光導波管１４に光学的に結合された１つの光または光電子デバイス２１０を含む。デバイス２１０は、光波５０によって搬送されるかまたはそれによって別様に表される１つの光信号を発生させることができる。一実施形態において、デバイス２１０は、１つのマイクロプロセッサ（図示せず）および、１つのダイオード・レーザまたは１つの発光ダイオードのような、１つの発光デバイス（図示せず）を含む。
【００３４】
システム２００は、１本のワイヤ２３６によって光検出器１１０に電気的に結合された１つの電子的または光電子的デバイス２３０を更に含む。デバイス２３０は、限定するものではないが、例えば、１つのマイクロプロセッサ、１つのフィルタ、１つの増幅器、またはそれらの任意の組合せのような、電気信号１６８を受信しかつ処理できる任意のデバイスである。デバイス２３０は、他の任意の種類の信号処理素子または回路を含み得る。
【００３５】
動作に際して、デバイス２１０は、光導波管１４の中に結合される光波５０によって表されるかまたはそれによって搬送される１つの光信号を発する。光波５０は、光導波管１４中をテーパ区域７０に伝搬する。テーパ区域７０では、光波５０中のエネルギーは、光波が狭い端部８２に向かって伝搬し続けるとき、光検出器１１０の真性領域１２６（図２、３、５、および６を参照）の中にテーパによって強制的に送出される。真性領域１２６中の光は、電極１１６および１２０（図４〜６参照）に拡散する複数の発生光子キャリヤに変換されて、電子信号１６８を生じる。次いで、電気信号１６８はワイヤ２３６によってデバイス２３０に搬送され、次にそれはこの電気信号を処理する。
【００３６】
図面に示した様々な要素は、単なる図示に過ぎず、尺度に合わせて描かれたものではない。それらの幾つかの比率が誇張される場合もあれば、他方では他の比率が最小化される場合がある。これらの図面は、本発明の様々な実施を例示しようとするものであり、それらは当業者によって理解されかつ適切に実施可能である。
【００３７】
本明細書では、幾つかの要素が「上部」および「下部」ならびに「水平」および「鉛直」を基準として説明されているが、これらの説明は相対的なものであり、かつそれらは、その複数の要素が反転、回転、または左右反対にされれば、逆転し得ることが理解されよう。したがって、これらの用語は限定を意図するものではない。
【００３８】
本要約書は、読者が本技術的開示の性質および趣旨を素早く把握できる１つの要約書を要件とする、連邦行政命令集第３７編第１．７２条第（ｂ）項に適合するように提供されていることを強調するものである。それは特許請求の範囲または意味の解釈または限定に利用されるものではないという理解の下に提出されている。
【００３９】
以上の詳細な説明では、本開示を簡素化する目的のために、様々な特徴が単一の実施形態の中にまとめられている。このような開示方法は、本発明の特許請求の範囲にかかる複数の実施形態が、それぞれの請求項における明示的な記載よりも多くの特徴を要するという１つの意図の反映と解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、単一の開示された実施形態のすべてとは言えない特徴に存するものである。したがって、添付の特許請求の範囲は、ここに「詳細な説明」に組み込まれており、それぞれの請求項は、それ自体で１つの別個の好ましい実施形態として自立するものである。
【００４０】
本発明を複数の好ましい複数の実施形態に関連して説明してきたが、他方では、その説明はそのように限定されるものではないことが理解されよう。反対に、添付の特許請求の範囲で画定される本発明の趣旨および範囲の中に包含され得るすべての代替物、変形、および均等物を網羅するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の光検出器装置の一実施形態を示す１つの平面図であり、光導波管は１つの水平テーパを含む１つのテーパ区域を有する。
【図２】図１の光検出器装置を示す１つの断面図である。
【図３】図１のそれと同様の１つの光検出器装置を示す１つの断面図であるが、但し、光導波管のテーパ区域が１つの鉛直テーパを有する点を除く。
【図４】図１に示した実施形態のそれと同様の１つの光検出器を示す１つの斜視図であるが、但し、光導波管のテーパ区域が１つの鉛直および水平（すなわち、「２重」）テーパを有する点を除く。
【図５】図１の光検出器装置を示す１つの端面図である。
【図６】は、１つのテーパ真性領域を有する１つのＰＩＮ光検出器の一実施形態を示す１つの近接平面図である。
【図７Ａ】図１のそれと同様であるが、１つのテーパ導波管区域を含まない１つの光検出器装置に関する、１つのＰＩＮ検出器の真性領域の中に結合された光の時間平均強度Ｉ（任意の単位）対真性領域に沿った距離Ｄ（ミクロン）の１つのシミュレーションに基づく１つのグラフである。
【図７Ｂ】光検出器装置が１つの水平テーパ区域を含む点を除いて、図７Ａと同様の１つのグラフである。
【図８】本発明の光検出器装置の複数の実施形態のいずれか１つを使用する１つの電気光学的システムの一実施形態を示す１つの模式図である。
【図１】
2005534178.tif 000003
【図２】
2005534178.tif 000004
【図３】
2005534178.tif 000005
【図４】
2005534178.tif 000006
【図５】
2005534178.tif 000007
【図６】
2005534178.tif 000008
【図７Ａ】
2005534178.tif 000009
【図７Ｂ】
2005534178.tif 000010
【図８】
2005534178.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月29日(2005.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
テーパ区域を有する光導波管と、
真性領域を有する光検出器と、
を備え、
前記光検出器が、前記真性領域がエバネッセント結合によって前記光導波管に光学的に結合されるように、前記テーパ区域に隣接して配置されている、
装置。
【請求項２】
前記光導波管は、前記テーパ区域内で前記光導波管の寸法が減少することによって、光波中のエネルギーを強制的に前記真性領域中に送出する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記テーパ区域が前記光検出器の前端から終端まで境界面に水平方向に寸法が減少する水平テーパを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記テーパ区域の前記水平テーパに対応して、前記テーパ区域のテーパに一致するテーパが前記真性領域に付けられている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記テーパ区域が前記光検出器の前端から終端まで境界面に鉛直方向に寸法が減少する鉛直テーパを備える、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記テーパ区域が前記光検出器の前端から終端まで境界面に鉛直方向に寸法が減少する鉛直テーパを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記テーパ区域が第１の長さを有し、かつ前記真性領域が前記第１の長さに実質的に等しい第２の長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記テーパ区域のテーパの度合いは、前記光導波管から前記真性領域までのエネルギー伝達において、前記真性領域とのエバネッセント結合以外のエネルギーの反射または損失が最小限であるように選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
装置であって、
真性領域によって分離された対向するｐ型電極およびｎ型電極を有する光検出器と、
コアおよびテーパ区域を有する光導波管と、
を備え、
前記テーパ区域が、前記コアおよび真性領域がエバネッセント結合されるように前記真性領域に隣接して配置されている、
装置。
【請求項１０】
前記コアは、クラッドによって包囲されており、
前記光導波管は、前記テーパ区域内で前記コアの寸法が減少することによって、光波中のエネルギーを強制的に前記真性領域中に送出する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記テーパ区域が前記光検出器の前端から終端まで境界面に水平方向に寸法が減少する水平テーパと前記光検出器の前端から終端まで境界面に鉛直方向に寸法が減少する鉛直テーパのうちの少なくとも１つを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記テーパ区域が前記水平テーパを備え、かつ前記真性領域に前記テーパ区域のテーパに一致するテーパが付けられている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記真性領域の幅は、前記コア幅に実質的に等しい、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ｎ型電極およびｐ型電極に、前記テーパ付きの真性領域を受け入れるようにテーパが付けられている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記真性領域は前記テーパ区域の中の前記コアに直接的に密接に接触している、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
システムであって、
テーパ区域を備え、光波を導波する光導波管と、真性領域を備える光検出器とを有する光検出器装置であって、前記真性領域は、前記テーパ区域に隣接して配置され、かつそれにエバネッセント結合され、前記光検出器は、前記真性領域にエバネッセント結合された光に応答して、前記光波から電気信号を発生させることができる、光検出器装置と、
前記光波を発生させることが可能であり、かつ前記光導波管の入力端に結合されている第１のデバイスと、
前記光検出器に電気的に結合され、更に前記電気信号を受信しかつ処理できる第２のデバイスと、
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記テーパ区域が、水平テーパと鉛直テーパのうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記テーパ区域が水平テーパを備え、かつ前記真性領域にテーパが付けられている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記真性領域がシリコンを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記真性領域はゲルマニウムを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
方法であって、
テーパ区域を有する光導波管の中で光波を導波する段階と、
前記テーパ区域に隣接する光検出器の真性領域に前記光波をエバネッセント結合する段階と、
を備える方法。
【請求項２２】
前記光導波管の入力端に光学的に結合された第１のデバイスによって、前記光波を発生させる段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記光検出器によって電気信号を発生させる段階を更に備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記光検出器に電気的に結合された第２のデバイスによって、前記電気信号を受信しかつ処理する段階を更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記テーパ区域に、水平テーパと鉛直テーパのうちの少なくとも１つを設ける段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
方法であって、
テーパ区域を有する光導波管の中で光波を伝搬する段階と、
前記テーパ区域からの光を光検出器の真性領域にエバネッセント結合することによって、前記テーパ区域に隣接する光検出器の中で前記光波を検出する段階と、
を備える方法。
【請求項２７】
水平テーパを有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
鉛直テーパを有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
鉛直テーパと水平テーパの両方を有するように前記テーパ区域を形成する段階を更に備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記光波を検出する段階に応答して電気信号を発生させる段階と、
前記光検出器に電気的に結合されたデバイスによって前記電気信号を処理する段階とを更に備える、請求項２６に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
光電気通信およびチップ相互接続のような、複数の光信号を伝送し、かつそれらを高い複数のデータ電送率の複数の電気信号に変換することを伴う数多くの光波応用例が存在する。このような伝送および変換を実行するためのシステムは、光信号の速度および帯域幅に適合した１つの光検出器を必要とするのが通常である。好ましい複数の光検出器は、複数のＰＩＮ（ｐ型／真性／ｎ型）半導体（例えば、ＳｉまたはＧｅ）検出器であるが、このような複数の検出器は１つの高速の（すなわち、ＧＨｚ）の周波数応答を有し得るからである。なお、本出願の国際調査、又は対応米国出願の米国での審査において、下記の特許文献及び非特許文献が発見されている。
【特許文献１】特開昭６３−２７８２８１号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第１８７９７９号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第４４６０５６号明細書
【特許文献４】特開平６−２０４５４９号公報
【特許文献５】米国特許第６３１０９９５号明細書
【特許文献６】米国特許第５９１００１２号明細書
【特許文献７】米国特許第６６４６３１７号明細書
【非特許文献１】A. Umbach, et al., "Waveguide Integrated 1.55μm Photodetector with 4.5GHz Bandwidth", Electronics Letters, Nov. 7, 1996, IEE Stevenage,32, No. 23, pp. 2143-2145
【国際調査報告】
2005534178.tif 000012
2005534178.tif 000013
2005534178.tif 000014