特表 2023-514057 パワーフォトダイオード、光ファイバのパワーフォトダイオードへの接続方法、および、光ファイバ給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-05

(54)【発明の名称】パワーフォトダイオード、光ファイバのパワーフォトダイオードへの接続方法、および、光ファイバ給電システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0232 20140101AFI20230329BHJP

   H01S 5/02251 20210101ALI20230329BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20230329BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20230329BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20230329BHJP

   H02J 50/30 20160101ALI20230329BHJP

   H04B 10/80 20130101ALI20230329BHJP

【ＦＩ】

H01L31/02 C

H01S5/02251

G02B6/42

G02B6/32

H01L31/10 A

H02J50/30

H04B10/80 160

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022544304

(86)(22)【出願日】2021-01-15

(85)【翻訳文提出日】2022-09-21

(86)【国際出願番号】 US2021013760

(87)【国際公開番号】W WO2021167724

(87)【国際公開日】2021-08-26

(31)【優先権主張番号】62/978,281

(32)【優先日】2020-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/930,250

(32)【優先日】2020-07-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518096478

【氏名又は名称】エスエルティー テクノロジーズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＬＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】カードウェル，ドリュー ダブリュ

(72)【発明者】

【氏名】デヴリン，マーク，ピー

【テーマコード（参考）】

2H137

5F173

5F849

5K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AB05

2H137AB06

2H137AB09

2H137AC01

2H137AC02

2H137BA03

2H137BA04

2H137BA06

2H137BA42

2H137BB02

2H137BB12

2H137BB25

2H137BC02

2H137BC51

2H137BC71

2H137BC76

2H137CA15A

2H137CA75

2H137CA77

2H137CA78

2H137CC01

2H137CC05

2H137DB08

2H137DB10

2H137DB12

2H137EA02

2H137EA03

2H137EA04

2H137EA05

2H137HA01

2H137HA05

5F173MA01

5F173MA10

5F173ME44

5F173MF03

5F173MF23

5F849AB07

5F849BA26

5F849BA30

5F849BB20

5F849CB03

5F849CB04

5F849CB11

5F849CB14

5F849CB17

5F849CB18

5F849DA35

5F849FA05

5F849FA16

5F849GA02

5F849HA09

5F849JA01

5F849JA05

5F849JA10

5F849JA11

5F849JA12

5F849JA14

5F849XB05

5K102AN02

5K102AN03

(57)【要約】

本開示によれば、ＩＩＩ族金属窒化物およびガリウム系基板に基づくパワーフォトダイオード構造物およびデバイスの製造および利用に関する技術を提供する。より具体的には、本開示の実施形態は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、および、ＡｌＩｎＧａＮの１つ以上を含むフォトダイオードデバイス、構造物、並びに、デバイスの製造技術を含む。そのような構造物またはデバイスを、光電子デバイス、フォトダイオード、光ファイバ給電受光部などを含む様々な利用例で用いうる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
固定部と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記光学アセンブリは、光学窓を有する光学空洞領域を有し、該光学空洞領域は、
前記１つ以上の吸収層、前記第１の非吸収層、および、前記第２の非吸収層を含むデバイス空洞領域と、
前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記デバイス空洞領域を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材と
を含むものであり、
前記固定部は、光ファイバの第１の端部を、前記第１のダイの前記光学窓の表面から第１の距離に配置するように構成されたものである光学アセンブリ。

【請求項2】

前記第１の距離は、約２マイクロメートルと約１０ミリメートルの間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項3】

前記第１の距離は、一定で、約１マイクロメートルと約１ミリメートルの間の許容誤差を有するものである、請求項２に記載の光学アセンブリ。

【請求項4】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面の間の角度αは、ゼロと約５０度の間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項5】

前記光ファイバの主軸と、前記光学窓の前記表面に垂直な方向の間の角度γは、ゼロと約６０度の間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項6】

前記光ファイバの主軸と前記第１のダイの縁部の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項7】

前記角度βは、ゼロと約２０度の間である、請求項６に記載の光学アセンブリ。

【請求項8】

前記光ファイバの主軸と前記第１の平面に垂直な方向の間の角度γは、約０と６０度の間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項9】

光源からの光放射を前記光学窓の前記表面に反射するように構成されたミラーを、
更に含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項10】

光学窓を有する光学空洞領域を含む第２のダイを、
更に含み、
前記ミラーは、前記光源からの光放射を前記第１のダイの前記光学窓の前記表面に反射し、更に、該光源からの光放射を前記第２のダイの前記光学窓の表面に反射するように構成されたものである、請求項９に記載の光学アセンブリ。

【請求項11】

前記光学空洞領域は、第１の光透過部材、および、該第１の光透過部材に光学的に接続された第２の光透過部材を含むものである、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項12】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されて、前記光放射を、該光学窓の前記表面と平行な方向に拡散させるように構成された光結合部材を、
更に含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項13】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されて、前記光放射を、前記第１のダイの縁部と平行な方向に拡散させるように構成された光結合部材を、
更に含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項14】

前記光ファイバの前記第１の端部から受光した光放射を、前記第１のダイの前記デバイス空洞領域に結合するように構成された積分球を、
更に含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項15】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置された光結合部材を、
更に含み、
前記光学窓は、開口部を有する反射電気接続部を含むものであり、前記光結合部材は、前記光放射を前記第１の平面における２つの直交方向に拡散させるように構成されたものである、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項16】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光結合部材の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項１５に記載の光学アセンブリ。

【請求項17】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光結合部材の間にファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項１６に記載の光学アセンブリ。

【請求項18】

前記デバイス空洞領域は、ｎ側反射電気接続部およびｐ側反射電気接続部を更に含み、前記光学窓は、該ｎ側反射電気接続部と該ｐ側反射電気接続部の一方の中に配置されたものである、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項19】

前記光学窓は、前記電磁波を受信するように構成された表面を含み、前記第１のダイの縁部上に配置されたものであり、該光学窓の該表面の面積は、該第１のダイの該縁部の面積の約１％と約２０％の間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項20】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項１９に記載の光学アセンブリ。

【請求項21】

光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
光学要素と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記第１のダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、
前記デバイス空洞領域は、前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものであり、
前記光学要素は、光放射を光ファイバから受光し、該受光した光放射を前記光学窓の少なくとも一部に伝送するように構成されたものである光学アセンブリ。

【請求項22】

前記光学要素は、光導波路または光結合部材を含むものである、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項23】

前記光ファイバは、主軸と、前記第１のダイの前記光学窓の表面から第１の距離に配置された放射出射端部とを含むものである、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項24】

前記光ファイバの放射出射端部と前記光学窓の間に配置された光ファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項25】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面の間の角度αは、ゼロと約５０度の間である、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項26】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記光学窓の表面の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項27】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１のダイの縁部の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項28】

前記角度βは、ゼロと約２０度の間である、請求項２７に記載の光学アセンブリ。

【請求項29】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面に垂直な方向の間の角度γは、約０と約６０度の間である、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項30】

前記光学要素は、前記光放射を、前記第１のダイの縁部と平行な方向に拡散させるように構成されたものである、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項31】

前記光学要素は、前記光放射を、前記第１の平面における２つの直交方向に拡散させるように構成されたものである、請求項２１に記載の光学アセンブリ。

【請求項32】

光学デバイスにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含むダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであるダイを
含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さ、および、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面を有するものであり、
前記ダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、
前記デバイス空洞領域は、前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものである光学デバイス。

【請求項33】

前記少なくとも２つの対向する反射部材は、更に、前記１つ以上の吸収層から出射された発光を内部反射させるように構成されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項34】

前記光学窓の面積は、前記吸収層表面の表面積の４０％未満である、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項35】

前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面から２０度以内の方向に伝播させるように構成されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項36】

前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面から２０度と８０度の間の方向に伝播させるように構成されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項37】

前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面の垂線から１０度以内の方向に伝播させるように構成されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項38】

前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、（０００１）または（０００－１）から５度以内である、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項39】

前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、｛１０－１０｝または｛１１－２０｝の一方から５度以内である、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項40】

前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝、｛２１－３±１｝、または、｛３０－３±４｝の１つから５度以内である、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項41】

前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層は、各々、約１０^８ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項42】

ガリウム含有窒化物を含む基板を、
更に含み、
前記基板は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって定量化された場合、
Ｏ、Ｈ、および、Ｃの各々、約１×１０^１６ｃｍ^－３と１×１０^１９ｃｍ^－３の間、約１×１０^１６ｃｍ^－３と２×１０^１９ｃｍ^－３の間、および、１×１０^１７ｃｍ^－３未満である不純物濃度と、
Ｆ、Ｃｌ、Ｎａ、および、Ｋの少なくとも１つの約１×１０^１５ｃｍ^－３と１×１０^１９ｃｍ^－３の間である不純物濃度とを有するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項43】

基板を、
更に含み、
前記基板は、特徴物のパターン状アレイを、該基板と前記第１および第２の非吸収層の少なくとも１つとの間の界面に含むものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項44】

前記パターン状アレイの特徴物のピッチは、約０．２マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間であり、該特徴物は、約０．１マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間の高さ、および、０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の幅を有するものである、請求項４３に記載の光学デバイス。

【請求項45】

基板と、
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記第１の非吸収層は、前記基板の第１の面の上に積層され、前記ｎ側反射電気接続部は、該基板の該第１の面と反対側の該基板の第２の面と電気接続し、前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層と電気接続するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項46】

不連続ｐ電極および反射金属層を含むｐ側反射電気接続部を、
更に含む、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項47】

ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記ｎ側反射電気接続部と前記ｐ側反射電気接続部の少なくとも一方は、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、Ａｌ_２Ｏ_３、または、ＭｇＦ_２の少なくとも１つを含む誘電層を含むものである、請求項４６に記載の光学デバイス。

【請求項48】

ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
少なくとも１つのビアが前記第２の非吸収層および前記１つ以上の吸収層に侵入し、
前記ｎ側反射電気接続部は、前記第１の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と直に電気接続し、
前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された前記半透明電流拡散層と電気接続するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項49】

光透過部材と、
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記ｎ側電気接続部は、前記光透過部材の第１の面と反対側の該光透過部材の第２の面、および、前記第１の非吸収層の一方、若しくは、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続し、前記ｐ側反射電気接続部は、該第２の非吸収層、または、該第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続し、該ｎ側およびｐ側反射電気接続部の少なくとも一方は、該光透過部材に対して横方向に配置されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項50】

前記光透過部材に対して横方向に配置された前記ｎ側およびｐ側反射電気接続部の前記少なくとも一方は、前記第１の非吸収層と電気接続するものである、請求項４９に記載の光学デバイス。

【請求項51】

ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
少なくとも１つのビアは、前記第１の非吸収層および前記１つ以上の吸収層に侵入し、
前記ｎ側反射電気接続部は、前記第１の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と直に電気接続し、
前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層、または、該第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項52】

前記少なくとも２つの対向する反射部材は、ｎ側反射電気接続部およびｐ側反射電気接続部を含み、該ｎ側反射電気接続部および該ｐ側反射電気接続部は、前記光学空洞領域内で光の伝播方向を約３０度より大きく変化させるように構成されたものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項53】

前記吸収層は、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の波長に対応するバンドギャップを有するものである、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項54】

前記ダイの少なくとも１つの縁部と接触する少なくとも１つの吸収層縁部パッシベーション部を、
更に含む、請求項３２に記載の光学デバイス。

【請求項55】

前記縁部パッシベーション部は、ＡｌＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、または、Ｓｉ_ｕＡｌ_ｖＯ_ｘＮ_ｙの少なくとも１つを含むものである、請求項５４に記載の光学デバイス。

【請求項56】

光学デバイスにおいて、
光学窓、および、ｎ型第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された少なくとも２つの吸収層を含むダイであって、該吸収層および該非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^７ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであるダイを
含み、
別体のｎ接続部が、前記第１の非吸収層上に配置され、ｐ型接続部が前記第２の非吸収層上に配置されたものである光学デバイス。

【請求項57】

光学アセンブリにおいて、
少なくとも１つのレーザダイオードと、
少なくとも１つの光ファイバと、
少なくとも第１のフォトダイオードと
を含み、
前記レーザダイオードは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含む少なくとも１つの活性層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^７ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、
前記第１のフォトダイオードは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含む少なくとも１つの吸収層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、
前記レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、
前記第１のフォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものである光学アセンブリ。

【請求項58】

前記レーザダイオードは、４００ナノメートルと４１０ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、前記フォトダイオードは、４００ナノメートルと４６０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものであるか、
前記レーザダイオードは、４４０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、前記フォトダイオードは、４４０ナノメートルと５００ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものである、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項59】

少なくとも１つの光ファイバは、分岐構造物を有するものである、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項60】

少なくとも１つの光学分配デバイスを、
更に含む、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項61】

レーザダイオードパワーを少なくとも１つの制御されたＡＣ周波数で変調し、フォトダイオード信号をＤＣパワーコンポーネントと、該少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントとに分けるように構成された制御モジュールを、
更に含む、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項62】

前記ＡＣ信号コンポーネントを、オーディオ周波数で変調し、前記モジュールは、ヘッドホンまたはオーディオスピーカーに接続されたものである、請求項６１に記載の光学アセンブリ。

【請求項63】

前記変調されたレーザダイオードパワー、および、前記フォトダイオードパワーの前記変調されたＡＣコンポーネントの振幅は、前記対応するＤＣコンポーネントの１０％未満である、請求項６１に記載の光学アセンブリ。

【請求項64】

前記ＤＣパワーコンポーネントを電力に変換するように構成された前記第１のフォトダイオードは、更に、前記少なくとも１つの制御された周波数の前記ＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成されたものである、請求項６１に記載の光学アセンブリ。

【請求項65】

別体の信号光検出器デバイスを、
更に含み、
前記別体の信号光検出器デバイスは、前記少なくとも１つの制御された周波数の前記ＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成されたものである、請求項６１に記載の光学アセンブリ。

【請求項66】

前記別体の信号光検出器デバイスは、前記光ファイバの端部と前記第１のフォトダイオードの間に配置されたものである、請求項６５に記載の光学アセンブリ。

【請求項67】

前記別体の信号光検出器デバイスは、光結合部材に近接して配置され、該光結合部材は、前記光ファイバの端部と前記第１のフォトダイオードの間に配置されたものである、請求項６５に記載の光学アセンブリ。

【請求項68】

前記少なくとも１つのレーザダイオードは、少なくとも２つのレーザダイオードを含むものであり、前記少なくとも１つのフォトダイオードは、少なくとも２つのフォトダイオードを含むものであり、前記光学アセンブリは、少なくとも２つの異なる方向の信号通信を可能にするように構成されたものである、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項69】

前記少なくとも１つのフォトダイオードは、光パワーの入力および出力の両方のために構成されたものである、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項70】

前記レーザダイオードに対する前記フォトダイオードの回転を適応させる少なくとも１つの非剛性または非接触の光結合部を、
更に含む、請求項５７に記載の光学アセンブリ。

【請求項71】

光学アセンブリにおいて、
少なくとも１つのレーザダイオードと、
少なくとも１つの光ファイバと、
少なくとも１つのフォトダイオードと
を含み、
前記レーザダイオードは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含む少なくとも１つの活性層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^７ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、
前記フォトダイオードは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含む少なくとも１つの吸収層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、
前記レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、
前記フォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものであり、
前記フォトダイオードからの電力を用いて、モノのインターネットセンサまたはアクチュエータ、若しくは、パーソナル電子アプリケーションに電力を供給する光学アセンブリ。

【請求項72】

蛍光体、ヒートシンク、遠視野分布光を形成する反射型または透過型光学部材、センサ、および、制御システムの少なくとも１つを含む照明システムを、
更に含む、請求項７１に記載の光学アセンブリ。

【請求項73】

前記照明システムは、照明器具を含むものである、請求項７２に記載の光学アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、光ファイバを通したパワー伝送技術に関し、特に、バルクガリウムおよび窒素を含む極性、半極性または非極性材料上に製造された高電流密度パワーフォトダイオード構造物およびデバイスについての技術に関する。本発明を、光エネルギーの電気エネルギーへの変換、特に、光ファイバ、他の光電子デバイスおよび同様の製品を介した変換を含む利用例に適用しうる。

【背景技術】

【0002】

電力は、典型的には、例えば、銅線などの電線を通して伝送される。しかしながら、そのような電線は、重く、取扱いが難しく、高価であり、更に、伝送される電力が電磁干渉を受けうる。これらの制約のいくつかは、光ファイバを通して電力を伝送することで解決しうるが、残念ながら、そのようなアプローチは、現在の能力では、採算面から実現できないままである。更に、現在のアプローチは、概して、赤外線波長の光を用いるものであり、それは、可視光または可視光放射と比べて、周囲環境の温度変化の影響を受け易いなど、不利である。

【0003】

窒化ガリウム（ＧａＮ）系光電子および電子デバイスは、商品として極めて重要である。これらのデバイスのうち、最良に開発されたものは、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオードを含み、ＧａＮ系パワーダイオードおよびトランジスタの重要性が高まっている。更に、新たな利用例への関心もある。非特許文献１は、電力を、レーザダイオードを用いて光パワーに変換し、光パワーを光ファイバに結合して遠隔位置に伝送し、次に、光パワーを、フォトダイオードを用いて電力に再変換する利用例を記載している。レーザダイオードとフォトダイオードは、いずれも、ＧａＮ‐ｏｎ‐サファイアのデバイスに基づくもので、システム性能は比較的低かった。１７％の効率が報告されたフォトダイオードは、特に問題があった。ＧａＮ系太陽電池も、多数のグループによって報告されてきたが、典型的には、低いパワー（約１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ^２））の利用例について、ＧａＮ‐ｏｎ‐サファイアの構造物を用いるものだった。他の材料系についてよく知られた集光型太陽電池構造物でさえ、本発明の主要な焦点である電流密度について、概して低い電流密度の生成が可能なだけである。

【0004】

レーザダイオードの場合は、ＧａＮ‐ｏｎ‐ＧａＮのデバイスで優れた性能および信頼性が得られることが知られており、それは、欠陥密度を大きく削減し、長年に亘って最適化および改良が行われてきたものである。フォトダイオードの場合について行われてきた研究は、かなり少なかった。例えば、Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎらの特許文献１は、パワーダイオード利用ではなく光検出器での利用を意図したＧａＮ‐ｏｎ‐ＧａＮのフォトダイオードを開示している。

【0005】

近赤外線波長のＧａＡｓ系レーザおよびフォトダイオードを用いた関連する利用例も開示されている。それでも、窒化物系フォトダイオードは、対応するＧａＡｓ系デバイスおよびシステムと比べてバンドギャップが大きいことから、高温および高入力パワーレベルにおいて、かなり高い開回路電圧および優れた効率を可能にするはずである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第６，８０６，５０８号明細書

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｄｅ Ｓａｎｔｉ共著、Ｍａｔｅｒｉａｌ １１，１５３（２０１８）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

このように、ＧａＮ系パワーフォトダイオード、および、そこへの光結合方法を改良する技術が、非常に望まれることが分かる。更に、上記問題を解決するシステム、デバイス、および、方法も必要である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の実施形態は、第１の表面および第２の表面を有する基板を含むフォトダイオード構造物を提供しうるもので、基板の第２の表面は、第１の表面の反対側であり、基板は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物であり、基板の第１の表面は、（０００１）＋ｃ面、｛１０－１０｝ｍ面、または、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝の１つから選択した半極性面から５度以内か、若しくは、（０００－１）から、２度と５度の間の角度で異なる結晶方位を有する。フォトダイオード構造物は、基板の第１の表面の上に配置されたｎ型層およびｐ型層も含み、ｎ型層およびｐ型層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、少なくとも１×１０^１７ｃｍ^－３のドーパント濃度を有するものであり、１つ以上の吸収層は、ｎ型層とｐ型層の間に配置され、１つ以上の吸収層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^９ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、ｐ側電気接続層は、ｐ型層の上に配置されて、ｐ側電気接続層は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長について、少なくとも７０％の平均反射率、および、３×１０^－３Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有するものであり、ｎ側電気接続層は、基板の第２の表面の上に配置されて、ｎ側電気接続層は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長について、少なくとも７０％の平均反射率、および、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有するものであり、更に、フォトダイオード構造物は、受光面を有し、受光面は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長を有し、ある角度で受光面に入射する光を、ｎ側電気接続層、および、ｐ側電気接続層から、少なくとも１回、反射させるように位置合わせされる。フォトダイオード構造物は、少なくとも１０Ａｃｍ^－２の電流密度を生じる光照射レベル条件下で少なくとも５０％のフィルファクタも、特徴としうる。

【0010】

本開示の実施形態は、更に、１つ以上の吸収層、ｎ型層およびｐ型層、キャリア基板、ｐ側電気接続層、ｐ側反射層、ｎ側電気接続層、ｎ側反射層、並びに、受光面を含むフォトダイオード構造物を提供しうるもので、１つ以上の吸収層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１であり、１つ以上の吸収層は、ｎ型層の上に配置され、ｐ型層は、１つ以上の吸収層の上に配置され、キャリア基板は、第１の表面および第２の表面を有し、キャリア基板の第１の表面は、ｐ型層の上、または、ｎ型層の下に配置され、ｐ側電気接続層は、ｐ型層と電気接続して配置され、ｐ側電気接続層は、３×１０^－３Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有し、ｐ側反射層は、ｐ型層、および、キャリア基板の第２の表面の一方の上に配置され、ｐ側反射層は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長について、少なくとも７０％の平均反射率を有し、ｎ側電気接続層は、ｎ型層と電気接続して配置され、ｎ側電気接続層は、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有し、ｎ側反射層は、ｎ側層、および、キャリア基板の第２の表面の一方の上に配置され、ｎ側反射層は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長について、少なくとも７０％の平均反射率を有し、受光面は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長を有し、ある角度で受光面に入射する光を、ｎ側反射層、および、ｐ側反射層から、少なくとも１回、反射させるように位置合わせされる。ｎ型層およびｐ型層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、少なくとも１×１０^１６ｃｍ^－３のドーパント濃度を有する。キャリア基板は、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長で略透明である。

【0011】

本開示の実施形態は、更に、第１の表面、第２の表面、および、第３の表面を有する基板、ｎ型層およびｐ型層、１つ以上の吸収層、ｐ型電極層、ｎ型電極層、並びに、受光面を含むフォトダイオード構造物を提供しうるもので、ｎ型層およびｐ型層は、基板の第１の表面の上に配置され、１つ以上の吸収層は、ｎ型層とｐ型層の間に配置され、ｐ型電極層は、ｐ型層の上に配置され、ｎ型電極層は、基板の第２の表面の上に配置され、第３の表面は、受光面を含み、そこを通して受光した光を、ｎ型電極層とｐ型電極層の間で少なくとも１回、反射させるように構成される。ｎ型電極層は、その中に形成されたアレイ状の開口部を含み、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長で、少なくとも７０％の平均反射率を有する。ｐ型電極層は、その中に形成されたアレイ状の開口部を含み、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長で、少なくとも７０％の平均反射率を有する。１つ以上の吸収層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^９ｃｍ^－２未満の転位密度を有する。ｎ型層およびｐ型層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、少なくとも１×１０^１６ｃｍ^－３のドーパント濃度を有する。基板の第２の表面は、第１の表面の反対側であり、基板の第３の表面は、第１および第２の表面に対して、ある角度で位置合わせされ、基板は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物であり、基板の第１の表面は、（０００１）＋ｃ面、｛１０－１０｝ｍ面、または、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝の１つから選択された半極性面から５度以内か、若しくは、（０００－１）から、２度と５度の間の角度で異なる結晶方位を有する。

【0012】

本開示の実施形態は、ｎ型層とｐ型層の間に位置する１つ以上の吸収層を含むフォトダイオード構造物を含みうるものであり、吸収層、並びに、ｎ型層およびｐ型層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^９ｃｍ^－２未満の転位密度を有し、第１および第２の非吸収層は、各々、少なくとも１×１０^１６ｃｍ^－３のドーパント濃度を特徴とし、吸収層は、約３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長を有する光を効率的にパワー変換するように構成され、構造物は、少なくとも１０Ａｃｍ^－２の電流密度を生じる光照射レベル条件下で、少なくとも５０％のフィルファクタを特徴とする。

【0013】

本開示の実施形態は、更に、第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含むダイを含む光学デバイスを提供しうるもので、１つ以上の吸収層、並びに、第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものであり、１つ以上の吸収層は、各々、第１の方向に測定した厚さ、および、第１の平面と平行で第１の方向に垂直に向いた吸収層表面を有し、ダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、デバイス空洞領域は、光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものである。

【0014】

本開示の実施形態は、更に、光学窓、および、少なくとも２つの吸収層を含むダイを含む光学デバイスを提供しうるもので、少なくとも２つの吸収層は、ｎ型第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置され、吸収層および非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有し、別体のｎ型接続部は、第１の非吸収層上に配置され、ｐ型接続部は、第２の非吸収層上に配置される。

【0015】

本開示の実施形態は、更に、少なくとも１つのレーザダイオード、少なくとも１つの光ファイバ、および、少なくとも１つのフォトダイオードを含む光ファイバ給電モジュールを提供しうる。レーザダイオードは、少なくとも１つの活性層を含み、少なくとも１つの活性層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１であり、約１０^７ｃｍ^－２未満の転位密度を有する。レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成される。フォトダイオードは、少なくとも１つの吸収層を含み、少なくとも１つの吸収層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有する。フォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成される。

【0016】

本開示の実施形態は、更に、少なくとも１つのレーザダイオード、少なくとも１つの光ファイバ、および、少なくとも１つのフォトダイオードを含む光ファイバ給電システムを提供しうるもので、フォトダイオードからの電力を用いて、モノのインターネットセンサまたはアクチュエータ、若しくは、パーソナル電子装置に電力を供給する。レーザダイオードは、少なくとも１つの活性層を含み、少なくとも１つの活性層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^７ｃｍ^－２未満の転位密度を有する。レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成される。フォトダイオードは、少なくとも１つの吸収層を含み、少なくとも１つの吸収層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有する。フォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成される。

【0017】

光ファイバ給電モジュール、または、光ファイバ給電システムは、更に、少なくとも１つの光学分配デバイス、および／または、制御モジュールを含み、レーザダイオードのパワーを少なくとも１つの制御されたＡＣ周波数で変調し、フォトダイオード信号を、ＤＣパワーコンポーネントと、少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントとに、分離する。いくつかの場合において、レーザダイオードパワーおよびフォトダイオードパワーの変調されたＡＣコンポーネントの振幅は、対応するＤＣコンポーネントの振幅の１０％未満である。いくつかの実施形態において、ＡＣ信号コンポーネントは、可聴周波数で変調され、モジュールは、ヘッドホンまたはオーディオスピーカーに接続される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントを、ＤＣパワーコンポーネントの電力への変換も行うのと同じフォトダイオードを用いて検出する。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントは、別体の信号光検出器デバイスを用いて検出される。いくつかの実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、光ファイバの端部と１つのフォトダイオードの間に配置される。いくつかの実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、光結合部材に近接して配置され、光結合部材は、光ファイバの端部と１つのフォトダイオードの間に配置される。いくつかの実施形態において、光ファイバ給電システムは、更に、光結合部材の中に内部反射部を含み、内部反射部は、金属、誘電体、および、空隙部の少なくとも１つを含み、約１ミリメートル未満の最大寸法を有する。

【0018】

光ファイバ給電モジュール、または、光ファイバ給電システムのいくつかの実施形態において、光ファイバは、分岐構造物を有する。光ファイバ給電モジュール、または、光ファイバ給電システムのいくつかの実施形態において、少なくとも１つのレーザダイオードは、少なくとも２つのレーザダイオードを含み、少なくとも１つのフォトダイオードは、少なくとも２つのフォトダイオードを含み、モジュールは、少なくとも２つの異なる方向に信号通信が可能なように構成される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのフォトダイオードは、光パワーの入力および出力の両方を行うように構成される。光ファイバ給電モジュールのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの非剛性または非接触の光結合を用いて、レーザダイオードに対するフォトダイオードの回転を適応させる。いくつかの実施形態において、光ファイバ給電システムは、更に、蛍光体、ヒートシンク、遠視野分布光を形成する反射型または透過型光学部材、センサ、および、制御システムの少なくとも１つを含む照明システムを含む。照明システムは、照明器具を含みうる。

【0019】

本開示の実施形態は、更に、第１のダイ、および、固定部を含む光学アセンブリを提供しうる。第１のダイは、第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層、および、光学窓を有する光学空洞領域を含み、１つ以上の吸収層、並びに、第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１であり、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有し、固定部は、光ファイバの第１の端部を、第１のダイの光学窓の表面から第１の距離に配置するように構成される。１つ以上の吸収層は、各々、第１の方向に測定した厚さ、および、第１の平面と平行で、第１の方向に垂直に向いた吸収層表面を有する。光学空洞領域は、デバイス空洞領域を含み、デバイス空洞領域は、１つ以上の吸収層、第１の非吸収層、第２の非吸収層、および、少なくとも２つの対向する反射部材を含み、少なくとも２つの対向する反射部材は、光学窓を通って入射する電磁波を、内部反射させて、デバイス空洞領域を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成される。

【0020】

本開示の実施形態は、更に、１つのダイを含む光学アセンブリを提供しうるもので、第１のダイは、第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含み、１つ以上の吸収層、並びに、第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１であり、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有し、光学窓を有するデバイス空洞領域を有する。光学アセンブリは、更に、光ファイバから光放射を受光し、受光した光放射を光学窓の少なくとも一部に伝送するように構成された光学要素を含みうる。１つ以上の吸収層は、各々、第１の方向に測定した厚さ、および、第１の平面と平行で、第１の方向に垂直に向いた吸収層表面を有する。デバイス空洞領域は、少なくとも２つの対向する反射部材を含み、少なくとも２つの対向する反射部材は、光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成される。

【0021】

ここまで簡単に記載した本開示の特徴が詳しく分かるように、本開示を、実施形態を参照して、より詳しく記載し、そのいくつかを添付の図面に示している。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態を示したものにすぎず、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、他の同等に効果的な実施形態も認めうる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本開示の実施形態により用意した窒化物系パワーフォトダイオード構造物を簡単に示す図である。

【図2】本開示の実施形態により用意した代わりの窒化物系パワーフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図3】本開示の実施形態により用意した他の代わりの窒化物系パワーフォトダイオード構造物を簡単に示す図である。

【図4】本開示の実施形態によるフォトダイオードについて、フィルファクタの定義を簡単に示す図である。

【図5】本開示の第１の比較例によるフォトダイオードの光照射された時の電流‐電圧の振る舞い、および、フィルファクタを示す概略図である。

【図6】本開示の第２の比較例によるフォトダイオードの光照射された時の電流‐電圧の振る舞い、および、フィルファクタを示す概略図である。

【図7】本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物内の半導体層の概略を簡単に示す図である。

【図8A】本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物について、光電流を、印加した電圧の関数として簡単に示す図である。

【図8B】局所バンド構造を、本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物内の位置の関数として簡単に示す図である。

【図9A】本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物について、光電流を、印加した電圧の関数として簡単に示す図である。

【図9B】局所バンド構造を、本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物内の位置の関数として簡単に示す図である。

【図10A】本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物について、光電流を、印加した電圧の関数として簡単に示す図である。

【図10B】局所バンド構造を、本開示の実施形態によるフォトダイオード構造物内の位置の関数として簡単に示す図である。

【図11】本開示の実施形態による光照射されたフォトダイオードについて、光電流を、印加した電圧の関数として簡単に示す図である。

【図12】本開示の実施形態による光照射されたパッケージングされたフォトダイオードについて、光電流を、印加した電圧の関数として簡単に示す図である。

【図13A】本開示の実施形態により用意した他の代わりの窒化物系パワーフォトダイオード構造物を簡単に示す図である。

【図13B】本開示の実施形態による窒化物系パワーフォトダイオード構造物から基板を取り外す方法を簡単に示す図である。

【図13C】本開示の実施形態による窒化物系パワーフォトダイオード構造物から基板を取り外す方法を簡単に示す図である。

【図13D】本開示の実施形態により用意した他の代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図14A】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオード構造物を簡単に示す図である。

【図14B】本開示の実施形態により用意したフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図14C】本開示の実施形態により用意したフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図15】本開示の１つ以上の実施形態によるＩｎＧａＮ／ＧａＮフォトダイオード構造物の光照射された時のＩ‐Ｖ性能特性の表を含む。

【図16A】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図16B】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図16C】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図17A】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図17B】本開示の実施形態により用意した代わりのフォトダイオードダイを簡単に示す図である。

【図18A】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図18B】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図18C】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図18D】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図18E】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す平面図である。

【図19A】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図19B】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図19C】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図19D】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図19E】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図20A】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図20B】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図20C】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面面図である。

【図20D】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面面図である。

【図20E】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す平面図である。

【図21A】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図21B】本開示の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイに入射し、その中を進む光路を簡単に示す図である。

【図22A】本開示の他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図22B】本開示の他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す側面図である。

【図22C】本開示の他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図22D】本開示の他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図22E】本開示の他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す平面図である。

【図23A】本開示の更に他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図23B】本開示の更に他の代わりの実施形態によるアレイ状のフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図24A】本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図24B】本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図24C】本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図25A】電力と変調信号の両方を組み込んだ本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図25B】電力と変調信号の両方を組み込んだ本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図25C】電力と変調信号の両方を組み込んだ本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図25D】電力と変調信号の両方を組み込んだ本開示のいくつかの実施形態による光ファイバ給電モジュールの構成を簡単に示す図である。

【図26】詳細釣り合いモデル効率計算を、３００、４００、５００、６００ケルビンの温度における半導体バンドギャップの関数として簡単に示す図である。

【図27A】本開示の更に他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図27B】本開示の更に他の代わりの実施形態によるフォトダイオードダイを簡単に示す断面図である。

【図28】本開示の実施形態による照明システムに接続された光ファイバ給電モジュールを簡単に示す図である。

【図29A】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオードについて光吸収モデルを簡単に示す図である。

【図29B】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオードについて光吸収モデルを簡単に示す図である。

【図30】本開示の実施形態によるパターン基板を簡単に示す図である。

【図31A】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側面図である。

【図31B】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図31C】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す上面図である。

【図31D】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す上断面図である。

【図31E】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す底面図である。

【図32】本開示の実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33A】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33B】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33C】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33D】本開示の代わりの実施形態による光ファイバに接続されパッケージングされたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33E】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33F】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33G】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33H】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図33I】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34A】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34B】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34C】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34D】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34E】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34F】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34G】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34H】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図34I】本開示の代わりの実施形態によるパッケージングされて光ファイバに接続されたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。

【図35A】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図35B】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図35C】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図35D】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図35E】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図35F】本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の光検出器を簡単に示す側断面図である。

【図36】本開示の実施形態によるフォトダイオードダイおよび光ファイバを支持するのに用いる固定部の等角投影図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

分かり易くするために、図面で共通の同一の要素を指すのに、可能な限り同一の参照番号を用いている。更に記載しなくても、一実施形態の要素および特徴を、他の実施形態に有利に取り入れうることを企図している。

【0024】

本開示によれば、ＩＩＩ族金属窒化物およびガリウム系基板に基づくパワーフォトダイオード構造物およびデバイスの製造および利用に関する技術を提供する。より具体的には、本開示の実施形態は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、および、ＡｌＩｎＧａＮの１つ以上を含むフォトダイオードデバイス、構造物、並びに、デバイスの製造技術を含む。そのような構造物またはデバイスを、光電子デバイス、フォトダイオード、光ファイバ給電受光部などを含む様々な利用例で用いうる。

【0025】

既に記載したように、レーザおよびフォトダイオードは、ＧａＡｓ材料系において開発が進んでいる。ヒ化物系と窒化物系の材料物性の主な違いの１つは、ヒ化物の場合は、例えば、ＡｌＧａＡｓを介して、格子定数に最小の影響を与えながら、バンドギャップを容易に変化させうるが、窒化物の場合は、そうではないことである。窒化物吸収層を組み込んだ従来のフォトダイオードパッケージ設計は、入射光の大部分を吸収するには、数百ナノメートル程度の吸収層の厚さを必要としうる。吸収層の吸収係数を、１×１０^５ｃｍ^－１と仮定すると、１回の通過で吸収される光は、５０、１００、２００、３００、および、４００ｎｍの厚さについて、各々、約３９％、６３％、８７％、９５％、および、９８％である。窒化物の場合、そのような厚さで、青色または紫色光を効率的に吸収するのに十分なインジウム（Ｉｎ）を有するＩｎＧａＮは、転位生成または亀裂による緩和を回避するには歪みが大きすぎうる。本発明者らは、この問題を避けるアプローチを見出し、それは、電磁波を長い光路に沿って吸収層を通して送出し、比較的薄い吸収層を含むパワーフォトダイオード構造物を備えた場合でさえ、１００％近い光吸収を実現する方法を含む。この新たなアプローチの更なる利点は、優れた熱放散、ゼロまたは非常に低い格子影損失、および、長い有効少数キャリア寿命を含む。ここで、有効少数キャリア寿命は、吸収層によって放出された光子の再吸収と定義されるフォトンリサイクリングを含む。本明細書では、「光」および「光放射」という用語を交換可能に用いることが多く、別段の記載がない限りは、どちらも、概して１つ以上の波長の電磁波を記載することを意図する。

【0026】

吸収層を通る長い光路を含む配置の利点を適切に生かすために、本明細書において、新たな光結合配置、固定部、および、方法を開示する。新たな光結合方法の更なる利点は、位置合わせの容易さと正確さが改良されたこと、並びに、効率、ロバスト性、耐久性および寿命が改良されたことを含む。

【0027】

更に、積層したエピタキシャル成長層などのフォトダイオード構造物は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）の構造物との類似点と相違点の両方を有する。例えば、ＬＥＤおよびＬＤ構造物は、いずれも、通常、電子ブロッキング層をｐ型層の中に含み、活性領域からの電子損失を最小にし、活性領域内での放射キャリア再結合を促進する。しかしながら、そのような構造物は、フォトダイオード構造物の直列抵抗を増加させて、逆効果となりうる。同様に、ＬＤ構造物は、通常、フォトダイオードの性能を損ないうるクラッディング層、光閉じ込め層、および、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層の１つ以上を含み、それは、本願とは異なる観点から設計されたからである。

【0028】

フォトダイオードについて効果的なエピタキシャル構造物を設計するために、一般的にと、活性層がＩｎＧａＮまたはＧａ（Ｉｎ）Ｎを含むか、それからなる特定の場合との両方において、活性層光吸収および少数キャリア収集効率が高いと、検出感度および動作電流Ｉ_ｍｐが高まる。点欠陥、並びに、転位および積層欠陥などの拡張欠陥の両方の欠陥密度が低いと、ショックリードホール非放射再結合を削減し、それにより、動作電圧Ｖ_ｍｐが高くなる。更に、欠陥密度が低いことで、強力な光条件（つまり、強い光パワー（ワット）条件）下におけるフォトダイオード性能も改良される。フォトダイオードの効率ηは、η＝Ｖ_ｍｐ×Ｉ_ｍｐ／Ｐ_ｉｎと表しうるもので、但し、Ｐ_ｉｎは、入力放射パワーである。

【0029】

フォトダイオードの効率ηを表す他の方法は、図４に概略を示したように、η＝Ｖ_ｏｃ×Ｉ_ｓｃ×ＦＦ／Ｐ_ｉｎ、但し、Ｖ_ｏｃは、開回路電圧であり、Ｉ_ｓｃは、短絡回路電流であり、ＦＦは、フィルファクタである。半導体フォトダイオードの効率ηを表す更に他の方法は、η＝（ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ）×ＯＡ×ＩＱＥ×ＦＦ×Ｅ_ｇ／（ｈν）であり、但し、ｅは、電子の電荷であり、Ｅ_ｇは、半導体のバンドギャップであり、ＯＡは、光吸収率（または、吸収層で吸収された入射光子の割合）であり、ＩＱＥは、内部量子効率（収集された電子正孔対を生じる吸収される光子の割合）であり、ｈは、プランク定数であり、νは、光子周波数である。好適な実施形態において、ＦＦは、５０％より大きいか、６０％より大きいか、７０％より大きいか、８０％より大きいか、または、９０％より大きい。

【0030】

非常に低い光子束について設計され、主にＧａＮ‐ｏｎ‐サファイア構造物を用いて製造された従来のフォトダイオードと比べて、ＧａＮ‐ｏｎ‐ＧａＮ構造物を含む本発明のフォトダイオードは、半導体層の組成およびドーピングを注意深く最適化することと、多数反射励起構造物と用いる際の高い反射力、および、高い電流密度での横方向オーム損失を最小にする非常に低い接続抵抗を有する大面積のｐ側およびｎ側電気接続部とすることとによる高い変換効率を特徴とする。ある実施形態において、現在のフォトダイオード構造物は、図２に概略的に示したように、単一のレーザまたは多数のレーザによって光照射され、その光が、縁部または開口部を通って構造物に入射する利用例のために設計される。ある実施形態において、レーザ光は、フォトダイオード構造物の縁部へ、または、フォトダイオード構造物に形成された開口部に、光ファイバ、レンズまたは導波路を用いて結合される。ある実施形態において、本発明のフォトダイオード構造物は、更に、非常に低い転位密度を取り入れて、電流を高めるための長い少数キャリア拡散長を有し、更に、開回路電圧およびフィルファクタを高めるための長い少数キャリア寿命を有する。更に、本発明のデバイスは、簡単な設計および直列抵抗の削減のために垂直に向けられたパワーデバイスにおける垂直移動を可能にする導電性基板と、屈折率が吸収層と非常に近く、光損失を最小にする透明基板とを含みうる。ある実施形態において、基板は、無極性または半極性結晶方位を有し、最適なデバイス性能とするように分極場の調整が可能である。

【0031】

図１、３は、ＩＩＩ族金属窒化物系フォトダイオード構造物１０００を簡単に示す図であり、図２は、ＩＩＩ族金属窒化物系フォトダイオードダイ１００２を簡単に示す図である。図１を参照すると、基板１０１を備える。ある実施形態において、基板１０１は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物、ガリウム含有窒化物、または、窒化ガリウムを含む。基板１０１は、ＨＶＰＥによって、アモノサーマル法によって、または、フラックス法によって成長されうる。ある実施形態において、基板１０１は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４を、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、または、ケイ素などの材料からなるか、それを含むテンプレート基板１１０１の上に成膜または成長させたテンプレートである。代わりの実施形態において、テンプレート基板１１０１は、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素ゲルマニウム合金、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４スピネル、ＺｎＯ、ＺｒＢ_２、ＢＰ、ＩｎＰ、ＡｌＯＮ、ＳｃＡｌＭｇＯ_４、ＹＦｅＺｎＯ_４、ＭｇＯ、Ｆｅ_２ＮｉＯ_４、ＬｉＧａ_５Ｏ_８、Ｎａ_２ＭｏＯ_４、Ｎａ_２ＷＯ_４、Ｉｎ_２ＣｄＯ_４、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ_２）、ＬｉＧａＯ_２、Ｃａ_８Ｌａ_２（ＰＯ_４）_６Ｏ_２、窒化ガリウム（ＧａＮ）、または、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるか、それを含みうる。基板１０１の大面積面の一方または両方を研磨、および／または、化学機械的に研磨しうる。基板１０１の大面積面１０２は、（０００１）＋ｃ面、（０００－１）－ｃ面、｛１０－１０｝ｍ面、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝、｛２１－３±１｝、または、｛３０－３±４｝から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の結晶方位を有しうる。｛３０－３±４｝面は、｛３０－３４｝面、および、｛３０－３－４｝面を意味することが分かるだろう。大面積面１０２は、（ｈｋｉｌ）半極性方位を有しうるものであり、但し、ｉ＝－（ｈ＋ｋ）であり、ｌ、および、ｈとｋの少なくとも一方は、ゼロではない。ある実施形態において、テンプレート基板１１０１は、サファイアからなるか、それを含み、（０００１）、（１０－１０）、（１０－１２）、（２２－４３）、または、（１１－２３）から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の結晶方位を有する大面積面１０２を有する。ある実施形態において、テンプレート基板１１０１は、サファイアからなるか、それを含み、（０００１）から｛１１－２０｝ａ面、｛１０－１０｝ｍ面、または、ａ面とｍ面の間の中間の面に向かって、約０．５度と約８度の間、または、約２度と約４度の間の角度で異なる方位に向く大面積面１０２を有する。ある実施形態において、テンプレート基板１１０１は、立方体構造、および、｛１１１｝、｛１００｝、｛１１０｝、または、｛１１４｝から、５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の結晶方位を有する大面積面１０２を有する。他の方位も選択しうる。

【0032】

ある実施形態において、テンプレート基板１１０１の表面１１０２はパターン状で、テンプレート基板１１０１と、ｎ型第１の非吸収層１０５、吸収層１０７、任意の第２の非吸収層１０９、並びに、ｐ型層またはｐ型非吸収層１１１の積層物との間の光伝送を容易にする。図３０を参照すると、表面１１０２は、特徴物１１０６のパターン状アレイを含みうる。特徴物１１０６は、円錐、ドーム、半球、三角錐、正四角錐、または、六角錐などを含むか、それからなるものでありうる。他の形状も可能である。特徴物１１０６は、ピッチ１１０８、高さ１１１０、および、幅１１１２によって特徴付けられうる。特徴物１１０６は、正方形状アレイ、矩形状アレイ、または、六角形状アレイに、表面１１０２に亘って配列されうる。他のパターンの特徴物１１０６も可能である。ピッチ１１０８は、約０．２マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間、または、約１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間でありうる。高さ１１１０は、約０．１マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間、または、約１マイクロメートルと約３マイクロメートルの間でありうる。幅１１１２は、約０．１マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間、または、約１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間でありうる。ある実施形態において、テンプレート基板１１０１は、サファイアからなるか、それを含み、（０００１）から約５度以内の結晶方位を有する面１１０２を有する。ある実施形態において、テンプレート基板１１０１を、従来から知られたように、パターンサファイア基板と称しうる。

【0033】

大面積面１０２は、約０．２ミリメートルと約６００ミリメートルの間の最大寸法、および、約０．２ミリメートルと約６００ミリメートルの間の最小寸法を有し、基板１０１は、約１０マイクロメートルと約１０ミリメートルの間、または、約１００マイクロメートルと約２ミリメートルの間の厚さを有しうる。ある実施形態において、基板１０１は、略円形で、１つ以上のオリエンテーションフラットを有する。代わりの実施形態において、基板１０１は、略矩形である。ある実施形態において、大面積面１０２は、約５０ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ，２００ｍｍ、２５０ｍｍ、または、３００ｍｍの最大寸法を有する。大面積面１０２の結晶方位の変化は、大面積面での平均方位に対して、約５度未満、約２度未満、約１度未満、約０．５度未満、約０．２度未満、約０．１度未満、または、約０．０５度未満でありうる。

【0034】

基板１０１の大面積面１０２は、約１０^１０ｃｍ^－２未満、約１０^９ｃｍ^－２未満、約１０^８ｃｍ^－２未満、約１０^７ｃｍ^－２未満、約１０^６ｃｍ^－２未満、約１０^５ｃｍ^－２未満、約１０^４ｃｍ^－２未満、約１０^３ｃｍ^－２未満、または、約１０^２ｃｍ^－２未満の貫通転位密度を有しうる。基板１０１の大面積面１０２は、約１０^４ｃｍ^－１未満、約１０^３ｃｍ^－１未満、約１０^２ｃｍ^－１未満、約１０ｃｍ^－１未満、または、約１ｃｍ^－１未満の積層欠陥密度を有しうる。基板１０１の大面積面１０２は、約５００秒角未満、約３００秒角未満、約２００秒角未満、約１００秒角未満、約５０秒角未満、約３５秒角未満、約２５秒角未満、または、約１５秒角未満の対称なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）を有しうる。基板１０１の大面積面１０２は、少なくとも１つ、または、少なくとも２つの独立した、または、直交した方向に、０．１メートルより大きいか、１メートルより大きいか、１０メートルより大きいか、１００メートルより大きいか、または、１０００メートルより大きい結晶曲率半径を有しうる。特定の実施形態において、基板１０１の大面積面１０２は、約１０^５ｃｍ^－２未満の貫通転位密度、約１０ｃｍ^－１未満の積層欠陥密度、および、約５０秒角未満の対称なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する。基板１０１の転位密度を、ほとんどの従来のフォトダイオードと比べて低下させたことで、フォトダイオードの半導体層の転位密度が低下し、開回路電圧Ｖ_ｏｃが高まり、高い電流密度における効率が高まることが予想される。

【0035】

いくつかの実施形態において、基板１０１は、比較的低い貫通転位密度を有する領域によって分離された比較的高い貫通転位密度を有する領域を含みうる。比較的高い密度の領域における貫通転位密度は、約１０^５ｃｍ^－２より高いか、約１０^６ｃｍ^－２より高いか、約１０^７ｃｍ^－２より高いか、または、約１０^８ｃｍ^－２より高いものでありうる。比較的低い密度の領域における貫通転位密度は、約１０^６ｃｍ^－２未満、約１０^５ｃｍ^－２未満、または、約１０^４ｃｍ^－２未満でありうる。基板１０１は、比較的低い電気伝導率を有する領域によって分離された比較的高い電気伝導率の領域も含むか、別に含みうる。基板１０１は、約１０マイクロメートルと約１００ミリメートルの間、または、約０．１ミリメートルと約１０ミリメートルの間の厚さを有しうる。基板１０１は、少なくとも約５ミリメートル、少なくとも約１０ミリメートル、少なくとも約２５ミリメートル、少なくとも約５０ミリメートル、少なくとも約７５ミリメートル、少なくとも約１００ミリメートル、少なくとも約１５０ミリメートル、少なくとも約２００ミリメートル、少なくとも約３００ミリメートル、少なくとも約４００ミリメートル、または、少なくとも約６００ミリメートルの直径を含む寸法を有しうる。特定の実施形態において、基板１０１は、約２５０マイクロメートルと約６００マイクロメートルの間の厚さ、約１５ミリメートルと約１６０ミリメートルの間の最大横方向寸法または直径を有し、貫通転位密度が約１０^４ｃｍ^－２未満の領域を含む。

【0036】

基板１０１は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４を、テンプレート基板１１０１などの基板の残りの部分から容易に分離するための剥離層１１０３を含みうる。いくつかの実施形態において、テンプレート基板が略透明で、５０ｃｍ^－１未満の光吸収係数を有する場合、剥離層１１０３は、少なくとも１つの波長で、１０００ｃｍ^－１より大きい光吸収係数を有し、それにより、レーザリフトオフ技術によって、例えば、少なくとも１つのデバイス構造物の製造後に基板を取外し可能である。ある実施形態において、剥離層１１０３は、Ｃｏを多くドープしたＧａＮを含むか、それからなり、光吸収係数が全可視光範囲で５０００ｃｍ^－１より大きくなるまで高められる。１つの特定の実施形態において、０．５マイクロメートルと５０マイクロメートルの間の厚さを有する、Ｃｏをドープした剥離層１１０３は、テンプレート基板１１０１の上にアモノサーマルで形成され、ＣｏＦ_２を、鉱化剤への添加剤として用い、テンプレート基板１１０１は、高品質のＧａＮシード結晶からなる。他の特定の実施形態において、Ｃｏをドープした剥離層１１０３は、ＭＯＣＶＤによって、テンプレート基板１１０１（例えば、高品質ＧａＮ基板）の上に、シクロペンタジエニルコバルトジカルボニル（（Ｃ_５Ｈ_５）Ｃｏ（ＣＯ）_２）、コバルト（ＩＩ）アセチルアセトナート（Ｃｏ（ＣＨ_３Ｃ（Ｏ）ＣＨＣ（Ｏ）ＣＨ_３）_２）、トリカルボニルニトロシルコバルト（Ｃｏ（ＣＯ）_３ＮＯ）、二コバルトオクタカルボニル（Ｃｏ_２（ＣＯ）_８）、および、テトラコバルトドデカカルボニル（Ｃｏ_４（ＣＯ）_１２）の少なくとも１つをドーパント前駆体として用いて形成される。更に他の特定の実施形態において、Ｃｏをドープした剥離層１１０３は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）によって、高品質ＧａＮ基板などのテンプレート基板１１０１の上に、シクロペンタジエニルコバルトジカルボニル（（Ｃ_５Ｈ_５）Ｃｏ（ＣＯ）_２）、コバルト（ＩＩ）アセチルアセトナート（Ｃｏ（ＣＨ_３Ｃ（Ｏ）ＣＨＣ（Ｏ）ＣＨ_３）_２）、トリカルボニルニトロシルコバルト（Ｃｏ（ＣＯ）_３ＮＯ）、二コバルトオクタカルボニル（Ｃｏ_２（ＣＯ）_８）、および、テトラコバルトドデカカルボニル（Ｃｏ_４（ＣＯ）_１２）の少なくとも１つをドーパント前駆体として用いて形成される。更に詳しく、米国特許第８，１４８，８０１号明細書に記載されており、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態において、剥離層１１０３は、ＩｎＧａＮを含むか、それからなり、それにより、例えば、少なくとも１つのデバイス構造物の製造後に、光電気化学的エッチング技術によって、基板を取外し可能である。いくつかの実施形態において、ＩｎＧａＮ含有剥離層は、約２ナノメートルと約１００ナノメートルの間、または、約５ナノメートルと約５０ナノメートルの間の厚さを有する。いくつかの実施形態において、剥離層は、下記の吸収層１０７のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する。特定の実施形態において、剥離層１１０３は、ＩｎＧａＮ、および、ＧａＮ、若しくは、ＡｌＧａＮの歪層超格子を含むか、それからなる。いくつかの実施形態において、歪層超格子のインジウム（Ｉｎ）のパーセント（％）は、吸収層１０７のものより高く、ＭＯＣＶＤによって、高品質ＧａＮ基板などのテンプレート基板１１０１の上に成長する。ＩｎＧａＮ剥離層は、更に詳しく、米国特許第８，８６６，１４９号および米国特許出願公開第２０１９／００８８４９５号の各明細書に記載されており、それら内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

【0037】

ある実施形態において、基板１０１は、テンプレート基板１１０１の表面に結合されたか、または、その上に形成された単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４からなるか、それを含む。単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４は、ガリウムを含みうる。単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４は、ＨＶＰＥ、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などによって成膜されうる。単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４は、約１マイクロメートルと約１００マイクロメートルの間、約２マイクロメートルと約２５マイクロメートルの間、または、約３マイクロメートルと約１５マイクロメートルの間の厚さを有しうる。ある実施形態において、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４は、ウルツ鉱型結晶構造、および、（０００１）＋ｃ面、（０００－１）－ｃ面、｛１０－１０｝ｍ面、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝、｛２１－３±１｝、または、｛３０－３±４｝から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の結晶方位を有する。ある実施形態において、核形成層（不図示）が、テンプレート基板１１０１と単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４の間の界面に存在する。ある実施形態において、核形成層は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、および、酸化亜鉛の１つ以上からなるか、それを含む。ある実施形態において、核形成層は、テンプレート基板１１０１の上に、低温ＭＯＣＶＤ、スパッタリング、および、電子ビーム蒸着の少なくとも１つによって成膜される。ある実施形態において、核形成層は、約１ナノメートルと約２００ナノメートルの間、または、約１０ナノメートルと約５０ナノメートルの間の厚さを有する。ある実施形態において、基板は、更に、１つ以上の歪管理層、例えば、ＡｌＧａＮ層、または、歪層超格子を含む。

【0038】

ある実施形態において、大面積面１０２の酸素（Ｏ）と水素（Ｈ）の少なくとも一方の原子不純物濃度は、約１×１０^１６ｃｍ^－３より高いか、約１×１０^１７ｃｍ^－３より高いか、または、約１×１０^１８ｃｍ^－３より高い。ある実施形態において、Ｈの原子不純物濃度のＯの原子不純物濃度に対する比は、約０．３と約２の間、約１．１と約１０００の間、または、約５と約１００の間である。ある実施形態において、大面積面１０２のリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、または、ヨウ素（Ｉ）の少なくとも１つの不純物濃度は、約１×１０^１５ｃｍ^－３より高いか、約１×１０^１６ｃｍ^－３より高いか、約１×１０^１７ｃｍ^－３より高いか、または、約１×１０^１８ｃｍ^－３より高い。ある実施形態において、大面積面１０２のＯ、Ｈ、炭素（Ｃ）、Ｎａ、および、Ｋの不純物濃度は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で定量化した場合、各々、約１×１０^１６ｃｍ^－３と約１×１０^１９ｃｍ^－３の間、約１×１０^１６ｃｍ^－３と約２×１０^１９ｃｍ^－３の間、１×１０^１７ｃｍ^－３未満、１×１０^１６ｃｍ^－３未満、１×１０^１６ｃｍ^－３未満である。他の実施形態において、大面積面１０２のＯ、Ｈ、Ｃ、および、ＮａとＫの少なくとも一方の不純物濃度は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で定量化した場合、各々、約１×１０^１６ｃｍ^－３と１×１０^１９ｃｍ^－３の間、約１×１０^１６ｃｍ^－３と約２×１０^１９ｃｍ^－３の間、１×１０^１７ｃｍ^－３未満、および、約３×１０^１５ｃｍ^－３と約１×１０^１８ｃｍ^－３の間である。更に他の実施形態において、大面積面１０２のＯ、Ｈ、Ｃ、および、ＦとＣｌの少なくとも一方の不純物濃度は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で定量化した場合、各々、約１×１０^１６ｃｍ^－３と約１×１０^１９ｃｍ^－３の間、約１×１０^１６ｃｍ^－３と約２×１０^１９ｃｍ^－３の間、１×１０^１７ｃｍ^－３未満、および、約１×１０^１５ｃｍ^－３と約１×１０^１９ｃｍ^－３の間である。いくつかの実施形態において、大面積面１０２のＨの不純物濃度は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で定量化した場合、約５×１０^１７ｃｍ^－３と１×１０^１９ｃｍ^－３の間である。特定の実施形態において、基板１０１の赤外線吸収ピークは、約３１７５ｃｍ^－１で、単位厚さ当たりの吸収度は、約０．０１ｃｍ^－１より高い。

【0039】

基板１０１は、いずれの立方晶も他の結晶構造も実質的に含まないウルツ鉱型構造を特徴とし、他の構造は、実質的なウルツ鉱型構造に対して体積で約０．１％未満でありうる。

【0040】

基板１０１は、約２５マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、約５マイクロメートル未満、約２マイクロメートル未満、または、約１マイクロメートル未満の合計厚さ変化（ＴＴＶ）、および、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約２５マイクロメートル未満、または、約１０マイクロメートル未満の巨視的湾曲を特徴としうる。基板１０１は、直径または特徴寸法が約１００マイクロメートルより大きい大面積面１０２上に、約２ｃｍ^－２未満、約１ｃｍ^－２未満、約０．５ｃｍ^－２未満、約０．２５ｃｍ^－２未満、または、約０．１ｃｍ^－２未満の巨視的欠陥密度を有しうる。基板１０１の大面積面１０２に亘るミスカット角度の変化は、各２つの直交した結晶方位に約５度未満、約２度未満、約１度未満、約０．５度未満、約０．２度未満、約０．１度未満、約０．０５度未満、または、約０．０２５度未満でありうる。大面積面１０２の二乗平均平方根表面粗さは、少なくとも１０μｍ×１０μｍの領域に亘って測定した場合、約０．５ナノメートル未満、約０．２ナノメートル未満、約０．１５ナノメートル未満、約０．１ナノメートル未満、または、約０．０５ナノメートル未満でありうる。基板１０１は、キャリア密度が約１×１０^１７ｃｍ^－３と約３×１０^１９ｃｍ^－３の間で、キャリア移動度が約１００ｃｍ^２／Ｖ－ｓより高いｎ型導電性を特徴としうる。ある実施形態において、基板１０１は、高い透明性を有し、４０５ナノメートル、または、４５０ナノメートルの波長における光吸収係数が、約１０ｃｍ^－１未満、約５ｃｍ^－１未満、約２ｃｍ^－１未満、約１ｃｍ^－１未満、約０．５ｃｍ^－１未満、約０．２ｃｍ^－１未満、または、約０．１ｃｍ^－１未満である。

【0041】

ある実施形態において、Ａｌ_ｕＩｎ_ｖＧａ_{１－ｕ－ｖ}Ｎ層を含む１つ以上のｎ型第１の非吸収層１０５を基板上に成膜し、但し、０≦ｕ，ｖ，ｕ＋ｖ≦１である。ある実施形態において、ｎ型第１の非吸収層１０５は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４を成膜した直ぐ後に、つまり、成長工程を中断したり、基板１０１またはテンプレート基板１１０４を成膜反応器から取り除いたりすることなく、成膜される。ある実施形態において、１つ以上の更なる層を成膜して、全体構造における応力を管理するのを助ける。ｎ型第１の非吸収層１０５におけるキャリア密度は、約１０^１６ｃｍ^－３と１０^２０ｃｍ^－３の間の範囲でありうる。ある実施形態において、ケイ素、ゲルマニウム、または、酸素は、ｎ型第１の非吸収層１０５におけるｎ型ドーパントである。ある実施形態において、ゲルマニウムが、ｎ型ドーパントとして選択される。ある実施形態において、ｎ型第１の非吸収層１０５におけるｎ型キャリア密度は、５×１０^１７ｃｍ^－３と１０^２０ｃｍ^－３の間、または、２×１０^１８ｃｍ^－３と６×１０^１９ｃｍ^－３の間の範囲である。基板１０１が（０００１）＋ｃ面方位を有する場合、効率的なキャリア収集のためにピエゾ電界をより効果的にスクリーニングしうるので、高いドーピングレベルが特に望ましいものでありうる。テンプレート基板１１０１が電気的に絶縁するか、抵抗が高い場合にも、高いドーピングレベルが望ましいものでありうる。急峻な、または勾配を有する組成またはドーピングプロファイルを、ｎ型第１の非吸収層１０５内の界面で取り入れうる。成膜は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）を用いて行いうる。例えば、基板を、ＭＯＣＶＤ反応器内のサセプターの上に配置しうる。反応器を閉じて、排気して、更に、反応器にバックフィルした後に、サセプターを約８００と約１３５０℃の間の温度まで窒素含有ガスの存在下で加熱しうる。１つの特定の実施形態において、サセプターを、アンモニア流中で、約１１８５℃まで加熱する。トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、または、トリイソプロピルガリウムなどのガリウム含有有機金属前駆体の流れを、キャリアガス内で、約１標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）と約５０標準立方センチメートル／分（約０．００１標準Ｌ／ｍｉｎと約０．０５標準Ｌ／ｍｉｎ）の間の合計速さで開始しうる。キャリアガスは、水素、ヘリウム、窒素、または、アルゴンを含みうる。成長中のＶ族前駆体（アンモニア）の流量のＩＩＩ族前駆体（トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）の流量に対する比は、約２０００と約１２０００の間である。キャリアガス内のジシランの流れを、約０．１と１０ｓｃｃｍ（約０．０００１と約０．０１標準Ｌ／ｍｉｎ）の間の合計流量で開始しうる。ある実施形態において、ドーピングを、入れられた気体にＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＧｅＨ_４、ＧｅＣｌ_４、Ｏ_２、および、Ｈ_２Ｏの１つ以上を加えることによって実現する。ある実施形態において、１つ以上のｎ型第１の非吸収層１０５および第２の非吸収層１０９は、メタモルフィックバッファ層であり、層間の格子定数の違いを容易に適応させる。ある実施形態において、ｎ型第１の非吸収層１０５のドーピングレベルは、２つ以上のレベルのドーピング、および／または、勾配を有するドーピングレベルを有し、非均一でありうる。ある実施形態において、基板温度は、ｎ型第１の非吸収層１０５の成膜中に変化する。ある実施形態において、基板温度は、ｎ型第１の非吸収層１０５の第１の部分については、例えば、１１００と１３５０℃の間などの高い値に保持され、次に、ｎ型第１の非吸収層１０５の第２の部分については、例えば、約７００と約９５０℃の間など、例えば、吸収層１０７が成膜される温度と同じ温度などの低い温度に低下される。ある実施形態において、ｎ型第１の非吸収層１０５の第２の部分の厚さは、約１ナノメートルと約２０ナノメートルの間である。

【0042】

ｎ型第１の非吸収層１０５を、所定の時間、所定の厚さを実現するように成膜した後に、吸収層１０７を成膜する。ある実施形態において、吸収層１０７を、ＭＯＣＶＤによって、約７００と約９５０℃の間の基板温度で成膜する。インジウムを、吸収層１０７に、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）、および、トリイソプロピルインジウムの少なくとも１つを前駆体としてＭＯＣＶＤで用いることによって加えうる。吸収層１０７の成膜速度は、毎秒約０．００５と約１ナノメートルの間、または、毎秒約０．０１と約０．５ナノメートルの間、または、毎秒約０．０２と約０．２ナノメートルの間となるように選択しうる。ある実施形態において、吸収層１０７は、意図せずにドープされる。ある実施形態において、吸収層１０７は、酸素、ケイ素、または、ゲルマニウムをドーパントとして用いて、ドーパント濃度は、約５×１０^１５ｃｍ^－３と約５×１０^１９ｃｍ^－３の間、または、約５×１０^１６ｃｍ^－３と約５×１０^１８ｃｍ^－３の間で、ｎ型ドープされる。ある実施形態において、吸収層１０７は、Ｍｇをドーパントとして用いて、ドーパント濃度は、約５×１０^１５ｃｍ^－３と約５×１０^１９ｃｍ^－３の間、または、約５×１０^１６ｃｍ^－３と約５×１０^１８ｃｍ^－３の間で、ｐ型ドープされる。いくつかの実施形態において、吸収層１０７は、約４４０ナノメートルと約５００ナノメートルの間のバンドギャップ波長など、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間のバンドギャップ波長を有する。吸収層１０７は、単一の量子井戸、または、２～５０の量子井戸を有する多重量子井戸（不図示）を含みうる。いくつかの実施形態において、吸収層１０７は、約１０と約３０の間の量子井戸を含む。量子井戸は、ＩｎＧａＮ井戸層、および、ＧａＮバリア層を含みうる。他の実施形態において、井戸層のバンドギャップがバリア層並びにｎ型第１の非吸収層１０５および第２の非吸収層１０９のバンドギャップより小さいように、量子井戸は、各々、Ａｌ_ｗＩｎ_ｘＧａ_{１－ｗ－ｘ}Ｎ井戸層、および、Ａｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｙ－ｚ}Ｎバリア層を含み、但し、０≦ｗ，ｘ，ｙ，ｚ，ｗ＋ｘ，ｙ＋ｚ≦１、並びに、ｗ＜ｕ，ｙ、および／または、ｘ＞ｖ，ｚでありうる。井戸層およびバリア層は、各々、約０．５ナノメートルと約２０ナノメートルの間の厚さを有しうる。ある実施形態において、バリア層は、約１ナノメートルと約３ナノメートルの間、約３ナノメートルと約５ナノメートルの間、約５ナノメートルと１０ナノメートルの間、または、約１０ナノメートルと１５ナノメートルの間の厚さを有する。ある実施形態において、井戸層は、０．５ナノメートルと約１．５ナノメートルの間、約１．５ナノメートルと約２．５ナノメートルの間、約２．５ナノメートルと約３．５ナノメートルの間、約３．５ナノメートルと約４．５ナノメートルの間、または、約４．５ナノメートルと約１０ナノメートルの間の厚さを有する。他の実施形態において、吸収層１０７は、ダブルヘテロ構造を含むか、それからなり、約２０ｎｍから約５００ｎｍの厚さのＩｎＧａＮまたはＡｌ_ｗＩｎ_ｘＧａ_{１－ｗ－ｘ}Ｎ層は、ＧａＮまたはＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｙ－ｚ}Ｎ層によって囲まれ、但し、ｗ＜ｕ，ｙ、および／または、ｘ＞ｖ，ｚである。ある実施形態において、ダブルヘテロ構造物の厚さは、約１０ナノメートルと約２５ナノメートルの間、約２５ナノメートルと約４０ナノメートルの間、約４０ナノメートルと約６０ナノメートルの間、約６０ナノメートルと約１００ナノメートルの間、約１００ナノメートルと約２００ナノメートルの間、または、約２００ナノメートルより厚い。急峻な、または、勾配を有する組成またはドーピングプロファイルを、吸収層１０７内の界面で取り入れうる。活性層の組成および構造は、例えば、４０５ナノメートルまたは４５０ナノメートルなどの予め選択した波長で光吸収するように選択される。ある実施形態において、波長は、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間となるように選択される。吸収層１０７は、フォトルミネセンス分光法によって特徴評価されうる。ある実施形態において、吸収層１０７の組成は、フォトルミネセンススペクトルが、フォトダイオード構造物１０００の望ましい吸収波長より、５ナノメートルと５０ナノメートルの間の長さか、または、１０ナノメートルと２５ナノメートルの間の長さかで、長い波長のピークを有するように選択される。ある実施形態において、吸収層１０７内の品質および層厚さは、Ｘ線回折によって特徴評価される。

【0043】

いくつかの実施形態において、次に、１つ以上の任意の第２の非吸収層１０９を成膜する。第２の非吸収層１０９は、Ａｌ_ｓＩｎ_ｔＧａ_{１－ｓ－ｔ}Ｎを含み、但し、０≦ｓ，ｔ，ｓ＋ｔ≦１であり、吸収層１０７より高いバンドギャップを有し、更に、ｐ型ドープされるか、意図せずにドープされうる。１つの特定の実施形態において、第２の非吸収層１０９は、ＡｌＧａＮを含む。他の実施形態において、第２の非吸収層１０９は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多重量子バリア（ＭＱＢ）を含み、それは、厚さが各々約０．２ｎｍと約５ｎｍの間であるＡｌＧａＮとＧａＮの層を交互に含む。ある実施形態において、１つ以上の第２の非吸収層１０９は、メタモルフィックバッファ層であり、フォトダイオード構造物１０００の層間の格子定数の違いを容易に適応させる。急峻な、または勾配を有する組成またはドーピングプロファイルを、第２の非吸収層１０９内の界面で取り入れうる。いくつかの実施形態において、第２の非吸収層１０９の光学設計を、基板から吸収層１０７を通って伝送された光の約７０％より高い光反射を実現するように調整する。

【0044】

次に、Ａｌ_ｑＩｎ_ｒＧａ_{１－ｑ－ｒ}Ｎから形成されたｐ型層またはｐ型非吸収層１１１を、吸収層１０７の上に、更に、第２の非吸収層１０９が存在する場合には、その上に成膜し、但し、０≦ｑ，ｒ，ｑ＋ｒ≦１である。ｐ型層１１１は、Ｍｇを約１０^１６ｃｍ^－３と１０^２１ｃｍ^－３の間のレベルまでドープされ、約５ナノメートルと約１マイクロメートルの間、約２０ナノメートルと約４００ナノメートルの間、または、約１００ナノメートルと約２５０ナノメートルの間の厚さを有しうる。ある実施形態において、吸収層１０７に最も近いｐ型層１１１のＭｇ濃度は、１０^１８ｃｍ^－３と１０^２１ｃｍ^－３の間、３×１０^１８ｃｍ^－３と３×１０^２０ｃｍ^－３の間、または、１０^１９ｃｍ^－３と２×１０^２０ｃｍ^－３の間である。基板１０１が（０００１）＋ｃ面方位を有する場合、効率的なキャリア収集のためにピエゾ電界をより効果的にスクリーニングしうるので、高いドーピングレベルが特に望ましいものでありうる。ｐ型層１１１の最も外側の１～３０ナノメートルは、電気接続の改良が可能なように、ｐ型層１１１の他の部分より多くドープされうる。ある実施形態において、基板温度は、ｐ型層１１１の成膜中に変化する。ある実施形態において、基板温度は、ｐ型層１１１の第１の部分について、例えば、約７００と約９５０℃の間など、例えば、吸収層１０７が成膜される時の温度と同じ低い温度に保持される。次に、基板温度は、ｐ型層１１１の第２の部分について、高いレベル、例えば、約７５０と約１０００℃の間の温度に上げられる。ある実施形態において、ｐ型層１１１の第１の部分の厚さは、約１ナノメートルと約２０ナノメートルの間、または、約２０ナノメートルと４０ナノメートルの間である。

【0045】

特定の実施形態において、トンネル接合部および他のｎ型層（不図示）を、ｐ型層１１１の上面に成膜する。ある実施形態において、１つ以上の更なる非吸収層、および、更なる吸収層を、トンネル接合部の上に成膜する。

【0046】

ｎ型第１の非吸収層１０５、吸収層１０７、１つ以上の任意の第２の非吸収層１０９、ｐ型層１１１を含み、更なる吸収層、１つ以上のｎ型クラッディング層、および、１つ以上のｐ型クラッディング層も含みうる半導体層は、基板１０１の大面積面１０２の結晶方位と同じか、約２度以内、約１度以内、または、約０．５度以内の結晶方位を有し、非常に高い結晶品質を有し、窒素を含み、１０^９ｃｍ^－２未満の表面転位密度を有しうる。半導体層は、１０^１０ｃｍ^－２未満、１０^９ｃｍ^－２未満、１０^８ｃｍ^－２未満、１０^７ｃｍ^－２未満、１０^６ｃｍ^－２未満、１０^５ｃｍ^－２未満、１０^４ｃｍ^－２未満、１０^３ｃｍ^－２未満、または、１０^２ｃｍ^－２未満の表面転位密度を有しうる。いくつかの実施形態において、半導体層は、略透明で、１００ｃｍ^－１未満、５０ｃｍ^－１未満、または、５ｃｍ^－１未満の光吸収係数を、約４００ｎｍと約３０７７ｎｍの間の波長、および、約３３３３ｎｍと約６６６７ｎｍの間の波長で有する。

【0047】

特定の実施形態において、半導体層は、ｍ面から５度以内の方位を有し、最上面の１－１００Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、３００秒角未満、１００秒角未満、または、５０秒角未満である。他の特定の実施形態において、半導体層は、ａ面から５度以内の方位を有し、最上面の１１－２０Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、３００秒角未満、１００秒角未満、または、５０秒角未満である。更に他の特定の実施形態において、半導体層は、｛１－１０±１｝、｛１－１０±２｝、｛１－１０±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±１｝、または、｛１１－２±２｝から選択された半極性方位から５度以内の方位を有し、最上面の最低次半極性対称Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、３００秒角未満、１００秒角未満、または、５０秒角未満である。他の特定の実施形態において、半導体層は、（０００１）ｃ面から５度以内の方位を有し、最上面の０００２Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、３００秒角未満、１００秒角未満、または、５０秒角未満である。更に他の特定の実施形態において、半導体層は、（０００－１）ｃ面から１０度以内の方位を有し、最上面の０００２Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、３００秒角未満、１００秒角未満、または、５０秒角未満である。

【0048】

ある実施形態において、プロセス開発のためには、上記のような層の１つ以上を省いた構造物の製作が有用でありうる。次に記載するように、例えば、ｐ側反射電気接続部１１３を開発または最適化するために、ｐ型層１１１および吸収層１０７を省略しうる。吸収層１０７の電気的、光学的および材料物性を開発または最適化するために、ｐ側反射電気接続部１１３およびｐ型層１１１の１つ以上を省略しうる。

【0049】

半導体層の結晶方位、並びに、ドーピングおよびバンドギャッププロファイルは、フォトダイオード構造物、フォトダイオードダイ、または、パッケージングされたフォトダイオードの１つ以上を含むフォトダイオードの性能に大きな影響を与えうる。ヘテロ構造を含む＋ｃ面ＧａＮ系デバイスについて、ＧａＮ結合の強い極性、および、ウルツ鉱型結晶構造における反転対称の欠如による自発および圧電分極は、強い電界を生じて、望ましくないデバイス性能を生じうることがよく知られている。これらの電界が、特に高い電流密度の場合に、フォトダイオードの性能に悪影響を与えうると考えられ、本明細書において、これらの影響を解決するいくつかのアプローチを特定し、開示している。

【0050】

＋ｃ面基板を用いた場合、つまり、結晶方位が（０００１）から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の場合、ハイパワーフォトダイオードについて、１）大面積のエピレディ基板の製品供給網が、より発展していること、２）エピタキシャル成長条件が、よく確立し安定していること、および、３）ドーパント濃度を何桁にも亘って制御するのが比較的容易であることを含む、いくつかの利点を有する。しかしながら、後述する比較例に示すように、比較的標準的なＬＥＤタイプ構造物を用いた場合、高いフィルファクタを有するフォトダイオードを可能にしないことがありうる。

【0051】

ある実施形態において、＋ｃ面フォトダイオードにおける自発およびピエゾ電界の悪影響は、吸収層１０７におけるインジウム（Ｉｎ）パーセントが高まると深刻になるが、吸収層１０７のｎ側とｐ側の両方で高いドーピングレベルを用いることで軽減される。バンドギャップ位置合わせ、並びに、自発およびピエゾ電界のフォトダイオード性能への高い電流密度での影響を調べた。フォトダイオードダイのフォトダイオード構造物１０００の性能の分析に用いた半導体層を、図７に概略的に示している。簡略なモデルにおいて、吸収層７３０を、ｎ型ドープ層７１０とｐ型ドープ層７５０の間に配置している。任意で、ｎ型非吸収層（または、クラッディング層）７２０を、ｎ型ドープ層７１０と吸収層７３０の間に配置しうる。任意で、ｐ型非吸収層（または、クラッディング層）７４０を、吸収層７３０とｐ型ドープ層７５０の間に配置する。説明を簡単にするために、吸収層７３０を、厚さが４０ナノメートルで、ダブルヘテロ構造としてモデル化したが、吸収層が多重量子井戸（ＭＱＷ）構造物からなるか、それを含む場合にも、同様の効果が予想される。

【0052】

Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎを含む１つ以上の層を含む吸収層７３０の場合、約４７３ナノメートル以下の波長を有する光を適切に吸収するが、図８Ａに示すように、短絡回路電流およびフィルファクタは、吸収層７３０の第１の面と接触するｎ型ドープ層７１０のドーピングレベルが２．０×１０^１９ｃｍ^－３で、吸収層７３０の第２の側と接触するｐ型ドープ層７５０のドーピングレベルが２．０×１０^１９ｃｍ^－３の場合に、非常に低い。図８Ｂに示すように、この非常に低い性能は、分極不連続性およびＩｎＧａＮとＧａＮの間のバンドオフセットに関して電界のスクリーニングが悪いことによると考えられる。しかしながら、吸収層７３０の第１の面と接触するｎ型ドープ層７１０のドーピングレベルを、３．５×１０^１９ｃｍ^－３に高め、吸収層７３０の第２の側と接触するｐ型ドープ層７５０のドーピングレベルを、６．０×１０^２０ｃｍ^－３に高めると、図９Ａに示すように光照射された時のＩ－Ｖ性能は、大きく改善する。このように性能が大きく改良されるのは、図９Ｂに示すように、吸収層７３０、および、ＧａＮ－ＩｎＧａＮ界面に近接した位置で、電界のスクリーニングを非常に効果的に行ったことによる。図１５の表に示すように、ドーピングレベルを吸収層７３０と接触する両方の層で高めることによって、フィルファクタＦＦを改良しうる。特に、９０％より高いフィルファクタは、ｎ型ドープ層７１０で、またはｎ型非吸収層７２０が存在する場合には、そこで、約３．５×１０^１９ｃｍ^－３以上の濃度のドーピング、更に、ｐ型ドープ層７５０で、またはｐ型非吸収層７４０が存在する場合には、そこで、約２．０×１０^２０ｃｍ^－３以上の濃度の活性ドーピングレベルによって実現しうる。

【0053】

図１を再び参照すると、いくつかの実施形態において、フォトダイオード構造物１０００は、ｎ型第１の非吸収層１０５、少なくとも１つの吸収層１０７、および、ｐ型層１１１を含み、各々、１０^７ｃｍ^－２未満の貫通転位密度を有する。フォトダイオード構造物１０００は、１つ以上の吸収層１０７、ｎ型第１の非吸収層１０５、および、ｐ型層１１１も含み、それらは、（０００－１）－ｃ面から２度と５度の間の角度で異なる結晶方位を有しうる。フォトダイオード構造物１０００は、１つ以上の吸収層１０７、ｎ型第１の非吸収層１０５、および、ｐ型層１１１も含み、それらは、｛１０－１０｝ｍ面から５度以内の結晶方位を有し、ｎ型第１の非吸収層１０５およびｐ型層１１１は、各々、少なくとも４×１０^１８ｃｍ^－３のドーパント濃度を有することを特徴とする。フォトダイオード構造物１０００は、１つ以上の吸収層１０７、ｎ型第１の非吸収層１０５、および、ｐ型層１１１も含み、それらは、｛１０－１－２｝、｛１０－１－１｝、｛２０－２－１｝、｛３０－３－１｝、および、｛４０－４－１｝から選択された半極性面から５度以内の結晶方位を有し、ｎ型第１の非吸収層１０５およびｐ型層１１１は、各々、少なくとも２×１０^１８ｃｍ^－３のドーパント濃度を有することを特徴とする。

【0054】

図１５は、図７に概略を示した構造物を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮフォトダイオードの光照射された時のＩ－Ｖ性能を含む。説明を簡単にするために、吸収層を、４０ナノメートルの厚さのダブルヘテロ構造としてモデル化している。

【0055】

吸収層７３０が、約４３５ナノメートル以下の波長を有する光の吸収に適切であるＩｎ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎを含む１つ以上の層を含む場合、吸収層７３０の第１の面と接触するｎ型ドープ層７１０の、またはｎ型クラッディング層７２０が存在する場合には、そこのドーピングレベルが２．０×１０^１９ｃｍ^－３で、吸収層７３０の第２の側と接触するｐ型ドープ層７５０の、またはｐ型クラッディング層７４０が存在する場合には、そこのドーピングレベルが８．０×１０^１８ｃｍ^－３の場合、フィルファクタは、６０％未満である。しかしながら、吸収層７３０の第２の側と接触するｐ型ドープ層７５０の、またはｐ型クラッディング層７４０が存在する場合には、そこのドーピングレベルを２．０×１０^１９ｃｍ^－３まで上げると、フィルファクタは、約８０％まで上昇し、更に、吸収層７３０の第２の側と接触するｐ型ドープ層７５０の、またはｐ型クラッディング層７４０が存在する場合には、そこのドーピングレベルを、１．０×１０^２０ｃｍ^－３まで更に上げると、フィルファクタは、約９３％まで上昇する。図１５の表に示した結果は、吸収層７３０に隣接したｐ型クラッディング層７４０のドーピングレベルを、ｐ型ドープ層７５０のドーピングレベルと比べて下げると、フィルファクタが大きく低下することを示している。完全なドーピングを非ドープ吸収層７３０の成膜まで実現し続けるのは難しく、したがって、ドーピングプロファイルの急な変化を、９５０℃より低い温度で成膜された非ドープ吸収層７３０から、かなり高温で成膜されて望ましいドーピングレベルを有するｐ型ドープ層７５０に変わるとすぐに生じうるので、この結果は重要である。しかしながら、図１５の表にも示したように、フィルファクタＦＦを、ｎ型クラッディング層７２０、および／または、ｐ型クラッディング層７４０を、各々、吸収層７３０のｎ型側およびｐ型側の一方または両方に導入することによっても、特に、ｐ型クラッディング層７４０が、吸収層７３０のインジウム濃度と、ｎ型ドープ層７１０および／またはｐ型ドープ層７５０のインジウム濃度の中間のインジウム濃度を有する場合に改良しうる。クラッディング層の中間のインジウム濃度は、均一か、連続的勾配を有するか、または、階段状の勾配を有しうる。ｎ型クラッディング層７４０は、歪層超格子を含みうる。いくつかの実施形態において、フォトダイオード構造物１０００は、ｎ型クラッディング層およびｐ型クラッディング層の少なくとも一方を含み、ｎ型クラッディング層７２０は、ｎ型ドープ層７１０と１つ以上の吸収層７３０の間に位置し、ｎ型クラッディング層７２０は、少なくとも２×１０^１９ｃｍ^－３のドーパント濃度を有し、ｐ型クラッディング層７４０は、１つ以上の吸収層７３０とｐ型ドープ層７５０の間に位置し、ｐ型クラッディング層７４０は、少なくとも５×１０^１９ｃｍ^－３のドーパント濃度を有する。

【0056】

ある実施形態において、＋ｃ面方位のフォトダイオードにおける自発およびピエゾ電界の悪影響は、（０００－１）から６度以内、５度以内、４度以内、３度以内、２度以内、または、１度以内など、１０度以内の結晶方位を有する－ｃ面基板を用いることで軽減される。ある実施形態において、基板および半導体層は、（０００－１）から、１度と１０度の間の角度で、または、２度と５度の間の角度で異なる結晶方位を有する。ある実施形態において、基板および半導体層は、（０００－１）から＜１０－１０＞ｍ方向に向かって、異なる方位に向く。ある実施形態において、基板および半導体層は、（０００－１）から＜１１－２０＞ａ方向に向かって、異なる方位に向く。図１５の表を再び参照すると、吸収層７３０に直に隣接したｎ型ドープおよびｐ型ドープ層での１．０×１０^１６ｃｍ^－３または１．０×１０^１７ｃｍ^－３または１．０×１０^１８ｃｍ^－３のドーピング濃度は、吸収層７３０の１２％と１８％の両方のインジウム濃度について高いフィルファクタを実現するのに十分であることが分かった。基板および半導体層が、各々、－ｃ結晶方位を有する場合に、８％より高い吸収部インジウム濃度について、ｎ型ドープ層７１０およびｐ型ドープ層７５０のドーピング濃度が１．０×１０^１６ｃｍ^－３と１．０×１０^２０ｃｍ^－３の間の場合に、８５％より高いフィルファクタを実現しうると考えられる。１つの例において、フォトダイオードは、少なくとも１０Ａｃｍ^－２の電流密度を生成する光照射レベル条件下で、少なくとも５０％のフィルファクタを特徴とする。

【0057】

ある実施形態において、＋ｃ面フォトダイオードにおける自発およびピエゾ電界の悪影響は、ｍ面基板、つまり、結晶方位が（１０－１０）から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の方位を有する基板を用いることで軽減される。図１５の表を再び参照すると、吸収層に直に隣接したｎ型ドープ層７１０で、またはｎ型クラッディング層７２０が存在する場合には、そこで、並びに、ｐ型ドープ層７５０で、またはｐ型クラッディング層７４０が存在する場合には、そこでの２．０×１０^１９ｃｍ^－３のドーピング濃度は、吸収層の１２％と１８％の両方のインジウム濃度について、９０％より高いフィルファクタを実現するのに十分であることが分かった。

【0058】

ある実施形態において、＋ｃ面フォトダイオードにおける自発およびピエゾ電界の悪影響は、｛２０－２－１｝または｛３０－３－１｝から５度以内、２度以内、１度以内、または、０．５度以内の結晶方位を有する半極性基板を用いることで軽減される。図１５の表を再び参照すると、吸収層に直に隣接したｎ型ドープおよびｐ型ドープ層での８．０×１０^１８ｃｍ^－３のドーピング濃度は、吸収層の１２％と１８％の両方のインジウム濃度について、約９０％より高いフィルファクタを実現するのに十分であることが分かった。

【0059】

ある実施形態において、Ｎ極性または半極性ＩｎＧａＮ層の炭素含有量を削減するために、従来のトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）ではなく、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）およびトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）を有機金属前駆体として用いる。例えば、半導体層の炭素濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３未満、または、１×１０^１７ｃｍ^－３未満である。ある実施形態において、水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）キャリアガスの比、基板温度、および、圧力を最適化して、Ｎ極性半導体層でのヒロックの形成を最小にする。

【0060】

ある実施形態において、半導体層は、アニーリングされて、ｐ型ドーパントを電気的に活性化する。ある実施形態において、アニーリングを、半導体層を成膜するのに用いるＭＯＣＶＤ反応器で、例えば、Ｎ_２流中で、約５００℃と約９００℃の間の温度まで加熱して、その場で行う。ある実施形態において、アニーリングは、炉で、または、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）炉で、例えば、Ｎ_２流中で、約４００℃と約９００℃の間の温度まで加熱して行われる。ある実施形態において、アニーリング処理中の雰囲気は、Ｏ_２などの酸化気体も含みうる。ある実施形態において、アニーリング雰囲気中の酸化気体の割合は、約５％と約９５％の間である。ある実施形態において、アニーリング処理の持続時間は、約１秒と約５時間の間、または、約１０秒と約１時間の間である。ある実施形態において、アニーリング後に、半導体層の表面を清浄して、更なる成膜の準備をする。ある実施形態において、清浄処理は、塩酸、硝酸、または、王水などの無機酸による処理、ピラニアエッチング、緩衝酸化物エッチング、ドライエッチング、または、アルゴンプラズマなどのプラズマを用いた処理の１つ以上を含むか、それからなる。

【0061】

ある実施形態において、透明導体層を、ｐ型半導体層の上に成膜する。ある実施形態において、透明導体層は、酸化インジウムスズまたは酸化アルミニウム亜鉛などの透明導電酸化物（ＴＣＯ）を含む。ある実施形態において、透明導体層は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、および、スパッタリングの１つ以上によって成膜される。ある実施形態において、成膜されたＴＣＯ層は、酸素を含む制御された雰囲気中で、約３００と７００℃の間の温度でアニーリングされて、ＴＣＯ層の光学／透明性および電気的特性を共に最適化する。ある実施形態において、透明導体層は、約１０ナノメートルと約１０００ナノメートルの間の厚さを有する。

【0062】

本開示の各フォトダイオード構造物１０００は、多数反射形状を有するパッケージングされたフォトダイオードのフォトダイオードダイ１００２での使用を意図している。パッケージングされたフォトダイオードは、フォトダイオードダイ１００２を含み、ヒートシンク、筐体、別体の光検出器、光学入射開口部、半田バンプ、電線接合部、または、エポキシまたはシリコーンなどのポリマーからなるか、それを含むカプセル化物の１つ以上も含みうる。いくつかの実施形態において、パッケージングされたフォトダイオードは、更に、光をフォトダイオードダイ１００２に、および、そこから結合するため、並びに、更なる反射を可能にするための１つ以上の要素を含みうる。

【0063】

パッケージングされたフォトダイオードの効率を最大化するために、フォトダイオードダイ１００２のフォトダイオード構造物１０００の前面および後面の反射力を最大にするのが重要でありうる。フォトダイオードダイ１００２は、概して、個片化またはダイシングによって、１つ以上の非吸収層１０５、１０９、吸収層１０７、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部１１４を含むフォトダイオード構造物１０００から、個別寸法物（例えば、矩形片）に切断される。フォトダイオードダイ１００２は、デバイス空洞領域からなるか、それを含み、それは、基板および光透過部材の少なくとも一方を含み、光学窓および反射膜などの縁部構造物と境界を接しうる。デバイス空洞領域は、少なくとも２つの対向する反射部材、および、２つの対向する反射部材の間の光透過部材から形成される。光学窓を通ってデバイス空洞領域に入る電磁波は、光透過部材を通り抜けて、反射部材の間で少なくとも２回、内部反射される。１つ以上の吸収層から発せられた発光も、反射部材の間で少なくとも２回、内部反射されうる。

【0064】

いくつかの実施形態において、２つの対向する面は、互いに平行である。いくつかの他の実施形態において、２つの対向する面は、互いに平行ではない。図１に示したフォトダイオード構造物１０００において、後述するように、光透過部材は、基板１０１であり、反射部材は、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部１１４である。

【0065】

更に、パッケージングされたフォトダイオードの効率を最大化するために、フォトダイオード構造物の接続部の電気抵抗を最小にするのが重要である。図１を再び参照すると、ｐ側反射電気接続部１１３を、ｐ型層１１１の上に成膜しうる。好適な実施形態において、ｐ側反射電気接続部の平均反射力は、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、７０％より高いか、８０％より高いか、８５％より高いか、９０％より高いか、９５％より高いか、９７％より高いか、または、９８％より高い。概して、「平均反射力」という用語は、本明細書で用いるように、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の特定の波長で、デバイス動作中の入射角度の範囲のうち代表的な角度である層の表面に対する１つ以上の角度で、表面の少なくとも２つの反射率測定データ点を平均することによって計算した反射率の値を広義で記載することを意図する。パッケージングされたフォトダイオードの動作中に、いくつかの実施形態において、光（または、光放射）は、フォトダイオードダイ１００２の垂直の縁部、または、略垂直の縁部に結合され、光の反射層（例えば、図１、２のｐ側反射電気接続部１１３またはｎ側反射電気接続部１１４）への内側での入射角は、反射層の平面（例えば、図２の大面積面１０２と平行な平面）から測定した場合、約０と約３０度の間、約０．２と約２０度の間、または、約０．３と約１０度の間である。１つの例において、図２に示した受光面２５２は、大面積面１０２に対してある角度（例えば、９０°の角度）のフォトダイオードダイ１００２の垂直な縁部、または、フォトダイオードダイ１００２内の垂直平面として向けられる。フォトダイオードダイ１００２のいくつかの実施形態において、光は、フォトダイオードダイ１００２の非垂直な縁部に結合し、反射層への内側での入射角は、反射層の平面から測定した場合、約０．１と約６０度の間、約０．２と約４０度の間、または、約０．３と約２０度の間である。フォトダイオードダイ１００２の他の実施形態において、光は、フォトダイオードダイ１００２の大面積面に開口部を通して結合され、反射層への内側での入射角は、反射層の平面（例えば、図２の大面積面１０２と平行な平面）から測定した約３０と９０度の間、約４５と９０度の間、または、約６０と９０度の間である。フォトダイオードダイ１００２の更に他の実施形態において、光は、フォトダイオードダイ１００２の大面積面に開口部を通して結合され、斜めの角度で内部反射され、反射層への内側での入射角は、反射層の平面から測定した場合、約０．１と約４５度の間、約０．３と約３０度の間、または、約０．５と約２０度の間である。ｐ側反射電気接続部の接続抵抗は、３×１０^－３Ωｃｍ^２未満、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満、５×１０^－４Ωｃｍ^２未満、２×１０^－４Ωｃｍ^２未満、１０^－４Ωｃｍ^２未満、５×１０^－５Ωｃｍ^２未満、２×１０^－５Ωｃｍ^２未満、または、１０^－５Ωｃｍ^２未満である。好適な実施形態において、接続抵抗は、１×１０^－４Ωｃｍ^２未満である。ｐ側反射電気接続部は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、ロジウム、パラジウム、チタン、クロム、ゲルマニウム、ルテニウム、マグネシウム、スカンジウムなどの少なくとも１つを含みうる。いくつかの実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、少なくとも２つの層を含むか、それからなり、第１の層は、優れた電気接続を提供し、白金、ニッケル、アルミニウム、または、チタンを含み、０．１と５ナノメートルの間の厚さを有し、第２の層は、優れた光学反射力を提供し、銀、金、または、ニッケルを含み、０．４ナノメートルと１マイクロメートルの間の厚さを有する。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、少なくとも３つの層、少なくとも４つの層、または、少なくとも５つの層を含むか、それからなるものでありうる。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、３つの層を含み、第１の層は、銀を含み、約１ナノメートルと約２００ナノメートルの間の厚さであり、第２の層は、適度な酸素親和性を有する金属を含み、約０．５ナノメートルと約２ナノメートルの間の厚さを有し、第３の層は、銀を含み、約５０ナノメートルと約２００ナノメートルの間の厚さを有する。ある実施形態において、適度な酸素親和性を有する金属は、ニッケルを含むか、それからなる。ある実施形態において、適度な酸素親和性を有する金属は、銅、コバルト、鉄、および、マンガンの１つ以上を含むか、それからなる。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、成膜後にアニーリングされて、反射力が改良されるか、および／または、接続抵抗が低下する。ある実施形態において、アニーリングは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）炉で、約３００℃と約１０００℃の間の温度まで加熱されて行われる。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、約５００と約９００℃の間の温度まで、酸素を約０．１Ｔｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）と約２００Ｔｏｒｒ（約２６６６４．５Ｐａ）の間の分圧で含む制御された雰囲気中で加熱されて、適度な酸素親和性を有する金属と銀の間で相互拡散を生じて、制御された濃度の酸素原子をｐ側反射電気接続層に導入する。好適な実施形態において、ｐ側反射電気接続部を約２５０℃より低い温度まで冷却する前に、酸素の分圧を約１０^－４Ｔｏｒｒ（約０．０１Ｐａ）より低く低下させて、過剰な酸化銀の形成を回避する。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、酸素を、約１×１０^２０ｃｍ^－３と約７×１０^２０ｃｍ^－３の間の最大局所濃度で含む。更なる詳細は、米国特許第９，９１７，２２７号明細書に記載されており、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。ｐ側反射電気接続部は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、または、他の適した技術によって成膜されうる。好適な実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、パワーフォトダイオードのｐ側電極として機能する。ある実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、平坦で、半導体層と平行であり、それは、反射力を最大にするのに有用でありうる。代わりの実施形態において、ｐ側反射電気接続部は、パターン状か、または、ざらつきを有し、それは、光を、例えば、開口部内で取り入れたり、取り出したりするのに有用でありうる。

【0066】

ある実施形態において、特定の反射面の反射率を、無欠のままの反射面を有する試料と反射面を取り除いた試料の少なくとも２つの種類の試料を用意することによって測定しうる。両方の試料を、測定プローブ光が、低い反射率で、第１の表面を通って入射し、測定すべき反射面に対応する第２の表面から反射および屈折し、低い内部反射率で、第３の表面を通って出射するように製作しうる。いくつかの実施形態において、パワーフォトダイオードデバイスの動作中に用いられる波長と同様の波長を有するプローブ光の波長に合わせて調整した誘電反射防止膜を用いることによって、第１および第３の表面での反射を最小にする。試料を、光が第１および第３の表面を略垂直入射で通って伝送されるように製作することによって、第１および第３の表面での反射を、更に削減しうる。反射面および第３の表面に対応する表面から伝送される光パワーを両方の種類の試料について測定し、それを用いて、反射面の反射率を従来から知られた方法により計算する。

【0067】

図１を再び参照すると、ある実施形態において、約７０％より高い平均反射力を有するｎ側反射電気接続部１１４を、基板１０１の後面上に成膜する。好適な実施形態において、ｎ側反射電気接続部の平均反射力は、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、８０％より高いか、８５％より高いか、９０％より高いか、９５％より高いか、９７％より高いか、または、９８％より高い。ｎ側反射電気接続部の接続抵抗は、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満、５×１０^－４Ωｃｍ^２未満、２×１０^－４Ωｃｍ^２未満、１０^－４Ωｃｍ^２未満、５×１０^－５Ωｃｍ^２未満、２×１０^－５Ωｃｍ^２未満、または、１０^－５Ωｃｍ^２未満である。好適な実施形態において、接続抵抗は、５×１０^－５Ωｃｍ^２未満である。ｎ側反射電気接続部は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、ロジウム、パラジウム、チタン、クロムなどの少なくとも１つを含みうる。いくつかの実施形態において、ｎ側反射電気接続部は、少なくとも２つの層を含むか、それからなり、第１の層は、優れた電気接続を提供し、アルミニウム、または、チタンを含み、０．１と５ナノメートルの間の厚さを有し、第２の層は、優れた光学反射力を提供し、アルミニウム、ニッケル、白金、金、または、銀を含み、１０ナノメートルと１０マイクロメートルの間の厚さを有する。ある実施形態において、ｎ側反射電気接続部は、少なくとも３つの層、少なくとも４つの層、または、少なくとも５つの層を含むか、それからなり、反射力（最大になる）、接続抵抗（最小になる）、および、ロバスト性（最大になる）を共に最適化しうる。ｎ側反射電気接続部は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、または、他の適した技術によって成膜されうる。ある実施形態において、ｎ側反射電気接続部は、パワーフォトダイオードのｎ側電極として機能する。ある実施形態において、ｎ側反射電気接続部は平坦で、半導体層と平行に位置合わせされ、それは、反射力を最大にするのに有用でありうる。代わりの実施形態において、ｎ側反射電気接続部は、パターン状であるか、ざらつきを有し、それは、光を、例えば、開口部内で取り入れたり、取り出したりするのに有用でありうる。

【0068】

ある実施形態において、特に、ｎ側反射電気接続部がアルミニウムを含む実施形態において、ｎ側反射電気接続部の接続抵抗を削減するために、基板１０１の後面を、塩素含有ガスまたはプラズマを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって処理する。１つの特定の実施形態において、塩素含有ガスまたはプラズマは、ＳｉＣｌ_４を含む。ある実施形態において、ｎ側反射電気接続部の接続抵抗を削減するために、更に清浄工程を行う。ある実施形態において、更なる清浄工程は、塩酸、硝酸、または、王水などの無機酸による処理、緩衝酸化物エッチング、ドライエッチング、または、アルゴンプラズマなどのプラズマを用いた処理の１つ以上を含むか、それからなる。

【0069】

いくつかの実施形態において、図２に示すように、ｐ側反射電気接続部は、二部構成のミラー／ｐ電極を含み、それは、不連続ｐ電極２１５、および、不連続ｐ電極２１５要素の上に成膜されたｐ側反射電気接続層として示されたｐ側反射電気接続部１１３を含む。不連続ｐ電極２１５は、電気接続部として最適化され、例えば、ニッケル／金、または、白金／金の積層物として製作され、但し、ニッケルまたは白金は、約２０から２００ｎｍの厚さであり、金は、約１００ｎｍから１マイクロメートルの厚さである。１つの適切な実施形態において、不連続ｐ電極２１５は、片側に約１マイクロメートルと０．１ｃｍの間の格子開口部を有する格子電極である。ｐ側反射電気接続部１１３は、銀、金、アルミニウム、白金、ロジウム、パラジウム、クロムなどの少なくとも１つを含み、ｐ型層１１１上、および、格子状の不連続ｐ電極２１５の上に成膜されうる。好ましくは、ｐ側反射電気接続部は、不連続ｐ電極に任意のアニーリング処理を行った後に成膜して、相互拡散を削減する。任意で、ニッケル、ロジウム、白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、または、ＭＣ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（但し、Ｍは、アルミニウム、ホウ素、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、または、希土類金属などの金属元素を含み、ｘ、ｙ、ｚは、各々、０と３の間である）などの拡散バリア層を、不連続ｐ電極２１５とｐ側反射電気接続部１１３の間に配置する。動作電流密度は１０Ａ／ｃｍ^２で、ｐ型層についてのシート抵抗は４×１０^５Ω／ｓｑで、電流は、ｐ型層から格子状の不連続ｐ電極２１５のみに伝導されて、ｐ側反射電気接続部１１３に直に伝導されないと仮定すると、ｐ型層内の横方向の伝導によるパーセントパワー損失は、２、５、および、１０マイクロメートルの格子フィンガー間隔について、各々、約０．６、３．６、および、１４．５％と計算される。不連続ｐ電極２１５を、格子構成ではなく、その代わりに、大面積面１０２と平行な平面にドット、矩形、円などのアレイとして配列しうる。好ましくは、不連続ｐ電極２１５は、約１マイクロメートルと０．１ｃｍの間で、互いに離間される。反射金属ｐ電極、または、反射電気接続部と不連続電極を組み合わせて用いることで、ｐドープ層を通る長い距離に亘る横方向のキャリア移動を必要とせずに、大面積パワーフォトダイオードを製造可能になり、したがって、デバイスの横方向のオーム損失および直列抵抗を最小にする。光の不連続ｐ電極パターンへの主な入射を避けるように、電極パターンを設計し光伝播路を向けることによって、不連続ｐ電極による寄生光吸収を最小にしうる。

【0070】

フォトダイオード構造物は、ｐ型層の上に配置されたｐ側反射電気接続部を含み、ｐ側反射電気接続部は、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長について、少なくとも８０％の平均反射率を有し、更に、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有する。

【0071】

上記のように、本開示のフォトダイオード構造物１０００は、フォトダイオードダイ、および、多数反射形状を有するパッケージングされたフォトダイオードでの使用を意図している。いくつかの実施形態において、動作中に、パッケージングされたフォトダイオードの中に配置されたフォトダイオードダイは、本明細書で光とも称する１つ以上の波長の放射を、光照射源２５１から受光するように構成される。光照射源２５１は、レーザ、光ファイバ、または、他の有用な放射源を含みうる。パッケージングされたフォトダイオードのパワー効率を最適化するために、フォトダイオードダイの前面および後面、更に、個片化した後の個々のフォトダイオードダイの側部の反射力を最大にするのが重要である。更に、接続部の電気抵抗を最小にして、フォトダイオードダイの受光面２５２と反射接続構造物（例えば、ｐ側反射電気接続部およびｎ側反射電気接続部）の間の構成を最適化するのが重要である。図２を再び参照すると、望ましい波長、例えば、４０５ナノメートルまたは４５０ナノメートルの光が、フォトダイオード構造物１０００に、開口部または窓（不図示）を通って入り、受光面２５２に入射し、光が基板１０１および半導体層内を伝播して、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部１１４並びに縁部反射部（不図示）から反射されうる。図２に示すように、受光面２５２は、概して、光照射源２５１から出射された放射をｐ側反射電気接続部１１３とｎ側反射電気接続部１１４の間に配置されたフォトダイオードダイの領域に提供するように配置されて位置合わせされたフォトダイオードデバイス（または、フォトダイオードダイ）の一部を含む。いくつかの実施形態において、図２に概略を示したように、受光面２５２は、フォトダイオードダイの縁部上の領域を含みうる。他の実施形態において、受光面２５２は、表面２５５または２５６の一方の上の開放領域を含みうるもので、その領域は、ｐ側反射電気接続部１１３またはｎ側反射電気接続部１１４の各々を形成するのに用いる材料の一部を含まない。この構成において、開放領域は、光照射源２５１から出射された放射がｐ側反射電気接続部１１３とｎ側反射電気接続部１１４の間に配置されたフォトダイオードダイの領域に入ることが可能なように設計される。いくつかの実施形態において、受光面２５２は、フォトダイオードダイに対して位置合わせされて、光照射源２５１から送出された光を、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも３回、または、少なくとも５回、ｐ側反射電気接続部１１３とｎ側反射電気接続部１１４の間で反射させるようにしうる。光照射源２５１から送出された光は、例えば、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の少なくとも１つの波長を有しうる。

【0072】

ある実施形態において、図２に示すように、ｎ側反射電気接続部は、二部構成のミラー／ｎ電極を含み、それは、不連続ｎ電極２１７およびｎ側反射電気接続部１１４を含む。不連続ｎ電極２１７は、電気接続部として最適化され、例えば、チタン／アルミニウム、または、チタン／アルミニウム／金の積層物として製造され、チタンは、約５から２００ｎｍの厚さで、アルミニウムまたは金は、約１００ｎｍから１マイクロメートルの厚さである。１つの適切な実施形態において、不連続ｎ電極２１７は、片側に約１マイクロメートルと１センチメートルの間の格子開口部を有する格子電極である。ある実施形態において、格子電極の下の表面の一部は、格子電極の成膜前に、例えば、ウエットエッチング処理を用いて、粗くされる。ある実施形態において、粗い表面は、約３００ナノメートルと約１ミリメートルの間、または、約１マイクロメートルと約２００マイクロメートルの間の二乗平均平方根粗さを有する。ｎ型ＧａＮ基板について、動作電流密度は１０Ａ／ｃｍ^２で、シート抵抗は０．２７Ω／ｓｑであると仮定すると、基板層内の横方向の伝導によるパーセントパワー損失は、０．２、０．５、１ｃｍの格子フィンガー間隔について、各々、約０．４、２．５、９．８％と計算される。ある実施形態において、ｎ側反射電気接続部を、この構造物から用意された個片化されたダイの表面上に、後面のｎ側反射電気接続部に追加で、または、その代わりに加える。ある実施形態において、ｎ接続部およびｐ接続部を、各々、必要に応じてｎ型ドープ層またはｐ型ドープ層に溝を形成した後に、ダイの同じ側に追加する。溝は、従来から知られ、本明細書で更に詳しく後述するように、リソグラフィ、並びに、ドライまたはウエットエッチングによって形成しうる。ｎ側反射電気接続部１１４は、銀、金、アルミニウム、白金、ロジウム、パラジウム、クロムなどの少なくとも１つを含み、基板１０１の後面の上に、更に、格子状の不連続ｎ電極２１７の上に成膜しうる。好ましくは、電気接続部は、不連続ｎ電極に任意のアニーリング処理を行った後に成膜して、相互拡散を削減する。任意で、ニッケル、ロジウム、白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、または、ＭＣ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（但し、Ｍは、アルミニウム，ホウ素、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、または、希土類金属などの金属元素を含み、ｘ、ｙ、ｚは、各々、０と３の間である）などの拡散バリア層を、不連続ｎ電極２１７とｎ側反射電気接続部１１４の間に配置する。不連続ｎ電極２１７を、格子構成ではなく、その代わりに、大面積面１０２と平行な平面にドット、矩形、円などのアレイとして配列しうる。好ましくは、不連続ｎ電極２１７は、約１マイクロメートルと０．１ｃｍの間で、互いに離間される。反射金属ｎ電極、または、反射電気接続部と不連続電極を組み合わせて用いることで、基板１０１を通る長い距離に亘る横方向のキャリア移動を必要とせずに、大面積パワーフォトダイオードが製造可能になり、それは、基板１０１のキャリア密度が透明性を最適化するために低い場合に、または、基板が、かなり薄く、例えば、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、または、約２５マイクロメートル未満の場合に、重要でありうる。光の不連続ｎ電極パターンへの主な入射を避けるように、電極パターンおよび光伝播路を設計することによって、不連続ｎ電極による寄生光吸収を最小にしうる。

【0073】

フォトダイオード構造物１０００は、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長について、少なくとも８０％の平均反射率を有し、更に、５×１０^－４Ωｃｍ^２未満の接続抵抗を有するｎ側反射電気接続部を含みうる。

【0074】

いくつかの実施形態において、図３に示したように、ｐ側反射電気接続部およびｎ側反射電気接続部の少なくとも一方は、更に、半透明電流拡散層３２１を含む。半透明電流拡散層３２１は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニッケル／金（ＮｉＯ／Ａｕ）、ＮｉＯ／Ａｇ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ｐ型酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、他の透明導電酸化物などの少なくとも１つからなるか、それを含みうる。半透明電流拡散層３２１は、ｐ型層１１１または基板１０１への電気接続、例えば、オーミックまたは擬オーミックな振る舞いを容易にする。半透明電流拡散層３２１における光吸収を最小にするために、この層は、好ましくは、約１ｎｍと約１００ｎｍの間の厚さを有し、７０％より高い光透過率を有する。ｐ型層の上に積層された半透明電流拡散層３２１について、動作電流密度は１０Ａ／ｃｍ^２で、シート抵抗は２５Ω／ｓｑであると仮定すると、電流拡散層内の横方向の伝導によるパーセントパワー損失は、０．０２、０．０５、０．１ｃｍの格子間隔について、各々、約０．４、２．３、９．１％と計算される。

【0075】

いくつかの実施形態において、透明誘電体３１９を、半透明電流拡散層３２１の一部の上、並びに、不連続ｐ電極３１５、および／または、不連続ｎ電極３１７の間に配置する。透明誘電体は、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、Ａｌ_２Ｏ_３、または、ＭｇＦ_２の少なくとも１つを含みうる。透明誘電体３１９は、１／４波長の厚さ、つまり、空気中の入射光子波長を誘電媒体の屈折率で割った値の１／４に略等しい厚さを有しうる。例えば、フォトダイオード構造物１０００が４０５ナノメートルの設計波長を有し、透明誘電体がＴａ_２Ｏ_５からなり、約２．２８の屈折率を有する場合、透明誘電体３１９の厚さは、約４０５／２．２８／４＝４４ナノメートルとして選択されうる。透明誘電体３１９は、不連続ｐ電極３１５または不連続ｎ電極３１７が配置された開放領域を含む。不連続ｐ電極３１５および不連続ｎ電極３１７は、ニッケル（Ｎｉ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、チタン‐タングステン／金（Ｔｉ－Ｗ／Ａｕ）の少なくとも１つを含みうる。好適な実施形態において、不連続ｐ電極３１５、および／または、不連続ｎ電極３１７は、透明誘電体の上に延伸しない。ｐ側反射電気接続部１１３は、透明誘電体および電気接続部材料の上に配置されて、不連続ｐ電極３１５を様々な格子開口部で電気的に相互接続する。ｎ側反射電気接続部１１４は、透明誘電体および電気接続部材料の上に配置されて、不連続ｎ電極３１７を様々な格子開口部で電気的に相互接続する。ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部１１４は、更に、透明誘電体３１９と協働して、光をデバイス内で反射する反射部を画定する。反射金属接続部の更なる変形例は、米国特許第７，１１９，３７２号明細書に記載されており、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

【0076】

他の組の実施形態において、図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに概略を示したように、半導体層は、１つ以上のキャリア基板１３１３に移動され、テンプレート基板１１０１は取り外される。図３に概略を示した構造と比較して、ｐ側電気接続部は、同様に、半透明電流拡散層３２１および不連続ｐ電極３１５を含み、更に、半透明電流拡散層３２１の一部の上に配置された透明誘電体３１９を含みうる（図１３Ａ）。次に、キャリア基板１３１３は、ｐ型層１１１か、半透明電流拡散層３２１が存在する場合には、それか、不連続ｐ電極３１５が存在する場合には、それか、透明誘電体３１９が存在する場合には、それかの１つ以上と接合される。キャリア基板または光透過部材１３１３の接合は、接着剤によって、または、キャリア基板１３１３の第１の表面、および、それを接合する層の少なくとも１つの上に成膜された１つ以上の接着層（不図示）の間の熱圧縮接合によって、または、代わりに、従来から知られた接合方法によって実現しうる。ある実施形態において、キャリア基板１３１３および接着層は、パッケージングされたフォトダイオードについての関心波長、例えば、３９０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長において透明である。ある実施形態において、キャリア基板１３１３は、ガラス、透明セラミック、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、石英、サファイア、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４スピネル、酸化亜鉛、または、酸窒化アルミニウムの１つ以上を含むか、それからなる。接着層は、ＳｉＯ_ｘ、ＧｅＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＮ_ｘ、ＧａＯ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、Ｒ_２Ｏ_３、但し、Ｒは、希土類元素、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、若しくは、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｌ、または、Ｐｂ、若しくは、それらの酸化物、窒化物、または、酸窒化物の１つ以上を含むか、それからなるものでありうる。接着層は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学気相成長、または、プラズマ強化化学気相成長など、若しくは、成膜された金属膜の熱酸化によって成膜されうる。接着層の厚さは、約１ナノメートルと約１０マイクロメートルの間、または、約１０ナノメートルと約１マイクロメートルの間でありうる。接着層は、例えば、約３００℃と約１０００℃の間の温度まで加熱されて、アニーリングされうる。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの接着層は、化学機械的に研磨される。好適な実施形態において、少なくとも１つの接着層の二乗平均平方根表面粗さは、２０×２０μｍ^２の領域で約０．５ナノメートル未満、または、約０．３ナノメートル未満である。ある実施形態において、熱圧縮接合は、空気中の１立方センチメートル当たりの粒子が１０，０００未満、１，０００未満、１００未満、または、１０未満のクリーンルームで行われる。ウエハの接合の直前に、粒子を、表面の１つから、スプレーイング、ブラッシング、若しくは、イオン化窒素、ＣＯ_２ジェット、ＣＯ_２雪、高抵抗水、または、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトンなどの有機溶媒などを用いたリンス処理などによって除去しうる。いくつかの実施形態において、液体に浸漬中に、対向する面を接触させる。任意で、面の少なくとも一方をプラズマに曝して、ウエハ接合を強化する。熱圧縮接合処理中の対向する面の間の圧力は、約０．１メガパスカルと約１００メガパスカルの間であり、温度は、約３０℃と約９５０℃の間、約３０℃と約４００℃の間、または、約３０℃と約２００℃の間に、約１分と約１０時間の間の期間保持されうる。

【0077】

ｐ側反射層１３１５は、キャリア基板１３１３のフォトダイオード構造物１０００とは反対側の面上に成膜されうる。Ｐ側反射層１３１５は、銀、誘電ミラー、および、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の１つ以上を含むか、それからなるものでありうる。ｐ側反射層１３１５は、パッケージングされたフォトダイオードの設計波長、例えば、３６０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の波長で、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、約８０％より高い、約８５％より高い、約９０％より高い、約９５％より高い、約９７％より高い、または、約９８％より高い反射力を有しうる。

【0078】

図１３Ｂに概略を示したように、フォトダイオード構造物１０００は、テンプレート基板１１０１からレーザリフトオフ法によって分離されうる。レーザビーム１３２１は、基板１０１の後面をラスターしうる。ある実施形態において、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４がサファイア基板などのテンプレート基板１１０１上に成膜され、紫外線レーザビームが単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４とテンプレート基板１１０１の界面に合焦されて、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４の後面の局所分解およびＮ_２のマイクロまたはナノバブルの形成を生じ、その結果、テンプレート基板１１０１をフォトダイオード構造物１０００の残りの部分から分離する。ある実施形態において、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４が、テンプレート基板１１０１の残りの部分が略透明で５０ｃｍ^－１未満の光吸収係数を有する少なくとも１つの波長で、１０００ｃｍ^－１より大きい光吸収係数を有する剥離層１１０３上に成膜された場合、剥離層１１０３が大きく吸収する波長を有するレーザビーム１３２１を剥離層１１０３に合焦させて、局所分解およびＮ_２のマイクロまたはナノバブルの形成を生じ、その結果、テンプレート基板１１０１をフォトダイオード構造物１０００の残りの部分から分離する。フォトダイオード構造物１０００の温度、レーザパワー、レーザスポットサイズ、レーザパルス幅、および／または、レーザパルス数を調節することによって、高品質エピタキシャル層または半導体構造に望ましくない破損を生じることなく、界面を最適な程度に弱くしうる。分離を有効にするレーザフルエンスは、３００と９００ミリジュール／ｃｍ^２、または、約４００ｍＪ／ｃｍ^２と約７５０ｍＪ／ｃｍ^２の間でありうる。レーザビーム１３２１の均一性は、ビーム光路にビームホモジナイザーを含むことによって改良され、ビームサイズは、約４ｍｍ×４ｍｍでありうる。いくつかの実施形態において、レーザビーム１３２１を、静止して保持されるのではなく、剥離層をスキャンまたはラスターする。分離は、分解により生じる金属の融点より高い温度、例えば、ガリウム金属の場合、約３０℃より高い温度で行われうる。

【0079】

その代わりに、図１３Ｃに概略を示したように、フォトダイオード構造物１０００は、テンプレート基板１１０１から、光電気化学エッチングによって分離されうる。ある実施形態において、剥離層１１０３は、ＩｎＧａＮを含み、吸収層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する。溝１３２２が、隣接したキャリア基板１３１３の間に、各半導体層から剥離層１１０３まで通って形成され、メサを形成しうる。溝１３２２は、従来から知られたように、リソグラフィの後に、ドライエッチングまたはウエットエッチングを行って形成しうる。次に、フォトダイオード構造物１０００を、光電気化学エッチング液に浸漬させて、剥離層１１０３によって大きく吸収されるが他の半導体層の少なくともいくつかによっては吸収されない波長を有する光で照射しうる。ある実施形態において、エッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、過硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、エチレングリコール、および、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の１つ以上を含む。ＫＯＨは、０．０１と１０モルの間、または、約０．１モルと約２モルの間の濃度を有しうる。ある実施形態において、光源は、水銀アークランプ、水銀キセノンランプ、タングステンランプ、または、ＬＥＤなどの広帯域光源を含む。ある実施形態において、光源は、フィルタと接続されて、半導体層の１つ以上によって大きく吸収される波長を除去する。光源のフルエンスは、約１Ｗ／ｃｍ^２と約５０Ｗ／ｃｍ^２の間でありうる。ある実施形態において、フォトダイオード構造物１０００は、アノードと電気的に接続され、別体のカソードは、エッチング液に浸漬される。ある実施形態において、電流は、カソードとアノードの間を通って、剥離層１１０３を、溝１３２２の基部から始まり、横方向に延伸するように融解させる。他の実施形態において、光電気化学エッチング処理は、電極を用いない。ある実施形態において、剥離層の酸化および融解は、エッチング液中に存在するＫ_２Ｓ_２Ｏ_８などの酸化剤によって促進される。エッチングを、所定の時間、行った後に、剥離層１１０３は、実質的に融解して、フォトダイオード構造物１０００をテンプレート基板１１０１から容易に取り外し可能になる。

【0080】

テンプレート基板１１０１を取り外した後に、図１３Ｄに概略を示し、既に記載したように、動作中に光が入射する特定の角度または角度範囲で、約７０％より高いか、約８０％より高いか、約９０％より高いか、約９５％より高いか、約９７％より高いか、または、約９８％より高い反射力を有するｎ側反射電気接続部１３１９を、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４の新たに露出した後面１３１７上に成膜しうる。いくつかの実施形態において、表面１３１７は、ｎ側反射電気接続部１３１９の成膜前に、ウエットプロセスまたはドライプロセスの１つ以上によって、清浄される。動作中に、光照射源２５１からの光は、開口部または受光面１３５２を通って、キャリア基板１３１３に、ビーム１３５３として入射し、ｐ側反射層１３１５とｎ側反射電気接続部１３１９の間で何回も反射される。

【0081】

テンプレート基板の取外し処理、および、キャリア基板の接合処理の変形例も可能である。例えば、図１４Ａに概略を示したように、透明または不透明でありうる第１のキャリア基板１４１１を、ｐ側反射電気接続部１１３に接合する。第１のキャリア基板１４１１は、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ケイ素、ＳｉＯ_２、ガラス、銅、銀、および、アルミニウムの１つ以上を含むか、それからなるものでありうる。次に、テンプレート基板１１０１を、既に記載し、図１３Ｂ、１３Ｃに概略を示した処理と同様の処理によって取り外した後に、図１４Ｂに概略を示し、既に記載したように、半透明電流拡散層３２１を、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４の新たに露出した後面１４１７上に成膜しうる。半透明電流拡散層３２１は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４への電気接続、例えば、オーミックまたは擬オーミックな振る舞いを容易にする。いくつかの実施形態において、透明誘電体３１９は、半透明電流拡散層３２１の一部の上、および、不連続ｎ電極３１７の間に配置される。ある実施形態において、不連続ｎ電極３１７は、高い反射力を有し、透明誘電体３１９は、反射防止層である。図１４Ｃに示すように、次に、関心波長で透明な第２のキャリア基板１４１３の第１の表面は、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４、半透明電流拡散層３２１、不連続ｎ電極３１７、および／または、透明誘電体３１９に接合されうる。次に、ｎ側反射層１４１４は、光透過部材として機能する第２のキャリア基板１４１３の第２の表面に成膜されうる。ここで、光照射源２５１からの光は、開口部または受光面１４５２を通って、キャリア基板１３１３にビーム１４５３として入射し、ｐ側反射電気接続部１１３とｎ側反射層１４１４の間で何回も反射される。

【0082】

ある実施形態において、図１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃに概略を示したように、ｎ型およびｐ型電気接続部の両方を、光透過部材の同じ側に配置する。ある実施形態において、光透過部材は、半導体層が成膜された基板を含むか、それからなる。他の実施形態において、半導体層を基板から取り外して、次に、光透過部材に接合する。基板または光透過部材は、半導体層と、および誘電層が存在する場合には、それと共に、光が、吸収層１０７で吸収される時に、光が通って何回も反射されるデバイス空洞領域１６６９を画定しうる。ある実施形態において、デバイス空洞領域１６６９は、空気、若しくは、気体状または液体状の流体、若しくは、誘電体で充填された領域を含む光学空洞領域の一部をデバイス空洞領域１６６９に追加で含みうる。光透過部材および横方向の電気接続部のいくつかの実施形態を、更に詳しく以下に記載する。

【0083】

１つの特定の実施形態において、図１６Ａに示すように、電気接続部は、テンプレート基板１１０１上のデバイス層上に配置され、テンプレート基板１１０１上のメサ１６５１に隣接配置されて、デバイス空洞領域１６６９を画定しうる。デバイス空洞領域１６６９において、光透過部材は、基板１０１であり、反射部材は、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射層１４１４である。そのような構成は、例えば、テンプレート基板１１０１が電気的に絶縁する場合に利点を有しうる。ｐ型層１１１および任意の半透明電流拡散層３２１を成膜した後に、溝１６５３を、隣接したメサ１６５１の間に、リソグラフィおよびドライエッチングによって、従来から知られた処理を用いて形成しうる。溝１６５３の深さは、ｎ型第１の非吸収層１０５の領域が露出するが、ｎ型第１の非吸収層１０５の厚さの大部分が溝１６５３の下で無欠なままで、最小のオーム損失で優れた横方向の電気伝導が可能なように選択しうる。ｐ側反射電気接続部１１３は、溝１６５３の形成前、または、形成後に成膜されうる。ｎ側電気接続部１６５７は、ｎ型第１の非吸収層１０５の露出部分上に成膜されうる。絶縁誘電層１６５５は、ｐ側反射電気接続部１１３とｎ側電気接続部１６５７の間に配置される。絶縁誘電層１６５５は、例えば、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、原子層成膜（ＡＬＤ）、または、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）によって成膜され、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３などを含みうる。いくつかの実施形態において、絶縁誘電層１６５５は、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側電気接続部１６５７の一方または両方の後に、成膜される。いくつかの実施形態において、絶縁誘電層１６５５は、ｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側電気接続部１６５７の一方または両方の前に成膜される。ｎ側電気接続部１６５７の接続抵抗は、１×１０^－３Ωｃｍ^２未満、５×１０^－４Ωｃｍ^２未満、２×１０^－４Ωｃｍ^２未満、１０^－４Ωｃｍ^２未満、５×１０^－５Ωｃｍ^２未満、２×１０^－５Ωｃｍ^２未満、または、１０^－５Ωｃｍ^２未満である。好適な実施形態において、接続抵抗は、５×１０^－５ｃｍ^２未満である。ｎ側電気接続部１６５７は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、ロジウム、パラジウム、チタン、クロムなどの少なくとも１つを含みうる。ある実施形態において、ｎ側電気接続部が配置される表面は、ＳｉＣｌ_４プラズマに曝されて、ｎ側電気接続部の成膜前に電気接続抵抗が削減される。次に、ｎ側反射層１４１４は、テンプレート基板１１０１の後面１６５９上に成膜されうる。ｎ側反射層１４１４は、銀およびアルミニウムの１つ以上を含むか、または、それからなるものでありうる。８０％より高いか、８５％より高いか、９０％より高いか、９５％より高いか、９７％より高いか、または、９８％より高い反射力を可能にするために、必要に応じて、ｎ側反射層１４１４の成膜前に、後面１６５９を研削、および／または、研磨し、任意で、化学機械研磨しうる。好適な実施形態において、ダイ個片化後に、メサ１６５１の幅は、溝１６５３の幅より非常に大きく、ｐ側反射電気接続部１１３とｎ側反射層１４１４の間で内部反射された光の非常に僅かな部分がデバイスの側部から出て失われる。ある実施形態において、ｎ側電気接続部１６５７は、高反射性で、７０％より高いか、８０％より高いか、９０％より高いか、または、９５％より高い反射力を有しうる。

【0084】

ある実施形態において、デバイスは、フリップチップされて、ｐ型およびｎ型電気接続部の両方が、デバイス構造物の同じ側に配置される。そのような構成は、例えば、テンプレート基板１１０１が光学的に透明だが、電気的に絶縁の場合に、利点を有しうる。図１７Ａを参照すると、ｐ型層１１１の成膜後に、２つ以上のビアを、ｐ型層１１１を、第２の非吸収層１０９が存在する場合には、それを、更に、吸収層１０７を通って、ｎ型第１の非吸収層１０５までエッチングしうる。ビアは、従来のリソグラフィ、および、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、または、化学反応併用イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）などのドライエッチング処理によって形成しうる。絶縁誘電層１６１６を、ビアの側壁部上に、例えば、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、原子層成膜（ＡＬＤ）、または、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）によって成膜し、絶縁誘電層１６１６は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３などを含みうる。ｐ側反射電気接続部１１３は、ビアの間のｐ型層１１１の一部の上に成膜され、ｎ側反射電気接続部１６１４は、ビアの中に配置されうる。誘電反射層１６１８、または、金属ｎ側反射層を、基板１０１またはテンプレート基板１１０１の後面上に成膜しうる。望ましい波長、例えば、４０５ナノメートルまたは４５０ナノメートルの波長の光は、フォトダイオード構造物１０００に、受光面２５２を含みうる開口部または窓（不図示）を通して入射し、出射された光が基板１０１および半導体層内を伝播し、ｐ側反射電気接続部１１３、ｎ側反射電気接続部１６１４から、誘電反射層１６１８から、および、縁部反射部（不図示）から反射されうる。デバイス内の光は、ビアの中に配置された材料から、いくらか散乱する。しかしながら、ビアの面積率は、比較的小さく、深さは、基板１０１の厚さと比べて小さいので、散乱は若干となる。

【0085】

代わりの実施形態において、図１７Ｂに概略を示したように、ビアは、ｐ側ではなく、ｎ側に配置される。例えば、図１３Ｃを再び参照すると、テンプレート基板１１０１を取り外した後に、図１３Ｄに概略を示したように、ｎ側反射電気接続部１３１９を表面１３１７に成膜または接合するのではなく、その代わりに、２つ以上のビアを、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４、ｎ型第１の非吸収層１０５、および、吸収層１０７を、更に、第２の非吸収層１０９が存在する場合は、それを通って、ｐ型層１１１または半透明電流拡散層３２１までエッチングして形成しうる。図１７Ａに示したようなフォトダイオードダイ１００２の構造と類似の絶縁誘電層１６１６、ｐ側反射電気接続部１６１５、および、ｎ側反射電気接続部１６６３を配置しうる。

【0086】

図１６Ｂを再び参照すると、ある実施形態において、電気接続部を、キャリア基板１３１３の下方および横方向のデバイス層上に配置する。そのような構成は、キャリア基板１３１３が光学的に透明であるが、電気的に絶縁で、光透過部材の他の例を構成する場合に有利でありうる。例えば、ｐ側反射電気接続部１６６１を、ｐ型層１１１、半透明電流拡散層３２１、不連続ｐ電極３１５、および、透明誘電体３１９の１つ以上と接続させて配置しうる。キャリア基板１３１３に隣接するか、または、それを囲み、更に、その中にｐ側反射電気接続部１６６１が配置される間隙または溝１６５４を、キャリア基板１３１３を、ダイシングソーを用いて切断、キャリア基板１３１３を、例えばソーで切断後に残った部分を通したウエットまたはドライエッチング、または、単一の大きいキャリア基板ではなく、多数の個別のキャリア基板１３１３を接合配置することの１つ以上によって形成しうる。ｎ側反射電気接続部１３１９を、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４の下側に成膜しうる。

【0087】

図１６Ｃを再び参照すると、ある実施形態において、電気接続部を、第２のキャリア基板１４１３の下方および横方向のデバイス層上に配置し、それは、光透過部材の更に他の実施形態を構成しうる。そのような構成は、第２のキャリア基板１４１３が光学的に透明であるが、電気的に絶縁の場合に有利でありうる。例えば、ｎ側反射電気接続部１６６３を、単結晶ＩＩＩ族金属窒化物層１１０４、半透明電流拡散層３２１、不連続ｎ電極３１７、および、透明誘電体３１９の１つ以上と接続させて配置しうる。第２のキャリア基板１４１３に隣接するか、または、それを囲み、更に、その中にｎ側反射電気接続部１６６３が配置される間隙または溝１６５６を、第２のキャリア基板１４１３を、ダイシングソーを用いて切断、第２のキャリア基板１４１３を、例えばソーで切断後に残った部分を通したウエットまたはドライエッチング、または、単一の大きいキャリア基板ではなく、多数の個別の第２のキャリア基板１４１３を接合配置することの１つ以上によって形成しうる。

【0088】

ある実施形態において、フォトダイオード構造物１０００は、個片化前に、特徴評価されうる。例えば、透過率または反射率などの光学特性を、光吸収スペクトル分析によって調べうる。１つ以上の層の形状を、微分干渉顕微鏡法（ＤＩＣＭ、または、Ｎｏｍａｒｓｋｉ）、および／または、原子間力顕微鏡法によって、特徴評価しうる。１つ以上のエピタキシャル層のルミネセンス特性は、フォトルミネセンス分光法、フォトルミネセンス顕微鏡法、および、顕微蛍光法の１つ以上によって特徴評価されうる。１つ以上の層の不純物濃度を、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって特徴評価しうる。１つ以上のエピタキシャル成長層の結晶化度を、Ｘ線回折によって特徴評価しうる。１つ以上の層の電気特性を、Ｈａｌｌ測定、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ測定、または、非接続抵抗測定によって特徴評価しうる。ｐ側およびｎ側反射電気接続部の１つ以上、並びに、１つ以上の層の接続抵抗および直列抵抗を、伝送線測定（ＴＬＭ）によって調べうる。フォトダイオードの電気的特性およびパワー変換効率は、暗状態、または、従来の光源、または、様々な強度のレーザ光源による光照射下のいずれかでの電流－電圧（Ｉ－Ｖ）測定によって特徴評価されうる。フォトダイオード構造物１０００内の少数キャリア収集は、量子効率測定によって定量化されうる。フォトダイオード構造物１０００は、エレクトロルミネセンス測定によって、更に特徴評価されうる。

【0089】

ウエハ段階の製造後に、例えば、レーザスクライブおよび劈開、レーザ切断、ステルスダイシング、ダイソーイングなどによって、個々のフォトダイオードダイへと分離し、パッケージングされうる。結晶軸に対するダイシングまたは劈開方向を、縁部の形状を制御するように選択しうる。例えば、半導体層、反射ｐ型、および／または、ｎ型接続部、並びに、他のデバイス構造部を含むｃ面製造フォトダイオードウエハは、平滑な劈開面となるようにｍ面に沿って、または、ｍ面ファセットで構成された粗い劈開面となるようにａ面に沿って劈開されうる。

【0090】

図１８Ａ～１８Ｅは、角部または縁部を通る横照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードのフォトダイオードダイ１００２の概略を簡単に示す側面図、断面図、および、平面図である。図１８Ｅは、図１８Ａ～１８Ｄに示す図面の視点位置を示す破線を含む。ｎ側反射電気接続部１１４、および、ｐ側反射電気接続部１１３に追加で、パッシベーション層の成膜または形成により、または、１つ以上の処理技術（例えば、プラズマにより生成されたイオンまたはラジカルに曝す処理、反応性アニーリング処理など）を既存の層に行ってデバイス縁部に沿ってシャント電流路を削減することによって、１つ以上の吸収層の側縁部を不活性化しうる（例えば、本明細書において、縁部パッシベーション部とも称する）。ある実施形態において、パッシベーション処理部は、被膜を含むか、それからなり、被膜は、ＡｌＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ、または、Ｓｉ_ｕＡｌ_ｖＯ_ｘＮ_ｙの１つ以上を含むか、それからなる。ある実施形態において、パッシベーション膜または層を、原子層成膜（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）、または、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ成膜によって成膜する。ある実施形態において、成膜されたパッシベーション層は、水素を、１０^１９ｃｍ^－３より高い濃度で含み、それは、半導体層とパッシベーション層の間の界面で未結合手の点欠陥を不活性化する。ある実施形態において、パッシベーション層は、半導体層より低い仕事関数を有する。いくつかの実施形態において、縁部パッシベーション部は、フォトダイオードダイで用いられないか、その上に形成されない。

【0091】

フォトダイオードダイの縁部の１つの位置で、縁部は、光学窓９１２を含む。光学窓９１２は、反射防止光学窓層９１１で被膜され、縁部の周囲の残りの部分は、縁部反射層９０５で被膜されうる。いくつかの実施形態において、縁部の光学窓９１２部分は、反射防止光学窓層９１１の代わりに、または、追加で、望ましい粗さ、または、ざらつきを有する面を含む。ある実施形態において、光学窓９１２は、角部に配置される。他の実施形態において、光学窓９１２は、角部から離れて配置される。光学窓９１２の面積は、大面積面１０２と平行な平面で測定した場合、少なくとも１つの吸収領域の表面積の約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、約２％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．２％未満、または、約０．１％未満でありうる。反射防止光学窓層９１１は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＬａＴｉＯ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、または、ＴｉＯ_２の少なくとも１つを含み、電子ビーム成膜、スパッタリング、または、他の適した成膜技術によって成膜されうる。ある実施形態において、反射防止光学窓層９１１は、ざらつきを有する。ある実施形態において、光学窓９１２の縁部の面法線と、基板の面法線の間の角度は、９０度から外れうる。光学窓９１２は、１つ以上の平坦層、および／または、ざらつきを有する構造物を含みうる。ある実施形態において、光学窓９１２の方向は、ダイの縁部と平行である。他の実施形態において、光学窓は、ダイの縁部と平行ではない外方向を有し、例えば、ファイバに非垂直入射角度で接続した時の光損失を最小にする。縁部反射層は、銀、金、アルミニウム、白金、ロジウム、パラジウム、クロムなどの少なくとも１つを含み、電子ビーム成膜またはスパッタリングによって成膜しうる。ある実施形態において、縁部反射層は、誘電層を含み、縁部反射を高めうる。光学窓９１２に入射する光は、基板上に配置された半導体層の組合せ（非吸収部、吸収部、および、ｐ型接続半導体層を含む）９１５（図１８Ｃ～１８Ｄ）を何回も通り抜ける。

【0092】

ダイは、下側ヒートシンク９０１または上側ヒートシンク９０９の１つ以上に取り付けられうる。別体のサブマウントも備えられ、ダイと下側ヒートシンク９０１または上側ヒートシンク９０９との間に配置されうる。ヒートシンクおよびサブマウントは、銅、アルミニウム、ケイ素、炭化ケイ素、サファイア、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ダイヤモンドなどの少なくとも１つを含む層、および／または、プレート、若しくは、他の形状物を含みうる。フォトダイオードダイ１００２は、ヒートシンク、および／または、サブマウントに、Ａｕ／Ｓｎ共晶、Ａｕ／Ｇｅ共晶、または、同様の接合層の１つによって取り付けられうる。

【0093】

図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅは、各々、光ファイバ１００１からフォトダイオードダイ１００２への光路の概略を示す断面図および平面図である。図１９Ａ～１９Ｅについて記載する光ファイバ１００１は、以下に非常に詳しく記載する光ファイバ３１８０と同様に構成される。これらの図面において、Ｘ方向は、フォトダイオードダイの面内に（つまり、大面積面１０２と平行に）第１の方向に沿って選択され、Ｙ方向は、ダイの面内でＸ方向に垂直になるように選択され、Ｚ方向は、ダイの平面に垂直になるように選択される。反射防止膜１００３を有しうる光ファイバ１００１を、光学窓９１２に、フォトダイオードダイの平面（図１９Ａを参照）に対して角度αで、および、ダイの縁部１９０２（図１９Ｂを参照）に対して角度βで接続しうる。１つの例において、フォトダイオードダイの平面は、図１９ＡのＸＹ面と平行である半導体層９１５の主面に、概して平行である。いくつかの実施形態において、図１９Ｂに示したように、光ファイバ１００１は、フォトダイオードダイに、縁部１９０１（例えば、図１９Ｂのフォトダイオードダイ１００２の受光縁部）に対する角度Δも含むように接続される。角度αがゼロ度から外れると、ダイに入射する光を、ｐ型反射接続部およびｎ型反射接続部から何回も反射させる。ある実施形態において、全内部反射を、上面および底面ミラーで利用しうる。ある実施形態において、αの値は、０と約５０度の間、０と約４０度の間、０と約２０度の間、または、０と約５度の間、若しくは、更に、０．１と５度の間となるように選択される。角度βがゼロ度から外れると、ダイに入射する光を、縁部反射層から何回も反射させ、全ダイ体積を光照射する。βの値が比較的小さい場合、光は、フォトダイオードダイ１つの縁部から他の縁部へ、徐々に進みながら反射される（図１９Ｂ）。βの値が大きくなると、光は、ダイをより少ない回数の反射で横切る（図１９Ｃ）。ある実施形態において、βの値は、０と約６０度の間、０と約２０度の間、０と約１０度の間、１０と約３０度の間、または、約３０と約５０度の間となるように選択される。ある実施形態において、ダイは、Ｙ方向に狭く、例えば、幅は、ダイの厚さの５倍と０．５倍の間、ダイの厚さの２倍と０．８倍の間、または、ダイの厚さの１．５倍と１倍の間で、βの値は、例えば、約２０度未満、約１０度未満、約５度未満、または、略ゼロなどの小さい値でありうるもので、光は、ダイの遠端部に進行し、次に、略同一の光路に沿って戻るように反射される。ある実施形態において、ダイの縁部からの反射は、全内部反射を用いること、つまり、内部光線の面法線に対する入射角度を、（３６０／（２π））＊ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１／ｎ_２）度より確実に大きくすることによって、容易に効率的にしうるもので、但し、ｎ_１は、外側屈折率であり、ｎ_２は、内側屈折率である。ある実施形態において、角度Δの値は、０と約２０度の間、０と約１０度の間、または、０と約５度の間、若しくは、更に０．１と５度の間となるように選択される。

【0094】

１つ以上の光ファイバを、フォトダイオードダイに、コネクターおよびフェルールの１つ以上を含む固定部を用いて、従来から知られた方法によって接続しうる。一実施形態において、図３６に示したように、固定部３６０１は、支持構造物３６１１、実装プレート３６１０、および、光ファイバ３１８０の発光端部３１８２をフォトダイオードダイ１００２の縁部１９０１（例えば、図１９Ｂ、３６）または表面（例えば、図３３Ａ～３３Ｉのｎ側反射電気接続部を含む面）に対して配置、支持、および位置合わせするように構成された実装要素３６２０を含む。光ファイバ３１８０は、実装プレート３６１０の表面３６０９に、実装要素３６２０を用いて、配置され取り付けられる。実装要素３６２０は、光ファイバの一部を保持するように構成された簡単なクランプデバイスを含みうる。しかしながら、いくつかの実施形態において、実装要素３６２０は、光ファイバ３１８０の一部に接続されたコネクターまたはフェルールを支持するように構成された１つ以上の保持特徴物を含みうる。フォトダイオードダイ１００２も、実装プレート３６１０の表面３６０９上に配置され取り付けられる。いくつかの実施形態において、フォトダイオードダイ１００２は、実装プレート３６１０の表面３６０９に、取外し自在クランプ、固定要素、接着剤、金属またはセラミック接合層、若しくは、従来から知られた他の同様のデバイスまたはデバイス保持方法を用いて接合されるか、クランプされる。いくつかの実施形態において、フォトダイオードダイ１００２は、フォトダイオードダイ１００２の活性領域と実装プレート３６１０の表面３６０９の間に配置されたヒートシンク９０１を含む。いくつかの実施形態において、サブマウント（不図示）は、フォトダイオードダイ１００２とヒートシンク９０１の間に配置される。いくつかの実施形態において、光ファイバ３１８０の第１の端部（つまり、発光端部３１８２）、光ファイバの主軸３１８１Ａ（図３１Ｂ、３６）、並びに、フォトダイオードダイの第１の縁部および第２の縁部の相対位置を、約１マイクロメートルと約１ミリメートルの間、または、約１マイクロメートルと約１００マイクロメートルの間、または、約２マイクロメートルと約５０マイクロメートルの間、または、約３マイクロメートルと約２５マイクロメートルの間の許容誤差で制御する。いくつかの実施形態において、固定部は、光ファイバの放射出射端部３１８２を、光学窓９１２の表面から、約２マイクロメートルと約１０ミリメートルの間である第１の距離３６３０（図３６）に配置するように構成される。光ファイバ３１８０の放射出射端部３１８２が、フォトダイオードダイ１００２の縁部１９０１とも、光学窓９１２の表面とも平行でない構成において、第１の距離を、主軸３１８１Ａが、光ファイバ３１８０の放射出射端部３１８２を通って延伸する点から、光学窓９１２の表面、または、フォトダイオードダイ１００２の縁部１９０１に当たる出射放射光の中心まで測定しうる。同様に、光ファイバ３１８０の放射出射端部３１８２が、光結合部材３１８７の受光面（図３３Ａ～３３Ｅ）とも、光導波路３１９０の受光面（図３１Ａ～３２）とも平行でない構成において、第１の距離（例えば、図３１Ｂの距離Ｄ_１）を、主軸３１８１Ａが、光ファイバ３１８０の放射出射端部３１８２を通って延伸する点から、光結合部材３１８７または光導波路３１９０の受光面に当たる出射放射光の中心まで測定しうる。

【0095】

固定部は、概して、光ファイバ３１８０の発光端部３１８２の光起電ダイ１００２の受光縁部１９０１に対する相対位置を、約１マイクロメートルと約１ミリメートルの間の許容誤差内で一定に保持するのに用いる構造物を提供する。いくつかの実施形態において、実装プレート３６１０は、光ファイバ３１８０、および／または、フォトダイオードダイ１００２の熱膨張係数（ＣＴＥ）と一致するようなＣＴＥを有する材料から形成されて、フォトダイオードパッケージの動作中に、望ましい許容誤差を維持するのを助ける。１つの例において、実装プレート３６１０は、Ｋｏｖａｒ（登録商標）、Ｉｎｖａｒ、または、光ファイバ３１８０、および／または、フォトダイオードダイ１００２を形成する材料と同様のＣＴＥを有する他の材料などの材料を含む。

【0096】

ある実施形態において、シリカ、ガラス、および、プラスチックの１つ以上を含むか、それからなり、シングルモードまたはマルチモードでありうる１つ以上の光ファイバの端部は、フェルールに、エポキシなどの接着剤で取り付けられうる。固定部で用いうるフェルールは、セラミック、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、または、プラスチックからなるか、それを含みうる。フェルールの端面、更に、１つ以上の光ファイバの端部（つまり、放射出射端部３１８２）も研磨されうる。フェルールを、固定部に、コネクターによって取り付けうる。フォトダイオードダイ１００２の固定部内での位置は、ダイの横方向の寸法を精密に、例えば、１００マイクロメートル、５０マイクロメートル、２５マイクロメートル、または、１０マイクロメートルより精密に制御すること、および、ダイの第１の縁部（例えば、縁部１９０１）および第２の縁部、ダイを取り付けるサブマウント、または、サブマウントを取り付けるヒートシンク９０１を、固定部の特徴物に対して配置することによって、確定しうる。上記のように、フォトダイオードダイ１００２を、固定部３６０１の実装プレート３６１０に、金‐スズ半田付け、Ａｕ‐Ａｕ熱圧縮接合、エポキシ、銀エポキシ、焼結銀界面材料、または、熱接着剤の１つ以上によって取り付けうる。サブマウントおよびヒートシンクの１つ以上を、フォトダイオードダイと固定部の間の熱的および機械的な経路に含みうる。フォトダイオードダイとサブマウント、サブマウントとヒートシンク、および、ヒートシンクと固定部を、各々、金スズ半田付け、Ａｕ‐Ａｕ熱圧縮接合、エポキシ、銀エポキシ、焼結銀界面材料、または、熱接着剤の１つ以上によって接合しうる。サブマウントは、ケイ素、ガラス、サファイア、炭化ケイ素、酸化ベリリウム、ダイヤモンド、銅タングステン合金、または、窒化アルミニウムの１つ以上からなるか、それを含みうる。ヒートシンク９０１は、銅およびアルミニウムの１つ以上からなるか、または、それを含みうる。

【0097】

図１９Ａ～１９Ｄに示した縁部光結合配置は、簡略であること、および、光ファイバ１００１から受光した光の入射角度が大きいことによりデバイスの前面および後面からの高い光学反射力を容易に実現することを含む多数の利点を有する。しかしながら、これらの配置は、いくつかの欠点も有しうるもので、それは、以下に記載の代わりの配置で解決される。例えば、合焦系光学要素を組み込まずに、デバイスが光ファイバの直径より厚いか、または、光ファイバのコアの直径より少なくとも厚い場合に、光結合を、エッジ連結配置を用いて最も効率的にしうる。ＧａＮ、サファイア、および、他の基板の厚さは、３００マイクロメートル程度のことが多く、このことは、ある光ファイバについては、課題となりうる。例えば、ある実施形態において、光ファイバ１００１は、ファイバコアの直径が約１５マイクロメートル未満のシングルモードファイバでありうる。しかしながら、１つ以上のレーザダイオードから伝送されるパワーが１ワットより高いか、２ワットより高いか、５ワットより高いか、１０ワットより高いか、２０ワットより高いか、または、５０ワットより高いような高パワー利用例について有用でありうる他の実施形態において、光ファイバ１００１は、ファイバコアの直径が、約２５マイクロメートルと約５００マイクロメートルの間、約４０マイクロメートルと約３００マイクロメートルの間、または、約５０マイクロメートルと約２００マイクロメートルの間のマルチモードファイバでありうる。更に他の実施形態において、光ファイバ１００１は、実際には、全直径が約１００マイクロメートルと約５ミリメートルの間、または、約２００マイクロメートルと約２ミリメートルの間、または、約２５０マイクロメートルと約１ミリメートルの間の光ファイバ束、または、ファイバオプテック束である。第２の課題は、望ましい割合の光放射をフォトダイオードダイ１００２に確実に送出するには、ファイバとデバイス間で、かなり精密な位置合わせが必要でありうることである。第３の課題は、吸収層または活性領域を最初に通り抜ける間の光強度が高いので、フォトダイオード内のある位置で、高密度の電子および正孔キャリアが生成されて、吸収層の中で高濃度のキャリア、更に、効率性の損失につながる重大な非放射オージェ再結合を生じうることである。活性領域は、概して、異なる組成、および／または、材料物性を有する１つ以上の層を含みうる吸収層を含む。

【0098】

ある実施形態において、図１９Ｅに概略を示したように、光は、ダイの表面に略垂直に（つまり、Ｚ方向に）向いたファイバから、ミラー１００５の表面に、更に、１つ、２つ、３つ、４つ、または、それ以上のダイの縁部に同時に伝送される。この配置は、光結合性を高め、ファイバ接続固定部の発展した製品供給網のレバレッジ効果を得るのに利点を有しうる。

【0099】

図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄに示したような横から入射するダイ配置は、比較的簡略で製造が容易であるという利点を有する。それでも、これらの実施形態において、基板が、例えば、約１００マイクロメートル、２００マイクロメートル、３００マイクロメートル、または、５００マイクロメートルなど、光ファイバ、または、ファイバ束より大きい厚さで維持される場合には、有益でありうる。更に、図１９Ａ～１９Ｄに示したように横から入射するダイ配置構成への光放射の送出向きによって生じる比較的長い経路は、基板が光透過部材を構成する実施形態において、基板の光吸収係数を最小にする必要がある。ある実施形態において、図２７Ａ、２７Ｂに示したように、光は、第１の光透過部材（例えば、基板１０１）に取り付けられた、または、いくつかの実施形態において、縁部反射層９０５に直に取り付けられた第２の光透過部材２１０１に結合されて、光が、デバイスを通って、効率的に横方向に拡散するのを実現する。これらの実施形態において、光学空洞領域は、第２の光透過部材２１０１を、基板１０１に追加で含み、後者は、デバイス空洞領域の主要な構成要素である。図１４Ｂに示したものなどの実施形態において、基板１０１は、既に取り外されて、第２の光透過部材２１０１は、半導体層９１５に光学的に直に接続されうる。第２の光透過部材は、ＳｉＯ_２、または、Ａｌ_２Ｏ_３などからなるか、それを含みうる。ある実施形態において、全内部反射を、第２の光透過部材で利用しうる。ある実施形態において、誘電および金属層により構成される反射構造物を、第２の光透過部材の表面の１つ以上の上に配置して、内部反射を高めうる。いくつかの実施形態において、第２の光透過部材とＩＩＩ族－Ｎ基板の間の界面は、粗いか、パターン状で、３０ナノメートルと１００マイクロメートルの間、または、５０ナノメートルと１０マイクロメートルの間のＲＭＳ高さ変化を有しうる。いくつかの実施形態において、第２の光透過部材の１つ以上の表面は粗い。いくつかの実施形態において、誘電反射防止膜層を、ＩＩＩ族－Ｎ表面に成膜する。ある実施形態において、第２の光透過部材２１０１は、アセンブリにおいて、そこに接続される光ファイバの直径より厚くなるように選択される。

【0100】

図２０Ａ～２０Ｅは、角部または縁部の近くでの上面または底面照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードのフォトダイオードダイ１００２の概略を簡単に示す側面図、断面図、および、平面図である。図２０Ｅは、図２０Ａ～２０Ｄに示す図面の視点位置を示す破線を含む。フォトダイオードダイへの光学窓（または、入射開口部）の位置以外、縁部パッシベーション部、反射防止窓膜１１１１、縁部反射層９０５などは、図１９Ａ～１９Ｅについて記載したものと同様である。しかしながら、ある実施形態において、基板の後面を、ｎ型反射電気接続部と共に、ダイに反射防止膜１１１１を有する光学窓１１１９を通って入射した光が異なる角度で反射されるような形状にして、光は、次のｐ型およびｎ型反射層による反射を介して、ダイを通って横方向に拡散される。ある実施形態において、光学窓１１１９の方向は、ダイの上面または底面と平行である。他の実施形態において、光学窓１１１９は、ダイの上面とも底面とも平行ではない外方向を有し、例えば、ファイバに、非垂直入射角度で結合された時の光損失を最小にする。

【0101】

ある実施形態において、基板または光透過部材と接触する反射部材２０２０（図２０Ｃ）は、光の伝播方向を、デバイス空洞領域内で、約３０度より大きくか、約４５度より大きくか、または、約６０度より大きく変化させる。いくつかの実施形態において、反射部材２０２０は、デバイス空洞領域に入射する光の第１の反射の伝播方向を、約４０度と約１４０度の間の角度で変化させる。これらの実施形態は、直径が基板の厚さより大きいファイバへの効率的な接続を可能にし、ロバスト性、および、光結合安定性を高めるか、または、ファイバ接続固定部の発展した製品供給網のレバレッジ効果を得るのに利点を有しうる。

【0102】

図２１Ａ、２１Ｂは、各々、光ファイバから、図２０Ａ～２０Ｅに示した構成と同様の上面／縁部光照射フォトダイオードダイへの光路の概略を示す断面図および平面図である。ファイバは、反射防止膜１１１１を有する光学窓に、フォトダイオードダイの面法線に対して角度γで（図２１Ａを参照）接続される。ある実施形態において、γの値は、０と約６０度の間、０と約４０度の間、０と約２０度の間、または、０と約５度の間、若しくは、更に０．１と５度の間になるように選択される。角度γがゼロ度から外れると、フォトダイオードダイに入射する光を、ｐ型反射接続部およびｎ型反射接続部から、何度も反射させる。しかしながら、この場合、ｐ側反射電気接続部１１３に形成された光学窓（または、入射開口部）１１１９（図２０Ｅおよび２１Ａ～２１Ｂ）に対向する反射部（例えば、図２１Ａのｎ側反射電気接続部１１４層）の１つ以上の非平坦な特徴物により、光は、様々な横方向に入射開口部１１１９（図２１Ｂ）から離れるように反射される。ある実施形態において、全内部反射を、縁部ミラーで用いうる。

【0103】

図２２Ａ～２２Ｅは、ダイの中心または中間位置での上面または底面照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードのフォトダイオードダイの概略を簡単に示す側面図、断面図、および、平面図である。フォトダイオードダイへの光学窓または入射開口部の位置以外、縁部パッシベーション部、反射防止膜、縁部反射層などは、図１８Ａ～１８Ｅについて記載したものと同様である。しかしながら、ある実施形態において、基板の後側（例えば、ヒートシンク９０１側）を、ｎ側反射電気接続部１１４と共に、ダイに反射防止膜１１１１を有する光学窓（つまり、入射開口部１１１９）を通って入射した光が異なる角度で反射されるような形状にして、光は、次のｐ型およびｎ型反射層からの反射を介して、ダイを通って横方向に拡散される。ある実施形態において、ｎ型反射電気接続部１１４は、そこに形成された円錐状または角錐状特徴物を有し、入射開口部から入射した光が、横方向に多数の方向に入射開口部１１１９から離れるように反射される。

【0104】

図２２Ａ～２２Ｅに示した上面（または、底面）入射ダイ配置は、上記縁部入射設計（例えば、図２、１３Ｄ、１４Ｂ、１７、１９Ａなど）より複雑な製造工程を必要としうる。例えば、半導体およびｐ型反射接続層の成膜前または後で、ｎ型反射層の成膜前に、非平坦な特徴物を、基板に配置または形成しなくてはならない。非平坦な特徴物（例えば、半球状、角錐状、または、円錐状）を、リソグラフィ、レーザアブレーション、研削、ウエットエッチング、および、ドライエッチングの少なくとも１つによって形成しうる。レーザ、研削、または、ドライエッチング処理による残留表面破損部は、ウエットエッチングで除去しうる。ある実施形態において、基板は、非平坦な特徴物の形成前に、例えば、３００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、または、２５マイクロメートル未満の厚さに薄くされる。基板を薄くする処理は、ラッピング、研削、研磨、化学機械的研磨、ドライエッチング、および、ウエットエッチングの少なくとも１つによって行いうる。ある実施形態において、基板１０１は、デバイスから、完全に取り外される。

【0105】

図１８Ａ～２２Ｅは、主に矩形または正方形の周囲を有するダイを示している。他の実施形態において、ダイは、三角形、台形、または、六角形の周囲を有する。更に他の実施形態において、ダイの縁部の少なくとも一部は、湾曲し、例えば、円形または楕円の輪郭に従う。他の周囲部も可能であり、本発明の範囲である。ある実施形態において、ダイへの１つ以上の電気接続部を、上面または底面に追加で、または、その代わりに、縁部の１つ以上に作成する。

【0106】

ある実施形態において、１つ以上の光学要素を用いて、光ファイバから出射する光放射を、フォトダイオードに入射する前に、少なくとも１つの寸法に沿って拡散させる。そのような構成は、例えば、光放射がフォトダイオードに入射する位置の近くの吸収層の領域における最大キャリア密度を削減するのに有利であり、非放射オージェ再結合の程度を低下させて、フォトダイオードおよび光学システムの効率を高めうる。

【0107】

図３１Ａ～３１Ｅは、光導波路３１９０の光結合部材３１８７を通って角部または縁部を通る横照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードの概略を簡単に示す側面図、断面図、上面図、および、底面図である。図３１Ａは、光ファイバ３１８０に光学的に接続されパッケージングされたフォトダイオードを図３１Ｃに示した破線で見た側面図である。図３１Ｂは、パッケージングされたフォトダイオードを図３１Ｃに示した破線で見た側断面図である。図３１Ｃは、パッケージングされたフォトダイオードを図３１Ａに示した破線で見た上面図である。図３１Ｄは、パッケージングされたフォトダイオードを図３１Ａに示した破線で見た上面断面図である。図３１Ｅは、パッケージングされたフォトダイオードを図３１Ａに示した破線で見た底面図である。

【0108】

図３１Ａ～３１Ｅを参照すると、ある実施形態において、所定の波長で低い光吸収係数を有する光導波路３１９０またはライトパイプを、光ファイバ３１８０とフォトダイオードパッケージのフォトダイオードダイ１００２の両方に光学的に接続して、光ファイバ３１８０から出射される光放射を横方向に（つまり、Ｙ方向に）拡散させて、デバイス空洞領域１６６９内の光放射強度を均一にして、光導波路３１９０を有さない比較例の設計と比べて、所定の光パワーについて高効率を可能にする。

【0109】

光ファイバ３１８０は、ファイバコア３１８３、および、ファイバクラッディング３１８１を含み、パッケージングされたフォトダイオードのフォトダイオードダイ１００２の１つの縁部に非常に近接して、従来から知られたように固定部（例えば、図３６の固定部３６０１）によって、配置されうる。光ファイバ３１８０は、ファイバコア３１８３の中心軸である主軸３１８１Ａを含み、それは、本明細書で第１の端部と称されることが多い光ファイバ３１８０の照射出射端部３１８２から放射が出射される方向の基準として本明細書で参照されることが多い。図３１Ｂを参照すると、１つの例において、主軸３１８１Ａは、Ｘ軸と平行である。ファイバコア３１８３は、シリカ、ガラス、または、プラスチックを含むか、それからなり、ファイバクラッディング３１８１は、従来から知られたように光放射を全内部反射によって閉じ込めるために、ガラスまたはプラスチックなど、光ファイバコア３１８３より低い屈折率を有する誘電組成物を含むか、それからなるものでありうる。フォトダイオードダイ１００２の縁部の１つの位置において、縁部は、反射防止光学窓層９１１で被膜され、周囲の残りの部分は、縁部反射層９０５で被膜されうる。フォトダイオードダイ１００２は、下側ヒートシンク９０１または上側ヒートシンク９０９の１つ以上に取り付けられうる。ヒートシンクは、銅、アルミニウムなどの少なくとも１つを含む層、および／または、プレート、若しくは、他の形状物を含みうる。フォトダイオードダイ１００２は、ヒートシンク９０９に、Ａｕ／Ｓｎ共晶、Ａｕ／Ｇｅ共晶、または、同様の接合層の１つによって取り付けられうる。好適な実施形態において、光結合部材３１８７は、フォトダイオードダイ１００２の吸収層によって吸収される放射の１つ以上の波長で、高い透明性を有する。ある実施形態において、光結合部材３１８７は、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、高屈折率ガラス、他のガラス組成物、サファイア、石英、酸化亜鉛、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４スピネル、他の結晶組成物、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、または、他のポリマー組成物の１つ以上からなるか、それを含む。ある実施形態において、光結合部材３１８７の１つ以上の表面を、反射膜３１８５で被膜する。反射膜３１８５は、銀、金、白金、ニッケル、アルミニウム、若しくは、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、Ａｌ_２Ｏ_３、または、ＭｇＦ_２などの誘電体の１つ以上を含みうる。反射膜３１８５は、あらかじめ選択した波長で、８５％より高いか、９０％より高いか、９５％より高いか、９８％より高いか、または、９９％より高い反射力を、吸収層によって吸収される１つ以上の波長で有しうる。いくつかの実施形態において、放射の１つ以上の波長は、４００ｎｍと５５０ｎｍの間の範囲内である。入射開口部３１８９、および、フォトダイオードダイに対向する光結合部材３１８７の面の１つ以上は、反射防止膜で被膜されうる。反射防止膜は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＬａＴｉＯ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、または、ＴｉＯ_２を含む群から選択された材料を含み、電子ビーム成膜、スパッタリング、または、他の適した成膜技術によって成膜されうる。

【0110】

図３１Ａ、３１Ｂを参照すると、光ファイバ３１８０から提供された光放射は、フォトダイオードダイ１００２のデバイス空洞領域１６６９（図３１Ｂ）に、フォトダイオードの半導体層に垂直なＺ方向に有意に拡散されることなく、光結合部材３１８７の配置によって確定されて、反射層からの高い反射力、および、効率的な光吸収のために吸収層を何度も通り抜けることが可能なように選択された角度で、結合される。本明細書に記載のように、デバイス空洞領域１６６９は、非吸収部、吸収部、および、ｐ型接続半導体層の１つ以上などの１つ以上の半導体層９１５を含む活性領域、並びに、基板１０１を含む。図３１Ｃ、３１Ｄを参照すると、光放射は、光ファイバ３１８０からフォトダイオードダイ１００２のデバイス空洞領域１６６９に、フォトダイオードダイ１００２の半導体層９１５の縁部と平行な方向（つまり、Ｙ方向）に有意に拡散され、光結合部材３１８７の配置および形状によって確定されて、有意な横方向の拡散、入射開口部３１８９に近い吸収層の領域でのキャリア密度の削減、および、高変換効率が可能なように選択された角度で結合される。

【0111】

代わりの実施形態において、入射開口部３１８９は、垂直方向に（つまり、Ｚ方向に（不図示））凸状で、光放射を、垂直方向に平行光にするか、僅かに合焦させ、横方向（つまり、Ｙ方向（不図示））に凹状で、光放射をより急に横方向に拡散させるように選択される。ある実施形態において、湾曲部を、光ファイバ３１８０の放射出射端部３１８２に加えて、出射した放射の角分布を変化させる。ある実施形態において、光結合部材３１８７、および／または、フォトダイオードダイ１００２は、ＸＹ面において、非矩形である。ある実施形態において、光結合部材３１８７の縁部、および／または、フォトダイオードダイ１００２は、非線形である。基板の吸収係数、基板の屈折率、活性領域の有効吸収係数および厚さ、ｎおよびｐ接続部の反射力、縁部反射率などのフォトダイオードパラメータに応じて、最適な設計になる。光結合部材３１８７の材料は、デバイス空洞領域１６６９の屈折率に非常に近くなるように選択されうるもので、その場合には、光学窓９１２の上に成膜される反射防止光学窓層９１１が不要になりうる。

【0112】

他の組の実施形態において、図３２に概略的に示したように、光放射は、ファイバコア３１８３からフォトダイオードダイ１００２へ、積分球３２９３によって結合される。光放射は、積分球３２９３の空洞部３２９１に入射開口部３１８９を通って入射し、デバイス空洞領域１６６９への入口に配置された光学窓９１２の反射防止光学窓層９１１に当たりうる。ある実施形態において、積分球３２９３は、球、楕円体、放物体、または、他の非球形状の一部である形状を有する。デバイス空洞領域１６６９からの光放射は、半導体層９１５を、および、基板１０１が存在する場合には、それを通り抜け、ｐ側反射電気接続部１１３から反射され、デバイス空洞領域１６６９から出射されて、積分球３２９３の内面３２９４に当たる。ある実施形態において、積分球３２９３の内面３２９４での反射は、組み込んだ被膜、表面ざらつき、表面特徴物、または、他の光分布特徴物により拡散される。ある実施形態において、積分球３２９３の内面３２９４は、チタニア（ＴｉＯ_２）を含むか、それからなりうる拡散反射部で、被膜される。ある実施形態において、例えば、図１４Ｂに概略的に示したように、基板１０１は、取り外される。図３２に概略的に示したものなど、いくつかの実施形態において、光学空洞領域は、デバイス空洞領域１６６９と空洞部３２９１の両方を含む。

【0113】

ある実施形態において、入射開口部３１８９および積分球３２９３の形状は、空洞部３２９１に入射する光が、反射防止光学窓層９１１に当たる前に積分球３２９３の内面３２９４から反射されるように選択される。ある実施形態において、開口部３１８９は、反射防止膜（不図示）を含みうる透明な窓を含むか、それからなる。ある実施形態において、空洞部３２９１は、空気ではなく、透明な液体または気体で充填される。ある実施形態において、透明な液体または気体は、シリコーン、エポキシ、ペルフッ素化化合物、および、ポリマーの１つ以上を含むか、それからなる。ある実施形態において、空洞部３２９１は、大気より低い気圧に維持されて、光放射の散乱を回避する。ある実施形態において、図１７Ａ、１７Ｂに、より詳細に概略的に示したように、フォトダイオードは、フリップチップされて、ｎ型接続部１６１４を通ってｎ側電気接続部が形成される。

【0114】

他の組の実施形態において、光ファイバから提供された１つ以上の波長の光放射を、図３３Ａ～３３Ｉに概略的に示したｎ側反射電気接続部３３１７などのｎ側電気接続部の透明な開口部を通って結合する。図３３Ａ～３３Ｉは、ｎ側反射電気接続部を含むフォトダイオードダイ１００２の表面を通る照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードを簡単に示す側面図である。図３３Ａを参照すると、ある実施形態において、フォトダイオードダイ１００２のデバイス空洞領域１６６９は、基板１０１および半導体層９１５からなるか、それを含む。以下に記載するように、光学空洞領域３３０１は、デバイス空洞領域１６６９を含みうる。図１３Ｃ、１４Ｂに概略的に示したものなど、いくつかの実施形態において、基板１０１は、取り外され、デバイス空洞領域１６６９は、ｐ型層１１１、第２の非吸収層１０９、吸収層１０５、および、ｐ型反射接続部１１３またはｐ側反射層１３１５に接合されたｎ型非吸収層１０３などの半導体層９１５を含みうるが、別体の光透過部材（図１４Ｂ）を含まないものでありうる。フォトダイオードダイ１００２は、フォトダイオードダイ１００２の表面に配置されたｎ側反射電気接続部３３１７および誘電層３３１９を含みうる。好適な実施形態において、ｎ側反射電気接続部３３１７は、ｎ側電気接続部を含むフォトダイオードダイ１００２の面と平行な平面（例えば、ＸＹ面）に、５０％より大きいか、７５％より大きいか、８０％より大きいか、９０％より大きいか、または、９５％より大きい開放領域を有する格子構造を有し、高い反射力を有する。ｎ側反射電気接続部３３１７に形成された開口部は、誘電層３３１９で充填され、それは、反射防止膜からなるか、それを含みうる。光結合部材３１８７は、その周囲のほとんどを覆う反射膜３１８５を有し、反射防止膜は、入射開口部３１８９および出射開口部３３８８上に配置される。光結合部材３１８７は、円錐状、正四角錐状、四角錐状、三角錐状、六角錐状、立方体状、四角柱状、球状、楕円球状、放物体状、または、他の同様の形状を有しうる。光ファイバコア３１８３からの光放射は、ファイバ結合レンズ３３９０によって、光結合部材３１８７の入射開口部へと合焦されうる。ファイバ結合レンズ３３９０の大面積面の一方または両方は、反射防止膜３３９１（例えば、ＭｇＦ_２）で覆われうる。ある実施形態において、反射防止膜３３９２は、ファイバコア３１８３の出射端部上に存在する。図３３Ａを用いて記載した実施形態において、光結合部材３１８７は、デバイス空洞領域１６６９を含む光学空洞領域３３０１の一部として機能し、そこで、入射開口部３１８９を通って入射した光放射は、吸収層１０７内で光吸収される間に何度も反射され、光放射は、誘電層３３１９および出射開口部３３８８を何度も通り抜ける。同様に、吸収層１０７内で出射された光放射（例えば、発光）は、つまり、電子および正孔がｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部３３１７によって分離および収集されるのではなく、放射再結合される場合、吸収層１０７内で再吸収される前に、光学空洞部で、何度も反射されうる（所謂、フォトンリサイクリング）。ファイバ結合レンズ３３９０を用いることで、光ファイバコア３１８３からの光放射を、ファイバコアの断面積より小さい面積の領域に合焦させることが可能になり、入射開口部３１８９を比較的小さくして、入射開口部３１８９を通る反射またはルミネセンス光放射の外への損失を最小にすることが可能になる。ファイバ結合レンズと合焦面の間の媒体が、１の屈折率を有する場合、合焦された領域の面積を、ファイバコアの面積に対してＮＡ^－２倍に削減しうるもので、但し、ＮＡは、光ファイバの開口数である。

【0115】

光放射がフォトダイオードダイ１００２に、デバイスの縁部または上面の光学窓９１２、１１１９ではなく、ｎ側反射電気接続部３３１７を通って結合される、このアプローチの変形例も可能である。例えば、図３３Ｂ～３３Ｅに概略的に示したように、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４を、光結合部材３１８７とｎ側反射電気接続部３３１７と誘電層３３１９の間に備えうる。ファイバ結合レンズ３３９０を、別の要素としてではなく、図３３Ｃに概略的に示したように、光ファイバコア３１８３の端部上に備えうる。図３３Ｄ、３３Ｅに概略的に示したように、ファイバ結合レンズ３３９０を省略しうる。光放射は、光ファイバコア３１８３から入射開口部３１８９へ、図３３Ｄに概略的に示したように、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４を通り抜けるか、図３３Ｅに概略的に示したように、ファイバコア３１８３の端部上の反射防止膜３３９２を通り抜けうる。代わりの実施形態において、光放射は、フォトダイオードダイ１００２に、ｎ側反射電気接続部の開口部を通ってではなく、ｐ側反射電気接続部の開口部を通って結合されうる。

【0116】

図３３Ａ～３３Ｅのように、光ファイバ３１８０からの光放射を、比較的大面積の領域に、ｎ側反射電気接続部３３１７の多数の開口部を通って結合するのではなく、図３３Ｆ～３３Ｉに概略的に示したように、光放射を、ｎ側反射電気接続部１１４のフォトダイオード入射開口部３３９６に結合しうる。フォトダイオード入射開口部３３９６は、図１８Ａ～２２Ｅについて記載した光学窓９１２の反射防止光学窓層９１１と同様の反射防止層（不図示）で被膜されうる。これらの実施形態において、光学空洞領域３３０１は、デバイス空洞領域１６６９を含むが、外部積分光学空洞部を含まない。本実施形態の好ましい態様において、デバイス空洞領域１６６９は、上記のように、基板または光透過部材の少なくとも１つを含む。光ファイバコア３１８３からの光放射を、フォトダイオード入射開口部３３９６に、自立要素（図３３Ｆ）としての、または、光ファイバコア３１８３の端部に接続された（図３３Ｇ）ファイバ結合レンズ３３９０のいずれかによって合焦させうる。その代わりに、光ファイバコア３１８３からの光放射は、光ファイバコア３１８３の端部上の反射防止膜３３９２（図３３Ｈ）を通って、または、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４（図３３Ｉ）を通って、入射開口部３３９６に直に結合されうる。ある実施形態において、フォトダイオードダイ１００２の縁部上の光学窓またはフォトダイオード入射開口部の面積は、フォトダイオードダイ１００２の縁部の面積の約１％と約２０％の間、または、２％と約１０％の間である。

【0117】

更に他の組の実施形態において、図３４Ａ～３４Ｉに概略的に示したように、光放射は、光ファイバ３１８０からフォトダイオードダイ１００２の縁部上の光学窓９１２に、更なる光学要素を用いて接続される。本明細書に開示の実施形態の１つ以上において、光学窓９１２の面積は、フォトダイオードダイ１００２の縁部の表面積の約１パーセントと約２０パーセントの間でありうる。１つ以上の代わりの実施形態において、光学窓９１２の面積は、フォトダイオードダイ１００２の縁部または面の表面積の５０パーセントより大きいなど、２０パーセントより大きいか、若しくは、５０と１００パーセントの間、または、更に８０と９９．９パーセントの間でありうる。図３４Ａ～３４Ｉは、フォトダイオードダイ１００２の縁部を通る照射用に設計されパッケージングされたフォトダイオードを簡単に示す側断面図である。図３４Ａを参照すると、図３１Ａ～Ｅと同様に、デバイス空洞領域１６６９は、基板または光透過部材３４０１および半導体層９１５（不図示）を含む。フォトダイオードダイ１００２は、ｎ側反射電気接続部１１４およびｐ側反射電気接続部１１３を含みうる。光結合部材３１８７は、その周囲のほとんどを覆う反射膜３１８５を有し、反射防止膜を、入射開口部３１８９および出射開口部３３８８上に有する。光結合部材３１８７は、円錐状、正四角錐状、四角錐状、三角錐状、六角錐状、立方体状、四角柱状、球状、楕円体状、放物体状または、他の同様の形状を有しうる。光ファイバコア３１８３からの光放射は、ファイバ結合レンズ３３９０によって、光結合部材３１８７の入射開口部３１８９に合焦され、次に、光透過部材３４０１に、反射防止光学窓層９１１を含みうる光学窓９１２を通って入射しうる。ファイバ結合レンズ３３９０の大面積面の一方または両方を、反射防止膜３３９１で覆いうる。ある実施形態において、反射防止膜３３９２は、ファイバコア３１８３の放射出射端部上に存在する。図３４Ａによって記載した実施形態において、光結合部材３１８７は、基板、または、デバイス空洞領域１６６９と共に、入射開口部３１８９を通って入射した光放射が、吸収層１０７（不図示）内で光吸収される間に何度も反射される光学空洞領域３３０１の一部として機能する。同様に、吸収層１０７内で出射された光放射は、つまり、電子および正孔がｐ側反射電気接続部１１３およびｎ側反射電気接続部１１４によって分離および収集されるのではなく、放射再結合される場合、吸収層１０７内で再吸収される前に、光学空洞部で、何度も反射されうる（所謂、フォトンリサイクリング）。ファイバ結合レンズ３３９０を用いることで、光ファイバコア３１８３からの光放射を、小さい面積の領域に合焦させることが可能になり、入射開口部３１８９を比較的小さくして、入射開口部３１８９を通る反射された光放射の外への損失を最小にすることが可能になる。

【0118】

光放射がフォトダイオードダイ１００２に、フォトダイオードダイ１００２の縁部上の光学窓９１２を通って結合される、このアプローチの変形例も可能である。例えば、図３４Ｂ～３４Ｅに概略的に示したように、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４を、光結合部材３１８７と光学窓９１２の間に備えうる。ファイバ結合レンズ３３９０は、別の要素としてではなく、図３４Ｃに概略的に示したように、光ファイバコア３１８３の端部上に備えられうる。図３４Ｄ、３４Ｅに概略的に示したように、ファイバ結合レンズ３３９０を省略しうる。光放射は、光ファイバコア３１８３から入射開口部３１８９へ、図３４Ｄに概略的に示したように、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４を通り抜けるか、または、図３４Ｅに概略的に示したように、ファイバコア３１８３の端部上の反射防止膜３３９２を通り抜けうる。

【0119】

図３４Ａ～３４Ｅのように、光ファイバ３１８０からの光放射を、フォトダイオードダイ１００２の縁部の比較的大面積に結合するのではなく、図３４Ｆ～３４Ｉに概略的に示したように、光放射を、フォトダイオード入射開口部３３９６に結合しうる。いくつかの構成において、フォトダイオードダイ１００２の縁部は、縁部反射層９０５によって囲まれたフォトダイオード入射開口部３３９６を含む。フォトダイオード入射開口部３３９６は、図１８Ａ～２２Ｅについて記載した光学窓９１２の反射防止光学窓層９１１と同様の反射防止層（不図示）で被膜されうる。これらの実施形態において、光学空洞領域３３０１は、デバイス空洞領域１６６９を含むが、外部積分光学空洞部を含まない。本実施形態のいくつかの好ましい態様において、デバイス空洞領域１６６９は、上記のように、基板または光透過部材の少なくとも一方を含む。本実施形態の代わりの態様において、図２７Ａ、２７Ｂに概略的に示したように、光学空洞領域３３０１は、第２の光透過部材２１０１を含むが、基板１０１または第１の光透過部材を含むか、含まないものでありうる。光ファイバコア３１８３からの光放射を、フォトダイオード入射開口部３３９６に、自立要素（図３４Ｆ）としての、または、光ファイバコア３１８３の端部に接続された（図３４Ｇ）ファイバ結合レンズ３３９０のいずれかによって、合焦させうる。その代わりに、光ファイバコア３１８３からの光放射を、光ファイバコア３１８３の端部上の反射防止膜３３９２を通って（図３４Ｈ）、または、インデックスマッチングされた透明な接着剤３３９４（図３４Ｉ）を通って、入射開口部３３９６に直に結合させうる。

【0120】

ある実施形態において、ファイバからの入射光放射エネルギーの全部ではなく、一部を、電力に変換しうるパッケージングされたフォトダイオードが望ましい。レーザダイオードまたは光ファイバ２４０１によって生成された入射光放射エネルギーの一部のみを取り出すように設計されたフォトダイオードアセンブリ２３０１の概略を示す断面図を、図２３Ａに示している。ある実施形態において、図２３Ａに示したように、フォトダイオードアセンブリ２３０１は、反射縁部層１４０４を含むが、ファイバからの光放射は、フォトダイオードダイの上面（または、いくつかの代わりの構成においては、底面）へ、ｐ型接続部１１１１、半導体層９１５、光透過部材（例えば、基板１０１）、更に、出射光学窓１４１２を通って、他の隣接配置された同様の構成のファイバ（不図示）へと結合される。図２３Ｂに示したように、多数のそのようなフォトダイオードアセンブリを、垂直に積み重ねるなど、直列に配置しうる。いくつかの実施形態において、直列の多数のフォトダイオードアセンブリは、吸収層のインジウム組成によって確定されるような、略同一のピーク吸収波長を有する。代わりの実施形態において、フォトダイオードアセンブリは、異なる波長の光放射を、例えば、各吸収層でのインジウム組成を変化させることによって、吸収するように構成される。

【0121】

上記のように、可視光波長で動作する窒化物系のパッケージングされたフォトダイオードは、赤外線領域で動作するヒ化物系のパッケージングされたフォトダイオードより利点を有すると予想される。図２６は、比較効率を、バンドギャップエネルギーの関数として概略的に示し、窒化物系およびヒ化物系のパッケージングされたフォトダイオードのエネルギーを含む。非縮退条件下で動作するパッケージングされたパワーフォトダイオードの詳細釣り合い限界で、入力光子エネルギーは、僅かにバンドギャップより高く、１００％の光吸収で、１００％の外部量子効率であると仮定し、ＳｈｏｃｋｌｅｙおよびＱｕｅｉｓｓｅｒ、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３２，５１０（１９６１）」に記載の方法を用いて、効率を計算する。説明を簡単にするために、入力パワーは、０．１Ｗであると仮定し、光学窓の面積は、１０^－５ｍ^２と仮定したが、これらのパラメータの値の広い範囲について、同様の結果が予想される。ある実施形態において、パッケージングされたフォトダイオードを、概して室温で用いる。図２６に示すように、３００ケルビンの温度（室温）で、理論的限界効率は、８８０ナノメートルの波長で動作するＧａＡｓフォトダイオードについて、７８．２％であるが、４５０ナノメートルの波長で動作するＩｎＧａＮフォトダイオードについては、８６．５％である。ＩｎＧａＮのバンドギャップが、ＧａＡｓと比べて高いことから、プランク分布の性質および形状により高い効率を生じる。しかしながら、ある実施形態において、フォトダイオードは、例えば、４００ケルビン、５００ケルビン、または、６００ケルビン、若しくは、更に高い温度など、高温で用いられる。４００ケルビンの温度において、理論的限界効率は、８８０ナノメートルの波長で動作するＧａＡｓフォトダイオードについて、７１．２％であるが、４５０ナノメートルの波長で動作するＩｎＧａＮフォトダイオードについて、８２．０％である。効率の絶対値は、高い温度のほうが低くなるが、ＧａＡｓフォトダイオードと比べたＩｎＧａＮフォトダイオードの相対効率の有利さは、＋１０％から＋１５％に増加する。５００ケルビンの温度において、理論的限界効率は、８８０ナノメートルの波長で動作するＧａＡｓフォトダイオードについて、６４．２％であるが、４５０ナノメートルの波長で動作するＩｎＧａＮフォトダイオードについて、７７．６％である。効率の絶対値は低くなるが、ＧａＡｓフォトダイオードと比べたＩｎＧａＮフォトダイオードの相対効率の有利さは、更に＋２１％に増加した。６００ケルビンの温度において、理論的限界効率は、８８０ナノメートルの波長で動作するＧａＡｓフォトダイオードについて、５７．４％であるが、４５０ナノメートルの波長で動作するＩｎＧａＮフォトダイオードについて、７３．２％である。効率の絶対値は低くなるが、ＧａＡｓフォトダイオードと比べたＩｎＧａＮフォトダイオードの相対効率の有利さは、更に＋２８％に増加した。

【0122】

少なくとも１つのパッケージングされた窒化物系パワーフォトダイオードを、光ファイバ給電モジュールに組み込みうる。図２４Ａ～２４Ｃに概略的に示したように、光ファイバ給電モジュールは、少なくとも１つのレーザダイオード２４０１、および、少なくとも１つのレーザダイオード２４０１および少なくとも１つのフォトダイオード２４０３にも接続された光ファイバ２４０２の少なくとも一部を含む。いくつかの実施形態において、光ファイバ２４０２は、光ファイバ束を含む。ある実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、１つのレーザダイオード２４０１、１つの光ファイバ２４０２、および、１つのフォトダイオード２４０３のみを含む（図２４Ａ）。ある実施形態において、光ファイバ２４０２（または、光ファイバ束）には、１つ以上の分岐部が存在し、異なる光ファイバ部分は、異なるフォトダイオード２４０３に接続される（図２４Ｂ）。ある実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、１つ以上の光学分配デバイス２４０４を含み、各光学分配デバイス２４０４は、制御された光パワーの一部を、少なくとも２つの出力光ファイバ分岐部に伝送可能である（図２４Ｃ）。いくつかの実施形態において、光学分配デバイス２４０４は、１つ以上のガルバノミラー、１つ以上のマイクロスキャンミラー、１つ以上の合焦レンズ、および、１つ以上の光学ビームスプリッタの少なくとも１つを含むか、それからなる。

【0123】

ある実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、単に、パワーを光学的に伝送するように設計される。他の実施形態において、図２５Ａ～２５Ｄに概略的に示したように、光ファイバ給電モジュールは、パワーと信号の両方を伝送するように設計される。例えば、信号を、光パワーに、レーザダイオード２４０１の振幅を１つ以上の周波数で変調することによって重ねうる。いくつかの実施形態において、制御モジュールは、レーザダイオードから出力されたパワーを、少なくとも１つの制御されたＡＣ周波数で変調し、フォトダイオード信号を、ＤＣパワーコンポーネントと、その少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントに、分離するように構成される。変調されたレーザダイオードパワーおよびフォトダイオードパワーの変調されたＡＣコンポーネントの振幅は、対応するＤＣコンポーネントの１０％未満、１％未満、または、０．１％未満でありうる。ＤＣパワーコンポーネントを電力に変換するように構成された第１のフォトダイオードは、更に、少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成される。いくつかの実施形態において、別体の信号光検出器デバイスを備え、別体の信号光検出器デバイスは、少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成される。

【0124】

フォトダイオードに接続された増幅器システムは、次に、１つ以上の周波数の信号または複数の信号を取り出す。ある実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、少なくとも２つのレーザダイオード２４０１、２４０５、および、少なくとも２つのフォトダイオード２４０３、２４０４を含み、少なくとも２つの異なる方向に信号通信可能なように構成される（図２５Ｃ）。ある実施形態において、信号は、可聴周波数で変調され、出力は、ヘッドホンまたはスピーカーなどのオーディオデバイスに結合される。ある実施形態において、ＡＣ信号コンポーネントは、可聴周波数で変調されて、モジュールは、ヘッドホンまたはオーディオスピーカーに接続される。ある実施形態において、信号を、キロヘルツ、メガヘルツ、または、ギガヘルツの周波数で変調する（図２５Ｄ）。

【0125】

ある実施形態において、変調された信号は、光パワーの電力への変換も行う同じＧａＮ系フォトダイオードデバイスを用いて検出される。代わりの実施形態において、別体の信号光検出器デバイスを用いて、変調された光学信号の一部を、変調された電気信号に変換する。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、ＧａＮ系フォトダイオード、Ｓｉ系フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓ系フォトダイオード、および、ＩｎＰ系フォトダイオードから選択される。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、エッジ連結されるか、共振空洞領域または屈折ファセットを組み込む。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、少なくとも１ＭＨｚ、少なくとも１０ＭＨｚ、少なくとも１００ＭＨｚ、少なくとも１ＧＨｚ、少なくとも１０ＧＨｚ、少なくとも２５ＧＨｚ、または、少なくとも１００ＧＨｚの帯域幅を有する。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、ＧａＮ系フォトダイオードがＤＣ光パワーをそこから受け取るのと同じ光学空洞領域に実装されて、そこから、変調された光学信号を受信する。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、信号を、ＧａＮ系パワーフォトダイオードと同じネットワークに接続された光ファイバから受信する。ある実施形態において、別体の信号光検出器デバイスは、ＧａＮ系パワーフォトダイオードから光学的に分離され、後者から発せられた迷光が前者の帯域幅を低下させないようにする。ある実施形態において、光ファイバからの光放射の小さい部分が別体の光検出器デバイスに送られ、残りの大部分の光放射は、ＧａＮ系パワーフォトダイオードに送られる。

【0126】

図３５Ａ～３５Ｆは、本開示の実施形態によるパッケージングされたフォトダイオード、および、光ファイバに接続された別体の信号光検出器デバイス３５９５を簡単に示す側断面図である。いくつかの実施形態において、図３５Ａに概略的に示したように、光ファイバ３１８０から出射された光放射は、フォトダイオードダイ１００２へファイバ結合レンズ３３９０によって送られる前に、信号光検出器デバイス３５９５から光結合部材３１８７の入射開口部３１８９へと反射される。ある実施形態において、信号光検出器デバイス３５９５は、入射光放射の小さい部分のみを信号光検出器デバイス３５９５に送るのを可能にする高反射膜３５９６を有する。ある実施形態において、高反射膜３５９６の反射力は、９０％より高いか、９５％より高いか、９７％より高いか、または、９８％より高い。ある実施形態において、高反射膜３５９６は、銀などの金属、および、誘電体の１つ以上を含む。

【0127】

ある実施形態において、第２のファイバ結合レンズ３３９０を用いて、光ファイバ３１８０からの光放射を、信号光検出器デバイス３５９５に合焦させて（図３５Ｂ）、信号光検出器デバイス３５９５の小さい横方向の寸法を使用可能にし、後者の静電容量を削減し、帯域幅を増加させうる。ある実施形態において、信号光検出器デバイス３５９５の横方向の寸法は、１ミリメートル未満、３００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、または、５０マイクロメートル未満である。ある実施形態において、図３５Ｃ～３５Ｆに概略的に示したように、信号光検出器デバイス３５９５は、光結合部材３１８７上の反射膜３１８５の開口部３５９８を通る光放射を、サンプリングする。ある実施形態において、光結合部材３１８７の中に含まれた小さい内部反射部３５９７は、光放射の一部を開口部３５９８に向かって反射する。ある実施形態において、内部反射部３５９７は、銀などの金属、および、誘電体の１つ以上を含む。ある実施形態において、内部反射部３５９７は、光結合部材３１８７内の気泡または空隙部を含む。ある実施形態において、内部反射部３５９７の最大寸法は、約２ミリメートル未満、約１ミリメートル未満、約５００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、または、約５０マイクロメートル未満である。

【0128】

ある実施形態において、光結合部材３１８７から出射され光放射は、フォトダイオードダイ１００２の縁部に入射する（図３５Ｃ）。他の実施形態において、光結合部材３１８７から出射された光放射は、フォトダイオードダイ１００２に、ｎ側反射電気接続部３３１７の開口部を通って入射する（図３５Ｄ～３５Ｆ）。ある実施形態において、光ファイバ３１８０からの光放射は、光結合部材３１８７の入射開口部３１８９にファイバ結合レンズ３３９０によって合焦される（図３５Ｃ～３５Ｅ）。ある実施形態において、インデックスマッチングされた接着剤３３９４を用いて、光放射を、光結合部材３１８７からフォトダイオードダイ１００２に（図３５Ｅ、３５Ｆ）、または、光ファイバ３１８０から入射開口部３１８９に送る（図３５Ｆ）。

【0129】

ある実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、室温近く、つまり、約４００ケルビンより低い温度で動作する。他の実施形態において、光ファイバ給電モジュールは、約４００ケルビンと約５００ケルビンの間、約５００ケルビンと約６００ケルビンの間、または、約６００ケルビンより高い温度で動作する。

【0130】

ある実施形態において、光ファイバとフォトダイオードの間の光結合は、非剛性または非接触であり、光パワーを回転する物体に容易に結合可能にしうる。

【0131】

ある実施形態において、フォトダイオードからの電力を用いて、モノのインターネット（ＩｏＴ）センサまたはアクチュエータに電力を供給する。ある実施形態において、フォトダイオードからの電力を用いて、パーソナル電子アプリケーションまたはパーソナル電子装置に電力を供給する。

【0132】

代わりの実施形態において、レーザダイオードなどの光源からフォトダイオードへの光パワーの伝送は、ファイバを用いずに、例えば、宇宙の人工衛星の間で、または、地上と空中のドローンの間で行われる。

【0133】

ある実施形態において、図２８に概略的に示したように、光ファイバ給電モジュールは、照明システム２４０７と統合される。照明システム２４０７は、蛍光体、ヒートシンク、遠視野分布光を形成する反射型または透過型光学部材、センサ、および、制御システムの１つ以上を含みうる。そのような能力は、光源（例えば、レーザダイオード）２４０１、および、窒化物半導体材料システムに基づくフォトダイオードシステムを用いて可能であるが、例えば、ヒ化物系システムを用いては不可能である。レーザダイオード２４０１などの光源によって、光ファイバ２４０２を通して注入された光の一部は、電力に、フォトダイオード２４０３によって変換され、残りの光は、他の光ファイバ２４０６へと外に結合されて、照明システム２４０７に注入される。いくつかの実施形態において、照明システム２４０７は、照明器具である。いくつかの実施形態において、照明システム２４０７は、自動車のヘッドライトである。いくつかの実施形態において、照明器具は、１つ以上の蛍光体を含み、例えば、４００ナノメートルと４６０ナノメートルの間の１つ以上の波長を有する光ファイバからの光の一部を変換して、緑色光、黄色光、および／または、赤色光を出射する。いくつかの実施形態において、照明器具は、太陽スペクトルに近似した光を出射する。いくつかの実施形態において、照明器具は、約２７００ケルビン、約３０００ケルビン、約４０００ケルビン、または、約６０００ケルビンの色温度を有する光を出射する。いくつかの実施形態において、照明器具は、約８０、８０と９０の間、９０と９５の間、または、９５より大きい演色評価指数（ＣＲＩ）を有する光を出射する。いくつかの実施形態において、照明器具は、４５度未満、３０度未満、２０度未満、１０度未満、５度未満、または、３度未満の円錐角度を有する平行光を出射する。ある実施形態において、フォトダイオード２４０３からの電力を用いて、センサまたは無線通信デバイスなど、照明器具の構成要素に、電力を供給する。ある実施形態において、フォトダイオード２４０３からの電力を用いて、色温度、青色光の他の色の強度に対する強度、光の角分布などの照明システムの出力特性を変化させる制御システムに電力を供給する。

【0134】

１つ以上の光ファイバ給電モジュールを、光ファイバ給電システムに組み込みうる。少なくとも１つのレーザダイオード光源、少なくとも１つのパワーフォトダイオード、および、光ファイバの少なくとも一部に追加で、光ファイバ給電システムは、制御システム、バッテリなどの電源へのリード線、交流機、または、主ＡＣまたはＤＣ電源、光ファイバの少なくとも一部を囲む可撓性外被、少なくとも１つの温度センサ、光ファイバ給電モジュールの少なくとも１つの要素の、それが配置された構造物に対する位置を維持する少なくとも１つのハーネス部材、ファンまたは流れる冷却液などの冷却手段、並びに、少なくとも１つのセンサの１つ以上を含みうる。光ファイバ給電システムは、自動車内、自動車エンジン内、トラックまたはトラックエンジン内、バスまたはバスエンジン内、機関車内、航空機または航空機エンジン内、ヘリコプターまたはヘリコプターエンジン内、住宅、アパート、または、居住用ビル内、若しくは、商業施設ビル内に配置されうる。

【0135】

自動車またはビルの部屋内の光ファイバ給電システムなどの実施形態において、ファイバの長さは、比較的短く、約１センチメートルと約１メートルの間である。そのような場合には、ファイバ内の光減衰が性能を制限することはなく、曲げ半径および熱安定性などの他の要因が、より重要でありうる。ビル内の光ファイバ給電システムなど、光パワーが１つの部屋から他の部屋に伝送される他の実施形態において、ファイバの長さは、１メートルと１００メートルの間でありうる。この場合、ファイバ内の光減衰が、より重要で、曲げ半径の重要性は、低くなりうる。他の実施形態において、ファイバの長さは、１００メートルと１キロメートルの間、または、１キロメートルより長いものでありうる。

【0136】

光ファイバ給電システムは、他のシステムと比べて信頼性が改良されたものでありうる。例えば、従来の電線給電システムと比べて、（電気的接続ではなく、光学的な）接続は、酸化または他の劣化を受けにくく、電流により生じる電気伝送ノイズをなくしうる。ヒ化物系システムと比べて、窒化物系システムは、より長い動作寿命を有し、高温側の逸脱の影響を受けにくいものでありうる。

【0137】

上記のように、フォトダイオードのデバイス空洞領域内での主に横方向の光の伝播により、比較的厚い基板上に比較的薄い吸収層を製膜して、デバイス空洞領域内で、光の大部分を吸収することが可能になる。本発明者らは、フォトダイオードの様々な設計パラメータ間のトレードオフを定量化するために、デバイス空洞領域について、基板、非吸収層、吸収層、並びに、上面および底面反射接続部内での吸収を説明する光吸収モデルを構築した。モデルへの入力は、基板および吸収層の吸収係数、屈折率、および、厚さ、並びに、上面および底面反射接続部の反射率を含む。これらの入力で、光吸収率を、吸収層の平面に対する光伝播角度の関数として計算しうる。例として、図２９Ａ、２９Ｂは、基板、吸収層、上面ｐ接続ミラー、および、底面ｐ接続ミラーの累積光吸収を、横方向の伝播距離の関数として、この計算に用いた入力パラメータと共に示している。１５度の光伝播角度は、図２９Ａに示したパラメータの組について、吸収層内での光吸収を最大にした。

【実施例】

【0138】

本開示の実施形態を、更に、次の比較例および例示的なプロセス例を参照して記載する。当業者には、材料および方法の両方について、本開示の範囲を逸脱することなく、多数の変更を行いうることが明らかだろう。

【0139】

比較例１
比較対象として、＋ｃ面、ＧａＮ‐ｏｎ‐ＧａＮダイを、約４０５ナノメートルで発光する市販のＬＥＤから取り出して、フォトダイオードとして用いた。ＬＥＤ構造物は、ｐ型ＧａＮ層の下のＡｌＧａＮ電子ブロッキング層、並びに、ＩｎＧａＮ井戸層およびＧａＮバリア層を含む多重量子井戸ＭＱＷ構造物を含むと考えられる。ＬＥＤ構造物は、高ドープ層も、ドープされ減少したバンドギャップ層も、ＭＱＷ層に直に隣接して含まないと考えられる。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。図５に、結果を、「ＬＩＶ」曲線として示している。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．７４Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝３．０６ｅＶ、Ｉ_ｓｃ＝２．６Ａ／ｃｍ^２、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８９、および、ＦＦ＝４６％だった。Ｖ_ｏｃおよびＩ_ｓｃの値は、比較的良好なことが分かり、一方、フィルファクタの値が低いことは、改良したデバイス設計が必要なことを示している。一方、比較的高いフィルファクタの曲線を、図５に比較のために示している。

【0140】

比較例２
Ｓｉドーパントを２×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む５００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉドーパントを４×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む１００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む９０ナノメートルのｐ型ドープ層、次に、Ｍｇを１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む１０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、７ナノメートルのＧａＮ層と、次に、４ナノメートルのＩｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ井戸層および７ナノメートルのＧａＮバリア層が交互で１０層とからなるものだった。構造物は、約４４７ナノメートルでのエレクトロルミネセンスピークを特徴とした。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。図６に、結果を示している。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．３２Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．７７ｅＶ、Ｉ_ｓｃ＝６．５×１０^－３Ａ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ＝３３％だった。Ｖ_ｏｃおよびＩ_ｓｃの値は、比較的良好なことが分かり、一方、フィルファクタの値が低いことは、改良したデバイス設計が必要なことを示している。

【0141】

比較例３
Ｓｉドーパントを２．０×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉドーパントを２×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む３０ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層、次に、Ｍｇを１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む１０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、４０ナノメートルのダブルヘテロ構造Ｉｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ層からなるものだった。構造物は、約４３５ナノメートルでのエレクトロルミネセンスピークを特徴とした。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。図１１に結果を示している。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．４３Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．８５ｅＶ、Ｉ_ｓｃ＝０．０１３Ａ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８５、および、ＦＦ３８％だった。Ｖ_ｏｃおよびＩ_ｓｃの値は、比較的良好なことが分かり、一方、フィルファクタの値が低いことは、改良したデバイス設計が必要なことを示している。

【0142】

比較例４
Ｓｉドーパントを２．０×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉドーパントを５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度で含む１００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを２×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層、次に、Ｍｇを１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む１０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、４０ナノメートルのダブルヘテロ構造Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ層からなる。構造物は、約４７３ナノメートルでのエレクトロルミネセンスピークを特徴とした。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．２０Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．６２ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ４５％だった。Ｖ_ｏｃの値は、比較的良好なことが分かり、一方、フィルファクタの値が低いことは、改良したデバイス設計が必要なことを示している。

【0143】

実施例１
Ｓｉドーパントを２．０×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉドーパントを３．０×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む３０ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層、次に、Ｍｇを１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む１０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、４０ナノメートルのダブルヘテロ構造Ｉｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ層からなる。構造物は、約４３５ナノメートルでのエレクトロルミネセンスピークを特徴とした。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．４３Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．８５ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８５、および、ＦＦ８５％だった。

【0144】

実施例２
Ｓｉドーパントを２．０×１０^１８ｃｍ^－３の平均濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉを４．０×１０^１９ｃｍ^－３の平均濃度で含む３０ｎｍのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを２×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、４０ナノメートルのダブルヘテロ構造Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ層からなる。構造物は、約４７３ナノメートルでのフォトルミネセンスピークを特徴とする。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．２０Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．６２ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ９１％だった。

【0145】

実施例３
Ｓｉドーパントを２．０×１０^１８ｃｍ^－３の平均濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、Ｓｉを５．０×１０^１７ｃｍ^－３の平均濃度で含む１００ｎｍのｎ型ドープＧａＮ層、次に、最初の組成がＧａＮで、最終組成が概してＩｎ_０．１８Ｇａ_０．７２Ｎの組成勾配を有し、Ｓｉドーパントを約５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度で含む約６ｎｍの厚さのＩｎＧａＮ層、次に、意図せずにドープされた吸収層、次に、Ｍｇを２×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００１）から［１０－１０］に向かって約０．４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、意図せずにドープされ、４０ナノメートルのダブルヘテロ構造Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ層からなる。構造物は、約４７３ナノメートルでのフォトルミネセンスピークを特徴とする。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．２０Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．６２ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ８５％だった。

【0146】

実施例４
Ｓｉドーパントを３．５×１０^１８ｃｍ^－３の平均濃度で含む３００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、ＩｎＧａＮ－ＧａＮ歪層超格子（ＳＬＳ）、次に、最初の組成が概してＩｎ_０．０４Ｇａ_０．９６Ｎで、最終組成が概してＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎの組成勾配を有し、Ｓｉドーパントを約４．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度で含む約６ｎｍの厚さのＩｎＧａＮ層、次に、３ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ井戸、および、Ｓｉドーパントを約３×１０^１７ｃｍ^－３の濃度で含む９ｎｍのＧａＮバリア層を含む９周期の多重量子井戸構造物、次に、Ｍｇを約２×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含む１００ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、サファイア基板上に、基板の面法線を窒化物エピタキシャル層の［０００１］から５度以内にして成長させた。吸収層は、９周期の多重量子井戸構造物からなるものだった。構造物は、約４５７ナノメートルでのフォトルミネセンスピークを特徴とした。製造したデバイスの逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。結果を図１２に示している。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．３４Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．７１ｅＶ、Ｉ_ｓｃ＝０．０１１４Ａ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８６、および、ＦＦ７８％だった。Ｖ_ｏｃ、Ｉ_ｓｃ、および、ＦＦの値は、比較的良好であることが分かる。測定したＦＦは、ｎ金属接続部を電気的に探索する方法により生じる直列抵抗により、人為的に低くなっている。

【0147】

実施例５
Ｓｉドーパントを１．０×１０^１８ｃｍ^－３の平均濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされ、２ｎｍのＩｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ井戸、および、４ｎｍのＧａＮバリア層を含む２０周期の多重量子井戸構造物、次に、Ｍｇを約２×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含む５０ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（０００－１）から［１０－１０］に向かって約４度でミスカットしたバルクＧａＮ基板上に成膜した。吸収層は、９周期の多重量子井戸構造物からなるものだった。構造物は、約４７０ナノメートルでのフォトルミネセンスピークを特徴とする。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．２０Ｖと評価され、Ｅ_ｇ＝２．６３ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ８８％である。

【0148】

実施例６
Ｓｉドーパントを５．０×１０^１８ｃｍ^－３の平均濃度で含む１０００ナノメートルのｎ型ドープＧａＮ層、次に、意図せずにドープされ、２ｎｍのＩｎ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ井戸および４ｎｍのＧａＮバリア層を含む２０周期の多重量子井戸構造物、次に、Ｍｇを約１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含む１００ナノメートルのｐ型ドープ層を含むエピタキシャル構造物を、（３０－３－１）から０．１度以内の結晶方位を有するバルクＧａＮ基板上に成膜した。構造物は、約４７０ナノメートルでのフォトルミネセンスピークを特徴とする。逆電流‐電圧特性を、暗い条件と明るい条件下で記録し、但し、市販の４０５ｎｍレーザダイオードによって光照射した。測定結果から、Ｖ_ｏｃは、２．２０Ｖとして評価され、Ｅ_ｇ＝２．６３ｅＶ、ｅＶ_ｏｃ／Ｅ_ｇ＝０．８４、および、ＦＦ８８％だった。

【0149】

ここまで、本開示の実施形態について記載したが、本開示の他の、および、更なる実施形態も、本開示の基本範囲を逸脱することなく企図しうるものであり、本発明の範囲は、添付の請求項によって確定される。

【符号の説明】

【0150】

１０１ 基板
１０５ ｎ型第１の非吸収層
１０７ 吸収層
１０９ 第２の非吸収層
１１１ ｐ型非吸収層
１１３ ｐ側反射電気接続部
１１４ ｎ側反射電気接続部
２１５ 不連続ｐ電極
２１７ 不連続ｎ電極
２５２ 受光面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図18E】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図20A】

【図20B】

【図20C】

【図20D】

【図20E】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図22C】

【図22D】

【図22E】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図25D】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図30】

【図31A】

【図31B】

【図31C】

【図31D】

【図31E】

【図32】

【図33A】

【図33B】

【図33C】

【図33D】

【図33E】

【図33F】

【図33G】

【図33H】

【図33I】

【図34A】

【図34B】

【図34C】

【図34D】

【図34E】

【図34F】

【図34G】

【図34H】

【図34I】

【図35A】

【図35B】

【図35C】

【図35D】

【図35E】

【図35F】

【図36】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0149】

ここまで、本開示の実施形態について記載したが、本開示の他の、および、更なる実施形態も、本開示の基本範囲を逸脱することなく企図しうるものであり、本発明の範囲は、添付の請求項によって確定される。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^１０ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
固定部と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記光学アセンブリは、光学窓を有する光学空洞領域を有し、該光学空洞領域は、
前記１つ以上の吸収層、前記第１の非吸収層、および、前記第２の非吸収層を含むデバイス空洞領域と、
前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記デバイス空洞領域を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材と
を含むものであり、
前記固定部は、光ファイバの第１の端部を、前記第１のダイの前記光学窓の表面から第１の距離に配置するように構成されたものである光学アセンブリ。
実施形態２
前記第１の距離は、約２マイクロメートルと約１０ミリメートルの間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態３
前記第１の距離は、一定で、約１マイクロメートルと約１ミリメートルの間の許容誤差を有するものである、実施形態２に記載の光学アセンブリ。
実施形態４
前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面の間の角度αは、ゼロと約５０度の間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態５
前記光ファイバの主軸と、前記光学窓の前記表面に垂直な方向の間の角度γは、ゼロと約６０度の間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態６
前記光ファイバの主軸と前記第１のダイの縁部の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態７
前記角度βは、ゼロと約２０度の間である、実施形態６に記載の光学アセンブリ。
実施形態８
前記光ファイバの主軸と前記第１の平面に垂直な方向の間の角度γは、約０と６０度の間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態９
光源からの光放射を前記光学窓の前記表面に反射するように構成されたミラーを、
更に含む、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１０
光学窓を有する光学空洞領域を含む第２のダイを、
更に含み、
前記ミラーは、前記光源からの光放射を前記第１のダイの前記光学窓の前記表面に反射し、更に、該光源からの光放射を前記第２のダイの前記光学窓の表面に反射するように構成されたものである、実施形態９に記載の光学アセンブリ。
実施形態１１
前記光学空洞領域は、第１の光透過部材、および、該第１の光透過部材に光学的に接続された第２の光透過部材を含むものである、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１２
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されて、前記光放射を、該光学窓の前記表面と平行な方向に拡散させるように構成された光結合部材を、
更に含む、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１３
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されて、前記光放射を、前記第１のダイの縁部と平行な方向に拡散させるように構成された光結合部材を、
更に含む、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１４
前記光ファイバの前記第１の端部から受光した光放射を、前記第１のダイの前記デバイス空洞領域に結合するように構成された積分球を、
更に含む、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１５
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置された光結合部材を、
更に含み、
前記光学窓は、開口部を有する反射電気接続部を含むものであり、前記光結合部材は、前記光放射を前記第１の平面における２つの直交方向に拡散させるように構成されたものである、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１６
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光結合部材の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、実施形態１５に記載の光学アセンブリ。
実施形態１７
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光結合部材の間にファイバ結合レンズを、
更に含む、実施形態１６に記載の光学アセンブリ。
実施形態１８
前記デバイス空洞領域は、ｎ側反射電気接続部およびｐ側反射電気接続部を更に含み、前記光学窓は、該ｎ側反射電気接続部と該ｐ側反射電気接続部の一方の中に配置されたものである、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１９
前記光学窓は、前記電磁波を受信するように構成された表面を含み、前記第１のダイの縁部上に配置されたものであり、該光学窓の該表面の面積は、該第１のダイの該縁部の面積の約１％と約２０％の間である、実施形態１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２０
前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、実施形態１９に記載の光学アセンブリ。
実施形態２１
光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^１０ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
光学要素と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記第１のダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、
前記デバイス空洞領域は、前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものであり、
前記光学要素は、光放射を光ファイバから受光し、該受光した光放射を前記光学窓の少なくとも一部に伝送するように構成されたものである光学アセンブリ。
実施形態２２
前記光学要素は、光導波路または光結合部材を含むものである、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２３
前記光ファイバは、主軸と、前記第１のダイの前記光学窓の表面から第１の距離に配置された放射出射端部とを含むものである、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２４
前記光ファイバの放射出射端部と前記光学窓の間に配置された光ファイバ結合レンズを、
更に含む、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２５
前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面の間の角度αは、ゼロと約５０度の間である、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２６
前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記光学窓の表面の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２７
前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１のダイの縁部の間の角度βは、ゼロと約６０度の間である、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態２８
前記角度βは、ゼロと約２０度の間である、実施形態２７に記載の光学アセンブリ。
実施形態２９
前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面に垂直な方向の間の角度γは、約０と約６０度の間である、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態３０
前記光学要素は、前記光放射を、前記第１のダイの縁部と平行な方向に拡散させるように構成されたものである、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態３１
前記光学要素は、前記光放射を、前記第１の平面における２つの直交方向に拡散させるように構成されたものである、実施形態２１に記載の光学アセンブリ。
実施形態３２
光学デバイスにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含むダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^１０ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであるダイを
含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した厚さ、および、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面を有するものであり、
前記ダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、
前記デバイス空洞領域は、前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものである光学デバイス。
実施形態３３
前記少なくとも２つの対向する反射部材は、更に、前記１つ以上の吸収層から出射された発光を内部反射させるように構成されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３４
前記光学窓の面積は、前記吸収層表面の表面積の４０％未満である、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３５
前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面から２０度以内の方向に伝播させるように構成されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３６
前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面から２０度と８０度の間の方向に伝播させるように構成されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３７
前記デバイス空洞領域は、光を前記第１の平面の垂線から１０度以内の方向に伝播させるように構成されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３８
前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、（０００１）または（０００－１）から５度以内である、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態３９
前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、｛１０－１０｝または｛１１－２０｝の一方から５度以内である、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４０
前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層の各々の結晶方位は、｛１１－２±２｝、｛６０－６±１｝、｛５０－５±１｝、｛４０－４±１｝、｛３０－３±１｝、｛５０－５±２｝、｛７０－７±３｝、｛２０－２±１｝、｛３０－３±２｝、｛４０－４±３｝、｛５０－５±４｝、｛１０－１±１｝、｛１０－１±２｝、｛１０－１±３｝、｛２１－３±１｝、または、｛３０－３±４｝の１つから５度以内である、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４１
前記１つ以上の吸収層、並びに、前記第１および第２の非吸収層は、各々、約１０ ^８ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４２
ガリウム含有窒化物を含む基板を、
更に含み、
前記基板は、較正された二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって定量化された場合、
Ｏ、Ｈ、および、Ｃの各々、約１×１０ ^１６ ｃｍ ^－３ と１×１０ ^１９ ｃｍ ^－３ の間、約１×１０ ^１６ ｃｍ ^－３ と２×１０ ^１９ ｃｍ ^－３ の間、および、１×１０ ^１７ ｃｍ ^－３ 未満である不純物濃度と、
Ｆ、Ｃｌ、Ｎａ、および、Ｋの少なくとも１つの約１×１０ ^１５ ｃｍ ^－３ と１×１０ ^１９ ｃｍ ^－３ の間である不純物濃度とを有するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４３
基板を、
更に含み、
前記基板は、特徴物のパターン状アレイを、該基板と前記第１および第２の非吸収層の少なくとも１つとの間の界面に含むものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４４
前記パターン状アレイの特徴物のピッチは、約０．２マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間であり、該特徴物は、約０．１マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間の高さ、および、０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の幅を有するものである、実施形態４３に記載の光学デバイス。
実施形態４５
基板と、
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記第１の非吸収層は、前記基板の第１の面の上に積層され、前記ｎ側反射電気接続部は、該基板の該第１の面と反対側の該基板の第２の面と電気接続し、前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層と電気接続するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４６
不連続ｐ電極および反射金属層を含むｐ側反射電気接続部を、
更に含む、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４７
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記ｎ側反射電気接続部と前記ｐ側反射電気接続部の少なくとも一方は、ＴｉＯ _２ 、Ｔａ _２ Ｏ _５ 、ＺｒＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＯ _ｘ 、ＳｉＮ _ｘ 、Ｓｉ _３ Ｎ _４ 、ＳｉＯ _ｘ Ｎ _ｙ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、または、ＭｇＦ _２ の少なくとも１つを含む誘電層を含むものである、実施形態４６に記載の光学デバイス。
実施形態４８
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
少なくとも１つのビアが前記第２の非吸収層および前記１つ以上の吸収層に侵入し、
前記ｎ側反射電気接続部は、前記第１の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と直に電気接続し、
前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された前記半透明電流拡散層と電気接続するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態４９
光透過部材と、
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
前記ｎ側電気接続部は、前記光透過部材の第１の面と反対側の該光透過部材の第２の面、および、前記第１の非吸収層の一方、若しくは、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続し、前記ｐ側反射電気接続部は、該第２の非吸収層、または、該第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続し、該ｎ側およびｐ側反射電気接続部の少なくとも一方は、該光透過部材に対して横方向に配置されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態５０
前記光透過部材に対して横方向に配置された前記ｎ側およびｐ側反射電気接続部の前記少なくとも一方は、前記第１の非吸収層と電気接続するものである、実施形態４９に記載の光学デバイス。
実施形態５１
ｎ側反射電気接続部と、
ｐ側反射電気接続部と
を更に含み、
少なくとも１つのビアは、前記第１の非吸収層および前記１つ以上の吸収層に侵入し、
前記ｎ側反射電気接続部は、前記第１の非吸収層、または、前記第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と直に電気接続し、
前記ｐ側反射電気接続部は、前記第２の非吸収層、または、該第２の非吸収層上に配置された半透明電流拡散層と電気接続するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態５２
前記少なくとも２つの対向する反射部材は、ｎ側反射電気接続部およびｐ側反射電気接続部を含み、該ｎ側反射電気接続部および該ｐ側反射電気接続部は、前記デバイス空洞領域内で光の伝播方向を約３０度より大きく変化させるように構成されたものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態５３
前記吸収層は、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の波長に対応するバンドギャップを有するものである、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態５４
前記ダイの少なくとも１つの縁部と接触する少なくとも１つの吸収層縁部パッシベーション部を、
更に含む、実施形態３２に記載の光学デバイス。
実施形態５５
前記縁部パッシベーション部は、ＡｌＮ _ｘ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、ＴｉＯ _２ 、Ｔａ _２ Ｏ _５ 、ＺｒＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＯ _ｘ 、ＳｉＮ _ｘ 、Ｓｉ _３ Ｎ _４ 、ＳｉＯ _ｘ Ｎ _ｙ 、または、Ｓｉ _ｕ Ａｌ _ｖ Ｏ _ｘ Ｎ _ｙ の少なくとも１つを含むものである、実施形態５４に記載の光学デバイス。
実施形態５６
光学デバイスにおいて、
光学窓、および、ｎ型第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された少なくとも２つの吸収層を含むダイであって、該吸収層および該非吸収層は、各々、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^７ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであるダイを
含み、
別体のｎ接続部が、前記第１の非吸収層上に配置され、ｐ型接続部が前記第２の非吸収層上に配置されたものである光学デバイス。
実施形態５７
光学アセンブリにおいて、
少なくとも１つのレーザダイオードと、
少なくとも１つの光ファイバと、
少なくとも第１のフォトダイオードと
を含み、
前記レーザダイオードは、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含む少なくとも１つの活性層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^７ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであり、
前記第１のフォトダイオードは、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含む少なくとも１つの吸収層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^１０ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであり、
前記レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、
前記第１のフォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものである光学アセンブリ。
実施形態５８
前記レーザダイオードは、４００ナノメートルと４１０ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、前記フォトダイオードは、４００ナノメートルと４６０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものであるか、
前記レーザダイオードは、４４０ナノメートルと４６０ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、前記フォトダイオードは、４４０ナノメートルと５００ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものである、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態５９
少なくとも１つの光ファイバは、分岐構造物を有するものである、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態６０
少なくとも１つの光学分配デバイスを、
更に含む、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態６１
レーザダイオードパワーを少なくとも１つの制御されたＡＣ周波数で変調し、フォトダイオード信号をＤＣパワーコンポーネントと、該少なくとも１つの制御された周波数のＡＣ信号コンポーネントとに分けるように構成された制御モジュールを、
更に含む、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態６２
前記ＡＣ信号コンポーネントを、オーディオ周波数で変調し、前記モジュールは、ヘッドホンまたはオーディオスピーカーに接続されたものである、実施形態６１に記載の光学アセンブリ。
実施形態６３
前記変調されたレーザダイオードパワー、および、前記フォトダイオードパワーの前記変調されたＡＣコンポーネントの振幅は、前記対応するＤＣコンポーネントの１０％未満である、実施形態６１に記載の光学アセンブリ。
実施形態６４
前記ＤＣパワーコンポーネントを電力に変換するように構成された前記第１のフォトダイオードは、更に、前記少なくとも１つの制御された周波数の前記ＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成されたものである、実施形態６１に記載の光学アセンブリ。
実施形態６５
別体の信号光検出器デバイスを、
更に含み、
前記別体の信号光検出器デバイスは、前記少なくとも１つの制御された周波数の前記ＡＣ信号コンポーネントを検出するように構成されたものである、実施形態６１に記載の光学アセンブリ。
実施形態６６
前記別体の信号光検出器デバイスは、前記光ファイバの端部と前記第１のフォトダイオードの間に配置されたものである、実施形態６５に記載の光学アセンブリ。
実施形態６７
前記別体の信号光検出器デバイスは、光結合部材に近接して配置され、該光結合部材は、前記光ファイバの端部と前記第１のフォトダイオードの間に配置されたものである、実施形態６５に記載の光学アセンブリ。
実施形態６８
前記少なくとも１つのレーザダイオードは、少なくとも２つのレーザダイオードを含むものであり、前記少なくとも１つのフォトダイオードは、少なくとも２つのフォトダイオードを含むものであり、前記光学アセンブリは、少なくとも２つの異なる方向の信号通信を可能にするように構成されたものである、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態６９
前記少なくとも１つのフォトダイオードは、光パワーの入力および出力の両方のために構成されたものである、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態７０
前記レーザダイオードに対する前記フォトダイオードの回転を適応させる少なくとも１つの非剛性または非接触の光結合部を、
更に含む、実施形態５７に記載の光学アセンブリ。
実施形態７１
光学アセンブリにおいて、
少なくとも１つのレーザダイオードと、
少なくとも１つの光ファイバと、
少なくとも１つのフォトダイオードと
を含み、
前記レーザダイオードは、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含む少なくとも１つの活性層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^７ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであり、
前記フォトダイオードは、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎを含む少なくとも１つの吸収層を含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０ ^１０ ｃｍ ^－２ 未満の転位密度を有するものであり、
前記レーザダイオードは、約４００ナノメートルと約５００ナノメートルの間の発光波長を有するように構成されたものであり、
前記フォトダイオードは、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルの間の吸収層バンドギャップ波長を有するように構成されたものであり、
前記フォトダイオードからの電力を用いて、モノのインターネットセンサまたはアクチュエータ、若しくは、パーソナル電子アプリケーションに電力を供給する光学アセンブリ。
実施形態７２
蛍光体、ヒートシンク、遠視野分布光を形成する反射型または透過型光学部材、センサ、および、制御システムの少なくとも１つを含む照明システムを、
更に含む、実施形態７１に記載の光学アセンブリ。
実施形態７３
前記照明システムは、照明器具を含むものである、実施形態７２に記載の光学アセンブリ。

【手続補正2】

【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】

光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
固定部と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した２０ｎｍと５００ｎｍの間の厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記光学アセンブリは、光学窓を有する光学空洞領域を有し、該光学空洞領域は、
前記１つ以上の吸収層、前記第１の非吸収層、および、前記第２の非吸収層を含むデバイス空洞領域と、
前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記デバイス空洞領域を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材と
を含むものであり、
前記固定部は、光ファイバの第１の端部を、前記第１のダイの前記光学窓の表面から第１の距離に配置するように構成されたものである光学アセンブリ。

【請求項2】

前記第１の距離は、２マイクロメートルと１０ミリメートルの間である、請求項１に記載の光学アセンブリ。

【請求項3】

前記光ファイバは、主軸を有し、
前記光ファイバの前記主軸と前記第１の平面の間の角度αは、ゼロと５０度の間である、請求項１または２に記載の光学アセンブリ。

【請求項4】

前記光ファイバの主軸と前記第１の平面に垂直な方向の間の角度γは、０と６０度の間である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項5】

前記光ファイバの主軸と前記第１のダイの縁部に対する法線の間の角度βは、ゼロと６０度の間である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項6】

光源からの光放射を前記光学窓の前記表面に反射するように構成されたミラーを、
更に含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項7】

前記光学空洞領域は、第１の光透過部材、および、該第１の光透過部材に光学的に接続された第２の光透過部材を含むものである、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項8】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されて、前記光放射を、該光学窓の前記表面と平行な方向に拡散させるように構成された光結合部材を、
更に含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項9】

前記光ファイバの前記第１の端部から受光した光放射を、前記第１のダイの前記デバイス空洞領域に結合するように構成された積分球を、
更に含む、請求項１、２、および４から７のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項10】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置された光結合部材を、
更に含み、
前記光学窓は、開口部を有する反射電気接続部を含むものであり、前記光結合部材は、前記光放射を前記第１の平面における２つの直交方向に拡散させるように構成されたものである、請求項１、２、および４から７のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項11】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光結合部材の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項１０に記載の光学アセンブリ。

【請求項12】

前記デバイス空洞領域は、ｎ側反射電気接続部およびｐ側反射電気接続部を更に含み、前記光学窓は、該ｎ側反射電気接続部と該ｐ側反射電気接続部の一方の中に配置されたものである、請求項１、２、および４から７のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項13】

前記光学窓は、前記電磁波を受信するように構成された表面を含み、前記第１のダイの縁部上に配置されたものであり、該光学窓の該表面の面積は、該第１のダイの該縁部の面積の約１％と約２０％の間である、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学アセンブリ。

【請求項14】

前記光ファイバの前記第１の端部と前記光学窓の間に配置されたファイバ結合レンズを、
更に含む、請求項１３に記載の光学アセンブリ。

【請求項15】

光学アセンブリにおいて、
第１の非吸収層と第２の非吸収層の間に配置された１つ以上の吸収層を含む第１のダイであって、該１つ以上の吸収層、並びに、該第１および第２の非吸収層は、各々、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含み、但し、０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１で、約１０^１０ｃｍ^－２未満の転位密度を有するものである第１のダイと、
光学要素と
を含み、
各前記１つ以上の吸収層は、第１の方向に測定した２０ｎｍと５００ｎｍの間の厚さと、第１の平面と平行で該第１の方向に垂直に向いた吸収層表面とを有するものであり、
前記第１のダイは、光学窓を有するデバイス空洞領域を有し、
前記デバイス空洞領域は、前記光学窓を通って入射した電磁波を、内部反射させて、前記１つ以上の吸収層を、少なくとも２回、通り抜けさせるように構成された少なくとも２つの対向する反射部材を含むものであり、
前記光学要素は、光放射を光ファイバから受光し、該受光した光放射を前記光学窓の少なくとも一部に伝送するように構成されたものである光学アセンブリ。

【国際調査報告】