DE19638999B4

DE19638999B4 - Wellenleiter-Photodetektor-Kombination und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE19638999B4
Application number: DE19638999A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Tenri Yamamoto; Yoshio Yoshida; Motohiko Yamamoto; Yukio Tenri Kurata
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: US6078707A; DE19638999A1

Abstract

Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit
– einem Halbleitersubstrat (1),
– einem auf dem Halbleitersubstrat (1) vorhandenen Wellenleiterabschnitt (7) zum Führen von Licht,
– einem optoelektrischen Wandlerabschnitt (3) im Halbleitersubstrat (1) zum Umsetzen des Lichts in ein elektrisches Signal, und
– einer Isolierschicht (4, 5), die zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und dem Wellenleiterabschnitt (7) vorhanden ist, wobei:
– der Wellenleiterabschnitt (7) mindestens einen Einführteil (10) zum Einführen von Licht in den Wellenleiterabschnitt (7), einen Kopplungsteil (8) zum Einkoppeln des in den Wellenleiterabschnitt eingeführten Lichts in den optoelektrischen Wandlerabschnitt (3) sowie einen Ausbreitungsteil zum Ausbreiten des Lichts vom Einführteil in den Kopplungsteil (8) aufweist, und
– die Isolierschicht (4, 5) einen ersten Bereich zum Festlegen der Position und der Form eines Fremdstoffdiffusionsbereichs des optoelektrischen Wandlerabschnitts (3) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Isolierschicht (4, 5) außerdem einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umschließt und dicker als...

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Wellenleiter und einem Photodetektorabschnitt, die integral auf einem einzelnen Substrat vorliegen, wie sie z. B. bei einem magnetooptischen Informationsaufzeichnungs- und -wiedergabegerät verwendet wird und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kombination.
In jüngerer Zeit sind magnetooptische Platten das Ziel aktiver Forschung und Entwicklung im Hinblick auf überschreibbare Aufzeichnungsträger hoher Dichte. In einer derartigen magnetooptischen Platte gespeicherte Information wird dadurch wiedergegeben, dass die durch den Kerreffekt hervorgerufene Drehung der Polarisationsrichtung von an der Platte reflektiertem Licht erfasst wird. Um die in einer magnetooptischen Platte abgespeicherte Infor mation mit zufriedenstellendem S/R-Verhältnis wiederzugeben, sind ein Detektor hoher Präzision und ein optisches Differenzerfassungssystem und dergleichen erforderlich, da die durch den Kerreffekt hervorgerufene Drehung der Polarisationsrichtung auf mikroskopischem Niveau liegt.
Eine herkömmliche Vorrichtung zum Wiedergeben von in einer magnetooptischen Platte gespeicherte Information umfasst als optisches Erfassungssystem ein volumenmäßig aufgebautes optisches System mit einem Detektor, einem Prisma, einem Spiegel, einer Linse und dergleichen. Beim volumenmäßig aufgebauten optischen System ist es schwierig, die optischen Elemente in zweckdienlicher Positionsbeziehung zu positionieren. Ferner kann ein volumenmäßig aufgebautes optisches System nicht auf einfache Weise hinsichtlich der Größe und des Gewichts verkleinert werden. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Wellenleiter und einem Photodetektorabschnitt integral auf einem einzelnen Substrat vorgeschlagen.
15 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen magnetooptischen Informationsaufzeichnungs- und -wiedergabegeräts 90 mit einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination.
Wie es in 15 dargestellt ist, verfügt dieses herkömmliche Gerät 90 über eine aus einer Laserdiode oder dergleichen bestehende Lichtquelle 91, ein optisches Lichtsammelsystem mit einer Kollimatorlinse 93 und einer Objektivlinse 94, die so angeordnet sind, dass sie Licht von der Lichtquelle 91 auf einer magnetooptischen Platte 92 sammeln, eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 95 mit einem Wellenleiter und einem Photodetektorabschnitt und einen an der Kombination 95 vorhandenen Prismenkoppler 96. Die Kombination 95 erfasst das an der magnetooptischen Platte 92 reflektierte Licht. Der Prismenkopf 96 liegt im Lichtpfad zwischen der Kollimatorlinse 93 und der Objektivlinse 94. Die Unterseite des Prismenkopplers 96 reflektiert das Licht von der Kollimatorlinse 93 und lenkt es zur Objektivlinse 94. Der Prismenkoppler 96 reflektiert auch das von der magnetooptischen Platte 92 reflektierte Licht, das dann durch die Objektivlinse 94 hindurchgestrahlt wird, zur Kombination 95.
16 ist eine Draufsicht auf die Kombination 95.
In 16 entspricht ein weißer Bereich 97 einem ersten Wellenleiter, und der Prismenkoppler 96 ist auf dem ersten Wellenleiter 97 vorhanden. Ein Gitterbereich 98 entspricht einem zweiten Wellenleiter, der so vorhanden ist, dass er mit dem ersten Wellenleiter 97 lichtmäßig gekoppelt ist. Wenn der Ersatzbrechungsindex des ersten Wellenleiters 97 in der TE₀-Mode Ne₁ ist, der Ersatzbrechungsindex des ersten Wellenleiters 97 in der TM₀-Mode Nm₁ ist, der Ersatzbrechungsindex des zweiten Wellenleiters 98 in der TE₀-Mode Ne₂ ist, der Ersatzbrechungsindex des zweiten Wellenleiters 98 in der TM₀-Mode Nm₂ ist, hat Ne₁ im wesentlichen den Wert von Nm₁, und Ne₂ unterscheidet sich von Nm₂.
Ein schraffierter Bereich 99 entspricht einem dritten Wellenleiter, der im zweiten Wellenleiter 98 vorhanden ist. Licht, das sich durch den zweiten Wellenleiter 98 ausbreitet, wird an der Grenzfläche zwischen dem zweiten Wellenleiter 98 und dem dritten Wellenleiter 99 in eine Lichtkomponente in der TE-Mode und eine Lichtkomponente in der TM-Mode aufgeteilt. Die Lichtkomponente in der TE-Mode wird an der Grenzfläche reflektiert, während die Lichtkomponente in der TM-Mode an der Grenzfläche gebeugt wird. Anders gesagt, wirkt der dritte Wellenleiter 99 als Modentrennelement. Wie es in 16 dargestellt ist, sind Photodetektoren 106 und 107 im zweiten Wellenleiter 98 bzw. im dritten Wellenleiter 99 vorhanden, um die Lichtkomponenten in der TE-Mode bzw. der TM-Mode zu erfassen, wobei diese Photodetektoren 106 und 107 sowie der dritte Wellenleiter 99 einen Detektor 108 für ein magnetooptisches Signal (MO-Signal) bilden.
Am zweiten Wellenleiter 98 sind auch Photodetektoren 101 und 102 sowie Wellenleiter-Lichtkollektoren 103 und 104 zum Führen von Licht zu den Photodetektoren 101 und 102 vorhanden. Die Photodetektoren 102 und 103 bilden einen Detektor 105 für ein Fokusabweichungssignal (Fo-Signal).
Das herkömmliche magnetooptische Informationsaufzeichnungs- und -wiedergabegerät 90 arbeitet auf die folgende Weise.
Von der Lichtquelle 91 emittiertes Licht wird durch die Kollimatorlinse 93 kollimiert und trifft auf den Prismenkoppler 96. Dann wird das Licht an der Unterseite des Prismenkopplers 96 zur Objektivlinse 94 reflektiert und durch diese auf die magnetooptische Platte 92 gebündelt. Das an der magnetooptischen Platte 92 reflektierte Licht wird durch die Objektivlinse 94 gestrahlt und trifft erneut auf den Prismenkoppler 96. Dann wird das Licht in den ersten Wellenleiter 97 in der Kombination 95 eingekoppelt.
Danach breitet sich das Licht im ersten Wellenleiter 97 aus, wird in den zweiten Wellenleiter 98 eingekoppelt und breitet sich in diesem aus. Dann trifft ein Teil des Lichts auf die Wellenleiter-Lichtkollektoren 103 und 104 und wird so zu den Photodetektoren 101 und 102 geführt, um zum Erfassen des Fo-Signals verwendet zu werden. Der restliche Teil des Lichts wird an der Grenzfläche zwischen dem zweiten Wellenleiter 98 und dem dritten Wellenleiter 99 in eine Lichtkomponente in der TE-Mode und eine Lichtkomponente in der TM-Mode aufgeteilt. Die Lichtkomponenten in den Moden TE und TM werden jeweils zu den Photodetektoren 106 bzw. 107 gelenkt. Auf Grundlage der Ausgangssignale der Photodetektoren 106 und 107 wird das MO-Signal erhalten.
Unter Bezugnahme auf 17A werden nun die Photodetektoren 101, 102, 106 und 107 beschrieben.
17A zeigt eine Schnittansicht eines beispielhaften Aufbaus einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Wellenleiter und einem Photodetektorabschnitt auf einem einzelnen Substrat. Der Photodetektorabschnitt entspricht jedem der Photodetektoren 101, 102, 106 und 107. In 17A ist die Kombination mit der Bezugszahl 110 gekennzeichnet.
Diese Kombination 110 umfasst ein n⁺-Si-Substrat 111 und eine auf dieses aufgewachsene n^--Si-Epitaxieschicht 112, die einen durch Eindotieren von Bor oder dergleichen in sie hergestellten p⁺-Bereich 112a enthält, der als ein Teil des Lichtempfangsabschnitts des Photodetektorabschnitts dient.
Auf der n^--Si-Epitaxieschicht 112 ist infolge thermischer Oxidation derselben eine SiO₂-Schicht 113 vorhanden. Derjenige Bereich 113a der SiO₂-Schicht 113, der sich auf dem p⁺-Bereich 112a befindet, ist dünner als der Rest dieser Schicht. Die SiO₂-Schicht 113 wirkt als Pufferschicht. Auf ihr ist eine Wellenleiterschicht 114 vorhanden, die aus dem ersten Wellenleiter 97 oder dem zweiten Wellenleiter 98 besteht, oder eine Wellenleiterschicht 114', in der der erste Wellenleiter 97 und der zweite Wellenleiter 98 integriert sind. In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber nur die Wellenleiterschicht 114 genannt. Auf einem Teil derselben ist eine Elektrodenleitung 115 vorhanden. Die SiO₂-Schicht 113 und die Wellenleiterschicht 114 verfügen über eine den p⁺-Bereich 112a erreichende Öffnung 114a. Die Elektrodenleitung 115 ist durch die Öffnung 114a hindurch elek trisch mit dem p⁺-Bereich 112a verbunden. Auf der Wellenleiterschicht 114 ist eine Deckschicht 116 so vorhanden, dass sie die Elektrodenleitung 115 bedeckt. An derjenigen Seite des Substrats 111, die von der Seite abgewandt ist, auf der die Epitaxieschicht 112 vorhanden ist, befindet sich eine Rückseitenelektrode 117.
Die Kombination 110 mit diesem Aufbau wird im wesentlichen auf die folgende Weise hergestellt.
Auf das aus einkristallinem n⁺-Silizium bestehende Substrat 111 wird epitaktisch die n^--Si-Schicht 112 aufgewachsen. Deren Oberfläche wird thermisch oxidiert, um auf ihr die SiO₂-Schicht 113 auszubilden. Durch Ätzen oder dergleichen wird ein Bereich der SiO₂-Schicht 113 entfernt, in dem der Lichtempfangsabschnitt des Photodetektorabschnitts herzustellen ist, wodurch eine Öffnung ausgebildet wird. Die sich ergebenden Schichten werden in einer auf hoher Temperatur befindlichen Atmosphäre gehalten, die Fremdstoffe wie Bor enthält, um dadurch die Fremdstoffe durch die Öffnung in der SiO₂-Schicht 113 in die Epitaxieschicht 112 einzudiffundieren. So wird der p⁺-Bereich 112a ausgebildet. Während die Schichten in der auf hoher Temperatur befindlichen Atmosphäre gehalten werde, entsteht eine andere SiO₂-Schicht, die im Bereich 113a dünner als der Rest der SiO₂-Schicht 113 ist, wie in 17A dargestellt.
Danach wird die aus dem ersten oder zweiten Wellenleiter 97 oder 98 bestehende Wellenleiterschicht 114 auf der SiO₂-Schicht 113 hergestellt. Anstelle der Wellenleiterschicht 114 kann die aus dem zweiten und dritten Wellenleiter 98 und 99 bestehende Wellenleiterschicht 114 hergestellt werden. Wie oben beschrieben, verfügt die als Pufferschicht wirkende SiO₂-Schicht 113 über den Bereich 113a, der dünner als der Rest derselben ist. Wie es aus dem schrägen Flächenbereich 113b der SiO₂-Schicht 113 ersichtlich ist, ändert sich die Dicke an der Lichteinfallsseite des p⁺-Bereichs 112a (linkes Ende des p⁺-Bereichs 112a in 17A) allmählich. D. h., dass die SiO₂-Schicht 113 auf der Lichteinfallsseite einen sich verjüngenden Teil aufweist. Entsprechend dem sich verjüngenden Teil der SiO₂-Schicht 113 verfügt auch die auf ihr ausgebildete Wellenleiterschicht 114 über einen Teil, der zum p⁺-Bereich 112a als Teil des Lichtempfangsabschnitts geneigt ist. Der Wellenleiter mit der SiO₂-Schicht 113 und der Wellenleiterschicht 114 verfügen auf der Lichteinfallsseite über einen sich verjüngenden Teil, was den Erfassungswirkungsgrad der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 110 verbessert. Der sich verjüngende Teil an der entgegengesetzten Seite (rechte Seite in 17A) steht nicht in Zusammenhang mit dem Photodetektorvorgang. Beispielhafte Verfahren zum Herstellen eines solchen Wellenleiters mit sich verjüngendem Teil (sich verjüngender Wellenleiter) werden später beschrieben.
Nachdem die Wellenleiterschicht 114 hergestellt ist, wird die Öffnung 114a so durch sie und die SiO₂-Schicht 113 hindurch erzeugt, dass sie den p⁺-Bereich 112a erreicht.
Auf der Wellenleiterschicht 114a wird die Elektrodenleitung 115 dadurch hergestellt, dass ein metallisches Material oder dergleichen abgeschieden und so gemustert wird, dass die Öffnung 114a ausgefüllt ist. Die Deckschicht 116 wird so auf der Wellenleiterschicht 114 hergestellt, dass sie die Elektrodenleitung 115 bedeckt. Auf derjenigen Fläche des Substrats 111, die von der Fläche abgewandt ist, auf der die Epitaxieschicht 112 vorhanden ist, wird die Rückseitenelektrode 117 hergestellt.
Das vom Lichtempfangsabschnitt empfangene Licht wird durch den Photodetektorabschnitt in ein der Lichtmenge entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt und dann mittels der Elektrodenleitung 115 an eine externe Vorrichtung geliefert.
Wie oben beschrieben, ist die Elektrodenleitung 115, die zwischen der Wellenleiterschicht 114 und der Deckschicht 116 vorhanden ist, elektrisch mit dem als Teil des Lichtempfangsabschnitts wirkenden p⁺-Bereich 112a über die in der Wellenleiterschicht 114 und der als Pufferschicht wirkenden SiO₂-Schicht 113 ausgebildete Öffnung 114a hindurch verbunden. Die Deckschicht 116 wirkt als obere Mantelschicht für die Wellenleiterschicht 114, und sie dient auch als Passivierungsschicht zum Schützen der Elektrodenleitung 115 gegen Kurzschlüsse, mechanische Beschädigungen, körperliche Verunreinigungen, Korrosion und dergleichen. Da die Elektrodenleitung 115 sowohl durch die Wellenleiterschicht 114 als auch die SiO₂-Schicht 113 gegen das Substrat 111 getrennt ist, kann die Kapazität zwischen ihr und dem Substrat 111 niedriger als die Kapazität bei einem Aufbau sein, bei dem die Trennung nur durch die SiO₂-Schicht 113 erfolgt.
17B ist eine Schnittansicht, die eine andere Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 110 zeigt. Beim in 17B dargestellten Aufbau ist eine andere Deckschicht 118 zwischen der Elektrodenleitung 115 und der Wellenleiterschicht 114 vorhanden. Die Elektrodenleitung 115 ist über eine Öffnung 114a, die durch die Deckschicht 118, die Wellenleiterschicht 114 und die als Pufferschicht wirkende SiO₂-Schicht 113 hindurch ausgebildet ist, mit dem p⁺-Bereich 112a verbunden. Bei diesem Aufbau wirkt die Deckschicht 116 als Passivierungsschicht zum Schützen der Elektrodenleitung 115, wie oben beschrieben, und die Deckschicht 118 trägt zur Kapazitätsverringerung zwischen der Elektrodenleitung 115 und dem Substrat 111 bei.
Ein sich verjüngender Wellenleiter ist von Nutzen, um Licht in seiner Dickenrichtung verlustfrei zu leiten, oder damit Licht an der Grenzfläche zwischen zwei Bereichen mit verschiedenen effektiven Brechungsindizes verlustfrei hindurchtreten kann. Nachfolgend werden Lichtverluste, wie sie während der Ausbreitung in einer Wellenleiterschicht auftreten, als "Ausbreitungsverluste" bezeichnet. Der sich verjüngende Teil wird durch Trocken- oder Nassätzen, Ionenfräsen, mechanische Verarbeitung wie Schneiden, oder durch Schattenmaskierung hergestellt. Schattenmaskierung betrifft das Bedecken eines Bereichs einer Schicht und das Abscheiden einer anderen Schicht auf sich verjüngende Weise unter Verwendung von Teilchen, die schräg auf den bedeckten Bereich auftreffen. Die Schattenmaskierung kann bei bekannten Schichtherstellungsverfahren wie beim Sputtern, bei Verdampfung im Vakuum oder bei CVD verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 21A bis 21I sowie 22 werden nun Ätz- und Schattenmaskierungsvorgänge beschrieben. Als erstes wird unter Bezugnahme auf die 21A bis 21I ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Teils in einem Wellenleiter durch einen Ätzvorgang beschrieben, wie in der Offenlegungsschrift Nr. 4-55802 zu einer japanischen Patentanmeldung beschrieben.
Eine Oberfläche eines in 21A dargestellten Si-Substrats 191 wird thermisch oxidiert, um auf ihr eine erste SiO₂-Schicht 192 herzustellen, wie es in 21B dargestellt ist. Die erste SiO₂-Schicht 192 wirkt als Pufferschicht. Als nächstes wird, wie es in 21C dargestellt ist, eine zweite SiO₂-Schicht 193 durch Schleuderbeschichten auf der ersten SiO₂-Schicht 192 abgeschieden. Die zweite SiO₂-Schicht 193 kann schneller als die durch thermische Oxidation hergestellte erste SiO₂-Schicht 192 geätzt werden. Wie es in 21D dargestellt ist, wird auf der zweiten SiO₂-Schicht 193 ein Photoresist 194 hergestellt, und er wird in vorgeschriebener Weise gemus tert, wie es in 21E dargestellt ist. Dann wird das insoweit hergestellte Laminat mit einem geeigneten Ätzmittel geätzt. Wie oben beschrieben, wird die zweite SiO₂-Schicht 193 schneller geätzt als die erste SiO₂-Schicht 192. Demgemäß wird, wie es in 21F dargestellt ist, ein nicht mit dem Photoresist 194 bedeckter Bereich der ersten SiO₂-Schicht 192 weggeätzt, und ein anderer Bereich der ersten SiO₂-Schicht 192, der mit dem Photoresist 194, jedoch nicht mit der zweiten SiO₂-Schicht 193 bedeckt ist, wird auf sich verjüngende Weise abgeätzt. Der Grund, weswegen die erste SiO₂-Schicht 192 auf solche Weise abgeätzt ist, ist der, dass die erste SiO₂-Schicht 192 mit relativ geringer Ätzrate allmählich abgeätzt wird und sie dabei proportional zur Zeitperiode abgeätzt wird, in der sie dem Ätzmittel ausgesetzt ist. Dann werden, wie es in den 21G und 21H dargestellt ist, der Photoresist 194 und die zweite SiO₂-Schicht 193 entfernt. Wie es in 21I dargestellt ist, wird eine Wellenleiterschicht 195 so auf dem Si-Substrat 191 hergestellt, dass sie die als Pufferschicht wirkende SiO₂-Schicht 192 bedeckt. Auf diese Weise wird ein Wellenleiter mit sich verjüngendem Teil hergestellt.
Unter Bezugnahme auf 22 wird Schattenmaskierung beschrieben. 22 zeigt ein Beispiel für Schattenmaskierung, wie es in Journal of Lightwave Technology (Vol. 8, Nr. 4, S. 587–593, April 1990) beschrieben ist.
Eine Metallmaske 161 wird mittels eines Abstandshalters 162 beabstandet von einem Substrat 163 angeordnet. Wenn ein Material für eine herzustellende Schicht 164 von einer Quelle (nicht dargestellt) des Materials, die über der Metallmaske 161 liegt, abgeschieden wird, wird die Schicht 164 auf dem Substrat 163 ausgebildet, und ferner treten Teilchen des Materials in den Raum unter der Maske 161 ein, da die Teilchen sich sowohl schräg als auch rechtwinklig zum Substrat 163 bewegen. Demgemäß verfügt die Schicht 164 über einen sich verjüngenden Teil 164a, wie es in 22 dargestellt ist. Die Form des sich verjüngenden Teils 164a hängt von der Horizontalquerschnittsform der Maske 161, dem Abstand zwischen dieser und dem Substrat 163, der Größe der Quelle für das Material der Schicht und dem Abstand zwischen der Quelle und dem Substrat 163 ab.
23 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Teils, wie in der Offenlegungsschrift Nr. 7-134216 zu einer japanischen Patentanmeldung offenbart. Dieses Verfahren verwendet Schattenmaskierung in der obenbeschriebenen Art.
Ein Substrat 172 mit einem Photoresistmuster 171 wird mit geneigter Stellung zwischen einem Probentisch 176 und einer Quelle 175 für das Material der herzustellenden Schicht angeordnet. Der Probentisch 176 wird gekühlt. Da das Substrat 172 aufgrund dieser Stellung vom Probentisch 176 beabstandet ist, wird eine metallische Spanneinrichtung 174 mit zufriedenstellender Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Substrat 172 und dem Probentisch 176 angeordnet. Zur Schichtherstellung wird dafür gesorgt, dass Teilchen 179 des Materials unter einem Winkel in bezug auf die Normale auf der Oberfläche des Substrats 172 laufen und demgemäß das Material so auf dem Substrat 172 abgeschieden wird, dass es das Photoresistmuster 171 bedeckt. In 23 ist der Bereich, in dem das Material auf dem Photoresistmuster 171 abgeschieden ist, mit der Bezugszahl 178 gekennzeichnet, und der Bereich, in dem das Material unmittelbar auf dem Substrat 172 abgeschieden ist, ist mit der Bezugszahl 177 gekennzeichnet. Im schraffierten, mit dem Photoresistmuster 171 versehenen Bereich des Substrats 172 variiert die Dicke des Materials entsprechend dem Ausmaß der Schattierung des Bereichs. Nachdem das Material in der vorstehend beschriebenen Weise abgeschieden ist, wird ein Abhebevorgang ausgeführt. Genauer gesagt, werden das Photoresistmuster 171 und derjenige Bereich 178 des Materials, der überflüssig ist, durch ein Lösungsmittel wie Aceton, in dem der Photoresist aufgelöst werden kann, entfernt. Auf diese Weise wird die Schicht (Bereich 177) mit sich in vorgegebener Weise verjüngendem Teil hergestellt.
Die vorstehenden beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters mit sich verjüngendem Teil weisen die folgenden Schwierigkeiten auf.
Schichtherstellung durch Dampfniederschlagung, Sputtern, CVD oder andere Abscheidungsverfahren ist gegenüber Schichtherstellung durch thermische Oxidation dadurch von Vorteil, dass ein größerer Auswahlbereich für die Materialien besteht. Jedoch entstehen in einer Schicht, die aus einem Material besteht, das aus einer derartigen Vielfalt von Materialien ausgewählt ist, leichter als in einer thermisch oxidierten SiO₂-Schicht Korngrenzen. Ferner weist eine durch eines der oben aufgelisteten Abscheidungsverfahren hergestellte Schicht im allgemeinen eine rauhe Oberfläche auf und sie ist porös. Die Oberflächenrauhigkeit im sich verjüngenden Teil wird durch den Ätzvorgang erhöht. Aufgrund dieser Probleme geht in einer durch eines dieser Verfahren hergestellten Schicht mehr Licht als in einer thermisch oxidierten SiO₂-Schicht verloren. Demgemäß besteht eine Begrenzung für Mate rialien, die zum Herstellen eines korrekt funktionierenden Wellenleiters mit sich verjüngendem Teil verwendbar sind.
Beim unter Bezugnahme auf die 21A bis 21I beschriebenen Ätzverfahren wird, wenn die zweite SiO₂-Schicht 193 entfernt wird, der nicht mit der zweiten SiO₂-Schicht 193 bedeckte Bereich der ersten SiO₂-Schicht 192 ebenfalls weggeätzt, was zur Erzeugung eines stufenförmigen Bereichs in der ersten SiO₂-Schicht 192 führt. Dies verursacht Ausbreitungsverluste. Darüber hinaus können Ionen aus dem Ätzmittel in das Substrat 191 eintreten oder auch das Substrat 191 kann angeätzt werden. Derartige Einflüsse auf das Substrat 191 können die Eigenschaften der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination ändern.
Das unter Bezugnahme auf 22 beschriebene Schattenmaskierungsverfahren ist sowohl hinsichtlich einer Verringerung der Größe als auch hinsichtlich der Integration eines Photodetektorabschnitts mit einem Wellenleiter von Nachteil. Da die Maske 161 und der Zwischenraum zwischen dem Substrat 163 und der Maske 161 jeweils Abmessungen von ungefähr 1 mm aufweisen, kann die Länge des sich verjüngenden Teils nicht kürzer als einige Millimeter sein. Ferner verkomplizieren die Schritte des Anbringens und des Entfernens der Maske 161 sowie z. B. der Waschschritt, die bei diesem Verfahren erforderlich sind, die Massenherstellung von Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen.
Auf dem Gebiet volumenmäßiger optischer Systeme wird nach schnellerem Ansprechverhalten und höherer Integration eines Photodetektors aufgrund dessen Anwendungen verlangt. Auf diesem Gebiet wird ein Photodetektor parallel zu in einer externen Steuerschaltung verwendeten ICs hergestellt; dabei ist der Aufbau des Photodetektors verkompliziert.
18A ist eine Schnittansicht eines Photodetektors 120, der parallel mit in einer externen Steuerschaltung verwendeten ICs hergestellt wird.
Wie es in 18A dargestellt ist, umfasst der Photodetektor 120 ein p-Si-Substrat 121, eine auf diesem vorhandene n-Si-Epitaxieschicht 122, eine SiO₂-Schicht 124, die auf der Epitaxieschicht 122 aufgrund thermischer Oxidation eines Oberflächenbereichs derselben vorhanden ist, Metallschichten 129, eine aus einem Nitrid bestehende Antireflexionsschicht 125, eine aus einem Nitrid bestehende Isolierschicht 126 sowie eine Passivierungs schicht 127 zum Schützen eines IC und von Metallleitungen (nicht dargestellt). In 18A sind der Einfachheit halber Zuleitungen für die Elektrodenleitungen weggelassen. Die n-Si-Epitaxieschicht 122 verfügt über einen p⁺-Bereich 133, der als Teil eines Lichtempfangsabschnitts 128 wirkt. Die SiO₂-Schicht 124 verfügt über eine dem p⁺-Bereich 133 entsprechende Öffnung, und ein Stufenbereich 124a zwischen der Öffnung und dem Rest der SiO₂-Schicht 124 hat eine Höhe einiger Mikrometer. Die SiO₂-Schicht 124 wirkt als Maske zum Eindiffundieren von Fremdstoffen zum Herstellen des p⁺ Bereichs 133 oder mehrerer derselben. Die Metallschichten 129 wirken jeweils als Ätzstopper und auch als IC-Leitung.
Die Isolierschicht 126, die Passivierungsschicht 127 und die Metallschichten 129 können weggelassen werden. Die Antireflexionsschicht 125 ist für die Funktion unabdingbar, und auch die SiO₂-Schicht 124 ist zum Schützen des pn-Übergangs unabdingbar. 18B ist eine Schnittansicht eines Photodetektors 120' mit der einfachst möglichen Struktur, bei der die Passivierungsschicht 127, die Metallschichten 129 und die Isolierschicht 126 weggelassen sind. Selbst bei einer derartig einfachen Struktur ist ein Stufenbereich 124a' mit einer Höhe von ungefähr 1 μm unvermeidlich. Wenn der Photodetektor 120' in einem volumenmäßigen optischen System verwendet wird, fällt von außen her (d.h. nicht durch einen Wellenleiter hindurch) her Licht auf den Lichtempfangsabschnitt 128. Demgemäß stellt ein derartiger flacher Stufenbereich 124a' keinerlei Problem dar.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 19A und 19E ein Verfahren zum Herstellen des in der 18A dargestellten Photodetektors 120 zusammen mit dem Grund beschrieben, weswegen in der Nähe des Lichtempfangsabschnitts im in 18A dargestellten Photodetektor in unvermeidlicher Weise ein Stufenbereich 124a entsteht.
Wie es in 19A dargestellt ist, wird ein Oberflächenbereich der auf das p-Si-Substrat 121 aufgewachsenen n-Si-Epitaxieschicht 122 (18A) thermisch oxidiert, um auf der Epitaxieschicht 122 die SiO₂-Schicht 124b herzustellen. Die Oxidation kann durch Trockenoxidation oder Dampfoxidation ausgeführt werden. Trockenoxidation ist eine Oxidation der Epitaxieschicht 122 in einem Sauerstoffstrom. Dampfoxidation betrifft die Oxidation der Epitaxieschicht 122 in einem Wasserdampf enthaltenden Sauerstoffstrom. In der SiO₂-Schicht 124b wird, wie es in 19B dargestellt ist, eine Öffnung z. B. durch Herstellen eines Photoresists auf der SiO₂-Schicht 124b und durch Mustern derselben hergestellt.
Dann werden in die Epitaxieschicht 122 von der Öffnung her Fremdstoffe eindiffundiert, wobei z. B. die sich ergebenden Schichten in einer Atmosphäre hoher Temperatur gehalten werden, die Fremdstoffe enthält, wobei die SiO₂-Schicht 124b als Maske verwendet wird. So wird, wie es in 19C dargestellt ist, in der Hochtemperaturatmosphäre der p⁺-Bereich 122 innerhalb der Epitaxieschicht 122 erneut thermisch oxidiert, wodurch eine weitere SiO₂-Schicht 124c ausgebildet wird, die ebenfalls in 19C dargestellt ist.
Um den Photodetektor 120 parallel mit einem IC herzustellen, wird durch CVD oder dergleichen eine SiO₂-Schicht 124d auf der SiO₂-Schicht 124c hergestellt, wie in 19D dargestellt. Die SiO₂-Schichten 124b, 124c und 124d sind in 19E als SiO₂-Schicht 124 dargestellt. Dann wird, wie es in 19E dargestellt ist, durch Ätzen die Öffnung 134 in der SiO₂-Schicht 124 hergestellt. Diese Öffnung 134 ist in unvermeidlicher Weise kleiner als die in der SiO₂-Schicht 124b ausgebildete Öffnung, wie es in 19B dargestellt ist, und zwar um 2 bis 3 μm entlang dem Rand derselben wegen unzureichender Positioniergenauigkeit bei der Maskierung oder wegen unzureichender Ätzgenauigkeit. Im Ergebnis entsteht ein Stufenbereich 124a.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, entsteht in der Nähe des Lichtempfangsabschnitts beim in 18A dargestellten Photodetektor 120 mit einem Aufbau, der für schnelleres Ansprechverhalten und höhere Integration geeignet ist, in unvermeidlicher Weise der Stufenbereich 124a. Wenn die Struktur mit dem Stufenbereich 124a wie vorstehend beschrieben bei einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination verwendet wird, die für schnelleres Ansprechverhalten und höhere Integration konzipiert ist, ist für die Pufferschicht in der Nähe des Stufenbereichs 124a eine übermäßig komplizierte Form erforderlich. Es ist schwierig, eine derartige komplizierte Form mit hoher Genauigkeit herzustellen.
20 ist eine Schnittansicht durch eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 140 mit einem Wellenleiter mit sich verjüngendem Teil. Die Kombination 140 verwendet den oben unter Bezugnahme auf 18A beschriebenen Aufbau. Unter Bezugnahme auf 20 wird ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kombination 140 beschrieben.
Auf ein p-Si-Substrat 141 wird eine n-Si-Schicht 142 epitaktisch aufgewachsen. Ein Oberflächenbereich der Epitaxieschicht 142 wird thermisch oxidiert, um darauf eine SiO₂-Schicht 144 auszubilden. Wenn eine Öffnung zum Ausbilden eines p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 153 ausgebildet wird, entsteht in unerwünschter Weise ein Stufenbereich H, wie unter Bezugnahme auf die 19A bis 19E beschrieben. Auf der SiO₂-Schicht 144 wird eine Antireflexionsschicht 145 ausgebildet, und darauf wird eine Pufferschicht 146 hergestellt. Bei der Herstellung zum Ausbilden einer Wellenleiterschicht 147 auf der Pufferschicht 146 muss die Oberfläche der Pufferschicht 146 geglättet werden, bis ihre Oberflächenrauhigkeit ausreichend klein dafür ist, dass nachteiliger Einfluss auf die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 147 vermieden ist. Ferner muss die SiO₂-Schicht 144 so verarbeitet werden, dass sie eine solche Form (Dicke, Ausbreitungslänge, Neigung usw.) aufweist, dass am Stufenbereich H praktisch keine Ausbreitungsverluste auftreten. Wenn die Oberfläche der Pufferschicht 146 nicht ausreichend glatt ist, weist auch ein sich verjüngender Teil 147a der Kombination 140 einen Stufenbereich H auf. Wenn die Pufferschicht 146 in der Nähe des Stufenbereichs H' dünner als der konzipierte Wert ist, läuft das sich von links nach rechts in 20 ausbreitende Licht von der Wellenleiterschicht 147 zum p-Si-Substrat 141 oder zu einem Raum außerhalb des Wellenleiters, entgegengesetzt zum Substrat, was den Optokopplungswirkungsgrad verringert.
Bei den herkömmlichen Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen 110 und 110' mit einem Wellenleiter und einem Photodetektorabschnitt auf einem einzelnen Substrat, wie in den 17A und 17B dargestellt, ist die Oberfläche des Fremdstoffdiffusionsbereichs (p⁺-Bereich 112a), der als Teil des Lichtempfangsabschnitts des Photodetektorabschnitts dient, lediglich mit z. B. der dünnen SiO₂-Schicht 113 bedeckt. Demgemäß können von außen herkommende Metallionen, wie z. B. Alkaliionen den Fremdstoffdiffusionsbereich durch die dünne SiO₂-Schicht 113 erreichen und einen nachteiligen Einfluss auf z. B. die Ladungsverteilung am pn-Übergang ausüben. Demgemäß kann das Photodetektorfunktionsvermögen der Kombination 110 beeinträchtigt werden.
Bei einem derartigen Aufbau ist also der als Teil des Lichtempfangsabschnitts des Photodetektorabschnitts wirkende Fremdstoffdiffusionsbereich 112a von der Wellenleiterschicht 114 nur durch die dünne SiO₂-Schicht 113 getrennt. Demgemäß können, wenn die Wellenleiterschicht 114 aus einem Metallionen enthaltenden Glasmaterial, z. B. dem Glas #7059 (hergestellt von Corning, Inc.) hergestellt wird, die Metallionen, die den Fremdstoffdiffu sionsbereich 112a durch die SiO2-Schicht 113 hindurch erreichen, nachteiligen Einfluss ausüben, wie oben beschrieben. Optische, thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften von Glasmaterialien können durch Verändern ihrer Zusammensetzung variiert werden, und für verschiedene Zusammensetzungen können verschiedene Verarbeitungsverfahren verwendet werden. Da jedoch die Metallionen in einigen Glasmaterialien einen nachteiligen Einfluss ausüben, besteht eine Beschränkung hinsichtlich Glasmaterialien, die für Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen geeignet sind.
Wenn eine Wellenleiterschicht aus einem Glasmaterial hergestellt wird, existieren verschiedene Herstellverfahren, die die Schichtzusammensetzung ändern, die Schicht porös machen oder andere nachteilige Einflüsse auf die sich ergebende Schicht haben. Genauer gesagt, sind die durch einen Sauerstoffmangel verursachte Adsorption von in der Wellenleiterschicht laufendem Licht und die Streuung von sich in der Wellenleiterschicht ausbreitendem Licht aufgrund übermäßiger Oberflächenrauhigkeit der Wellenleiterschicht eng mit Ausbreitungsverlusten in der Wellenleiterschicht verknüpft. Derartige Ausbreitungsverluste können durch Tempern verringert werden. Zum Tempern ist eine hohe Temperatur mit bis zu 600°C erforderlich, was der Erweichungspunkt von Glas ist. Wenn jedoch die Wellenleiterschicht hergestellt und getempert wird, nachdem eine Elektrodenleitung aus Aluminium oder dergleichen hergestellt wurde, kann die Elektrodenleitung durch die Erwärmung unterbrochen oder oxidiert werden. In einem derartigen Fall funktioniert die Elektrode nicht korrekt.
Um die Elektrode so herzustellen, dass sie korrekt arbeitet, ist zum Herstellen einer Öffnung in der Wellenleiterschicht, der Pufferschicht und der Deckschicht zufriedenstellende Genauigkeit erforderlich. Bei aktuellen Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen, die für schnelleres Ansprechverhalten und höhere Integration konzipiert sind, beträgt die Breite der Zuleitung zur Elektrodenleitung nur einige Mikrometer. Es ist schwierig, in der Wellenleiterschicht, der Pufferschicht und der Deckschicht für eine derartig schmale Zuleitung an geeigneter Position eine Öffnung mit einem Seitenverhältnis von 1:1 herzustellen.
Im Einzelnen ist eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Halbleitersubstrat, einem auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Wellenleiterabschnitt zum Führen von Licht, einem optoelektrischen Wandlerabschnitt im Halbleitersubstrat zum Umsetzen des Lichtes in ein elektrisches Signal, und einer Isolierschicht, die zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Wellenleiterabschnitt vorhanden ist, aus der GB 14 63 159 bekannt. Der Wellenleiterabschnitt weist dabei einen Kopplungsteil zum Einkoppeln des im Wellenleiterabschnitts geführten Lichtes in den Wandlerabschnitt auf. Die Isolierschicht hat einen Bereich, durch den die Position und die Form eines Fremdstoffdiffusionsbereichs des optoelektronischen Wandlerabschnitts festgelegt ist und auf dem der Kopplungsteil des Wellenleiterabschnitts liegt.
Schließlich ist aus der JP 4-55802 A ein Verfahren bekannt, bei dem auf einem Substrat eine dielektrische Schicht mit einem sich verjüngenden Teil durch Auftragen und anschließendes Ätzen hergestellt wird. Auf dieser dielektrischen Schicht wird sodann eine Wellenleiterschicht gebildet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination und ein Verfahren zu deren Herstellung so anzugeben, dass die obigen Probleme hinsichtlich Eigenschaftsänderungen und der Erzeugung von Rissen, die auf in den Schichten erzeugten Spannungen beruhen können, überwunden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zu deren Herstellung nach einem der Patentansprüche 10, 11 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9, 12 und 14 bis 24 definiert.
Bei erfindungsgemäßen Kombinationen gemäß Anspruch 2 ist eine Herstellung möglich, bei der eine Passivierungsschicht mittels Niederdruck-CVD hergestellt wird. Durch erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Wellenleiter können bei beliebigen erfindungsgemäßen Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen verwendet werden.
Die Erfindung ermöglicht es, in vorteilhafter Weise das Folgende zu schaffen:

(1) Eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Kopplungsabschnitt, der konzipiert und hergestellt werden kann, ohne dass er durch einen in seiner Nähe liegenden Stufenbereich eingeschränkt wird. Im Kopplungsabschnitt wird Licht, das sich durch den Wellenleiterabschnitt ausgebreitet hat, vom optoelektrischen Wandlerabschnitt empfangen.
(2) Eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Wellenleiterabschnitt mit verringerten Eigenschaftsschwankungen, der hinsichtlich der Schichtmaterialien und dergleichen relativ frei konzipiert werden kann.
(3) Eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination, bei der ein nachteiliger Einfluss einer Pufferschicht, die zwischen der Wellenleiterschicht und dem Halbleitersubstrat vorhanden ist, auf den Wellenleiterabschnitt vermieden ist.
(4) Ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination, das es ermöglicht, ein Tempern zum Verringern der Ausbreitungsverluste auszuführen, ohne das Funktionsvermögen der Kombination zu beeinträchtigen.
(5) Ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination, das die Positionierung und Herstellung von Öffnungen zum Liefern eines elektrischen Signals an eine Signalverarbeitungsvorrichtung erleichtert und auch nachteilige Einflüsse auf den Wellenleiterabschnitt aufgrund von in der Pufferschicht erzeugten Spannungen lindert.
(6) Einen sich verjüngenden Wellenleiter mit relativ kleiner Oberflächenrauhigkeit ohne Stufenbereich.
(7) Ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters, das es ermöglicht, den sich verjüngenden Teil durch Ätzen auszubilden, ohne die Oberflächenrauhigkeit zu erhöhen und ohne dass irgendein Stufenbereich zurückbleibt, wobei ein relativ großer Bereich verwendbarer Materialien zur Verfügung steht.
(8) Ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters, das während der Herstellung des sich verjüngenden Teils im wesentlichen zu keiner Beschädigung des Halbleitersubstrats führt und demgemäß für Massenherstellung eines sich verjüngenden Wellenleiters geeignet ist.

Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.
1 ist eine Schnittansicht einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2A und 2B sind perspektivische Ansichten eines zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kombination;
3 zeigt Schnittansichten erfindungsgemäßer Kombinationen gemäß einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel.
4 und 5 sind teilgeschnittene Ansichten erfindungsgemäßer Kombinationen gemäß einem fünften bzw. sechsten Beispiel;
6 bis 8 sind Schnittansichten erfindungsgemäßer Kombinationen gemäß einem siebten, achten bzw. neunten Ausführungsbeispiel;
9A, 9B und 9C sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters veranschaulichen, wie er bei einer erfindungsgemäßen Kombination gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel verwendbar ist;
10A und 10B zeigen sich verjüngende Teile im in den 9A bis 9C dargestellten Wellenleiter vor und nach einem Poliervorgang;
11A ist eine teilgeschnittene Schnittansicht eines Wellenleiters bei einer Anwendung des zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
11B veranschaulicht das Funktionsprinzip des in 11A dargestellten Wellenleiters;
12A, 12B und 2C; 13A, 13B und 13C sowie 14A, 14B, 14C und 14D sind Schnittansichten, die Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters zeigen, wie bei einer erfindungsgemäßen Kombination gemäß einem elften, zwölften bzw. dreizehnten Ausführungsbeispiel verwendbar;
15 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen magnetooptischen Informationsaufzeichnungs- und -wiedergabegeräts mit einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination;
16 ist eine Draufsicht auf die in 15 dargestellte Kombination;
17A und 17B sind Schnittansichten für zwei verschiedene herkömmliche Wellenleiter-Photodetektor-Kombinationen;
18A ist eine Schnittansicht eines für ein volumenmäßiges optisches System konzipierten Photodetektors;
18B ist eine Schnittansicht entsprechend 18A, jedoch mit einfacherem Aufbau als dem des in 18A dargestellten Photodetektors;
19A, 19B, 19C, 19D und 19E sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des in 18A dargestellten Photodetektors zusammen mit dem Grund veranschaulichen, weswegen in der Nähe des Lichtempfangsabschnitts im in 18A dargestellten Photodetektor in umvermeidlicher Weise ein Stufenbereich entsteht;
20 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem Wellenleiter mit sich verjüngendem Teil;
21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F, 21G, 21H und 21I sind Schnittansichten, die ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters mit einem sich verjüngenden Teil durch Ätzen veranschaulicht; und
22 und 23 sind perspektivische Ansichten, die zwei verschiedene herkömmliche Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters mit sich verjüngendem Teil durch Schattenmaskierung veranschaulichen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich nungen mittels veranschaulichender Ausführungsbeispiele beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Nun wird unter Bezugnahme auf 1 eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht der Kombination 100. Sie umfasst einen Photodetektorabschnitt mit einem optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 zum Umsetzen empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal und einen Wellenleiterabschnitt zum Weiterleiten von Licht zum optoelektrischen Wandlerabschnitt 3.
Wie es in 1 dargestellt ist, umfasst die Kombination 100 ein p-Si-Substrat 1 und eine darauf aufgewachsene n-Si-Epitaxieschicht 2. Im Substrat 1 und in der Epitaxieschicht 2 sind p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereiche 14a und 14b und ein n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 15 vorhanden. In der Epitaxieschicht 2 ist ein n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 16 vorhanden. Die p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereiche 14a und 14b wirken als Isolierbereiche zum Isolieren eines Segments vom anderen. Auf der Epitaxieschicht 2 ist infolge thermischer Oxidation einer Oberfläche derselben eine SiO₂-Schicht 4 vorhanden. Die SiO₂-Schicht 4 verfügt über eine Öffnung zum Festlegen der Größe und der Position des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 13. Wenn die Öffnung in der SiO₂-Schicht 4 hergestellt wird, um Fremdstoffe einzudiffundieren, um den p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13 auszubilden, wird in unvermeidlicher Weise ein Stufenbereich 4a im Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts erzeugt. Auf dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13 und der SiO₂-Schicht 4 ist eine Passivierungsschicht 5 vorhanden, um Schutz gegen Verunreinigung zu bieten. Die Passivierungsschicht 5 wird z. B. dadurch hergestellt, dass Siliziumnitrid mittels Niederdruck-CVD oder dergleichen abgeschieden wird. Die Passivierungsschicht 5 kann auch als Antireflexionsschicht wirken, wenn sie so eingestellt wird, dass sie geeignete Werte des Brechungsindex und der Dicke aufweist. Auf der Passivierungsschicht 5 ist eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht 6 vorhanden. Dasjenige Ende der dielektrischen Schicht 6, das über dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13 liegt, ist so verjüngt, dass die dielektrische Schicht 6 zu demjenigen Bereich hin dünner wird, in den Licht in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 des Photodetektorabschnitts eingekoppelt wird, wie es später beschrieben wird.
Auf der Passivierungsschicht 5 ist eine Wellenleiterschicht 7 so vorhanden, dass sie die dielektrische Schicht 6 bedeckt. Die Wellenleiterschicht 7 und die dielektrische Schicht 6 bilden den Wellenleiterabschnitt. Der Wellenleiterabschnitt umfasst den Kopplungsabschnitt 8 zum Einkoppeln des Lichts in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 3, einen Einleitabschnitt, in dem das externe Licht in den Wellenleiter 7 eingeleitet wird, und einen Ausbreitungsabschnitt, in dem sich das Licht vom Einleitabschnitt zum Kopplungsabschnitt 8 ausbreitet. Der Wellenleiterabschnitt 7 verfügt über einen Teil 9, der entsprechend dem verjüngten Ende der dielektrischen Schicht 6 abgeschrägt ist. Der schräge Teil 9 liegt über dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13. Im Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts ist die Wellenleiterschicht 7 nur durch die Passivierungsschicht 5 vom p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13 getrennt.
Auf dem ebenen Teil der Wellenleiterschicht 7, die links vom schrägen Teil 9 in 1 liegt, ist ein Prismenkoppler 10 zum Einkoppeln des an einer magnetooptischen Platte (nicht dargestellt) reflektierten Lichts in die Wellenleiterschicht 7 vorhanden. Anders gesagt, wirkt ein Bereich unter dem Prismenkoppler 10 als Einleitabschnitt des Wellenleiterabschnitts.
Bei der Kombination 100 des ersten Ausführungsbeispiels ist die vom Stufenbereich 4a umschlossene Fläche größer als die Fläche, in der der optoelektrische Wandlerabschnitt 3 Licht von der Wellenleiterschicht 7 empfängt. Im durch den Stufenbereich 4a umschlossenen Bereich sind der Einleitabschnitt, der Kopplungsabschnitt 8 und der Ausbreitungsabschnitt des Wellenleiterabschnitts vorhanden. Anders gesagt, sind die zum Leiten des Lichts zum optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 erforderlichen Elemente im Bereich vorhanden, der durch den Stufenbereich 4a umschlossen ist.
Auf der Seite des Kopplungsabschnitts 8 des Wellenleiterabschnitts, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, sind Elektrodenleitungen 11 außerhalb des vom Stufenbereich 4a umschlossenen Bereichs vorhanden. Die Wellenleiterschicht 7 ist nicht in der Nähe der Elektroden 11 vorhanden. Ferner stehen die Elektroden 11 über Öffnungen 11a jeweils mit dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 16 und dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 14b in Kontakt. Die Öffnungen 11a sind durch die SiO₂-Schicht 4 und die Passivierungsschicht 5 hindurch ausgebildet. Aufgrund dieses Aufbaus wird ein vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 erhaltenes Signal mittels der Elektrodenleitungen 11 an einen IC oder dergleichen geliefert. An Positionen innerhalb der Epitaxieschicht 2, die den Öffnungen 11a entsprechen, sind der n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 16 und der p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 14b vorhanden. Auf der Passivierungsschicht 5 ist eine Schutzschicht zum Schützen der Elektroden 11 gegen Oxidation und dergleichen so vorhanden, dass die Elektrodenleitungen 11 bedeckt sind. Die Schutzschicht besteht z. B. aus Polyimid.
Die Kombination 100 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau arbeitet auf die folgende Weise.
Von der magnetooptischen Platte (nicht dargestellt) reflektiertes Licht wird Biber den Prismenkoppler 10 in die Wellenleiterschicht 7 eingekoppelt. Dann wird das Licht durch die Wellenleiterschicht 7 von links nach rechts in 1 geleitet, und es trifft ohne Ausbreitungsverluste auf eine Fläche, die als Teil eines Lichtempfangsabschnitts des optoelektrischen Wandlerabschnitts 3 wirkt (Gebiet unter dem Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts). Dann wird das Licht durch den optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 in ein elektrisches Signal umgesetzt und an die Elektrodenleitungen 11 geliefert. Das von den Elektrodenleitungen 11 empfangene elektrische Signal wird an den IC geliefert, um verarbeitet zu werden.
Demgemäß kann das in die Wellenleiterschicht 7 unter dem Prismenkoppler 10 eingekoppelte Licht zum Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts geführt werden, ohne durch einen Bereich über dem Stufenbereich 4a zu laufen. Demgemäß bildet der Stufenbereich 4a keinerlei Beschränkung hinsichtlich der Konzeption und der Bearbeitung der dielektrischen Schicht 6 und des Photodetektorabschnitts. Daher kann der Aufbau der Kombination 100 mit dem schrägen Teil 9 in einen Photodetektor eingebaut werden, um schnelleres Ansprechverhalten und höhere Integration zu erzielen, und ein Photodetektor mit einem solchen Aufbau kann hinsichtlich der Eigenschaften und des Funktionsvermögens verbessert sein.
Beim in 1 dargestellten Aufbau liegt der Ausbreitungspfad für Licht vom Prismenkoppler 10 zum Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts im durch den Stufenbereich 4a umschlossenen Gebiet. Aufgrund dieses Aufbaus muss die Oberseite der den Stufenbereich 4a überdeckenden dielektrischen Schicht 6, die eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen muss, die ausreichend klein dafür ist, dass sie keinen nachteiligen Einfluss auf die Ausbreitungsverluste hat, wie bei der herkömmlichen Wellenleiter-Photodetektor-Kombination, nicht geglättet werden.
Ferner ist die Passivierungsschicht 5 zwischen dem Photodetektorabschnitt, einschließlich dem photoelektrischen Wandlerabschnitt 3 und dem IC, sowie der dielektrischen Schicht 6 vorhanden. Im Bereich, in dem das Licht vom Kopplungsabschnitt 8 des Wellenleiterabschnitts vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 3 empfangen wird, ist die Passivierungsschicht 5 zwischen dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 13 und der Wellenleiterschicht 7 vorhanden. So sind der optoelektrische Wandlerabschnitt 3 und der IC gegen Verunreinigung durch das Material der Wellenleiterschicht oder durch äußere Substanzen geschützt, die durch die Wellenleiterschicht 7 gelangen.
Um Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 7 zu verringern, kann ein Temperungsvorgang ausgeführt werden. Durch Herstellen der dielektrischen Schicht 6 und der Wellenleiterschicht 7 vor den Elektrodenleitungen 11 kann verhindert werden, dass die Elektrodenleitungen durch den Tempervorgang gestört werden.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist auf der Seite des Kopplungsabschnitts 8 des Wellenleiterabschnitts, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, d. h. auf der Seite, auf der die Elektrodenleitungen 11 vorhanden sind, weder die dielektrische Schicht 6 noch die Wellenleiterschicht 7 vorhanden. Demgemäß ist die Gesamtdicke der Schichten auf dieser Seite verringert, wodurch die Öffnungen 11a zum Verbinden der Elektrodenleitungen 11 mit dem optoelektrischen Umsetzabschnitt 3 einfacher hergestellt werden können. In den zu dieser Beschreibung gehörigen Figuren ist die Lichteinfallsseite die Seite links vom Kopplungsabschnitt 8.
Ausführungseispiel 2
Unter Bezugnahme auf 2A wird nun eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
2A ist eine perspektivische Ansicht dieser Kombination 200. Die Kombination 200 enthält eine Wellenleiterschicht 27 mit einem schrägen Teil 29. Licht, das sich durch die Wellenleiterschicht 27 ausbreitet, wird zum Kopp lungsabschnitt 28 eines Wellenleiterabschnitts geführt. Der Kopplungsabschnitt 28 koppelt das geführte Licht in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 23.
Wie es in 2A dargestellt ist, umfasst die Kombination 200 ein p-Si-Substrat 21 mit darauf aufgewachsener n-Si-Epitaxieschicht 22. In diesen beiden Schichten sind p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereiche 34 und ein n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 35 vorhanden. Die p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereiche 34 wirken als Isolierbereiche zum Isolieren eines Segments von einem anderen. Auf der Epitaxieschicht 22 ist infolge thermischer Oxidation eines Oberflächenbereichs derselben eine SiO₂-Schicht 24 vorhanden. In der Epitaxieschicht 22 wird durch Fremdstoffdiffusion, bei der die SiO₂-Schicht 24 als Maske verwendet wird, ein p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 33 ausgebildet. Demgemäß ist, wie es in 2A dargestellt ist, der p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 33 größer als das Gebiet, das von einem Stufenabschnitt 24a der SiO₂-Schicht 24 umschlossen wird. Auf der SiO₂-Schicht 24 ist eine Verunreinigungsverhinderungsschicht 25 vorhanden, auf der sich eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht 26 befindet. Ein Ende der dielektrischen Schicht 26 ist so verjüngt, dass es zum Gebiet hin dünner wird, in dem Licht in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 23 eingekoppelt wird. Auf der dielektrischen Schicht 26 ist eine Wellenleiterschicht 27 vorhanden, und derjenige Teil 29 derselben, der auf dem sich verjüngenden Ende der dielektrischen Schicht 26 liegt, ist entsprechend dem sich verjüngenden Ende abgeschrägt. Wie es in 2A dargestellt ist, ist ein benachbart zum schrägen Teil 29 liegender Bereich nur durch die Verunreinigungsverhinderungsschicht 25 vom p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 33 getrennt. Der Abschnitt 28 wirkt als Kopplungsabschnitt zum Koppeln von Licht in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 23.
Auf der Wellenleiterschicht 27 liegt ein Gitterkoppler 30, mittels desselben externes Licht in die Wellenleiterschicht 27 eingekoppelt wird. Anders gesagt, wirkt das Gebiet unter dem Gitterkoppler 30 als Einleitabschnitt für den Wellenleiterabschnitt. Dann wird das Licht mittels einer Wellenleiterlinse 31 in einem Gebiet des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 33 gesammelt, das als Teil des Lichtempfangsabschnitts des optoelektrischen Wandlerabschnitts 23 wirkt.
Wie oben beschrieben, ist bei der Kombination 200 des zweiten Beispiels ein Lichtausbreitungspfad vom Gitterkoppler 30 zum Kopplungsabschnitt 28 des Wellenleiterabschnitts in dem vom Stufenbereich 28a umschlossenen Gebiet vorhanden. Aufgrund dieses Aufbaus ist es nicht erforderlich, die Oberseite der dielektrischen Schicht 26 vor der Herstellung der Wellenleiterschicht 27 zu glätten.
Obwohl es in 2A nicht dargestellt ist, umfasst die Kombination 200 ferner eine Elektrode zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 23 an einen IC zum Verarbeiten des Signals, sowie eine Leitung zum Liefern des elektrischen Signals von der Elektrode an den IC. Die Elektrode, der IC und die Leitung sind auf derjenigen Seite des optoelektrischen Wandlerabschnitts 23 vorhanden, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist.
Ausführungsbeispiel 3
Nun wird unter Bezugnahme auf 2B eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
2B ist eine perspektivische Ansicht dieser Kombination 300. Elemente, die mit solchen identisch sind, wie sie zuvor hinsichtlich 2A erörtert wurden, tragen dieselben Bezugszahlen und werden hier nicht mehr beschrieben.
Diese Kombination 300 unterscheidet sich von der Kombination 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf die folgende Weise.
Eine Wellenleiterschicht 37 verfügt über keinen schrägen Teil, sondern ist im wesentlichen eben. Eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht 36 verfügt über keinen sich verjüngenden Teil. Auf der Wellenleiterschicht 37 sind ein Prismenkoppler 38 zum Einkoppeln externen Lichts in die Wellenleiterschicht 37 und ein fokussierender Gitterkoppler (FGC) 32 zum Einkoppeln des durch die Wellenleiterschicht 37 hindurchgeführten Lichts in den Kopplungsabschnitt 28 des Wellenleiterabschnitts vorhanden. Ein Bereich des Wellenleiterabschnitts unter dem Prismenkoppler 38 wirkt als Einleitungsabschnitt, und ein Bereich unter dem FGC 32 wirkt als Kopplungsabschnitt 28.
Externes Licht wird durch den Prismenkoppler 38 in die Wellenleiterschicht 37 eingeleitet, und dann breitet es sich so durch die Wellenleiterschicht 37 aus, dass es den FGC 32 erreicht. Das Licht wird durch FGC 32 gebeugt und auf ein Gebiet des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs gesammelt, wobei dieses Gebiet als Teil des Lichtempfangsabschnitts des optoelektrischen Wandlerabschnitts 22 wirkt.
Aufgrund dieses Aufbaus erreicht das in die Wellenleiterschicht 37 eingekoppelte externe Licht den Kopplungsabschnitt 28, ohne durch ein Gebiet über dem Stufenbereich 24a zu laufen. Demgemäß ist es nicht erforderlich, die Oberseite der dielektrischen Schicht 36 vor der Herstellung der Wellenleiterschicht 37 einzuebnen. Der Stufenbereich der dielektrischen Schicht 36, der in unvermeidlicher Weise durch den Einfluss des Stufenbereichs 24a erzeugt wird, kann ohne schädlichen Einfluss unverändert verbleiben.
Obwohl es in 2B nicht dargestellt ist, enthält die Kombination 300 ferner eine Elektrode zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 23 an einen dieses elektrische Signal verarbeitenden IC, und sie enthält eine Leitung zum Liefern des elektrischen Signals von der Elektrode an den IC. Die Elektrode, der IC und die Leitung sind auf derjenigen Seite des optoelektrischen Wandlerabschnitts 23 vorhanden, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist.
Ausführungsbeispiel 4
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 400 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Diese Kombination 400 umfasst einen Wellenleiterabschnitt mit einer dielektrischen Schicht 46 und einer Wellenleiterschicht 47 sowie einen optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 zum Umsetzen des vom Wellenleiterabschnitt empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal.
3 ist eine Schnittansicht der Kombination 400. Diese Kombination 400 unterscheidet sich von der Kombination 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die den Wellenleiterabschnitt bildende dielektrische Schicht 46 und die Wellenleiterschicht 47 an zwei Seiten eines Bereichs vorhanden sind, wo das Licht vom Wellenleiterabschnitt in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 eingekoppelt wird. In 3 ist ein Optokoppler zum Einkoppeln des externen Lichts in die Wellenleiterschicht 47 der Einfachheit halber weggelassen.
Diese Kombination 400 wird auf die folgende Weise hergestellt.
An der Oberfläche eines p-Si-Substrats 41 werden ein Teil eines p⁺-Fremdstoffbereichs 54a, ein Teil eines p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 54b und ein Teil eines n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 55 hergestellt. Dann wird auf das Substrat 41 eine n-Si-Epitaxieschicht 42 aufgewachsen. Ein Oberflächengebiet der Epitaxieschicht 42 wird thermisch oxidiert, um auf ihr eine SiO₂-Schicht 44 auszubilden. Diese SiO₂-Schicht 44 wird mit einem vorgeschriebenen Muster geätzt, um eine Öffnung herzustellen. Die sich ergebenden Schichten werden in einer Atmosphäre gehalten, die sich auf hoher Temperatur befindet und Fremdstoffe enthält, um die Fremdstoffe unter Verwendung der SiO₂-Schicht 44 als Maske durch die Öffnung hindurch einzudiffundieren. So werden der verbleibende Teil des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 54a, der verbleibende Teil des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 54b und ein n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 56 erzeugt. So wird in der Epitaxieschicht 42 ein p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 ausgebildet, der als Teil des als Lichtempfangsabschnitt des optoelektrischen Wandlerabschnitts 43 wirkenden Gebiets 48 wirkt.
Danach wird darauf eine Passivierungsschicht 45 zum Schützen der SiO₂-Schicht 44 und des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 53 gegen Verunreinigung durch externe Substanzen hergestellt. Dann werden auf derjenigen Seite des als Kopplungsabschnitt des Wellenleiterabschnitts wirkenden Bereichs 48, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, durch die Passivierungsschicht 45 und die SiO₂-Schicht 44 hindurch Öffnungen 51a ausgebildet, die die Epitaxieschicht 42 erreichen. Danach werden Elektroden 51 zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 an einen IC (nicht dargestellt) zum Verarbeiten des elektrischen Signals so ausgebildet, dass sie die Öffnungen 51a bedecken. So werden die Elektroden 51 in Kontakt mit dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 54b und dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 56 gebracht, die in der Epitaxieschicht vorhanden sind.
Danach wird die dielektrische Schicht 46 so auf der Passivierungsschicht 45 hergestellt, dass sie die Elektroden 51 bedeckt. Auf der dielektrischen Schicht 46 wird die Wellenleiterschicht 47 hergestellt. Im Kopplungsabschnitt 48 des Wellenleiterabschnitts ist die dielektrische Schicht 46 aus zwei Richtungen her so verjüngt, dass sie zum Kopplungsabschnitt 48 hin dünner wird. Die Wellenleiterschicht 47 verfügt über Teile 49, die den sich verjüngenden Teilen der dielektrischen Schicht 46 entsprechen. Da die dielektrische Schicht 46 aus zwei Richtungen in bezug auf den Kopplungsabschnitt 48 verjüngt ist, verfügt die Wellenleiterschicht 47 über V-förmigen Querschnitt, wie es in 7 dargestellt ist. Am Boden der V-förmigen Wellenleiterschicht 47 ist die dielektrische Schicht 46 nicht vorhanden. In diesem Gebiet ist die Wellenleiterschicht 47 nur durch die Passivierungsschicht 45 vom p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 getrennt.
Dann wird auf der Wellenleiterschicht 47 ein Optokoppler oder dergleichen (nicht dargestellt) so hergestellt, dass er über dem vom Stufenbereich der isolierenden SiO₂-Schicht 44 umschlossenen Gebiet liegt. So wird die Kombination 400 fertiggestellt.
Bei der Kombination 400 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau läuft in die Wellenleiterschicht 47 eingekoppeltes Licht durch den Wellenleiter in
3 und erreicht den Kopplungsabschnitt 48 des Wellenleiterabschnitts.
Der als Teil des Lichtempfangsabschnitts des optoelektrischen Wandlerabschnitts 43 wirkende p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 und der Kopplungsabschnitt 48 sind nur durch die Passivierungsschicht 45 voneinander getrennt.
Aufgrund dieses Aufbaus wird das sich in der Wellenleiterschicht 47 ausbreitende Licht in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 eingekoppelt.
Der Optokopplungs-Wirkungsgrad im optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 kann im wesentlichen 100% betragen, wenn der Aufbau des Kopplungsabschnitts 48 und der in seiner Umgebung optimiert werden. Ein Beispiel für einen derartigen optimalen Aufbau ist der folgende: Wellenleiterschicht Glaswellenleiterabschnitt

Brechungsindex: ungefähr 1,53

Dicke: ungefähr 600 nm

Oberer Mantelabschnitt

Brechungsindex: ungefähr 1,43

Dicke: ungefähr 100 nm

Schräger Teil

Maximales

Abschrägungsverhältnis: ungefähr 10° oder mehr

Länge: ungefähr 100 μm
Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen beträgt der bei einer tatsäch lichen Messung erhaltene Optokopplungs-Wirkungsgrad ungefähr 95% oder mehr.
Bei der Kombination 400 des vierten Beispiels ist die Passivierungsschicht 45 auf der SiO₂-Schicht 44 vorhanden, die als Maske zum Herstellen des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 53 verwendet wird. Die Passivierungsschicht 45 ist vorhanden, um Metallionen oder andere verunreinigende Substanzen abzublocken, die sich dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 aus der dielektrischen Schicht 46 und der Wellenleiterschicht 47 nähern und von außen durch die dielektrische Schicht 46 und die Wellenleiterschicht 47 zum p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 gelangen. Die Passivierungsschicht 45 stabilisiert die Eigenschaften des optoelektrischen Wandlerabschnitts 43. Die Passivierungsschicht 45 ist auch in anderen Gebieten (nicht dargestellt) der Kombination 400 vorhanden, wie bei einem IC, für den die Tendenz einer Verunreinigung besteht.
Die Passivierungsschicht 45 kann durch Optimieren ihres Brechungsindex und ihrer Dicke auch als Antireflexionsschicht innerhalb des Kopplungsabschnitts 48 wirken. Sie kann aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Polyimid hergestellt werden.
Beim vierten Ausführungsbeispiel besteht die Passivierungsschicht 45 aus Siliziumnitrid, damit der optoelektrische Wandlerabschnitt 43 zum Verringern der Kosten parallel mit ICs (nicht dargestellt) hergestellt werden kann. Ferner verfügt die Passivierungsschicht 45 über eine Dicke von ungefähr 96 nm, wenn Siliziumnitrid mit einem Brechungsindex von ungefähr 2,0 verwendet wird, um dafür zu sorgen, dass die Passivierungsschicht 45 als Antireflexionsschicht wirkt.
Die Passivierungsschicht 45 wird durch Niederdruck-CVD hergestellt, um die Dichte der in ihr enthaltenen Teilchen zu erhöhen. Eine höhere Teilchendichte blockiert verunreinigende Substanzen auf wirkungsvollere Weise. Sputtern, das im allgemeinen zur Schichtherstellung verwendet wird, ist zum Herstellen der Passivierungsschicht 45 nicht geeignet, da die bei einem Rücksputtern ausgeführte Schichtausbildung den optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 beschädigt.
Ausführungsbeispiel 5
Nun wird eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Beim fünften Ausführungsbeispiel besteht die beim ersten Ausführungsbeispiel vorhandene dielektrische Schicht der Kombination 100 aus einer einzelnen PSG(Phosphorsilikatglas)-Schicht oder einer einzelnen BPSG(Bor-dotiertes Phosphorsilikatglas)-Schicht. Die dielektrische Schicht kann aus mehreren Teilschichten einschließlich einer PSG-Schicht oder einer BPSG-Schicht hergestellt werden. Die dielektrische Schicht kann auch aus mehreren Schichten hergestellt werden, zu denen eine SOG(auf Glas aufgeschleudert)-Schicht in Kombination mit einer PSG- oder einer BPSG-Schicht gehören. Die mechanischen Spannungen, wie sie in einer dielektrischen Schicht mit einem derartigen Aufbau erzeugt werden, sind ausreichend klein dafür, dass die Erzeugung von Rissen beschränkt wird und auch nachteilige Einflüsse auf die Eigenschaften des optoelektrischen Wandlerabschnitts gelindert werden.
Bei einem Aufbau mit einer Wellenleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat muss eine auf dem dielektrischen Material ausgebildete Pufferschicht vorhanden sein, um die Wellenleiterschicht vom Halbleitersubstrat zu trennen, um zu verhindern, dass das Halbleitersubstrat Licht absorbiert, das sich durch die Wellenleiterschicht ausbreitet. Die dielektrische Schicht muss solche Eigenschaften aufweisen, dass das sich in der Wellenleiterschicht ausbreitende Licht durch sie hindurchtreten kann (Lichtdurchlässigkeit), und sie muss auch einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner als der der Wellenleiterschicht ist.
Wie es in 4 dargestellt ist, umfasst die Kombination ein Si-Substrat 61, eine PSG- oder BPSG-Schicht 62 und eine SOG-Schicht 63, die in dieser Reihenfolge vorhanden sind. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist auf dem Substrat 61 eine Epitaxieschicht vorhanden, die jedoch in 4 weggelassen ist. Die PSG- oder BPSG-Schicht 62 und die SOG-Schicht 63 bilden eine dielektrische Schicht. Auf der SOG-Schicht 63 ist eine Wellenleiterschicht 64 vorhanden. Die SOG-Schicht 63 ist vorhanden, um die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 64 dadurch zu verhindern, dass die dielektrische Schicht geglättet wird, wenn die PSG- oder BPSG-Schicht 62 aufgrund des zur Herstellung verwendeten Verfahrens übermäßig große Oberflächenrauhigkeit aufweist. Die SOG-Schicht 63 kann weggelassen werden, wenn die PSG- oder BPSG-Schicht 62 ausreichend kleine Oberflächenrauhigkeit aufweist. Ein Beispiel für optimale Zustände der Wellenleiterschicht 64 und der dielektrischen Schicht ist das folgende: Wellenleiterschicht 64 Glasschicht

Brechungsindex: ungefähr 1,53

Dicke: ungefähr 600 nm

Dielektrische Schicht SOG-Schicht 63

Brechungsindex: ungefähr 1,43

Dicke: ungefähr 200 nm PSG (BPSG)-Schicht 62

Brechungsindex: ungefähr 1,43

Dicke: ungefähr 4 μm
Die in der dielektrischen Schicht mit der PSG- oder BPSG-Schicht 62 erzeugten mechanischen Spannungen sind ausreichend klein dafür, das die Erzeugung von Rissen beschränkt ist und auch nachteilige Einflüsse auf die Eigenschaften des Wellenleiterabschnitts gelindert sind, obwohl die PSG- oder BPSG-Schicht 62 eine Dicke von 2 μm aufweist.
Die Kombination des fünften Ausführungsbeispiels ist als Modifizierung der Kombination 100 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, jedoch kann auch die dielektrische Schicht beim zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel einen derartigen Aufbau aufweisen. Auch in derartigen Fällen kann die Erzeugung von Rissen beschränkt werden, und nachteilige Einflüsse auf den optoelektrischen Wandlerabschnitt können gelindert werden.
Ausführungsbeispiel 6
Nun wird unter Bezugnahme auf 5 eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Beim sechsten Ausführungsbeispiel ist die dielektrische Schicht der Kombination 100 beim ersten Ausführungsbeispiel in Form einer Anzahl von Schichten ausgebildet, die eine NSG(non-doped silicate glass = undotiertes Silikatglas)-Schicht enthalten. Die mehreren Schichten können sowohl eine SOG-Schicht als auch eine NSG-Schicht enthalten.
NSG, das undotiertes Material enthält, ist als optisches Material besser geeignet als PSG oder BPSG. Jedoch sind in einer NSG-Schicht erzeugte mechanische Spannungen relativ groß. Demgemäß können, wenn die dielektrische Schicht aus einer einzelnen NSG-Schicht mit einer Dicke von 2 μm oder mehr hergestellt wird, Risse erzeugt werden, oder es können sich die Eigenschaften des Wellenleiterabschnitts ändern. Demgemäß muss NSG in Kombination mit einem anderen Material verwendet werden.
Wie es in 5 dargestellt ist, umfasst die vorliegende Kombination ein Si-Substrat 61, eine PSG- oder BPSG-Schicht 62, eine SOG-Schicht 63 und eine NSG-Schicht 65, die in dieser Reihenfolge vorhanden sind. Die PSG- oder BPSG-Schicht 62, die SOG-Schicht 63 und die NSG-Schicht 65 bilden eine dielektrische Schicht. Auf der NSG-Schicht 65 ist eine Wellenleiterschicht 64 vorhanden. Die PSG- oder BPSG-Schicht 62 ist vorhanden, um Spannungen in der NSG-Schicht abzubauen. Die SOG-Schicht 63 ist vorhanden, um Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 64 dadurch zu verringern, dass die dielektrische Schicht geglättet wird, wenn die PSG- oder BPSG-Schicht 62 aufgrund des zur Herstellung verwendeten Verfahrens übermäßig große Oberflächenrauhigkeit aufweist. Die SOG-Schicht 63 kann weggelassen werden, wenn die PSG- oder BPSG-Schicht 62 ausreichend kleine Oberflächenrauhigkeit aufweist. Ein Beispiel für optimale Bedingungen der Wellenleiterschicht 64 und der dielektrischen Schicht ist das folgende: Wellenleiterschicht 64 Glasschicht

Brechungsindex: ungefähr 1,53

Dicke: ungefähr 600 nm Dielektrische Schicht

NSG-Schicht 65

Brechungsindex: ungefähr 1,43

Dicke: ungefähr 500 nm

SOG-Schicht 63

Brechungsindex: ungefähr 1,43

Dicke: ungefähr 200 nm

PSG(BPSG)-Schicht 62

Brechungsindex: ungefähr 1,44

Dicke: ungefähr 3,5 μm
Die dielektrische Schicht mit der NSG-Schicht 65, die in Kombination mit z. B. der PSG- oder BPSG-Schicht 62 verwendet wird, begrenzt die Erzeugung von Rissen und lindert auch nachteilige Einflüsse auf die Eigenschaften des optoelektrischen Wandlerabschnitts, obwohl die Gesamtdicke der Dicken der NSG-Schicht 65 und der PSG- oder BPSG-Schicht 62 den großen Wert von 4 μm aufweist.
Ausführungsbeispiel 7
Nun wird unter Bezugnahme auf 6 eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 700 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
6 ist eine Schnittansicht der Kombination 700. Diese Kombination 700 unterscheidet sich von der Kombination 400 des vierten Ausführungsbeispiels dadurch, dass Elektroden 51 zum Ausgeben eines elektrischen Signals von einem optoelektrischen Umsetzabschnitt 43 an einen IC oder dergleichen hergestellt werden, nachdem die dielektrische Schicht 46 und die Wellenleiterschicht 47 hergestellt wurden. Identische Elemente, wie sie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden, haben hier dieselben Bezugszahlen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Die Kombination 700 wird auf die folgende Weise hergestellt.
Die n-Si-Epitaxieschicht 42, die SiO₂-Schicht 44 und die Passivierungsschicht 45 werden auf dieselbe Weise wie beim vierten Beispiel auf dem p-Si-Substrat 41 hergestellt. Auch werden der p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 54a und der n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 55 auf dieselbe Weise wie beim vierten Ausführungsbeispiel hergestellt.
Dann werden die dielektrische Schicht 46 und die Wellenleiterschicht 47 auf der Passivierungsschicht 45 hergestellt. In diesem Stadium werden keine Öffnungen hergestellt. Im Kopplungsabschnitt 48 des Wellenleiterabschnitts ist die dielektrische Schicht 46 so aus zwei Richtungen verjüngt, dass sie zum Kopplungsabschnitt 48 hin dünner wird. Die Wellenleiterschicht 47 verfügt über Teile 49, die entsprechend den sich verjüngenden Teilen der dielektrischen Schicht 46 abgeschrägt sind. Da sich die dielektrische Schicht 46 aus zwei Richtungen in bezug auf den Kopplungsabschnitt 48 verjüngt, verfügt die Wellenleiterschicht 47 über V-förmigen Querschnitt, wie es in 6 dargestellt ist. Die dielektrische Schicht 46 ist am Boden der V- förmigen Wellenleiterschicht 47 nicht vorhanden. In diesem Gebiet ist die Wellenleiterschicht 47 nur durch die Passivierungsschicht 45 vom p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 53 getrennt.
Danach werden auf derjenigen Seite des Kopplungsabschnitts 48 des Wellenleiterabschnitts, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, Öffnungen 51b durch die Wellenleiterschicht 47, die dielektrische Schicht 46, die Passivierungsschicht 45 und die SiO₂-Schicht 44 hindurch ausgebildet, bis sie die Epitaxieschicht 42 erreichen. Danach werden Elektroden 51 zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 an einen IC oder dergleichen so hergestellt, dass sie die Öffnungen 51b bedecken. So werden die Elektroden 51 in Kontakt mit dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 54b und dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 56 gebracht, die in der Epitaxieschicht 42 vorhanden sind.
Durch Herstellen der dielektrischen Schicht 46 und der Wellenleiterschicht 47 vor den Elektroden 51 wird verhindert, dass die letzteren bei einem Tempervorgang nachteilig beeinflusst werden, der zum Verringern von Ausbreitungsverlusten in der Wellenleiterschicht 47 ausgeführt wird.
Die Elektroden 51 werden z. B. auf die folgende Weise hergestellt.
Nachdem die Wellenleiterschicht 47 hergestellt ist oder nachdem sie getempert wurde, wird auf ihr ein Photoresist abgeschieden und gemustert. Dann werden die Öffnungen 51b durch Nassätzen ausgebildet. Die Verwendung eines Fluorwasserstoff enthaltenden Ätzmittels ermöglicht es, den Ätzvorgang anzuhalten, wenn die Öffnungen 51b die Oberfläche der Epitaxieschicht 42 erreichen. Danach wird ein Material für die Elektroden 51 (z. B. Aluminium) so auf der Wellenleiterschicht 47 abgeschieden, dass die Öffnungen 51b bedeckt werden, und es erfolgt eine Musterung durch ein Abhebeverfahren. Alternativ wird das Material für die Elektroden 51 auf der gesamten Oberfläche der Wellenleiterschicht 47 abgeschieden, und überflüssige Bereiche werden durch Ätzen entfernt. So werden die Elektroden 51 hergestellt.
Falls erforderlich, erfolgt Tempern zum Sicherstellen des Kontakts der Elektroden 51 mit dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 56 und dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 54b in der Epitaxieschicht 42. Das Tempern kann bewirken, dass Metallionen von den Elektroden 51 in die Wellenleiterschicht 47 diffundieren, wodurch Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 47 zunehmen. Jedoch sind die Elektroden 51 auf derjenigen Seite ausgebildet, die von der Lichteinfallsseite des Kopplungsabschnitts 48 des Wellenleiterabschnitts entfernt ist. Aufgrund dieses Aufbaus wird das sich im Kopplungsabschnitt 48 des Wellenleiterabschnitts ausbreitende Licht beinahe vollständig in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 43 eingekoppelt und läuft nicht durch die Wellenleiterschicht 47 in der Nähe der Elektroden 51. Demgemäß hat ein Anstieg der Ausbreitungsverluste in diesem Bereich der Wellenleiterschicht 47 keinen Einfluss auf das Funktionsvermögen des optoelektrischen Wandlerabschnitts 43.
Nach der Herstellung der Elektroden 51 oder nach dem anschließenden Tempervorgang wird eine Antioxidationsschicht (nicht dargestellt) zum Schützen der Elektroden 51 gegen Oxidation so hergestellt, dass sie die Elektroden 51 bedeckt. Die Antioxidationsschicht wird z. B. aus Polyimid hergestellt.
Ausführungsbeispiel 8
Nun wird unter Bezugnahme auf 7 eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 800 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
7 ist eine Schnittansicht dieser Kombination 800. Diese Kombination 800 unterscheidet sich von der Kombination 700 des siebten Ausführungsbeispiels dadurch, dass eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht 76 nur auf der Lichteinfallsseite eines Kopplungsabschnitts 78 des Wellenleiterabschnitts vorhanden ist, weswegen die Wellenleiterschicht 77 einen Teil 79 aufweist, der nur in einer Richtung schräg verläuft.
Diese Kombination 800 wird auf die folgende Weise hergestellt.
Auf einem p-Si-Substrat 71 werden ein Teil eines p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 84a, ein Teil eines p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 84b und ein Teil eines n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 85 ausgebildet. Dann wird eine n-Si-Epitaxieschicht 72 auf das p-Si-Substrat 71 aufgewachsen. Ein Oberflächengebiet der Epitaxieschicht 72 wird thermisch oxidiert, um darauf die SiO₂-Schicht 74 herzustellen. Diese SiO₂-Schicht 74 wird auf ein vorbestimmtes Muster geätzt, um eine Öffnung auf der Epitaxieschicht 72 auszubilden. Die sich ergebenden Schichten werden in einer Atmosphäre gehalten, die sich auf hoher Temperatur befindet und Fremdstoffe enthält, um diese Fremdstoffe unter Verwendung der SiO₂-Schicht 74 als Maske durch die Öffnung einzudiffundieren. So werden der verbleibende Teil des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 84a, der verbleibende Teil des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 84b und der n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 86 hergestellt. Die SiO2-Schicht wird entfernt und es werden dieselben Schritte wiederholt. So wird in der Epitaxieschicht 72 ein p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 83 ausgebildet. Die Größe und die Position des p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereichs 83 sind durch die in der SiO2-Schicht 74 ausgebildete Öffnung festgelegt.
Danach wird auf der SiO₂-Schicht 74 und dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 83, falls erforderlich, eine Passivierungsschicht 75 hergestellt, auf der dann die dielektrische Schicht 76 hergestellt wird. Ein Teil der dielektrischen Schicht 76, der sich auf der der Lichteinfallsseite abgewandten Seite des Kopplungsabschnitts 78 befindet, wird entfernt. Der Entfernungsvorgang kann dadurch ausgeführt werden, dass ein Photoresist hergestellt wird und ein Nassätzvorgang mit einem Fluorwasserstoff enthaltenden Ätzmittel ausgeführt wird. Vor der Herstellung der dielektrischen Schicht 76 kann eine Schicht aus einem anderen Material in einem Gebiet der Passivierungsschicht 75 abgeschieden werden, das dem zu entfernenden Teil der dielektrischen Schicht 76 entspricht. Eine derartige Schicht kann als Ätzstoppschicht verwendet werden, um den Nassätzvorgang zu erleichtern, wie er nach der Herstellung der dielektrischen Schicht 76 ausgeführt wird. Dann wird die Wellenleiterschicht 77 so auf der Passivierungsschicht 75 hergestellt, dass die dielektrische Schicht 76 bedeckt wird.
Dann werden auf derjenigen Seite des Kopplungsabschnitts 78 des Wellenleiterabschnitts, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, Öffnungen 81b durch die Wellenleiterschicht 77, die Passivierungsschicht 75 und die SiO₂-Schicht 74 hindurch ausgebildet, bis die Epitaxieschicht 72 erreicht ist. Danach werden Elektroden 81 zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 73 zu einem IC oder dergleichen so hergestellt, dass sie die Öffnungen 81b bedecken. So werden die Elektroden 81 in Kontakt mit dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 84b und dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 86 gebracht, wie sie in der Epitaxieschicht 72 vorhanden sind.
Durch Herstellen der dielektrischen Schicht 76 und der Wellenleiterschicht 77 vor den Elektroden 81 wird verhindert, dass die Elektroden 81 durch einen Tempervorgang nachteilig beeinflusst werden, der zum Verringern von Ausbreitungsverlusten in der Wellenleiterschicht 77 ausgeführt wird.
Die Elektroden 81 werden z. B. auf dieselbe Weise hergestellt, wie sie beim siebten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Genauer gesagt wird, nachdem die Wellenleiterschicht 77 hergestellt ist oder dieselbe getempert ist, ein Photoresist auf der Wellenleiterschicht 77 ausgebildet und gemustert. Dann werden die Öffnungen 81b durch Nassätzen ausgebildet. Die Verwendung eines Fluorwasserstoff enthaltenden Ätzmittels ermöglicht es, den Ätzvorgang anzuhalten, wenn die Öffnungen 81b die Oberfläche der Epitaxieschicht 72 erreichen. Danach wird ein Material für die Elektroden 81 (z. B. Aluminium) so auf der Wellenleiterschicht 77 abgeschieden, dass die Öffnungen 81b bedeckt werden, und es erfolgt eine Musterung durch ein Abhebeverfahren. So werden die Elektroden hergestellt. Alternativ wird das Material für die Elektroden 81 auf der gesamten Oberfläche der Wellenleiterschicht 77 abgeschieden, und überflüssige Bereiche werden durch Ätzen entfernt. Da die dielektrische Schicht 76 im Bereich entfernt wird, in dem die Öffnungen 81b ausgebildet sind, kann die Tiefe der Öffnungen 81b verringert werden, wodurch sie leichter geformt und positioniert werden können.
Falls erforderlich, erfolgt ein Tempervorgang zum Gewährleisten guten Kontakts der Elektroden 81 mit dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 86 und dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 84b in der Epitaxieschicht 72. Das Tempern kann bewirken, das Metallionen von den Elektroden 81 zur Wellenleiterschicht 77 diffundieren, wobei die Ausbreitungsverluste in dieser erhöht werden. Jedoch sind die Elektroden 81 auf derjenigen Seite ausgebildet, die von der Lichteinfallsseite des Kopplungsabschnitts 78 des Wellenleiterabschnitts abgewandt ist. Aufgrund dieses Aufbaus wird das sich zum Kopplungsabschnitt 78 ausbreitende Licht beinahe ganz in den optoelektrischen Wandlerabschnitt 73 eingekoppelt und breitet sich nicht in der Nähe der Elektroden 81 durch die Wellenleiterschicht 77 aus. Demgemäß hat eine Zunahme von Ausbreitungsverlusten in diesem Bereich der Wellenleiterschicht 77 keinen Einfluss auf das Funktionsvermögen des optoelektrischen Wandlerabschnitts 73.
Nach der Herstellung der Elektroden 81 oder einem anschließend daran ausgeführten Tempervorgang wird eine Antioxidationsschicht (nicht dargestellt) zum Schützen der Elektroden 81 gegen Oxidation so hergestellt, dass die Elektroden 81 bedeckt sind. Die Antioxidationsschicht wird z. B. aus Polyimid hergestellt.
Ausführungsbeispiel 9
Unter Bezugnahme auf 8 wird nun eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination 900 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
8 ist eine Schnittansicht dieser Kombination 900. Diese Kombination 900 unterscheidet sich von der Kombination 800 des achten Ausführungsbeispiels dadurch, dass zusätzlich zur dielektrischen Schicht 76 die Wellenleiterschicht 77 nur auf der Lichteinfallsseite des Kopplungsabschnitts 73 des Wellenleiterabschnitts vorhanden ist. Identische Elemente, die bereits im Hinblick auf 7 erörtert wurden, tragen nun dieselben Bezugszahlen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Die Kombination 900 wird auf dieselbe Weise wie das achte Ausführungsbeispiel hergestellt. Bis zur Herstellung der Passivierungsschicht 75 erfolgt die Herstellung auf dieselbe Weise wie beim achten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Nachdem die Passivierungsschicht 75 hergestellt ist, werden die dielektrische Schicht 76 und eine Wellenleiterschicht 77 aufeinanderfolgend hergestellt.
Ein Teil der dielektrischen Schicht 76 und ein Teil der Wellenleiterschicht 77, die sich auf derjenigen Seite des Kopplungsabschnitts 78 befinden, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, werden auf dieselbe Weise entfernt, wie dies oben beim achten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, d. h. durch Herstellen eines Photoresists und durch Ausführen eines Nassätzvorgangs mit einem Fluorwasserstoff enthaltenden Ätzmittel. Die dielektrische Schicht 76 und die Wellenleiterschicht 77 können in einem Schritt entfernt werden. Bei einem alternativen Verfahren wird die dielektrische Schicht 76 hergestellt und gemustert, und dann wird die Wellenleiterschicht 77 hergestellt und gemustert. Im letztgenannten Fall kann eine Schicht aus einem anderen Material auf einem Bereich der Passivierungsschicht 75 hergestellt werden, der dem zu entfernenden Teil der Wellenleiterschicht 77 entspricht. Eine derartige Schicht kann als Ätzstoppschicht zum Erleichtern des Nassätzvorgangs verwendet werden, wie er nach der Herstellung der Wellenleiterschicht 77 ausgeführt wird.
Dann werden auf der Seite des Kopplungsabschnitts 78, die von der Lichteinfallsseite abgewandt ist, Öffnungen 81b durch die Passivierungsschicht 75 und die SiO₂-Schicht 75 hindurch ausgebildet, bis die Epitaxieschicht 72 erreicht ist. Danach werden Elektroden 81 zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt 73 zu einem IC oder dergleichen hergestellt, um die Öffnungen 81b zu bedecken. So werden die Elektroden 81 in Kontakt mit dem p⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 84b und dem n⁺-Fremdstoffdiffusionsbereich 86 gebracht, die in der Epitaxieschicht 72 vorhanden sind.
Durch Herstellen der dielektrischen Schicht 76 und der Wellenleiterschicht 77 vor den Elektroden 81 wird verhindert, dass die Elektroden 81 durch einen Tempervorgang nachteilig beeinflusst werden, der zum Verringern von Ausbreitungsverlusten in der Wellenleiterschicht 77 ausgeführt wird.
Die Elektroden 81 können auf dieselbe Weise hergestellt werden, wie dies für das achte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Da die dielektrische Schicht 76 und die Wellenleiterschicht 77 im Bereich entfernt werden, in dem die Öffnungen 81b hergestellt werden, kann die Tiefe der Öffnungen 81b verringert werden, wodurch sie einfacher als beim achten Beispiel positioniert und geformt werden können.
Beim ersten bis neunten Ausführungsbeispiel ist eine Wellenleiterschicht auf einem Bereich eines Halbleitersubstrats vorhanden, der von einem Stufenbereich umschlossen ist, wie er in der aus SiO₂ oder dergleichen bestehenden Isolierschicht hergestellt wurde. Die Wellenleiterschicht ist über dem umschlossenen Bereich vorhanden, wobei eine Pufferschicht dazwischen liegt, die aus PSG, BPSG, NSG, SOG usw. besteht. Die Größe und die Position des Fremdstoffdiffusionsbereichs sind durch das vom Stufenbereich in der Isolierschicht umschlossene Gebiet, d. h. die Öffnung in der Isolierschicht festgelegt. Ein Teil des Fremdstoffdiffusionsbereichs wirkt als Teil des Lichtempfangsabschnitts des optoelektrischen Wandlerabschnitts. Eine z. B. aus Siliziumnitrid bestehende Passivierungsschicht, die durch CVD hergestellt wird, ist zwischen einem Photodetektorabschnitt und einem IC sowie der Pufferschicht vorhanden. Die Pufferschicht und die Wellenleiterschicht sind in der Nähe von Elektroden nicht vorhanden. Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, sind der Bereich für die wesentliche Lichtausbreitung, d. h. der Einführungsabschnitt, der Ausbreitungsabschnitt und der Kopplungsabschnitt des Wellenleiterabschnitts alle über dem durch den Stufenbereich umschlossenen Gebiet vorhanden. Demgemäß ist es nicht erforderlich, vor der Herstellung des Wellenleiterabschnitts das Gebiet zu glätten, in dem dieser herzustellen ist. Ferner können die Pufferschicht und der Kopplungsabschnitt leichter konzipiert und hergestellt werden. Demgemäß kann der Aufbau einer herkömmlichen Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit hohem Wirkungsgrad für einen Photodetektor verwendet werden, der für schnelleres Ansprechverhalten und höhere Integration konzipiert ist. So kann eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit hohem Funktionsvermögen und stabilen Eigenschaften erhalten werden.
Die Passivierungsschicht und die Pufferschicht können aus Materialien hergestellt werden, die die Eigenschaften des Wellenleiterabschnitts stabilisieren. Die Wellenleiterschicht kann getempert werden, um das Funktionsvermögen des Wellenleiterabschnitts zu verbessern, ohne die Elektroden zu beeinträchtigen. Die Elektroden können durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Herstellkosten verringert.
Wie oben beschrieben, wird der als Teil des Empfangsabschnitts wirkende Fremdstoffdiffusionsbereich mit einer Passivierungsschicht bedeckt. Auf diese Weise wird der im Halbleitersubstrat vorhandene optoelektrische Wandlerabschnitt gegen Verunreinigung durch das Material der Wellenleiterschicht und durch äußere Substanzen, die durch diese hindurchdringen, geschützt. Der so geschützte optoelektrische Wandlerabschnitt liefert stabilere Eigenschaften, und es ist auch die Herstellausbeute für denselben verbessert. Eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit einem derartigen optoelektrischen Wandlerabschnitt ist zuverlässiger.
Darüber hinaus kann ein Halbleiterbauteil, das z. B. als Schaltung zum Verarbeiten des vom optoelektrischen Wandlerabschnitt erhaltenen elektrischen Signals dient, parallel zur Herstellung der Passivierungsschicht bearbeitet werden, und die Passivierungsschicht kann aus Siliziumnitrid hergestellt werden, um die zugehörige Dichte zu erhöhen. In einem solchen Fall ist der optoelektrische Wandlerabschnitt zuverlässiger gegen Verunreinigung durch Substanzen aus dem Material der Wellenleiterschicht und äußere Substanzen, die durch diese hindurchdringen, geschützt. Die Stabilität und die Herstellausbeute des optoelektrischen Wandlerabschnitts sind so verbessert, was die Zuverlässigkeit der Kombination erhöht.
Eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht kann als PSG- oder BPSG-Schicht hergestellt werden oder als Anzahl von Schichten, die eine PSG- oder BPSG-Schicht enthalten. Aufgrund eines solchen Materials werden in der dielektrischen Schicht erzeugte Spannungen gelindert. Demgemäß ist die Erzeugung von Rissen in einem Gebiet, in dem mehrere Schichten aufeinandergestapelt sind, beschränkt, und es werden auch Änderungen der Eigenschaften des Wellenleiterabschnitts gelindert. Diese Vorteile erhöhen den Wirkungsgrad und die Ausbeute bei der Herstellung des Wellenleiters und sie verbessern die Zuverlässigkeit der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination.
Die dielektrische Schicht kann aus mehreren Schichten einschließlich einer NSG-Schicht hergestellt werden, die ebenfalls in der dielektrischen Schicht erzeugte mechanische Spannungen abbaut. Demgemäß werden eine Erzeugung von Rissen und eine Änderung der Eigenschaften des Wellenleiterabschnitts beschränkt. NSG ist dahingehend von Wirkung, dass es verhindert, dass Licht durch Dotierelemente im Fremdstoffdiffusionsbereich absorbiert wird. So werden die Eigenschaften und das Funktionsvermögen der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination verbessert.
Die dielektrische Schicht kann aus mehreren Schichten einschließlich einer SOG-Schicht hergestellt werden, durch die die Oberfläche der dielektrischen Schicht geglättet werden kann. Die glatte Oberfläche verringert Ausbreitungsverluste und verbessert so das Funktionsvermögen der Kombination.
Die Passivierungsschicht kann mittels Niederdruck-CVD hergestellt werden, was Beschädigungen des Halbleitersubstrats minimiert. Ferner verfügt eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Passivierungsschicht über ausreichend hohe Dichte, was das Halbleitersubstrat wirkungsvoller gegen Verunreinigung durch Substanzen aus dem Material der Wellenleiterschicht und äußere Substanzen, die durch die Wellenleiterschicht hindurchtreten, schützt. Im Ergebnis sind die Stabilität und die Herstellausbeute betreffend den optoelektrischen Wandlerabschnitt verbessert, was die Zuverlässigkeit der Kombination erhöht.
Wenn alle zur Lichtausbreitung beitragenden Schichten einschließlich einer oberen Mantelschicht vor den Elektroden hergestellt werden, kann die Wellenleiterschicht getempert werden, um Ausbreitungsverluste in ihr zu verringern, bevor die Elektroden hergestellt werden. In diesem Fall ist verhindert, dass die Elektroden durch einen Tempervorgang beeinträchtigt wer den.
Die dielektrische Schicht kann in einem Bereich teilweise entfernt werden, der nicht mit der Lichtausbreitung und -kopplung in Beziehung steht. In diesem Fall werden die Elektroden in diesem Bereich hergestellt, in dem das Dielektrikum nicht vorhanden ist. Auf diese Weise kann die Herstellung von Öffnungen durch die Schichten einfacher ausgeführt werden. So werden der Herstellwirkungsgrad, die Herstellausbeute und die Zuverlässigkeit der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination verbessert.
Ausführungsbeispiel 10
Unter Bezugnahme auf die 9A bis 9C wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines Wellenleiters 210 mit sich verjüngendem Ende (sich verjüngender Wellenleiter) bei einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der sich verjüngende Wellenleiter 210 kann integral mit einem Photodetektorabschnitt auf einem Halbleitersubstrat angebracht werden.
Die 9A bis 9C sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des sich verjüngenden Wellenleiters 210 veranschaulichen.
Wie es in 9A dargestellt ist, wird in einem Halbleitersubstrat 201 ein als Teil eines Lichtempfangsabschnitts einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination wirkender Fremdstoffdiffusionsbereich 204 hergestellt. Danach wird auf dem Halbleitersubstrat 201 eine als Pufferschicht wirkende dielektrische Schicht 202 hergestellt und gemäß Vorgabe gemustert, um dadurch einen sich verjüngenden Teil 203 auszubilden. Der Musterungsvorgang kann z. B. dadurch ausgeführt werden, dass ein Photoresist mit vorgeschriebenem Muster auf der dielektrischen Schicht 202 hergestellt wird und diese unter Verwendung des Photoresists als Maske geätzt wird. Die dielektrische Schicht 202 kann aus einem lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex bestehen, der kleiner als der der darauf auszubildenden Wellenleiterschicht 205 ist. Beim zehnten Ausführungsbeispiel wurde eine PSG-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 4 μm durch CVD bei Umgebungsdruck als dielektrische Schicht 202 hergestellt.
Wenn die dielektrische Schicht 202 eine Dicke in einem bestimmten Bereich aufweist oder durch ein bestimmtes Verfahren hergestellt wird, kann eine Oberfläche derselben eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die ausreichend groß dafür ist, dass sie nachteiligen Einfluss auf die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 205 hat. Genauer gesagt, besteht die Tendenz, dass der durch Ätzen hergestellte sich verjüngende Teil 203 eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, die größer als die des Rests der dielektrischen Schicht 202 ist.
Um einen nachteiligen Einfluss zu vermeiden und auch um die Oberfläche des sich verjüngenden Teils 203 mit einer geringfügig gekrümmten Form herzustellen, wie in 9B dargestellt, wird die Oberfläche des sich verjüngenden Teils 209 poliert.
Dann wird, wie es in 9C dargestellt ist, die Wellenleiterschicht 205 so auf der dielektrischen Schicht 202 hergestellt, dass sie einen schrägen Teil 205a aufweist. Die Wellenleiterschicht 205 wird aus einem Material mit einem Brechungsindex über dem der dielektrischen Schicht 202 hergestellt. Beim zehnten Ausführungsbeispiel wurde die Wellenleiterschicht 205 aus dem Glas #7059 (hergestellt von Corning, Inc.; Brechungsindex: 1,53) durch HF-Sputtern mit einer Dicke von ungefähr 0,6 μm hergestellt. Auf diese Weise kann ein Wellenleiter 210 mit geringfügig gekrümmtem, sich verjüngendem Teil erhalten werden.

Die bevorzugten Polierbedingungen variieren abhängig vom Material der dielektrischen Schicht 202 und vom Zustand, in dem die dielektrische Schicht 202 hergestellt wird. Ein Beispiel für die bevorzugten Bedingungen sind die folgenden:

Substrat:	4''-Wafer aus Silizium
	(1'' = 25,4 mm)
Dielektrische Schicht:	PSG (oder BPSG); Dicke: 4,2 μm
Poliermaterial:	Diamantaufschlämmung
	Durchmesser: 0,5 μm
Poliertuch:	Weichpoliertuch
	(hergestellt von Maruto Instrument Co., Ltd.)

Durch Polieren der Oberfläche der dielektrischen Schicht 202 bei z. B. diesen Bedingungen wird die Oberfläche des sich verjüngenden Teils 203 leicht gekrümmt. Außerdem wird die Oberfläche des ebenen Teils der dielektrischen Schicht 202 ausreichend geglättet.
Beim zehnten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die dielektrische Schicht 202 so geätzt wurde, dass sie den sich verjüngenden Teil 203 aufweist, dieser sich verjüngende Teil 203 poliert. Demgemäß ist es möglich, PSG oder BPSG, die herkömmlicherweise wegen ihrer rauhen Oberfläche und ihrer hohen Porosität nicht als Pufferschicht im Wellenleiter einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination verwendet werden, nun verwendet werden. Eine aus PSG oder BPSG hergestellte dielektrische Schicht 202 baut in ihr erzeugte mechanische Spannungen ab. So kann die Erzeugung von Rissen begrenzt werden, und die Eigenschaften des Wellenleiters 210 können stabilisiert werden.
Zum Polieren kann ein weiches Tuch wie ein Poliertuch oder ein Wildledertuch verwendet werden. Unter Verwendung eines derartigen weichen Tuchs kann ein sich verjüngender Teil mit gewünschter Dicke und Länge hergestellt werden.
10A zeigt ein Beispiel des sich verjüngenden Teils 203 vor dem Polieren (9A), und 10B zeigt ein Beispiel für den sich verjüngenden Teil 203 nach dem Polieren (9B). Der sich verjüngende Teil weist nach dem Polieren eine Dicke von ungefähr 4 μm und eine Länge von ungefähr 100 μm auf. Die Oberflächenrauhigkeit im sich verjüngenden Teil, die vor dem Polieren 80 nm beträgt, ist nach dem Polieren auf ungefähr 5 nm verringert. Ein derartiger Wert ist für die dielektrische Schicht 202 ausreichend klein. Die Oberflächenrauhigkeit des sich verjüngenden Teils nach dem Polieren wurde über eine Länge von 200 μm ausgehend von seiner Spitze gemessen.
Es wird erneut auf 9C Bezug genommen, gemäß der der schräge Teil 205a, der auf einem derartigen leicht gekrümmten sich verjüngenden Teil 203 vorhandenen Wellenleiterschicht 205 ebenfalls leicht gekrümmt ist. Wegen der glatten Oberfläche der dielektrischen Schicht 202 sind die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht 205 ausreichend klein, was die Zuverlässigkeit des Wellenleiters 210 verbessert.
Bei der Kombination des zehnten Ausführungsbeispiels liegt der Fremdstoffdiffusionbereich 204 angrenzend an das Ende des sich verjüngenden Teils des Wellenleiters 210. Licht, das sich durch die Wellenleiterschicht 205 ausbreitet, wird in der Nähe des Endes des sich verjüngenden Teils in den Lichtempfangsabschnitt des Photodetektorabschnitts eingekoppelt. Dann wird das Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt und mittels einer Elektrode an ein externes Signalverarbeitungsbauteil geliefert.
Wie oben beschrieben, umfasst der Wellenleiter 210 beim zehnten Ausführungsbeispiel einen sich verjüngenden Teil und einen Photodetektorab schnitt, die integral auf einem Halbleitersubstrat 201 vorhanden sind (9C). Anstelle des Halbleitersubstrats 201 kann ein dielektrisches Substrat aus einem Material mit optischen Eigenschaften, die für eine Pufferschicht ausreichen, oder ein aus solchen Materialien zusammengesetzter Stoff, z. B. Quarzglas, verwendet werden. In einem derartigen Fall kann ein sich verjüngender Wellenleiter zum Koppeln zweier Wellenleiter mit verschiedenen effektiven Brechungsindizes hergestellt werden.
11A ist eine schematische Schnittansicht eines brechenden Modenteilers, der einen derartig sich verjüngenden Wellenleiter 310 verwendet. 11B zeigt das Prinzip der Modentrennung im in 11A dargestellten brechenden Modenteiler.
Der effektive Brechungsindex eines Wellenleiters kann durch eine Kombination aus den Materialien und den Dicken der im Wellenleiter vorhandenen Schichten geändert werden. Beim in den 11A und 11B dargestellten Modenteiler ist ein Wellenleiter 305 auf einem dielektrischen Substrat 301 vorhanden, um einen Bereich B zu bilden. Eine dielektrische Schicht 302 mit einem Brechungsindex über dem des dielektrischen Substrats 301 ist zwischen diesem und der Wellenleiterschicht 305 vorhanden, um einen Bereich A mit einem effektiven Brechungsindex über dem im Bereich B zu bilden. Die dielektrischen Substrate 301 und 302 können jeweils z. B. aus Quarzglas oder TiO₂ bestehen.
Wie es in 11B dargestellt ist, wird Licht, das sich in 11B von links nach rechts durch den Bereich B bewegt, gebrochen, wenn es durch die Grenzfläche zwischen den Bereichen B und A läuft. An diesem Punkt werden Lichtkomponenten mit verschiedenen Moden voneinander getrennt und laufen mit verschiedenen Brechungswinkeln in verschiedenen Richtungen. Auf dieselbe Weise werden die Lichtkomponenten in den verschiedenen Moden erneut gebrochen, wenn sie durch eine andere Grenzfläche zwischen den Bereichen A und B laufen. So treten Lichtkomponenten in verschiedenen Moden unter einem gegenseitigen Winkel Θ aus dem sich verjüngenden Wellenleiter 310 aus.
Beim in 11A dargestellten Modenteiler breitet sich Licht durch den Wellenleiter 305 mit leicht gekrümmter Oberfläche aus, die auf der dielektrischen Schicht 302 mit ausreichend glatter Oberfläche vorhanden ist. Demgemäß kann das Licht verlustfrei von einem ersten Bereich in einen zweiten Bereich laufen, der einen anderen Brechungsindex als der erste Bereich aufweist.
Durch das Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel wird in der dielektrischen Schicht ein sich verjüngender Teil hergestellt, und eine Oberfläche derselben wird zur Glättung poliert. Ein derartiges Polieren sorgt auch dafür, dass der sich verjüngende Teil leicht gekrümmt ist. Demgemäß ist kein gesonderter Schritt erforderlich, der dafür sorgt, dass der sich verjüngende Teil leicht gekrümmt wird. So wird die Herstellausbeute erhöht und die Herstellkosten werden verringert.
Da die Oberfläche der dielektrischen Schicht durch Polieren geglättet werden kann, kann für diese sogar eine poröse Schicht mit großer Oberflächenrauhigkeit, wie durch ein CVD- oder ein anderes Abscheidungsverfahren hergestellt, verwendet werden. Dies vergrößert den Bereich der für die dielektrische Schicht verwendbaren Materialien, was zum Integrieren des Wellenleiters mit verschiedenen Bauteilen von Vorteil ist. Wenn die dielektrische Schicht aus PSG oder BPSG hergestellt wird, werden in ihr erzeugte Spannungen abgebaut. So ist die Erzeugung von Rissen in einem Bereich, in dem mehrere Schichten aufeinandergestapelt sind, beschränkt, und es sind auch Änderungen der Eigenschaften des Wellenleiters gelindert. Diese Vorteile erhöhen den Herstellwirkungsgrad und die Herstellausbeute und verbessern die Zuverlässigkeit des Wellenleiters.
Eine ausreichend glatte Oberfläche der dielektrischen Schicht verringert Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht, was auch die Zuverlässigkeit des Wellenleiters verbessert.
Ausführungsbeispiel 11
Nun wird unter Bezugnahme auf die 12A bis 12C ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters 410 gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Auch beim elften Ausführungsbeispiel ist der Wellenleiter 410 integral mit einem Photodetektorabschnitt auf einem Halbleitersubstrat vorhanden.
Die 12A bis 12C sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des sich verjüngenden Wellenleiters 410 veranschaulichen.
Wie es in 12A dargestellt ist, wird ein als Teil eines Lichtempfangsabschnitts einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination wirkender Fremdstoffdiffusionsbereich 404 in einem Halbleitersubstrat 401 ausgebildet. Danach wird auf dem Halbleitersubstrat 401 eine dielektrische Schicht 402 hergestellt, und sie wird in vorgeschriebener Weise gemustert, um dadurch einen sich verjüngenden Teil 403 herzustellen. Dann werden die dielektrische Schicht 402 und das Substrat 401 mit einer SOG-Schicht 406 beschichtet. Durch Anbringen der SOG-Schicht 406 auf diese Weise kann der sich verjüngende Teil des Wellenleiters 410 leicht gekrümmt sein. Die SOG-Schicht 406 weist optische Eigenschaften auf, wie sie für eine Pufferschicht geeignet sind, und die dielektrische Schicht 402 und die SOG-Schicht 406 bilden eine Pufferschicht. Beim elften Ausführungsbeispiel besteht die dielektrische Schicht 402 aus PSG mit einer Dicke von ungefähr 4 μm, und die SOG-Schicht 406 (OCD T-7, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) hat ein Dicke von 0,9 μm.
Durch Herstellen einer Wellenleiterschicht 405 auf der SOG-Schicht 406 kann ein sich verjüngender Wellenleiter erhalten werden. Wenn jedoch der auf diese Weise hergestellte Wellenleiter integral mit einem Photodetektorabschnitt in eine Wellenleiter-Photodetektor-Kombination eingebaut wird, verhindert die SOG-Schicht 406 ein Einkoppeln des sich durch die Wellenleiterschicht ausbreitenden Lichts in den Lichtdetektorabschnitt.
Um eine derartige Sperre zu vermeiden, wird, wie es in 12B dargestellt ist, die SOG-Schicht 406 durch Polieren teilweise entfernt. Polieren ist dahingehend von Vorteil, dass die Oberfläche 407 der SOG-Schicht 406 nicht aufgerauht wird. Da das Polieren mit einem weichen Tuch wie einem Poliertuch und einem Wildledertuch, wie beim zehnten Ausführungsbeispiel, ausgeführt wird, kann ein sich verjüngender Teil mit gewünschter Dicke und Länge hergestellt werden. So wird dafür gesorgt, dass der sich verjüngende Teil eine leicht gekrümmte Oberfläche aufweist, wie es in 12B dargestellt ist. Dann wird, wie es in 12C dargestellt ist, eine Wellenleiterschicht 405 so auf dem Substrat 401 hergestellt, dass sie die dielektrische Schicht 402 bedeckt. Die Wellenleiterschicht 405 kann aus einem lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex über dem der dielektrischen Schicht 402 hergestellt werden. Beim elften Ausführungsbeispiel besteht die Wellenleiterschicht 405 aus dem Glas #7059 (hergestellt von Corning, Inc.; Brechungsindex: 1,53), das mit einer Dicke von ungefähr 0,6 μm HF-aufgesputtert wird. Die Wellenleiterschicht 405 verfügt über einen Teil 405a, der entsprechend dem sich verjüngenden Teil der dielektrischen Schicht 402 leicht geneigt ist.
Auf diese Weise kann ein Wellenleiter 401 mit leicht gekrümmtem sich verjüngendem Teil erhalten werden.
Bei der Kombination des elften Ausführungsbeispiels liegt der Fremdstoffdiffusionsbereich 404 benachbart zum Ende des sich verjüngenden Teils des Wellenleiters 410. Sich durch die Wellenleiterschicht 405 ausbreitendes Licht wird in der Nähe des Endes des sich verjüngenden Teils in den Lichtempfangsabschnitt des Photodetektorabschnitts eingekoppelt. Dann wird das Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt und mittels einer Elektrode an ein externes Signalverarbeitungsbauteil geliefert.
Gemäß dem Verfahren beim elften Ausführungsbeispiel wird der sich verjüngende Teil poliert, nachdem durch Anbringen der SOG-Schicht 406 dafür gesorgt wurde, dass er leicht gekrümmt ist. Dadurch ist die Spitze des sich verjüngenden Teils leichter gekrümmt als beim zehnten Ausführungsbeispiel. So können die Ausbreitungsverluste in der anschließend hergestellten Wellenleiterschicht 405 weiter verringert werden.
Wie oben beschrieben, umfasst die Kombination beim elften Ausführungsbeispiel einen sich verjüngenden Wellenleiter und einen Photodetektorabschnitt, die integral auf einem Halbleitersubstrat 401 vorhanden sind (12C). Anstatt eines Halbleitersubstrats 401 kann ein dielektrisches Substrat verwendet werden, das aus einem Material mit für eine Pufferschicht ausreichenden optischen Eigenschaften oder einem aus derartigen Materialien zusammengesetzten Stoff, z. B. Quarzglas, besteht. In einem derartigen Fall kann ein sich verjüngender Wellenleiter zum Koppeln zweier Wellenleiter mit verschiedenen effektiven Brechungsindizes hergestellt werden.
Ausführungsbeispiel 12
Nun wird unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters 510 gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Auch beim zwölften Ausführungsbeispiel ist der Wellenleiter 510 integral mit einem Photodetektorabschnitt auf einem Halbleitersubstrat angebracht.
Die 13A bis 13C sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des sich verjüngenden Wellenleiters 510 veranschaulichen.
Wie es in 13A dargestellt ist, wird in einem Halbleitersubstrat 501 ein Fremdstoffdiffusionsbereich 504 hergestellt, der als Teil eines Lichtempfangsabschnitts einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination wirkt. Danach wird auf dem Halbleitersubstrat 501 eine dielektrische Schicht 502 hergestellt. Die dielektrische Schicht 502 kann aus eine lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex unter dem der darauf herzustellenden Wellenleiterschicht 405 bestehen. Dann wird auf der dielektrischen Schicht 502 eine Schicht 506 aus einem Material hergestellt, das mit demselben Ätzmittel wie die dielektrische Schicht 502 geätzt werden kann, das jedoch eine höhere Ätzrate als diese aufweist. Wenn die dielektrische Schicht 502 aus einem Material mit den obenangegebenen Eigenschaften besteht, kann die Schicht 506 z. B. aus SOG hergestellt werden. Auf der Schicht 506 wird ein Photoresist mit bestimmtem Muster hergestellt, und dann werden die dielektrische Schicht 502 und die Schicht 506 unter Verwendung des Photoresists als Maske geätzt. So wird ein sich verjüngender Teil der dielektrischen Schicht 502 hergestellt.
Die Schicht 506 verbleibt teilweise auf der dielektrischen Schicht 502. Ein derartiger verbleibender Teil wird herkömmlicherweise durch Ausführen eines Nassätzvorgangs innerhalb einer kurzen Zeitspanne entfernt. Beim zwölften Ausführungsbeispiel erfolgt ein Poliervorgang sowohl zum Entfernen des restlichen Teils als auch dazu, dafür zu sorgen, dass der sich verjüngende Teil 503 der dielektrischen Schicht 502 leicht gekrümmt wird, wie es durch die Bezugszahl 507 in 13B repräsentiert ist. Da der Poliervorgang mit einem weichen Tuch wie einem Poliertuch oder einem Wildledertuch ausgeführt wird, wie beim zwölften Ausführungsbeispiel, kann ein sich verjüngender Teil mit gewünschter Dicke und Länge hergestellt werden. Alternativ kann der verbliebene Teil durch Nassätzen entfernt werden, in welchem Fall der sich verjüngende Teil 503 anschließend poliert wird, um den leicht gekrümmten sich verjüngenden Teil 507 herzustellen. Jedoch ist Nassätzen nicht bevorzugt, da (1) an der Oberfläche des sich verjüngenden Teils 507 Stufen entstehen können, (2) die dielektrische Schicht 502 teilweise abgeätzt werden kann, was ihre Oberflächenrauhigkeit erhöht, und (3) sogar das Substrat 501 teilweise abgeätzt werden kann.
Nachdem der leicht gekrümmte sich verjüngende Teil 507 ausgebildet ist, wird, wie es in 13C dargestellt ist, die Wellenleiterschicht 505 so auf dem Substrat 501 hergestellt, dass sie die dielektrische Schicht 502 bedeckt. Die Wellenleiterschicht 505 verfügt über einen Teil 505a, der entsprechend dem sich verjüngenden Teil 507 der dielektrischen Schicht 502 leicht schräg verläuft. Die Wellenleiterschicht 505 kann z. B. aus dem Glas #7059 (hergestellt von Corning, Inc.; Brechungsindex: 1,53) hergestellt werden, das mit einer Dicke von ungefähr 0,6 μm HF-aufgesputtert wird.
Auf diese Weise kann ein Wellenleiter 510 mit leicht gekrümmtem sich verjüngendem Teil erhalten werden.
Bei der Kombination des zwölften Ausführungsbeispiels liegt der Fremdstoffdiffusionsbereich 504 angrenzend an den sich verjüngenden Teil des Wellenleiters 510. Sich durch die Wellenleiterschicht 505 ausbreitendes Licht wird in der Nähe des Endes des sich verjüngenden Teils in den Lichtempfangsabschnitt des Photodetektorabschnitts eingekoppelt. Dann wird das Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt und mittels einer Elektrode an ein externes Signalverarbeitungsbauteil geliefert.
Beim Verfahren gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel wird eine Schicht aus einem Material mit einer Ätzrate über der der dielektrischen Schicht auf der letzteren hergestellt, und die zwei Schichten werden geätzt, um einen leicht gekrümmten sich verjüngenden Teil auszubilden. Das Polieren, der Oberfläche der sich ergebenden Schicht hat zwei Effekte: (1) Entfernen des nach dem Ätzvorgang verbleibenden Teils der Schicht und (2) Bewirken, dass der sich verjüngende Teil leicht gekrümmt ist. Demgemäß ist kein gesonderter Schritt zum Entfernen der Schicht erforderlich. Auf diese Weise kann ein Wellenleiter mit glatter Oberfläche und leicht gekrümmtem sich verjüngendem Teil erhalten werden. Die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht eines derartigen Wellenleiters sind vernachlässigbar, und der einfachere Prozess verringert die Herstellkosten.
Da die Oberfläche der dielektrischen Schicht 502 durch Polieren geglättet werden kann, kann für sie sogar eine poröse Schicht mit großer Oberflächenrauhigkeit wie durch ein CVD- oder anderes Abscheidungsverfahren herge stellt, verwendet werden. Dies vergrößert den Bereich der für die dielektrische Schicht verwendbaren Materialien, was zum Integrieren des Wellenleiters mit verschiedenen Bauteilen von Vorteil ist. Wenn die dielektrische Schicht aus PSG oder BPSG besteht, werden in ihr erzeugte Spannungen abgebaut. So wird die Erzeugung von Rissen in einem Bereich, in dem mehrere Schichten aufeinandergestapelt sind, beschränkt, und es werden auch Schwankungen der Wellenleitereigenschaften gelindert. Diese Vorteile erhöhen den Herstellwirkungsgrad und die Herstellausbeute und verbessern die Zuverlässigkeit des Wellenleiters.
Die ausreichend glatte Oberfläche der dielektrischen Schicht 502 verringert Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht, was auch die Zuverlässigkeit des Wellenleiters 510 verbessert.
Wie oben beschrieben, umfasst die Kombination gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel einen sich verjüngenden Wellenleiter und einen Photodetektorabschnitt, die integral auf einem Halbleitersubstrat 501 vorhanden sind (13C). Anstelle des Halbleitersubstrats 501 kann ein dielektrisches Substrat aus einem Material verwendet werden, das für eine Pufferschicht ausreichende optische Eigenschaften aufweist, oder eine Verbindung aus derartigen Materialien, z. B. Quarzglas. In einem derartigen Fall kann ein sich verjüngender Wellenleiter zum Koppeln zweier Wellenleiter mit verschiedenen effektiven Brechungsindizes hergestellt werden.
Ausführungsbeispiel 13
Nun wird unter Bezugnahme auf die 14A bis 14D ein Verfahren zum Herstellen eines sich verjüngenden Wellenleiters 610 gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Auch beim dreizehnten Ausführungsbeispiel ist der Wellenleiter 610 integral mit einem Photodetektorabschnitt auf einem Halbleitersubstrat vorhanden.
Wenn in einem Halbleitersubstrat ein optoelektrischer Wandlerabschnitt hergestellt wird, wie bei einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination, kann ein Ätz- oder Poliervorgang, wie er zum Herstellen eines leicht gekrümmten sich verjüngenden Teils der dielektrischen Schicht ausgeführt wird, den optoelektrischen Wandlerabschnitt beschädigen. Beim dreizehnten Ausführungsbeispiel ist zwischen einem Halbleitersubstrat 601 und einer dielektrischen Schicht 602 eine Passivierungsschicht 608 vorhanden, um das Halbleitersubstrat 601 bei Ätz- und Poliervorgängen zu schützen.
Die 14A bis 14D sind Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des sich verjüngenden Wellenleiters 610 veranschaulichen.
Wie es in 14A dargestellt ist, wird im Halbleitersubstrat 601 ein Fremdstoffdiffusionsbereich 604 hergestellt, der als Teil eines Lichtempfangsabschnitts einer Wellenleiter-Photodetektor-Kombination wirkt. Danach wird auf dem Substrat 601 die Passivierungsschicht 608 hergestellt, und auf dieser wird die dielektrische Schicht 602 hergestellt. Die dielektrische Schicht 602 kann aus einem lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex unter dem der darauf auszubildenden Wellenleiterschicht 605 bestehen. Beim dreizehnten Ausführungsbeispiel ist die dielektrische Schicht 602 mit einer Dicke von ungefähr 4,2 μm hergestellt, da der sich verjüngende Wellenleiter 610 im höchsten Teil ungefähr 3 μm hoch sein muss. Die Passivierungsschicht 608 muss eine Ätzrate aufweisen, die ausreichend niedriger als die der dielektrischen Schicht 602 ist, und sie muss ebenfalls lichtdurchlässig sein. Wenn die dielektrische Schicht 602 aus einem Material mit den oben angegebenen Eigenschaften besteht, kann die Passivierungsschicht 602 aus einer durch Niederdruck-CVD hergestellten Siliziumnitridschicht, mehreren eine Siliziumschicht enthaltenden Schichten oder einer durch CVD hergestellten SiO₂-Schicht bestehen. Beim dreizehnten Ausführungsbeispiel besteht die Passivierungsschicht 608 aus einer durch Niederdruck-CVD hergestellten Siliciumnitridschicht mit einer Dicke von 96 nm.
Dann wird auf der dielektrischen Schicht 602 eine Schicht 606 hergestellt. Die Schicht 606 besteht aus einem Material, das mit demselben Ätzmittel wie die dielektrische Schicht 602 geätzt werden kann, das jedoch eine höhere Ätzrate aufweist. Die Schicht 606 kann z. B. aus SOG hergestellt werden. Beim dreizehnten Ausführungsbeispiel besteht die Schicht 606 aus OCD T-2 (hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) mit einer Dicke von 0,15 μm. Dann werden die dielektrische Schicht 602 und die Schicht 606 einem Nassätzvorgang mit 10:1 gepufferter HF unterzogen, um dadurch einen sich verjüngenden Teil 603 der dielektrischen Schicht 602 auszubilden.
Da die Ätzrate der Passivierungsschicht 608 ausreichend niedriger als die der dielektrischen Schicht 602 ist, wird das Substrat 601 vor dem Ätzmittel geschützt.
Nachdem der sich verjüngende Teil 603 hergestellt wurde, verbleibt die Schicht 606 teilweise auf der dielektrischen Schicht 602. Ein solcher verbliebener Teil wird durch Nassätzen innerhalb kurzer Zeit entfernt. Selbst wenn zum Entfernen des verbliebenen Teils ein Nassätzvorgang verwendet wird, wird das Substrat 601 durch die Passivierungsschicht 608 gegen das Ätzen geschützt. Jedoch unterliegt die dielektrische Schicht 602 einem Ätzvorgang für dieselbe Zeitspanne. Im Ergebnis wird, wie es in 14B dargestellt ist, im sich verjüngenden Teil 603 ein Gebiet 603a mit gestufter Oberfläche erzeugt.
Um einen derartigen Mangel zu überwinden, wird die Oberfläche der dielektrischen Schicht 602 poliert. So wird dafür gesorgt, dass der sich verjüngende Teil 603 leicht gekrümmt ist, wie es in 14C mit der Bezugszahl 607 dargestellt ist. Die Passivierungsschicht 608 schützt auch das Substrat 601 vor dem Polieren. Da der Poliervorgang mit einem weichen Tuch wie einem Poliertuch oder einem Wildledertuch ausgeführt wird, wie beim zehnten Ausführungsbeispiel, kann ein sich verjüngender Teil mit erwünschter Dicke und Länge hergestellt werden. Alternativ kann der restliche Teil der Schicht 606 zusammen mit der dielektrischen Schicht 602 entfernt werden, wenn die dielektrische Schicht poliert wird, wie beim zwölften Ausführungsbeispiel beschrieben.
Dann wird, wie es in 14D dargestellt ist, auf dem Substrat 601 die Wellenleiterschicht 605 so hergestellt, dass sie die dielektrische Schicht 602 bedeckt. Die Wellenleiterschicht 605 verfügt über einen Teil 605a, der entsprechend dem sich verjüngenden Teil 607 der dielektrischen Schicht 602 leicht schräg ist. Die Ausbreitungsverluste in einer Wellenleiterschicht 605 mit derartiger Form sind vernachlässigbar. Die Wellenleiterschicht 605 kann aus einem lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex über dem der dielektrischen Schicht 602 hergestellt werden. Im vorliegenden Fall besteht die Wellenleiterschicht 605 aus dem Glas #7059 (hergestellt von Corning, Inc.; Brechungsindex: 1,5), HF-aufgesputtert mit einer Dicke von ungefähr 0,6 μm.
Auf diese Weise kann der Wellenleiter 610 mit leicht gekrümmtem sich verjungendem Teil 605a erhalten werden.
Die Passivierungsschicht 608 wird zweimal poliert, nämlich nach dem Ätzen der dielektrischen Schicht 602 und nach dem Ätzen der Schicht 606. Demgemäß muss die Passivierungsschicht 608 ausreichend dick dafür sein, dass vermieden ist, dass sie beim doppelten Polieren entfernt wird. Die erforderliche Dicke hängt vom Material und dem Zustand ab, in dem die dielektrische Schicht 602 ausgebildet ist. Z. B. beträgt die Dicke der Passivierungsschicht 608 ungefähr 0,5 μm.
Bei der Kombination gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel grenzt der Fremdstoffdiffusionsbereich 604 an das Ende des sich verjüngenden Teils des Wellenleiters 610 an. Licht, das sich durch die Wellenleiterschicht 605 ausgebreitet hat, wird in der Nähe des Endes des sich verjüngenden Teils in den Lichtempfangsabschnitt des Photodetektorabschnitts eingekoppelt. Dann wird das Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt und durch eine Elektrode an ein externes Signalverarbeitungsbauteil geliefert.
Durch das Verfahren beim dreizehnten Ausführungsbeispiel wird zwischen dem Halbleitersubstrat 601 und der dielektrischen Schicht 602 eine Passivierungsschicht 608 erzeugt, um das Halbleitersubstrat 601 gegen Ätz- und Poliereinflüsse zu schützen. So ist das Funktionsvermögens des Wellenleiters 610 verbessert.
Da die Oberfläche der dielektrischen Schicht 602 durch Polieren geglättet werden kann, kann für sie sogar eine poröse Schicht mit großer Oberflächenrauhigkeit verwendet werden, wie durch ein CVD- oder ein anderes Abscheidungsverfahren hergestellt. Dies vergrößert den Bereich der für die dielektrische Schicht verwendbaren Materialien, was zum Integrieren des Wellenleiters mit verschiedenen Bauteilen von Vorteil ist. Wenn die dielektrische Schicht aus PSG oder BPSG hergestellt wird, werden in ihr erzeugte Spannungen abgebaut. So wird die Erzeugung von Rissen in einem Bereich, in dem mehrere Schichten aufeinandergestapelt sind, eingeschränkt, und auch Schwankungen der Eigenschaften des Wellenleiters werden minimiert. Diese Vorteile erhöhen den Herstellwirkungsgrad und die Herstellausbeute und verbessern die Zuverlässigkeit des Wellenleiters.
Eine ausreichend glatte Oberfläche der dielektrischen Schicht 602 verringert die Ausbreitungsverluste in der Wellenleiterschicht, was auch die Zuverlässigkeit des Wellenleiters 610 verbessert.
Wie oben beschrieben, umfasst die Kombination beim dreizehnten Ausführungsbeispiel einen sich verjüngenden Wellenleiter und einen Photodetektorab schnitt, die integral auf einem Halbleitersubstrat 601 vorhanden sind (14C). Anstelle des Halbleitersubstrats 601 kann ein dielektrisches Substrat verwendet werden, das aus einem Material mit optischen Eigenschaften, die für eine Pufferschicht ausreichen, oder einem aus solchen Materialien zusammengesetzten Stoff, z. B. Quarzglas, bestehen. In einem derartigen Fall kann ein sich verjüngender Wellenleiter zum Koppeln zweier Wellenleiter mit verschiedenen effektiven Brechungsindizes hergestellt werden.
In diesem Fall kann die Passivierungsschicht 601 weggelassen werden, wenn das Halbleitersubstrat 601 gegen das Ätzmittel beständig ist, das zum Ätzen der dielektrischen Schicht 602 und der Schicht 606 verwendet wird. Die Passivierungsschicht 608 muss optische Eigenschaften aufweisen, die für eine Pufferschicht geeignet sind. Ein beispielsweise geeignetes Material für die Passivierungsschicht 608, das derartige optische Eigenschaften aufweist und bei einem Halbleiterprozess verwendbar ist, ist durch CVD abgeschiedenes SiO₂ (Tempern kann erforderlich sein). Es können auch mehrere Schichten, die eine SiO₂-Schicht enthalten, geeignet sein.

Claims

Wellenleiter-Photodetektor-Kombination mit – einem Halbleitersubstrat (1), – einem auf dem Halbleitersubstrat (1) vorhandenen Wellenleiterabschnitt (7) zum Führen von Licht, – einem optoelektrischen Wandlerabschnitt (3) im Halbleitersubstrat (1) zum Umsetzen des Lichts in ein elektrisches Signal, und – einer Isolierschicht (4, 5), die zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und dem Wellenleiterabschnitt (7) vorhanden ist, wobei: – der Wellenleiterabschnitt (7) mindestens einen Einführteil (10) zum Einführen von Licht in den Wellenleiterabschnitt (7), einen Kopplungsteil (8) zum Einkoppeln des in den Wellenleiterabschnitt eingeführten Lichts in den optoelektrischen Wandlerabschnitt (3) sowie einen Ausbreitungsteil zum Ausbreiten des Lichts vom Einführteil in den Kopplungsteil (8) aufweist, und – die Isolierschicht (4, 5) einen ersten Bereich zum Festlegen der Position und der Form eines Fremdstoffdiffusionsbereichs des optoelektrischen Wandlerabschnitts (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Isolierschicht (4, 5) außerdem einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umschließt und dicker als dieser ist, und einen Stufenbereich (4a) zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich aufweist, und – der Einführteil, der Ausbreitungsteil und der Kopplungsteil (8) des Wellenleiterabschnitts (7) auf dem ersten Bereich liegen.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Passivierungsschicht, die mindestens zwischen dem Kopplungsteil des Wellenleiterabschnitts und dem optoelektrischen Wandlerabschnitt vorhanden ist, um das Halbleitersubstrat zu schützen.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid besteht.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterabschnitt eine auf der Isolierschicht vorhandene dielektrische Schicht und eine auf dieser vorhandene Wellenleiterschicht aufweist, wobei die dielektrische Schicht mindestens eine PSG-Schicht und/oder eine BPSG-Schicht umfasst.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ferner eine NSG-Schicht umfasst.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ferner eine SOG-Schicht umfasst.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterabschnitt eine auf der Isolierschicht vorhandene dielektrische Schicht und eine auf dieser vorhandene Wellenleiterschicht aufweist, wobei die dielektrische Schicht ein Laminat aus mehreren Schichten, einschließlich einer NSG-Schicht, umfasst.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ferner eine SOG-Schicht enthält.
Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterabschnitt eine auf der Isolierschicht vorhandene dielektrische Schicht und eine auf dieser vorhandene Wellenleiterschicht aufweist, wobei die dielektrische Schicht ein Laminat aus mehreren Schichten, einschließlich einer SOG-Schicht, umfasst.
Verfahren zum Herstellen der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Herstellens der Passivierungsschicht durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren umfasst.
Verfahren zum Herstellen der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Herstellen einer Elektrode zum Liefern eines elektrischen Signals vom optoelektrischen Wandlerabschnitt zu einer externen Schaltung und – Herstellen des Wellenleiterabschnitts nach der Herstellung der Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schritt des Herstellens des Wellenleiterabschnitts die Schritte des Herstellens der dielektrischen Schicht auf der Isolierschicht und des Herstellens der Wellenleiterschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; und – ferner ein Schritt des Entfernens eines Teils der dielektrischen Schicht und/oder der Wellenleiterschicht verwendet wird, wobei der Teil dem Bereich entspricht, in dem die Elektrode herzustellen ist.
Verfahren zum Herstellen der Wellenleiter-Photodetektor-Kombination gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Herstellen der dielektrischen Schicht (4, 5) auf einem Substrat, – Ätzen eines Teils der dielektrischen Schicht (4, 5) zum Herstellen eines sich verjüngenden Teils; – Polieren der dielektrischen Schicht (4, 5) zum Glätten ihrer Oberfläche und um dafür zu sorgen, dass die Oberfläche des sich verjüngenden Teils leicht gekrümmt ist; und – Herstellen der Wellenleiterschicht (7) auf der dielektrischen Schicht (4, 5).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt des Herstellens einer SOG-Schicht auf der dielektrischen Schicht, bevor diese poliert wird, um dafür zu sorgen, dass die Oberfläche des sich verjüngenden Teils leicht gekrümmt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ätzens eines Teils der dielektrischen Schicht die folgenden Schritte umfasst: – Herstellen einer Schicht auf der dielektrischen Schicht, die eine Ätzrate über der Ätzrate der dielektrischen Schicht aufweist; und – Herstellen einer Maske auf der Schicht mit höherer Ätzrate, und Ätzen der dielektrischen Schicht und der Schicht mit höherer Ätzrate.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt des Herstellens, vor dem Herstellen der dielektrischen Schicht, einer Passivierungsschicht zum Schützen des Substrats gegen ein beim Ätzen der dielektrischen Schicht verwendetes Ätzmittel.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Passivierungsschicht den Schritt des Abscheidens von Siliziumnitrid durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Passivierungsschicht den Schritt des Abscheidens von Siliziumdioxid durch ein CVD-Verfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Herstellen eines Wellenleiters auf einem Halbleitersubstrat und – Herstellen eines optoelektrischen Wandlerabschnitts im Halbleitersubstrat.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schritt des Herstellens des optoelektrischen Wandlerabschnitts den Schritt des Eindiffundierens von Fremdstoffen in das Halbleitersubstrat umfasst, um einen Fremdstoffdiffusionsbereich herzustellen; – der Schritt des Herstellens des Wellenleiters den Schritt des Herstel lens einer SOG-Schicht auf der dielektrischen Schicht vor dem Polieren derselben umfasst, um dafür zu sorgen, dass die Oberfläche des sich verjüngenden Teils leicht gekrümmt ist; und – den Schritt des Polierens der dielektrischen Schicht in solcher Weise, dass derjenige Teil der SOG-Schicht entfernt wird, der über dem Fremdstoffdiffusionsbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ätzens eines Teils der dielektrischen Schciht folgende Schritte umfasst: – Herstellen einer Schicht auf der dielektrischen Schicht, mit einer Ätzrate über der Ätzrate der dielektrischen Schicht; und – Herstellen einer Maske auf der Schicht mit höherer Ätzrate, und Ätzen der dielektrischen Schicht und der Schicht mit höherer Ätzrate.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens des Wellenleiters den Schritt des Herstellens, vor dem Herstellen der dielektrischen Schicht, einer Passivierungsschicht zum Schützen des Halbleitersubstrats gegen das zum Ätzen der dielektrischen Schicht verwendete Ätzmittel zumindest auf dem Fremdstoffdiffusionsbereich im Halbleitersubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Passivierungsschicht den Schritt des Abscheidens von Siliziumnitrid durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Passivierungsschicht den Schritt des Abscheidens von Siliziumdioxid durch ein CVD-Verfahren umfasst.