JP2000106453A

JP2000106453A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000106453A
Application number: JP10274545A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Oda; 克矢小田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】リーク電流が小さく、受光効率が高く、高速動
作が可能なＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x光受信器を得る。【解決手段】選択的に形成された、方位の異なる複数の
面が存在するＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層を光の受信部
として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係
り、特に単結晶Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子を有する光受
信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光受信器は、例えば特開平7−231
113 号に記載されている。この従来例の光受信器の断面
構造を図２に示す。

【０００３】図２において、参照符号１０１はシリコン
基板を示し、このシリコン基板101上に形成した高濃度
ｎ型埋込層１０２上に、単結晶シリコン層１０３のエピ
タキシャル成長を行った後、シリコン酸化膜などにより
埋設された溝１０４を埋込層１０２に達するまでの深さ
に形成する。この溝１０４に囲まれた領域のエピタキシ
ャル層１０３を除去した後、単結晶ｐ型シリコン層１０
５を選択成長する。次に単結晶シリコンと単結晶シリコ
ン・ゲルマニウムを交互に繰り返し成長することによ
り、Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層１０６を形成し、その
上に高濃度ｐ型シリコン層１０７を選択的に成長する。
基板表面に形成した酸化膜１０８の開口部を形成し、高
濃度ｎ型拡散層１０９を形成することによって、高濃度
ｎ型埋め込み層１０２とアルミ電極１１０を接続する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のＳｉ／
Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子を受光部に用いた光受信器では、受
光効率を上げるためにＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子を厚く
形成すると、シリコンとシリコン・ゲルマニウムの格子
不整合に起因する歪みが緩和して結晶欠陥が生じ、暗電
流の原因となるリーク電流が発生するという問題があ
る。また、光ファイバーを基板表面と水平に配置するた
め、光受信部とファイバとのアライメントが困難とな
り、調整に要するコストが高くなるという問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、Ｓｉ／Ｓｉ_1-x
Ｇｅ_x超格子を受光部に用いた光受信器において、高受
光効率を可能にする光受信器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光受信器
は、第１導電型の単結晶シリコン層、例えば図１で言え
ば、高濃度ｎ型埋め込み層２と、上記第１導電型単結晶
シリコン層上に設けられた第２の第２導電型単結晶シリ
コン層すなわちｐ型シリコン層３と、上記第２の第２導
電型単結晶シリコン層上に設けられた開口部を有する絶
縁膜４と、上記開口部に設けられた単結晶シリコン層と
単結晶シリコン・ゲルマニウム層とが交互に１回以上複
数回積層された多層膜すなわちＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格
子層７と、上記多層膜上に設けられた第２の第２導電型
単結晶シリコン層すなわち高濃度ｐ型シリコン層８とを
少なくとも有し、前記第２導電型単結晶シリコン層と、
単結晶シリコン層と単結晶シリコン・ゲルマニウム層を
積層してなる多層膜との表面が方位の異なる複数の面に
より構成されることを特徴とするものである。

【０００７】前記光受信器において、前記絶縁膜が第１
導電型単結晶シリコン層上に設けられ、上記絶縁膜の開
口部に第２導電型単結晶シリコン層を設ければ、すなわ
ち図１３で言えば、ｐ型シリコン層３を絶縁膜４の開口
部のみに選択的に設ければ好適である。

【０００８】さらに、前記第２導電型単結晶シリコンと
第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる多層
膜は、ゲルマニウム組成比の異なる単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層を積層して多層膜とすればよい。

【０００９】また、前記第２導電型単結晶層は、単結晶
シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層とす
ればよい。

【００１０】また、前記第２導電型単結晶層が、単結晶
シリコン・ゲルマニウム層であり、上記第２導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層と第１導電型単結晶シリコ
ン層の間に前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層とはゲルマニウム組成比プロファイルの異なる第２
の第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を更に設
ければ、すなわち図１４で言えば、ｐ型シリコン・ゲル
マニウム層１５と高濃度ｎ型埋込層２の間にｐ型シリコ
ン・ゲルマニウム層１５とはゲルマニウムの組成比プロ
ファイルの異なる第２のｐ型シリコン・ゲルマニウム層
１４を更に設ければ好適である。

【００１１】前記光受信器において、第１導電型単結晶
シリコン層が第３の第２導電型単結晶シリコン層上に設
けられていてもよい。

【００１２】この場合、前記第１導電型単結晶シリコン
層と、第３の第２導電型単結晶シリコン層との双方に接
して形成される第２の絶縁膜、すなわち図１５で言え
ば、素子分離絶縁膜１８を更に設ければ好適である。

【００１３】さらに前記第２の絶縁膜の内部に多結晶シ
リコンまたは多結晶シリコン・ゲルマニウム層、すなわ
ち図１６で言えば、素子分離絶縁膜１９の内部に多結晶
シリコンまたは多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる
光反射膜２０を更に設ければ好適である。

【００１４】前記第３の第２導電型単結晶シリコンを設
けた光受信器において、上記第３の第２導電型単結晶シ
リコン層の下に、更に第３の絶縁膜、すなわち図１７で
言えば、素子・基板分離絶縁膜２１を設ければ好適であ
る。

【００１５】前記いずれかの光受信器において、前記第
２導電型単結晶シリコン層および単結晶シリコン層と単
結晶シリコン・ゲルマニウム層とが交互に１回以上複数
回積層された多層膜の凹凸の高さが少なくとも１０ｎｍ
以上であれば好適である。

【００１６】また、本発明に係る光受信システムは、光
信号を受け電気信号を出力する受光素子と、上記受光素
子からの電気信号を受ける第１の増幅回路と、上記第１
の増幅回路の出力を受ける第２の増幅回路と、所定のク
ロック信号に同期して前記第２の増幅回路の出力をディ
ジタル信号に変換する識別器とを有する光受信システム
であって、前記受光素子が前述したいずれかに記載の光
受信器により構成されたことを特徴とするものである。

【００１７】さらに、前記受光素子と第１および第２の
バイポーラトランジスタが単一の半導体チップ上に形成
されていれば好適である。

【００１８】また、本発明に係る光加入者系送受信シス
テムは、光信号を受け電気信号を出力する受光素子と、
電気信号を光信号に変換する発光素子と、電気信号を増
幅しディジタル信号処理を行う制御回路とを有する光加
入者系送受信システムであって、前記受光素子が前述し
たいずれかに記載の光受信器により構成されたことを特
徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る光受信器の好適な実
施の形態は、ｎ型電極引き出し層である高濃度単結晶シ
リコンと低濃度ｐ型単結晶シリコン上に形成された絶縁
膜の開口部のみに、単結晶シリコンと単結晶シリコン・
ゲルマニウムを複数回交互に積層してなるＳｉ／Ｓｉ
_1-xＧｅ_x超格子からなる光受信部が設けられていて、し
かも超格子層の表面が方位の異なる複数の面からなる構
造を有するものである。

【００２０】このように単結晶シリコン層と単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層を交互に積層した多層膜からなる
光受信部の表面に方位の異なる複数の面を設けることに
より、基板と垂直方向に設置された光ファイバーより入
射した光がこれらの面で反射・屈折され、基板表面と平
行方向の光の成分が発生するため、光がＳｉ／Ｓｉ_1-x
Ｇｅ_x超格子を通過する距離が長くなるため、受光効率
を高くできる。さらに、光吸収層の膜厚が薄くても光の
吸収係数を高くできるため、積層欠陥が発生する臨界膜
厚以下でＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子光吸収層を形成する
ことによりリーク電流の発生を抑制することができ、光
受信器の暗電流を低減することができる。

【００２１】さらに、基板と平行な面内にシリコンとシ
リコン・ゲルマニウムの領域が混在するため、面内の歪
みが分散されて膜厚を大きくしても歪みの緩和による結
晶欠陥は発生しにくく、リーク電流の発生を抑制するこ
とができ、光受信器の暗電流を低減することができる。

【００２２】また、基板と垂直方向に光ファイバーを設
置すればよいことから、光受信器と光ファイバーとのア
ライメントが容易になる。従って、光受信部の面積を縮
小することが可能となり、寄生容量が低減できることか
ら光受信器の高速動作が可能となることに加え、アライ
メントの調整コストを低減することができる。

【００２３】次に、本発明に係るバイポーラトランジス
タおよびその製造方法の更に具体的な実施例につき、添
付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００２４】＜実施例１＞図１は、本発明に係る半導体
装置の第１の実施例を示す断面構造図である。以下、図
１に示した構造の光受信器の製造方法を説明する。

【００２５】まず、高濃度ｎ型埋め込み層２を形成した
ｐ型シリコン基板１の全面に低濃度ｐ型シリコン層３を
エピタキシャル成長する。次いで、シリコン酸化膜から
なる絶縁膜４を堆積し、受光部となる領域に開口部を形
成する。開口部の内部にシリコン酸化膜のパターンを形
成し、このパターンをマスクとして単結晶シリコン３を
エッチングすることにより、単結晶シリコン層３の表面
に基板の面方位とは異なる方位を持った面を形成する。
マスクとしたシリコン酸化膜を除去した後、単結晶シリ
コン層と単結晶シリコン・ゲルマニウム層を交互に絶縁
膜４の開口部のみに選択的に成長することによりＳｉ／
Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成する。次いで、絶縁膜４
の開口部に高濃度ｐ型単結晶シリコンからなるキャップ
層８を選択的に形成した後、シリコン窒化膜からなる反
射防止膜９およびシリコン酸化膜からなる絶縁膜１０を
形成する。ｎ型領域に接続する電極部分を開口して、こ
の開口部にｎ型のドーパントであるリンをイオン打ち込
みによって注入し、高濃度ｎ型引き出し層１２を形成す
る。絶縁膜１０と反射防止膜９のｐ型電極部分を選択的
に除去し、電極となる金属を全面に堆積した後、部分的
に電極１１をエッチングすることにより、ｎ型領域の電
極とｐ型領域の電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１
０を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００２６】なお、上記光受信器において、高濃度ｎ型
シリコン基板にｐ型シリコン層３を形成してもよい。以
下の実施例でも、これらの層に関しては同様である。

【００２７】また、上記光受信器において、低濃度ｐ型
単結晶層に単結晶シリコン・ゲルマニウム層を用いても
よい。以下の実施例でも、この層に関しては同様であ
る。

【００２８】図３および図４に、本実施例の光受信器の
要部である光受信部の製造方法のフロー図を示す。

【００２９】高濃度ｎ型埋め込み層２上に単結晶シリコ
ンからなる低濃度ｐ型層３をエピタキシャル成長により
形成する。次に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜４を形
成し、エッチングにより開口部を形成する（図３（ａ）
参照）。

【００３０】次いで、エッチングマスクとなる絶縁膜５
を堆積し、絶縁膜４の開口部内にパターニングを行う
（図３（ｂ）参照）。そして、絶縁膜５のパターンをマ
スクとして絶縁膜の開口部５ａからシリコンの異方性エ
ッチングにより低濃度ｐ型シリコン層３を部分的にエッ
チングする。

【００３１】例えば、シリコンの異方性エッチングとし
て、ヒドラジンを用いることによりシリコンの（１１
１）面が形成される。（１００）の面方位を持つ基板を
用いた場合、絶縁膜５のマスクを用いてヒドラジン水溶
液でエッチングを行うと、絶縁膜の開口部５ａに露出し
た部分からエッチングされてｐ型単結晶シリコン層３に
（１１１）面６ｂが形成され、エッチングされない表面
には（１００）面６ａの部分が残る（図３（ｃ）参
照）。

【００３２】エッチングマスクとなる絶縁膜５のパター
ンとエッチング後の低濃度ｐ型単結晶シリコン層の平面
図を図５に示す。エッチング開始領域となる絶縁膜５の
開口部を形成した後（図５（ａ）参照）、単結晶シリコ
ンの異方性エッチングにより低濃度ｐ型単結晶シリコン
の平坦部６ａと平坦部とは異なる面方位を持った傾斜部
６ｂを形成する（図５（ｂ）参照）。前述のように、異
方性エッチングとしてヒドラジンを用いた場合、平坦部
６ａの面方位は基板と同じ方位となり、傾斜部６ｂの面
方位は（１１１）となる。

【００３３】また、図６に示すパターンとすることによ
り、寄生容量を低減することが可能となる。光ファイバ
ーは断面が円形であるため、入射する光も円形となる。
従って光の入射する領域に対して最小のアライメントの
みを受光部としてパターニングすると円形のパターンと
なる。この領域にエッチング開始領域となる絶縁膜５の
開口部を形成する（図６（ａ）参照）。ついで、異方性
エッチングを行うことにより、寄生容量の少ない受光部
領域を形成する（図６（ｂ）参照）。

【００３４】異なる複数の面方位を持つ低濃度ｐ型シリ
コン層３上に単結晶シリコン層と単結晶シリコン・ゲル
マニウム層を少なくとも１回以上の複数回交互に選択エ
ピタキシャル成長を行うことにより、絶縁膜４の開口部
のみに光受信部となるＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を
形成する。次いで高濃度ｐ型単結晶シリコン層を選択エ
ピタキシャル成長を行うことによりＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x
上のみにキャップ層８を形成する。

【００３５】例えば、エピタキシャル成長温度が６００
℃、且つ成長圧力が１Ｐａの場合、シリコン酸化膜上に
多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積を始めるまでに単
結晶シリコン上に成長する単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムの膜厚すなわち選択成長の臨界膜厚と、単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム中に含まれるゲルマニウムの組成比と
の関係を図７に示す。図７より、シリコンだけの場合
（Ｇｅ組成比＝０％）でも、単結晶シリコン上に成長す
る単結晶シリコンの厚さが５０ｎｍ以下ではシリコン酸
化膜上には多結晶シリコンは堆積しない。また、シリコ
ン・ゲルマニウムの場合、ゲルマニウムの組成比を上げ
るに従いこの膜厚は大きくなり、組成比が３０％では単
結晶シリコン上に約１５０ｎｍの単結晶シリコン・ゲル
マニウムが成長してもシリコン酸化膜上には多結晶シリ
コン・ゲルマニウムは堆積しない。従ってこの臨界膜厚
以下の単結晶シリコン・ゲルマニウム層を選択成長して
も、絶縁膜４上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆
積しない（図４(ａ)参照）。

【００３６】なお、このような成長を行うにはガスソー
スＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法やＣＶＤ(Chemica
l Vapor Deposition）法を用いることができるが、選択
性の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適である。
また、温度範囲は、シリコン酸化膜と単結晶シリコンと
の選択性が良好に得られる５００℃以上で、上限は結晶
欠陥が生じ始める８００℃以下の範囲である。この温度
範囲で、成長圧力はシリコン酸化膜上に多結晶シリコン
・ゲルマニウム層が成長を開始する１００Ｐａ以下であ
ればよい。

【００３７】また、上記選択成長は、塩素ガス（Ｃｌ）
や塩化水素ガス（ＨＣｌ）を成長中に供給することによ
っても実現可能である。例えばエピタキシャル成長温度
が６００℃、且つ成長圧力が１００００Ｐａの場合、シ
リコン酸化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積
しないために必要なＨＣｌ流量の全原料ガス流量に示す
割合と単結晶シリコン・ゲルマニウム中に含まれるゲル
マニウムの組成比の関係を図８に示す。図８より、シリ
コンだけの場合（Ｇｅ組成比＝０％）でも、ＨＣｌ流量
を全原料ガス流量の５０％以上とすることによりシリコ
ン酸化膜上には多結晶シリコンは堆積しない。また、シ
リコン・ゲルマニウムの場合、ゲルマニウムの組成比を
上げるに従いＨＣｌ流量は少なくてよく、組成比が３０
％ではＨＣｌ流量を全原料ガス流量の２０％以上とする
ことによりシリコン酸化膜上には多結晶シリコン・ゲル
マニウムは堆積しない。なお、このような成長を行うに
はガスソースＭＢＥ法やＣＶＤ法を用いることができる
が、選択性の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適
である。また、温度範囲は、シリコン酸化膜と単結晶シ
リコンとの選択性が良好に得られる５００℃以上で、上
限は結晶欠陥が生じ始める８００℃以下の範囲である。

【００３８】次いで、反射防止膜となる絶縁膜９と絶縁
膜１０を堆積し、電極を形成するために絶縁膜９と絶縁
膜１０の開口部を形成する（図４（ｂ）参照）。電極１
１を形成した後、受光部のみをエッチングして電極１１
の開口部を形成し、絶縁膜１０をエッチング除去するこ
とにより図１に示した断面構造が得られる。

【００３９】ここで、基板に対して垂直な方向から、光
受信部に光信号が入力された場合の光路を図９に示す。
受光部の平坦部６ａに入射した光は、反射防止膜９ａと
キャップ層８を通過して、Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子か
らなる受光部７に達し、単結晶シリコン層７ａと単結晶
シリコン・ゲルマニウム層７ｂのＧｅ組成比に応じた吸
収効率で吸収される（図９（ａ）参照）。一方、傾斜部
６ｂに入射した光は、傾斜角度と界面での屈折率に応じ
た角度で透過および反射される。例えば、（１００）の
面方位を持った単結晶シリコン基板を用い、低濃度ｐ型
単結晶シリコン層の異方性エッチングにより（１１１）
面の傾斜部が形成された場合、傾斜部の基板の方線方向
との角度は５４.７° となる。基板の方線方向から入射
した光は反射防止膜９ａ表面や反射防止膜９ａと単結晶
シリコンからなるキャップ層８との界面、キャップ層８
とＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子からなる光吸収層７の界
面、超格子内部の単結晶シリコン層７ａと単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層７ｂの界面で反射および屈折を繰り
返す（図９（ｂ）参照）。この結果、基板表面と水平な
光の成分が生じるため、光吸収層の膜厚以上の距離を光
が通過する。

【００４０】本実施例により、光受信部の吸収効率を上
げることがが可能となり、さらに、選択的に光受信部を
形成することにより寄生抵抗を低減できるため、この光
受信器の高速化・高性能化に有効である。

【００４１】＜実施例２＞図１０は、本発明に係る半導
体装置の第２の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は、以下の通りである。

【００４２】実施例１と同様に、高濃度ｎ型埋め込み層
２を形成したｐ型シリコン基板１の全面に低濃度ｐ型シ
リコン層３をエピタキシャル成長する。次いで、シリコ
ン酸化膜からなる絶縁膜４を堆積し、受光部となる領域
に開口部を形成し、開口部の内部にシリコン酸化膜のパ
ターンを形成する。

【００４３】図１に示した実施例１との相違は、低濃度
ｐ型単結晶シリコン層３の異方性エッチングを用いず
に、開口部内に形成したパターン上に選択エピタキシャ
ル成長を行い、発生したファセットを利用して基板の面
方位と異なる面を持つＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層を形
成することである。その後、実施例１と同様に、シリコ
ン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリコン酸化膜か
らなる絶縁膜１０を形成し、ｎ型領域に接続する電極部
分を開口して、この開口部にｎ型のドーパントであるリ
ンをイオン打ち込みによって注入し、高濃度ｎ型引き出
し層１２を形成する。絶縁膜１０と反射防止膜９のｐ型
電極部分を選択的に除去し、電極となる金属を全面に堆
積した後、部分的に電極１１をエッチングすることによ
り、ｎ型領域の電極とｐ型領域の電極を分離し、最後に
受光部の絶縁膜１０を選択的に除去し、反射防止膜９ａ
を露出させる。

【００４４】図１１および図１２に、本実施例の光受信
器の要部である光受信部の製造方法のフロー図を示す。

【００４５】実施例１と同様に、高濃度ｎ型埋め込み層
２上に単結晶シリコンからなる低濃度ｐ型層３をエピタ
キシャル成長により形成する。次に、シリコン酸化膜か
らなる絶縁膜４を形成し、エッチングにより開口部を形
成する（図１１(ａ)参照）。

【００４６】次いで、選択成長のマスクとなる絶縁膜５
を堆積し、絶縁膜４の開口部内にパターニングを行う
（図１１（ｂ）参照）。そして、絶縁膜５のパターンを
マスクとしてシリコンの選択エピタキシャル成長により
絶縁膜の開口部５ａの領域のみに低濃度ｐ型シリコン層
の島１３を部分的に形成する（図１１（ｃ）参照）。こ
のときのエピタキシャル成長の条件は実施例１に示した
条件と同様である。（１００）基板上に選択エピタキシ
ャル成長を行うと、ファセットとしてシリコン酸化膜な
どの絶縁膜と基板の界面から（１１１）面や（３１１）
面が発生する。（１１１）面の基板の放線方向となす角
度は５４.７゜で、(３１１）面の基板の放線方向となす
角度は２５.５゜である。絶縁膜５をエッチング除去し
た後、絶縁膜４の開口部のみに単結晶シリコン層と単結
晶シリコン・ゲルマニウム層を少なくとも１回以上の複
数回交互に選択エピタキシャル成長を行うことにより、
光受信部となるＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成す
る。次いで高濃度ｐ型単結晶シリコン層を選択エピタキ
シャル成長を行うことによりＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x上のみ
にキャップ層８を形成する（図１２（ａ）参照）。この
ときのエピタキシャル成長の条件も実施例１に示した条
件と同様である。

【００４７】次いで、反射防止膜となる絶縁膜９と絶縁
膜１０を堆積し、電極を形成するために絶縁膜９と絶縁
膜１０の開口部を形成する（図１２（ｂ）参照）。電極
１１を形成した後、受光部のみをエッチングして電極１
１の開口部を形成し、絶縁膜１０をエッチング除去する
ことにより図１０に示した断面構造が得られる。

【００４８】本実施例により、実施例１の効果に加え
て、超格子層の面方位制御が精度良く行えるため、光受
信器のさらなる安定動作が可能となる。また、異方性エ
ッチングのかわりに選択成長を行うことから、デバイス
試作のスループットが向上するため、光受信器の製造コ
ストを低減することができる。

【００４９】＜実施例３＞図１３は、本発明に係る半導
体装置の第３の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００５０】高濃度ｎ型埋め込み層２を形成したｐ型シ
リコン基板１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４を堆
積し、受光部となる領域に開口部を形成した後、この開
口部のみに低濃度ｐ型単結晶シリコン層３を選択エピタ
キシャル成長により形成する。次いで、実施例１と同様
の方法により開口部の内部にシリコン酸化膜のパターン
を形成し、このパターンをマスクとして単結晶シリコン
３をエッチングすることにより、単結晶シリコン層３の
表面に基板の面方位とは異なる方位を持った面を形成す
る。マスクとしたシリコン酸化膜を除去した後、単結晶
シリコン層と単結晶シリコン・ゲルマニウム層を交互に
絶縁膜４の開口部のみに選択的に成長することによりＳ
ｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成する。

【００５１】次いで、絶縁膜４の開口部に単結晶シリコ
ンからなるキャップ層８を選択的に形成した後、シリコ
ン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリコン酸化膜か
らなる絶縁膜１０を形成する。ｎ型領域に接続する電極
部分を開口して、この開口部にｎ型のドーパントである
リンをイオン打ち込みによって注入し、高濃度ｎ型引き
出し層１２を形成する。次いで、部分的に電極１１をエ
ッチングすることにより、ｎ型領域の電極とｐ型領域の
電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１０を選択的に除
去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００５２】本実施例では、低濃度ｐ型単結晶シリコン
層を絶縁膜４の開口部の内部のみに形成することによ
り、ｐｎ接合面積の縮小に伴い寄生容量が低減できる。
その結果、ＣＲ時定数を低減することができ、実施例１
の効果に加え、光受信器のさらなる高速化が可能とな
り、この光受信器の特性を向上させることができる。

【００５３】＜実施例４＞図１４は、本発明に係る半導
体装置の第４の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００５４】高濃度ｎ型埋め込み層２を形成したｐ型シ
リコン基板１上に単結晶シリコン・ゲルマニウムからな
るバッファ層１４をエピタキシャル成長により形成す
る。シリコン・ゲルマニウムの格子定数はゲルマニウム
の組成比により増加するので、シリコン基板１上に成長
することによってバッファ層１４はひずみを持って成長
する。

【００５５】ここで、バッファ層の膜厚を厚くし、段階
的にゲルマニウム組成比を増加させることにより、バッ
ファ層１４のひずみが緩和し、バッファ層１４の格子定
数は本来シリコン・ゲルマニウムがもつ格子定数と等し
くなる。表面に転移が現れないようにゲルマニウムの組
成比を一定にして更にエピタキシャル成長を行い、単結
晶シリコン・ゲルマニウムからなるスペーサ層１５を形
成する。

【００５６】シリコン酸化膜からなる絶縁膜４を堆積
し、受光部となる領域に開口部を形成した後、実施例１
と同様の方法により開口部の内部にシリコン酸化膜のパ
ターンを形成し、このパターンをマスクとして単結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなるスペーサ層１５をエッチ
ングすることにより、スペーサ層３の表面に基板の面方
位とは異なる方位を持った面を形成する。マスクとした
シリコン酸化膜を除去した後、ゲルマニウムの組成比が
異なる複数種類の単結晶シリコン・ゲルマニウム層を絶
縁膜４の開口部のみに選択的に交互に成長することによ
りＳｉ_1-xＧｅ_x／Ｓｉ_1-yＧｅ_y超格子層１６を形成す
る。

【００５７】次いで、絶縁膜４の開口部に単結晶シリコ
ン・ゲルマニウムからなるキャップ層８を選択的に形成
した後、シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およびシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜１０を形成する。ｎ型領域
に接続する電極部分を開口して、この開口部にｎ型のド
ーパントであるリンをイオン打ち込みによって注入し、
高濃度ｎ型引き出し層１２を形成する。次いで、部分的
に電極１１をエッチングすることにより、ｎ型領域の電
極とｐ型領域の電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１
０を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００５８】本実施例では、欠陥のないＳｉ_1-xＧｅ_x／
Ｓｉ_1-yＧｅ_y超格子層１６により光受信部を形成するこ
とにより、シリコンでは吸収係数の低い１.３μｍや１.
５５μｍの波長の光に対する感度を上げることができ
る。その結果、今まで化合物半導体でしか実現できなか
った波長領域に対する光受信器を、シリコン系半導体で
実現できるため、光受信器のコストを大幅に低減するこ
とができる。さらに、信号処理を行う回路と同一チップ
上に光受信器を形成することが可能になることから、さ
らなるコスト低減が可能となる。

【００５９】＜実施例５＞図１５は、本発明に係る半導
体装置の第５の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００６０】高濃度ｎ型埋め込み層２を形成したｐ型シ
リコン基板１の全面に低濃度ｐ型シリコン層３をエピタ
キシャル成長する。次いで、ｐ型シリコン層３とｐ型シ
リコン基板１をエッチング除去し、その中に素子分離絶
縁膜１８を形成する。その後、実施例１と同様に、開口
部を持ったシリコン酸化膜を素子分離絶縁膜１８で囲ま
れた領域の内部に形成し、基板の面方位とは異なる方位
を持った低濃度ｐ型シリコン層３の表面構造を形成す
る。選択エピタキシャル成長を用いて、Ｓｉ／Ｓｉ_1-x
Ｇｅ_x超格子層７を形成し、絶縁膜４の開口部に単結晶
シリコンからなるキャップ層８を選択的に形成した後、
シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリコン酸
化膜からなる絶縁膜１０を形成する。ｎ型領域に接続す
る電極部分を開口して、この開口部にｎ型のドーパント
であるリンをイオン打ち込みによって注入し、高濃度ｎ
型引き出し層１２を形成する。次いで、部分的に電極１
１をエッチングすることにより、ｎ型領域の電極とｐ型
領域の電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１０を選択
的に除去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００６１】本実施例では、素子分離絶縁膜１８によっ
て光受信部のシリコン基板１や高濃度ｎ型埋込層が周辺
の領域と分離されるため、光受信器の寄生容量が低減で
きる。また、横方向に散乱された光が素子分離絶縁膜１
８で反射され、光が活性領域内に閉じこめられるため、
受光効率を上げることができる。その結果、この光受信
器を用いることによって、実施例１，実施例２，実施例
３および実施例４で述べた効果に加えて、さらに光受信
器の特性を向上させることができる。

【００６２】＜実施例６＞図１６は、本発明に係る半導
体装置の第６の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００６３】実施例５と同様に、高濃度ｎ型埋め込み層
２を形成したｐ型シリコン基板１の全面に低濃度ｐ型シ
リコン層３をエピタキシャル成長する。次いで、ｐ型シ
リコン層３とｐ型シリコン基板１をエッチング除去し、
その中に素子分離絶縁膜１９と多結晶シリコンまたは多
結晶シリコン・ゲルマニウムからなる光反射層２０を形
成する。その後、実施例５と同様に、開口部を持ったシ
リコン酸化膜４を素子分離絶縁膜１８で囲まれた領域の
内部に形成し、基板の面方位とは異なる方位を持った低
濃度ｐ型シリコン層３の表面構造を形成する。

【００６４】選択エピタキシャル成長を用いて、Ｓｉ／
Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成し、絶縁膜４の開口部に
単結晶シリコンからなるキャップ層８を選択的に形成し
た後、シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリ
コン酸化膜からなる絶縁膜１０を形成する。ｎ型領域に
接続する電極部分を開口して、この開口部にｎ型のドー
パントであるリンをイオン打ち込みによって注入し、高
濃度ｎ型引き出し層１２を形成する。次いで、部分的に
電極１１をエッチングすることにより、ｎ型領域の電極
とｐ型領域の電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１０
を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００６５】本実施例では、素子分離絶縁膜１９の内部
にさらに光反射層２０を形成することによって横方向に
散乱された光が光反射膜２０で反射され、活性領域内に
閉じこめられるため、光の吸収効率を向上することがで
きる。光の反射率は、素子分離絶縁膜１９のみの場合よ
りも光反射膜を形成した方が高くなるので、その結果、
この光受信器を用いることによって、実施例５で述べた
効果に加えて、さらに光受信器の特性を向上させること
ができる。

【００６６】＜実施例７＞図１７は、本発明に係る半導
体装置の第７の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００６７】シリコン基板１上に、張り合わせや酸素注
入などにより形成した酸化膜２１と単結晶シリコン層２
２からなるシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）
構造上に、高濃度ｎ型埋め込み層２を形成したｐ型シリ
コン基板１の全面に低濃度ｐ型シリコン層３をエピタキ
シャル成長する。実施例５と同様に、ｐ型シリコン層３
とｐ型シリコン基板１をエッチング除去し、その中に素
子分離絶縁膜１８を形成する。その後、実施例１と同様
に、開口部を持ったシリコン酸化膜を素子分離絶縁膜１
８で囲まれた領域の内部に形成し、基板の面方位とは異
なる方位を持った低濃度ｐ型シリコン層３の表面構造を
形成する。

【００６８】選択エピタキシャル成長を用いて、Ｓｉ／
Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成し、絶縁膜４の開口部に
単結晶シリコンからなるキャップ層８を選択的に形成し
た後、シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリ
コン酸化膜からなる絶縁膜１０を形成する。ｎ型領域に
接続する電極部分を開口して、この開口部にｎ型のドー
パントであるリンをイオン打ち込みによって注入し、高
濃度ｎ型引き出し層１２を形成する。次いで、部分的に
電極１１をエッチングすることにより、ｎ型領域の電極
とｐ型領域の電極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１０
を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出させる。

【００６９】本実施例では、ｎ型シリコン層２１とシリ
コン基板１が分離されているため、寄生容量を低減する
ことができる。また、Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる光吸
収層を通過した光が、絶縁膜２１と単結晶シリコン層２
１の界面で反射され、再び光吸収層に入射することによ
って、光の吸収効率を向上することができる。その結
果、この光受信器を用いることによって、実施例５で述
べた効果に加えて、さらに光受信器の特性を向上させる
ことができる。

【００７０】＜実施例８＞図１８は、本発明に係る半導
体装置の第８の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００７１】実施例１と同様に、ｐ型シリコン基板１上
に高濃度ｎ型埋め込み層２を形成し、低濃度ｐ型シリコ
ン層３をエピタキシャル成長する。その後、開口部を持
ったシリコン酸化膜を形成し、基板の面方位とは異なる
方位を持った低濃度ｐ型シリコン層３の表面構造を形成
する。成長温度を上げたり添加するＨＣｌ流量を増やす
ことによって、ファセットの発生する条件で選択エピタ
キシャル成長を行うことにより、ファセット面２３を持
ったＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７とキャップ層８を選
択的に形成する。

【００７２】シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およ
びシリコン酸化膜からなる絶縁膜１０を形成した後、ｎ
型領域に接続する電極部分を開口して、この開口部にｎ
型のドーパントであるリンをイオン打ち込みによって注
入し、高濃度ｎ型引き出し層１２を形成する。次いで、
部分的に電極１１をエッチングすることにより、ｎ型領
域の電極とｐ型領域の電極を分離し、最後に受光部の絶
縁膜１０を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出させ
る。

【００７３】実施例１と異なる点は、Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧ
ｅ_x超格子層７にファセット面２３が発生している点で
あり、Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７が絶縁膜４と接触
していないため、界面の欠陥等に起因するリーク電流を
低減することができる。その結果、この光受信器を用い
ることによって、実施例１で述べた効果に加えて、さら
に光受信器の特性を向上させることができる。

【００７４】＜実施例９＞図１９は、本発明に係る半導
体装置の第９の実施例を示す断面構造図である。本実施
例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りである。

【００７５】高濃度ｎ型シリコン基板２４上に低濃度ｐ
型シリコン層３をエピタキシャル成長した後、開口部を
持ったシリコン酸化膜を形成し、基板の面方位とは異な
る方位を持った低濃度ｐ型シリコン層３の表面構造を形
成する。選択エピタキシャル成長により、Ｓｉ／Ｓｉ
_1-xＧｅ_x超格子層７とキャップ層８を選択的に形成す
る。シリコン窒化膜からなる反射防止膜９およびシリコ
ン酸化膜からなる絶縁膜１０を形成する。全面に堆積し
た電極１１を部分的にエッチングすることにより、ｐ型
領域の電極を形成する。また、高濃度ｎ型シリコン基板
２４の裏面にｎ型領域の電極を形成し、最後に受光部の
絶縁膜１０を選択的に除去し、反射防止膜９ａを露出さ
せる。最後に、高濃度ｎ型シリコン基板の裏面に金属層
を堆積し、ｎ型電極２５を形成する。

【００７６】実施例１と異なる点は、ｎ型領域の取り出
しを基板の裏面から行っている点であり、Ｓｉ／Ｓｉ
_1-xＧｅ_x超格子層７からなる光受信部７に入射された光
のうち、キャリアを発生することなく通過したものは、
裏面電極２５によって反射され、再び光受信部７に入力
される。その結果、この光受信器を用いることによっ
て、光が受光部に閉じこめられることにより光の吸収効
率が増加するため、実施例１で述べた効果に加えて、さ
らに光受信器の特性を向上させることができる。

【００７７】＜実施例１０＞図２０は、本発明に係る半
導体装置の第１０の実施例を示す断面構造図である。本
実施例の構造の光受信器の製造方法は以下の通りであ
る。

【００７８】シリコン基板１上に、開口部を持ったシリ
コン酸化膜４を形成し、基板の面方位とは異なる方位を
持った高濃度ｐ型シリコン層２６を絶縁膜４の開口部内
に形成する。選択エピタキシャル成長を用いて、Ｓｉ／
Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層７を形成し、非選択成長条件で絶
縁膜４の開口と絶縁膜４上の全面に高濃度ｎ型シリコン
層２７を形成する。その後、絶縁膜２８を全面に堆積す
る。

【００７９】次に、基板の表と裏を反転し、高濃度ｐ型
シリコン層２６が表面に現れるまでケミカルメカニカル
ポリッシュ等により基板を除去し、シリコン窒化膜から
なる反射防止膜９およびシリコン酸化膜からなる絶縁膜
１０を形成する。ｎ型領域に接続する電極部分を開口
し、全面に電極を堆積した後、部分的に電極１１をエッ
チングすることにより、ｎ型領域の電極とｐ型領域の電
極を分離し、最後に受光部の絶縁膜１０を選択的に除去
することにより反射防止膜９ａを露出させる。

【００８０】本実施例では、反射防止膜９ａと高濃度ｐ
型シリコン層の表面は平坦であるため、入射した光はこ
の界面では散乱されずに光受信部７に到達して初めて散
乱を受ける。その結果、光受信部に到達する光の量が増
えて受光効率が増加するため、実施例１で述べた効果に
加えて、さらに回路の特性を向上させることができる。

【００８１】＜実施例１１＞図２１は本発明に係る半導
体装置の第１１の実施例を示す図であり、光伝送システ
ムに用いられるフォトダイオードおよび前置増幅回路の
回路図である。周知のとおり、光伝送システムは数十Ｇ
ｂｐｓの高速伝送が必要であり、そのフォトダイオード
および前置増幅回路は特に高速動作が要求される。従っ
て、このフォトダイオードとして本発明による光受信器
を採用することにより、光伝送システム全体での性能を
著しく向上することができる。

【００８２】図２１において、参照符号３００は単一の
半導体基板上に形成された前置増幅回路を構成する半導
体集積回路を示し、この半導体集積回路３００の入力端
子ＩＮにはフォトダイオードＰＤが外付けされ、電源端
子３０１と接地端子３０２間にはデカップリング容量３
０３が外付けされている。フォトダイオードＰＤは光伝
送ケーブルを通して送信されてくる光信号を受ける受光
素子であり、デカップリング容量３０３は電源ラインと
接地ラインとの間の交流成分をショートするための容量
である。

【００８３】本実施例の光伝送システム用前置増幅回路
を構成する半導体集積回路３００は、光伝送ケーブルを
介して伝送されてきた光信号がフォトダイオードＰＤに
より変換された電気信号を入力端子ＩＮの入力として、
この入力された電気信号を増幅用トランジスタＱ１およ
びＱ２により増幅して出力端子ＯＵＴから出力するよう
に動作する。実施例１〜１０で説明した本発明に係るい
ずれかの光受信器をフォトダイオードとして用いること
により、フォトダイオードＰＤと前置増幅回路を同一チ
ップ上に形成することが可能となる。

【００８４】ここで、フォトダイオードＰＤおよび前置
増幅回路が実装基板に集積された光伝送システムのフロ
ントエンドモジュールの断面図を、図２２に示す。図２
２において、参照符号４０１は光ファイバー、４０２は
レンズ、４０３はフォトダイオード、４０４は前置増幅
器が形成された半導体集積回路を示し、フォトダイオー
ド４０３および前置増幅器ＩＣ４０４が同一基板４０７
上に形成され、フォトダイオード４０３および前置増幅
器ＩＣ４０４はダイオードおよび増幅器等を接続する配
線４０５を介して出力端子４０６に接続されている。ま
た、基板４０７は金属ケースなどの気密封止パッケージ
４０８内に収納されている。図示していないが、基板４
０７上には図２１に示すコンデンサ３０３も実装されて
いる。このように、フロントエンドを構成するフォトダ
イオードおよび前置増幅器を同一チップ上に構成するこ
とにより、信号経路を短くすることができノイズの乗り
にくく寄生のＬ成分（インダクタ成分）やＣ成分（容量
成分）も小さく抑えることができる。

【００８５】図２２に示したフロントモジュールにおい
て、光ファイバー４０１から入力した光信号はレンズ４
０２により集光され、フォトダイオード４０３で電気信
号に変換される。この電気信号は、基板４０７上の配線
４０５を通して前置増幅器ＩＣ４０４で増幅され出力端
子４０６から出力される。

【００８６】図２３には、図２１および図２２に示した
前置増幅器およびフロントエンドモジュールを利用した
光伝送システムの光受信型モジュール５１０を示す。図
２３において、参照符号５２０はフロントエンドモジュ
ール部を示し、このフロントエンドモジュール部５２０
は、光ファイバー５４４を介して伝送されて来る光信号
を受光して電気信号に変換出力する受光器５２１と、受
光器出力を増幅するプリアンプ５２２とから構成され
る。プリアンプ５２２により増幅された電気信号は、メ
インアンプ部５３０に入力され増幅される。メインアン
プ部５３０は、光伝送の距離や製造偏差によるバラツキ
を避け、出力を一定に保つため、メインアンプ５３２の
出力が帰還される自動利得調整器（ＡＧＣ）５３１に入
力されるよう構成されている。

【００８７】なお、メインアンプ部５３０は利得を調整
する構成の他、出力振幅を制限するリミットアンプを採
用することもできる。識別器５４０は所定のクロックに
同期して１ビットのアナログ−ディジタル変換を行うよ
う構成され、メインアンプ部５３０の出力をディジタル
化し、分離器ＤＭＵＸにより例えば１：４に分離されて
後段のディジタル信号処理回路５６０に入力され、所定
の処理が行われる。

【００８８】クロック抽出部５５０は、識別器５４０お
よび分離器ＤＭＵＸの動作タイミングを制御するための
クロックを、変換した電気信号から形成するためのもの
であり、メインアンプ部５３０の出力を全波整流器５５
１により整流し、帯域の狭いフィルタ５５２によりフィ
ルタリングしてクロック信号となる信号を抽出する。フ
ィルタ５５２の出力は、位相器５５３に入力される。こ
の位相器５５３は、フィルタ出力とアナログ信号の位相
をあわせるための位相器であり、予め定められた遅延量
に基づきフィルタ出力を遅延させるものである。位相器
５５３の出力は、リミットアンプ５５４を介して識別器
５４０とＤＭＵＸ５７０へ入力される。

【００８９】ここで述べた光通信システムにおいては、
その受光器に先の実施例１〜１０に述べた構成の本発明
に係る光受信器を用いて回路を構成することができる。

【００９０】前記実施例に従って製造した本発明に係る
光受信器は、信号処理回路と同一チップ上に形成するこ
とが可能なため、信号経路を短くすることができノイズ
の乗りにくく寄生のＬ成分（インダクタ成分）やＣ成分
（容量成分）も小さく抑えることができる。また、従来
このような光受信器については、シリコン系光受信器に
比べ波長の長い光に感度がある化合物半導体による光受
信器を用いる必要があった。しかし、このような回路に
対して、本発明に係る安価なシリコン系光受信器を用い
ることができるため、光伝送システム全体のコストを低
減することが可能となる。

【００９１】＜実施例１２＞図２４は本発明に係る半導
体装置の第１２の実施例を示す図であり、光加入者系シ
ステムに用いられる光送受信器のブロック図である。図
２４において、参照符号６００は光加入者システムを示
し、この光加入者システム６００には２種類の波長の光
信号が入力され、一方の波長の光が出力される。例えば
通信用の信号として、波長λ₁ ＝１.３μｍの光が入出
力され、ビデオ信号として波長λ₂ ＝１.５５μｍの光
が入力される。入力された波長λ₁ の光信号は、光合分
波器６１０を通って光受信器であるフォトディテクタ６
２０により電気信号に変換され、制御回路６４０により
信号処理が行われる。信号を送信する場合、制御回路６
４０により処理された信号はレーザダイオード６３０に
より光信号に変換され、光合分波器６１０を通って出力
される。一方、ビデオ信号である波長λ₂ の光信号が入
力された場合、光合分波器６１０で分波され、ビデオ信
号として、ビデオ信号処理部６５０へ入力される。

【００９２】ここで述べた光加入者系送受信システムに
おいては、その光受信器に実施例１〜１０に述べた構成
の本発明に係る光受信器を用いて構成することができ
る。

【００９３】前記実施例に従って製造した本発明に係る
光受信器は、信号処理回路と同一チップ上に形成するこ
とが可能なため、信号経路を短くすることができノイズ
の乗りにくく寄生のＬ成分（インダクタ成分）やＣ成分
（容量成分）も小さく抑えることができる。また、従来
このような光受信器については、シリコン系光受信器に
比べ波長の長い光に感度がある化合物半導体による光受
信器を用いる必要があった。しかし、このような回路に
対して、本発明に係る安価なシリコン系光受信器を用い
ることができるため、光加入者系送受信システム全体の
コストを低減することが可能となる。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、方
位の異なる複数の面によって界面が構成されるＳｉ／Ｓ
ｉ_1-xＧｅ_xからなる受光部を選択的に形成できることか
ら、入力された光信号がこの面によって反射されるた
め、受光部の膜厚が薄くても受光効率を高くすることが
可能となり、選択的に形成することにより寄生容量が低
減され、高速動作が可能となる。また、基板と同一の平
面でみると、面内にシリコンの領域とシリコン・ゲルマ
ニウムの領域が混在することから、ひずみの緩和による
結晶欠陥が生じにくくなるため、暗電流の原因となるリ
ーク電流を低減することができる。また、受光部の膜厚
を大きくすることができることから、受光効率を高くす
ることが可能となる。

【００９５】すなわち、本発明に係る光受信器およびそ
の製造方法によれば、リーク電流の低減，受光効率の増
加，寄生容量の低減が可能となり、高速かつ高性能な光
受信器を構成することが可能となる。従って、特に高速
動作が必要とされる回路やシステムに本発明による光受
信器を用いることで、回路およびシステム全体での性能
の向上を図ることができる。また、加入者系光通信のよ
うなシステムを本発明に係る光受信器によって構成する
ことにより、安価なシリコン半導体で、受光および信号
処理部を形成できるため、システムのコストを下げ、よ
り安定したシステムの構築が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図２】受光部にＳｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子を用いた従
来例の光受信器の断面図。

【図３】図１の光受信器の活性領域の製造工程を示す断
面図。

【図４】図３の次の工程以降を示す断面図。

【図５】図１の光受信器の複数の方位を持つ面を形成す
る工程を示す平面図。

【図６】図１の光受信器の複数の方位を持つ面を形成す
る工程を示す平面図。

【図７】シリコン酸化膜上に選択的に成長できる単結晶
シリコン・ゲルマニウムの最大膜厚とゲルマニウム組成
比との関係を示す特性線図。

【図８】シリコン酸化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムを堆積せずに選択的に単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムを成長できるＨＣｌ流量の全原料ガス流量に対する割
合とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図。

【図９】Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層からなる受光部に
入射した光の軌跡を示す断面図。

【図１０】本発明の第２の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１１】図１０の光受信器の活性領域の製造工程を示
す断面図。

【図１２】図１１の次の工程以降を示す断面図。

【図１３】本発明の第３の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１４】本発明の第４の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１５】本発明の第５の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１６】本発明の第６の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１７】本発明の第７の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１８】本発明の第８の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図１９】本発明の第９の実施例を示す光受信器の断面
図。

【図２０】本発明の第１０の実施例を示す光受信器の断
面図。

【図２１】本発明の第１１の実施例の前置増幅回路の回
路図。

【図２２】図２１に示した回路を実装したフロントエン
ドモジュールの断面図。

【図２３】図２１および図２２に示した回路およびモジ
ュールを利用した光伝送システムの受信側モジュールの
ブロック図。

【図２４】本発明の第１２の実施例を示す光加入者系送
受信システムのブロック図。

【符号の説明】

１，１０１…ｐ型シリコン基板、２，１０２…高濃度ｎ
型埋込層（単結晶シリコン）、３，１０３，１０５…ｐ
型単結晶シリコン層、４，９ｂ，１０，２８，１０４，
１０８…絶縁膜、５…エッチングマスク、６ａ…ｐ型シ
リコン平坦部、６ｂ…ｐ型シリコン傾斜部、７，１０６
…Ｓｉ／Ｓｉ_1-xＧｅ_x超格子層、７ａ…シリコン層、７
ｂ…シリコン・ゲルマニウム層、８，１０７…キャップ
層（高濃度ｐ型単結晶シリコン）、９ａ…反射防止膜、
１１,１１０…電極、１２,１０９…高濃度ｎ型引き出し
層（単結晶シリコンもしくは単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム）、１３…シリコンの島、１４…バッファ層(単結
晶シリコン・ゲルマニウム)、１５…ｐ型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層、１６…Ｓｉ_1-xＧｅ_x／Ｓｉ_1-yＧ
ｅ_y超格子層、１７…キャップ層（高濃度ｐ型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム）、１８，１９…素子分離絶縁
膜、２０…反射膜（多結晶シリコン）、２１…素子・基
板分離絶縁膜、２２…ｐ型単結晶シリコン層、２３…フ
ァセット面、２４…高濃度ｎ型単結晶シリコン基板、２
５…裏面電極、２６…高濃度ｐ型単結晶シリコン層、２
７…高濃度ｎ型シリコン層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型単結晶シリコン層と、上記第１
導電型単結晶シリコン層上に設けられた第２導電型単結
晶シリコン層と、上記第２の第２導電型単結晶シリコン
層上に設けられた開口部を有する絶縁膜と、上記開口部
に設けられた第２導電型単結晶シリコン層と第２導電型
単結晶シリコン・ゲルマニウム層とが交互に１回以上複
数回積層された多層膜と、上記多層膜上に設けられた第
２の第２導電型単結晶シリコン層と、を少なくとも有
し、前記第２導電型単結晶シリコン層と、単結晶シリコ
ン層と単結晶シリコン・ゲルマニウム層を積層してなる
多層膜の表面が方位の異なる複数の面で構成されること
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記絶縁膜が第１導電型単結晶シリコン層
上に設けられ、上記絶縁膜の開口部に第２導電型単結晶
シリコン層を設けてなる請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】前記第２導電型単結晶シリコンと第２導電
型単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる多層膜は、ゲ
ルマニウム組成比の異なる単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層を積層してなる多層膜である請求項１または２記載
の半導体装置。
【請求項４】前記第２導電型単結晶層は、単結晶シリコ
ン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層である請求
項１ないし３のいずれか記載の半導体装置。
【請求項５】前記第２導電型単結晶層が、単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層であり、上記第２導電型単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層と第１導電型単結晶シリコン層の
間に前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と
はゲルマニウム組成比プロファイルの異なる第２の第２
導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を更に設けてな
る請求項１ないし４のいずれか記載の半導体装置。
【請求項６】前記第１導電型単結晶シリコン層が第３の
第２導電型単結晶シリコン層上に設けられてなる請求項
１ないし５のいずれか記載の半導体装置。
【請求項７】前記第１導電型単結晶シリコン層と、第３
の第２導電型単結晶シリコン層との双方に接して形成さ
れる第２の絶縁膜を更に設けてなる請求項６記載の半導
体装置。
【請求項８】前記第２の絶縁膜の内部に多結晶シリコン
または多結晶シリコン・ゲルマニウム層を更に設けてな
る請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】前記第３の第２導電型単結晶シリコン層の
下に、第３の絶縁膜を更に設けてなる請求項６ないし８
のいずれか記載の半導体装置。
【請求項１０】前記第２導電型単結晶シリコン層および
第２導電型単結晶シリコン層と第２導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層とが交互に１回以上複数回積層され
た多層膜の凹凸の高さが少なくとも１０ｎｍ以上である
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の半
導体装置。
【請求項１１】光信号を受け電気信号を出力する受光素
子と、上記受光素子からの電気信号を受ける第１の増幅
回路と、上記第１の増幅回路の出力を受ける第２の増幅
回路と、所定のクロック信号に同期して前記第２の増幅
回路の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有す
る光受信システムであって、前記受光素子が請求項１な
いし１０のいずれか記載の半導体装置により構成された
ことを特徴とする光受信システム。
【請求項１２】前記受光素子と第１および第２のバイポ
ーラトランジスタとが単一の半導体チップ上に形成され
てなる請求項１１記載の光受信システム。
【請求項１３】光信号を受け電気信号を出力する受光素
子と、電気信号を光信号に変換する発光素子と、電気信
号を増幅しディジタル信号処理を行う制御回路とを有す
る光加入者系送受信システムであって、前記受光素子が
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体装置
により構成されたことを特徴とする光加入者系送受信シ
ステム。