JP2004349350A - 光検出器及び光検出器内蔵シリコン光導波路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶シリコンからなる受光部コア103に、部分的にn形不純物添加領域131を設け、n形高濃度不純物領域151,受光部コア103,p形高濃度不純物領域161からなるダイオード構成の領域に逆バイアスとなる電圧を印加することで生成される空乏領域で受光部コア103が覆われた状態としたとき、n形不純物添加領域131による中性領域と、不純物が添加されていない空乏化された領域とを隣り合わせで存在させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オプトエレクトロニクス分野,光通信分野などにおいて使用される光集積回路に用いられる、シリコンを光の導波路として用いた光検出器及び光検出器内蔵シリコン光導波路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
III−V族化合物半導体は、光導波路,発光素子,受光素子のいずれをも作製することが可能である。このため、例えば光通信分野においては、光検出器,半導体レーザ,光導波路回折格子による波長フィルタなどを同一の基板上にモノリシックに集積したモノリシック光集積回路が、開発(実現)されている(特許文献1参照)。この集積回路では、波長多重で伝送されてくる光を分波して光検出する機能と、波長多重した光信号を送り出す双方向波長多重伝送機能とを持ち合わせている。
【0003】
これに対し、シリコン半導体は、LSIの微細化,大規模化に見られるように、電子素子には広く利用されているが、間接遷移型半導体のため、発光素子などの光素子を実現するのが困難であり、光集積回路にはあまり利用されていない。シリコンを用いた電子制御式光減衰器(非特許文献1参照)、シリコンを用いた光導波路(非特許文献2参照)、シリコンを用いた周波数選択フィルタなどの光制御デバイスは実現されているが、これらに光素子をモノリシックに集積した光集積回路は実現されていない。
【0004】
また、受光素子(検出器)と導波路とをモノリシックに集積しようとした場合、これらを同系列の材料で構成しようとすると、導波路を低損失で伝搬する光を検出器で吸収して電気信号に変換させることになる。これは、相反する要求であり、従来では、シリコンを用いた光導波路において、検出器と導波路とが集積された光集積回路を実現することが困難であった。現状では、シリコンを用いた光制御デバイスに、化合物半導体などを利用した光検出器を後から実装して組み合わせて用いている。
【0005】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件の出願時までに発見するには至らなかった。
【0006】
【特許文献1】
特開平3−223635号公報
【非特許文献1】
Proceedings of the SPIE: The International Society for Optical Engineering. vol.4293,p.1−9,2001
【非特許文献2】
”Low loss mode size converter from 0.3 μm square Si wire waveguides to singlemode fibers” Electronics Letters, vol.38, No.25, p.1669−1670(2002)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来では、シリコンを用いた光集積回路に、後から光検出器を実装しているため、光軸合わせなど製造に大きなコストがかかるものとなっている。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコンからなるコア(導波路)と光検出部とを、同一の基板の上にモノリシックに形成することを可能とし、より微細でより安価なシリコン光集積回路が容易に実現できるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る光検出器は、絶縁体からなる下部クラッド層の上に形成され、第1導電形の不純物が添加された不純物添加領域が部分的に設けられた単結晶シリコンからなる受光部コアと、この受光部コアの両脇に接して配置された受光部コアより薄い単結晶シリコンの層からなる第1電圧印加部及び第2電圧印加部と、第1電圧印加部に設けられた第1導電形の不純物が導入された第1高濃度不純物領域と、第2電圧印加部に受光部コアより所定距離離間して設けられた第2導電形の不純物が導入された第2高濃度不純物領域と、少なくとも受光部コアを覆うように形成されたシリコン化合物の絶縁体からなる上部クラッド層と、第1高濃度不純物領域にオーミック接続する第1電極と、第2高濃度不純物領域にオーミック接続する第2電極とを少なくとも備えたものである。
この光検出器は、第1高濃度不純物領域,受光部コア,第2高濃度不純物領域からなるダイオード構成の領域に逆バイアス電圧を印加し、このことにより生成される空乏領域で受光部コアが覆われた状態とすると、受光部コアには、不純物添加領域の存在により、中性領域と空乏化された領域とが、隣り合わせで存在するようになる。
【0009】
上記光検出器において、受光部コアの導波方向に、所定の間隔を開けて複数の不純物添加領域を設けるようにしてもよい。
また、上記光検出器において、不純物添加領域は、第1導電形の不純物に加えて希土類元素と酸素元素とが添加されているようにしても良い。
また、上記光検出器において、不純物添加領域はn形の導電形となる不純物が添加された領域であればよい。
【0010】
また、本発明の実施の形態に係る光検出器内蔵シリコン光導波路は、絶縁体からなる下部クラッド層の上に形成され、第1導電形の不純物が添加された不純物添加領域が部分的に設けられた単結晶シリコンからなる受光部コアと、この受光部コアの両脇に接して配置された受光部コアより薄い単結晶シリコンの層からなる第1電圧印加部及び第2電圧印加部と、第1電圧印加部に設けられた前記第1導電形の不純物が導入された第1高濃度不純物領域と、第2電圧印加部に受光部コアより所定距離離間して設けられた前記第2導電形の不純物が導入された第2高濃度不純物領域と、受光部コアの少なくとも一方の光入射端の側の下部クラッド層の上に配置され、受光部コアと同一の断面形状を有する単結晶シリコンから構成された導波路コアと、少なくとも受光部コアおよび導波路コアを覆うように形成されたシリコン化合物の絶縁体からなる上部クラッド層と、第1高濃度不純物領域にオーミック接続する第1電極と、第2高濃度不純物領域にオーミック接続する第2電極とを少なくとも備えたものである。
この光検出器内蔵シリコン光導波路は、受光部コアの領域が光検出器となり、この光検出器において、第1高濃度不純物領域,受光部コア,第2高濃度不純物領域からなるダイオード構成の領域に逆バイアス電圧を印加し、このことにより生成される空乏領域で受光部コアが覆われた状態とすると、受光部コアには、不純物添加領域の存在により、中性領域と空乏化された領域とが、隣り合わせで存在するようになる。
【0011】
上記光検出器内蔵シリコン光導波路において、受光部コアの導波方向に、所定の間隔を開けて複数の不純物添加領域が設けられているようにしてもよい。また、不純物添加領域は、第1導電形の不純物に加えて希土類元素と酸素元素とが添加されているようにしてもよい。
また、上記光検出器内蔵シリコン光導波路において、不純物添加領域はn形の導電形となる不純物が添加された領域であればよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[実施の形態1]
はじめに、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a),断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。この光検出器内蔵シリコン光導波路は、まず、基板101の上に、酸化シリコンなどから構成された下部クラッド層102を備える。
【0013】
また、下部クラッド層102の上には、受光部コア103,導波路コア104を備える。受光部コア103の両脇には、受光部コア103より薄い電圧印加部105,106が接して配置されている。また、電圧印加部105と電圧印加部106とは、受光部コア103を介し、対向して配置されている。ここで、受光部コア103の部分が光検出器となる。
【0014】
受光部コア103,導波路コア104は、断面の形状が例えば一辺が0.2〜0.3μmの正方形である。なお、これら断面の形状は、正方形に限らず、下部クラッド層102の平面方向に横長の長方形であっても良い。これら下部クラッド層102の上の構造体は、単結晶シリコンから構成されたものである。この単結晶シリコンは、ノンドープの単結晶シリコン層,高抵抗p形の単結晶シリコン層,あるいは高抵抗n形の単結晶シリコン層であればよい。
【0015】
また、上記構造体は、所望の厚さより薄い高抵抗p形の単結晶シリコン層の上に、ノンドープの単結晶シリコン層を結晶成長させて所望の厚さとした単結晶シリコン層を、パターニングすることで形成したものでも良い。同様に、上記構造体は、所望の厚さより薄い高抵抗n形の単結晶シリコン層の上に、ノンドープの単結晶シリコンを結晶成長させて所望の厚さとした単結晶シリコン層を、パターニングすることで形成したものでも良い。なお、単結晶シリコンからなる各コアや電圧印加部などの表面は、熱酸化により数nmの薄い酸化膜が形成されているようにしても良い。この薄い酸化膜は、キャリアの表面再結合を抑制する。
【0016】
受光部コア103は、リンあるいはヒ素などのn形の不純物が添加されたn形不純物添加領域131が、部分的に設けられた領域である。従って、受光部コア103は、この導波方向にノンドープの領域とn形不純物添加領域131とが形成されたものである。図1に示した光検出器においては、受光部コア103の導波方向に、所定の間隔を開けて複数のn形不純物添加領域131が設けられている。
【0017】
また、本実施の形態では、n形不純物添加領域131にエルビウムなどの希土類と酸素とを添加している。n形不純物添加領域131におけるエルビウムの添加量は、1×1018〜1×1020cm−3程度である。また、n形不純物添加領域131における酸素原子の添加量は、1×1019〜1×1021cm−3程度である。酸素原子の存在により、添加されているエルビウムが3価の陽イオンの状態となり、以降に説明する光吸収効果を発現するようになる。
【0018】
受光部コア103,導波路コア104は、所定の方向に延在する直線上に配列され、これらを覆うように上部クラッド層107が形成されている。上部クラッド層107は、絶縁材料から構成され、電圧印加部105,106の上にも形成されている。電圧印加部105には、n形高濃度不純物領域151が設けられている。また、電圧印加部106には、受光部コア103より所定距離離間してp形高濃度不純物領域161が設けられている。なお、上部クラッド層107は、コアの部分を覆うように形成すればよい。
【0019】
また、n形高濃度不純物領域151,p形高濃度不純物領域161の上部には、上部クラッド層107を貫通する開口部が設けられ、この開口部を介して各々電極111,112が形成されている。電極111は、n形高濃度不純物領域151にオーミック接合し、電極112は、p形高濃度不純物領域161にオーミック接合している。ここで、上部クラッド層107がコア部分だけを覆うように形成した場合、各電極は、開口部を介することなく設けることができる。なお、各コアは、下部クラッド層102および上部クラッド層107より屈折率が大きく、コア及びこれを覆うクラッド層により光導波路が構成される。
【0020】
以上のように構成した本実施の形態における光検出器について、以下に説明する。
図1に示す光検出器では、まず、高抵抗なシリコンからなる受光部コア103の両側には、電圧印加部105,106を配置し、またこれら各々に、n形高濃度不純物領域151,p形高濃度不純物領域161を設け、PNあるいはPINダイオード構造としている。このダイオード構造に逆バイアスの電位を印加すると、受光部コア103は、拡大した空乏領域の中に配置された状態となる。
【0021】
このように、受光部コア103が空乏領域の中に配置されても、n形不純物添加領域131は、中性領域として残存する。従って、図1に示す光検出器によれば、逆バイアス電位が印加されて形成された空乏領域で囲まれた受光部コア103の領域に、複数のn形中性領域が存在した状態となる。また、n形不純物添加領域131は、所定の間隔を開けて形成され、ノンドープの領域と交互に配置されている。従って、複数のn形中性領域のとなりには空乏領域が存在し、各々の中性領域の近傍に各々空乏領域が存在した状態となっている。所定の長さの受光部コア103に、より多くのn形不純物添加領域131とノンドープの領域との組を設けることで、上記中性領域と空乏領域との界面を、より多くすることができる。
【0022】
ここで、受光部コア103による導波路を光が伝搬すると、各中性領域の自由キャリアである電子が光を吸収して高エネルギー状態となる。このなかで、各中性領域の空乏領域に近い位置に存在する電子が、光を吸収して高エネルギーになると、近傍の空乏層に容易に到達して光誘起電流を生じるようになる。このように、本実施の形態の光検出器は、受光部コア103のシリコン中のキャリア濃度を高くし、自由キャリアによる光吸収効果を用いて光電変換を行うようにしたものである。なお、図1の光検出器では、受光部コア103に所定の間隔を開けて複数のn形不純物添加領域131を設けたが、これは、正孔よりも電子の方が光吸収断面積が大きいためである。
【0023】
また、図1に示す光検出器では、n形不純物添加領域131に、n形不純物に加えて希土類元素と酸素とをを添加した。従って、図1に示す光検出器では、逆バイアス電位が印加されて形成された空乏領域に近い位置に、希土類元素が存在することになる。
n形不純物添加領域131では、添加されている希土類元素が、自身の発光波長帯に相当する光を吸収し、電子正孔対を生じる。例えば、エルビウムは、シリコン中において、1.54μm付近の光を選択的に吸収し、電子正孔対を生じることが報じられている(文献:”Energy backtransfer and infrared photoresponse in elbium−doped silicon p−n diodes” Journal of Applied Physics, vol.88,No.9,p.5381−5387(2000))。
【0024】
従って、受光部コア103による導波路を光が伝搬すると、n形不純物添加領域131に添加されている希土類元素が光励起されて電子正孔対が発生し、発生した電子と正孔は、空乏領域に到達して光誘起電流を発生させる。
以上に説明したように、本実施の形態における光検出器(光検出器内蔵シリコン光導波路)は、上述した自由キャリアによる光吸収効果と希土類元素の光吸収効果とにより、シリコンを用いた光検出器を実現したものである。
【0025】
以上に説明した本実施の形態における光検出器では、シリコンからなるコアによる導波路構造において光検出部を構成したので、シリコンからなるコアと光検出部とを、同一の基板の上にモノリシックに形成することが容易に可能となる。この結果、本実施の形態によれば、より微細でより安価なシリコン光集積回路が容易に実現できるようになる。
【0026】
つぎに、本実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について、図2〜6を用いて簡単に説明する。
まず、SOI(Silicon on Insulator)基板を用意する。SOI基板は、埋め込み絶縁層の上の単結晶シリコン層が、ノンドープの単結晶シリコン層,高抵抗p形の単結晶シリコン層,あるいは高抵抗n形の単結晶シリコン層であればよい。また、単結晶シリコン層は、所望の厚さより薄い高抵抗p形の単結晶シリコン層の上に、ノンドープの単結晶シリコン層を結晶成長させて所望の厚さとしたものでも良い。同様に、単結晶シリコン層は、所望の厚さより薄い高抵抗n形単結晶シリコン層の上に、ノンドープの単結晶シリコンを結晶成長させて所望の厚さとしたものでも良い。
【0027】
この単結晶シリコン層を、公知のフォトリソグラフィグラフィ技術とエッチング技術とにより微細加工し、基板101の上の下部クラッド層102の上に、受光部コア103及び導波路コア104を形成し、また、受光部コア103の両脇に接する受光部コア103より薄い電圧印加部105,106を形成する(図2)。受光部コア103と導波路コア104は、同一のリッジ状の構造体として形成する。言い換えると、導波路コア104の一部に受光部コア103が設けられた状態とする。なお、受光部コア103と導波路コア104とを、同一の構造体として形成する必要はない。
【0028】
下部クラッド層102は、前述したSOI基板の埋め込み絶縁層の部分である。また、受光部コア103,導波路コア104,及び電圧印加部105,106を形成する単結晶シリコン層は、ノンドープである。
このように、下部クラッド層102の上に各パターンを形成したら、受光部コア103の上に所定の間隔で配置された開口部を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとし、イオン注入法によりリンあるいはヒ素を導入(添加)する。この結果、図3に示すように、受光部コア103に、複数のn形不純物添加領域131が形成される。複数のn形不純物添加領域131を形成した領域が、受光部コア103となる。
【0029】
つぎに、図4に示すように、酸素原子及び希土類元素であるエルビウムを、選択的なイオン注入法によりn形不純物添加領域131に添加する。n形不純物添加領域131に対する希土類元素の添加量は、1×1018cm〜1×1020cm−3程度であればよい。また、n形不純物添加領域131に対する酸素原子の添加量は、1×1019〜1×1021cm−3程度とすればよい。なお、希土類元素は、エルビウム(Er),ツリウム(Tm),ホルミウム(Ho)のいずれかであればよい。
【0030】
つぎに、図5に示すように、上部クラッド層107を形成する。上部クラッド層107の形成では、まず、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜などのシリコン系絶縁材料を、下部クラッド層102の上に堆積し、受光部コア103,導波路コア104,及び電圧印加部105,106を覆う絶縁膜が形成された状態とする。つぎに、公知のフォトリソグラフィ技術により、形成された絶縁膜の受光部コア103及び導波路コア104の上部に配置されるマスクパターンを形成する。次いで、マスクパターンをマスクとして絶縁膜を選択的にエッチング除去する。このとき、マスクが形成されていない領域においても、絶縁膜が薄く残るようにし、上部クラッド層107とする。
【0031】
ところで、上部クラッド層107を形成する前に、受光部コア103と電圧印加部105,106の表面に、数nmの熱酸化膜を形成しておくようにしてもよい。熱酸化膜を形成しておくことで、シリコンからなる受光部コア103と電圧印加部105,106の表面におけるキャリアの再結合を抑制できるようになり、受光部コア103における受光(光電変換)効率をより大きくすることが可能となる。
【0032】
以上のようにして、上部クラッド層107を形成した後、図6に示すように、まず、電圧印加部105,106の一部領域上の上部クラッド層107に、所定のマスクパターンを用いた選択的なエッチングにより、開口部171,172を形成する。次いで、開口部172が形成された領域を隠すマスクパターンによる選択的なイオン注入により、開口部171の底部に露出する電圧印加部105の領域に、n形高濃度不純物領域151形成する。
【0033】
また、開口部171が形成された領域を隠すマスクパターンによる選択的なイオン注入により、開口部172の底部に露出する電圧印加部106の領域に、p形高濃度不純物領域161を形成する。これらのイオン注入をした後、窒素雰囲気において700〜1000℃の加熱処理を行い、n形不純物添加領域131を含むイオン注入をした領域の活性化と、注入による損傷の回復を行う。
【0034】
最後に、例えばアルミニウムなどの電極材料の膜を堆積形成し、形成した電極材料の膜をパターニングすることで、図1に示すように、n形高濃度不純物領域151とp形高濃度不純物領域161に各々接続する電極111と電極112を形成する。
以上の工程により、本実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路が形成される。
【0035】
[実施の形態2]
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。図7は、本実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a),断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。この光検出器内蔵シリコン光導波路は、まず、基板101の上に、酸化シリコンなどから構成された下部クラッド層102を備える。また、下部クラッド層102の上には、受光部コア103,導波路コア104,及び受光部コア103の両脇に接する受光部コア103より薄い電圧印加部105,106を備える。受光部コア103の部分が光検出器となる。
【0036】
受光部コア103は、リンあるいはヒ素などのn形の不純物が添加されたn形不純物添加領域131が、部分的に設けられた領域である。従って、受光部コア103は、この導波方向にノンドープの領域とn形不純物添加領域131とが形成されたものである。図7に示した光検出器においては、受光部コア103の導波方向に、所定の間隔を開けて複数のn形不純物添加領域131が設けられている。
【0037】
また、n形不純物添加領域131には、n形の不純物に加え、エルビウムなどの希土類と酸素とを添加している。n形不純物添加領域131におけるエルビウムの添加量は、1×1018〜1×1020cm−3程度である。また、n形不純物添加領域131における酸素原子の添加量は、1×1019〜1×1021cm−3程度である。酸素原子の存在により、添加されているエルビウムが3価の陽イオンの状態となり、光吸収効果を発現するようになる。
【0038】
受光部コア103,導波路コア104は、所定の方向に延在する直線上に配列され、これらを覆うように上部クラッド層107が形成されている。上部クラッド層107は、絶縁材料から構成され、電圧印加部105,106の上にも形成されている。電圧印加部105には、n形高濃度不純物領域251が設けられている。また、電圧印加部106には、受光部コア103より所定距離離間してp形高濃度不純物領域161が設けられている。
【0039】
また、n形高濃度不純物領域251,p形高濃度不純物領域161の上部には、上部クラッド層107を貫通する開口部が設けられ、この開口部を介して各々電極111,112が形成されている。電極111は、n形高濃度不純物領域251にオーミック接合し、電極112は、p形高濃度不純物領域161にオーミック接合している。
【0040】
以上に説明した図7の光検出器は、n形高濃度不純物領域251を除いた他の構成は、図1に示した光検出器と同様である。図7に示した光検出器は、n形高濃度不純物領域251を受光部コア103に接して配置したものである。
受光部コア103にまで広がる空乏領域を形成するためには、p形高濃度不純物領域161は受光部コア103より所定距離離間している必要があるが、n形高濃度不純物領域251は受光部コア103に接していてもよい。
【0041】
図7に示す光検出器においても、図1に示した光検出器と同様に、シリコンからなるコアによる導波路構造において光検出部を構成したので、シリコンからなるコアと光検出部とを、同一の基板の上にモノリシックに形成することが容易に可能となる。この結果、図7に示す光検出器によっても、より微細でより安価なシリコン光集積回路が容易に実現できるようになる。
【0042】
[実施の形態3]
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。図8は、本実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a),断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。
この光検出器内蔵シリコン光導波路は、まず、基板101の上に、酸化シリコンなどから構成された下部クラッド層102を備える。また、下部クラッド層102の上には、受光部コア203,導波路コア104,及び受光部コア203の両脇に接する受光部コア203より薄い電圧印加部105,106を備える。受光部コア203は、所定の間隔を開けて複数のn形不純物添加領域231が設けられた領域である。受光部コア203の部分が光検出器となる。
【0043】
受光部コア203,導波路コア104は、所定の方向に延在する直線上に配列され、これらを覆うように上部クラッド層107が形成されている。上部クラッド層107は、絶縁材料から構成され、電圧印加部105,106の上にも形成されている。電圧印加部105には、受光部コア203より所定距離離間してn形高濃度不純物領域151が設けられている。また、電圧印加部106には、受光部コア203より所定距離離間してp形高濃度不純物領域161が設けられている。
【0044】
また、n形高濃度不純物領域151,p形高濃度不純物領域161の上部には、上部クラッド層107を貫通する開口部が設けられ、この開口部を介して各々電極111,112が形成されている。電極111は、n形高濃度不純物領域151にオーミック接合し、電極112は、p形高濃度不純物領域161にオーミック接合している。
【0045】
以上に説明した図8の光検出器は、図1に示した光検出器と異なり、n形不純物添加領域131に希土類元素や酸素を添加していない。なお、図8に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の他の構成は、図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路と同様である。図1に示したように希土類元素添加領域を設けると、添加している希土類により各々異なる波長の受光感度を、光検出器が備えるようになる。
【0046】
例えば、エルビウムを添加した希土類元素添加領域を設けた場合、波長1.54μmの光に対して特に高い感度を有するようになる。また、ツリウムを添加した希土類元素添加領域を設けた場合、波長1.65μmの光に対して特に高い感度を有するようになる。また、ホルミウムを添加した希土類元素添加領域を設けた場合、波長1.96μmの光に対して特に高い感度を有するようになる。
【0047】
これらに対し、n形不純物添加領域131に希土類元素を添加していない図8の光検出器では、上述したような波長選択性のない状態となる。また、図8に示す光検出器は希土類元素を添加しない構成なので、図1に示した光検出器に比較して製造が容易となり、より安価な素子の提供が可能となる。
なお、図8の光検出器においても、図7の光検出器と同様に、n形高濃度不純物領域151が、受光部コア103に接しているようにしてもよい。
【0048】
また、例えば、n形不純物添加領域131やn形高濃度不純物領域151及びp形高濃度不純物領域161の各導電形を入れ替えても、同様の光検出器が構成できる。導電形を入れ替えた場合、受光部コアにおける不純物添加領域では、正孔が自由キャリアとなり、正孔が光を吸収して高エネルギーになり、近傍の空乏層に容易に到達して光誘起電流を生じるものとなる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、単結晶シリコンからなる受光部コアに、部分的に不純物添加領域を設け、第1高濃度不純物領域,受光部コア,第2高濃度不純物領域からなるダイオード構成の領域に逆バイアスとなる電圧を印加することで生成される空乏領域で受光部コアが覆われた状態としたとき、不純物添加領域の存在により、中性領域と空乏化された領域とが、隣り合わせで存在するようにした。
【0050】
このことにより、受光部コアに光が伝搬することで、中性領域の電子などの自由キャリアが光を吸収して高エネルギー状態となり、中性領域の空乏領域に近い位置に存在する高エネルギー状態となった自由キャリアは、近傍の空乏層に容易に到達して光誘起電流を生じる。従って、本発明によれば、シリコンからなる導波路コアに連続して形成できる受光部コアにより光検出器が構成できる。この結果、本発明によれば、シリコンからなるコアと光検出部とを、同一の基板の上にモノリシックに形成することが可能となり、より微細でより安価なシリコン光集積回路が容易に実現できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a),断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。
【図2】図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について説明する製造途中の状態を概略的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。
【図3】図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について説明する製造途中の状態を概略的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。
【図4】図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について説明する製造途中の状態を概略的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。
【図5】図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について説明する製造途中の状態を概略的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。
【図6】図1に示した光検出器内蔵シリコン光導波路の製造方法について説明する製造途中の状態を概略的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。
【図7】本発明の他の実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a)及び断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。
【図8】本発明の他の実施の形態における光検出器内蔵シリコン光導波路の構成例を示す平面図(a),断面図(b),及び一部を拡大した平面図(c)である。
【符号の説明】
101…基板、102…下部クラッド層、103…受光部コア、104…導波路コア、105,106…電圧印加部、107…上部クラッド層、111,112…電極、131…n形不純物添加領域、132…希土類元素添加領域、151…n形高濃度不純物領域、161…p形高濃度不純物領域。
Claims (8)
- 絶縁体からなる下部クラッド層の上に形成され、第1導電形の不純物が添加された不純物添加領域が部分的に設けられた単結晶シリコンからなる受光部コアと、
この受光部コアの両脇に接して配置された前記受光部コアより薄い単結晶シリコンの層からなる第1電圧印加部及び第2電圧印加部と、
前記第1電圧印加部に設けられた第1導電形の不純物が導入された第1高濃度不純物領域と、
前記第2電圧印加部に前記受光部コアより所定距離離間して設けられた第2導電形の不純物が導入された第2高濃度不純物領域と、
少なくとも前記受光部コアを覆うように形成されたシリコン化合物の絶縁体からなる上部クラッド層と、
前記第1高濃度不純物領域にオーミック接続する第1電極と、
前記第2高濃度不純物領域にオーミック接続する第2電極と
を少なくとも備えたことを特徴とする光検出器。 - 請求項1記載の光検出器において、
前記受光部コアの導波方向に、所定の間隔を開けて複数の前記不純物添加領域が設けられている
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1または2記載の光検出器において、
前記不純物添加領域は、前記第1導電形の不純物に加えて希土類元素と酸素元素とが添加されている
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記不純物添加領域はn形の導電形となる不純物が添加された領域である
ことを特徴とする光検出器。 - 絶縁体からなる下部クラッド層の上に形成され、第1導電形の不純物が添加された不純物添加領域が部分的に設けられた単結晶シリコンからなる受光部コアと、
この受光部コアの両脇に接して配置された前記受光部コアより薄い単結晶シリコンの層からなる第1電圧印加部及び第2電圧印加部と、
前記第1電圧印加部に設けられた第1導電形の不純物が導入された第1高濃度不純物領域と、
前記第2電圧印加部に前記受光部コアより所定距離離間して設けられた第2導電形の不純物が導入された第2高濃度不純物領域と、
前記受光部コアの少なくとも一方の光入射端の側の前記下部クラッド層の上に配置され、前記受光部コアと同一の断面形状を有する単結晶シリコンから構成された導波路コアと、
少なくとも前記受光部コア及び前記導波路コアを覆うように形成されたシリコン化合物の絶縁体からなる上部クラッド層と、
前記第1高濃度不純物領域にオーミック接続する第1電極と、
前記第2高濃度不純物領域にオーミック接続する第2電極と
を少なくとも備えたことを特徴とする光検出器内蔵シリコン光導波路。 - 請求項5記載の光検出器内蔵シリコン光導波路において、
前記受光部コアの導波方向に、所定の間隔を開けて複数の前記不純物添加領域が設けられている
ことを特徴とする光検出器内蔵シリコン光導波路。 - 請求項5または6記載の光検出器内蔵シリコン光導波路において、
前記不純物添加領域は、前記第1導電形の不純物に加えて希土類元素と酸素元素とが添加されている
ことを特徴とする光検出器内蔵シリコン光導波路。 - 請求項5〜7のいずれか1項に記載の光検出器内蔵シリコン光導波路において、
前記不純物添加領域はn形の導電形となる不純物が添加された領域である
ことを特徴とする光検出器内蔵シリコン光導波路。
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