JP2008140808A - Photodetector - Google Patents

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一実 和田
Yasuhiko Ishikawa
靖彦 石川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photodetector consistent with the fabrication process of Si integrated circuit well, having sensitivity even for a wavelength of 1 μm or more, and operating at a high speed. <P>SOLUTION: The photodetector has a PIN structure where a light absorption layer is composed of Ge and an intrinsic semiconductor layer is composed of Si. In the photodetector 1, an Si semiconductor layer 11 having a polarity, an intrinsic Si semiconductor layer 12 and a Ge semiconductor layer 13 having a polarity reverse to that of the Si semiconductor layer 11 are laminated sequentially. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本願発明は、高速動作の可能な光検出器に関する。   The present invention relates to a photodetector capable of high-speed operation.

生体内部への進入長が大きい１μｍ帯では、生体内部を１ｍｍ程度の深さ分解能をもって３次元像として解析するために、１０ｐｓｅｃ程度の光パルスを照射して反射波を受信する必要がある。このため、反射波を受信する光検出器には１００ＧＨｚ程度の高速動作が要求される。   In the 1 μm band having a large penetration length into the living body, in order to analyze the inside of the living body as a three-dimensional image with a depth resolution of about 1 mm, it is necessary to irradiate a light pulse of about 10 psec and receive a reflected wave. For this reason, a photodetector that receives reflected waves is required to operate at a high speed of about 100 GHz.

また、Ｓｉ集積回路のチップの内部やチップ間において、金属配線による信号転送速度の制限が深刻になっており、近赤外光によるチップの内部やチップ間の信号転送が期待されている。   In addition, signal transfer speed limitations due to metal wiring have become serious inside and between chips of Si integrated circuits, and signal transfer inside and between chips with near infrared light is expected.

これらの要望に対して、Ｓｉ集積回路の作製プロセスとの整合がよいことから、Ｓｉ半導体基板上にＳｉ−ＰＩＮ光検出器を形成する開発が行われている。Ｓｉ−ＰＩＮ構造の光検出器を高速動作させるためには、光吸収により発生したキャリアの素子通過時間を減少させる必要がある。キャリアの素子通過時間を減少させるためには、光吸収層を薄く形成することが効果的であるが、Ｓｉ−ＰＩＮ構造の光検出器を１μｍ以上の波長で使用する場合はＳｉの吸収係数が小さいため、光吸収層を厚くせざるを得ない。   In order to meet these demands, matching with the manufacturing process of the Si integrated circuit is good, and development of forming a Si-PIN photodetector on the Si semiconductor substrate has been performed. In order to operate a photodetector with a Si-PIN structure at high speed, it is necessary to reduce the element transit time of carriers generated by light absorption. In order to reduce the element transit time of carriers, it is effective to form a thin light absorption layer. However, when a photodetector having a Si-PIN structure is used at a wavelength of 1 μm or more, the absorption coefficient of Si is increased. Since it is small, the light absorption layer must be thickened.

一方、１μｍ以上の波長で感度のよいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＰＩＮ光検出器は、高速動作はするものの、Ｓｉ集積回路の作製プロセスと整合せず、モノリシック集積化は困難である。   On the other hand, a III-V group compound semiconductor PIN photodetector having a high sensitivity at a wavelength of 1 μm or more operates at high speed, but does not match the manufacturing process of the Si integrated circuit, and monolithic integration is difficult.

１μｍ以上の波長でも感度を得るために、Ｇｅを利用する研究も行われている（特許文献１参照。）。
特開２００３−８０５４号公報 In order to obtain sensitivity even at a wavelength of 1 μm or more, research using Ge has been conducted (see Patent Document 1).
JP 2003-8054 A

Ｇｅ−ＰＩＮ構造の光検出器は、１．５μｍ程度の波長でも高感度検出が可能であるが、１００ＧＨｚを超える動作速度を得ようとすると、Ｇｅ真性半導体層の厚さを０．１μｍ以下にする必要がある。   The Ge-PIN structure photodetector can detect with high sensitivity even at a wavelength of about 1.5 μm. However, if an operation speed exceeding 100 GHz is attempted, the thickness of the Ge intrinsic semiconductor layer is reduced to 0.1 μm or less. There is a need to.

しかし、Ｇｅはエネルギーバンドギャップが狭いため、厚さを０．１μｍ以下にすると内蔵電界が破壊電界を超えてしまい、Ｇｅ真性半導体層が破壊されやすく、光検出器としての利用が困難となる。   However, since Ge has a narrow energy band gap, if the thickness is 0.1 μm or less, the built-in electric field exceeds the breakdown electric field, and the Ge intrinsic semiconductor layer is easily destroyed, making it difficult to use as a photodetector.

そこで、本願発明では、Ｓｉ集積回路の作製プロセスとの整合がよく、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長で感度を有し、高速で動作する光検出器を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a photodetector that operates well at a wavelength of 1 μm or more, which has good matching with the manufacturing process of the Si integrated circuit, and has no sensitivity in Si.

上記目的を達成するため、光吸収層をＧｅとし、真性半導体層をＳｉで構成するＰＩＮ構造の光検出器とした。   In order to achieve the above object, a photodetector having a PIN structure in which the light absorption layer is made of Ge and the intrinsic semiconductor layer is made of Si is used.

具体的には、本願発明は、極性のあるＳｉ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層と、が順に積層されている光検出器である。   Specifically, the present invention is a photodetector in which a polar Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and a Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer are sequentially stacked.

光吸収層をＧｅとすることによって、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有する。また、真性半導体層をＳｉで構成することによって厚さを薄くすることができ、高速動作が可能となる。このようなＰＩＮ構造の光検出器はＳｉ集積回路の作製プロセスとの整合もよい。   By using Ge as the light absorption layer, sensitivity is obtained even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si. Further, the intrinsic semiconductor layer is made of Si, so that the thickness can be reduced and high speed operation is possible. Such a photodetector having a PIN structure may be consistent with a process for manufacturing a Si integrated circuit.

Ｓｉ半導体層とＧｅ半導体層が逆極性になり、その間に真性のＳｉ半導体層が挟まれていればよく、Ｓｉ半導体層がｐ型でＧｅ半導体層がｎ型か、Ｓｉ半導体層がｎ型でＧｅ半導体層がｐ型でもよい。   It is only necessary that the Si semiconductor layer and the Ge semiconductor layer have opposite polarities and an intrinsic Si semiconductor layer is sandwiched between them. The Si semiconductor layer is p-type and the Ge semiconductor layer is n-type, or the Si semiconductor layer is n-type. The Ge semiconductor layer may be p-type.

上記光検出器は、Ｓｉ半導体基板をさらに備え、前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板の側に積層され、かつ、前記Ｓｉ半導体基板の側に積層された前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板と同じ極性としてもよい。   The photodetector further includes a Si semiconductor substrate, the Si semiconductor layer having a polarity or a Ge semiconductor layer having a polarity opposite to the Si semiconductor layer is stacked on the Si semiconductor substrate side, and the Si semiconductor substrate The polar Si semiconductor layer or the Ge semiconductor layer opposite in polarity to the Si semiconductor layer stacked on the side may have the same polarity as the Si semiconductor substrate.

Ｓｉ半導体基板を備えることによって、同じＳｉ半導体基板上にＳｉ集積回路を形成することができる。   By providing the Si semiconductor substrate, an Si integrated circuit can be formed on the same Si semiconductor substrate.

Ｓｉ半導体基板上に、極性のあるＳｉ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層と、がこの順番で積層されてもよい。また、Ｓｉ半導体基板上に、極性のあるＧｅ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層と、がこの順番で積層されてもよい。   A Si semiconductor layer having polarity, an intrinsic Si semiconductor layer, and a Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer may be stacked in this order on the Si semiconductor substrate. In addition, a Ge semiconductor layer having polarity, an intrinsic Si semiconductor layer, and a Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer may be stacked in this order on the Si semiconductor substrate.

本願他の発明は、極性のあるＳｉ半導体層と、前記Ｓｉ半導体層と同極性のＧｅ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層と、が順に積層されている光検出器である。   In another invention of the present application, a polar Si semiconductor layer, a Ge semiconductor layer having the same polarity as the Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and a Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer are sequentially stacked. It is a photodetector.

光吸収層をＧｅとすることによって、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有する。また、真性半導体層をＳｉで構成することによって厚さを薄くすることができ、高速動作が可能となる。このようなＰＩＮ構造の光検出器はＳｉ集積回路の作製プロセスとの整合もよい。   By using Ge as the light absorption layer, sensitivity is obtained even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si. Further, the intrinsic semiconductor layer is made of Si, so that the thickness can be reduced and high speed operation is possible. Such a photodetector having a PIN structure may be consistent with a process for manufacturing a Si integrated circuit.

Ｇｅ半導体層と当該Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層との間に真性のＳｉ半導体層が挟まれ、Ｇｅ半導体層の真性のＳｉ半導体層と反対側に隣接して、Ｇｅ半導体層と同極性のＳｉ半導体が積層されていればよく、Ｇｅ半導体層がｎ型でもｐ型でもよい。   An intrinsic Si semiconductor layer is sandwiched between the Ge semiconductor layer and the Si semiconductor layer having the opposite polarity to the Ge semiconductor layer, and adjacent to the opposite side of the Ge semiconductor layer to the intrinsic Si semiconductor layer, the same as the Ge semiconductor layer. A polar Si semiconductor may be stacked, and the Ge semiconductor layer may be n-type or p-type.

上記光検出器は、Ｓｉ半導体基板をさらに備え、前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板の側に積層され、かつ、前記Ｓｉ半導体基板の側に積層された前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板と同じ極性としてもよい。   The photodetector further includes a Si semiconductor substrate, the Si semiconductor layer having a polarity or a Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer is stacked on the Si semiconductor substrate side, and the Si semiconductor substrate The Si semiconductor layer having the polarity stacked on the side or the Si semiconductor layer having the opposite polarity to the Ge semiconductor layer may have the same polarity as the Si semiconductor substrate.

Ｓｉ半導体基板を備えることによって、同じＳｉ半導体基板上にＳｉ集積回路を形成することができる。   By providing the Si semiconductor substrate, an Si integrated circuit can be formed on the same Si semiconductor substrate.

Ｓｉ半導体基板上に、極性のあるＳｉ半導体層と、前記Ｓｉ半導体層と同極性のＧｅ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層と、がこの順番で積層されてもよい。また、Ｓｉ半導体基板上に、極性のあるＳｉ半導体層と、真性Ｓｉ半導体層と、前記極性のあるＳｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層と、前記Ｇｅ半導体層と同極性のＳｉ半導体層がこの順番で積層されてもよい。   On the Si semiconductor substrate, a polar Si semiconductor layer, a Ge semiconductor layer having the same polarity as the Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and an Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer are arranged in this order. It may be laminated. Moreover, a Si semiconductor layer having polarity, an intrinsic Si semiconductor layer, a Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer having polarity, and a Si semiconductor layer having the same polarity as the Ge semiconductor layer are formed on the Si semiconductor substrate. You may laminate | stack in this order.

本願発明には、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかからなるクラッド層と、前記クラッド層の上面にＳｉ光導波路と、をさらに備え、前記極性のあるＳｉ半導体層の側の面又は前記極性のあるＳｉ半導体層の端面に、前記Ｓｉ光導波路が結合している光検出器も含まれる。   The present invention further comprises a clad layer made of any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride, and an Si optical waveguide on the upper surface of the clad layer, the surface on the side of the polar Si semiconductor layer or A photodetector in which the Si optical waveguide is coupled to an end face of the polar Si semiconductor layer is also included.

Ｓｉ半導体基板上に光導波路を形成することにより、Ｓｉ集積回路のチップの内部やチップ間の信号転送の光検出器として利用することができる。   By forming an optical waveguide on a Si semiconductor substrate, it can be used as a photodetector for signal transfer inside or between chips of a Si integrated circuit.

前述のいずれかの本願発明には、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかが、さらに上面又は側面に形成されている光検出器も含まれる。   Any of the above-described inventions of the present application includes a photodetector in which any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride is further formed on an upper surface or a side surface.

酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンによって半導体層の劣化や誤接触を防止することができる。酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかの上面から入射した光の反射を防止することもできる。また、Ｇｅ半導体層に歪みを印加することもできる。   Silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride can prevent deterioration and erroneous contact of the semiconductor layer. It is also possible to prevent reflection of light incident from any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride. Also, strain can be applied to the Ge semiconductor layer.

本願発明に係る光検出器は、Ｓｉ集積回路の作製プロセスとの整合がよく、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長で感度を有し、高速で動作することが可能である。   The photodetector according to the present invention has good matching with the manufacturing process of the Si integrated circuit, has sensitivity at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si, and can operate at high speed.

以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。また、本明細書及び図面において、符号が同一の構成要素は相互に同一のものを示すものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. In the specification and the drawings, components having the same reference numerals indicate the same components.

本願発明の光検出器の構造を図１から図８に示す。図１から図８において、光検出器への給電や信号出力のための電極及び配線は省略している。   The structure of the photodetector of the present invention is shown in FIGS. In FIG. 1 to FIG. 8, electrodes and wiring for supplying power to the photodetector and outputting signals are omitted.

図１は、ｎ型Ｓｉ半導体基板（ｎ−Ｓｉ半導体基板）１０の上面にｎ型Ｓｉ半導体層（ｎ−Ｓｉ半導体層）１１、真性Ｓｉ半導体層（ｉ−Ｓｉ半導体層）１２、ｐ型Ｇｅ半導体層（ｐ−Ｇｅ半導体層）１３を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器１である。図１において、光吸収層としてｐ型Ｇｅ半導体層１３が用いられている。ｐ型Ｇｅ半導体層１３の上面に、ｐ型Ｓｉ半導体層がさらに積層されていてもよい。   FIG. 1 shows an n-type Si semiconductor layer (n-Si semiconductor layer) 11, an intrinsic Si semiconductor layer (i-Si semiconductor layer) 12, and a p-type Ge on the upper surface of an n-type Si semiconductor substrate (n-Si semiconductor substrate) 10. This is a photodetector 1 having a PIN structure in which semiconductor layers (p-Ge semiconductor layers) 13 are sequentially stacked. In FIG. 1, a p-type Ge semiconductor layer 13 is used as a light absorption layer. A p-type Si semiconductor layer may be further stacked on the upper surface of the p-type Ge semiconductor layer 13.

図１とは逆に、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０の上面にｎ型Ｇｅ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｐ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。   In contrast to FIG. 1, a photodetector having a PIN structure in which an n-type Ge semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and a p-type Si semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the n-type Si semiconductor substrate 10 may be used. In this case, the n-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer.

また、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０に替えてｐ型Ｓｉ半導体基板を使用すると、ｐ型Ｓｉ半導体基板の上面にｐ型Ｓｉ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｇｅ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。ｎ型Ｇｅ半導体層の上面に、さらにｎ型Ｓｉ半導体層が積層されていてもよい。   When a p-type Si semiconductor substrate is used instead of the n-type Si semiconductor substrate 10, a PIN structure in which a p-type Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and an n-type Ge semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the p-type Si semiconductor substrate. It is good also as a photodetector. In this case, the n-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer. An n-type Si semiconductor layer may be further stacked on the upper surface of the n-type Ge semiconductor layer.

これとは逆に、ｐ型Ｓｉ半導体基板の上面にｐ型Ｇｅ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｐ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。   Conversely, a photodetector having a PIN structure in which a p-type Ge semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and an n-type Si semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of a p-type Si semiconductor substrate may be used. In this case, the p-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer.

いずれの場合も、光吸収層としてｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層を用いているため、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。また、光検出器の真性領域に破壊電界が大きいＳｉを用いることにより、真性Ｓｉ半導体層を薄くすることができ、高速で動作することが可能となる。   In either case, since a p-type Ge semiconductor layer or an n-type Ge semiconductor layer is used as the light absorption layer, it has sensitivity even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si. Further, by using Si having a large breakdown electric field in the intrinsic region of the photodetector, the intrinsic Si semiconductor layer can be thinned and can operate at high speed.

図２に示すように、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０の一部をｎ型Ｓｉ半導体層１１として利用してもよい。ｐ型Ｓｉ半導体基板の場合は、ｐ型Ｓｉ半導体基板の一部をｐ型Ｓｉ半導体層として利用してもよい。   As shown in FIG. 2, a part of the n-type Si semiconductor substrate 10 may be used as the n-type Si semiconductor layer 11. In the case of a p-type Si semiconductor substrate, a part of the p-type Si semiconductor substrate may be used as a p-type Si semiconductor layer.

図１及び図２において、ｐ型Ｇｅ半導体層１３の側から入射した光は、ｐ型Ｇｅ半導体層１３で吸収され、電子−正孔対を発生する。ｎ型Ｇｅ半導体層を用いる場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層で光が吸収され、電子−正孔対を発生する。ｐ型Ｇｅ半導体層をｐ型Ｓｉ半導体基板の側に積層した場合又はｎ型Ｇｅ半導体層をｎ型Ｓｉ半導体基板の側に積層した場合も同様に、ｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層で光が吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、ｐ型Ｇｅ半導体層では電子が、ｎ型Ｇｅ半導体層では正孔が、拡散により真性Ｓｉ半導体層に流入し、電流として光検出器から出力される。   1 and 2, light incident from the p-type Ge semiconductor layer 13 side is absorbed by the p-type Ge semiconductor layer 13 and generates electron-hole pairs. When an n-type Ge semiconductor layer is used, light is absorbed by the n-type Ge semiconductor layer and generates electron-hole pairs. Similarly, when the p-type Ge semiconductor layer is stacked on the p-type Si semiconductor substrate side or when the n-type Ge semiconductor layer is stacked on the n-type Si semiconductor substrate side, the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer is similarly formed. Absorbs light and generates electron-hole pairs. Of the generated electrons and holes, electrons flow in the p-type Ge semiconductor layer and holes in the n-type Ge semiconductor layer flow into the intrinsic Si semiconductor layer by diffusion, and are output from the photodetector as current.

図３は、ｎ型Ｓｉ半導体基板（ｎ−Ｓｉ半導体基板）１０の上面に、ｎ型Ｓｉ半導体層（ｎ−Ｓｉ半導体層）１１、ｎ型Ｇｅ半導体層（ｎ−Ｇｅ半導体層）１５、真性Ｓｉ半導体層（ｉ−Ｓｉ半導体層）１２、ｐ型Ｓｉ半導体層（ｐ−Ｓｉ半導体層）１６を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器２である。図３において、光吸収層としてｎ型Ｇｅ半導体層１５が用いられている。   FIG. 3 shows an n-type Si semiconductor layer (n-Si semiconductor layer) 11, an n-type Ge semiconductor layer (n-Ge semiconductor layer) 15, an intrinsic type on the upper surface of an n-type Si semiconductor substrate (n-Si semiconductor substrate) 10. This is a photodetector 2 having a PIN structure in which a Si semiconductor layer (i-Si semiconductor layer) 12 and a p-type Si semiconductor layer (p-Si semiconductor layer) 16 are sequentially laminated. In FIG. 3, an n-type Ge semiconductor layer 15 is used as the light absorption layer.

図３とは逆に、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０の上面にｎ型Ｓｉ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｐ型Ｇｅ半導体層、ｐ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｐ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。   Contrary to FIG. 3, a photodetector having a PIN structure in which an n-type Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, a p-type Ge semiconductor layer, and a p-type Si semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the n-type Si semiconductor substrate 10 is also possible. Good. In this case, the p-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer.

また、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０に替えてｐ型Ｓｉ半導体基板を使用すると、ｐ型Ｓｉ半導体基板の上面にｐ型Ｓｉ半導体層、ｐ型Ｇｅ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｐ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。   When a p-type Si semiconductor substrate is used instead of the n-type Si semiconductor substrate 10, a p-type Si semiconductor layer, a p-type Ge semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and an n-type Si semiconductor layer are formed on the upper surface of the p-type Si semiconductor substrate. It is also possible to use a photodetector having a PIN structure in which are sequentially stacked. In this case, the p-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer.

これとは逆に、ｐ型Ｓｉ半導体基板の上面にｐ型Ｓｉ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｇｅ半導体層、ｎ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となる。   On the contrary, a photodetector having a PIN structure in which a p-type Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, an n-type Ge semiconductor layer, and an n-type Si semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the p-type Si semiconductor substrate may be used. In this case, the n-type Ge semiconductor layer becomes the light absorption layer.

いずれの場合も、光吸収層としてｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層を用いているため、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。また、光検出器の真性領域に破壊電界の大きいＳｉを用いることにより、真性Ｓｉ半導体層を薄くすることができ、高速で動作することが可能となる。   In either case, since a p-type Ge semiconductor layer or an n-type Ge semiconductor layer is used as the light absorption layer, it has sensitivity even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si. Further, by using Si having a large breakdown electric field in the intrinsic region of the photodetector, the intrinsic Si semiconductor layer can be thinned and can operate at high speed.

図４に示すように、ｎ型Ｓｉ半導体基板１０の一部をｎ型Ｓｉ半導体層１１として利用してもよい。ｐ型Ｓｉ半導体基板の場合は、ｐ型Ｓｉ半導体基板の一部をｐ型Ｓｉ半導体層として利用してもよい。   As shown in FIG. 4, a part of the n-type Si semiconductor substrate 10 may be used as the n-type Si semiconductor layer 11. In the case of a p-type Si semiconductor substrate, a part of the p-type Si semiconductor substrate may be used as a p-type Si semiconductor layer.

図３及び図４において、ｐ型Ｓｉ半導体層１６の側から入射した光は、ｎ型Ｇｅ半導体層１５で吸収され、電子−正孔対を発生する。ｎ型Ｇｅ半導体層を用いる場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層で光が吸収され、電子−正孔対を発生する。積層方向を逆にした場合も同様に、ｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層で光が吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、ｐ型Ｇｅ半導体層では電子が、ｎ型Ｇｅ半導体層では正孔が、拡散により真性Ｓｉ半導体層に流入し、電流として光検出器から出力される。   3 and 4, the light incident from the p-type Si semiconductor layer 16 side is absorbed by the n-type Ge semiconductor layer 15 to generate electron-hole pairs. When an n-type Ge semiconductor layer is used, light is absorbed by the n-type Ge semiconductor layer and generates electron-hole pairs. Similarly, when the stacking direction is reversed, light is absorbed by the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer to generate electron-hole pairs. Of the generated electrons and holes, electrons flow in the p-type Ge semiconductor layer and holes in the n-type Ge semiconductor layer flow into the intrinsic Si semiconductor layer by diffusion, and are output from the photodetector as current.

図１から図４に示す構造の光検出器ではＳｉ半導体基板上に光検出機構が搭載されているため、Ｓｉ集積回路の作製プロセスとの整合がよく、また、ＣＭＯＳ等のＳｉ集積回路を同じＳｉ半導体基板上に形成することができる。   Since the photodetectors having the structure shown in FIGS. 1 to 4 have a photodetection mechanism mounted on a Si semiconductor substrate, the alignment with the manufacturing process of the Si integrated circuit is good, and the Si integrated circuit such as CMOS is the same. It can be formed on a Si semiconductor substrate.

図５は、Ｓｉ半導体基板３０の上面に、酸化シリコンからなるクラッド層（ＳｉＯ２クラッド層）２０を備え、クラッド層の上面にＳｉ光導波路２１を備え、Ｓｉ光導波路２１の上面にｎ型Ｓｉ半導体層（ｎ−Ｓｉ半導体層）１１、真性Ｓｉ半導体層（ｉ−Ｓｉ半導体層）１２、ｐ型Ｇｅ半導体層（ｐ−Ｇｅ半導体層）１３からなるＰＩＮ構造を備えている。Ｓｉ光導波路２１は、下面にＳｉより屈折率の低い酸化シリコンからなるクラッド層２０を備え、他を大気で囲まれているため、光導波路の機能を有する。Ｓｉ光導波路２１を伝搬してきた光は、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の下面から結合し、光吸収層としてのｐ型Ｇｅ半導体層１３で吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層１２に流入し、電流として光検出器から出力される。光吸収層としてｐ型Ｇｅ半導体層１３を用いることにより、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。 In FIG. 5, a clad layer (SiO 2 clad layer) 20 made of silicon oxide is provided on the upper surface of the Si semiconductor substrate 30, an Si optical waveguide 21 is provided on the upper surface of the clad layer, and n-type Si is provided on the upper surface of the Si optical waveguide 21. A PIN structure including a semiconductor layer (n-Si semiconductor layer) 11, an intrinsic Si semiconductor layer (i-Si semiconductor layer) 12, and a p-type Ge semiconductor layer (p-Ge semiconductor layer) 13 is provided. The Si optical waveguide 21 has a clad layer 20 made of silicon oxide having a refractive index lower than that of Si on the lower surface and is surrounded by the atmosphere, and thus has a function of an optical waveguide. The light propagating through the Si optical waveguide 21 is coupled from the lower surface of the n-type Si semiconductor layer 11 and is absorbed by the p-type Ge semiconductor layer 13 serving as a light absorption layer to generate electron-hole pairs. Of the generated electrons and holes, electrons flow into the intrinsic Si semiconductor layer 12 by diffusion and are output from the photodetector as current. By using the p-type Ge semiconductor layer 13 as the light absorption layer, sensitivity is obtained even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si.

ｎ型Ｓｉ半導体層１１に替えてｐ型Ｓｉ半導体層を使用すると、ｐ型Ｓｉ半導体層の上面に真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｇｅ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｎ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となり、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。   If a p-type Si semiconductor layer is used instead of the n-type Si semiconductor layer 11, a photodetector having a PIN structure in which an intrinsic Si semiconductor layer and an n-type Ge semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the p-type Si semiconductor layer may be used. In this case, the n-type Ge semiconductor layer becomes a light absorption layer, and has sensitivity even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si.

いずれも光検出器の真性領域に破壊電界が大きいＳｉを用いることにより、真性Ｓｉ半導体層を薄くすることができ、高速で動作することが可能となる。   In any case, by using Si having a large breakdown electric field in the intrinsic region of the photodetector, the intrinsic Si semiconductor layer can be thinned and can operate at high speed.

図６に示すように、Ｓｉ光導波路２１の一部をｎ型Ｓｉ半導体層１１として、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の端面にＳｉ光導波路２１を結合させてもよい。ｎ型Ｇｅ半導体層を使用する場合は、Ｓｉ光導波路２１の一部をｐ型Ｓｉ半導体層としてもよい。   As shown in FIG. 6, a part of the Si optical waveguide 21 may be an n-type Si semiconductor layer 11, and the Si optical waveguide 21 may be coupled to the end face of the n-type Si semiconductor layer 11. When the n-type Ge semiconductor layer is used, a part of the Si optical waveguide 21 may be a p-type Si semiconductor layer.

図６において、Ｓｉ光導波路２１を伝搬してきた光は、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の端面から結合し、光吸収層としてのｐ型Ｇｅ半導体層１３で吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層１２に流入し、電流として光検出器から出力される。   In FIG. 6, light propagating through the Si optical waveguide 21 is coupled from the end face of the n-type Si semiconductor layer 11 and is absorbed by the p-type Ge semiconductor layer 13 serving as a light absorption layer to generate electron-hole pairs. . Of the generated electrons and holes, electrons flow into the intrinsic Si semiconductor layer 12 by diffusion and are output from the photodetector as current.

図５及び図６において、酸化シリコンからなるクラッド層２０に替えて酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかからなるクラッド層としてもよい。Ｓｉ光導波路２１に対してクラッドとしての機能および絶縁体としての機能を持てば足りる。   5 and 6, the clad layer 20 made of either silicon oxynitride or silicon nitride may be used instead of the clad layer 20 made of silicon oxide. It is sufficient that the Si optical waveguide 21 has a function as a clad and a function as an insulator.

図７は、Ｓｉ半導体基板３０の上面に、酸化シリコンからなるクラッド層（ＳｉＯ２クラッド層）２０を備え、クラッド層２０の上面にＳｉ光導波路２１を備え、Ｓｉ光導波路２１の上面にｎ型Ｓｉ半導体層（ｎ−Ｓｉ半導体層）１１、ｎ型Ｇｅ半導体層（ｎ−Ｇｅ半導体層）１５、真性Ｓｉ半導体層（ｉ−Ｓｉ半導体層）１２、ｐ型Ｓｉ半導体層（ｐ−Ｓｉ半導体層）１６からなるＰＩＮ構造を備えている。Ｓｉ光導波路２１は、下面にＳｉより屈折率の低い酸化シリコンからなるクラッド層２０を備え、他を大気で囲まれているため、光導波路の機能を有する。Ｓｉ光導波路２１を伝搬してきた光は、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の下面から結合し、光吸収層としてのｎ型Ｇｅ半導体層１５で吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、正孔が拡散により真性Ｓｉ半導体層１２に流入し、電流として光検出器から出力される。光吸収層としてｎ型Ｇｅ半導体層１５を用いることにより、Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。 In FIG. 7, a clad layer (SiO 2 clad layer) 20 made of silicon oxide is provided on the upper surface of the Si semiconductor substrate 30, an Si optical waveguide 21 is provided on the upper surface of the clad layer 20, and an n-type is formed on the upper surface of the Si optical waveguide 21. Si semiconductor layer (n-Si semiconductor layer) 11, n-type Ge semiconductor layer (n-Ge semiconductor layer) 15, intrinsic Si semiconductor layer (i-Si semiconductor layer) 12, p-type Si semiconductor layer (p-Si semiconductor layer) ) 16 PIN structure. The Si optical waveguide 21 has a clad layer 20 made of silicon oxide having a refractive index lower than that of Si on the lower surface and is surrounded by the atmosphere, and thus has a function of an optical waveguide. The light propagating through the Si optical waveguide 21 is coupled from the lower surface of the n-type Si semiconductor layer 11 and is absorbed by the n-type Ge semiconductor layer 15 as a light absorption layer to generate electron-hole pairs. Of the generated electrons and holes, the holes flow into the intrinsic Si semiconductor layer 12 by diffusion and are output from the photodetector as current. By using the n-type Ge semiconductor layer 15 as the light absorption layer, sensitivity is obtained even at a wavelength of 1 μm or more, which is not sensitive to Si.

ｎ型Ｓｉ半導体層１１に替えてｐ型Ｓｉ半導体層を使用すると、ｐ型Ｓｉ半導体層の上面にｐ型Ｇｅ半導体層、真性Ｓｉ半導体層、ｎ型Ｓｉ半導体層を順次積層したＰＩＮ構造の光検出器としてもよい。この場合は、ｐ型Ｇｅ半導体層が光吸収層となり、発生した電子と正孔のうち、電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層１２に流入し、電流として光検出器から出力される。Ｓｉでは感度のない１μｍ以上の波長でも感度を有することになる。   When a p-type Si semiconductor layer is used instead of the n-type Si semiconductor layer 11, a PIN structure light in which a p-type Ge semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer, and an n-type Si semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the p-type Si semiconductor layer. It is good also as a detector. In this case, the p-type Ge semiconductor layer becomes a light absorption layer, and out of the generated electrons and holes, electrons flow into the intrinsic Si semiconductor layer 12 by diffusion and are output from the photodetector as current. Si has sensitivity even at a wavelength of 1 μm or more where there is no sensitivity.

いずれも、光検出器の真性領域に破壊電界の大きいＳｉを用いることにより、真性Ｓｉ半導体層を薄くすることができ、高速で動作することが可能となる。   In any case, by using Si having a large breakdown electric field in the intrinsic region of the photodetector, the intrinsic Si semiconductor layer can be thinned and can operate at high speed.

図８に示すように、Ｓｉ光導波路２１の一部をｎ型Ｓｉ半導体層１１として、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の端面にＳｉ光導波路２１を結合させてもよい。ｎ型Ｇｅ半導体層を使用する場合は、Ｓｉ光導波路の一部をｐ型Ｓｉ半導体層としてもよい。   As shown in FIG. 8, a part of the Si optical waveguide 21 may be an n-type Si semiconductor layer 11, and the Si optical waveguide 21 may be coupled to the end face of the n-type Si semiconductor layer 11. When the n-type Ge semiconductor layer is used, a part of the Si optical waveguide may be a p-type Si semiconductor layer.

図８において、Ｓｉ光導波路２１を伝搬してきた光は、ｎ型Ｓｉ半導体層１１の端面から結合し、光吸収層としてのｎ型Ｇｅ半導体層１５で吸収され、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層１２に流入し、電流として光検出器から出力される。   In FIG. 8, the light propagating through the Si optical waveguide 21 is coupled from the end face of the n-type Si semiconductor layer 11 and is absorbed by the n-type Ge semiconductor layer 15 as a light absorption layer to generate electron-hole pairs. . Of the generated electrons and holes, electrons flow into the intrinsic Si semiconductor layer 12 by diffusion and are output from the photodetector as current.

図７及び図８において、酸化シリコンからなるクラッド層２０に替えて酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかからなるクラッド層としてもよい。Ｓｉ光導波路２１に対してクラッドとしての機能および絶縁体としての機能を持てば足りる。   7 and 8, the clad layer 20 made of either silicon oxynitride or silicon nitride may be used instead of the clad layer 20 made of silicon oxide. It is sufficient that the Si optical waveguide 21 has a function as a clad and a function as an insulator.

図５から図８に示す構造の光検出器では、Ｓｉ半導体基板上に光検出機構が搭載されているため、Ｓｉ集積回路の作製プロセスとの整合がよく、また、ＣＭＯＳ等のＳｉ集積回路を同じＳｉ半導体基板上に形成することができる。   In the photodetector having the structure shown in FIG. 5 to FIG. 8, since the photodetection mechanism is mounted on the Si semiconductor substrate, the alignment with the manufacturing process of the Si integrated circuit is good, and a Si integrated circuit such as a CMOS is used. They can be formed on the same Si semiconductor substrate.

図１から図８で説明した光検出器において、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかが、さらに上面又は側面に形成されていてもよい。半導体層の劣化や誤接触を防止することができる。   In the photodetector described with reference to FIGS. 1 to 8, any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride may be further formed on the upper surface or the side surface. Degradation and erroneous contact of the semiconductor layer can be prevented.

本願発明の光検出器の原理について説明する。従来のＧｅ−ＰＩＮ構造の光検出器に対応させて、本願発明の光検出器のエネルギーバンド図を図９に示す。図９（ａ）は従来のＧｅ−ＰＩＮ構造の光検出器のエネルギーバンド図、図９（ｂ）は、本願発明の一つであるｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器のエネルギーバンド図を示す。ｐ型Ｇｅ半導体層の厚さは０．１μｍ、真性Ｓｉ半導体層の厚さを０．２μｍとして計算した。   The principle of the photodetector of the present invention will be described. FIG. 9 shows an energy band diagram of the photodetector of the present invention corresponding to a conventional photodetector having a Ge-PIN structure. FIG. 9A is an energy band diagram of a photodetector having a conventional Ge-PIN structure, and FIG. 9B is a p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor according to the present invention. FIG. 2 shows an energy band diagram of a photodetector with a layer. The calculation was performed assuming that the thickness of the p-type Ge semiconductor layer was 0.1 μm and the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer was 0.2 μm.

Ｇｅ−ＰＩＮ構造では、図９（ａ）に示すように、光吸収により電子−正孔対が主に真性領域で発生し、ｎ型及びｐ型のＧｅ半導体層にそれぞれ電流として流れる。本願発明のｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器では、図９（ｂ）に示すように、Ｓｉのバンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギーの波長（波長が１μｍ以上）の光はｐ型Ｇｅ半導体層のみが光吸収層となり、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、少数キャリアである電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層に流入し、電流として光検出器から出力される。ｎ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｐ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器では、Ｓｉのバンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギーの波長（波長が１μｍ以上）の光はｎ型Ｇｅ半導体層のみが光吸収層となり、電子−正孔対を発生する。発生した電子と正孔のうち、少数キャリアである正孔が拡散により真性Ｓｉ半導体層に流入し、電流として光検出器から出力される。   In the Ge-PIN structure, as shown in FIG. 9A, electron-hole pairs are generated mainly in the intrinsic region by light absorption, and flow as currents in the n-type and p-type Ge semiconductor layers, respectively. In the photodetector comprising the p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor layer of the present invention, as shown in FIG. 9B, the wavelength (wavelength is smaller than the band gap energy of Si). In the case of light of 1 μm or more, only the p-type Ge semiconductor layer becomes a light absorption layer and generates electron-hole pairs. Among the generated electrons and holes, minority carrier electrons flow into the intrinsic Si semiconductor layer by diffusion and are output from the photodetector as current. In a photodetector having an n-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-p-type Si semiconductor layer, light having a wavelength of energy (wavelength of 1 μm or more) smaller than the band gap energy of Si is transmitted only to the n-type Ge semiconductor layer. It becomes a light absorption layer and generates electron-hole pairs. Of the generated electrons and holes, holes that are minority carriers flow into the intrinsic Si semiconductor layer by diffusion and are output from the photodetector as current.

Ｓｉのバンドギャップエネルギーよりも大きいエネルギーの波長（波長が１μｍ以下）の光はＧｅ半導体層に加え、Ｓｉ半導体層も光吸収層となり、電子−正孔対を発生する。ｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器では、ｐ型Ｇｅ半導体層で発生した電子と正孔のうち、少数キャリアである電子が拡散により真性Ｓｉ半導体層に流入し、電流として光検出器から出力される。加えて、真性Ｓｉ半導体層で発生した電子と正孔による電流、およびｎ型Ｓｉ半導体層の少数キャリアである正孔の拡散による電流が光検出器から出力されるが、０．７〜１．０μｍの近赤外域では、Ｓｉの光吸収係数はＧｅの１／１０以下であり、真性Ｓｉ半導体層およびｎ型Ｓｉ半導体層の厚さがｐ型Ｇｅ半導体層の厚さ０．１μｍと同程度であれば、電流の９０％以上はｐ型Ｇｅ半導体層から拡散した正孔によるものになる。波長が１μｍ以上の光の場合と同様、ｐ型Ｇｅ半導体層のみが光吸収層であると見なすことができる。ｎ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｐ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器でも、ｎ型Ｇｅ半導体層のみが光吸収層であると見なすことができる。図１から図４のｎ型Ｓｉ半導体基板１０のうち、Ｓｉ半導体層又はＧｅ半導体層と接触する周辺を、真性Ｓｉ又は接触する半導体層と逆極性のＳｉにし、電気的に分離すると、Ｓｉ半導体基板の奥深くで発生した電子又は正孔は電流に寄与しない。   In addition to the Ge semiconductor layer, light having a wavelength of energy larger than the band gap energy of Si (wavelength of 1 μm or less), the Si semiconductor layer also becomes a light absorption layer, and generates electron-hole pairs. In a photodetector comprising a p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor layer, an intrinsic Si semiconductor layer is formed by diffusion of electrons that are minority carriers out of electrons and holes generated in the p-type Ge semiconductor layer. And output from the photodetector as a current. In addition, a current due to electrons and holes generated in the intrinsic Si semiconductor layer and a current due to diffusion of holes which are minority carriers in the n-type Si semiconductor layer are output from the photodetector. In the near-infrared region of 0 μm, the light absorption coefficient of Si is 1/10 or less of Ge, and the thicknesses of the intrinsic Si semiconductor layer and the n-type Si semiconductor layer are the same as the thickness of the p-type Ge semiconductor layer of 0.1 μm. Then, 90% or more of the current is due to holes diffused from the p-type Ge semiconductor layer. As in the case of light having a wavelength of 1 μm or more, only the p-type Ge semiconductor layer can be regarded as a light absorption layer. Even in a photodetector including an n-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-p-type Si semiconductor layer, only the n-type Ge semiconductor layer can be regarded as a light absorption layer. When the periphery of the n-type Si semiconductor substrate 10 in FIGS. 1 to 4 that contacts the Si semiconductor layer or the Ge semiconductor layer is made to be intrinsic Si or Si having a polarity opposite to that of the semiconductor layer that is in contact, and electrically separated, the Si semiconductor is obtained. Electrons or holes generated deep in the substrate do not contribute to the current.

次に動作速度の限界について説明する。ＳｉはＧｅに比較して高電界下における電子・正孔のドリフト速度が速く、真性領域をＳｉとすることにより、真性領域の通過時間を短くすることができるため高速で動作する。また、ＳｉはＧｅに比較して比誘電率が小さく、低容量化することができるため、高速で動作する。さらに、ＳｉはＧｅに比較して破壊電界強度が大きいため、内蔵電界強度が高くなる薄い真性領域を使用でき、高速動作に適している。従って、真性領域をＳｉとすることの特長として高速動作が挙げられる。   Next, the limit of the operation speed will be described. Since Si has a higher electron / hole drift speed under a high electric field than Ge, and the intrinsic region is Si, the transit time of the intrinsic region can be shortened, so that it operates at a high speed. In addition, since Si has a relative dielectric constant smaller than that of Ge and can be reduced in capacity, it operates at high speed. Further, since Si has a higher breakdown electric field strength than Ge, a thin intrinsic region where the built-in electric field strength is high can be used, which is suitable for high-speed operation. Therefore, high speed operation can be cited as a feature of the intrinsic region being Si.

真性領域の厚さおよび素子面積をパラメータとして、従来のＧｅ−ＰＩＮ構造の光検出器に対応させた、本願発明のｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器の動作速度の限界を図１０に示す。図１０は、ｐ型Ｇｅ半導体層の厚さを０．１μｍ、光検出器の負荷抵抗を５０Ωとしたときの３ｄＢ減衰のカットオフ周波数を計算したものである。   Photodetection comprising the p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor layer of the present invention corresponding to a conventional Ge-PIN photodetector using the intrinsic region thickness and element area as parameters. The limit of the operating speed of the vessel is shown in FIG. FIG. 10 shows the calculated cutoff frequency of 3 dB attenuation when the thickness of the p-type Ge semiconductor layer is 0.1 μm and the load resistance of the photodetector is 50Ω.

Ｇｅ−ＰＩＮ構造の光検出器ではカットオフ周波数を１００ＧＨｚとするためには、真性Ｇｅ半導体層を０．１μｍ以下とする必要があり、Ｇｅの破壊電圧（図１０のＧｅ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）に近くなる。   In order to set the cutoff frequency to 100 GHz in the photodetector with the Ge-PIN structure, the intrinsic Ge semiconductor layer needs to be 0.1 μm or less, which is close to the breakdown voltage of Ge (Ge breakdown in FIG. 10).

一方、本願発明のように真性Ｓｉ半導体層とすると、真性Ｓｉ半導体層の厚さを０．１μｍ以下としてもＳｉの破壊電圧（図１０のＳｉ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）に達しないため、高速動作が可能となる。真性Ｓｉ半導体層の厚さは０．３μｍ以下が望ましく、また破壊電圧に達しないように０．０３μｍ以上が望ましい。   On the other hand, when the intrinsic Si semiconductor layer is formed as in the present invention, even if the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer is 0.1 μm or less, the breakdown voltage of Si (Si breakdown in FIG. 10) is not reached, so that high-speed operation is possible. . The thickness of the intrinsic Si semiconductor layer is desirably 0.3 μm or less, and is desirably 0.03 μm or more so as not to reach the breakdown voltage.

真性Ｓｉ半導体層の厚さをパラメータとして、本願発明のｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器の動作速度の限界を図１１に示す。図１１は、光検出器の負荷抵抗を５０Ωとしたときの３ｄＢ減衰のカットオフ周波数を計算したものである。ｐ型Ｇｅ半導体層を薄くすると電子拡散輸送が大きくなり、さらに、高速動作が可能となる。また、真性Ｓｉ半導体層の厚さを薄くする程、ｐ型Ｇｅ半導体層の厚さを薄くする効果が高くなる。ｐ型Ｇｅ半導体層の厚さは、電子拡散輸送を大きくするために０．２μｍ以下が望ましい。   FIG. 11 shows the limit of the operation speed of the photodetector including the p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor layer according to the present invention with the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer as a parameter. FIG. 11 shows the calculated cutoff frequency of 3 dB attenuation when the load resistance of the photodetector is 50Ω. When the p-type Ge semiconductor layer is thinned, electron diffusion transport increases, and high-speed operation becomes possible. Further, the effect of reducing the thickness of the p-type Ge semiconductor layer becomes higher as the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer is reduced. The thickness of the p-type Ge semiconductor layer is preferably 0.2 μm or less in order to increase electron diffusion transport.

真性領域の厚さおよび素子面積をパラメータとして、本願発明のｎ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｐ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器の動作速度の限界を図１２に示す。図１２は、ｎ型Ｇｅ半導体層の厚さを０．１μｍ、光検出器の負荷抵抗を５０Ωとしたときの３ｄＢ減衰のカットオフ周波数を計算したものである。図１２（ａ）は格子歪みを与えない場合、図１２（ｂ）はＧｅ半導体層に引っ張り歪みを与えた場合である。格子歪みを与えないｎ型Ｇｅ半導体層を光吸収層にすると素子面積が大きい場合は、Ｇｅ−ＰＩＮ構造の光検出器に対して本願発明のｎ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｐ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器は高速動作に１０ＧＨｚ程度の優位性がある。   FIG. 12 shows the limit of the operation speed of the photodetector including the n-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-p-type Si semiconductor layer of the present invention, with the thickness of the intrinsic region and the element area as parameters. FIG. 12 shows the calculated cutoff frequency of 3 dB attenuation when the thickness of the n-type Ge semiconductor layer is 0.1 μm and the load resistance of the photodetector is 50Ω. 12A shows the case where no lattice strain is applied, and FIG. 12B shows the case where a tensile strain is applied to the Ge semiconductor layer. When an n-type Ge semiconductor layer that does not give lattice distortion is a light absorption layer, if the device area is large, the n-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-p-type of the present invention is applied to a photodetector having a Ge-PIN structure. A photodetector having a Si semiconductor layer has an advantage of about 10 GHz for high-speed operation.

室温よりも高い温度でＳｉ上にＧｅを積層すると、Ｓｉの熱膨張係数がＧｅの熱膨張係数より小さいために、室温ではｎ型Ｇｅ半導体層に引っ張り格子歪みが発生する。酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン等の膜をＳｉ半導体層の上面に形成したり、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン等の膜を形成してからＳｉ半導体層を形成しても、ｎ型Ｇｅ半導体層に引っ張り格子歪みが発生する。軽い正孔のみが電流に寄与するため、高速動作が可能になる。図１２（ｂ）はｎ型Ｇｅ半導体層に歪みを与えた場合である。   When Ge is stacked on Si at a temperature higher than room temperature, since the thermal expansion coefficient of Si is smaller than that of Ge, tensile lattice distortion occurs in the n-type Ge semiconductor layer at room temperature. Even if a film of silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride or the like is formed on the upper surface of the Si semiconductor layer, or a film of silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride or the like is formed and then the Si semiconductor layer is formed, n Tensile lattice distortion occurs in the type Ge semiconductor layer. Since only light holes contribute to the current, high speed operation is possible. FIG. 12B shows the case where strain is applied to the n-type Ge semiconductor layer.

本願発明のように真性Ｓｉ半導体層とすると、真性Ｓｉ半導体層の厚さを０．１μｍ以下としてもＳｉの破壊電圧（図１２のＳｉ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）に達しないため、高速動作が可能となる。ｎ型Ｇｅ半導体層を薄くすると電子拡散輸送が大きくなり、さらに、高速動作が可能となる。真性Ｓｉ半導体層の厚さは０．３μｍ以下が望ましく、また破壊電圧に達しないように０．０４μｍ以上が望ましい。ｎ型Ｇｅ半導体層の厚さは、電子拡散輸送を大きくするために０．２μｍ以下が望ましい。   When the intrinsic Si semiconductor layer is formed as in the present invention, even if the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer is 0.1 μm or less, the breakdown voltage of Si (Si breakdown in FIG. 12) is not reached, and thus high-speed operation is possible. When the n-type Ge semiconductor layer is thinned, electron diffusion transport is increased, and high-speed operation is possible. The thickness of the intrinsic Si semiconductor layer is desirably 0.3 μm or less, and is desirably 0.04 μm or more so as not to reach the breakdown voltage. The thickness of the n-type Ge semiconductor layer is preferably 0.2 μm or less in order to increase electron diffusion transport.

従来のＧｅ−ＰＩＮ構造の光検出器に対応させた、本願発明のｐ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｎ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器及びｎ型Ｇｅ半導体層−真性Ｓｉ半導体層−ｐ型Ｓｉ半導体層を備える光検出器の分光感度を図１３に示す。図１３は、図１から図４に示す構造の光検出器に対して、図上で上側から素子表面に垂直な方向から光照射した場合の分光感度である。最表面には、酸化シリコン膜が形成されており、表面での反射及びキャリアの再結合がないものとしている。本願発明の光検出器は１．５５μｍ程度までは感度を有している。Ｇｅ−ＰＩＮ構造の光検出器に感度が劣っているのは、光吸収層としてのｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層の厚さを０．１μｍとしたためで、入射した光に対して１０％程度の光吸収率となっている。   Photodetector and p-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer-n-type Si semiconductor layer of the present invention and n-type Ge semiconductor layer-intrinsic Si semiconductor layer corresponding to a conventional Ge-PIN photodetector The spectral sensitivity of the photodetector provided with the -p-type Si semiconductor layer is shown in FIG. FIG. 13 shows the spectral sensitivity when the photodetector having the structure shown in FIGS. 1 to 4 is irradiated with light from the upper side in the drawing from the direction perpendicular to the element surface. A silicon oxide film is formed on the outermost surface, and there is no reflection on the surface and no recombination of carriers. The photodetector of the present invention has sensitivity up to about 1.55 μm. The reason why the sensitivity of the photodetector having the Ge-PIN structure is inferior is that the thickness of the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer as the light absorption layer is set to 0.1 μm. The light absorption rate is about 10%.

Ｇｅ半導体層の光導波路方向の長さおよびＧｅ半導体層の厚さをパラメータに、図５から図８に示す構造の光吸収率を図１４に示す。Ｓｉ光導波路２１を伝搬した光はｎ型Ｓｉ半導体層１１から結合し、ｐ型Ｇｅ半導体層１３又はｎ型Ｇｅ半導体層１５で吸収される。ｐ型Ｇｅ半導体層１３又はｎ型Ｇｅ半導体層１５の厚さが厚い方が感度は高くなる。ｐ型Ｇｅ半導体層１３又はｎ型Ｇｅ半導体層１５の厚さが０．１μｍ程度であっても、光の伝搬方向の長さが１μｍ以上であれば、５０％以上の光吸収率とすることができ、Ｇｅ−ＰＩＮ構造の光検出器と同等又はそれ以上の感度を有することになる。   FIG. 14 shows the optical absorptance of the structure shown in FIGS. 5 to 8 with the length of the Ge semiconductor layer in the optical waveguide direction and the thickness of the Ge semiconductor layer as parameters. The light propagated through the Si optical waveguide 21 is coupled from the n-type Si semiconductor layer 11 and is absorbed by the p-type Ge semiconductor layer 13 or the n-type Ge semiconductor layer 15. The sensitivity increases as the thickness of the p-type Ge semiconductor layer 13 or the n-type Ge semiconductor layer 15 increases. Even if the thickness of the p-type Ge semiconductor layer 13 or the n-type Ge semiconductor layer 15 is about 0.1 μm, if the length in the light propagation direction is 1 μm or more, the light absorption rate should be 50% or more. Therefore, the sensitivity is equal to or higher than that of a photodetector having a Ge-PIN structure.

人体などの生体中への進入長が長い波長０．８〜１．１μｍの光に対する分光感度を図１５に示す。図１から図４に示す構造の光検出器に対して、図上で上側から素子表面に垂直な方向から光照射でも感度を高くすることができる。Ｓｉ−ＰＩＮ構造の光検出器では、１μｍ以上の波長の光に対して感度が大きく低下するが、本願発明の光検出器のようにｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層を光吸収層として用いると、１μｍ以上の波長の光に対しても感度を維持することができる。   FIG. 15 shows spectral sensitivity to light having a wavelength of 0.8 to 1.1 μm, which has a long penetration length into a living body such as a human body. The sensitivity of the photodetector having the structure shown in FIGS. 1 to 4 can be increased even by light irradiation from the upper side in the drawing in a direction perpendicular to the element surface. In the photodetector having the Si-PIN structure, the sensitivity is greatly reduced with respect to light having a wavelength of 1 μm or more. However, as in the photodetector of the present invention, a p-type Ge semiconductor layer or an n-type Ge semiconductor layer is used as a light absorption layer. When used as, sensitivity can be maintained even for light having a wavelength of 1 μm or more.

特に、波長１μｍ以上の光が入射するとｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層でのみ光吸収が起こり、Ｓｉ半導体層では光吸収が起こらないため、Ｓｉ半導体層でキャリアは発生せず、電流にも寄与しないため、高速動作が可能となる。   In particular, when light having a wavelength of 1 μm or more is incident, light absorption occurs only in the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer, and no light absorption occurs in the Si semiconductor layer. Therefore, high-speed operation is possible.

波長が０．８から１．０μｍの光が入射すると、ｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層に加え、Ｓｉ半導体層も光吸収層となり、電子−正孔対を発生する。Ｓｉの光吸収係数はＧｅの１／１０以下であるため、真性Ｓｉ半導体層およびＧｅと逆極性のＳｉ半導体層の厚さが０．１μｍ程度であれば、電流の９０％以上はＧｅ半導体層から拡散した電子又は正孔によるものになる。ｐ型Ｇｅ半導体層又はｎ型Ｇｅ半導体層のみで光吸収が発生すると見なすことができるため、高速動作が可能である。図１から図４のＳｉ半導体基板１０のうち、Ｓｉ半導体層又はＧｅ半導体層と接触する周辺を、真性Ｓｉ又は接触する半導体層と逆極性にし、電気的に分離すると、Ｓｉ半導体基板の奥深くで発生した電子又は正孔は電流に寄与しない。   When light having a wavelength of 0.8 to 1.0 μm is incident, in addition to the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer, the Si semiconductor layer also becomes a light absorption layer and generates electron-hole pairs. Since the light absorption coefficient of Si is 1/10 or less of Ge, if the thickness of the intrinsic Si semiconductor layer and the Si semiconductor layer having the opposite polarity to Ge is about 0.1 μm, 90% or more of the current is 90% or more of the Ge semiconductor layer. This is due to electrons or holes diffused from the surface. Since it can be considered that light absorption occurs only in the p-type Ge semiconductor layer or the n-type Ge semiconductor layer, high-speed operation is possible. 1 to 4, when the periphery of the Si semiconductor substrate 10 in contact with the Si semiconductor layer or the Ge semiconductor layer is opposite in polarity to the intrinsic Si or the semiconductor layer in contact with it and electrically separated, The generated electrons or holes do not contribute to the current.

ところで、ＳｉとＧｅは格子定数が４％異なる格子不整合系であるため、Ｓｉ半導体層の上に平坦かつ高品質のＧｅ半導体層を形成するのは、困難である。しかし、摂氏３７０度程度の低温でＧｅバッファ層を形成した後、摂氏６００度でＧｅ半導体層を成長させる２段階成長法により、平坦なＧｅ半導体層の形成が可能である。さらに、Ｇｅ半導体層の形成後に、摂氏８００度程度の高温でアニールすることにより、Ｇｅ半導体層の貫通転移を低減することができる。実際、発明者らの製法で確認したところ、摂氏８２０度で１時間のアニールによりＧｅ半導体層の貫通転移を低減することができたことを確認した。   By the way, since Si and Ge are lattice mismatch systems having lattice constants different by 4%, it is difficult to form a flat and high-quality Ge semiconductor layer on the Si semiconductor layer. However, a flat Ge semiconductor layer can be formed by a two-stage growth method in which a Ge buffer layer is formed at a low temperature of about 370 degrees Celsius and then a Ge semiconductor layer is grown at 600 degrees Celsius. Furthermore, by performing annealing at a high temperature of about 800 degrees Celsius after the formation of the Ge semiconductor layer, the threading transition of the Ge semiconductor layer can be reduced. In fact, as a result of confirmation by the inventors' production method, it was confirmed that the threading transition of the Ge semiconductor layer could be reduced by annealing at 820 degrees Celsius for 1 hour.

図５から図８のＳｉ光導波路を伝搬してきた光の検出では、Ｇｅ半導体層の厚さを０．１μｍ以下に減少させても、Ｇｅ半導体層の長さを大きくすることで高い光吸収率が得られる。Ｓｉ光導波路の幅は、１μｍ以下であるため、Ｇｅ半導体層の長さを数１０μｍに増加させても、１００ＧＨｚ動作が可能な１０−７ｃｍ２程度の小さな素子面積に保つことが可能である。非常に薄いＧｅ半導体層の成長では、ＧｅはＳｉの結晶格子に合った疑似格子整合を起こし、貫通転位およびＳｉとの界面でのミスフィット転位の発生がないため、高品質結晶を形成できる。Ｇｅ成長後のアニールが不要のため、光検出器中の各層又はＳｉ半導体基板に形成されるＣＭＯＳ等のＳｉ集積回路素子のキャリア濃度の制御が容易になる。 In detection of light propagating through the Si optical waveguide of FIGS. 5 to 8, even if the thickness of the Ge semiconductor layer is reduced to 0.1 μm or less, a high light absorption rate can be obtained by increasing the length of the Ge semiconductor layer. Is obtained. Since the width of the Si optical waveguide is 1 μm or less, even if the length of the Ge semiconductor layer is increased to several tens of μm, it is possible to keep a small element area of about 10 −7 cm 2 capable of 100 GHz operation. . In the growth of a very thin Ge semiconductor layer, Ge causes pseudo-lattice matching that matches the crystal lattice of Si, and there is no occurrence of threading dislocations and misfit dislocations at the interface with Si, so that a high-quality crystal can be formed. Since annealing after the Ge growth is unnecessary, the carrier concentration of the Si integrated circuit element such as CMOS formed on each layer in the photodetector or on the Si semiconductor substrate can be easily controlled.

生体内部観察のように波長が０．８から１．０μｍの光を利用する場合には、Ｇｅ半導体層をＳｉ１−ＸＧｅＸ混晶（０＜Ｘ＜１）に置き換えることができる。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ混晶は、Ｇｅと比較すると光吸収係数が小さいが、Ｓｉより光吸収係数が大きいためである。組成Ｘや成長温度に依存するものの、臨界膜厚が大きいため、転位発生を抑制できる。また、混晶特有の固溶体強化と呼ばれる機械強度の増加効果のため、転位の発生が起こりにくく、波長０．８からＳｉ１−ＸＧｅＸ混晶のバンドギャップエネルギーに相当する波長までの光の利用に有効である。 When light with a wavelength of 0.8 to 1.0 μm is used as in living body observation, the Ge semiconductor layer can be replaced with a Si 1-X Ge X mixed crystal (0 <X <1). This is because the Si 1-X Ge X mixed crystal has a light absorption coefficient smaller than that of Ge, but is larger than that of Si. Although depending on the composition X and the growth temperature, the critical film thickness is large, so that dislocation generation can be suppressed. Also, due to the effect of increasing mechanical strength called solid solution strengthening unique to mixed crystals, dislocations are unlikely to occur, and light from wavelengths from 0.8 to a wavelength corresponding to the bandgap energy of Si 1-X Ge X mixed crystals can be prevented. It is effective for use.

本願発明に係る光検出器は、生体内部を３次元像として解析するための光パルスの受信回路や、Ｓｉ集積回路のチップの内部やチップ間において、近赤外光によるチップの内部やチップ間の転送に利用することができる。   The photodetector according to the present invention is an optical pulse receiving circuit for analyzing the inside of a living body as a three-dimensional image, or inside or between chips of a Si integrated circuit. Can be used to transfer

本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器の構造図である。It is a structural diagram of the photodetector of the present invention. 本願発明の光検出器のエネルギーバンド図である。It is an energy band figure of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の動作速度の限界図である。It is a limit figure of the operation speed of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の動作速度の限界図である。It is a limit figure of the operation speed of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の動作速度の限界図である。It is a limit figure of the operation speed of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の分光感度図である。It is a spectral sensitivity figure of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の光吸収率を説明する図である。It is a figure explaining the light absorptivity of the photodetector of this invention. 本願発明の光検出器の分光感度図である。It is a spectral sensitivity figure of the photodetector of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、２、３、４：光検出器
１０：ｎ型Ｓｉ半導体基板
１１：ｎ型Ｓｉ半導体層
１２：真性Ｓｉ半導体層
１３：ｐ型Ｇｅ半導体層
１５：ｎ型Ｇｅ半導体層
１６：ｐ型Ｓｉ半導体層
２０：酸化シリコンクラッド層
２１：Ｓｉ光導波路
３０：Ｓｉ半導体基板 1, 2, 3, 4: Photodetector 10: n-type Si semiconductor substrate 11: n-type Si semiconductor layer 12: intrinsic Si semiconductor layer 13: p-type Ge semiconductor layer 15: n-type Ge semiconductor layer 16: p-type Si Semiconductor layer 20: silicon oxide cladding layer 21: Si optical waveguide 30: Si semiconductor substrate

Claims (6)

極性のあるＳｉ半導体層と、
真性Ｓｉ半導体層と、
前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層と、
が順に積層されている光検出器。 A polar Si semiconductor layer;
An intrinsic Si semiconductor layer;
A Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer;
Are sequentially stacked. Ｓｉ半導体基板をさらに備え、前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板の側に積層され、かつ、前記Ｓｉ半導体基板の側に積層された前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｓｉ半導体層と逆極性のＧｅ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板と同じ極性であることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。 The Si semiconductor substrate further comprising the Si semiconductor layer having a polarity or a Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer is stacked on the Si semiconductor substrate side, and the Si semiconductor substrate is stacked on the Si semiconductor substrate side. The photodetector according to claim 1, wherein the Si semiconductor layer having polarity or the Ge semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Si semiconductor layer has the same polarity as that of the Si semiconductor substrate. 極性のあるＳｉ半導体層と、
前記Ｓｉ半導体層と同極性のＧｅ半導体層と、
真性Ｓｉ半導体層と、
前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層と、
が順に積層されている光検出器。 A polar Si semiconductor layer;
A Ge semiconductor layer having the same polarity as the Si semiconductor layer;
An intrinsic Si semiconductor layer;
A Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer;
Are sequentially stacked. Ｓｉ半導体基板をさらに備え、前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板の側に積層され、かつ、前記Ｓｉ半導体基板の側に積層された前記極性のあるＳｉ半導体層又は前記Ｇｅ半導体層と逆極性のＳｉ半導体層が前記Ｓｉ半導体基板と同じ極性であることを特徴とする請求項３に記載の光検出器。 The Si semiconductor substrate is further provided, and the Si semiconductor layer having the polarity or the Si semiconductor layer having the opposite polarity to the Ge semiconductor layer is stacked on the Si semiconductor substrate side, and the Si semiconductor substrate is stacked on the Si semiconductor substrate side. 4. The photodetector according to claim 3, wherein the Si semiconductor layer having polarity or the Si semiconductor layer having a polarity opposite to that of the Ge semiconductor layer has the same polarity as that of the Si semiconductor substrate. 酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかからなるクラッド層と、
前記クラッド層の上面にＳｉ光導波路と、をさらに備え、
前記極性のあるＳｉ半導体層の側の面又は前記極性のあるＳｉ半導体層の端面に、前記Ｓｉ光導波路が結合していることを特徴とする請求項１又は３に記載の光検出器。 A clad layer made of any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride;
An Si optical waveguide on the upper surface of the cladding layer,
4. The photodetector according to claim 1, wherein the Si optical waveguide is coupled to a surface of the polar Si semiconductor layer or an end surface of the polar Si semiconductor layer. 酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンのいずれかが、さらに上面又は側面に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光検出器。 6. The photodetector according to claim 1, wherein any one of silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride is further formed on an upper surface or a side surface.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009272504A (en) * 2008-05-09 2009-11-19 Univ Nagoya Multilayer film structure and forming method thereof
WO2010013693A1 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 国立大学法人東京大学 Optical semiconductor element, photoelectric conversion element and optical modulation element
JP2011035338A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Hitachi Ltd Semiconductor light receiving element and manufacturing method of the same
JP2011053593A (en) * 2009-09-04 2011-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method of manufacturing photodetector
JP2011180555A (en) * 2010-03-04 2011-09-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method of manufacturing photodetector
JP2012199343A (en) * 2011-03-20 2012-10-18 Fujitsu Ltd Light receiving element, optical receiver, and optical receiver module
JP5234104B2 (en) * 2008-03-28 2013-07-10 日本電気株式会社 Semiconductor photo detector
US8866187B2 (en) 2011-10-14 2014-10-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Photodetector structures including cross-sectional waveguide boundaries
WO2016085880A1 (en) * 2014-11-24 2016-06-02 Artilux, Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
CN107256910A (en) * 2017-05-17 2017-10-17 厦门科锐捷半导体科技有限公司 Longitudinal P iN Ge light emitting diodes
RU2676187C1 (en) * 2018-02-21 2018-12-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Microwave photodetector of laser radiation
RU2676188C1 (en) * 2018-02-05 2018-12-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Uhf photodetector of laser radiation

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5234104B2 (en) * 2008-03-28 2013-07-10 日本電気株式会社 Semiconductor photo detector
JP2009272504A (en) * 2008-05-09 2009-11-19 Univ Nagoya Multilayer film structure and forming method thereof
WO2010013693A1 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 国立大学法人東京大学 Optical semiconductor element, photoelectric conversion element and optical modulation element
JP2010034226A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Univ Of Tokyo Optical semiconductor element, photoelectric converting element and optical modulating element
JP2011035338A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Hitachi Ltd Semiconductor light receiving element and manufacturing method of the same
JP2011053593A (en) * 2009-09-04 2011-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method of manufacturing photodetector
JP2011180555A (en) * 2010-03-04 2011-09-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method of manufacturing photodetector
JP2012199343A (en) * 2011-03-20 2012-10-18 Fujitsu Ltd Light receiving element, optical receiver, and optical receiver module
US8866187B2 (en) 2011-10-14 2014-10-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Photodetector structures including cross-sectional waveguide boundaries
WO2016085880A1 (en) * 2014-11-24 2016-06-02 Artilux, Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
US9524898B2 (en) 2014-11-24 2016-12-20 Artilux, Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
US9640421B2 (en) 2014-11-24 2017-05-02 Artilux, Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
US9882068B2 (en) 2014-11-24 2018-01-30 Artilux Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
JP2018505544A (en) * 2014-11-24 2018-02-22 アーティラックス インコーポレイテッドＡｒｔｉｌｕｘ Ｉｎｃ． Monolithic integration technique for fabricating photodetectors with transistors on the same substrate
US9954121B2 (en) 2014-11-24 2018-04-24 Artilux Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
US10734533B2 (en) 2014-11-24 2020-08-04 Artilux, Inc. Monolithic integration techniques for fabricating photodetectors with transistors on same substrate
CN107256910A (en) * 2017-05-17 2017-10-17 厦门科锐捷半导体科技有限公司 Longitudinal P iN Ge light emitting diodes
RU2676188C1 (en) * 2018-02-05 2018-12-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Uhf photodetector of laser radiation
RU2676187C1 (en) * 2018-02-21 2018-12-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Microwave photodetector of laser radiation

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