JP2008283219A - 光デバイス - Google Patents
光デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008283219A JP2008283219A JP2008208973A JP2008208973A JP2008283219A JP 2008283219 A JP2008283219 A JP 2008283219A JP 2008208973 A JP2008208973 A JP 2008208973A JP 2008208973 A JP2008208973 A JP 2008208973A JP 2008283219 A JP2008283219 A JP 2008283219A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- germanium
- photoelectric conversion
- conversion layer
- substrate
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【解決手段】 ゲルマニウム原子を主成分とする四面体結合される半導体を光電変換層に用いる光デバイスであり、光電変換層を構成する四面体結合される半導体の格子点サイトのゲルマニウム原子を置換するn型ドーパントDまたはp型ドーパントAと、前記ドーパントに最近接の格子間サイトに挿入される異種原子Zを含み、異種原子Zはドーパントとの電荷補償により電子配置が閉殻構造となる光デバイスである。
【選択図】 図1
Description
本実施形態の光デバイスにおける光電変化層に適用する半導体のバンド構造の変調について説明する。本実施形態では、光デバイスのうち、2つのバンドエンジニアリング法である、「<111>軸引張り構造」と「FT(filled tetrahedral)構造」の光電変化層を用いて作製した受光素子を一例として説明する。尚、以下の説明において、ミラー指数において、( )は(面)を示し、[ ]は[結晶の方向:面と垂直になる法線方向]を示す。また、{ }は互いに等価な(面)を包括する{面}を示し、< >は互いに等価な[方向]を包括する<方向>を意味する。例えば、<111>は結晶の方向:[111]、[−1−11]、[−11−1]、[1−1−1]等の軸方向の総括を意味する。また、{111}は面方位:(111)面、(1−11)面、(−111)面、(−1−11)面等の面方位の総括を意味する。
ゲルマニウム等の間接半導体が持つ間接的なバンド構造及び吸収係数が小さい理由について説明する。図2には、ゲルマニウムのバンド構造を示している。ゲルマニウムが間接半導体となる主たる理由は、構成原子間の結合長dが僅かに短いためと考えられている。Γ点における伝導帯と価電子帯のエネルギー差ΔEは結合長dに強く依存し、結合長dが短くなるほどΔEは増加する。従って、結合長dが長くなるとエネルギー差ΔEが急速に小さくなり、直接バンド構造をとるように変化すると推測される。
<111>軸引張り構造の特徴を述べ、長波長帯の吸収が強まる原理について説明する。上述したように、原子間結合長が短いとΓ点における伝導帯と価電子帯のエネルギー差ΔEは広がり、間接半導体になり易い。結合長の短い半導体としては、ダイヤモンド(d=1.54Å、間接)、シリコン(d=2.35Å、間接)、SiC(d=1.88Å、間接)、BN(d=1.57Å、間接)、BP(d=1.97Å、間接)、GaN(d=1.94Å、直接)、GaP(d=2.36Å、間接)、AlN(d=1.89Å、直接)、AlP(d=2.36Å、間接)、ZnO(d=1.98Å、直接)などが知られており、傾向としては間接半導体が多い。
FT構造の特徴と吸収が強まる原理を説明する。以下の説明において、FT構造を持つ半導体をFT半導体と称する。FT半導体は、図5(a)に示すように、格子間サイトの空間に閉殻構造の希ガス原子22が導入された半導体、あるいは図5(b)に示すように、格子点サイトを置換するn型ドーパントD(またはp型ドーパントA)23と格子間サイトに挿入された異種原子Z24との組合せであるD−Zペア(またはA−Zペア)が導入された半導体を指す。なお、D−Zペア(またはA−Zペア)間の電荷補償効果により、ドーパントD(またはA)の最外殻電子配置はゲルマニウム原子21のそれと同等であり、また異種原子Z24の電子配置は閉殻構造となるため、希ガス原子22のそれと同じになる。
図7(a)に示すように、ゲルマニウム[結晶Ge]ではp軌道が伝導帯の下端と価電子帯の上端を構成し、s軌道は伝導帯のさらに上方にある。FT構造[FT−Ge]は、格子間サイトに閉殻構造を持つ異種原子を導入することによって、この2つのp軌道を上昇させてs軌道に近づける。さらには、レベル交差させてs軌道の伝導帯の上方にp軌道の価電子帯の上端が位置する。つまり、光学許容遷移であり、強い吸収を示すΓc−Γv遷移が低エネルギーにシフトすることで長波長帯における吸収係数が増大する。
さらに、通常の製造工程を用いて、電極形成や層間絶縁膜形成を実施することにより、図8(a)に示したような縦型通電の受光素子の光デバイスを作製することができる。または、その他の通常の製造工程を用いて、図8(b)に示したような横型通電の受光素子の光デバイスを作製することができる。
ゲルマニウムの格子変形を検知する間接的かつ簡便な方法としては、ラマン散乱などの光学的測定を用いることができる。この測定は、格子変形がない場合、ゲルマニウムはGe−Ge結合に由来する固有振動モードが波数300cm−1付近に生じる。格子が変形すると、固有振動モードの波数もそれに応じて変化する。振動モードの評価は、格子変形の有無を調べる有力な手段の1つである。ここで、格子が伸びると固有振動モードの波数が小さくなり、格子が縮むと固有振動モードの波数が大きくなる。
図1(a),(b)には、第1の実施形態に係る<引っ張り構造、{111}基板、ゲルマニウム突起構造>の光電変換層を備える縦型通電の受光素子の断面構成を示している。
シリコンナイトライド膜64は、小片例えば、小型の矩形形状を成している。歪ゲルマニウム層62上にパターニングにより例えば、マトリックス配列、又は市松模様の配置に形成される。又は、シリコンナイトライド膜64は、小片が小型の円形に形成され、ドットマトリックス状に配置してもよい。このように配置は、歪ゲルマニウム層62上でシリコンナイトライド膜64が所在する領域と、所在しない領域とが均一となるように配置すればよく、特に配置構成に制限があるものではない。また、面内圧縮応力の所望する分布がある場合には、その分布に従い適宜、シリコンナイトライド膜64を配置すればよい。
図15には、第5実施形態に係る<引っ張り構造>の光電変換層を備える縦型通電の受光素子の断面構成を示している。本実施形態では、前述した第2の実施形態とはシリコン基板及び光電変換層等が異なっており、これ以外の構成部位は同じであり、同じ参照符号を付してその説明は省略する。
第6実施形態として、前述した図8(b)に示したFT構造を有する、横型通電のFT−ゲルマニウムを光電変換層に用いた受光素子について説明する。
第7の実施形態の光デバイスとして、同一基板上に発光素子と、光デバイスと、これらを結ぶ導波路とが集積化された光素子アレイを例とする。この光素子アレイは、光信号を発信し、伝送し、受信することができる。
(1)ゲルマニウム原子を主成分とする四面体結合される半導体を光電変換層に用いる光デバイスであり、基板格子定数がゲルマニウムよりも小さく、基板面方位が{111}面であり、基板面と垂直な<111>軸方向に光電変換層の半導体格子を伸長させる特徴を有する。
Claims (1)
- ゲルマニウム原子を主成分とする四面体結合される半導体からなり、前記四面体結合される半導体の格子点サイトのゲルマニウム原子を置換する第1導電型のドーパントD又は第2導電型のドーパントAのいずれかと、前記ゲルマニウム原子を置換するドーパントに最近接の格子間サイトに挿入される異種原子Zとを含み、前記異種原子Zは前記ドーパントとの電荷補償により電子配置が閉殻構造を成す光電変換層を具備することを特徴とする光デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008208973A JP4875033B2 (ja) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | 光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008208973A JP4875033B2 (ja) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | 光デバイス |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006270003A Division JP4296193B2 (ja) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | 光デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008283219A true JP2008283219A (ja) | 2008-11-20 |
JP4875033B2 JP4875033B2 (ja) | 2012-02-15 |
Family
ID=40143713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008208973A Expired - Fee Related JP4875033B2 (ja) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | 光デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4875033B2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US9673250B2 (en) | 2013-06-29 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9741761B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-08-22 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9762830B2 (en) | 2013-02-15 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High dynamic range CMOS image sensor having anti-blooming properties and associated methods |
US9761739B2 (en) | 2010-06-18 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US9905599B2 (en) | 2012-03-22 | 2018-02-27 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
US10244188B2 (en) | 2011-07-13 | 2019-03-26 | Sionyx, Llc | Biometric imaging devices and associated methods |
US10361083B2 (en) | 2004-09-24 | 2019-07-23 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
US10374109B2 (en) | 2001-05-25 | 2019-08-06 | President And Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005530360A (ja) * | 2002-06-19 | 2005-10-06 | マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー | Ge光検出器 |
-
2008
- 2008-08-14 JP JP2008208973A patent/JP4875033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005530360A (ja) * | 2002-06-19 | 2005-10-06 | マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー | Ge光検出器 |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10374109B2 (en) | 2001-05-25 | 2019-08-06 | President And Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
US10361083B2 (en) | 2004-09-24 | 2019-07-23 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
US10741399B2 (en) | 2004-09-24 | 2020-08-11 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US10361232B2 (en) | 2009-09-17 | 2019-07-23 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9741761B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-08-22 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US10229951B2 (en) | 2010-04-21 | 2019-03-12 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US10505054B2 (en) | 2010-06-18 | 2019-12-10 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US9761739B2 (en) | 2010-06-18 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US9666636B2 (en) | 2011-06-09 | 2017-05-30 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US10269861B2 (en) | 2011-06-09 | 2019-04-23 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US10244188B2 (en) | 2011-07-13 | 2019-03-26 | Sionyx, Llc | Biometric imaging devices and associated methods |
US10224359B2 (en) | 2012-03-22 | 2019-03-05 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
US9905599B2 (en) | 2012-03-22 | 2018-02-27 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
US9762830B2 (en) | 2013-02-15 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High dynamic range CMOS image sensor having anti-blooming properties and associated methods |
US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
US10347682B2 (en) | 2013-06-29 | 2019-07-09 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US9673250B2 (en) | 2013-06-29 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US11069737B2 (en) | 2013-06-29 | 2021-07-20 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4875033B2 (ja) | 2012-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4296193B2 (ja) | 光デバイス | |
JP4875033B2 (ja) | 光デバイス | |
US7663202B2 (en) | Nanowire photodiodes and methods of making nanowire photodiodes | |
US7603016B1 (en) | Semiconductor photonic nano communication link apparatus | |
US8436333B2 (en) | Silicon light emitting diode, silicon optical transistor, silicon laser and its manufacturing method | |
CN102201483B (zh) | 硅纳米线光栅谐振增强型光电探测器及其制作方法 | |
EP2306523B1 (en) | Infrared detector, infrared detecting apparatus and method of manufacturing infrared detector | |
US20120199812A1 (en) | Strain tunable silicon and germanium nanowire optoelectronic devices | |
JPWO2010055750A1 (ja) | 発光素子並びに受光素子及びその製造方法 | |
US9041080B2 (en) | Semiconductor optical element | |
US20150053261A1 (en) | Solar cell | |
US20110081109A1 (en) | Nanoparticle array photonic waveguide | |
US20090245314A1 (en) | Light-emitting device and manufacturing method of the same | |
CN102782880A (zh) | 具有改进响应度的基于硅的肖特基势垒探测器 | |
CN104269472A (zh) | 一种具有介质-金属近场耦合结构的表面等离激元电致激发源及其制作方法 | |
WO2012057802A1 (en) | Nanoparticle waveguide apparatus, system and method | |
JP4153962B2 (ja) | 受光素子 | |
Chien et al. | Formation of Ge quantum dots array in layer-cake technique for advanced photovoltaics | |
US8421115B2 (en) | Semiconductor material, method of producing semiconductor material, light emitting device and light receiving device | |
JP2010034226A (ja) | 光半導体素子、光電変換素子及び光変調素子 | |
Camacho-Aguilera et al. | Electroluminescence of highly doped Ge pnn diodes for Si integrated lasers | |
CN114975645B (zh) | 一种稀土掺杂iii-v族半导体结构及其光电探测器结构 | |
JP5003699B2 (ja) | シリコン発光ダイオード、シリコン光トランジスタ、シリコンレーザー及びそれらの製造方法。 | |
Mohamad et al. | Characterization of III-V dilute nitride based multi-quantum well pin diodes for next generation opto-electrical conversion devices | |
Ishikawa | Ge Epitaxial Layers on Si for Group-IV Integrated Photonics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080814 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111101 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111124 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141202 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141202 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |