JP2010212469A - 光検出器およびそれを備えた光集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能な光検出器を提供する。
【解決手段】ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４が光導波路３０に近接してシリコン基板１上に積層される。光導波路３０は、クラッド２０に接してクラッド２０上に形成されている。ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の膜厚（０．６μｍ）がクラッド２０の厚み（１．４μｍ）よりも薄く、かつ、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の膜厚とｉ型ｃ−Ｇｅ層３の膜厚との合計（２．０μｍ）がクラッド２０の厚みと光導波路３０の厚みとの合計（１．７μｍ）よりも大きい。その結果、光導波路３０中を伝搬する光は、光検出器１０のｉ型ｃ−Ｇｅ層３へ入射され、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４へ入射されない。
【選択図】図２

Description

この発明は、光検出器およびそれを備えた光集積回路装置に関し、特に、導波路中を伝搬する光を基板の面内方向から検出する光検出器およびそれを備えた光集積回路装置に関するものである。

光配線ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）においては、自由空間からの光ではなく、導波路からの光をフォトディテクタに入射させて電気信号に変換する用途が多い。

最近のシリコンフォトニクスにおいては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて、シリコン（Ｓｉ）からなる導波路からの光をゲルマニウム（Ｇｅ）からなるフォトディテクタに入射させる方法が注目されている（非特許文献１）。

この場合、Ｇｅからなるフォトディテクタは、Ｓｉからなる導波路の直上に形成される。

Breck Hitz, Optics Express, Oct. 17, 2007, pp. 13965-13971. Yasuhiro Hara, Shin Yokoyama and Kazutaka Umeda, "Compact Branched Optical Waveguides Using High-Index-Contrast Stacked Structure", OPTICAL REVIEW Vol. 10, No. 5 (2003), 357-360.

しかし、従来のＧｅからなるフォトディテクタは、導波路を構成するＳｉの直上に形成されるため、ＳｉとＧｅとのＳｉ／Ｇｅ界面に多くの欠陥が発生する。そして、この多くの欠陥が原因となってフォトディテクタの暗電流が増加し、フォトディテクタの性能が低下するという問題がある。

また、暗電流を低下させるために、欠陥の多いＧｅ層の不純物（ドーパント）濃度を上げｐ^＋層またはｎ^＋層にして低抵抗にするという方法があるが、この構造では、フォトディテクタは、ｐ^＋層またはｎ^＋層を介して導波路からの光を吸収するため、ｐ^＋層またはｎ^＋層内の低電界領域を光生成された電子または正孔がゆっくり走行するため応答速度が低下するという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能な光検出器を提供することである。

また、この発明の別の目的は、暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能な光検出器を備えた光集積回路装置を提供することである。

この発明によれば、光検出器は、半導体基板と、光検出素子とを備える。光検出素子は、半導体基板の面内方向において半導体基板上の光導波路に近接して光導波路に略平行に配置され、光導波路の材料と異なる半導体材料からなる。そして、光検出素子は、第１から第３の半導体層を含む。第１の半導体層は、第１の導電型を有し、キャリア濃度を制御するためのドーパントの濃度が欠陥による暗電流の増加を防止可能な第１のしきい値以上である。第２の半導体層は、第１の半導体層に接して形成されるとともに、第１の導電型と異なる第２の導電型を有し、ドーパントの濃度が第２のしきい値以下である。第３の半導体層は、第２の半導体層に接して形成されるとともに、第１および第２の導電型と異なる第３の導電型を有し、ドーパントの濃度が第１のしきい値以上である。そして、第２のしきい値は、第１および第３の半導体層によって第２の半導体層に印加される電界が第２の半導体層の全体に略均一に分布するドーパントの濃度の最大値である。第１および第３の半導体層の各々は、光導波路からの光を直接は受けない。第２の半導体層は、光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する。

好ましくは、第１の半導体層は、半導体基板に接して形成される。光導波路は、半導体基板に接して形成されたクラッドに接してクラッド上に形成される。第１の半導体層の厚みは、クラッドの厚みよりも薄く、第１の半導体層の厚みと第２の半導体層の厚みとの合計は、クラッドの厚みと光導波路の厚みとの合計よりも大きい。

好ましくは、光導波路と光検出素子との光結合効率は、光導波路の長さ方向における光検出素子の長さを用いて決定された光結合効率からなる。

好ましくは、第１から第３の半導体層は、半導体基板上に形成された結晶相からなる。

第１の半導体層は、結晶欠陥を含む。

好ましくは、光検出素子は、第１および第２の電極をさらに含む。第１の電極は、第３の半導体層に接して形成される。第２の電極は、半導体基板の面内方向において第１の半導体層に接して形成される。

好ましくは、第１の導電型は、ｎ型であり、第２の導電型は、ｉ型（真性半導体）であり、第３の導電型は、ｐ型である。

好ましくは、第１から第３の半導体層の各々は、ゲルマニウムからなり、半導体基板は、シリコンからなる。

好ましくは、光検出器は、光導入部材をさらに備える。光導入部材は、光導波路および光検出素子に接して光導波路と光検出素子との間に配置され、光導波路を構成する材料の屈折率よりも小さく、かつ、第２の半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有する。

また、この発明によれば、光集積回路装置は、光伝送部材と、第１の光導波路と、複数の光送受信部とを備える。光伝送部材は、平板形状からなり、光を伝送する。第１の光導波路は、光源から出射された光を伝搬させる。複数の光送受信部は、光伝送部材を共用の光伝送路として用い、相互に信号を送受信する。そして、複数の光送受信部の各々は、第１の光共振部材と、光出射部材と、第２の光共振部材と、光入射部材と、第２の光導波路と、光検出器とを含む。第１の光共振部材は、リング形状からなるとともに光伝送部材に近接して光伝送部材に略平行に光伝送部材と第１の光導波路との間に配置され、電圧および磁場のいずれかが印加されると、第１の光導波路中を伝搬する光と共振する。光出射部材は、第１の光共振部材と同じ形状からなるとともに、光伝送部材と第１の光共振部材との間に第１の光共振部材に接して配置され、第１の光共振部材中を伝搬する共振光を光伝送部材へ導く。第２の光共振部材は、リング形状からなるとともに光伝送部材に近接して光伝送部材に略平行に配置され、電圧および磁場のいずれかが印加されると、光伝送部材中を伝搬する光と共振する。光入射部材は、光伝送部材と第２の光共振部材との間に第２の光共振部材に接して配置され、光伝送部材中を伝搬する光を第２の光共振部材へ導く。第２の光導波路は、光伝送部材と略平行に配置され、第２の光共振部材中を伝搬する共振光を受け、その受けた共振光を伝搬させる。光検出器は、第２の光導波路中を伝搬する共振光を検出する。そして、光検出器は、半導体基板と、光検出素子とを含む。光検出素子は、半導体基板の面内方向において第２の光導波路に近接して第２の光導波路に略平行に配置され、半導体基板の材料と異なる半導体材料からなる。そして、光検出素子は、キャリア濃度を制御するためのドーパントの濃度がしきい値よりも低い半導体層で第２の光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する。

さらに、この発明によれば、光集積回路装置は、光伝送部材と、半導体基板とを備える。光伝送部材は、平板形状からなり、光を伝送する。半導体基板は、光伝送部材に近接して光伝送部材に略平行に配置される。半導体基板は、ｉ（ｉは正の整数）個の第１の光導波路と、ｉ個の第１の光共振部材群と、ｉ個の第２の光共振部材群と、ｉ個の光導波路群と、ｉ個の光検出器群と、ｉ個の信号処理回路群とを含む。ｉ個の第１の光導波路は、光伝送部材側の一主面に形成され、光源からの光を伝搬させる。ｉ個の第１の光共振部材群は、ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられ、各々が１つの第１の光導波路に接して１つの第１の光導波路上に形成される。ｉ個の第２の光共振部材群は、ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられる。ｉ個の光導波路群は、ｉ個の第２の光共振部材群に対応して設けられ、各々が対応する第２の光共振部材群からの光を伝搬させる。ｉ個の光検出器群は、ｉ個の光導波路群に対応して設けられ、各々が対応する光導波路群からの光を検出する。ｉ個の信号処理回路群は、ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられる。ｉ個の第１の光共振部材群の各々は、ｊ（ｊは２以上の整数）個の第１の光共振部材と、ｊ個の光出射部材とを含む。ｊ個の第１の光共振部材は、各々がリング形状からなる。ｊ個の光出射部材は、ｊ個の第１の光共振部材に対応して設けられ、各々が第１の光共振部材と同じ形状からなるとともに光伝送部材と第１の光共振部材との間に第１の光共振部材に接して配置される。ｉ個の光導波路群の各々は、ｊ個の第２の光導波路を含む。ｉ個の光検出器群の各々は、ｊ個の光検出器を含む。ｉ個の第２の光共振部材群の各々は、ｊ個の第２の光共振部材と、ｊ個の光入射部材とを含む。ｊ個の第２の光共振部材は、各々がリング形状からなる。ｊ個の光入射部材は、ｊ個の第２の光共振部材に対応して設けられ、各々が光伝送部材と第２の光共振部材との間に第２の光共振部材に接して配置される。ｉ個の信号処理回路群の各々は、ｊ個の信号処理回路を含む。ｊ個の第１の光共振部材の各々は、電圧および磁場のいずれかが印加されると、第１の光導波路中を伝搬する光のうち、光共振する波長の光を光出射部材を介して光伝送部材へ導く。ｊ個の第２の光共振部材の各々は、電圧および磁場のいずれかが印加されると、光入射部材を介して光伝送部材から受けた光のうち、光共振する波長の光を第２の光導波路へ導く。ｊ個の信号処理回路の各々は、第１の光共振部材への電圧および磁場のいずれかの印加と不印加とによって信号を送信し、第２の光共振部材への電圧および磁場のいずれかの印加と不印加とによって光検出器が検出した検出信号を処理する。ｊ個の光検出器の各々は、半導体基板の面内方向において第２の光導波路に近接して第２の光導波路に略平行に配置され、半導体基板の材料と異なる半導体材料からなる光検出素子を含む。そして、光検出素子は、第１から第３の半導体層を含む。第１の半導体層は、第１の導電型を有し、キャリア濃度を制御するための不純物の濃度が欠陥による暗電流の増加を防止可能な第１のしきい値以上である。第２の半導体層は、第１の半導体層に接して形成されるとともに、第１の導電型と異なる第２の導電型を有し、ドーパントの濃度が第２のしきい値以下である。第３の半導体層は、第２の半導体層に接して形成されるとともに、第１および第２の導電型と異なる第３の導電型を有し、ドーパントの濃度が第１のしきい値以上である。そして、第２のしきい値は、第１および第３の半導体層によって第２の半導体層に印加される電界が第２の半導体層の全体に分布する不純物の濃度の最大値である。第１および第３の半導体層の各々は、光導波路からの光を受けない。第２の半導体層は、光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する。

この発明によれば、光検出器は、不純物（ドーパント）濃度が欠陥による暗電流の増加を防止可能な第１のしきい値以上であるドーパントを含む第１および第３の半導体層と、第１および第３の半導体層による電界が膜厚方向の全体に略均一に分布するドーパント濃度以下である第２の半導体層とを備え、光導波路からの光を第２の半導体層で受けて電気に変換する。その結果、光検出器においては、暗電流が低減され、光導波路からの光によって生成された電子および正孔は、第２の半導体層中の電界によって分離される。

したがって、この発明によれば、暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能である。

この発明の実施の形態による光検出器の平面図である。 図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における光検出器の断面図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第１の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第２の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第３の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第４の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第５の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の製造方法を説明するための第６の工程図である。 図１および図２に示す光検出器の動作を説明するための斜視図である。 この発明の実施の形態による他の光検出器の平面図である。 図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における光検出器の断面図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第１の工程図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第２の工程図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第３の工程図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第４の工程図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第５の工程図である。 図１０および図１１に示す光検出器の製造方法を説明するための第６の工程図である。 図１および図２に示す光検出器を備えた光集積回路装置の斜視図である。 図１８に示す半導体基板、光導波路および光送受信部の斜視図である。 図１９に示す光送受信部の構成を示す斜視図である。 図２０に示す２つの光共振部材の平面図である。 図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置の断面図である。 光共振部材の出力と波長との関係を示す図である。 共振波長を選択する概念図である。 図１８に示す光源の構成図である。 図１８に示す光源の他の構成図である。 図１８に示す光集積回路装置における信号のやり取りを説明するための図である。 図１８に示す光集積回路装置における信号の他のやり取りを説明するための図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による光検出器の平面図である。また、図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における光検出器の断面図である。

図１および図２を参照して、この発明の実施の形態による光検出器１０は、シリコン基板１と、ｎ^＋型結晶ゲルマニウム（ｃ−Ｇｅ）層２と、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３と、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４と、電極５，６とを備える。

電極５は、電極５１〜５４からなり、電極６は、電極６１〜６４からなる。

シリコン基板１は、たとえば、ｐ型ｃ−Ｓｉからなる。ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２は、シリコン基板１上に形成される。そして、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２は、１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３の濃度からなるリン（Ｐ）をｎ型不純物として含み、０．６μｍの膜厚を有する。

ｉ型ｃ−Ｇｅ層３は、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２に接してｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２上に形成される。そして、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３は、１．４μｍの膜厚を有する。

ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３に接してｉ型ｃ−Ｇｅ層３上に形成される。そして、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３の濃度からなるガリウム（Ｇａ）をｐ型不純物として含む。また、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、０．１μｍの膜厚を有する。

電極５（＝電極５１〜５４）は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、層間絶縁膜７に形成したコンタクトホールを通してｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４に接してｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４上に形成される。そして、電極５１〜５４は、所定の間隔および大きさで形成される。

電極６（＝電極６１〜６４）は、たとえば、Ａｌからなり、シリコン基板１の面内方向ＤＲ１においてｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３、およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４に隣接して配置され、層間絶縁膜７に形成したコンタクトホールを通してｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の一部に接してｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の一部上に形成される。

なお、電極５を複数の電極５１〜５４から構成し、電極６を複数の電極６１〜６４から構成するのは、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４とのコンタクト抵抗を低減させるためである。

クラッド２０は、たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなり、シリコン基板１に接して形成される。そして、クラッド２０は、０．４μｍの幅および１．４μｍの厚みを有する。

光導波路３０は、たとえば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなり、クラッド２０に接してクラッド２０上に形成される。そして、光導波路３０は、０．４μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。

層間絶縁膜７は、たとえば、ＳｉＯ_２膜からなる。そして、層間絶縁膜７は、金属配線を光導波路３０および光検出器１０の不要な部分と接触することなく配線するためにクラッド２０、光導波路３０、および光検出器１０の全体を覆う絶縁膜であり、シリコン基板１上に形成される。

シリコン基板１の面内方向ＤＲ１における光検出器１０と光導波路３０との間隔ＧＡＰは、０．１〜０．３μｍに設定される。また、光導波路３０の長さ方向ＤＲ２における光検出器１０の長さＬは、１〜１０μｍに設定される。

そして、この長さＬは、光検出器１０と光導波路３０との光結合長であり、光導波路３０中を伝搬する光が光検出器１０中へ放射される割合を決定する光結合効率を決定するために用いられる。

光結合効率は、間隔ＧＡＰおよび長さＬによって決定される。そして、光結合効率は、間隔ＧＡＰを一定にした場合、ある長さＬ_ＯＰＴに対してほぼ１００％になり、長さＬが長さＬ_ＯＰＴからずれるに従って１００％から０％まで低下する（非特許文献２）。

したがって、長さＬを変えることによって、光結合効率を任意の値に設定できる。

光検出器１０が光導波路３０から０．１〜０．３μｍの間隔ＧＡＰを隔てて配置され、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の膜厚（０．６μｍ）がクラッド２０の厚み（１．４μｍ）よりも薄く、かつ、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２の膜厚とｉ型ｃ−Ｇｅ層３の膜厚との合計（２．０μｍ）がクラッド２０の厚みと光導波路３０の厚みとの合計（１．７μｍ）よりも大きいため、光導波路３０中を伝搬する光は、光検出器１０のｉ型ｃ−Ｇｅ層３へ入射され、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４へ入射されない。

その結果、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３で生成された電子および正孔は、再結合することなく、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３中に存在する電界によってそれぞれｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４の方向へ移動する。

したがって、電極５，６間に生じる電圧を検出することによって光導波路３０中を伝搬する光を検出できる。

ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２は、Ｇｅの結晶成長によってシリコン基板１上に形成されるため、通常、結晶欠陥を含む。そして、この結晶欠陥によって発生する暗電流を低減するためにｎ型不純物であるＰを高濃度（＝１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３）にドーピングしている。

光検出器１０を光導波路３０の直上に形成した場合、光検出器１０は、光導波路３０中を伝搬する光をｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２を介して受けるので、ｎ^＋層内の低電界領域を光生成された電子または正孔がゆっくり走行するため、光検出器１０の応答速度が低下するが、上述したように、光導波路３０中を伝搬する光は、光検出器１０のｉ型ｃ−Ｇｅ層３にのみ入射するので、光検出器１０は、高速応答が可能である。

すなわち、光検出器１０は、光導波路３０中を伝搬する光がｉ型ｃ−Ｇｅ層３のみに入射する構造を有するため、暗電流を低減できるとともに、高速応答が可能である。

図３から図８は、それぞれ、図１および図２に示す光検出器１０の製造方法を説明するための第１〜第６の工程図である。

図３を参照して、光検出器１０の製造が開始されると、（１００）面を有するｐ型ｃ−Ｓｉからなるシリコン基板１が準備される。そして、ヘテロエピタキシャル成長法を用いて０．６μｍの膜厚を有するｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４１および１．５μｍの膜厚を有するｉ型ｃ−Ｇｅ膜４２をシリコン基板１上に順次積層する（工程（ａ）参照）。

この場合、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４１は、ゲルマン（ＧｅＨ_４）ガス（１０％のＧｅＨ_４と９０％のＨ_ｅとの混合ガス）、フォスフィン（ＰＨ_３）ガス（１％のＰＨ_３と９９％のＨ_２との混合ガス）および水素（Ｈ_２）ガス（１００％Ｈ_２）を原料ガスとして形成され、ＧｅＨ_４ガスの流量は、１００ｓｃｃｍであり、ＰＨ_３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ｈ_２ガスの流量は、２００ｓｃｃｍであり、反応圧力は、４８Ｐａである。成長したＧｅ結晶中の転移密度を低減させるため、基板温度は、最初の１０分間は３００℃であり、それ以降の基板温度は、５８０℃である。

また、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４２は、ＧｅＨ_４ガス（１０％のＧｅＨ_４と９０％のＨ_２との混合ガス）および水素（Ｈ_２）ガス（１００％Ｈ_２）を原料ガスとして形成され、ＧｅＨ_４ガスの流量は、１００ｓｃｃｍであり、Ｈ_２ガスの流量は、２００ｓｃｃｍであり、反応圧力は、４８Ｐａであり、基板温度は、５８０℃である。

工程（ａ）の後、イオン注入によってＧａがｉ型ｃ−Ｇｅ膜４２中へ注入される（工程（ｂ）参照）。この場合、Ｇａの注入深さは、０．１μｍである。これによって、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４１、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４４がシリコン基板１上に形成される（工程（ｃ）参照）。

その後、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン４５を形成する（工程（ｄ）参照）。

図４を参照して、工程（ｄ）の後、レジストパターン４５をマスクとしてｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４１、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４４をエッチングする。これによって、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４６、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４７およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４８がシリコン基板１上に形成される（工程（ｅ）参照）。

そして、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン４９を形成する（工程（ｆ）参照）。この場合、位置合わせ精度のため、積層されたｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４６、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４７およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４８よりも右側のレジストパターン４９と、積層されたｎ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４６、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜４７およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ膜４８との間には隙間が発生する。

その後、レジストパターン４９をマスクとして試料をエッチングする。これによって、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４がシリコン基板１上に形成される（工程（ｇ）参照）。

図５を参照して、工程（ｇ）の後、Ｓｉ酸化膜７１が大気圧ＣＶＤ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって試料の全面に形成される（工程（ｈ）参照）。この場合、Ｓｉ酸化膜７１は、窒素ガスによって希釈された５０％のシラン（ＳｉＨ_４）ガスと、希釈窒素ガスとを用い、４００℃の基板温度および大気圧の圧力で堆積された。そして、ＳｉＨ_４ガスの流量は、４００ｓｃｃｍであり、希釈窒素ガスの流量は、３２ｌ／ｍｉｎである。また、Ｓｉ酸化膜７１の成長速度は、３２ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｓｉ酸化膜７１の膜厚は、２．２μｍである。

工程（ｈ）の後、化学機械研磨（ＣＭＰ:Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）によってＳｉ酸化膜７１を研磨し、平坦なＳｉ酸化膜７２を形成する（工程（ｉ）参照）。この場合、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４とＳｉ酸化膜７２の表面との距離は、０．１μｍである。

その後、レジストをスピンコートによってＳｉ酸化膜７２の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン７３を形成する（工程（ｊ）参照）。

図６を参照して、工程（ｊ）の後、レジストパターン７３をマスクとしてＳｉ酸化膜７２をエッチングする。これによって、クラッド２０が形成される（工程（ｋ）参照）。この場合、シリコン基板１の面内方向において、クラッド２０と、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４との距離は、０．２μｍであり、クラッド２０の幅は、０．４μｍである。

そして、プラズマＣＶＤ法によってａ−Ｓｉ膜７５が試料の全面に形成される。この場合、ａ−Ｓｉ膜７５は、２０ｃｍの直径を有する平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて形成され、その形成条件は、ＲＦパワーが１００Ｗであり、ヘリウム（Ｈｅ）によって希釈された５０％のＳｉＨ_４ガスの流量が１００ｓｃｃｍであり、基板温度が３００℃であり、反応圧力が１３．３Ｐａである。また、ａ−Ｓｉ膜７５の成長速度は、１０ｎｍ／ｍｉｎである。

ａ−Ｓｉ膜７５の形成後、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン７６を形成する（工程（ｌ）参照）。

そして、レジストパターン７６をマスクとしてａ−Ｓｉ膜７５をエッチングし、ａ−Ｓｉ膜７７を形成する（工程（ｍ）参照）。

図７を参照して、工程（ｍ）の後、ａ−Ｓｉ膜７７をＣＭＰによって研磨し、平坦なａ−Ｓｉ膜７８を形成する（工程（ｎ）参照）。

その後、ａ−Ｓｉ膜７８を選択エッチングし、光導波路３０を形成する（工程（ｏ）参照）。

そして、Ｓｉ酸化膜７９をＳｉ酸化膜７１の形成条件と同じ形成条件によって試料の全面に形成する（工程（ｐ）参照）。

図８を参照して、工程（ｐ）の後、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン８０を形成する（工程（ｑ）参照）。

そして、レジストパターン８０をマスクとしてＳｉ酸化膜７９，７２をエッチングし、コンタクトホール８１，８２を形成する（工程（ｒ）参照）。

その後、コンタクトホール８１，８２中にＡｌを形成し、電極５，６を形成する。これによって光検出器１０が完成する（工程（ｓ）参照）。なお、Ｓｉ酸化膜７２およびＳｉ酸化膜７９は、層間絶縁膜７を構成する。

図９は、図１および図２に示す光検出器１０の動作を説明するための斜視図である。図９を参照して、光導波路３０に入射した入射光は、光導波路３０の長さ方向ＤＲ２へ光導波路３０中を伝搬する。

そして、光導波路３０中を伝搬する光は、光検出器１０が近接して配置された光導波路３０の領域に達すると、光検出器１０と光導波路３０との間の光結合効率に従って光導波路３０から光検出器１０のｉ型ｃ−Ｇｅ層３中へ入射する。

そうすると、光検出器１０は、光導波路３０から放射された光をｉ型ｃ−Ｇｅ層３によって吸収し、その吸収した光を電極５，６間に生じる電圧に変換する。これによって、光検出器１０は、光導波路３０から放射された光を検出する。

この発明の実施の形態においては、光検出器１０は、シリコン基板１の面内方向ＤＲ１において光導波路３０に近接して光導波路３０の横側に配置されており、光検出器１０と光導波路３０との間の光結合効率は、光検出器１０の長さＬによって決定される。

光検出器１０を光導波路３０の横側に配置すると、光検出器１０の製造工程が複雑になるが、光検出器１０の長さＬを自由に設定して光検出器１０と光導波路３０との間の光結合効率を自由に制御できるという利点がある。

つまり、光検出器１０を光導波路３０の横側に配置することによって、光検出器１０と光導波路３０との間の光結合効率の制御性を向上できる。

したがって、この発明においては、複雑な製造工程を用いて光検出器１０を光導波路３０の横側に配置することによって光検出器１０と光導波路３０との間の光結合効率の制御性を向上させることができる点に想到したことに、この発明の非容易性がある。

図１０は、この発明の実施の形態による他の光検出器の平面図である。また、図１１は、図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における光検出器の断面図である。

この発明の実施の形態による光検出器は、図１０および図１１に示す光検出器１０Ａであってもよい。図１０および図１１を参照して、光検出器１０Ａは、図１および図２に示す光検出器１０に光導入部材８およびｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９を追加したものであり、その他は、光検出器１０と同じである。

なお、光検出器１０Ａにおいては、光導波路３０は、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）からなる。

光導入部材８は、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４、クラッド２０および光導波路３０に接してｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３、およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４と、クラッド２０および光導波路３０との間に配置される。

そして、光導入部材８は、たとえば、シリコンナイトライド（Ｓｉ_３Ｎ_４）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる。すなわち、光導入部材８は、光導波路３０を構成するＳｉの屈折率よりも小さく、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料からなる。

光導入部材８を設けることによって、光導波路３０中を伝搬する光は、光導入部材８を設けない場合に比べ、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３中へ入射され易くなる。その結果、光検出器１０Ａは、光検出器１０よりも感度良く光導波路３０中を伝搬する光を検出できる。

ｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９は、シリコン基板１中に形成され、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２に接する。そして、ｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９は、１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３のキャリア濃度を有する。

図１２から図１７は、それぞれ、図１０および図１１に示す光検出器１０Ａの製造方法を説明するための第１から第６の工程図である。

図１２を参照して、光検出器１０Ａの製造が開始されると、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板９０が準備される。ＳＯＩ基板９０は、シリコン基板９１と、ＳｉＯ_２膜９２と、結晶シリコン層９３とからなる。そして、ＳｉＯ_２膜９２の膜厚は、１．４μｍである。また、結晶シリコン層９３の膜厚は、０．３μｍである（工程（ａ）参照）。

そして、レジストを結晶シリコン層９３の全面にスピンコートによって塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン８３を結晶シリコン層９３上に形成する（工程（ｂ）参照）。

この場合、レジストパターン８３は、図１２の紙面の横方向において０．４μｍの幅を有し、図１２の紙面において手前から奥の方向へ向かって光導波路３０と同じ長さを有する。

そして、レジストパターン８３をマスクとして結晶シリコン層９３およびＳｉＯ_２膜９２をエッチングし、その後、レジストパターン８３を除去する。これによって、クラッド２０および光導波路３０がシリコン基板１上に形成される（工程（ｃ）参照）。

その後、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン８４を形成する。そして、レジストパターン８４をマスクとしてＰをイオン注入によってシリコン基板１の一部に注入する。これによって、ｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９がシリコン基板１中に形成される（工程（ｄ）参照）。

図１３を参照して、工程（ｄ）の後、レジストパターン８４を除去し、Ｓｉ酸化膜７１（図５の工程（ｈ）参照）の形成条件と同じ形成条件を用いてＳｉ酸化膜８５を試料の全面に形成する（工程（ｅ）参照）。

そして、Ｓｉ酸化膜８５をＣＭＰによって研磨し、平坦なＳｉ酸化膜８６を形成する（工程（ｆ）参照）。

その後、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン８７を形成する（工程（ｇ）参照）。

図１４を参照して、工程（ｇ）の後、レジストパターン８７をマスクとしてＳｉ酸化膜８６をエッチングし、Ｓｉ酸化膜８８を形成する（工程（ｈ）参照）。この場合、シリコン基板１の面内方向において、左側のＳｉ酸化膜８８の開口部８９側の端面と、クラッド２０および光導波路３０の開口部８９側の端面との距離は、０．２μｍである。

そして、高真空（２Ｐａ）におけるＧｅのエピタキシーによって、ｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９上にｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４を順次選択成長させる（工程（ｉ）参照）。

２Ｐａ程度の高真空においてＧｅのエピタキシーを行なった場合、ｃ−Ｇｅは、ｎ^＋型ｃ−Ｓｉ層９上にのみ選択的に成長する。また、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２は、ＧｅＨ_４ガス（Ａｒ希釈１％）およびＰＨ_３ガス（Ａｒ希釈１％）を原料ガスとして形成され、ＧｅＨ_４ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、ＰＨ_３ガスの流量は、１ｓｃｃｍであり、反応圧力は、２Ｐａであり、基板温度は、最初の１０分間は３５０℃であり、その後の基板温度は６００℃である。

さらに、ｉ型ｃ−Ｇｅ膜３は、ＧｅＨ_４ガスを原料ガスとして形成され、ＧｅＨ_４ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、反応圧力は、２Ｐａであり、基板温度は、６００℃である。

さらに、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、ＧｅＨ_４ガスおよびトリメチルガリウムガスを原料ガスとして形成され、ＧｅＨ_４ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、トリメチルガリウムガスの流量は、１ｓｃｃｍであり、反応圧力は、２Ｐａであり、基板温度は、６００℃である。

そして、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、（１１１）のファセット面を有して成長する。

工程（ｉ）の後、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜９４を試料の全面に塗布する（工程（ｊ）参照）。

図１５を参照して、工程（ｊ）の後、ＳＯＧ膜９４をウェットエッチングし、ＳｉＯ_２膜９５，９６を形成する（工程（ｋ）参照）。この場合、ウェットエッチングは、希釈フッ酸（フッ酸２０％、純水８０％）溶液中で５分間のエッチングを行なうことによって実行される。

その後、ＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２Ｏガスを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉ_３Ｎ_４膜９７を試料の全面に形成する（工程（ｌ）参照）。この場合、ＳｉＨ_４ガスの流量は、２０ｓｃｃｍであり、Ｎ_２Ｏガスの流量は、２００ｓｃｃｍであり、ＲＦパワーは、１００Ｗであり、基板温度は、３００℃である。

そして、水素と窒素とによって希釈されたＣＦ_４ガス（２１ｓｃｃｍのＣＦ_４、８ｓｃｃｍのＮ_２および１２ｓｃｃｍのＨ_２）を用いたプラズマによってＳｉ_３Ｎ_４膜９７をドライエッチングし、光導入部材８およびＳｉ_３Ｎ_４膜９８を形成する（工程（ｍ）参照）。この場合、ＲＦパワーは、１５０Ｗであり、圧力は、１．３３Ｐａであり、基板温度は、２３℃である。

このドライエッチングにおいては、Ｓｉ_３Ｎ_４のエッチング速度は、ＳｉＯ_２のエッチング速度よりも１０倍程度速いので、Ｓｉ_３Ｎ_４膜９７が主にエッチングされ、光導入部材８およびＳｉ_３Ｎ_４膜９８が形成される。

図１６を参照して、工程（ｍ）の後、Ｓｉ酸化膜７１（図５の工程（ｈ）参照）の形成条件と同じ形成条件を用いてＳｉ酸化膜６６を試料の全面に形成する（工程（ｎ）参照）。

そして、レジストをスピンコートによって試料の全面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン６７を形成する（工程（ｏ）参照）。

その後、レジストパターン６７をマスクとしてＳｉ酸化膜６６およびＳｉ酸化膜８８をエッチングし、スルーホール６８，６９を形成する（工程（ｐ）参照）。

そして、スルーホール６８，６９中にＡｌを形成し、電極５，６を形成する。これによって光検出器１０Ａが完成する（工程（ｑ）参照）。なお、Ｓｉ酸化膜６６およびＳｉ酸化膜８８は、層間絶縁膜７を構成する。

なお、上記においては、光検出器１０，１０Ａは、ｃ−Ｇｅを用いて作製されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、光検出器１０，１０Ａは、光導波路３０中を伝搬する光の波長に応じて、アモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）を用いて作製されていてもよく、ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，Ｓｂ_２Ｔｅ_３，Ｂｉ_２Ｓｅ_３，Ｂｉ_２Ｔｅ_３のいずれかの結晶またはアモルファス材料を用いて作製されていてもよい。

また、上記においては、光導波路３０は、Ｓｉからなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、光導波路３０は、ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ， ＰｂＴｅ，Ｓｂ_２Ｔｅ_３，Ｂｉ_２Ｓｅ_３，Ｂｉ_２Ｔｅ_３，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＩｎＮ，ＺｎＯ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＴｅ，ＧａＳ，ＧａＳｅ，ＧａＴｅ，ＩｎＳｅ，ＳｎＯ_２のいずれかの結晶またはアモルファス材料からなっていてもよい。ただし、光導波路のバンドギャップは、用いる光のエネルギーよりも大きく、ディテクタ材料のバンドギャップは、用いる光のエネルギーよりも小さいものを用いる必要がある。

さらに、光検出器１０，１０Ａにおいては、光検出器１０，１０Ａおよび光導波路３０以外の部分は、空気であってもよいし、光導波路３０を構成するＳｉおよび光検出器１０，１０Ａを構成するＧｅの屈折率よりも小さい屈折率を有する材料によって覆われていてもよい。

たとえば、光検出器１０，１０Ａおよび光導波路３０以外の部分は、ＳｉＯ_２（屈折率＝１．４５）またはＳｉ_３Ｎ_４（屈折率＝２．０）によって覆われていてもよい。

さらに、上記においては、光検出器１０，１０Ａは、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、光検出器１０，１０Ａは、１０^１６ｃｍ^−３以下の濃度のｐ型不純物またはｎ型不純物を含むｐ型ｃ−Ｇｅ層またはｎ型ｃ−Ｇｅ層を備えていてもよい。

ｐ型不純物またはｎ型不純物が１０^１６ｃｍ^−３以下であれば、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４による電界が１０^１６ｃｍ^−３以下の濃度のｐ型不純物またはｎ型不純物を含むｐ型ｃ−Ｇｅ層またはｎ型ｃ−Ｇｅ層の全体に分布するので、光吸収によって、このｐ型ｃ−Ｇｅ層またはｎ型ｃ−Ｇｅ層において生成された電子および正孔は、電界によってそれぞれｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４へ移動し、高速応答が可能であるからである。

そして、この発明の実施の形態においては、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２のｎ型不純物の濃度である１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３の１０^１９ｃｍ^−３は、欠陥による暗電流の増加を防止可能な「第１のしきい値」を構成し、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４のｐ型不純物の濃度である１０^１９ｃｍ^−３〜１０^２０ｃｍ^−３の１０^１９ｃｍ^−３は、欠陥による暗電流の増加を防止可能な「第１のしきい値」を構成する。また、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３の代わりに用いられるｐ型ｃ−Ｇｅ層またはｎ型ｃ−Ｇｅ層の不純物濃度の基準値である１０^１６ｃｍ^−３は、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２およびｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４によってｐ型ｃ−Ｇｅ層（不純物濃度≦１０^１６ｃｍ^−３）またはｎ型ｃ−Ｇｅ層（不純物濃度≦１０^１６ｃｍ^−３）に印加される電界がｐ型ｃ−Ｇｅ層（不純物濃度≦１０^１６ｃｍ^−３）またはｎ型ｃ−Ｇｅ層（不純物濃度≦１０^１６ｃｍ^−３）の全体に分布する不純物の濃度の最大値である「第２のしきい値」を構成する。

さらに、光検出器１０，１０Ａにおいては、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４がシリコン基板１に接し、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２がｉ型ｃ−Ｇｅ層３上に形成されていてもよい。

さらに、光検出器１０，１０Ａにおいては、電極６は、シリコン基板１の裏面に形成されていてもよい。この場合、シリコン基板１は、ｐ^＋型ｃ−Ｓｉからなる。

図１８は、図１および図２に示す光検出器１０を備えた光集積回路装置の斜視図である。図１８を参照して、光集積回路装置１００は、光伝送部材１１０と、半導体基板１２０と、光源１３０と、光導波路１０１〜１０ｉ（ｉは正の整数）と、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊ（ｊは２以上の整数）とを備える。なお、光集積回路装置１００は、１ｃｍ角〜２ｃｍ角のサイズを有する。

光伝送部材１１０は、平板形状を有し、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、レジストおよびプラスチック等の空気よりも大きい屈折率を有する透明材料からなる。

半導体基板１２０は、たとえば、ｐ型ｃ−Ｓｉからなり、光伝送部材１１０の１つの平面に近接して配置される。

光源１３０は、半導体基板１２０の１つの端面に配置される。

光導波路１０１〜１０ｉの各々は、光伝送部材１１０と同じ材料からなり、方向ＤＲ４において、半導体基板１２０の長さと同じ長さを有し、０．３mｍから５mｍの幅を有する。そして、光導波路１０１〜１０ｉは、方向ＤＲ３において、半導体基板１２０の一主面上に所定の間隔で配置される。

光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、半導体基板１２０上に２次元的に配置される。

より具体的には、光送受信部１１１〜１１ｊは、光導波路１０１に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。また、光送受信部１２１〜１２ｊは、光導波路１０２に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。以下、同様にして光送受信部１ｉ１〜１ｉｊは、光導波路１０ｉに対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。

光伝送部材１１０は、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊから入射された光を伝送する。

光導波路１０１〜１０ｉは、光源１３０から出射された光を方向ＤＲ４へ伝搬させる。

光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、後述する方法によって、光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬する光の一部を光伝送部材１１０中へ導くとともに、光伝送部材１１０中を伝送する光を検出する。

光源１３０は、それぞれ、波長λ１，λ２，・・・，λｍ（ｍは正の整数）の離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍまたは所定の波長範囲を有する連続光Ｌｇｃを発生し、その発生した光Ｌｇ１〜ＬｇｍまたはＬｇｃを光導波路１０１〜１０ｉ中へ出射する。

図１９は、図１８に示す半導体基板１２０、光導波路１０１〜１０ｉおよび光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの斜視図である。

図１９を参照して、光送受信部１１１は、光共振部材１４０，１５０，１６０と、光導波路１７０と、光検出器１８０と、信号処理回路２１０とを含む。

光共振部材１４０，１５０，１６０の各々は、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ_３およびＳｉ等の電気光学材料からなり、リング形状を有する。そして、光共振部材１４０，１５０，１６０の各々は、１０μｍの直径および０．４μｍの幅を有する。

光共振部材１４０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１上に配置される。光共振部材１５０，１６０は、光共振部材１４０から離れた位置に配置される。

光導波路１７０は、Ｓｉからなり、光共振部材１５０に近接して光共振部材１５０の横側に配置される。

光検出器１８０は、図１および図２に示す光検出器１０からなり、半導体基板１２０の面内方向において光導波路１７０に近接して配置される。

なお、図１９においては、図示されていないが、光共振部材１６０の横側にも、光導波路および光検出器が配置されている。

信号処理回路２１０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１と光検出器１８０との間に配置される。

なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、光送受信部１１１と同じ構成からなる。

図２０は、図１９に示す光送受信部１１１の構成を示す斜視図である。図２０を参照して、光送受信部１１１は、光共振部材１４０，１５０，１６０、光導波路１７０、光検出器１８０および信号処理回路２１０に加えて、光導波路１９０および光検出器２００をさらに含む。

光導波路１９０は、Ｓｉからなり、半導体基板１２０の面内方向において、光共振部材１６０に近接して光共振部材１６０の横側に配置される。

光検出器２００は、図１および図２に示す光検出器１０からなり、半導体基板１２０の面内方向において光導波路１９０に近接して配置される。

光共振部材１４０は、光出射窓１４１を有する。光出射窓１４１は、リング形状からなり、光共振部材１４０と同じ直径および幅を有する。そして、光出射窓１４１は、光共振部材１４０に接して光共振部材１４０上に配置される。

光共振部材１５０は、光入射窓１５１を有し、光共振部材１６０は、光入射窓１６１を有する。光入射窓１５１，１６１は、略四角形からなり、それぞれ、光共振部材１５０，１６０に接して光共振部材１５０，１６０上に配置される。

なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、図２０に示す光送受信部１１１と同じ構成からなる。

図２１は、図２０に示す２つの光共振部材１５０，１６０の平面図である。図２１を参照して、光共振部材１５０，１６０は、光入射窓１５１と光入射窓１６１との配置位置が相互に９０度ずれるように配置される。

その結果、光１は、光入射窓１６１によって光共振部材１６０中へ入射し、光共振部材１６０中を矢印ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。また、光２は、光入射窓１５１によって光共振部材１５０中へ入射し、光共振部材１５０中を矢印ＡＲＷ１の方向に伝搬する。さらに、光３は、光入射窓１５１，１６１によってそれぞれ光共振部材１５０，１６０中へ入射し、光共振部材１５０，１６０中をそれぞれ矢印ＡＲＷ１，ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。

このように、光共振部材１５０に設けられた光入射窓１５１と、光共振部材１６０に設けられた光入射窓１６１とを相互に９０度ずらせて配置することによって、光伝送部材１１０中をあらゆる方向へ伝搬する光を光共振部材１５０および／または光共振部材１６０中へ入射させることができる。

図２２は、図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置１００の断面図である。図２２を参照して、光伝送部材１１０は、光吸収部材１１０１を周囲に有する。光吸収部材１１０１は、光伝送部材１１０中を周囲へ伝搬して来た光を吸収する。これによって、光伝送部材１１０の周囲による光の反射が防止される。その結果、光伝送部材１１０中における光の干渉を防止して光通信を正確に行なうことができる。

光導波路１０１〜１０ｉは、半導体基板１２０の一主面に形成される。この場合、光導波路１０１〜１０ｉの各々は、シリコン酸化膜１１１０によって囲まれており、１つの面が半導体基板１２０の一主面に略一致するように半導体基板１２０中に埋め込まれて半導体基板１２０の一主面に形成される。そして、シリコン酸化膜１１１０の膜厚は、１．５μｍである。

このように、光導波路１０１〜１０ｉの周囲をシリコン酸化膜１１１０によって囲むことにより、光損失を低減して光を光導波路１０１〜１０ｉ中で伝搬させることができる。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光結合窓１４２をさらに含む。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光結合窓１４２は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉ上に光導波路１０１〜１０ｉに接して形成される。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光共振部材１４０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光結合窓１４２に接して光出射窓１４１と光結合窓１４２との間に形成される。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光共振部材１４０に接して、光伝送部材１１０と光共振部材１４０との間に形成される。そして、光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光共振部材１４０，１５０，１６０の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光共振部材１５０に接して、光伝送部材１１０と光共振部材１５０との間に形成される。そして、光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光共振部材１４０，１５０，１６０の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光共振部材１５０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１に接して形成される。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光導波路１７０は、半導体基板１２０の面内方向において光共振部材１５０に近接して配置される。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光検出器１８０は、半導体基板１２０の面内方向において光導波路１７０に近接して配置される。

そして、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊにおいて、光共振部材１５０、光導波路１７０および光検出器１８０は、半導体基板１２０上に形成されたＳｉＯ_２によって覆われている。

なお、光共振部材１６０、光入射窓１６１、光導波路１９０および光検出器２００は、図２２に示す光共振部材１５０、光入射窓１５１、光導波路１７０および光検出器１８０と同じように配置される。

各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる信号処理回路２１０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉと、光検出器１８０との間において、半導体基板１２０の一主面に形成される。

そして、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光入射窓１５１，１６１と、光伝送部材１１０との間隔が０．２μｍになるように、半導体基板１２０は、光伝送部材１１０に近接して配置される。

光共振部材１４０，１５０，１６０の直径をｒとし、光共振部材１４０，１５０，１６０の屈折率をｎとし、共振波長をλ_Ｏとすると、次式が成立する。

２πｒ＝ｓλ_Ｏ／ｎ（ｓは正の整数）・・・（１）
光共振部材１４０，１５０，１６０に電圧を印加すると、光共振部材１４０，１５０，１６０の屈折率が変化するので、式（１）を満たす屈折率を有するように光共振部材１４０，１５０，１６０に電圧を印加すると、波長λ_Ｏを有する光が共振光として光共振部材１４０，１５０，１６０中を伝搬するとともに、一部が光伝送部材１１０中へ出射され、または光導波路１７０，１９０へ出射される。

より具体的には、式（１）を満たす屈折率を有するように光共振部材１４０に電圧を印加すると、波長λ_Ｏを有する光が光結合窓１４２を介して共振光として光共振部材１４０中を伝搬するとともに、一部が光出射窓１４１を介して光伝送部材１１０中へ出射される。また、式（１）を満たす屈折率を有するように光共振部材１５０，１６０に電圧を印加すると、波長λ_Ｏを有する光が光入射窓１５１，１６１を介して光共振部材１５０，１６０中を伝搬するとともに、一部が光導波路１７０，１９０へ出射される。

光導波路１０１〜１０ｉは、波長λ１〜λｍの離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、またはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光を伝搬させるので、波長λ１〜λｍのうちの１つの波長λｋ（ｋ＝１〜ｍ）が共振波長λ_Ｏになるように光伝送部材１４０，１５０，１６０に印加する電圧Ｖｋを決定する。

図２３は、光共振部材１４０，１５０，１６０の出力と波長との関係を示す図である。また、図２４は、共振波長を選択する概念図である。図２３を参照して、光共振部材１４０，１５０，１６０は、電圧が印加されていない場合（Ｖ＝０）、波長λ０をピーク波長とする光を出力する。

一方、光共振部材１４０，１５０，１６０は、電圧Ｖｋが印加されると、波長λｋの光と共振し、波長λｋをピーク波長とする光を出力する。

したがって、光共振部材１４０は、電圧が印加されていない場合、光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬する波長λ１〜λｍの離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍ、またはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光と共振しない。その結果、光共振部材１４０は、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

一方、光共振部材１４０は、電圧Ｖｋが印加されると、光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬する波長λ１〜λｍの離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍまたはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光のうち、波長λｋを有する光Ｌｇｋと共振し、光Ｌｇｋを光伝送部材１１０中へ出射する。

また、光共振部材１５０，１６０は、電圧が印加されていない場合、光伝送部材１１０中を伝送される光Ｌｇｋと共振しない。その結果、光共振部材１５０，１６０は、それぞれ、光導波路１７０，１９０へ光を出射しない。

一方、光共振部材１５０，１６０は、電圧Ｖｋが印加されると、光伝送部材１１０中を伝送される光Ｌｇｋと共振し、光Ｌｇｋをそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射する。

このように、光共振部材１４０は、電圧Ｖｋが印加されると、光導波路１０１〜１０ｉを伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍの一部の光Ｌｇｋまたはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光のうち波長λｋを有する光を光伝送部材１１０中へ出射し、電圧が印加されていないとき、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

また、光共振部材１５０，１６０は、電圧Ｖｋが印加されると、光伝送部材１１０を伝搬する光Ｌｇｋをそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射し、電圧が印加されていないとき、光導波路１７０，１９０へ光を出射しない。

光検出器１８０は、光共振部材１５０から光導波路１７０へ出射された光の強度を検出し、その検出した強度を信号処理回路２１０へ出力する。

光検出器２００は、光共振部材１６０から光導波路１９０へ出射された光の強度を検出し、その検出した強度を信号処理回路２１０へ出力する。

信号処理回路２１０は、他の光送受信部へ信号を送信する場合、電圧Ｖｋの光共振部材１４０への印加と電圧Ｖｋの光共振部材１４０への不印加とを繰り返し行う。より具体的には、信号処理回路２１０は、デジタル信号の“１”に応じて電圧Ｖｋを光共振部材１４０に印加し、デジタル信号の“０”に応じて電圧Ｖｋの光共振部材１４０への印加を停止する。

また、信号処理回路２１０は、他の光送受信部からの信号を受信する場合、電圧Ｖｋを光共振部材１５０，１６０に印加する。

さらに、信号処理回路２１０は、光検出器１８０，２００から受けた光強度に基づいて、信号を復調および処理する。より具体的には、信号処理回路２１０は、光検出器１８０，２００から受けた２つの光強度の和を演算し、その演算した和に基づいて、信号を復調および処理する。

図２５は、図１８に示す光源１３０の構成図である。図２５を参照して、光源１３０は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍと、導波路３００とを含む。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍに接続されるとともに、光導波路１０１〜１０ｉに接続される。

レーザＬＳ１〜ＬＳｍは、それぞれ、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発振し、その発振した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを導波路３００へ出射する。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍから受けた光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、光導波路１０１〜１０ｉへ導く。

このように、光源１３０は、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発生するとともに、その発生した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを光導波路１０１〜１０ｉへ導く。

図２６は、図１８に示す光源１３０の他の構成図である。図２６を参照して、光源１３０は、発光素子ＬＳと、導波路３１０と、フィルタ３２０とを含む。導波路３１０は、導波路１０１〜１０ｉおよびフィルタ３２０に接続される。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳおよび導波路３１０に接続される。

発光素子ＬＳは、たとえば、紫外線励起蛍光発光素子からなり、連続波長の光を出射する。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳから出射された連続波長の光のうち、所定の波長範囲の光だけを導波路３１０へ通過させる。導波路３１０は、フィルタ３２０から受けた連続波長の光を導波路１０１〜１０ｉに導く。

この発明の実施の形態においては、光源１３０は、図２５に示す構成および図２６に示す構成のいずれかからなっていればよい。

光集積回路装置１００は、光導波路１０１〜１０ｉ，１７０，１９０、光共振部材１４０，１５０，１６０、光検出器１８０，２００および信号処理回路２１０を半導体プロセスを用いて半導体基板１２０の一主面に作製し、光導波路１０１〜１０ｉ，１７０，１９０、光共振部材１４０，１５０，１６０、光検出器１８０，２００および信号処理回路２１０を一主面に含む半導体基板１２０を光共振部材１４０，１５０，１６０が接するように光伝送部材１１０と接触させることによって製造される。

図２７は、図１８に示す光集積回路装置１００における信号のやり取りを説明するための図である。なお、光集積回路装置１００における信号のやり取りにおいては、信号を送信する光送受信部の信号処理回路２１０は、一定期間、電圧Ｖｋを光共振部材１５０，１６０に印加し、光検出器１８０，２００が光伝送部材１１０中を伝搬する光を検出しない場合に信号を送信し、信号を送信する光送受信部以外の光送受信部は、定期的に、電圧Ｖｋを光共振部材１５０，１６０に印加し、他の光送受信部から送信された光を受信する。

図２７を参照して、光源１３０のレーザＬＳ１〜ＬＳｍは、それぞれ、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発振し、その発振した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを導波路３００へ出射する。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍからの光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、光導波路１０１〜１０ｉに導く。そして、光導波路１０１〜１０ｉは、光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させる。

光送受信部１１１が信号を送信する場合、光送受信部１１１の信号処理回路２１０は、送信信号の“１”に応じて、電圧Ｖｋを光共振部材１４０に印加し、送信信号の“０”に応じて、光共振部材１４０に電圧を印加しない。

光送受信部１１１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧Ｖｋが印加されると、光導波路１０１中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのうち、波長λｋを有する光Ｌｇｋと共振し、光Ｌｇｋを光伝送部材１１０中へ出射する。また、光送受信部１１１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧が印加されないとき、光導波路１０１中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのいずれとも共振せず、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

その結果、送信信号のデジタル値“１”に対応する波長λｋの光Ｌｇｋが光伝送部材１１０の全域へ伝搬する。より具体的には、デジタル値“１”が連続していれば、その連続しているデジタル値“１”の長さに相当する期間、光Ｌｇｋが光伝送部材１１０中を伝送し、デジタル値“１”とデジタル値“０”とが交互に配列されていれば、途切れ途切れの光Ｌｇｋが光伝送部材１１０中を伝送する。

そして、たとえば、光送受信部１２ｊの信号処理回路２１０は、電圧Ｖｋを光共振部材１５０，１６０に印加する。そうすると、光送受信部１２ｊの光共振部材１５０，１６０は、光伝送部材１１０中を伝搬する光Ｌｇｋと共振し、光Ｌｇｋをそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射する。

光送受信部１２ｊの光検出器１８０は、光共振部材１５０から光導波路１７０へ出射された光Ｌｇｋ１を受け、その受けた光Ｌｇｋ１を電圧Ｖｏｕｔ１に変換する。そして、光送受信部１２ｊの光検出器１８０は、電圧Ｖｏｕｔ１を信号処理回路２１０へ出力する。また、光送受信部１２ｊの光検出器２００は、光共振部材１６０から光導波路１９０へ出射された光Ｌｇｋ２を受け、その受けた光Ｌｇｋ２を電圧Ｖｏｕｔ２に変換する。そして、光送受信部１２ｊの光検出器２００は、電圧Ｖｏｕｔ２を信号処理回路２１０へ出力する。

この場合、光送受信部１２ｊの光検出器１８０，２００は、それぞれ、光Ｌｇｋ１，Ｌｇｋ２を受ければ、光Ｌｇｋ１，Ｌｇｋ２を受けた期間に相当する時間だけ、Ｖ_Ｌｇ（＞０Ｖ）からなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を信号処理回路２１０へ出力し、光Ｌｇｋ１，Ｌｇｋ２を光導波路１７０，１９０から受けなければ、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を信号処理回路２１０へ出力する。

そして、光送受信部１２ｊの信号処理回路２１０は、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を光検出器１８０，２００から受ければ、その受けた電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の和Ｖｏｕｔを演算し、その演算した和Ｖｏｕｔをデジタル値“１”に変換する。また、光送受信部１２ｊの信号処理回路２１０は、和Ｖｏｕｔが０Ｖからなるとき、和Ｖｏｕｔをデジタル値“０”に変換する。その後、光送受信部１２ｊの信号処理回路２１０は、その変換したデジタル値を復調および処理して光送受信部１１１からの信号を受信する。

他の光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ−１，・・・，１ｉ１〜１ｉｊ間における信号のやり取りも、上述した方法によって行われる。

したがって、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光伝送部材１１０を共用の光伝送路として用いて信号を相互にやり取りする。

図２８は、図１８に示す光集積回路装置１００における信号の他のやり取りを説明するための図である。

なお、図２８においては、光導波路１０１〜１０ｉの個数が光Ｌｇ１〜Ｌｇｍの個数以下である場合について説明する。

また、以下においては、信号を送信しない光送受信部の信号処理回路２１０は、一定期間、それぞれ、電圧Ｖ１〜Ｖｉを光共振部材１５０，１６０に順次印加し、信号を受信するものとする。

図２８を参照して、光導波路１０１に対応して設けられた光送受信部１１１〜１１ｊは、電圧Ｖ１を光共振部材１４０，１５０，１６０に印加して信号を送受信する。また、光導波路１０２に対応して設けられた光送受信部１２１〜１２ｊは、電圧Ｖ２を光共振部材１４０，１５０，１６０に印加して信号を送受信する。以下、同様にして、光導波路１０ｉに対応して設けられた光送受信部１ｉ１〜１ｉｊは、電圧Ｖｉを光共振部材１４０，１５０，１６０に印加して信号を送受信する。

光源１３０から出射された光Ｌｇ１〜Ｌｇｍが光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬している状態において、光送受信部１１１の信号処理回路２１０は、電圧Ｖ１を光共振部材１５０，１６０に印加して光検出器１８０，２００が光Ｌｇ１を検出していないとき、送信信号の“１”に応じて、電圧Ｖ１を光共振部材１４０に印加し、送信信号の“０”に応じて、光共振部材１４０に電圧を印加しない。

光送受信部１１１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧Ｖ１が印加されると、光導波路１０１中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのうち、波長λ１を有する光Ｌｇ１と共振し、光Ｌｇ１を光伝送部材１１０中へ出射する。また、光送受信部１１１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧が印加されないとき、光導波路１０１中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのいずれとも共振せず、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

このようにして、光送受信部１１１は、波長λ１を有する光Ｌｇ１を用いて信号を送信する。

また、光送受信部１２ｊの信号処理回路２１０は、電圧Ｖ２を光共振部材１５０，１６０に印加して光検出器１８０，２００が光Ｌｇ２を検出していないとき、送信信号の“１”に応じて、電圧Ｖ２を光共振部材１４０に印加し、送信信号の“０”に応じて、光共振部材１４０に電圧を印加しない。

光送受信部１２ｊの光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧Ｖ２が印加されると、光導波路１０２中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのうち、波長λ２を有する光Ｌｇ２と共振し、光Ｌｇ２を光伝送部材１１０中へ出射する。また、光送受信部１２ｊの光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧が印加されないとき、光導波路１０２中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのいずれとも共振せず、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

このようにして、光送受信部１２ｊは、波長λ２を有する光Ｌｇ２を用いて信号を送信する。

さらに、光送受信部１ｉ１の信号処理回路２１０は、電圧Ｖｉを光共振部材１５０，１６０に印加して光検出器１８０，２００が光Ｌｇｉを検出していないとき、送信信号の“１”に応じて、電圧Ｖｉを光共振部材１４０に印加し、送信信号の“０”に応じて、光共振部材１４０に電圧を印加しない。

光送受信部１ｉ１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧Ｖｉが印加されると、光導波路１０ｉ中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのうち、波長λｉを有する光Ｌｇｉと共振し、光Ｌｇｉを光伝送部材１１０中へ出射する。また、光送受信部１ｉ１の光共振部材１４０は、信号処理回路２１０から電圧が印加されないとき、光導波路１０ｉ中を伝搬する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍのいずれとも共振せず、光伝送部材１１０中へ光を出射しない。

このようにして、光送受信部１ｉ１は、波長λｉを有する光Ｌｇｉを用いて信号を送信する。

光送受信部１１１，１２ｊ，１ｉ１からそれぞれ出射された光Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇｉは、光伝送部材１１０中を全方向へ伝搬する。この場合、光Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇｉは、相互に波長が異なるので、干渉しない。

そして、たとえば、光送受信部１ｉ４の信号処理回路２１０は、一定期間、電圧Ｖ１を光共振部材１５０，１６０に印加すると、光送受信部１ｉ４の光共振部材１５０，１６０は、光伝送部材１１０中を伝搬する光Ｌｇ１と共振し、光Ｌｇ１をそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射する。そして、光送受信部１ｉ４の光検出器１８０，２００は、それぞれ光導波路１７０，１９０を介して光Ｌｇ１を受けると、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力し、光Ｌｇ１を受けないとき、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力する。

光送受信部１ｉ４の信号処理回路２１０は、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ光検出器１８０，２００から受けると、その受けた電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の和Ｖｏｕｔを演算し、その演算した和Ｖｏｕｔをデジタル値“１”に変換し、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ光検出器１８０，２００から受けると、和Ｖｏｕｔをデジタル値“０”に変換する。そして、光送受信部１ｉ４の信号処理回路２１０は、その変換したデジタル値を復調および処理して信号を受信する。

また、光送受信部１１５の信号処理回路２１０は、一定期間、電圧Ｖ２を光共振部材１５０，１６０に印加すると、光送受信部１１５の光共振部材１５０，１６０は、光伝送部材１１０中を伝搬する光Ｌｇ２と共振し、光Ｌｇ２をそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射する。そして、光送受信部１１５の光検出器１８０，２００は、それぞれ光導波路１７０，１９０を介して光Ｌｇ２を受けると、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力し、光Ｌｇ２を受けないとき、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力する。

光送受信部１１５の信号処理回路２１０は、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ光検出器１８０，２００から受けると、その受けた電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の和Ｖｏｕｔを演算し、その演算した和Ｖｏｕｔをデジタル値“１”に変換し、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を光検出器１８０，２００から受けると、和Ｖｏｕｔをデジタル値“０”に変換する。そして、光送受信部１１５の信号処理回路２１０は、その変換したデジタル値を復調および処理して信号を受信する。

さらに、光送受信部１２４の信号処理回路２１０は、一定期間、電圧Ｖｉを光共振部材１５０，１６０に印加すると、光送受信部１２４の光共振部材１５０，１６０は、光伝送部材１１０中を伝搬する光Ｌｇｉと共振し、光Ｌｇｉをそれぞれ光導波路１７０，１９０へ出射する。そして、光送受信部１２４の光検出器１８０，２００は、それぞれ光導波路１７０，１９０を介して光Ｌｇｉを受けると、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力し、光Ｌｇｉを受けないとき、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ生成して信号処理回路２１０へ出力する。光送受信部１２４の信号処理回路２１０は、電圧Ｖ_Ｌｇからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ光検出器１８０，２００から受けると、その受けた電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の和Ｖｏｕｔを演算し、その演算した和Ｖｏｕｔをデジタル値“１”に変換し、０Ｖからなる電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２をそれぞれ光検出器１８０，２００から受けると、和Ｖｏｕｔをデジタル値“０”に変換する。そして、光送受信部１２４の信号処理回路２１０は、その変換したデジタル値を復調および処理して信号を受信する。

光送受信部１１１，１２ｊ，１ｉ１，１ｉ４，１１５，１２４以外の光送受信部も、上述した方法によって信号をやり取りする。

このように、この発明においては、複数の光Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇｉを同時に光伝送部材１１０中に出射して信号をやり取りすることもできる。

光集積回路装置１００においては、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの光検出器１８０，２００は、それぞれ、光共振部材１５０，１６０が光伝送部材１１０から受けた光を光導波路１７０，１９０を介して、暗電流を低減しながら高速に検出できる。

上記においては、光共振部材１４０，１５０，１６０は、電気光学材料からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、光共振部材１４０，１５０，１６０は、磁気光学材料、熱光学材料、または電気・磁気または温度によって光学的屈折率が変化する材料からなっていてもよい。そして、光共振部材１４０，１５０，１６０は、好ましくは、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３、ＺｎＯ、ＡＤＰ（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＹＩＧ（Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２）、ＢＩＧ（Ｂｉ_３Ｆ_５Ｏ_１２）、ＧｄＰｒ_２Ｆ_５Ｏ_１２、ＭｎＢｉ、ＧａＡｓ、ＧeおよびＳｉのいずれかからなる。

光共振部材１４０，１５０，１６０が磁気光学材料からなる場合、磁気が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。

また、光共振部材１４０，１５０，１６０が熱光学材料からなる場合、熱が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。

上述したように、光集積回路装置１００においては、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光伝送部材１１０を共用の光伝送路として用いて信号の送受信を行う。

したがって、この発明によれば、任意の２つの光送受信部が通信を行うことができる。また、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊを光伝送部材を介して任意に接続可能である。

この発明においては、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２は、「第１の半導体層」を構成し、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３は、「第２の半導体層」を構成し、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４は、「第３の半導体層」を構成する。

また、この発明においては、電極５（＝電極５１〜５４）は、「第１の電極」を構成し、電極６（＝電極６１〜６４）は、「第２の電極」を構成する。

さらに、この発明においては、ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層２、ｉ型ｃ−Ｇｅ層３、ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層４および電極５，６は、「光検出素子」を構成する。

さらに、この発明においては、光共振部材１４０，１５０，１６０は、「光スイッチ部材」を構成する。

さらに、この発明においては、光導波路１０１〜１０ｉは、「ｉ個の第１の光導波路」を構成する。

さらに、この発明においては、光共振部材１４０は、「第１の光共振部材」を構成し、光共振部材１５０，１６０は、「第２の光共振部材」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光共振部材１４０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光共振部材１４０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光共振部材１４０は、「ｉ個の第１の光共振部材群」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光共振部材１５０，１６０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光共振部材１５０，１６０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光共振部材１５０，１６０は、「ｉ個の第２の光共振部材群」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０は、「ｉ個の光導波路群」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光検出器１８０，２００、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光検出器１８０，２００、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光検出器１８０，２００は、「ｉ個の光検出器群」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の信号処理回路２１０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の信号処理回路２１０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の信号処理回路２１０は、「ｉ個の信号処理回路群」を構成する。

さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０は、「ｊ個の第２の光導波路」を構成し、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０は、「ｊ個の第２の光導波路」を構成し、以下、同様にして光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光導波路１７０，１９０は、「ｊ個の第２の光導波路」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能な光検出器に適用される。また、この発明は、暗電流を低減でき、かつ、高速応答が可能な光検出器を備えた光集積回路装置に適用される。

１ シリコン基板、２ ｎ^＋型ｃ−Ｇｅ層、３ ｉ型ｃ−Ｇｅ層、４ ｐ^＋型ｃ−Ｇｅ層、１０ 光検出器、２０ クラッド、３０ 光導波路。

Claims (11)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の面内方向において前記半導体基板上の光導波路に近接して前記光導波路に略平行に配置され、前記半導体基板の材料と異なる半導体材料からなる光検出素子とを備え、
   前記光検出素子は、
   第１の導電型を有し、キャリア濃度を制御するための不純物の濃度が欠陥による暗電流の増加を防止可能な第１のしきい値以上である第１の半導体層と、
   前記第１の半導体層に接して形成されるとともに、前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有し、前記ドーパントの濃度が第２のしきい値以下である第２の半導体層と、
   前記第２の半導体層に接して形成されるとともに、前記第１および第２の導電型と異なる第３の導電型を有し、前記ドーパントの濃度が前記第１のしきい値以上である第３の半導体層とを含み、
   前記第２のしきい値は、第１および第３の半導体層によって前記第２の半導体層に印加される電界が前記第２の半導体層の全体に分布する前記不純物の濃度の最大値であり、
   前記第１および第３の半導体層の各々は、前記光導波路からの光を受けず、
   前記第２の半導体層は、前記光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する、光検出器。
2. 前記第１の半導体層は、前記半導体基板に接して形成され、
   前記光導波路は、前記半導体基板に接して形成されたクラッドに接して前記クラッド上に形成され、
   前記第１の半導体層の厚みは、前記クラッドの厚みよりも薄く、
   前記第１の半導体層の厚みと前記第２の半導体層の厚みとの合計は、前記クラッドの厚みと前記光導波路の厚みとの合計よりも大きい、請求項１に記載の光検出器。
3. 前記光導波路と前記光検出素子との光結合効率は、前記光導波路の長さ方向における前記光検出素子の長さを用いて決定された光結合効率からなる、請求項２に記載の光検出器。
4. 前記第１から第３の半導体層は、前記半導体基板上に形成された結晶相からなる、請求項２に記載の光検出器。
5. 前記第１の半導体層は、結晶欠陥を含む、請求項４に記載の光検出器。
6. 前記光検出素子は、
   前記第３の半導体層に接して形成された第１の電極と、
   前記半導体基板の面内方向において前記第１の半導体層に接して形成された第２の電極とをさらに含む、請求項４に記載の光検出器。
7. 前記第１の導電型は、ｎ型であり、
   前記第２の導電型は、ｉ型であり、
   前記第３の導電型は、ｐ型である、請求項６に記載の光検出器。
8. 前記第１から第３の半導体層の各々は、ゲルマニウムからなり、
   前記半導体基板は、シリコンからなる、請求項７に記載の光検出器。
9. 前記光導波路および前記光検出素子に接して前記光導波路と前記光検出素子との間に配置され、前記光導波路を構成する材料の屈折率よりも小さく、かつ、第２の半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有する光導入部材をさらに備える、請求項１に記載の光検出器。
10. 平板形状からなり、光を伝送する光伝送部材と、
    光源から出射された光を伝搬させる第１の光導波路と、
    前記光伝送部材を共用の光伝送路として用い、相互に信号を送受信する複数の光送受信部とを備え、
    前記複数の光送受信部の各々は、
    リング形状からなるとともに前記光伝送部材に近接して前記光伝送部材に略平行に前記光伝送部材と前記第１の光導波路との間に配置され、電圧および磁場のいずれかが印加されると、前記第１の光導波路中を伝搬する光と共振する第１の光共振部材と、
    前記第１の光共振部材と同じ形状からなるとともに、前記光伝送部材と前記第１の光共振部材との間に前記第１の光共振部材に接して配置され、前記第１の光共振部材中を伝搬する共振光を前記光伝送部材へ導く光出射部材と、
    リング形状からなるとともに前記光伝送部材に近接して前記光伝送部材に略平行に配置され、前記電圧および前記磁場のいずれかが印加されると、前記光伝送部材中を伝搬する光と共振する第２の光共振部材と、
    前記光伝送部材と前記第２の光共振部材との間に前記第２の光共振部材に接して配置され、前記光伝送部材中を伝搬する光を前記第２の光共振部材へ導く光入射部材と、
    前記光伝送部材と略平行に配置され、前記第２の光共振部材中を伝搬する共振光を受け、その受けた共振光を伝搬させる第２の光導波路と、
    前記第２の光導波路中を伝搬する共振光を検出する光検出器とを含み、
    前記光検出器は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の面内方向において前記第２の光導波路に近接して前記第２の光導波路に略平行に配置され、前記半導体基板の材料と異なる半導体材料からなる光検出素子とを含み、
    前記光検出素子は、キャリア濃度を制御するためのドーパントの濃度がしきい値よりも低い半導体層で前記第２の光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する、光集積回路装置。
11. 平板形状からなり、光を伝送する光伝送部材と、
    前記光伝送部材に近接して前記光伝送部材に略平行に配置された半導体基板とを備え、
    前記半導体基板は、
    前記光伝送部材側の一主面に形成され、光源からの光を伝搬させるｉ（ｉは正の整数）個の第１の光導波路と、
    前記ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられ、各々が１つの第１の光導波路に接して前記１つの第１の光導波路上に形成されたｉ個の第１の光共振部材群と、
    前記ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられたｉ個の第２の光共振部材群と、
    前記ｉ個の第２の光共振部材群に対応して設けられ、各々が対応する第２の光共振部材群からの光を伝搬させるｉ個の光導波路群と、
    前記ｉ個の光導波路群に対応して設けられ、各々が対応する光導波路群からの光を検出するｉ個の光検出器群と、
    前記ｉ個の第１の光導波路に対応して設けられたｉ個の信号処理回路群とを含み、
    前記ｉ個の第１の光共振部材群の各々は、
    各々がリング形状からなるｊ（ｊは２以上の整数）個の第１の光共振部材と、
    前記ｊ個の第１の光共振部材に対応して設けられ、各々が前記第１の光共振部材と同じ形状からなるとともに前記光伝送部材と前記第１の光共振部材との間に前記第１の光共振部材に接して配置されたｊ個の光出射部材とを含み、
    前記ｉ個の光導波路群の各々は、ｊ個の第２の光導波路を含み、
    前記ｉ個の光検出器群の各々は、ｊ個の光検出器を含み、
    前記ｉ個の第２の光共振部材群の各々は、
    各々がリング形状からなるｊ個の第２の光共振部材と、
    前記ｊ個の第２の光共振部材に対応して設けられ、各々が前記光伝送部材と前記第２の光共振部材との間に前記第２の光共振部材に接して配置されたｊ個の光入射部材とを含み、
    前記ｉ個の信号処理回路群の各々は、ｊ個の信号処理回路を含み、
    前記ｊ個の第１の光共振部材の各々は、電圧および磁場のいずれかが印加されると、前記第１の光導波路中を伝搬する光のうち、光共振する波長の光を前記光出射部材を介して前記光伝送部材へ導き、
    前記ｊ個の第２の光共振部材の各々は、電圧および磁場のいずれかが印加されると、前記光入射部材を介して前記光伝送部材から受けた光のうち、光共振する波長の光を前記第２の光導波路へ導き、
    前記ｊ個の信号処理回路の各々は、前記第１の光共振部材への電圧および磁場のいずれかの印加と不印加とによって信号を送信し、前記第２の光共振部材への電圧および磁場のいずれかの印加と不印加とによって前記光検出器が検出した検出信号を処理し、
    前記ｊ個の光検出器の各々は、
    前記半導体基板の面内方向において前記第２の光導波路に近接して前記第２の光導波路に略平行に配置され、前記半導体基板の材料と異なる半導体材料からなる光検出素子を含み、
    前記光検出素子は、
    第１の導電型を有し、キャリア濃度を制御するための不純物の濃度が欠陥による暗電流の増加を防止可能な第１のしきい値以上である第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層に接して形成されるとともに、前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有し、前記ドーパントの濃度が第２のしきい値以下である第２の半導体層と、
    前記第２の半導体層に接して形成されるとともに、前記第１および第２の導電型と異なる第３の導電型を有し、前記ドーパントの濃度が前記第１のしきい値以上である第３の半導体層とを含み、
    前記第２のしきい値は、第１および第３の半導体層によって前記第２の半導体層に印加される電界が前記第２の半導体層の全体に分布する前記不純物の濃度の最大値であり、
    前記第１および第３の半導体層の各々は、前記光導波路からの光を受けず、
    前記第２の半導体層は、前記光導波路からの光を受け、その受けた光を電気に変換する、光集積回路装置。

Images