JP2015220290A - Ge系半導体装置、その製造方法及び光インターコネクトシステム - Google Patents
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Abstract
Description
(付記1)表面が単結晶Si層である基板と、前記単結晶Si層上に設けたi型SixGe1-x層(但し、0<x<1)と、前記I型SixGe1-x層に設けられて、p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合のいずれかが形成されたSiyGe1-y層(但し、0≦y<x)と、前記p型層及びn型層に形成された電極とを有することを特徴とするGe系半導体装置。
(付記2)前記SiyGe1-y層中の貫通転位密度及び欠陥密度が、前記i型SixGe1-x層中の貫通転位密度及び欠陥密度より低いことを特徴とする付記1に記載のGe系半導体装置。
(付記3)前記SiyGe1-y層の組成比yが、0≦y≦0.20であることを特徴とする付記1または付記2に記載のGe系半導体装置。
(付記4)前記基板が、Si基板、または、Si基板上に絶縁膜を介して単結晶Si層を設けたSOI基板のいずれかであることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載のGe系半導体装置。
(付記5)p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、前記SiyGe1-y層の成長方向に対して横方向に形成されていることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載のGe系半導体装置。
(付記6)p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、前記SiyGe1-y層の成長方向に対して成長方向に形成されており、且つ、前記i型SixGe1-x層に接する層の平面面積が最大となるメサ構造を有していることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載のGe系半導体装置。
(付記7)前記SiyGe1-y層に形成されるp型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、p型層の表面の一部に形成されたn型層或いはn型層の表面の一部に形成されたp型層からなるpn接合、または、i型層の両側面に形成されたp型層と前記i型層の表面の一部に形成されたn型層或いはi型層の両側面に形成されたn型層と前記i型層の表面の一部に形成されたp型層からなるpin接合であることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載のGe系半導体装置。
(付記8)前記pn接合或いはpin接合によりフォトダイオードを形成し、前記フォトダイオードを複数個並列に配置するとともに、前記基板の表面の単結晶Si層の一部に複数の光導波路を設け、前記光導波路を前記フォトダイオードと光学的に結合したことを特徴とする付記2乃至付記4のいずれか1に記載のGe系半導体装置。
(付記9)表面が単結晶Si層である基板上に、減圧化学気相成長法により、300℃乃至400℃の成長温度で、Geを種元素とするガス及びSiを種元素とするガスを供給することによりi型SixGe1-x層(但し、0<x<1)を成長する第1の成長工程と、前記i型SixGe1-x層上に、減圧化学気相成長法により、600℃乃至700℃の成長温度で少なくともGeを種元素とするガスを供給することによりSiyGe1-y層(但し、0≦y<x)を成長する第2の成長工程と前記SiyGe1-y層中にpn接合或いはpin接合いずれかを形成する工程とを有することを特徴とするGe系半導体装置の製造方法。
(付記10)付記8に記載のGe系半導体装置の前記単結晶Si層を加工して光分波器を形成し、前記フォトダイオードと結合した光導波路と前記光分波器の出力導波路とを結合した集積型光受信器と、表面が単結晶Si層である基板の前記単結晶Si層を加工して設けた光合波器と、前記光合波器の入力導波路に接続された半導体レーザと、前記光合波器の出力導波路に結合されたリング共振器とを有する集積型光送信器と、前記光合波器の前記出力導波路と前記光分波器の入力導波路を接続する光ファイバとを備えたことを特徴とする光インターコネクトシステム。
2 単結晶Si基板
3 酸化膜
4 単結晶Si層
5 光導波路
6 i型SixGe1−x層
7 SiyGe1−y層
8 i型層
9 n型層
10 p型層
11 選択成長マスク
12 絶縁膜
13 n側電極
14 p側電極
20 SOI基板
21 Si基板
22 BOX層
23 i型Si層
24 Siリブ型導波路
25 コア層
26 スラブ部
27 テーパ部
28 テラス部
29 SiO2マスク
30 i型SiGe層
31 i型Ge層
32 n型Ge層
33 p型Ge層
34,54 SiO2膜
35,55 コンタクトホール
36,56 n側電極
37,57 p側電極
40 導波路結合型PINフォトダイオード
41 Si基板
42 下部クラッド層
43 Siチャネル型導波路
44 チャネル層
45 テーパ部
51 p型Ge層
52 i型Ge層
53 n型Ge層
60 AWG分波器
61 入力導波路
62 スラブ導波路
63 アレイ導波路
64 スラブ導波路
65 出力導波路
70 AWG合波器
71 入力導波路
72 スラブ導波路
73 アレイ導波路
74 スラブ導波路
75 出力導波路
80 半導体レーザ
81 変調器
90 光ファイバ
Claims (7)
- 表面が単結晶Si層である基板と、
前記単結晶Si層上に設けたi型SixGe1−x層(但し、0<x<1)と、
前記i型SixGe1−x層に設けられて、p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合のいずれかが形成されたSiyGe1−y層(但し、0≦y<x)と、
前記p型層及びn型層に形成された電極と
を有することを特徴とするGe系半導体装置。 - p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、前記SiyGe1−y層の成長方向に対して横方向に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のGe系半導体装置。
- p型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、前記SiyGe1−y層の成長方向に対して成長方向に形成されており、且つ、前記i型SixGe1−x層に接する層の平面面積が最大となるメサ構造を有していることを特徴とする請求項1に記載のGe系半導体装置。
- 前記SiyGe1−y層に形成されるp型層/n型層からなるpn接合或いはp型層/i型層/n型層からなるpin接合が、p型層の表面の一部に形成されたn型層或いはn型層の表面の一部に形成されたp型層からなるpn接合、または、i型層の両側面に形成されたp型層と前記i型層の表面の一部に形成されたn型層或いはi型層の両側面に形成されたn型層と前記i型層の表面の一部に形成されたp型層からなるpin接合であることを特徴とする請求項1に記載のGe系半導体装置。
- 前記pn接合或いはpin接合によりフォトダイオードを形成し、前記フォトダイオードを複数個並列に配置するとともに、
前記基板の表面の単結晶Si層の一部に複数の光導波路を設け、前記光導波路を前記フォトダイオードと光学的に結合した請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のGe系半導体装置。 - 表面が単結晶Si層である基板上に、減圧化学気相成長法により、300℃乃至400℃の成長温度で、Geを種元素とするガス及びSiを種元素とするガスを供給することによりi型SixGe1−x層(但し、0<x<1)を成長する第1の成長工程と、
前記i型SixGe1−x層上に、減圧化学気相成長法により、600℃乃至700℃の成長温度で少なくともGeを種元素とするガスを供給することによりSiyGe1−y層(但し、0≦y<x)を成長する第2の成長工程と
前記SiyGe1−y層中にpn接合或いはpin接合のいずれかを形成する工程と
を有することを特徴とするGe系半導体装置の製造方法。 - 請求項5に記載のGe系半導体装置の前記単結晶Si層を加工して光分波器を形成し、前記フォトダイオードと結合した光導波路と前記光分波器の出力導波路とを結合した集積型光受信器と、
表面が単結晶Si層である基板の前記単結晶Si層を加工して設けた光合波器と、前記光合波器の入力導波路に接続された半導体レーザと、前記光合波器の出力導波路に結合されたリング共振器とを有する集積型光送信器と、
前記光合波器の前記出力導波路と前記光分波器の入力導波路を接続する光ファイバと
を備えたことを特徴とする光インターコネクトシステム。
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