JP2018181918A - Photodetector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a GePD (Germanium Photodetector) which can withstand high power input (about 100 mW).SOLUTION: The photodetector includes: a lower cladding layer on a silicon (Si) substrate; a silicon slab layer 121 including a Si region 111 including a first conductive type impurity on the lower cladding layer; a silicon waveguide layer 120 connected to the silicon slab layer 121; a Ge layer 114 including a germanium (Ge) region 115 including a second conductivity type impurity on the silicon slab layer 121; an upper cladding layer on the silicon slab layer 121 and the Ge layer 114; and electrodes 112, 113, 116, 117, and 118 each connected to the silicon region 111 or the Ge region 114. In the photodetector, voltage drop means 130 is connected in series to the electrode 117.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光検出器に関し、特に、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光検出器を提供するための構造に関する。   The present invention relates to a photodetector, and more particularly to a structure for providing a photodetector used in an optical communication system or an optical information processing system.

近年の光通信の普及に伴い、光通信装置の低コスト化が求められている。その解決策の1つとして、光通信装置を構成する光回路を、シリコンウエハのような大口径ウエハ上に、シリコンフォトニクスのような微小光回路技術を用いて形成する方法がある。これにより、1チップあたりの材料費を劇的に下げ、光通信装置の低コスト化を図ることができる。   With the spread of optical communication in recent years, cost reduction of the optical communication device is required. As one of the solutions, there is a method of forming an optical circuit constituting an optical communication device on a large-diameter wafer such as a silicon wafer using a minute optical circuit technology such as silicon photonics. Thereby, the material cost per chip can be dramatically reduced, and the cost reduction of the optical communication device can be achieved.

このような技術を用いたシリコン(Si)基板上に形成する代表的な光検出器としては、モノリシック集積が可能なゲルマニウム光検出器(Germanium photodetector、以下、GePDと呼ぶ)がある。図1に、従来の導波路結合型の縦型GePDの構造を模式的に示す。図2に、図1の導波路結合型の縦型GePDの構造における点線I−I’の断面図を示す。尚、構造を分かり易くするために、図1では、図2に示すクラッド層103を省略し、電極116〜118がp++Si電極部112、p++Si113およびn型Ge領域115に接する位置のみ四角で示している。   As a typical photodetector formed on a silicon (Si) substrate using such a technology, there is a germanium photodetector (hereinafter referred to as GePD) which can be monolithically integrated. FIG. 1 schematically shows the structure of a conventional waveguide-coupled vertical GePD. FIG. 2 shows a cross-sectional view of dotted line I-I 'in the structure of the waveguide-coupled vertical GePD of FIG. In order to make the structure intelligible, in FIG. 1, the cladding layer 103 shown in FIG. 2 is omitted, and only the positions where the electrodes 116 to 118 are in contact with the p ++ Si electrode portion 112, p ++ Si 113 and the n-type There is.

特許5370857号公報Patent No. 5370857 gazette

GePDは、Si基板、Si酸化膜、表面Si層からなるSOI(Silicon On Insulator)基板にリソグラフィ技術等を用いて形成される。図2に示すGePD100は、Si基板101と、Si基板上のSi酸化膜からなる下部クラッド層102と、シリコンコア層110と、シリコンコア層110上に形成された光を吸収するGe層114と、シリコンコア層110およびGe層114上に形成された、絶縁物からなる上部クラッド層103を備える。   GePD is formed on a silicon-on-insulator (SOI) substrate composed of a Si substrate, a Si oxide film, and a surface Si layer using a lithography technique or the like. The GePD 100 shown in FIG. 2 includes a Si substrate 101, a lower cladding layer 102 made of Si oxide film on the Si substrate, a silicon core layer 110, and a Ge layer 114 absorbing light formed on the silicon core layer 110. And an upper cladding layer 103 made of an insulator formed on the silicon core layer 110 and the Ge layer 114.

図1の上面図のように、シリコンコア層110は、光が導波するシリコン導波路層120とGe層114等の下層にあるシリコンスラブ層121とに分けられる。   As shown in the top view of FIG. 1, the silicon core layer 110 is divided into a silicon waveguide layer 120 through which light is guided and a silicon slab layer 121 underlying the Ge layer 114 and the like.

シリコンスラブ層121へはp型不純物イオンがドーピングされたp型Si領域111、およびp型不純物が高濃度にドーピングされ、電極として作用するp++シリコン電極部112、113が形成されている。Ge層114は、エピタキシャル成長によって積層され、その上部にn型不純物がドーピングされたn型Ge領域115が形成されている。そして、p++シリコン電極部112、p++シリコン電極部113およびn型Ge領域115上には、上部クラッド層103内のコンタクトホールを介してそれらに接するように電極116〜118を備える。   The silicon slab layer 121 is provided with a p-type Si region 111 doped with p-type impurity ions, and p ++ silicon electrode portions 112 and 113 which are doped with p-type impurities at high concentration and function as electrodes. The Ge layer 114 is stacked by epitaxial growth, and an n-type Ge region 115 doped with an n-type impurity is formed thereon. Then, electrodes 116 to 118 are provided on the p ++ silicon electrode portion 112, the p ++ silicon electrode portion 113, and the n-type Ge region 115 so as to be in contact with them via the contact holes in the upper cladding layer 103.

図1のGePD100は、シリコン導波路層120からシリコンスラブ層121に光が入射されてGe層114で光が吸収されると、電極117と電極116、電極117と電極118との間に、それぞれ、光電流が流れる。そうして、その電流を検出することで光を検出することができる。   When light is made incident from the silicon waveguide layer 120 to the silicon slab layer 121 and the light is absorbed by the Ge layer 114, the GePD 100 of FIG. 1 is disposed between the electrode 117 and the electrode 116 and between the electrode 117 and the electrode 118, respectively. , Photocurrent flows. Then, light can be detected by detecting the current.

図2にGePD100を示す。このGePD100は、高パワーの光入力に耐えられないという課題を有している。図3のグラフ200はGePD100のGe層114の底面を熱源としてパワーを変化させていく熱解析を行った時のGe層114の温度をプロットしたグラフである。光入力によってGePDに与えられるパワーは、図3のグラフ200の熱源のパワーであると言える。シリコン上に成長したゲルマニウムは実験から600〜800(600以上800以下)℃程度で融解しフォトダイオードとしての機能を失うことがわかっている。特に図1,図2のような導波路型GePDはGe層114のうち、導波路に近い部分が集中的に光吸収するため、図1の領域119付近が融解してしまう。図3のグラフ200では75〜100(75以上100以下)mW程度のパワーをGePDに与えると、Ge層114は当該融解温度に達する。一方でメトロ系ネットワークの受信機では上記の範囲のパワーがGePDに与えられる可能性がある。   GePD 100 is shown in FIG. The GePD 100 has a problem that it can not withstand high-power light input. A graph 200 of FIG. 3 is a graph in which the temperature of the Ge layer 114 is plotted at the time of thermal analysis in which the power is changed using the bottom of the Ge layer 114 of the GePD 100 as a heat source. It can be said that the power given to GePD by the light input is the power of the heat source of the graph 200 of FIG. It is known from experiments that germanium grown on silicon melts at about 600 to 800 ° C. (about 600 to 800 ° C.) and loses its function as a photodiode. In particular, in the waveguide-type GePD as shown in FIGS. 1 and 2, the portion close to the waveguide in the Ge layer 114 intensively absorbs light, so the vicinity of the region 119 in FIG. 1 is melted. In the graph 200 of FIG. 3, when a power of about 75 to 100 (75 to 100) mW is applied to GePD, the Ge layer 114 reaches the melting temperature. On the other hand, in a receiver of a metro network, power in the above range may be given to GePD.

光入力によってGePDに直接与えられるパワーは、厳密には光吸収によってGePD内に流れる電流(入力光パワーと感度の掛け算)と、GePDに掛かっている電圧とを用いた以下の式1で算出される。
0 = PVgr ・・・(式1)
0: GePDに与えられるパワー、P: 入力光パワー、r: GePDの感度、Vg:GePDに掛かっている電圧
The power directly given to GePD by the optical input is strictly calculated by the following equation 1 using the current (the input optical power multiplied by the sensitivity) flowing in GePD by light absorption and the voltage applied to GePD. Ru.
W 0 = PV g r (Equation 1)
W 0 : Power given to GePD, P: Input optical power, r: GePD sensitivity, V g : Voltage applied to GePD

従ってGePDに掛かっている電圧が大きいほど、より弱い入力光パワーを与えられた時でも、GePDに与えられるパワーが75 〜100(75以上100以下)mWといった値に達しゲルマニウムは融解しフォトダイオードとしての機能を失ってしまう。このため、高い光入力パワーを与えられるGePDには、掛ける電圧を抑えて運用することが一般的である。   Therefore, as the voltage applied to GePD increases, even when a weaker input light power is given, the power applied to GePD reaches a value such as 75 to 100 (75 or more and 100 or less) mW, and germanium melts as a photodiode. Lose the functionality of For this reason, in GePDs that can be given high optical input power, it is common to operate with the applied voltage suppressed.

一方で、複数の電源を用意することは回路規模を増大させることに繋がるため、小型集積された光デバイスではPDに掛ける電圧を他の電子デバイスの電源電圧と共通化することがある。この時、PDに掛かる電圧は最大の入力光パワーの値を考慮して設計された値から外れるため、運用によってはGePDに与えられるパワーが75 〜 100(75以上100以下)mWといった値に達し、ゲルマニウムが融解し機能を損失することがある。   On the other hand, since preparing a plurality of power supplies leads to an increase in circuit scale, in a small integrated optical device, the voltage applied to the PD may be shared with the power supply voltage of another electronic device. At this time, the voltage applied to PD deviates from the value designed in consideration of the value of the maximum input optical power, so the power given to GePD reaches a value of 75 to 100 (75 to 100 or less) mW depending on the operation. Germanium may melt and lose its function.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アッテネータやスイッチなどの追加部品を必要とせず、また、GePDに掛かる電圧がどんな値であったとしても、100 mW程度までの高パワー入力にも耐えられるGePDを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to eliminate the need for additional components such as an attenuator and a switch, and to use whatever voltage the voltage applied to GePD is. An object of the present invention is to provide GePD which can withstand high power input up to about mW.

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。図4に示すように、GePD100の電極117に電圧降下手段130を備える。電圧降下手段130はGePDのアノードかカソードのどちらかについていればよいので、電極116や電極118に接続されていても良い。   The present invention is characterized by having the following configuration in order to achieve such an object. As shown in FIG. 4, the electrode 117 of the GePD 100 is provided with a voltage drop means 130. The voltage drop means 130 may be connected to the electrode 116 or the electrode 118 because it may be connected to either the anode or the cathode of GePD.

また、電圧降下手段は結果的に電圧が降下する素子であればどのような手段を用いても良いため、単一の抵抗などに限定されない。電圧降下手段が何等かの機能を有していても良い。   Further, as the voltage drop means, any means may be used as long as the voltage drops as a result, and it is not limited to a single resistance or the like. The voltage drop means may have any function.

本発明の光検出器の一様態は、シリコン基板と、前記シリコン基板上の下部クラッド層と、前記下部クラッド層上の第一の導電型不純物を含むシリコン領域を含むシリコンスラブ層と、前記シリコンスラブ層に接続されたシリコン導波路層と、前記シリコンスラブ層上の第二の導電型不純物を含むゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコンスラブ層及び前記ゲルマニウム層上の上部クラッド層と、前記シリコン領域又は前記ゲルマニウム領域に、それぞれ、前記上部クラッド層中のコンタクトホールを介して接続された電極と、を有する光検出器において、前記シリコン領域又はゲルマニウム領域に、それぞれ、接続した電極のうちいずれか一方に、電圧降下手段が直列に接続されていることを特徴する光検出器である。   One aspect of the photodetector of the present invention is a silicon substrate, a lower cladding layer on the silicon substrate, a silicon slab layer including a silicon region containing a first conductivity type impurity on the lower cladding layer, and the silicon A silicon waveguide layer connected to the slab layer; a germanium layer including a germanium region containing a second conductivity type impurity on the silicon slab layer; the upper cladding layer on the silicon slab layer and the germanium layer; In a photodetector having a silicon region or an electrode connected to the germanium region through a contact hole in the upper cladding layer, any one of the electrodes connected to the silicon region or the germanium region On the other hand, it is a photodetector characterized in that voltage drop means is connected in series.

前記電圧降下手段は、抵抗体であってもよい。   The voltage drop means may be a resistor.

前記抵抗体は、金属、金属化合物または不純物を含んでいてもよい。   The resistor may contain a metal, a metal compound or an impurity.

また、前記シリコン領域またはゲルマニウム領域に電気的に接続した前記電極のうち他方に、トランスインピーダンスアンプを接続してもよい。   A transimpedance amplifier may be connected to the other of the electrodes electrically connected to the silicon region or the germanium region.

さらに、前記電圧降下手段と電極の間に容量が電気的に接続され、前記電圧降下手段は接地されていてもよい。   Furthermore, a capacitor may be electrically connected between the voltage drop means and the electrode, and the voltage drop means may be grounded.

従来の縦型GePDと比較し、高パワー入力(100 mW程度)にも耐えられるGePDを提供できる。   Compared to the conventional vertical GePD, it can provide GePD that can withstand high power input (about 100 mW).

従来の縦型GePDの上面図である。It is a top view of conventional vertical GePD. 図1、図4及び図5の点線I−I’におけるGePDの断面図である。It is sectional drawing of GePD in dotted line I-I 'of FIG.1, FIG4 and FIG.5. 図1及び図2で示した一般的な縦型GePDの熱計算モデルと解析結果である。It is a thermal calculation model and analysis result of general vertical GePD shown in FIG.1 and FIG.2. 本発明の光検出器の上面図である。It is a top view of the photodetector of this invention. 本発明の実施例1の光検出器の上面図である。It is a top view of the photodetector of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の光検出器において抵抗体を不純物ドーピングで作製した時のII―II’面での断面図である。It is sectional drawing in the II-II 'surface when a resistor is produced by impurity doping in the photodetector of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の光検出器において抵抗体を金属または金属酸化物で作製した時のII―II’面での断面図である。It is sectional drawing in the II-II 'surface when a resistor is produced with a metal or a metal oxide in the photodetector of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の光検出器の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the photodetector of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の光検出器の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the photodetector of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の光検出器の回路図である。It is a circuit diagram of the photodetector of Example 3 of this invention.

以下、本発明の光変調器の形態について、図を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, the form of the light modulator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, it is obvious for those skilled in the art that the present invention is not limited to the description contents of the embodiments shown below, and that various modifications can be made in the form and details without departing from the spirit of the invention disclosed in the present specification. is there. Further, configurations according to different embodiments can be implemented in combination as appropriate. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施例1)
本実施例では、図5に、本発明の電圧降下手段130としてシリコンスラブ層121の上に形成された抵抗132を用いた例を示す。抵抗132はシリコンスラブ層121に不純物をドープして作製した抵抗体や、金属を塗布して作製した金属抵抗体である。抵抗値は目的とする最大入力光パワーP1 = W / r(Vgo ― Vg1) に対して決まる。P1: 最大光入力定格の値など、目的となる最大光入力パワー。W:最大入力パワー。(今回であれば75〜100(75以上100以下) mW)。Vgo:GePDに掛けているバイアス。r: GePDの感度。Vg1:R r P0。R:抵抗132の抵抗値。P0: 入力光パワー。ただし抵抗値は光パワーP0を入力した時の電圧降下値Vg1 = RrP0の値とVgoの差の値が、光パワーに対して感度rが線形性を保てるバイアス電圧Vthより小さくならないようにする必要がある(Vgo ― Vg1 > Vth)。一般にGePDではVthは0 dBm 程度までの入力に対しては1〜1.5 V程度になる。従って、抵抗132の抵抗値は最大入力光パワーP1と感度rが線形性を保てるバイアス電圧Vthが示す設計条件を満たす値である必要がある。
Example 1
In this embodiment, FIG. 5 shows an example in which a resistor 132 formed on a silicon slab layer 121 is used as the voltage drop means 130 of the present invention. The resistor 132 is a resistor produced by doping the silicon slab layer 121 with an impurity, or a metal resistor produced by applying a metal. The resistance value is determined with respect to the target maximum input optical power P 1 = W / r (V go −V g1 ). P 1 : Target maximum optical input power, such as the value of maximum optical input rating. W: Maximum input power. (75 to 100 (75 or more and 100 or less) mW in this case). V go : Bias applied to GePD. r: GePD sensitivity. V g1 : R r P 0 . R: resistance value of resistance 132. P 0 : Input light power. However, the resistance value is smaller than the bias voltage V th at which the sensitivity r can maintain linearity with respect to the optical power, as the voltage drop value V g1 = RrP 0 and the value of V go when the optical power P 0 is input. (V go -V g1 > V th ). Generally, in GePD, V th is about 1 to 1.5 V for inputs up to about 0 dBm. Therefore, the resistance value of the resistor 132 needs to satisfy the design condition indicated by the bias voltage V th at which the maximum input optical power P 1 and the sensitivity r can maintain linearity.

図6に抵抗132をシリコンスラブ層121に不純物をドープして作った抵抗体としたときの図5のII−II’面での断面図を示す。また、図7に抵抗132をシリコンスラブ層121に金属抵抗体を塗布して作った抵抗体としたときの図5のII−II’面での断面図を示す。   FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 5 when the resistor 132 is a resistor formed by doping the silicon slab layer 121 with an impurity. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 5 when the resistor 132 is formed by applying a metal resistor to the silicon slab layer 121.

本実施例では、電圧降下手段130を備えた本発明の光検出器に光が入力された時、電流は電極116,電極118と電極131の間に流れる。同時に電圧降下手段130にも電流が流れるため、電圧降下手段130では電圧降下が起こる。電圧降下が起こると、GePD100に掛かる電圧Vgも下がるため、GePDに与えられるパワーWは下がる。 In the present embodiment, when light is input to the photodetector of the present invention provided with the voltage drop means 130, current flows between the electrode 116, the electrode 118 and the electrode 131. At the same time, current flows through the voltage drop means 130, so that a voltage drop occurs in the voltage drop means 130. When a voltage drop occurs, the voltage V g applied to the GePD 100 also decreases, so the power W applied to the GePD decreases.

例えば、ある電圧Vgoを電極131と電極116,電極118との間に与えた時、式1に従い、ゲルマニウムが融解するパワーに到達するための入力光パワーP0( = W / r Vgo)が決まる。しかしながら実際に入力光パワーがP0に近づくと、光電流が増大し、これに伴い電圧降下手段130によって電圧降下(Vg1と定める。Vg1 = R r P0)が起きる。 For example, when a certain voltage V go is applied between the electrode 131 and the electrode 116, the electrode 118, an input optical power P 0 (= W / r V go ) for reaching a power at which germanium melts according to Equation 1. Is decided. However, when actually input optical power approaches P 0, a photoelectric current is increased, (defined as V g1 .V g1 = R r P 0) the voltage drop by the voltage drop means 130 along with this happens.

電圧降下が起きた後の状態での式1から求められるゲルマニウムが融解する入力光パワーP1(= W / r(Vgo−Vg1))は、P0より大きくなる。 The input light power P 1 (= W / r (V go −V g1 )) for melting germanium determined from the equation 1 in the state after the voltage drop occurs is larger than P 0 .

光入力パワーがP1に近づくと同様の現象が起き、ゲルマニウムが融解する入力光パワーはP1より大きくなる。すなわち、入力光パワーがどれだけ大きくなろうと、電圧降下手段130による電圧降下によってGePDに掛かる電圧が下がってゆくため、ゲルマニウムが融解する入力光パワーには到達しない。この現象は電圧降下手段130の電圧降下によってGePDに掛かる電圧が0になるまで(Vgo−Vg1 =0)継続する。従って、本発明の光検出器は、GePDにどんな値の電圧を掛けていようと、入力光パワー耐性をGePDに掛ける電圧が0の時の値にまで伸ばすことが出来る。GePDに掛かる電圧が0の場合は、式1;W = PVg r(W: GePDに与えられるパワー、P: 入力光パワー、r: GePDの感度、Vg:GePDに掛かっている電圧)からGePDに与えられるパワーが限りなく小さくなるため、GePDが入力光パワーに対して非常に高い耐性を持つこととなる。 Experience a similar phenomenon when the optical input power approaches P 1, an input light power with germanium melt is greater than P 1. That is, regardless of how much the input optical power increases, the voltage applied to the GePD is lowered due to the voltage drop by the voltage drop means 130, so the input optical power to which germanium melts is not reached. This phenomenon (V go -V g1 = 0) until the voltage becomes 0 applied to GePD by the voltage drop of the voltage drop means 130 continues. Therefore, the photodetector of the present invention can extend the input optical power tolerance to the value when the voltage applied to GePD is zero, regardless of the voltage applied to GePD. If the voltage applied to the GePD is 0, the formula 1; W = PV g r from (W: power given to GePD, P: input optical power, r:: sensitivity GePD, V g the voltage that applied to GePD) Since the power given to GePD becomes extremely small, GePD has very high tolerance to the input light power.

本実施例を用いて、高パワー入力(100 mW程度)にも耐えられるGePDを提供できる。   This embodiment can be used to provide GePD that can withstand high power input (about 100 mW).

(実施例2)
本実施例では、図8は本発明の抵抗132を回路136の中に集積した例を示している。回路136は信号増幅のためのトランスインピーダンスアンプ133と抵抗135で形成されている。電源134はトランスインピーダンスアンプ133に電力供給するためと、GePD100にバイアスを掛けるためにある。この電源134と電極117を繋ぐ配線の間に抵抗135を配置することで本発明の電圧降下手段130と同じ効果が望める。抵抗135は回路の内部抵抗で形成されていても良いし、チップコンデンサのように集積されていても良い。GePDの高速特性を保つために、トランスインピーダンスアンプ133が電極116、118に接続されているときは抵抗135は電極117に、トランスインピーダンスアンプ133が電極117に接続されているときは抵抗135は電極116及び電極118に接続される必要がある。また、抵抗135の抵抗値は実施例1と同じ条件を満たす必要がある。
(Example 2)
In this embodiment, FIG. 8 shows an example in which the resistor 132 of the present invention is integrated in the circuit 136. The circuit 136 is formed of a transimpedance amplifier 133 and a resistor 135 for signal amplification. The power supply 134 is for supplying power to the transimpedance amplifier 133 and for biasing the GePD 100. By arranging the resistor 135 between the power source 134 and the wiring connecting the electrode 117, the same effect as the voltage drop means 130 of the present invention can be expected. The resistor 135 may be formed by the internal resistance of the circuit or may be integrated like a chip capacitor. In order to maintain the high speed characteristics of GePD, when the transimpedance amplifier 133 is connected to the electrodes 116 and 118, the resistor 135 is connected to the electrode 117, and when the transimpedance amplifier 133 is connected to the electrode 117, the resistor 135 is It needs to be connected to 116 and electrode 118. Further, the resistance value of the resistor 135 needs to satisfy the same condition as that of the first embodiment.

本実施例を用いて、高パワー入力(100 mW程度)にも耐えられるGePDを提供できる。   This embodiment can be used to provide GePD that can withstand high power input (about 100 mW).

(実施例3)
本実施例では、図9は実施例1の抵抗を備えたGePDの電圧降下手段130(抵抗132)と電極117の間に回路図的に容量137を挿入した例を示している。容量137は電極138を通じて接地される。本図で記されている容量137は紙面垂直方向上面に電極の一方を、紙面垂直横行した面に電極のもう一方を持つ容量を示している。電極117と容量137は、接続電極139を介して接続されている。図10は、図9を回路図に表した例である。GePD100は抵抗132との間に容量137を備え、容量137は接地される。抵抗132はGePD100の内部抵抗や、後段のトランスインピーダンスの入力抵抗値より小さくなるとは限らないため、実施例1では、CR時定数の関係から抵抗132を挿入したことによりGePD100の高速特性を劣化させる場合がある。
(Example 3)
In this embodiment, FIG. 9 shows an example in which a capacitor 137 is inserted between the voltage drop means 130 (resistor 132) of the GePD provided with the resistor of the embodiment 1 and the electrode 117 in a schematic manner. The capacitor 137 is grounded through the electrode 138. A capacitor 137 shown in the drawing indicates a capacitor having one of the electrodes on the upper surface in the vertical direction of the drawing and the other of the electrodes on the surface perpendicular to the drawing. The electrode 117 and the capacitor 137 are connected via the connection electrode 139. FIG. 10 is an example in which FIG. 9 is shown in a circuit diagram. The GePD 100 includes a capacitor 137 between the resistor 132 and the capacitor 137, and the capacitor 137 is grounded. Since the resistance 132 is not necessarily smaller than the internal resistance of the GePD 100 or the input resistance value of the transimpedance in the latter stage, in Example 1, the high speed characteristics of the GePD 100 are degraded by inserting the resistance 132 due to the relationship of the CR time constant. There is a case.

本実施例では、GePDが受けた高速信号は容量137を通ってグランドへ結合することを特徴とする。そのため、高速信号から見た抵抗はGePDの内部抵抗またはトランスインピーダンスアンプの入力抵抗値になるため、GePDの高速特性を劣化させることが無くなる。なお、容量137はチップコンデンサでもよいし、シリコンスラブ層121の上に不純物ドーピングで作られた容量でもよい。   The present embodiment is characterized in that the high speed signal received by the GePD is coupled to the ground through the capacitor 137. Therefore, the resistance viewed from the high-speed signal becomes the internal resistance of GePD or the input resistance value of the transimpedance amplifier, so that the high-speed characteristics of GePD are not deteriorated. The capacitor 137 may be a chip capacitor, or may be a capacitor formed by impurity doping on the silicon slab layer 121.

本実施例を用いて、高パワー入力(100 mW程度)にも耐えられるGePDを提供できる。   This embodiment can be used to provide GePD that can withstand high power input (about 100 mW).

(実施例4)
実施例1から実施例3に記載された光検出器は、電話機など電子機器に設けられた表示部へ適用することが可能である。
(Example 4)
The photodetectors described in the first to third embodiments can be applied to display portions provided in electronic devices such as telephones.

本発明は、フォトダイオードに掛かる電圧がどんな値であったとしても、100 mW程度までの高パワー入力にも耐えられるフォトダイオードを作製する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technology for producing a photodiode that can withstand high power input up to about 100 mW regardless of the voltage applied to the photodiode.

100 GePD
101 Si基板
102 下部クラッド層
103 上部クラッド層
110 シリコンコア層
111 p型Si領域
112 p++Siシリコン電極部
113 p++Siシリコン電極部
114 光を吸収するGe層
115 n型Ge領域
116〜118 電極
119 領域
120 シリコン導波路層
121 シリコンスラブ層
130 電圧降下手段
131 電極
132 抵抗
133 トランスインピーダンスアンプ
137 容量
138 電極
139 接続電極
200 グラフ
100 GePD
101 Si substrate
102 lower cladding layer 103 upper cladding layer 110 silicon core layer 111 p-type Si region 112 p ++ Si silicon electrode portion 113 p ++ Si silicon electrode portion 114 Ge layer 115 which absorbs light n-type Ge region 116 to 118 electrode 119 region 120 silicon waveguide layer 121 silicon slab layer 130 voltage drop means 131 electrode 132 resistance 133 transimpedance amplifier 137 capacitance 138 electrode 139 connection electrode 200 graph

Claims (6)

シリコン基板と、
前記シリコン基板上の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上の第一の導電型不純物を含むシリコン領域を含むシリコンスラブ層と、
前記シリコンスラブ層に接続されたシリコン導波路層と、
前記シリコンスラブ層上の第二の導電型不純物を含むゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、
前記シリコンスラブ層及び前記ゲルマニウム層上の上部クラッド層と、
前記シリコン領域又は前記ゲルマニウム領域に、それぞれ、前記上部クラッド層中のコンタクトホールを介して接続された電極と、
を有する光検出器において、
前記シリコン領域または前記ゲルマニウム領域に、それぞれ、接続した電極のうちいずれか一方に、電圧降下手段が直列に接続されている、
ことを特徴する光検出器。
Silicon substrate,
A lower cladding layer on the silicon substrate,
A silicon slab layer including a silicon region containing a first conductivity type impurity on the lower cladding layer;
A silicon waveguide layer connected to the silicon slab layer;
A germanium layer comprising a germanium region comprising a second conductivity type impurity on the silicon slab layer,
An upper cladding layer on the silicon slab layer and the germanium layer;
An electrode connected to the silicon region or the germanium region through a contact hole in the upper cladding layer, respectively;
In the light detector having
A voltage drop means is connected in series to any one of the electrodes connected to the silicon region or the germanium region.
A photodetector characterized by that.
請求項1に記載の光検出器であって、
前記電圧降下手段は、抵抗体であることを特徴とする光検出器。
The photodetector according to claim 1, wherein
The light detector characterized in that the voltage drop means is a resistor.
請求項2に記載の光検出器であって、
前記抵抗体は、金属、金属化合物または不純物を含むことを特徴とする光検出器。
The photodetector according to claim 2, wherein
The photodetector is characterized in that the resistor contains a metal, a metal compound or an impurity.
請求項1乃至請求項3いずれか一項に記載の光検出器であって、
前記シリコン領域または前記ゲルマニウム領域にそれぞれ接続した前記電極のうち他方の電極に、トランスインピーダンスアンプが接続することを特徴とする光検出器。
The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein
And a transimpedance amplifier is connected to the other of the electrodes respectively connected to the silicon region or the germanium region.
請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載の光検出器であって、
前記電圧降下手段と電極の間に容量が接続され、
前記容量は接地されている、
ことを特徴とする光検出器。
The photodetector according to any one of claims 1 to 4, wherein
A capacitance is connected between the voltage drop means and the electrode,
Said capacitance is grounded,
A photodetector characterized by
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の光検出器であって、
第一の導電型不純物は、p型の不純物であり、
第二の導電型不純物は、n型の不純物である、
ことを特徴とする光検出器。
The photodetector according to any one of claims 1 to 5, wherein
The first conductivity type impurity is a p-type impurity,
The second conductivity type impurity is an n-type impurity,
A photodetector characterized by
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