JPH08316449A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH08316449A JPH08316449A JP8007339A JP733996A JPH08316449A JP H08316449 A JPH08316449 A JP H08316449A JP 8007339 A JP8007339 A JP 8007339A JP 733996 A JP733996 A JP 733996A JP H08316449 A JPH08316449 A JP H08316449A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】完全プレーナ構造であって、光ファイバからの
光を効率よく検出できる光検出器を提供する。 【解決手段】光ファイバ１６を固定するために光ファイ
バ固定溝１５とフォトダイオード部２５の間に、相対的
に屈折率の小さいＮ+埋込層２とロコス酸化膜４とによ
って相対的に屈折率の大きいＮ型エピタキシャル層３が
挟まれた光導波路構造となっている光導波路領域３２を
設ける。光ファイバ１６からの光は、この光導波路を介
し、素子分離のための分離領域５を通過して、フォトダ
イオードの下部に到達し、エバネセント波結合によりフ
ォトダイオードの光吸収層に注入される。光吸収層は、
例えば、枠型のシリコン酸化膜８で囲まれた領域に形成
されたＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０で構成する。
光を効率よく検出できる光検出器を提供する。 【解決手段】光ファイバ１６を固定するために光ファイ
バ固定溝１５とフォトダイオード部２５の間に、相対的
に屈折率の小さいＮ+埋込層２とロコス酸化膜４とによ
って相対的に屈折率の大きいＮ型エピタキシャル層３が
挟まれた光導波路構造となっている光導波路領域３２を
設ける。光ファイバ１６からの光は、この光導波路を介
し、素子分離のための分離領域５を通過して、フォトダ
イオードの下部に到達し、エバネセント波結合によりフ
ォトダイオードの光吸収層に注入される。光吸収層は、
例えば、枠型のシリコン酸化膜８で囲まれた領域に形成
されたＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
形成される光検出用の半導体装置およびその製造方法に
関する。
形成される光検出用の半導体装置およびその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光検出器としてシリコン（Ｓｉ）
を用いたものが従来より知られているが、この光検出器
は、光の波長が１μｍ未満でなければ感度がないため、
比較的長距離の光ファイバ通信に使用されている波長
１.３μｍ帯での受光用にはこれまで使用できなかっ
た。そのため、１.３μｍ帯の受光用には、化合物系半
導体による光検出器が用いられていた。しかし、１.３
μｍ帯に感度を持つＳｉＧｅをフォトダイオードの光吸
収層に用いることで、１.３μｍ帯のフォトダイオード
を低コストのシリコンプロセスで実現できるようになっ
てきた。例えば、(1)V.P.Kesanらの1990 International
Electron Device Meeting Technical DigestPP 637-64
0、あるいは(2) A.Splettらの IEEE Photonics Technol
ogy Letter,Vol.6, No.1, January 1994 PP 59-61に
は、ＳｉＧｅを使ったフォトダイオードが報告されてい
る。報告されたこれらのフォトダイオードでは、Ｐ型ま
たはＮ型シリコンからなる光導波路上にＳｉとＳｉＧｅ
が交互に重なったいわゆる超格子構造の光吸収層を成長
させ、その上に電極となる高濃度不純物領域を成長させ
た後、メサ型にエッチング形成して、フォトダイオード
構造としている。ＳｉとＳｉＧｅは格子定数が異なるた
め、一般にはＳｉ上にＳｉＧｅを厚く成長させることは
できないが、超格子構造とすることでＳｉＧｅの実効膜
厚を厚くできる。
を用いたものが従来より知られているが、この光検出器
は、光の波長が１μｍ未満でなければ感度がないため、
比較的長距離の光ファイバ通信に使用されている波長
１.３μｍ帯での受光用にはこれまで使用できなかっ
た。そのため、１.３μｍ帯の受光用には、化合物系半
導体による光検出器が用いられていた。しかし、１.３
μｍ帯に感度を持つＳｉＧｅをフォトダイオードの光吸
収層に用いることで、１.３μｍ帯のフォトダイオード
を低コストのシリコンプロセスで実現できるようになっ
てきた。例えば、(1)V.P.Kesanらの1990 International
Electron Device Meeting Technical DigestPP 637-64
0、あるいは(2) A.Splettらの IEEE Photonics Technol
ogy Letter,Vol.6, No.1, January 1994 PP 59-61に
は、ＳｉＧｅを使ったフォトダイオードが報告されてい
る。報告されたこれらのフォトダイオードでは、Ｐ型ま
たはＮ型シリコンからなる光導波路上にＳｉとＳｉＧｅ
が交互に重なったいわゆる超格子構造の光吸収層を成長
させ、その上に電極となる高濃度不純物領域を成長させ
た後、メサ型にエッチング形成して、フォトダイオード
構造としている。ＳｉとＳｉＧｅは格子定数が異なるた
め、一般にはＳｉ上にＳｉＧｅを厚く成長させることは
できないが、超格子構造とすることでＳｉＧｅの実効膜
厚を厚くできる。
【０００３】図２４は、上述のV.P.Kesanらによる光検
出器の構成を示す断面図である。この光検出器は、Ｐ型
シリコン基板６１上にシリコン酸化膜６２とＮ型エピタ
キシャル層６３を順次設け、さらにその上にＳｉ／Ｓｉ
Ｇｅ超格子層６４とＰ+型エピタキシャル層６５を形成
し、その後、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層６４とＰ+型エピ
タキシャル層６５をメサ状にエッチングしてフォトダイ
オード部としている。光導波路領域６６ではＮ型エピタ
キシャル層６３をエッチングすることにより、リブ状に
光導波路が形成されている。
出器の構成を示す断面図である。この光検出器は、Ｐ型
シリコン基板６１上にシリコン酸化膜６２とＮ型エピタ
キシャル層６３を順次設け、さらにその上にＳｉ／Ｓｉ
Ｇｅ超格子層６４とＰ+型エピタキシャル層６５を形成
し、その後、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層６４とＰ+型エピ
タキシャル層６５をメサ状にエッチングしてフォトダイ
オード部としている。光導波路領域６６ではＮ型エピタ
キシャル層６３をエッチングすることにより、リブ状に
光導波路が形成されている。
【０００４】一方、図２５は、上述のA.Splettらによる
光検出器の構成を示す断面図である。この光検出器は、
Ｐ型シリコン基板７１上にＰ型エピタキシャル層７２を
設け、さらにその上にＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３とＮ
+型エピタキシャル層７４を形成し、その後、Ｓｉ／Ｓ
ｉＧｅ超格子層７３とＮ+型エピタキシャル層７４をメ
サ状にエッチングしてフォトダイオード部としている。
光導波路領域７５ではＰ型エピタキシャル層７２をエッ
チングすることでリブ状の光導波路が形成されている。
図２４あるいは図２５に示されるように、V.P.Kesanら
による光検出器やA.Splettらによる光検出器は、いずれ
も、シリコンチップの外から光を入射させるメサ型フォ
トダイオードタイプのものである。
光検出器の構成を示す断面図である。この光検出器は、
Ｐ型シリコン基板７１上にＰ型エピタキシャル層７２を
設け、さらにその上にＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３とＮ
+型エピタキシャル層７４を形成し、その後、Ｓｉ／Ｓ
ｉＧｅ超格子層７３とＮ+型エピタキシャル層７４をメ
サ状にエッチングしてフォトダイオード部としている。
光導波路領域７５ではＰ型エピタキシャル層７２をエッ
チングすることでリブ状の光導波路が形成されている。
図２４あるいは図２５に示されるように、V.P.Kesanら
による光検出器やA.Splettらによる光検出器は、いずれ
も、シリコンチップの外から光を入射させるメサ型フォ
トダイオードタイプのものである。
【０００５】超格子層とする都合上、ＳｉＧｅの合計膜
厚は厚くても数百ｎｍ程度であり、このため、光をフォ
トダイオード上面から入射させたのでは吸収効率が悪
く、感度が低下する。そこで、縦方向に積層している超
格子層に対して横方向から光を入射させる必要がある。
ところで、光ファイバのコア径は一般に１０μｍであ
り、これに対し光吸収層であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層
が薄いので、上述した光検出器では、光ファイバからの
光の入射面とフォトダイオードとの間に光導波路を設け
て光吸収層に対するエバネセント(evanescent)波結合を
形成することにより、吸収効率の向上を図っている。光
入射面とフォトダイオードの光吸収層との間に数百μｍ
から数ｍｍの長さで光導波路を挿入しておくことで、光
ファイバから入射した光のビーム形状（伝播モード）が
安定して光が光導波路内に閉じ込められるために、フォ
トダイオードでの光の吸収効率が向上することが知られ
ている。
厚は厚くても数百ｎｍ程度であり、このため、光をフォ
トダイオード上面から入射させたのでは吸収効率が悪
く、感度が低下する。そこで、縦方向に積層している超
格子層に対して横方向から光を入射させる必要がある。
ところで、光ファイバのコア径は一般に１０μｍであ
り、これに対し光吸収層であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層
が薄いので、上述した光検出器では、光ファイバからの
光の入射面とフォトダイオードとの間に光導波路を設け
て光吸収層に対するエバネセント(evanescent)波結合を
形成することにより、吸収効率の向上を図っている。光
入射面とフォトダイオードの光吸収層との間に数百μｍ
から数ｍｍの長さで光導波路を挿入しておくことで、光
ファイバから入射した光のビーム形状（伝播モード）が
安定して光が光導波路内に閉じ込められるために、フォ
トダイオードでの光の吸収効率が向上することが知られ
ている。
【０００６】また、本出願人は、特願平５−３１９５３
８号において、側壁に絶縁膜が形成されている凹部をシ
リコン基板表面に設け、この凹部内に超高真空ＣＶＤ法
（ＵＨＶＣＶＤ法）によってＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層を
成膜してフォトダイオードの光吸収層とする技術を開示
した。図２６はこの特願平５−３１９５３８号に示され
る光検出器の構成を示す平面図、図２７は図２６のＸ−
Ｘ´線での断面図、図２８は図２６のＹ−Ｙ´線での断
面図である。ただし図２６では、理解を容易にするため
に、素子表面に形成されたシリコン酸化膜８７を表示し
ていない。
８号において、側壁に絶縁膜が形成されている凹部をシ
リコン基板表面に設け、この凹部内に超高真空ＣＶＤ法
（ＵＨＶＣＶＤ法）によってＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層を
成膜してフォトダイオードの光吸収層とする技術を開示
した。図２６はこの特願平５−３１９５３８号に示され
る光検出器の構成を示す平面図、図２７は図２６のＸ−
Ｘ´線での断面図、図２８は図２６のＹ−Ｙ´線での断
面図である。ただし図２６では、理解を容易にするため
に、素子表面に形成されたシリコン酸化膜８７を表示し
ていない。
【０００７】この光検出器は、Ｐ型シリコン基板８１に
対して接着剤９４によって固定された光ファイバ９１か
らの入射光をＳｉＧｅ超格子層８５に横から入射させよ
うとするものである。Ｐ型シリコン基板８１上にＮ+埋
込層８２とＮ型エピタキシャル層８３とが順次形成され
ており、Ｎ型エピタキシャル層８３の表面からＮ+埋込
層８２に到達するようにコの字型の絶縁層９３が設けら
れている。そして、絶縁層９３で区画された領域内にお
いては、Ｎ型エピタキシャル層８３が取り除かれ、Ｎ+
埋込層８２上に、Ｐ型エピタキシャル層８４、Ｓｉ／Ｓ
ｉＧｅ超格子層８５及びＰ+エピタキシャル層８６が連
続して選択エピタキシャル成長されており、このように
してＮ+埋込層８２との間にＰＮ接合を形成した構成と
なっている。光ファイバ９１がその約半分までが埋め込
まれるだけの光ファイバ固定溝９０が形成されており、
光ファイバ９１の出射端と光吸収層であるＳｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層８５の端部とが対向配置して光を導入する構
造となっている。また、Ｎ領域側の端子の引出しのため
に、Ｎ型エピタキシャル層８３を貫通してＮ+埋込層８
２に至るＮ+引き出し層９２が設けられている。さら
に、シリコン酸化膜８７によってフォトダイオード部の
表面全体が覆われており、シリコン酸化膜８７に開けら
れた開口を介して、アルミ電極８８,８９がそれぞれＰ+
エピタキシャル層８６、Ｎ+埋込層９２と接続してい
る。この光検出器は、メサ型ではなく完全プレーナ型と
して構成されているが、光導波路は含んでいない。
対して接着剤９４によって固定された光ファイバ９１か
らの入射光をＳｉＧｅ超格子層８５に横から入射させよ
うとするものである。Ｐ型シリコン基板８１上にＮ+埋
込層８２とＮ型エピタキシャル層８３とが順次形成され
ており、Ｎ型エピタキシャル層８３の表面からＮ+埋込
層８２に到達するようにコの字型の絶縁層９３が設けら
れている。そして、絶縁層９３で区画された領域内にお
いては、Ｎ型エピタキシャル層８３が取り除かれ、Ｎ+
埋込層８２上に、Ｐ型エピタキシャル層８４、Ｓｉ／Ｓ
ｉＧｅ超格子層８５及びＰ+エピタキシャル層８６が連
続して選択エピタキシャル成長されており、このように
してＮ+埋込層８２との間にＰＮ接合を形成した構成と
なっている。光ファイバ９１がその約半分までが埋め込
まれるだけの光ファイバ固定溝９０が形成されており、
光ファイバ９１の出射端と光吸収層であるＳｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層８５の端部とが対向配置して光を導入する構
造となっている。また、Ｎ領域側の端子の引出しのため
に、Ｎ型エピタキシャル層８３を貫通してＮ+埋込層８
２に至るＮ+引き出し層９２が設けられている。さら
に、シリコン酸化膜８７によってフォトダイオード部の
表面全体が覆われており、シリコン酸化膜８７に開けら
れた開口を介して、アルミ電極８８,８９がそれぞれＰ+
エピタキシャル層８６、Ｎ+埋込層９２と接続してい
る。この光検出器は、メサ型ではなく完全プレーナ型と
して構成されているが、光導波路は含んでいない。
【０００８】また、この特願平５−３１９５３８号に
は、上述の完全プレーナ型の光検出器とバイポーラ型ト
ランジスタからなる光信号処理回路とを一体化した例も
述べられている。すなわち、バイポーラトランジスタの
コレクタ埋込層としてＮ+埋込層８２を使用し、電極用
コンタクト形成前までに周知の方法でＮ型エピタキシャ
ル層８３にバイポーラトランジスタを形成し、その後、
光検出器を形成し、最後に電極をバイポーラトランジス
タ部とフォトダイオード部で同時に形成することが開示
されている。この場合、光検出器でのＮ+埋込層８２ま
での深さとバイポーラトランジスタのコレクタ埋込層ま
での深さは同じになる。
は、上述の完全プレーナ型の光検出器とバイポーラ型ト
ランジスタからなる光信号処理回路とを一体化した例も
述べられている。すなわち、バイポーラトランジスタの
コレクタ埋込層としてＮ+埋込層８２を使用し、電極用
コンタクト形成前までに周知の方法でＮ型エピタキシャ
ル層８３にバイポーラトランジスタを形成し、その後、
光検出器を形成し、最後に電極をバイポーラトランジス
タ部とフォトダイオード部で同時に形成することが開示
されている。この場合、光検出器でのＮ+埋込層８２ま
での深さとバイポーラトランジスタのコレクタ埋込層ま
での深さは同じになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のV.P.Kesanらに
よる光検出器やA.Aplettらによる光検出器では、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層をメサ型に形成している。この構造に
おいては、端面に再結合準位が発生しやすくこのためダ
イオードにリーク電流が発生しやすいという問題点があ
る。このリーク電流はフォトダイオードの暗電流とな
り、光検出器の特性を著しく低下させる。また、光吸収
の効率を上げるためにＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層の厚さを
７００ｎｍ程度にする必要があり、このような大きな段
差を持つ光検出器と同一チップ内に集積回路を組み込む
ことが困難であるという問題点もある。さらに、光ファ
イバがチップの外にあり、光検出器に精度よく光ファイ
バを固定することが困難であるという問題点もある。
よる光検出器やA.Aplettらによる光検出器では、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層をメサ型に形成している。この構造に
おいては、端面に再結合準位が発生しやすくこのためダ
イオードにリーク電流が発生しやすいという問題点があ
る。このリーク電流はフォトダイオードの暗電流とな
り、光検出器の特性を著しく低下させる。また、光吸収
の効率を上げるためにＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層の厚さを
７００ｎｍ程度にする必要があり、このような大きな段
差を持つ光検出器と同一チップ内に集積回路を組み込む
ことが困難であるという問題点もある。さらに、光ファ
イバがチップの外にあり、光検出器に精度よく光ファイ
バを固定することが困難であるという問題点もある。
【００１０】特願平５−３１９５３８号の光検出器の場
合、完全プレーナ型構造とし、フォトダイオードの光吸
収層であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層の側面に光ファイバ
固定溝を設け、ここに固定した光ファイバから直接光を
入射する構造であるので、メサ型におけるような諸問題
は発生しない。またこのような構造であるので、光ファ
イバのコア部とフォトダイオードとの軸合わせ精度は容
易に高めることができる。しかしながら、光導波路を持
たないので光ファイバから入射した光がフォトダイオー
ド内に閉じ込められずに散乱しやすく、光吸収層に効率
よく光が吸収されないことがある。つまり、フォトダイ
オードの光吸収層に光ファイバからの光を安定して導入
することが難しくなって、吸収効率が低下することがあ
る。
合、完全プレーナ型構造とし、フォトダイオードの光吸
収層であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層の側面に光ファイバ
固定溝を設け、ここに固定した光ファイバから直接光を
入射する構造であるので、メサ型におけるような諸問題
は発生しない。またこのような構造であるので、光ファ
イバのコア部とフォトダイオードとの軸合わせ精度は容
易に高めることができる。しかしながら、光導波路を持
たないので光ファイバから入射した光がフォトダイオー
ド内に閉じ込められずに散乱しやすく、光吸収層に効率
よく光が吸収されないことがある。つまり、フォトダイ
オードの光吸収層に光ファイバからの光を安定して導入
することが難しくなって、吸収効率が低下することがあ
る。
【００１１】本発明の目的は、暗電流が小さくかつフォ
トダイオードの光吸収層に効率よく光を導入でき、また
光ファイバとの結合が容易であってバイポーラトランジ
スタとの集積回路化も簡単に行なえる半導体装置を提供
し、さらに、高速バイポーラトランジスタとフォトダイ
オードとを一体化させた集積回路とこの集積回路を製造
するための製造方法を提供することにある。
トダイオードの光吸収層に効率よく光を導入でき、また
光ファイバとの結合が容易であってバイポーラトランジ
スタとの集積回路化も簡単に行なえる半導体装置を提供
し、さらに、高速バイポーラトランジスタとフォトダイ
オードとを一体化させた集積回路とこの集積回路を製造
するための製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の半導体装
置は、シリコン基板上にフォトダイオードが形成され光
検出器として用いられる半導体装置において、前記フォ
トダイオードを素子分離するための分離領域と、前記半
導体装置の表面内部に形成されるとともに上部及び下部
にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び第２の低
屈折率領域によって挟まれたシリコン導波路とを有し、
前記シリコン導波路の一端側の延長部分が前記分離領域
を介して前記フォトダイオードの下部にまで至ってい
る。
置は、シリコン基板上にフォトダイオードが形成され光
検出器として用いられる半導体装置において、前記フォ
トダイオードを素子分離するための分離領域と、前記半
導体装置の表面内部に形成されるとともに上部及び下部
にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び第２の低
屈折率領域によって挟まれたシリコン導波路とを有し、
前記シリコン導波路の一端側の延長部分が前記分離領域
を介して前記フォトダイオードの下部にまで至ってい
る。
【００１３】本発明の第１の半導体装置において、フォ
トダイオードはプレーナ構造とすることが望ましく、ま
た、フォトダイオードの光吸収層をシリコン基板の表面
に平行な層をなしているＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層によっ
て形成することができる。さらに、シリコン導波路の他
端側に、光ファイバの一端と係合しこの光ファイバの太
さの半分よりも深い光ファイバ固定溝を形成することが
好ましい。シリコン基板に平行な平面内においてシリコ
ン光導波路側から放射状に広がるように、フォトダイオ
ードの光吸収層を形成してもよい。光ファイバ固定溝を
設ける場合には、光ファイバ固定溝に接続する溝部をさ
らに設けてもよく、この溝部が、光ファイバ固定溝に係
合される光ファイバの長手方向に対してほぼ直交する方
向に延びて、半導体装置の端部にまで至るようにしても
よい。
トダイオードはプレーナ構造とすることが望ましく、ま
た、フォトダイオードの光吸収層をシリコン基板の表面
に平行な層をなしているＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層によっ
て形成することができる。さらに、シリコン導波路の他
端側に、光ファイバの一端と係合しこの光ファイバの太
さの半分よりも深い光ファイバ固定溝を形成することが
好ましい。シリコン基板に平行な平面内においてシリコ
ン光導波路側から放射状に広がるように、フォトダイオ
ードの光吸収層を形成してもよい。光ファイバ固定溝を
設ける場合には、光ファイバ固定溝に接続する溝部をさ
らに設けてもよく、この溝部が、光ファイバ固定溝に係
合される光ファイバの長手方向に対してほぼ直交する方
向に延びて、半導体装置の端部にまで至るようにしても
よい。
【００１４】第１の低屈折率領域は、例えばシリコン酸
化膜によって形成できる。第２の低屈折率領域は、例え
ば、(1)シリコン酸化膜からなる層、(2)第１の高濃度不
純物領域からなる層、(3)シリコン酸化膜と第１の高濃
度不純物領域との２層構成の層のいずれかの層によって
形成することができる。この場合、第１の高濃度不純物
領域がフォトダイオードの下部電極引き出し層の少なく
とも一部を構成するようにすることができる。
化膜によって形成できる。第２の低屈折率領域は、例え
ば、(1)シリコン酸化膜からなる層、(2)第１の高濃度不
純物領域からなる層、(3)シリコン酸化膜と第１の高濃
度不純物領域との２層構成の層のいずれかの層によって
形成することができる。この場合、第１の高濃度不純物
領域がフォトダイオードの下部電極引き出し層の少なく
とも一部を構成するようにすることができる。
【００１５】またこの発明では、シリコン光導波路の側
面を画定するための第３の低屈折率領域を設けることが
でき、この第３の低屈折率領域は、例えば、半導体装置
の表面部から第２の低屈折率領域にまで達するシリコン
酸化膜によって構成され、分離領域と一体のものとして
分離領域と同時に形成することも可能である。第３の低
屈折率領域でシリコン光導波路の側面を画定する場合、
シリコン導波路の横幅が他端側から一端側に向かって狭
まっているようにしてもよい。また、分離領域で区画さ
れた領域内であってフォトダイオードの光吸収層の側面
となる位置に、絶縁物を介して第２の高濃度不純物領域
を設け、この第２の高濃度不純物領域によってシリコン
光導波路の延長部分の側面が画定されるようにしてもよ
い。この場合、第２の高濃度不純物領域がフォトダイオ
ードの下部電極引き出し層の少なくとも一部を構成する
ようにすることができる。
面を画定するための第３の低屈折率領域を設けることが
でき、この第３の低屈折率領域は、例えば、半導体装置
の表面部から第２の低屈折率領域にまで達するシリコン
酸化膜によって構成され、分離領域と一体のものとして
分離領域と同時に形成することも可能である。第３の低
屈折率領域でシリコン光導波路の側面を画定する場合、
シリコン導波路の横幅が他端側から一端側に向かって狭
まっているようにしてもよい。また、分離領域で区画さ
れた領域内であってフォトダイオードの光吸収層の側面
となる位置に、絶縁物を介して第２の高濃度不純物領域
を設け、この第２の高濃度不純物領域によってシリコン
光導波路の延長部分の側面が画定されるようにしてもよ
い。この場合、第２の高濃度不純物領域がフォトダイオ
ードの下部電極引き出し層の少なくとも一部を構成する
ようにすることができる。
【００１６】本発明の第２の半導体装置は、シリコン基
板上にフォトダイオードが形成され光検出器として用い
られる半導体装置において、前記シリコン基板の一辺に
接続し、かつ光ファイバの太さの半分よりも深い溝部と
して形成され、前記光ファイバの一端と係合し得る光フ
ァイバ固定溝と、前記半導体装置の表面内部に配置する
とともに、上部及び下部にそれぞれ配置された第１の低
屈折率領域及び第２の低屈折率領域によって挟まれて形
成され、前記フォトダイオードと前記光ファイバ固定溝
とを光学的に接続するシリコン導波路と、第３の低屈折
率領域からなり前記フォトダイオードを素子分離するた
めの分離領域とを有し、前記フォトダイオードと前記シ
リコン導波路との接続部分には前記分離領域が存在せず
に、前記シリコン導波路の一端側の延長部分が一体的に
前記フォトダイオードの下部にまで至り、前記分離領域
が前記シリコン導波路の側面を画定して前記光ファイバ
固定溝の端部の壁面にまで達している。
板上にフォトダイオードが形成され光検出器として用い
られる半導体装置において、前記シリコン基板の一辺に
接続し、かつ光ファイバの太さの半分よりも深い溝部と
して形成され、前記光ファイバの一端と係合し得る光フ
ァイバ固定溝と、前記半導体装置の表面内部に配置する
とともに、上部及び下部にそれぞれ配置された第１の低
屈折率領域及び第２の低屈折率領域によって挟まれて形
成され、前記フォトダイオードと前記光ファイバ固定溝
とを光学的に接続するシリコン導波路と、第３の低屈折
率領域からなり前記フォトダイオードを素子分離するた
めの分離領域とを有し、前記フォトダイオードと前記シ
リコン導波路との接続部分には前記分離領域が存在せず
に、前記シリコン導波路の一端側の延長部分が一体的に
前記フォトダイオードの下部にまで至り、前記分離領域
が前記シリコン導波路の側面を画定して前記光ファイバ
固定溝の端部の壁面にまで達している。
【００１７】本発明の第２の半導体装置において、フォ
トダイオードはプレーナ構造とすることが望ましく、ま
た、フォトダイオードの光吸収層をシリコン基板の表面
に平行な層をなしているＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層によっ
て形成することができる。シリコン基板に平行な平面内
においてシリコン光導波路側から放射状に広がるよう
に、フォトダイオードの光吸収層を形成してもよい。分
離領域は光ファイバ固定溝の壁面に露出することになる
が、この部分でのリーク電流に発生を避けるために、光
ファイバ固定溝はダイシングなどの機械的加工で形成す
るのではなく、エッチングで形成することが好ましい。
トダイオードはプレーナ構造とすることが望ましく、ま
た、フォトダイオードの光吸収層をシリコン基板の表面
に平行な層をなしているＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層によっ
て形成することができる。シリコン基板に平行な平面内
においてシリコン光導波路側から放射状に広がるよう
に、フォトダイオードの光吸収層を形成してもよい。分
離領域は光ファイバ固定溝の壁面に露出することになる
が、この部分でのリーク電流に発生を避けるために、光
ファイバ固定溝はダイシングなどの機械的加工で形成す
るのではなく、エッチングで形成することが好ましい。
【００１８】さらにこの発明では、分離領域による素子
分離をより確実なものとするために、分離領域に枝分か
れ部を設け、枝分かれ部の先端が半導体装置の端部にま
で達するようにするとよい。具体的には、一端が分離領
域に接続し他端が半導体装置の端部に達するように、光
ファイバ固定溝の周囲に沿って第２の分離領域を形成す
ればよい。分離領域及び／または第２の分離領域は、例
えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び多結晶シリ
コン膜の中から選ばれた１種による単層膜によって、あ
るいは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び多結晶シ
リコン膜の中から選ばれた１種を少なくとも含む多層膜
によって、半導体装置の表面部から前記第２の低屈折率
領域に達するように形成することが好ましい。
分離をより確実なものとするために、分離領域に枝分か
れ部を設け、枝分かれ部の先端が半導体装置の端部にま
で達するようにするとよい。具体的には、一端が分離領
域に接続し他端が半導体装置の端部に達するように、光
ファイバ固定溝の周囲に沿って第２の分離領域を形成す
ればよい。分離領域及び／または第２の分離領域は、例
えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び多結晶シリ
コン膜の中から選ばれた１種による単層膜によって、あ
るいは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び多結晶シ
リコン膜の中から選ばれた１種を少なくとも含む多層膜
によって、半導体装置の表面部から前記第２の低屈折率
領域に達するように形成することが好ましい。
【００１９】本発明の第３の半導体装置は、バイポーラ
トランジスタ部とフォトダイオード部とが同一のシリコ
ン基板上に形成された半導体装置において、第１の導電
型のシリコン基板上に、前記第１の導電型とは異なる第
２の導電型の第１の埋込層と、前記第２の導電型の第１
のエピタキシャル層と、前記第２の導電型の第２のエピ
タキシャル層とが順次積層され、前記バイポーラトラン
ジスタ部では前記第１のエピタキシャル層と前記第２の
エピタキシャル層との間に前記第２の導電型の第２の埋
込層が設けられ、前記フォトダイオード部では前記第１
のエピタキシャル層あるいは前記第２のエピタキシャル
層に接するように第３のエピタキシャル層が設けられ、
前記バイポーラトランジスタ部と前記フォトダイオード
部との間には相互を素子分離するための溝領域が設けら
れている。
トランジスタ部とフォトダイオード部とが同一のシリコ
ン基板上に形成された半導体装置において、第１の導電
型のシリコン基板上に、前記第１の導電型とは異なる第
２の導電型の第１の埋込層と、前記第２の導電型の第１
のエピタキシャル層と、前記第２の導電型の第２のエピ
タキシャル層とが順次積層され、前記バイポーラトラン
ジスタ部では前記第１のエピタキシャル層と前記第２の
エピタキシャル層との間に前記第２の導電型の第２の埋
込層が設けられ、前記フォトダイオード部では前記第１
のエピタキシャル層あるいは前記第２のエピタキシャル
層に接するように第３のエピタキシャル層が設けられ、
前記バイポーラトランジスタ部と前記フォトダイオード
部との間には相互を素子分離するための溝領域が設けら
れている。
【００２０】本発明の半導体装置の製造方法は、第１の
導電型のシリコン基板を用いる半導体装置の製造方法に
おいて、前記シリコン基板上に、前記第１の導電型とは
異なる第２の導電型の第１の埋込層と前記第２の導電型
の第１のエピタキシャル層とを順次形成し、前記第１の
エピタキシャル層の一部に前記第２の導電型の第２のエ
ピタキシャル層を形成し、そののち第２の導電型の第２
のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第２のエピ
タキシャル層の表面から前記シリコン基板に達するよう
に素子分離のための分離領域を形成する工程と、前記第
２の埋込層上の前記第２のエピタキシャル層中にベース
領域とエミッタ領域とを設けてバイポーラトランジスタ
を形成する工程と、前記第２のエピタキシャル層もしく
は前記第１のエピタキシャル層に達する凹部を形成し、
前記凹部の側面にシリコン酸化膜を形成し、その後、前
記凹部内に選択的に第３のエピタキシャル層を形成する
工程と、を含む。
導電型のシリコン基板を用いる半導体装置の製造方法に
おいて、前記シリコン基板上に、前記第１の導電型とは
異なる第２の導電型の第１の埋込層と前記第２の導電型
の第１のエピタキシャル層とを順次形成し、前記第１の
エピタキシャル層の一部に前記第２の導電型の第２のエ
ピタキシャル層を形成し、そののち第２の導電型の第２
のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第２のエピ
タキシャル層の表面から前記シリコン基板に達するよう
に素子分離のための分離領域を形成する工程と、前記第
２の埋込層上の前記第２のエピタキシャル層中にベース
領域とエミッタ領域とを設けてバイポーラトランジスタ
を形成する工程と、前記第２のエピタキシャル層もしく
は前記第１のエピタキシャル層に達する凹部を形成し、
前記凹部の側面にシリコン酸化膜を形成し、その後、前
記凹部内に選択的に第３のエピタキシャル層を形成する
工程と、を含む。
【００２１】本発明の第１の半導体装置では、上部及び
下部にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び第２
の低屈折率領域によって挟まれたシリコン導波路を半導
体装置の表面内部に設け、素子分離のための分離領域を
介してこのシリコン光導波路の一端側の延長部分をフォ
トダイオードの下部にまで至らしめているので、外部か
ら典型的には光ファイバから入射する光がエバネセント
波結合によって効率よくフォトダイオードの光吸収層内
に注入される。このとき、第１の低屈折率領域の厚さと
フォトダイオードの厚さをほぼ等しくすることが可能で
あるから、完全プレーナ構造で光導波路付きの光検出器
を構成することが可能になる。
下部にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び第２
の低屈折率領域によって挟まれたシリコン導波路を半導
体装置の表面内部に設け、素子分離のための分離領域を
介してこのシリコン光導波路の一端側の延長部分をフォ
トダイオードの下部にまで至らしめているので、外部か
ら典型的には光ファイバから入射する光がエバネセント
波結合によって効率よくフォトダイオードの光吸収層内
に注入される。このとき、第１の低屈折率領域の厚さと
フォトダイオードの厚さをほぼ等しくすることが可能で
あるから、完全プレーナ構造で光導波路付きの光検出器
を構成することが可能になる。
【００２２】また、この光導波路付きの光検出器とバイ
ポーラトランジスタとを一体化して集積回路とする場合
に、同一の導電型のエピタキシャル層を２層構成とし、
バイポーラトランジスタ部においてはこれらの２層のエ
ピタキシャル層の間に埋込層を設けているので、この埋
込層をコレクタ埋込層とすることにより、浅接合を持つ
高速のバイポーラトランジスタと光導波路を持つフォト
ダイオードとを同一チップ上にプレーナ構造で設けるこ
とが可能になる。
ポーラトランジスタとを一体化して集積回路とする場合
に、同一の導電型のエピタキシャル層を２層構成とし、
バイポーラトランジスタ部においてはこれらの２層のエ
ピタキシャル層の間に埋込層を設けているので、この埋
込層をコレクタ埋込層とすることにより、浅接合を持つ
高速のバイポーラトランジスタと光導波路を持つフォト
ダイオードとを同一チップ上にプレーナ構造で設けるこ
とが可能になる。
【００２３】本発明の第２の半導体装置では、分離領域
によってフォトダイオード部とシリコン光導波路とを一
体的に素子分離しており、フォトダイオードとシリコン
導波路との接続部分には分離領域が存在しない。そのた
め、より効率よく光をフォトダイオードに入射させるこ
とが可能であるとともに、分離領域がシリコン光導波路
側面の反射層として機能し、光の透過率などを気にせず
に分離領域の膜厚を素子分離や光閉じ込めの観点から最
適に設定できる。
によってフォトダイオード部とシリコン光導波路とを一
体的に素子分離しており、フォトダイオードとシリコン
導波路との接続部分には分離領域が存在しない。そのた
め、より効率よく光をフォトダイオードに入射させるこ
とが可能であるとともに、分離領域がシリコン光導波路
側面の反射層として機能し、光の透過率などを気にせず
に分離領域の膜厚を素子分離や光閉じ込めの観点から最
適に設定できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００２５】《第１の実施の形態》図１は本発明の第１
の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図２及び図
３はそれぞれ図１のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線での断面図
である。ただし図１は、フォトダイオードの各電極引き
出しのためのアルミ電極１４と素子の保護のためにシリ
コンチップ１８の表面に形成されるシリコン酸化膜１２
及びシリコン窒化膜１３との記載を省略した状態での平
面図である。
の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図２及び図
３はそれぞれ図１のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線での断面図
である。ただし図１は、フォトダイオードの各電極引き
出しのためのアルミ電極１４と素子の保護のためにシリ
コンチップ１８の表面に形成されるシリコン酸化膜１２
及びシリコン窒化膜１３との記載を省略した状態での平
面図である。
【００２６】この半導体装置は、光ファイバ１６から入
射する光を検出する光検出器であって、シリコンチップ
１８内にフォトダイオード部２５と光導波路領域３２と
が完全プレーナ構造で形成されている。シリコンチップ
１８は、Ｐ型のシリコン基板１上にＮ+埋込層２とＮ型
エピタキシャル層３を順次成長させ、その後、フォトダ
イオード部２５と光導波路領域３２を形成したものであ
る。シリコンチップ１８の１つの辺には、光ファイバ１
６の一端を固定するために、光ファイバ固定溝１５が形
成されている。光ファイバ固定溝１５の幅は、光ファイ
バ１６の直径より若干大きく、また、光ファイバ固定溝
１５の深さは光ファイバ１６の半径よりも大きく、これ
によって、光ファイバ１６の一端が光ファイバ固定溝１
５に受容されるようになっている。なお後述するよう
に、光ファイバ１６からの光が光導波路内に入射するよ
うにするため、光ファイバ１６のコアと光導波路の位置
とが一致すべく光ファイバ固定溝１５の深さを定めるこ
とが好ましい。
射する光を検出する光検出器であって、シリコンチップ
１８内にフォトダイオード部２５と光導波路領域３２と
が完全プレーナ構造で形成されている。シリコンチップ
１８は、Ｐ型のシリコン基板１上にＮ+埋込層２とＮ型
エピタキシャル層３を順次成長させ、その後、フォトダ
イオード部２５と光導波路領域３２を形成したものであ
る。シリコンチップ１８の１つの辺には、光ファイバ１
６の一端を固定するために、光ファイバ固定溝１５が形
成されている。光ファイバ固定溝１５の幅は、光ファイ
バ１６の直径より若干大きく、また、光ファイバ固定溝
１５の深さは光ファイバ１６の半径よりも大きく、これ
によって、光ファイバ１６の一端が光ファイバ固定溝１
５に受容されるようになっている。なお後述するよう
に、光ファイバ１６からの光が光導波路内に入射するよ
うにするため、光ファイバ１６のコアと光導波路の位置
とが一致すべく光ファイバ固定溝１５の深さを定めるこ
とが好ましい。
【００２７】光導波路領域３２は、光ファイバ固定溝１
５とフォトダイオード部２５との間に設けられており、
光ファイバ１６からの光をフォトダイオード部２５に効
率よく伝達するための光導波路層が形成されている。図
２に示されるように、光導波路層は、上部をロコス（Ｌ
ＯＣＯＳ）酸化膜４、下部をＮ+埋込層２で挟まれたＮ
型エピタキシャル層３で形成されている。ロコス酸化膜
４、Ｎ型エピタキシャル層３及びＮ+埋込層２の屈折率
は、それぞれ、１.５３，３.４２，３.３となっている
から、最も屈折率の大きいＮ型エピタキシャル層３に光
が閉じこめられて進行し、後述する分離領域５を通過し
てフォトダイオードの下部に達する。この実施の形態で
は、光導波路領域３２では、光の通過方向に対して横方
向には特に反射層を設けておらず、いわゆるスラブ導波
路となっている。なお、シリコン酸化物などからなる壁
状の分離領域５に対して光はほぼ垂直に当るので、ほと
んど減衰することなく光はフォトダイオード部２５に到
達する。
５とフォトダイオード部２５との間に設けられており、
光ファイバ１６からの光をフォトダイオード部２５に効
率よく伝達するための光導波路層が形成されている。図
２に示されるように、光導波路層は、上部をロコス（Ｌ
ＯＣＯＳ）酸化膜４、下部をＮ+埋込層２で挟まれたＮ
型エピタキシャル層３で形成されている。ロコス酸化膜
４、Ｎ型エピタキシャル層３及びＮ+埋込層２の屈折率
は、それぞれ、１.５３，３.４２，３.３となっている
から、最も屈折率の大きいＮ型エピタキシャル層３に光
が閉じこめられて進行し、後述する分離領域５を通過し
てフォトダイオードの下部に達する。この実施の形態で
は、光導波路領域３２では、光の通過方向に対して横方
向には特に反射層を設けておらず、いわゆるスラブ導波
路となっている。なお、シリコン酸化物などからなる壁
状の分離領域５に対して光はほぼ垂直に当るので、ほと
んど減衰することなく光はフォトダイオード部２５に到
達する。
【００２８】次に、フォトダイオード部２５について説
明する。フォトダイオード部２５は、溝（トレンチ）素
子分離のためにロの字型に設けられた分離領域５で区切
られた領域内に形成されている。分離領域５は、Ｎ型エ
ピタキシャル層３とＮ+埋込層２を貫いてシリコン基板
１に至るまで形成された溝（トレンチ）に、シリコン酸
化物などの絶縁物を充填することによって形成されてい
る。分離領域５によって区画された領域内のほぼ中央部
には、長方形の枠型にシリコン酸化膜８が設けられてい
る。このシリコン酸化膜８は、断面形状としてはＮ型エ
ピタキシャル層３の表面からその中ほどまで延びる壁状
のものであり、形成深さが光導波路領域３２でのロコス
酸化膜４の厚さとほぼ等しくなっている。この枠型のシ
リコン酸化膜８に囲まれた領域は、Ｎ型エピタキシャル
層３に設けられた凹部（図４(b)のダイオード形成用凹
部６）に相当し、この凹部に対してＰ型エピタキシャル
層９、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０及びＰ+エピタキシ
ャル層１１を順次成長させて充填した構成となってい
る。したがって、フォトダイオードとしての光吸収層は
シリコン酸化膜１０に囲まれた領域に形成されることに
なり、Ｎ型エピタキシャル層３のうちこの光吸収層の下
側に位置する部分は、光吸収層にエバネセント波結合に
よって光を導入するための光導波路として機能すること
になる。つまり、光導波路領域３２での光導波路をフォ
トダイオード部２５に延長した領域が、Ｎ型エピタキシ
ャル層３のうち光吸収層の下側に位置する部分というこ
とになる。
明する。フォトダイオード部２５は、溝（トレンチ）素
子分離のためにロの字型に設けられた分離領域５で区切
られた領域内に形成されている。分離領域５は、Ｎ型エ
ピタキシャル層３とＮ+埋込層２を貫いてシリコン基板
１に至るまで形成された溝（トレンチ）に、シリコン酸
化物などの絶縁物を充填することによって形成されてい
る。分離領域５によって区画された領域内のほぼ中央部
には、長方形の枠型にシリコン酸化膜８が設けられてい
る。このシリコン酸化膜８は、断面形状としてはＮ型エ
ピタキシャル層３の表面からその中ほどまで延びる壁状
のものであり、形成深さが光導波路領域３２でのロコス
酸化膜４の厚さとほぼ等しくなっている。この枠型のシ
リコン酸化膜８に囲まれた領域は、Ｎ型エピタキシャル
層３に設けられた凹部（図４(b)のダイオード形成用凹
部６）に相当し、この凹部に対してＰ型エピタキシャル
層９、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０及びＰ+エピタキシ
ャル層１１を順次成長させて充填した構成となってい
る。したがって、フォトダイオードとしての光吸収層は
シリコン酸化膜１０に囲まれた領域に形成されることに
なり、Ｎ型エピタキシャル層３のうちこの光吸収層の下
側に位置する部分は、光吸収層にエバネセント波結合に
よって光を導入するための光導波路として機能すること
になる。つまり、光導波路領域３２での光導波路をフォ
トダイオード部２５に延長した領域が、Ｎ型エピタキシ
ャル層３のうち光吸収層の下側に位置する部分というこ
とになる。
【００２９】また、このシリコンチップ１８の表面に
は、素子全体の保護のためにシリコン酸化膜１２とシリ
コン窒化膜１３が形成されている。さらに、シリコン酸
化膜１２に設けられたコンタクト１９を介してフォトダ
イオードのＰ型領域及びＮ型領域と接続するために、ア
ルミ電極１４が設けられている。この場合、Ｎ型領域に
対応するアルミ電極１４とＮ+埋込層２とを接続するよ
うにＮ+引き出し層を設けることができる。
は、素子全体の保護のためにシリコン酸化膜１２とシリ
コン窒化膜１３が形成されている。さらに、シリコン酸
化膜１２に設けられたコンタクト１９を介してフォトダ
イオードのＰ型領域及びＮ型領域と接続するために、ア
ルミ電極１４が設けられている。この場合、Ｎ型領域に
対応するアルミ電極１４とＮ+埋込層２とを接続するよ
うにＮ+引き出し層を設けることができる。
【００３０】次に、この半導体装置の製造工程につい
て、図４(a),(b)及び図５(a),(b)を用いて説明する。
て、図４(a),(b)及び図５(a),(b)を用いて説明する。
【００３１】まず、図４(a)に示すように、Ｐ型のシリ
コン基板１上にＮ+埋込層２を形成し、さらにＮ型エピ
タキシャル層３を成長する。このＮ型エピタキシャル層
３は、光導波路としても使われるので、厚さを約３.５
μｍ程度とする。次に、フォトダイオード部２５や光フ
ァイバ固定溝１５となるべき部位やそれらの近傍を除く
部分に周知の方法でロコス酸化膜４を形成し、また、分
離領域５に対応して周知の方法でトレンチを設けてそこ
にシリコン酸化膜などを充填して分離領域５を形成す
る。ロコス酸化膜４と分離領域５の形成順序は、どちら
が先であってもよい。この半導体装置を１.３μｍ帯の
光検出器として使用する場合であれば、Ｎ+埋込層２と
ロコス酸化膜４の厚さは、いずれも光の波長（１.３μ
ｍ）以上とすることが望ましい。
コン基板１上にＮ+埋込層２を形成し、さらにＮ型エピ
タキシャル層３を成長する。このＮ型エピタキシャル層
３は、光導波路としても使われるので、厚さを約３.５
μｍ程度とする。次に、フォトダイオード部２５や光フ
ァイバ固定溝１５となるべき部位やそれらの近傍を除く
部分に周知の方法でロコス酸化膜４を形成し、また、分
離領域５に対応して周知の方法でトレンチを設けてそこ
にシリコン酸化膜などを充填して分離領域５を形成す
る。ロコス酸化膜４と分離領域５の形成順序は、どちら
が先であってもよい。この半導体装置を１.３μｍ帯の
光検出器として使用する場合であれば、Ｎ+埋込層２と
ロコス酸化膜４の厚さは、いずれも光の波長（１.３μ
ｍ）以上とすることが望ましい。
【００３２】続いて図４(b)に示すように、フォトダイ
オード部２５となるべき位置において、Ｎ型エピタキシ
ャル層３に対しＳｉエッチングによって約１μｍ深さの
略四角形のダイオード形成用凹部６を形成し、このダイ
オード形成用凹部６の側壁にシリコン酸化膜８を形成す
る。このとき、ダイオード形成用凹部６の底面を除い
て、Ｎ型エピタキシャル層３やロコス酸化膜４の表面
に、シリコン酸化膜７が形成されておくようにする。
オード部２５となるべき位置において、Ｎ型エピタキシ
ャル層３に対しＳｉエッチングによって約１μｍ深さの
略四角形のダイオード形成用凹部６を形成し、このダイ
オード形成用凹部６の側壁にシリコン酸化膜８を形成す
る。このとき、ダイオード形成用凹部６の底面を除い
て、Ｎ型エピタキシャル層３やロコス酸化膜４の表面
に、シリコン酸化膜７が形成されておくようにする。
【００３３】その後、図５(a)に示されるように、ダイ
オード形成用凹部６の底部に露出しているＮ型エピタキ
シャル層３上に、酸化膜選択を利用して、Ｐ型エピタキ
シャル層９、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０及びＰ+エピ
タキシャル層１１を連続して選択成長させる。そして、
全面にシリコン酸化膜１２を設けた後に、この酸化膜１
２にコンタクト１９を設け、アルミ電極１４を形成す
る。さらに、これらの上にシリコン窒化膜１３を形成す
る。
オード形成用凹部６の底部に露出しているＮ型エピタキ
シャル層３上に、酸化膜選択を利用して、Ｐ型エピタキ
シャル層９、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層１０及びＰ+エピ
タキシャル層１１を連続して選択成長させる。そして、
全面にシリコン酸化膜１２を設けた後に、この酸化膜１
２にコンタクト１９を設け、アルミ電極１４を形成す
る。さらに、これらの上にシリコン窒化膜１３を形成す
る。
【００３４】次に、図５(b)に示すように、Ｓｉエッチ
ングによって光ファイバ固定溝１５を形成する。使用す
る光ファイバ１６が１.３μｍ帯用シングルモードファ
イバであるとすればファイバ径は約１２５μｍであるか
ら、光ファイバ固定溝１５の深さを約６５μｍとし、光
ファイバ１６のコア部の中心が光導波路部分の中心にく
るようにする。また、エッチングの際には厚膜のレジス
トなどをマスクとして使用する。
ングによって光ファイバ固定溝１５を形成する。使用す
る光ファイバ１６が１.３μｍ帯用シングルモードファ
イバであるとすればファイバ径は約１２５μｍであるか
ら、光ファイバ固定溝１５の深さを約６５μｍとし、光
ファイバ１６のコア部の中心が光導波路部分の中心にく
るようにする。また、エッチングの際には厚膜のレジス
トなどをマスクとして使用する。
【００３５】以上のような工程を実施し、その後、光フ
ァイバ固定溝１５に光ファイバ１６の一端をエポキシ系
の接着剤で固定して、光検出器が完成する。
ァイバ固定溝１５に光ファイバ１６の一端をエポキシ系
の接着剤で固定して、光検出器が完成する。
【００３６】《第２の実施の形態》次に、本発明の第２
の実施の形態について、図６を用いて説明する。ここで
は、絶縁層上にシリコンを積層したいわゆるＳＯＩ(Sil
icon On Insulator)基板を用いて光検出器を構成してい
る。第１の実施の形態と異なるところは、Ｎ+埋込層２
の代りにＳＯＩ基板のシリコン酸化膜１７（埋込酸化
膜）が設けられ、分離領域５がこのシリコン酸化膜１７
にまで達するように設けられていることである。その結
果、光導波路領域３２の光導波路において、シリコン酸
化膜１７が下部反射層となっている。
の実施の形態について、図６を用いて説明する。ここで
は、絶縁層上にシリコンを積層したいわゆるＳＯＩ(Sil
icon On Insulator)基板を用いて光検出器を構成してい
る。第１の実施の形態と異なるところは、Ｎ+埋込層２
の代りにＳＯＩ基板のシリコン酸化膜１７（埋込酸化
膜）が設けられ、分離領域５がこのシリコン酸化膜１７
にまで達するように設けられていることである。その結
果、光導波路領域３２の光導波路において、シリコン酸
化膜１７が下部反射層となっている。
【００３７】この半導体装置は、まず、厚さ１μｍ以上
の埋込酸化層（シリコン酸化膜１７に対応）とＮ型で厚
さが３.５μｍ程度の活性領域（Ｎ型エピタキシャル層
３に対応）とを有するＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ
基板上に第１の実施の形態と同様にロコス酸化膜４と分
離領域５を形成し、その後、第１の実施の形態と全く同
じ工程を実施することによって製造される。この実施の
形態の利点は、第１の実施の形態の場合よりも工程が簡
略化されることと、分離領域５の深さが比較的浅くてす
むことである。なお、工程は簡略化されないが、シリコ
ン酸化膜１７の上に第１の実施の形態と同様にＮ+埋込
層２を形成しておけば、シリコン酸化膜１７とＮ+埋込
層２との両方によって光導波路の下部反射層を形成でき
るので、例えば波長１.３μｍ帯に対してシリコン酸化
膜１７の厚さを５００ｎｍ以下にでき、素子に与える応
力を最小限にした上で分離領域５を浅くできる。
の埋込酸化層（シリコン酸化膜１７に対応）とＮ型で厚
さが３.５μｍ程度の活性領域（Ｎ型エピタキシャル層
３に対応）とを有するＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ
基板上に第１の実施の形態と同様にロコス酸化膜４と分
離領域５を形成し、その後、第１の実施の形態と全く同
じ工程を実施することによって製造される。この実施の
形態の利点は、第１の実施の形態の場合よりも工程が簡
略化されることと、分離領域５の深さが比較的浅くてす
むことである。なお、工程は簡略化されないが、シリコ
ン酸化膜１７の上に第１の実施の形態と同様にＮ+埋込
層２を形成しておけば、シリコン酸化膜１７とＮ+埋込
層２との両方によって光導波路の下部反射層を形成でき
るので、例えば波長１.３μｍ帯に対してシリコン酸化
膜１７の厚さを５００ｎｍ以下にでき、素子に与える応
力を最小限にした上で分離領域５を浅くできる。
【００３８】《第３の実施の形態》次に、本発明の第３
の実施の形態を説明する。図７は第３の実施の形態の半
導体装置の構成を示す平面図であり、図８は図７のＣ−
Ｃ´線での断面図である。なお、図７は、シリコン酸化
膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の記載
を省略した状態での平面図である。
の実施の形態を説明する。図７は第３の実施の形態の半
導体装置の構成を示す平面図であり、図８は図７のＣ−
Ｃ´線での断面図である。なお、図７は、シリコン酸化
膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の記載
を省略した状態での平面図である。
【００３９】上述の第１の実施の形態では、光導波路領
域３２における光導波路構造は、側面には反射層のない
スラブ導波路構造であった。ところで、光ファイバから
入射する光は一般に、ファイバの開口数、入射物質の屈
折率などで決定されるある一定の入射角（広がり角）を
持つ。第１の実施の形態のスラブ導波路構造の場合、入
射角は約１.５８°となり、入射した光は光導波路中を
この角度で進行する。光導波路長が数百μｍに及ぶ場合
には、広がった光を全て吸収するためにフォトダイオー
ドの幅を広くする必要があり、これはフォトダイオード
の接合容量の増加をもたらして光応答動作速度の低下に
つながる。
域３２における光導波路構造は、側面には反射層のない
スラブ導波路構造であった。ところで、光ファイバから
入射する光は一般に、ファイバの開口数、入射物質の屈
折率などで決定されるある一定の入射角（広がり角）を
持つ。第１の実施の形態のスラブ導波路構造の場合、入
射角は約１.５８°となり、入射した光は光導波路中を
この角度で進行する。光導波路長が数百μｍに及ぶ場合
には、広がった光を全て吸収するためにフォトダイオー
ドの幅を広くする必要があり、これはフォトダイオード
の接合容量の増加をもたらして光応答動作速度の低下に
つながる。
【００４０】これに対しこの第３の実施の形態では、光
導波路領域３２にまで分離領域５を延長して設けてこれ
を光導波路での側面側の反射層としている。分離領域５
によって光導波路が挟まれるような構成とすることによ
って、光の通過方向に対する横方向にも光が閉じ込めら
れるようになる。この場合、光導波路の側面側での分離
領域５の横幅は、波長１.３μｍの光を使用する場合に
は、１.５μｍ程度が必要である。また、分離領域５に
充填される材料は、シリコンより屈折率の低いもの、例
えばシリコン酸化膜であればよい。このような構造によ
って光ファイバ１６のコア部（径１０μｍ）とほぼ同じ
幅の光導波路を形成することで、横方向への光の広がり
を抑えることができ、フォトダイオードの幅を無用に広
げることなく効率良く光をフォトダイオードに導入する
ことが可能となる。
導波路領域３２にまで分離領域５を延長して設けてこれ
を光導波路での側面側の反射層としている。分離領域５
によって光導波路が挟まれるような構成とすることによ
って、光の通過方向に対する横方向にも光が閉じ込めら
れるようになる。この場合、光導波路の側面側での分離
領域５の横幅は、波長１.３μｍの光を使用する場合に
は、１.５μｍ程度が必要である。また、分離領域５に
充填される材料は、シリコンより屈折率の低いもの、例
えばシリコン酸化膜であればよい。このような構造によ
って光ファイバ１６のコア部（径１０μｍ）とほぼ同じ
幅の光導波路を形成することで、横方向への光の広がり
を抑えることができ、フォトダイオードの幅を無用に広
げることなく効率良く光をフォトダイオードに導入する
ことが可能となる。
【００４１】図９はこの第３の実施の形態での変形例を
示す断面図であり、図７のＣ−Ｃ´線での断面図に相当
する。この変形例では、フォトダイオード部や導波路以
外の領域では、Ｎ+埋込層２やＮ型エピタキシャル層３
を全てシリコン酸化膜２０で置き換えている。このよう
な構成とすることにより、光導波路での光の閉じ込めが
より完全に実現できる。
示す断面図であり、図７のＣ−Ｃ´線での断面図に相当
する。この変形例では、フォトダイオード部や導波路以
外の領域では、Ｎ+埋込層２やＮ型エピタキシャル層３
を全てシリコン酸化膜２０で置き換えている。このよう
な構成とすることにより、光導波路での光の閉じ込めが
より完全に実現できる。
【００４２】《第４の実施の形態》本発明の第４の実施
の形態について、図１０を用いて説明する。なお、図１
０は、シリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びア
ルミ電極１４の記載を省略した状態での平面図である。
この実施の形態では、第３の実施の形態と同様に、光導
波路領域３２まで延長して分離領域５を設け、これを光
導波路の側面反射層としている。その際、１対の側面反
射層である分離領域５間の間隔が、光ファイバ固定溝１
５側からフォトダイオード部２５に向ってテーパー状に
狭くなるようにしてある。このように構成することで光
ファイバ１６からの光がより狭く絞られ、フォトダイオ
ード部２５の幅をより狭くでき、ダイオードの接合容量
を小さくできる。したがって、ここに示される構造は、
特に高速の光応答動作速度を必要とする光検出器に適し
ている。
の形態について、図１０を用いて説明する。なお、図１
０は、シリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びア
ルミ電極１４の記載を省略した状態での平面図である。
この実施の形態では、第３の実施の形態と同様に、光導
波路領域３２まで延長して分離領域５を設け、これを光
導波路の側面反射層としている。その際、１対の側面反
射層である分離領域５間の間隔が、光ファイバ固定溝１
５側からフォトダイオード部２５に向ってテーパー状に
狭くなるようにしてある。このように構成することで光
ファイバ１６からの光がより狭く絞られ、フォトダイオ
ード部２５の幅をより狭くでき、ダイオードの接合容量
を小さくできる。したがって、ここに示される構造は、
特に高速の光応答動作速度を必要とする光検出器に適し
ている。
【００４３】《第５の実施の形態》本発明の第５の実施
の形態を図１１及び図１２を用いて説明する。なお図１
２は、シリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びア
ルミ電極１４の記載を省略した状態での平面図である。
上述の各実施の形態では、フォトダイオードの接合部を
シリコン基板１に投影したときの形状は長方形であり、
しかもこの長方形の長手方向と光ファイバ１６の光軸方
向とが一致している。このとき、上述のように光の入射
角が１.５８°であるとすると、エバネセント波結合を
介しての光の吸収効率を上げるためにフォトダイオード
に数百μｍの長さを必要とする場合、次のような問題が
起こる。すなわち図１１(a)に示すように、フォトダイ
オード部２５での光の入射端側における光の入射幅とフ
ォトダイオード幅が同じであると、光ファイバコア２１
（典型的には直径１０μｍ）から光が扇形に広がってい
るので、光の一部がフォトダイオードから外に出て損失
光成分２２となる。一方、損失光成分２２が生じないよ
うに予めフォトダイオード幅を広げておくと、図１１
(b)に示されるように、余計なダイオード面積部すなわ
ち光の吸収に関与しない領域（非吸収ダイオード領域２
３）がフォトダイオード部２５の内部に生じ、このた
め、必要以上に接合容量が増加して光応答が遅くなる。
そこで本実施の形態では、図１２に示すように、光ファ
イバ１６からの光の入射角（広がり角）に対応させてフ
ォトダイオード部２５も同様の角度で放射状（末広がり
状）に形成しておくことで、フォトダイオード面積を余
計に増やすことなく、効率のよい光吸収が可能になる。
もちろん、フォトダイオード部２５の形状を光の広がり
に合わせて放射状とする構成は、ＳＯＩ基板を用いる場
合（第２の実施の形態）、光導波路領域３２まで分離領
域５を延長する場合（第３の実施の形態）あるいは光導
波路の側面反射層である分離領域５をテーパー状に配置
する場合（第４の実施の形態）においても、有効に適用
することができ、より効率の高い光検出器が得られるこ
とは言うまでもない。
の形態を図１１及び図１２を用いて説明する。なお図１
２は、シリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びア
ルミ電極１４の記載を省略した状態での平面図である。
上述の各実施の形態では、フォトダイオードの接合部を
シリコン基板１に投影したときの形状は長方形であり、
しかもこの長方形の長手方向と光ファイバ１６の光軸方
向とが一致している。このとき、上述のように光の入射
角が１.５８°であるとすると、エバネセント波結合を
介しての光の吸収効率を上げるためにフォトダイオード
に数百μｍの長さを必要とする場合、次のような問題が
起こる。すなわち図１１(a)に示すように、フォトダイ
オード部２５での光の入射端側における光の入射幅とフ
ォトダイオード幅が同じであると、光ファイバコア２１
（典型的には直径１０μｍ）から光が扇形に広がってい
るので、光の一部がフォトダイオードから外に出て損失
光成分２２となる。一方、損失光成分２２が生じないよ
うに予めフォトダイオード幅を広げておくと、図１１
(b)に示されるように、余計なダイオード面積部すなわ
ち光の吸収に関与しない領域（非吸収ダイオード領域２
３）がフォトダイオード部２５の内部に生じ、このた
め、必要以上に接合容量が増加して光応答が遅くなる。
そこで本実施の形態では、図１２に示すように、光ファ
イバ１６からの光の入射角（広がり角）に対応させてフ
ォトダイオード部２５も同様の角度で放射状（末広がり
状）に形成しておくことで、フォトダイオード面積を余
計に増やすことなく、効率のよい光吸収が可能になる。
もちろん、フォトダイオード部２５の形状を光の広がり
に合わせて放射状とする構成は、ＳＯＩ基板を用いる場
合（第２の実施の形態）、光導波路領域３２まで分離領
域５を延長する場合（第３の実施の形態）あるいは光導
波路の側面反射層である分離領域５をテーパー状に配置
する場合（第４の実施の形態）においても、有効に適用
することができ、より効率の高い光検出器が得られるこ
とは言うまでもない。
【００４４】《第６の実施の形態》次に、第６の実施の
形態について説明する。図１３は第６の実施の形態の半
導体装置の構成を示す平面図であり、図１４は図１３の
Ｄ−Ｄ´線での断面図である。なお図１３は、シリコン
酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の
記載を省略した状態での平面図である。
形態について説明する。図１３は第６の実施の形態の半
導体装置の構成を示す平面図であり、図１４は図１３の
Ｄ−Ｄ´線での断面図である。なお図１３は、シリコン
酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の
記載を省略した状態での平面図である。
【００４５】上述の各実施の形態は、光導波路を用いる
ことにより光ファイバ１６からの光を効率よくフォトダ
イオード部２５内に導入するものであるが、フォトダイ
オード部２５内での横方向への光の広がりを抑えること
により、さらに光検出感度が向上する。フォトダイオー
ド部２５での横方向への広がりを抑えるためには、光吸
収層の下側の部分でＮ型エピタキシャル層２が光導波路
として機能することを考慮すると、第３の実施の形態と
同様に分離領域５を側面反射層として用いればよいよう
に考えられる。しかしながら実際には、フォトダイオー
ドの下部電極（上述の各実施の形態ではＮ型領域に対す
る電極）取り出しのためのコンタクト１９がフォトダイ
オードの接合部位（光吸収層）の横に必ず存在するから
（図１、図７あるいは図１０参照）、絶縁領域である分
離領域５は光吸収層から離れて存在することになり、光
反射層として分離領域５を用いるのは最善とは言えな
い。そこで本実施の形態では、フォトダイオードの光吸
収層の横方向の両側に接近して下部電極取り出しのため
のＮ+引き出し層２４を配置し、このＮ+引き出し層２４
を横方向の反射層としてフォトダイオード内に光を閉じ
込め、光吸収効率を高めている。Ｎ+引き出し層２４は
Ｎ型エピタキシャル層２よりも屈折率が小さいので、有
効に光が閉じ込められることになる。このＮ+引き出し
層２４は、下端がＮ+埋込層２に到達し上端においてコ
ンタクト１９を介してアルミ電極１４と接続するよう
に、形成されている。
ことにより光ファイバ１６からの光を効率よくフォトダ
イオード部２５内に導入するものであるが、フォトダイ
オード部２５内での横方向への光の広がりを抑えること
により、さらに光検出感度が向上する。フォトダイオー
ド部２５での横方向への広がりを抑えるためには、光吸
収層の下側の部分でＮ型エピタキシャル層２が光導波路
として機能することを考慮すると、第３の実施の形態と
同様に分離領域５を側面反射層として用いればよいよう
に考えられる。しかしながら実際には、フォトダイオー
ドの下部電極（上述の各実施の形態ではＮ型領域に対す
る電極）取り出しのためのコンタクト１９がフォトダイ
オードの接合部位（光吸収層）の横に必ず存在するから
（図１、図７あるいは図１０参照）、絶縁領域である分
離領域５は光吸収層から離れて存在することになり、光
反射層として分離領域５を用いるのは最善とは言えな
い。そこで本実施の形態では、フォトダイオードの光吸
収層の横方向の両側に接近して下部電極取り出しのため
のＮ+引き出し層２４を配置し、このＮ+引き出し層２４
を横方向の反射層としてフォトダイオード内に光を閉じ
込め、光吸収効率を高めている。Ｎ+引き出し層２４は
Ｎ型エピタキシャル層２よりも屈折率が小さいので、有
効に光が閉じ込められることになる。このＮ+引き出し
層２４は、下端がＮ+埋込層２に到達し上端においてコ
ンタクト１９を介してアルミ電極１４と接続するよう
に、形成されている。
【００４６】《第７の実施の形態》第７の実施の形態に
ついて図１５を用いて説明する。図１５は光ファイバ１
６とシリコンチップ１８の位置関係を概略的に示す平面
図である。上述の各実施の形態においてあるいは特願平
５−３１９５３８号において、光検出器の光ファイバ固
定溝１５への光ファイバの一端の固定には、一般にエポ
キシ系の接着剤が使われている。しかし、光ファイバ固
定溝１５にエポキシ系の接着剤を適度に注入する作業
は、比較的難しい作業である。そこで、図１５に示すよ
うに、光ファイバ固定溝１５の一部を光ファイバ１６の
軸方向に対して垂直方向に広げてそこを接着剤注入溝２
６とすることで、光ファイバ固定用の接着剤を注入しや
すくすることが可能になる。このとき、図１５に示され
ているように、シリコンチップ１８の端部まで接着剤注
入溝２６を延長しておくことにより、余分の接着剤をチ
ップ外に容易に逃すことが可能になる。すなわち、余分
の接着剤がシリコンチップ１８上に残ってシリコンチッ
プ１８に大きな応力が加わることを防ぐことができる。
シングルモード光ファイバの径は一般に１２５μｍであ
るので、１００〜２００μｍ程度、光ファイバ固定溝１
５を広くして接着剤注入溝２６とすれば十分である。
ついて図１５を用いて説明する。図１５は光ファイバ１
６とシリコンチップ１８の位置関係を概略的に示す平面
図である。上述の各実施の形態においてあるいは特願平
５−３１９５３８号において、光検出器の光ファイバ固
定溝１５への光ファイバの一端の固定には、一般にエポ
キシ系の接着剤が使われている。しかし、光ファイバ固
定溝１５にエポキシ系の接着剤を適度に注入する作業
は、比較的難しい作業である。そこで、図１５に示すよ
うに、光ファイバ固定溝１５の一部を光ファイバ１６の
軸方向に対して垂直方向に広げてそこを接着剤注入溝２
６とすることで、光ファイバ固定用の接着剤を注入しや
すくすることが可能になる。このとき、図１５に示され
ているように、シリコンチップ１８の端部まで接着剤注
入溝２６を延長しておくことにより、余分の接着剤をチ
ップ外に容易に逃すことが可能になる。すなわち、余分
の接着剤がシリコンチップ１８上に残ってシリコンチッ
プ１８に大きな応力が加わることを防ぐことができる。
シングルモード光ファイバの径は一般に１２５μｍであ
るので、１００〜２００μｍ程度、光ファイバ固定溝１
５を広くして接着剤注入溝２６とすれば十分である。
【００４７】《第８の実施の形態》次に、本発明の第８
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、シ
リコンチップ１８に上述の光検出器とバイポーラトラン
ジスタ集積回路とを共存させ、ワンチップ光受信集積回
路としたものである。図１６はこの半導体装置すなわち
ワンチップ光受信集積回路の構成を示す断面図である。
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、シ
リコンチップ１８に上述の光検出器とバイポーラトラン
ジスタ集積回路とを共存させ、ワンチップ光受信集積回
路としたものである。図１６はこの半導体装置すなわち
ワンチップ光受信集積回路の構成を示す断面図である。
【００４８】上述の各実施の形態の光検出器では、フォ
トダイオードの下部にまで光導波路が達しており、また
光結合効率の向上のためにこの光導波路の厚さは２〜３
μｍは必要であるから、Ｎ型エピタキシャル層２も比較
的厚く形成する必要がある。一方、高速バイポーラトラ
ンジスタは、その高速化のため浅接合化が進んでおり、
最近では１μｍ以下のＮ型エピタキシャル層内にトラン
ジスタを形成している。そこで本実施の形態では、図１
６に示すように、これらの素子を同一チップ内に形成す
るためにＮ型エピタキシャル層を２層構成とし、バイポ
ーラトランジスタ部３７においては下層側のＮ型エピタ
キシャル層３ａと上層側のＮ型エピタキシャル層３ｂと
の間にＮ+埋込層２８を形成して浅接合のトランジスタ
を形成し、フォトダイオード２５部においては下層側の
Ｎ型エピタキシャル層３ａを光導波路として使用する。
コレクタ領域であるＮ+埋込層２８の上方には、Ｎ型エ
ピタキシャル層３ｂを介して、ベース領域３０とエミッ
タ領域３１が通常のバイポーラ集積回路の場合と同様に
配置されている。第２の実施の形態のようにＳＯＩ基板
を用いる場合には、シリコン基板に直接形成されるＮ+
埋込層２や下層側のＮ型エピタキシャル層３ａは必要な
く、これらは全てＳＯＩ基板で置き換えることができ
る。
トダイオードの下部にまで光導波路が達しており、また
光結合効率の向上のためにこの光導波路の厚さは２〜３
μｍは必要であるから、Ｎ型エピタキシャル層２も比較
的厚く形成する必要がある。一方、高速バイポーラトラ
ンジスタは、その高速化のため浅接合化が進んでおり、
最近では１μｍ以下のＮ型エピタキシャル層内にトラン
ジスタを形成している。そこで本実施の形態では、図１
６に示すように、これらの素子を同一チップ内に形成す
るためにＮ型エピタキシャル層を２層構成とし、バイポ
ーラトランジスタ部３７においては下層側のＮ型エピタ
キシャル層３ａと上層側のＮ型エピタキシャル層３ｂと
の間にＮ+埋込層２８を形成して浅接合のトランジスタ
を形成し、フォトダイオード２５部においては下層側の
Ｎ型エピタキシャル層３ａを光導波路として使用する。
コレクタ領域であるＮ+埋込層２８の上方には、Ｎ型エ
ピタキシャル層３ｂを介して、ベース領域３０とエミッ
タ領域３１が通常のバイポーラ集積回路の場合と同様に
配置されている。第２の実施の形態のようにＳＯＩ基板
を用いる場合には、シリコン基板に直接形成されるＮ+
埋込層２や下層側のＮ型エピタキシャル層３ａは必要な
く、これらは全てＳＯＩ基板で置き換えることができ
る。
【００４９】次に、このワンチップ光受信集積回路の製
造工程について、図１７(a)〜(d)及び図１８(a)〜(c)を
用いて説明する。
造工程について、図１７(a)〜(d)及び図１８(a)〜(c)を
用いて説明する。
【００５０】まず、図１７(a)に示すように、Ｐ型のシ
リコン基板１上にＮ+埋込層２を全面に形成する。これ
は第１の実施の形態の場合と同様である。図１７(b)に
示すように、Ｎ型エピタキシャル層３ａを成長させた
後、バイポーラトランジスタ部３７となるべき部位にＮ
+埋込層２８を選択的に形成する。続いて図１７(c)に示
すように、Ｎ型エピタキシャル層３ｂを全面に成長す
る。その後、図示されていないが第１の実施の形態と同
様にロコス酸化膜を形成後、図１７(d)に示すように、
各トランジスタやフォトダイオードを相互に分離するた
めに分離領域５を形成する。分離領域５は、シリコン基
板１にまで達するトレンチを形成後、そこにシリコン酸
化膜などを充填することによって形成される。
リコン基板１上にＮ+埋込層２を全面に形成する。これ
は第１の実施の形態の場合と同様である。図１７(b)に
示すように、Ｎ型エピタキシャル層３ａを成長させた
後、バイポーラトランジスタ部３７となるべき部位にＮ
+埋込層２８を選択的に形成する。続いて図１７(c)に示
すように、Ｎ型エピタキシャル層３ｂを全面に成長す
る。その後、図示されていないが第１の実施の形態と同
様にロコス酸化膜を形成後、図１７(d)に示すように、
各トランジスタやフォトダイオードを相互に分離するた
めに分離領域５を形成する。分離領域５は、シリコン基
板１にまで達するトレンチを形成後、そこにシリコン酸
化膜などを充填することによって形成される。
【００５１】次に、図１８(a)に示すように、トランジ
スタのコレクタ引き出しのためのＮ+引き出し層２９と
フォトダイオードの下部電極取り出しのためのＮ+引き
出し層２７とを気相拡散もしくはイオン注入法などで同
時に形成する。前者のＮ+引き出し層２９はＮ+埋込層２
８に達し、後者のＮ+引き出し層２７はＮ型エピタキシ
ャル層３ａに達している。そののち、図１８(b)に示す
ように、周知の方法を用いてバイポーラトランジスタの
ベース領域３０とエミッタ領域３１を形成し、バイポー
ラトランジスタ部３２を完成させる。次に、バイポーラ
トランジスタ部３２は絶縁膜等でマスクしておいて、図
１８(c)に示すように第１の実施の形態と同様にフォト
ダイオード部２５を形成し、最後にアルミ電極１４をバ
イポーラトランジスタ部３２とフォトダイオード部２５
とに同時に形成する。以上のような工程を経て、図１６
に示すような構造が完成する。
スタのコレクタ引き出しのためのＮ+引き出し層２９と
フォトダイオードの下部電極取り出しのためのＮ+引き
出し層２７とを気相拡散もしくはイオン注入法などで同
時に形成する。前者のＮ+引き出し層２９はＮ+埋込層２
８に達し、後者のＮ+引き出し層２７はＮ型エピタキシ
ャル層３ａに達している。そののち、図１８(b)に示す
ように、周知の方法を用いてバイポーラトランジスタの
ベース領域３０とエミッタ領域３１を形成し、バイポー
ラトランジスタ部３２を完成させる。次に、バイポーラ
トランジスタ部３２は絶縁膜等でマスクしておいて、図
１８(c)に示すように第１の実施の形態と同様にフォト
ダイオード部２５を形成し、最後にアルミ電極１４をバ
イポーラトランジスタ部３２とフォトダイオード部２５
とに同時に形成する。以上のような工程を経て、図１６
に示すような構造が完成する。
【００５２】以上のような方法により、バイポーラトラ
ンジスタとフォトダイオードが同一チップ上に形成さ
れ、配線工程の終了後に第１の実施の形態と同様に光フ
ァイバ固定溝を形成すれば、光検出器とバイポーラ集積
回路とがワンチップ上に実現する。もちろん、上述の第
２、第３、第４、第５、第７の各実施の形態において、
本実施の形態と同様に光検出器とバイポーラ集積回路と
をワンチップのものとして構成することが可能であるこ
とは言うまでもない。また第６の実施の形態においても
本実施の形態と同様に光検出器とバイポーラ集積回路と
をワンチップ上に設けることが可能である。第６の実施
の形態では、フォトダイオード部２５に設けられるＮ+
引き出し層２４（図１４参照）は、光導波路の側面反射
層として用いられる関係上、本実施の形態での下部電極
引き出し用のＮ+引き出し層２７やコレクタ引き出し用
のＮ+引き出し層よりも深く形成されているが、バイポ
ーラトランジスタを形成する際にこのような深いＮ+引
き出し層を用いたり深い位置にコレクタ用のＮ+埋込層
を設けたりしても構わない。
ンジスタとフォトダイオードが同一チップ上に形成さ
れ、配線工程の終了後に第１の実施の形態と同様に光フ
ァイバ固定溝を形成すれば、光検出器とバイポーラ集積
回路とがワンチップ上に実現する。もちろん、上述の第
２、第３、第４、第５、第７の各実施の形態において、
本実施の形態と同様に光検出器とバイポーラ集積回路と
をワンチップのものとして構成することが可能であるこ
とは言うまでもない。また第６の実施の形態においても
本実施の形態と同様に光検出器とバイポーラ集積回路と
をワンチップ上に設けることが可能である。第６の実施
の形態では、フォトダイオード部２５に設けられるＮ+
引き出し層２４（図１４参照）は、光導波路の側面反射
層として用いられる関係上、本実施の形態での下部電極
引き出し用のＮ+引き出し層２７やコレクタ引き出し用
のＮ+引き出し層よりも深く形成されているが、バイポ
ーラトランジスタを形成する際にこのような深いＮ+引
き出し層を用いたり深い位置にコレクタ用のＮ+埋込層
を設けたりしても構わない。
【００５３】《第９の実施の形態》次に、本発明の第９
の実施の形態について説明する。図１９は第９の形態の
半導体装置の構成を示す平面図であり、図２０は図１９
のＥ−Ｅ´線での断面図である。なお、図１９は、シリ
コン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１
４の記載を省略した状態での平面図である。
の実施の形態について説明する。図１９は第９の形態の
半導体装置の構成を示す平面図であり、図２０は図１９
のＥ−Ｅ´線での断面図である。なお、図１９は、シリ
コン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１
４の記載を省略した状態での平面図である。
【００５４】この半導体装置は、上述の第３の実施の形
態の半導体装置と同様の構成であるが、分離領域５によ
ってフォトダイオード部２５と光導波路領域３２とが一
体的に素子分離されており、そのため、フォトダイオー
ド部２５と光導波路領域３２との接続部に分離領域５が
介在しない点で第３の実施の形態の半導体装置を相違し
ている。この半導体装置は、第３の実施の形態の場合と
同様に、ＳＯＩ基板上にロコス酸化膜４と分離領域５と
形成し、その後、第１の実施の形態と全く同じ工程を実
施することによって製造される（分離領域５の材質は異
なる）。光導波路領域３２にまで分離領域５が延長し、
これが光導波路での側面側の反射層として作用する点は
第３の実施の形態の場合と同じである。ただし、素子分
離を行うために、分離領域５が光ファイバ固定溝１５に
まで完全に達して光ファイバ固定溝１５の壁面に露出す
るようにする。また、光ファイバ固定溝１５の壁面での
分離領域５の露出部位でのリーク電流の発生を避けるた
め、光ファイバ固定溝１５の加工方法として、結晶欠陥
を誘発しやすいダイシングなどの機械的加工法でなく、
化学的なエッチングを用いることが望ましい。
態の半導体装置と同様の構成であるが、分離領域５によ
ってフォトダイオード部２５と光導波路領域３２とが一
体的に素子分離されており、そのため、フォトダイオー
ド部２５と光導波路領域３２との接続部に分離領域５が
介在しない点で第３の実施の形態の半導体装置を相違し
ている。この半導体装置は、第３の実施の形態の場合と
同様に、ＳＯＩ基板上にロコス酸化膜４と分離領域５と
形成し、その後、第１の実施の形態と全く同じ工程を実
施することによって製造される（分離領域５の材質は異
なる）。光導波路領域３２にまで分離領域５が延長し、
これが光導波路での側面側の反射層として作用する点は
第３の実施の形態の場合と同じである。ただし、素子分
離を行うために、分離領域５が光ファイバ固定溝１５に
まで完全に達して光ファイバ固定溝１５の壁面に露出す
るようにする。また、光ファイバ固定溝１５の壁面での
分離領域５の露出部位でのリーク電流の発生を避けるた
め、光ファイバ固定溝１５の加工方法として、結晶欠陥
を誘発しやすいダイシングなどの機械的加工法でなく、
化学的なエッチングを用いることが望ましい。
【００５５】分離領域５は、例えば、パターニング後に
シリコン基板１をエッチングしてトレンチ（溝）を形成
し、この溝の側面にシリコン窒化膜を堆積し、高濃度ボ
ロン・リンドープ酸化膜（ＢＰＳＧ膜：リンホウケイ酸
ガラス）によってこの溝を埋設することによって形成す
る。なお、分離領域５を構成するシリコン窒化膜の膜厚
とＢＰＳＧ膜の膜厚は、分離領域５による光の閉じ込め
効果をより向上させるために、光導波路部分からみて外
側に向って屈折率が低くなるように最適化する。
シリコン基板１をエッチングしてトレンチ（溝）を形成
し、この溝の側面にシリコン窒化膜を堆積し、高濃度ボ
ロン・リンドープ酸化膜（ＢＰＳＧ膜：リンホウケイ酸
ガラス）によってこの溝を埋設することによって形成す
る。なお、分離領域５を構成するシリコン窒化膜の膜厚
とＢＰＳＧ膜の膜厚は、分離領域５による光の閉じ込め
効果をより向上させるために、光導波路部分からみて外
側に向って屈折率が低くなるように最適化する。
【００５６】上述の第３の実施の形態では、フォトダイ
オード部２５が分離領域５によって素子分離されてお
り、そのため、フォトダイオード部２５と光導波路領域
３２との間に分離領域５が介在している。すなわち、光
の通過方向に分離領域５が存在するために、光ファイバ
１６からの入射光を効率よくフォトダイオード部１５に
導入するために、光の透過率を最適とするように分離領
域５の材質や厚みを設定するする必要があり、分離領域
５の厚みの自由度が少なくなる。これに伴い、光の閉じ
込め効果に対する膜厚の最適化を行うことが難しくな
る。これに対しこの第９の実施の形態では、フォトダイ
オード部２５と光導波路領域３２との接続部に分離領域
５が介在しないため、フォトダイオード部２５への光の
導入効率がより向上するとともに、光導波路の側面での
光閉じ込め効果を最適にする膜構成、膜厚で分離領域５
を設定することが可能になる。
オード部２５が分離領域５によって素子分離されてお
り、そのため、フォトダイオード部２５と光導波路領域
３２との間に分離領域５が介在している。すなわち、光
の通過方向に分離領域５が存在するために、光ファイバ
１６からの入射光を効率よくフォトダイオード部１５に
導入するために、光の透過率を最適とするように分離領
域５の材質や厚みを設定するする必要があり、分離領域
５の厚みの自由度が少なくなる。これに伴い、光の閉じ
込め効果に対する膜厚の最適化を行うことが難しくな
る。これに対しこの第９の実施の形態では、フォトダイ
オード部２５と光導波路領域３２との接続部に分離領域
５が介在しないため、フォトダイオード部２５への光の
導入効率がより向上するとともに、光導波路の側面での
光閉じ込め効果を最適にする膜構成、膜厚で分離領域５
を設定することが可能になる。
【００５７】《第１０の実施の形態》次に、本発明の第
１０の実施の形態について説明する。図２１は第１０の
形態の半導体装置の構成を示す平面図であり、図２２は
図２１のＦ−Ｆ´線での断面図、図２３は図２１のＧ−
Ｇ´線での矢視図である。なお、図２１は、シリコン酸
化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の記
載を省略した状態での平面図である。
１０の実施の形態について説明する。図２１は第１０の
形態の半導体装置の構成を示す平面図であり、図２２は
図２１のＦ−Ｆ´線での断面図、図２３は図２１のＧ−
Ｇ´線での矢視図である。なお、図２１は、シリコン酸
化膜１２、シリコン窒化膜１３及びアルミ電極１４の記
載を省略した状態での平面図である。
【００５８】この半導体装置は、第９の実施の形態のも
のとほぼ同様の構成であるが、光導波路領域３２の側方
に向うように分離領域５が枝分かれし、分離領域５の枝
分かれ部分が光ファイバ固定溝１５の周辺に沿ってシリ
コンチップ１８の端部に達するように延びている点であ
る。分離領域５の枝分かれ部の先端がシリコンチップ１
８の側面に露出し、この露出部分を挟むシリコン半導体
層が相互に絶縁されている。この半導体装置は、第９の
実施の形態に示すものと同様の工程で製造される。
のとほぼ同様の構成であるが、光導波路領域３２の側方
に向うように分離領域５が枝分かれし、分離領域５の枝
分かれ部分が光ファイバ固定溝１５の周辺に沿ってシリ
コンチップ１８の端部に達するように延びている点であ
る。分離領域５の枝分かれ部の先端がシリコンチップ１
８の側面に露出し、この露出部分を挟むシリコン半導体
層が相互に絶縁されている。この半導体装置は、第９の
実施の形態に示すものと同様の工程で製造される。
【００５９】上述の第９の実施の形態では、フォトダイ
オード部２５を電気的に絶縁分離するために、分離領域
５が光ファイバ固定溝１５に達するように設けられてい
るが、光ファイバ固定溝１５の形成の際のエッチング状
態が悪い場合には、光ファイバ固定溝１５の壁面で分離
領域５を挟む半導体層間の絶縁状態が悪くなり、リーク
電流が発生する可能性がある。これに対しこの実施の形
態では、光ファイバ固定溝１５の周辺に沿って分離領域
を設ける分だけレイアウト面積は少し大きくなるが、光
ファイバ固定溝１５の内壁面の全面が電気的に絶縁され
た状態となって、より確実に、フォトダイオード部２５
に対する絶縁性を確保でき、リーク電流の発生を回避で
きるようになる。
オード部２５を電気的に絶縁分離するために、分離領域
５が光ファイバ固定溝１５に達するように設けられてい
るが、光ファイバ固定溝１５の形成の際のエッチング状
態が悪い場合には、光ファイバ固定溝１５の壁面で分離
領域５を挟む半導体層間の絶縁状態が悪くなり、リーク
電流が発生する可能性がある。これに対しこの実施の形
態では、光ファイバ固定溝１５の周辺に沿って分離領域
を設ける分だけレイアウト面積は少し大きくなるが、光
ファイバ固定溝１５の内壁面の全面が電気的に絶縁され
た状態となって、より確実に、フォトダイオード部２５
に対する絶縁性を確保でき、リーク電流の発生を回避で
きるようになる。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように請求項１乃至１５に
記載された発明は、上部及び下部にそれぞれ配置された
第１の低屈折率領域及び第２の低屈折率領域によって挟
まれたシリコン導波路を半導体装置の表面内部に設け、
素子分離のための分離領域を介してこのシリコン光導波
路の一端側の延長部分をフォトダイオードの下部にまで
至るようにすることにより、外部から入射する光がエバ
ネセント波結合によって効率よくフォトダイオードの光
吸収層内に注入されるようになるという効果がある。す
なわち典型的には、フォトダイオードと光ファイバ固定
溝の間にシリコン酸化膜（ロコス酸化膜など）とＮ+埋
込層で挟まれた光導波路を形成することで完全プレーナ
型の光導波路付き光検出器となり、従来と比較して光フ
ァイバからの光の結合効率が向上する。また、シリコン
光導波路の側面に、例えば分離領域を延長するなどによ
って第３の低屈折率領域を設けることにより、光ファイ
バ等から入射する光の横方向の広がりを抑えられるよう
になる。これによって、フォトダイオード幅を広くする
必要がなくなって接合面積の増加が防がれ、光応答速度
の低下が防止される。その際、第３の低屈折率領域で画
定されるシリコン光導波路の横幅がフォトダイオード側
に向って狭まるようにすることにより、光ファイバ等か
ら入射した光が狭く絞られることになり、フォトダイオ
ード幅を狭くして光応答速度を向上することが可能とな
る。さらに、分離領域で区画された領域内でフォトダイ
オードの光吸収層の側面となる位置に絶縁物を介して第
２の高濃度不純物領域を設け、この第２の高濃度不純物
領域によってシリコン光導波路の延長部分の側面が画定
されるようにすることにより、フォトダイオード幅を狭
くしても光を横方向に閉じこめることが可能になって、
光吸収効率を高められるという効果がある。
記載された発明は、上部及び下部にそれぞれ配置された
第１の低屈折率領域及び第２の低屈折率領域によって挟
まれたシリコン導波路を半導体装置の表面内部に設け、
素子分離のための分離領域を介してこのシリコン光導波
路の一端側の延長部分をフォトダイオードの下部にまで
至るようにすることにより、外部から入射する光がエバ
ネセント波結合によって効率よくフォトダイオードの光
吸収層内に注入されるようになるという効果がある。す
なわち典型的には、フォトダイオードと光ファイバ固定
溝の間にシリコン酸化膜（ロコス酸化膜など）とＮ+埋
込層で挟まれた光導波路を形成することで完全プレーナ
型の光導波路付き光検出器となり、従来と比較して光フ
ァイバからの光の結合効率が向上する。また、シリコン
光導波路の側面に、例えば分離領域を延長するなどによ
って第３の低屈折率領域を設けることにより、光ファイ
バ等から入射する光の横方向の広がりを抑えられるよう
になる。これによって、フォトダイオード幅を広くする
必要がなくなって接合面積の増加が防がれ、光応答速度
の低下が防止される。その際、第３の低屈折率領域で画
定されるシリコン光導波路の横幅がフォトダイオード側
に向って狭まるようにすることにより、光ファイバ等か
ら入射した光が狭く絞られることになり、フォトダイオ
ード幅を狭くして光応答速度を向上することが可能とな
る。さらに、分離領域で区画された領域内でフォトダイ
オードの光吸収層の側面となる位置に絶縁物を介して第
２の高濃度不純物領域を設け、この第２の高濃度不純物
領域によってシリコン光導波路の延長部分の側面が画定
されるようにすることにより、フォトダイオード幅を狭
くしても光を横方向に閉じこめることが可能になって、
光吸収効率を高められるという効果がある。
【００６１】請求項１６乃至２５に記載された発明で
は、フォトダイオードとシリコン導波路との接続部分に
は分離領域を介在させずに、分離領域によってフォトダ
イオードとシリコン光導波路とを一体的に素子分離する
ので、より効率よく光をフォトダイオードに入射させる
ことが可能であるとともに、分離領域がシリコン導波路
の側面の反射層として機能し、光の透過率などを気にせ
ずに分離領域の膜厚を素子分離や光閉じ込めの観点から
最適に設定できるようになるという効果がある。
は、フォトダイオードとシリコン導波路との接続部分に
は分離領域を介在させずに、分離領域によってフォトダ
イオードとシリコン光導波路とを一体的に素子分離する
ので、より効率よく光をフォトダイオードに入射させる
ことが可能であるとともに、分離領域がシリコン導波路
の側面の反射層として機能し、光の透過率などを気にせ
ずに分離領域の膜厚を素子分離や光閉じ込めの観点から
最適に設定できるようになるという効果がある。
【００６２】本発明では、シリコン基板に平行な平面内
においてシリコン光導波路側から放射状に広がるよう
に、典型的には光の入射方向から光の横方向の広がり角
と同じ角度で放射状になるようにフォトダイオードの光
吸収層を形成することが可能であって、このように構成
することにより、吸収に寄与しない損失光や余計なフォ
トダイオード面積を発生させず、最適なダイオード面積
を得ることが可能となるという効果がある。
においてシリコン光導波路側から放射状に広がるよう
に、典型的には光の入射方向から光の横方向の広がり角
と同じ角度で放射状になるようにフォトダイオードの光
吸収層を形成することが可能であって、このように構成
することにより、吸収に寄与しない損失光や余計なフォ
トダイオード面積を発生させず、最適なダイオード面積
を得ることが可能となるという効果がある。
【００６３】光ファイバ固定溝に接続するように溝部を
設けることで接着剤注入が容易に行なえるようになる。
この溝部を半導体装置の端部まで延ばすことにより、容
易に余計な接着剤を外部に逃がすことが可能となり、残
存した余分の接着剤によって大きな応力が加わることを
防止することができるという効果が生じる。
設けることで接着剤注入が容易に行なえるようになる。
この溝部を半導体装置の端部まで延ばすことにより、容
易に余計な接着剤を外部に逃がすことが可能となり、残
存した余分の接着剤によって大きな応力が加わることを
防止することができるという効果が生じる。
【００６４】バイポーラトランジスタとフォトダイオー
ドとを共存させて集積回路とする場合においては、バイ
ポーラトランジスタ部においてのみエピタキシャル層の
途中に埋込層を設けることで、典型的にはＮ型エピタキ
シャル層の途中にＮ+埋込層を設けることにより、浅接
合を持つ高速バイポーラトランジスタと光導波路を持つ
フォトダイオードが同一チップ上に形成でき、光検出器
とバイポーラ集積回路をワンチップ上に実現することが
可能になる。
ドとを共存させて集積回路とする場合においては、バイ
ポーラトランジスタ部においてのみエピタキシャル層の
途中に埋込層を設けることで、典型的にはＮ型エピタキ
シャル層の途中にＮ+埋込層を設けることにより、浅接
合を持つ高速バイポーラトランジスタと光導波路を持つ
フォトダイオードが同一チップ上に形成でき、光検出器
とバイポーラ集積回路をワンチップ上に実現することが
可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構成
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´線での断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ´線での断面図である。
【図４】(a),(b)は図１に示す半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】(a),(b)は図１に示す半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構成
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ´線での断面図である。
【図９】第３の実施の形態での変形例の半導体装置の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図１１】(a),(b)は本発明の第５の実施の形態を説明
するための平面図である。
するための平面図である。
【図１２】第５の実施の形態の半導体装置の構成を示す
平面図である。
平面図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態の半導体装置の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ´線での断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態の半導体装置の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態の半導体装置の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図１７】(a)〜(d)は図１６に示す半導体装置の製造工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図１８】(a)〜(c)は図１６に示す半導体装置の製造工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図１９】本発明の第９の実施の形態の半導体装置の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図２０】図１９のＥ−Ｅ´線での断面図である。
【図２１】本発明の第１０の実施の形態の半導体装置の
構成を示す平面図である。
構成を示す平面図である。
【図２２】図２１のＦ−Ｆ´線での断面図である。
【図２３】図２１のＧ−Ｇ´線での矢視図である。
【図２４】従来の光検出器の一例の構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図２５】従来の光検出器の別の一例の構成を示す断面
図である。
図である。
【図２６】従来の光検出器のさらに別の例の構成を示す
平面図である。
平面図である。
【図２７】図２６のＸ−Ｘ´線での断面図である。
【図２８】図２６のＹ−Ｙ´線での断面図である。
１ シリコン基板 ２,２８ Ｎ+埋込層 ３ Ｎ型エピタキシャル層 ４ ロコス酸化膜 ５ 分離領域 ６ ダイオード形成用凹部 ７,８,１２,１７,２０ シリコン酸化膜 ９ Ｐ型エピタキシャル層 １０ Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層 １１ Ｐ+エピタキシャル層 １３ シリコン窒化膜 １４ アルミ電極 １５ 光ファイバ固定溝 １６ 光ファイバ １８ シリコンチップ １９ コンタクト ２１ 光ファイバコア ２２ 損失光成分 ２３ 非吸収ダイオード領域 ２４,２７,２９ Ｎ+引き出し層 ２５ フォトダイオード部 ２６ 接着剤注入溝 ３０ ベース領域 ３１ エミッタ領域 ３２ 光導波路領域 ３７ バイポーラトランジスタ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｃ 31/10 31/10 Ａ
Claims (27)
- 【請求項１】 シリコン基板上にフォトダイオードが形
成され光検出器として用いられる半導体装置において、 前記フォトダイオードを素子分離するための分離領域
と、 前記半導体装置の表面内部に形成されるとともに、上部
及び下部にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び
第２の低屈折率領域によって挟まれたシリコン導波路と
を有し、 前記シリコン導波路の一端側の延長部分が前記分離領域
を介して前記フォトダイオードの下部にまで至っている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記フォトダイオードがプレーナ構造で
ある請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記フォトダイオードの光吸収層が、前
記シリコン基板の表面に平行な層をなしているＳｉ／Ｓ
ｉＧｅ超格子層を有する請求項１または２に記載の半導
体装置。 - 【請求項４】 前記シリコン導波路の他端側に、光ファ
イバの一端と係合し前記光ファイバの太さの半分よりも
深い光ファイバ固定溝が形成されている請求項１乃至３
いずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記第１の低屈折率領域がシリコン酸化
膜で形成されている請求項１乃至４いずれか１項に記載
の半導体装置。 - 【請求項６】 前記第２の低屈折率領域が、シリコン酸
化膜からなる層、第１の高濃度不純物領域からなる層、
あるいはシリコン酸化膜と第１の高濃度不純物領域との
２層構成の層のいずれかの層によって形成されている請
求項１乃至４いずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項７】 前記第２の低屈折率領域が、第１の高濃
度不純物領域からなる層、あるいはシリコン酸化膜と第
１の高濃度不純物領域との２層構成の層のいずれかの層
によって形成され、前記第１の高濃度不純物領域が前記
フォトダイオードの下部電極引き出し層の少なくとも一
部を構成する請求項１乃至４いずれか１項に記載の半導
体装置。 - 【請求項８】 前記シリコン光導波路の側面が、第３の
低屈折率領域によって画定されている請求項１乃至４い
ずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項９】 前記第３の低屈折率領域が、前記半導体
装置の表面部から前記第２の低屈折率領域にまで達する
シリコン酸化膜によって構成されている請求項８に記載
の半導体装置。 - 【請求項１０】 前記第３の低屈折率領域で画定される
前記シリコン光導波路の横幅が、前記他端側から前記一
端側に向かって狭まっている請求項８に記載の半導体装
置。 - 【請求項１１】 前記フォトダイオードの光吸収層が、
前記シリコン基板に平行な平面内において前記シリコン
光導波路側から放射状に広がるように形成されている請
求項１乃至４いずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項１２】 前記光ファイバ固定溝に接続する溝部
を有する請求項４に記載の半導体装置。 - 【請求項１３】 前記光ファイバ固定溝に係合される光
ファイバの長手方向に対してほぼ直交する方向に前記溝
部が延びて前記半導体装置の端部にまで至っている請求
項１２に記載の半導体装置。 - 【請求項１４】 前記分離領域で区画された領域内であ
って前記フォトダイオードの光吸収層の側面となる位置
に、絶縁物を介して第２の高濃度不純物領域が設けら
れ、前記第２の高濃度不純物領域が前記シリコン光導波
路の延長部分の側面を画定している請求項１乃至４いず
れか１項に半導体装置。 - 【請求項１５】 前記第２の高濃度不純物領域が前記フ
ォトダイオードの下部電極引き出し層の少なくとも一部
を構成する請求項１４に記載の半導体装置。 - 【請求項１６】 シリコン基板上にフォトダイオードが
形成され光検出器として用いられる半導体装置におい
て、 前記シリコン基板の一辺に接続し、かつ光ファイバの太
さの半分よりも深い溝部として形成され、前記光ファイ
バの一端と係合し得る光ファイバ固定溝と、 前記半導体装置の表面内部に配置するとともに、上部及
び下部にそれぞれ配置された第１の低屈折率領域及び第
２の低屈折率領域によって挟まれて形成され、前記フォ
トダイオードと前記光ファイバ固定溝とを光学的に接続
するシリコン導波路と、 第３の低屈折率領域からなり前記フォトダイオードを素
子分離するための分離領域とを有し、 前記フォトダイオードと前記シリコン導波路との接続部
分には前記分離領域が存在せずに、前記シリコン導波路
の一端側の延長部分が一体的に前記フォトダイオードの
下部にまで至り、 前記分離領域が前記シリコン導波路の側面を画定して前
記光ファイバ固定溝の端部の壁面にまで達していること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項１７】 前記フォトダイオードがプレーナ構造
である請求項１６に記載の半導体装置。 - 【請求項１８】 前記フォトダイオードの光吸収層が、
前記シリコン基板の表面に平行な層をなしているＳｉ／
ＳｉＧｅ超格子層を有する請求項１６または１７に記載
の半導体装置。 - 【請求項１９】 前記光ファイバ固定溝がエッチングに
よって形成されている請求項１６または１７に記載の半
導体装置。 - 【請求項２０】 前記分離領域が枝分かれ部を有し、前
記枝分かれ部の先端が前記半導体装置の端部にまで達し
ている請求項１６に記載の半導体装置。 - 【請求項２１】 一端が前記分離領域に接続し他端が前
記半導体装置の端部に達するように、前記光ファイバ固
定溝の周囲に沿って第２の分離領域が形成され、前記第
２の分離領域によって前記光ファイバ固定溝の側壁が絶
縁分離されている請求項１６乃至１８いずれか１項に記
載の半導体装置。 - 【請求項２２】 前記分離領域が、シリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜及び多結晶シリコン膜の中から選ばれた１
種による単層膜によって、前記半導体装置の表面部から
前記第２の低屈折率領域に達するように形成されている
請求項２１に記載の半導体装置。 - 【請求項２３】 前記分離領域が、シリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜及び多結晶シリコン膜の中から選ばれた１
種を少なくとも含む多層膜によって、前記半導体装置の
表面部から前記第２の低屈折率領域に達するように形成
されている請求項２１に記載の半導体装置。 - 【請求項２４】 前記第２の分離領域が、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜及び多結晶シリコン膜の中から選ば
れた１種による単層膜によって、前記半導体装置の表面
部から前記第２の低屈折率領域に達するように形成され
ている請求項２１に記載の半導体装置。 - 【請求項２５】 前記第２の分離領域が、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜及び多結晶シリコン膜の中から選ば
れた１種を少なくとも含む多層膜によって、前記半導体
装置の表面部から前記第２の低屈折率領域に達するよう
に形成されている請求項２１に記載の半導体装置。 - 【請求項２６】 バイポーラトランジスタ部とフォトダ
イオード部とが同一のシリコン基板上に形成された半導
体装置において、 第１の導電型のシリコン基板上に、前記第１の導電型と
は異なる第２の導電型の第１の埋込層と、前記第２の導
電型の第１のエピタキシャル層と、前記第２の導電型の
第２のエピタキシャル層とが順次積層され、 前記バイポーラトランジスタ部では前記第１のエピタキ
シャル層と前記第２のエピタキシャル層との間に前記第
２の導電型の第２の埋込層が設けられ、 前記フォトダイオード部では前記第１のエピタキシャル
層あるいは前記第２のエピタキシャル層に接するように
第３のエピタキシャル層が設けられ、 前記バイポーラトランジスタ部と前記フォトダイオード
部との間には相互を素子分離するための溝領域が設けら
れていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２７】 第１の導電型のシリコン基板を用いる
半導体装置の製造方法において、 前記シリコン基板上に、前記第１の導電型とは異なる第
２の導電型の第１の埋込層と前記第２の導電型の第１の
エピタキシャル層とを順次形成し、前記第１のエピタキ
シャル層の一部に前記第２の導電型の第２のエピタキシ
ャル層を形成し、そののち第２の導電型の第２のエピタ
キシャル層を形成する工程と、 前記第２のエピタキシャル層の表面から前記シリコン基
板に達するように素子分離のための分離領域を形成する
工程と、 前記第２の埋込層上の前記第２のエピタキシャル層中に
ベース領域とエミッタ領域とを設けてバイポーラトラン
ジスタを形成する工程と、 前記第２のエピタキシャル層もしくは前記第１のエピタ
キシャル層に達する凹部を形成し、前記凹部の側面にシ
リコン酸化膜を形成し、その後、前記凹部内に選択的に
第３のエピタキシャル層を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP8007339A JP2988353B2 (ja) | 1995-03-13 | 1996-01-19 | 光検出用の半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP7-52700 | 1995-03-13 | ||
| JP5270095 | 1995-03-13 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08316449A true JPH08316449A (ja) | 1996-11-29 |
| JP2988353B2 JP2988353B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=26341618
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| JP8007339A Expired - Lifetime JP2988353B2 (ja) | 1995-03-13 | 1996-01-19 | 光検出用の半導体装置及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2988353B2 (ja) |
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1996
- 1996-01-19 JP JP8007339A patent/JP2988353B2/ja not_active Expired - Lifetime
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