(57)【要約】      （修正有）【課題】高速動作を可能とし且つ作製プロセスを容易にすることができる受光器を提供する。【解決手段】受光器４００は、横型ｐｉｎ接合構造を含むＳｉ層と、横型ｐｉｎ接合構造の上に積層された光吸収層（４１６，４２２）とを備える。光吸収層の上部の一部４２２は第１導電タイプを呈するようにドーピングされる。光吸収層の上部の少なくとも一部４２２が横型ｐｉｎ接合構造のうちの第１導電タイプの領域４０６と電気的に接続されるように、光吸収層の側壁の少なくとも一部は第１導電タイプを呈するようにドーピングされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横型ｐｉｎ接合構造を含むＳｉ層と、
前記横型ｐｉｎ接合構造の上に積層された光吸収層と
を備え、
前記光吸収層の上部の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされており、前記光吸収層の上部の前記少なくとも一部が前記横型ｐｉｎ接合構造のうちの前記第１導電タイプの領域と電気的に接続されるように、前記光吸収層の側壁の少なくとも一部が前記第１導電タイプを呈するようにドーピングされていることを特徴とする、受光器。
【請求項２】
前記横型ｐｉｎ接合構造のうちのｉ領域が、前記光吸収層の横方向の中心に対して、前記横型ｐｉｎ接合構造のうちの前記第１導電タイプの領域に近い方向にオフセットされた位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の受光器。
【請求項３】
前記第１導電タイプを呈するように高濃度ドーピングされた前記Ｓｉ層中の領域及び第２導電タイプを呈するように高濃度ドーピングされた前記Ｓｉ層中の領域の各々と電気的に接続されたメタル電極を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の受光器。
【請求項４】
前記光吸収層がＧｅＳｉ層とＳｉキャップ層とを含む積層構造を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項５】
前記光吸収層の少なくとも一部が前記Ｓｉ層中に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項６】
前記光吸収層と前記横型ｐｉｎ接合構造との界面において、前記光吸収層が前記第１導電タイプ又は第２導電タイプを呈するようにドーピングされていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項７】
前記横型ｐｉｎ接合構造が少なくとも１つのｐｉｎ接合を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項８】
前記光吸収層が化合物半導体からなることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項９】
前記光吸収層が、前記Ｓｉ層により形成された光導波路と光結合されており、前記光導波路からの光信号を受けるように構成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項１０】
前記光吸収層に対して、前記光吸収層の上方又は下方からの光信号を受けることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項１１】
前記光吸収層が、光共振効果により光吸収率が改善されるように設定された厚さを有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項１２】
前記横型ｐｉｎ接合構造及び前記光吸収層がリブ型導波路構造を形成する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項１３】
前記第１導電タイプはｐ型又はｎ型である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項１４】
前記Ｓｉ層は、Ｓｉ基板上に積層された埋め込み酸化膜層の上に形成される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の受光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は受光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンフォトニクス技術を利用することにより、光機能素子及び電子回路をシリコンプラットフォーム上に集積化することが可能となる。これは、様々な用途の光通信デバイスを実現する上で非常に有望な技術である。
【０００３】
従来から、横型ｐｉｎ接合構造を用いたシリコンベースの光デバイスが提案されている。例えば、特許文献１は、基板と平行に配置された第１導電タイプの第１Ｓｉ層及び第２導電タイプの第２Ｓｉ層と、これらの上に積層されたＧｅＳｉ層とを含む、電界吸収型光変調器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１９−８１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、高速動作を可能とし且つ作製プロセスを容易にすることができる受光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態によれば、横型ｐｉｎ接合構造を含むＳｉ層と、前記横型ｐｉｎ接合構造の上に積層された光吸収層とを備え、前記光吸収層の上部の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされており、前記光吸収層の上部の前記少なくとも一部が前記横型ｐｉｎ接合構造のうちの前記第１導電タイプの領域と電気的に接続されるように、前記光吸収層の側壁の少なくとも一部が前記第１導電タイプを呈するようにドーピングされていることを特徴とする、受光器が提供される。
【０００７】
一例において、前記横型ｐｉｎ接合構造のうちのｉ領域が、前記光吸収層の横方向の中心に対して、前記横型ｐｉｎ接合構造のうちの前記第１導電タイプの領域に近い方向にオフセットされた位置に配置される。
【０００８】
一例において、前記受光器は、前記第１導電タイプを呈するように高濃度ドーピングされた前記Ｓｉ層中の領域及び第２導電タイプを呈するように高濃度ドーピングされた前記Ｓｉ層中の領域の各々と電気的に接続されたメタル電極を備える。
【０００９】
一例において、前記光吸収層はＧｅＳｉ層とＳｉキャップ層とを含む積層構造を有する。
【００１０】
一例において、前記光吸収層の少なくとも一部は前記Ｓｉ層中に埋め込まれている。
【００１１】
一例において、前記光吸収層と前記横型ｐｉｎ接合構造との界面において、前記光吸収層は前記第１導電タイプ又は第２導電タイプを呈するようにドーピングされている。
【００１２】
一例において、前記横型ｐｉｎ接合構造は少なくとも１つのｐｉｎ接合を含む。
【００１３】
一例において、前記光吸収層は化合物半導体からなる。
【００１４】
一例において、前記光吸収層は、前記Ｓｉ層により形成された光導波路と光結合されており、前記光導波路からの光信号を受けるように構成される。
【００１５】
一例において、前記受光器は、前記光吸収層に対して、前記光吸収層の上方又は下方からの光信号を受ける。
【００１６】
一例において、前記光吸収層は、前記光吸収層内での光共振効果(ファブリーペロー効果)により光吸収率が改善されるように設定された厚さを有する。
【００１７】
一例において、前記横型ｐｉｎ接合構造及び前記光吸収層はリブ型導波路構造を形成する。
【００１８】
一例において、前記第１導電タイプはｐ型又はｎ型である。
【００１９】
一例において、前記Ｓｉ層は、Ｓｉ基板上に積層された埋め込み酸化膜層の上に形成される。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、高速動作を可能とし且つ作製プロセスを容易にすることができる受光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の受光器の断面図を概略的に示す。
【図２】シミュレーションにより得られた、図１の受光器の高速動作特性を示すグラフである。
【図３】図１の受光器における光電界強度分布のシミュレーション結果を示す。
【図４】本開示の一実施形態による受光器の断面図を概略的に示す。
【図５】図４の受光器における光電界強度分布のシミュレーション結果を示す。
【図６Ａ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｃ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｄ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｅ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｆ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｇ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｈ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｉ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図６Ｊ】本開示の一実施形態による受光器の製造方法を説明する図である。
【図７】本開示の一実施形態による受光器の断面図を概略的に示す。
【図８】図７の受光器における量子効率のシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、従来の受光器の断面図を概略的に示す。受光器１００は、シリコン（Ｓｉ）基板１０２と、Ｓｉ基板１０２上に堆積されたシリカガラス（ＳｉＯ２）からなる埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）１０４とを備える。受光器１００はまた、ＢＯＸ層１０４上に積層されたＳｉ層を備える。当該Ｓｉ層は、Ｓｉ基板１０２に対して横方向（Ｓｉ基板１０２に対して水平な方向）に形成されたＳｉからなる横型ｐｉｎ接合構造を含む。当該横型ｐｉｎ接合構造は、第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するようにドーピングされた第１導電タイプの領域（以下、「ｎ−Ｓｉ領域」ともいう）１０６と、第２導電タイプ（ここでは、ｐ型）を呈するようにドーピングされた第２導電タイプの領域（以下、「ｐ−Ｓｉ領域」ともいう）１０８と、ｎ−Ｓｉ領域１０６とｐ−Ｓｉ領域１０８との間に配置された真性Ｓｉ領域（以下、「ｉ−Ｓｉ領域」ともいう）１１４とを含む。
【００２４】
受光器１００はまた、横型ｐｉｎ接合構造の上に積層された光吸収層を備える。この例において、光吸収層は真性ゲルマニウム（Ｇｅ）領域（以下、「ｉ−Ｇｅ層」ともいう）１１６からなる。横型ｐｉｎ接合構造において、ｉ−Ｓｉ領域１１４は、ｉ−Ｇｅ層１１６の横方向の中心に対してほぼ一致する位置に配置される。
【００２５】
ＢＯＸ層１０４上に積層されたＳｉ層は、第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するように高濃度ドーピングされた領域（以下、「ｎ＋−Ｓｉ領域」ともいう）１１０と、第２導電タイプ（ここでは、ｐ型）を呈するように高濃度ドーピングされた領域（以下、「ｐ＋−Ｓｉ領域」ともいう）１１２とをさらに含む。ｎ＋−Ｓｉ領域１１０は、配線１１３を介してメタル電極１１８Ａに接続される。ｐ＋−Ｓｉ領域１１２は、配線１１５を介してメタル電極１１８Ｂに接続される。メタル電極１１８Ａ及び１１８Ｂは、例えばＴｉ／Ａｌからなってもよい。受光器１００はまた、上述の各構成要素の上に積層されたＳｉＯ２からなるクラッド層１２０を備える。このような受光器１００は、シリコンフォトニクス技術を利用して形成することができる。
【００２６】
本願発明者は、図１に示される従来の受光器１００の性能を検証するためにシミュレーションを行った。
【００２７】
シミュレーションに用いた主な数値は次のとおりである。
ｎ−Ｓｉ領域１０６の幅：１０００ｎｍ
ｐ−Ｓｉ領域１０８の幅：１０００ｎｍ
ｉ−Ｓｉ領域１１４の幅：３００ｎｍ
ｎ＋−Ｓｉ領域１１０の幅：２０００ｎｍ
ｐ＋−Ｓｉ領域１１２の幅：２０００ｎｍ
ｉ−Ｇｅ層１１６の下面の幅：６００ｎｍ
ｐ＋−Ｓｉ領域１１２及びｎ＋−Ｓｉ領域１１０の厚さ：９０ｎｍ
ＢＯＸ層１０４の上面とｉ−Ｇｅ層１１６の下面との間の間隔：２００ｎｍ
ｉ−Ｇｅ層１１６の厚さ：３００ｎｍ
ｎ−Ｓｉ領域１０６のドーピング濃度：１×１０１９／ｃｍ３
ｐ−Ｓｉ領域１０８のドーピング濃度：１×１０１９／ｃｍ３
ｎ＋−Ｓｉ領域１１０のドーピング濃度：２×１０２１／ｃｍ３
ｐ＋−Ｓｉ領域１１２のドーピング濃度：２×１０２１／ｃｍ３
【００２８】
図２は、シミュレーションにより得られた受光器１００の高速動作特性を示すグラフである。グラフ２００の横軸は、受光器１００への入力光パワーを表す。グラフ２００の縦軸は、受光器１００の出力信号の周波数特性における３ｄＢ帯域幅を表す。受光器１００は、入力光パワーが小さいことが想定されるデータセンター内の短距離光通信、入力光パワーがより大きいことが想定される中・長距離光通信などの様々な用途に用いることができることが望ましい。したがって、受光器１００は、点線２０２で示されるような特性を有することが理想的である。
【００２９】
シミュレーション結果を示す実線２０４からわかるように、入力光パワーが−４ｄＢｍ程度の比較的小さい値であれば、受光器１００の３ｄＢ帯域幅は劣化せず、したがって、十分な高速動作が可能である。しかし、入力光パワーが０ｄＢｍ程度まで増加すると、約５０ＧＨｚ程度の最大値を有していた３ｄＢ帯域幅は、３０ＧＨｚ付近まで劣化した。
【００３０】
図３は、入力光パワーを０ｄＢｍに設定したときの、受光器１００における光電界強度分布のシミュレーション結果を示す。光吸収層の少なくとも一部において、光電界強度が最大値よりも低減していることがわかる。
【００３１】
これらの計算結果から、本願発明者は、従来の受光器１００の場合、入力光パワーを０ｄＢｍ程度にまで増加させると高速動作特性が明らかに劣化するという知見を得た。
【００３２】
上述の知見をもとに、本願発明者は、入力光パワーが増加しても高速動作が可能であり、且つ、作製プロセスが容易であるような、新規な構造を有する受光器を発明した。以下、本開示の実施形態による受光器について詳細に説明する。
【００３３】
図４は、本開示の一実施形態による受光器の断面図を概略的に示す。受光器４００は、Ｓｉ基板４０２と、Ｓｉ基板４０２上に堆積されたＳｉＯ２からなるＢＯＸ層４０４とを備える。受光器４００はまた、ＢＯＸ層４０４上に積層されたＳｉ層を備える。当該Ｓｉ層は、Ｓｉ基板４０２に対して横方向（Ｓｉ基板４０２に対して水平な方向）に形成されたＳｉからなる横型ｐｉｎ接合構造を含む。当該横型ｐｉｎ接合構造は、少なくとも１つのｐｉｎ接合を含み、第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するようにドーピングされた第１導電タイプの領域（ここでは、「ｎ−Ｓｉ領域」）４０６と、第２導電タイプ（ここでは、ｐ型）を呈するようにドーピングされた第２導電タイプの領域（ここでは、「ｐ−Ｓｉ領域」）４０８と、ｎ−Ｓｉ領域４０６とｐ−Ｓｉ領域４０８との間に配置されたｉ−Ｓｉ領域４１４とを含む。
【００３４】
受光器４００はまた、横型ｐｉｎ接合構造の上に積層された光吸収層を備える。光吸収層は化合物半導体からなってもよい。この例において、光吸収層はｉ−Ｇｅ層４１６を含む。図示されるように、横型ｐｉｎ接合構造及び光吸収層は、リブ型導波路構造を形成し得る。加えて、光吸収層の上部の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされる。光吸収層の上部全体が第１導電タイプを呈するようドーピングされてもよいし、光吸収層の上部の一部のみがドーピングされてもよい。一例において、ｉ−Ｇｅ層４１６の上に、少なくとも一部が第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するようにドーピングされたＧｅＳｉ層（ｎ−Ｇｅ１−ｘＳｉｘ層４２２、ここで０＜ｘ＜１）が形成されてもよい。すなわち、光吸収層は、ｉ−Ｇｅ層４１６に加えて、このようなＧｅＳｉ層を含むように構成されてもよい。別の例において、光吸収層は、ｉ−Ｇｅ層４１６に加えて、Ｇｅ１−ｘＳｉｘ層４２２とＧｅ１−ｘＳｉｘ層４２２上に積層されたＳｉ層（Ｓｉキャップ層と呼んでもよい）とを含む積層構造を有し得る。このような光吸収層の上部の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされてもよい。
【００３５】
さらに、光吸収層の上部の少なくとも一部が横型ｐｉｎ接合構造のうちの第１の導電タイプの領域（ここでは、ｎ−Ｓｉ領域４０６）と電気的に接続されるように、光吸収層の側壁の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされる。光吸収層の側壁の全面が第１導電タイプを呈するようにドーピングされてもよいし、光吸収層の側壁の一部のみがドーピングされてもよい。一例において、ｉ−Ｇｅ層４１６の側壁の上に、少なくとも一部が第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するようにドーピングされたＧｅＳｉ層（ｎ−Ｇｅ１−ｘＳｉｘ層４２２、ここで０＜ｘ＜１）が形成されてもよい。別の例において、光吸収層は、ｉ−Ｇｅ層４１６に加えて、Ｇｅ１−ｘＳｉｘ層４２２とＧｅ１−ｘＳｉｘ層４２２上に積層されたＳｉ層とを含む積層構造を有し得る。このような光吸収層の側壁の少なくとも一部が第１導電タイプを呈するようにドーピングされてもよい。
【００３６】
図４に示されるように、光吸収層の側壁は、Ｓｉ基板４０２に対して垂直ではなく、斜めに傾斜するように構成されてもよい。
【００３７】
横型ｐｉｎ接合構造において、ｉ領域（ｉ−Ｓｉ領域４１４）は、光吸収層の横方向の中心に対して、横型ｐｉｎ接合構造のうちの第１導電タイプの領域（ここでは、ｎ−Ｓｉ領域４０６）に近い方向にオフセットされた位置に配置される。ＢＯＸ層４０４上に積層されたＳｉ層は、第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈するように高濃度ドーピングされたｎ＋−Ｓｉ領域４１０と、第２導電タイプ（ここでは、ｐ型）を呈するように高濃度ドーピングされたｐ＋−Ｓｉ領域４１２とをさらに含む。ｎ＋−Ｓｉ領域４１０は、配線４１３を介してメタル電極４１８Ａに電気的に接続される。ｐ＋−Ｓｉ領域４１２は、配線４１５を介してメタル電極４１８Ｂに電気的に接続される。メタル電極４１８Ａ及び４１８Ｂは、例えばＴｉ／Ａｌからなってもよい。
【００３８】
受光器４００はまた、上述の各構成要素の上に積層されたＳｉＯ２からなるクラッド層４２０を備えてもよい。
【００３９】
このような受光器４００は、シリコンフォトニクス技術を利用して形成することができる。
【００４０】
一例において、光吸収層の少なくとも一部は、ＢＯＸ層４０４上に積層されたＳｉ層中に埋め込まれていてもよい。
【００４１】
一例において、光吸収層と横型ｐｉｎ接合構造との界面において、光吸収層が第１導電タイプ又は第２導電タイプを呈するようにドーピングされていてもよい。例えば、ｉ−Ｇｅ層４１６の下面の少なくとも一部が第１導電タイプ（ここでは、ｎ型）を呈してもよい。例として、横型ｐｉｎ接合構造中のｎ−Ｓｉ領域４０６にドーピングされたリンの一部がｉ−Ｇｅ層４１６中に拡散してもよい。別の例として、ｉ−Ｇｅ層４１６の下面の少なくとも一部が第２導電タイプ（ここでは、ｐ型）を呈してもよい。例として、横型ｐｉｎ接合構造中のｐ−Ｓｉ領域４０８にドーピングされたボロンの一部がｉ−Ｇｅ層４１６中に拡散してもよい。
【００４２】
受光器４００において、光吸収層は、ＢＯＸ層４０４上に積層されたＳｉ層により形成された光導波路と光結合されてもよい。この場合、受光器４００は、当該光導波路からの光信号を受けるように構成される。あるいは、受光器４００は、光吸収層の上方又は下方から入射する光信号を受けるように構成されてもよい。
【００４３】
一例において、光吸収層は、光共振効果により光吸収率が改善されるように設定された厚さを有するように構成されてもよい。例えば、光吸収層の厚さＴ及び受光器４００に入射する光信号の中心波長λは、概算で２Ｔ＝Ｎ×λ（Ｎは正の整数）の関係を満たしてもよい。
【００４４】
本願発明者は、本開示の実施形態による図４の受光器４００に関してシミュレーションを行い、その性能を検証した。
【００４５】
シミュレーションに用いた主な数値は次のとおりである。
ｎ−Ｓｉ領域４０６の幅：８００ｎｍ
ｐ−Ｓｉ領域４０８の幅：１２００ｎｍ
ｉ−Ｓｉ領域４１４の幅：３００ｎｍ
ｎ＋−Ｓｉ領域４１０の幅：２０００ｎｍ
ｐ＋−Ｓｉ領域４１２の幅：２０００ｎｍ
ｉ−Ｇｅ層４１６の下面の幅：６００ｎｍ
ｎ＋−Ｓｉ／ｎ＋−Ｇｅ層４２２の幅：１００ｎｍ
光吸収層の横方向の中心に対する、ｉ−Ｓｉ領域４１４のオフセット距離：４００ｎｍ
ｐ＋−Ｓｉ領域４１２及びｎ＋−Ｓｉ領域４１０の厚さ：９０ｎｍ
ＢＯＸ層４０４の上面とｉ−Ｇｅ層４１６の下面との間の間隔：２００ｎｍ
ｉ−Ｇｅ層４１６の厚さ：３００ｎｍ
ｎ−Ｓｉ領域４０６のドーピング濃度：１×１０１９／ｃｍ３
ｐ−Ｓｉ領域４０８のドーピング濃度：１×１０１９／ｃｍ３
ｎ＋−Ｓｉ領域４１０のドーピング濃度：２×１０２１／ｃｍ３
ｐ＋−Ｓｉ領域４１２のドーピング濃度：２×１０２１／ｃｍ３
【００４６】
図５は、入力光パワーを０ｄＢｍに設定したときの、受光器４００における光電界強度分布のシミュレーション結果を示す。光吸収層の全体にわたって、光電界強度がほぼ最大となっていることがわかる。
【００４７】
この計算結果から、従来の受光器と比較して、本開示の実施形態による受光器４００においては、入力光パワーが増加しても光吸収層内の光電界強度を高く維持することができることがわかる。したがって、受光器４００は、改善された高速動作特性を有し、データセンター内などの短距離光通信だけでなく、入力光パワーがより大きくなり得る中距離光通信、長距離光通信などの様々な幅広い用途に用いることができる。
【００４８】
図６Ａから図６Ｊは、本開示の実施形態による受光器４００の製造方法を説明する図である。
【００４９】
図６Ａは、受光器４００を形成するために用いられるＳＯＩ基板の断面図を示す。ＢＯＸ層６０４がＳｉ基板６０２上に積層される。高周波信号損失を低減するために、ＢＯＸ層の厚さは１０００ｎｍ以上となるよう設計されてもよい。１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さを有するＳｉ層がＢＯＸ層６０４上に積層される。当該Ｓｉ層の一部において、イオン注入法などによりリンが表面層にドープされる。Ｓｉ層の別の一部において、ボロンが表面層にドープされる。その後、熱処理を行うことにより、第１導電タイプを呈するｎ−Ｓｉ領域６０６及び第２導電タイプを呈するｐ−Ｓｉ領域６０８が形成される。ｎ−Ｓｉ領域６０６とｐ−Ｓｉ領域６０８との間にｉ−Ｓｉ領域が設けられる。これにより、光吸収層内の電界強度が大きくなり、より高速な動作を可能とする受光器を実現することができる。
【００５０】
次いで、図６Ｂに示すように、光吸収層を含むリブ型導波路構造を形成するためのマスクとして、酸化膜マスク６１２及びＳｉＮｘハードマスク６１４を含む積層構造が形成される。当該積層構造は、ＵＶリソグラフィ及びドライエッチング法などによりパターニングされる。
【００５１】
次いで、図６Ｃに示すように、ＳｉＮｘハードマスク６１４及び酸化膜マスク６１２をマスクとして用いることにより、ｎ−Ｓｉ領域６０６及びｐ−Ｓｉ領域６０８を含むＳｉ層をパターニングして、リブ型導波路構造が形成される。
【００５２】
次いで、図６Ｄに示すように、ｎ−Ｓｉ領域６０６のうちリブ型導波路構造と同等の高さを有する部分にイオン注入法などにより高濃度でリンがドープされる。また、ｐ−Ｓｉ領域６０８のうちリブ型導波路構造と同等の高さを有する部分にイオン注入法などにより高濃度でボロンがドープされる。
【００５３】
次いで、図６Ｅに示すように、後述するＧｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜の選択的エピタキシャル成長を行うために、酸化物クラッド６２０が積層される。このとき、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化を行うことにより、Ｇｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜の選択的エピタキシャル成長用の開口プロセスが容易となる。
【００５４】
次いで、図６Ｆに示すように、ＳｉＮｘハードマスク６１４が、熱リン酸処理などにより除去される。
【００５５】
次いで、図６Ｇに示すように、ドライエッチング、フッ酸処理などにより、Ｇｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜の選択的エピタキシャル成長用の開口６２４が酸化膜マスク６１２に形成される。そして、Ｇｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜６２２が選択的エピタキシャル成長する。
【００５６】
次いで、図６Ｈに示すように、選択的エピタキシャル成長したＧｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜６２２にリンがドープされ、第１導電タイプの層６２６がＧｅ１−ｘＳｉｘ／Ｓｉ積層膜６２２の上部及び側壁に形成される。形成された第１導電タイプの層６２６は、ｎ−Ｓｉ領域６０６と電気的に接続される。
【００５７】
次いで、図６Ｉに示すように、酸化物クラッド６２０がさらに１μｍ程度積層される。また、第１及び第２の電気コンタクトをとるためのコンタクトホール６３０Ａ及び６３０Ｂがドライエッチング法などにより形成される。
【００５８】
最後に、図６Ｊに示すように、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ（Ｃｕ）、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｗなどのメタル層がスパッタ法やＣＶＤ法により成膜される。反応性エッチングによるパターニングを行うことによって、電極配線６３２Ａ及び６３２Ｂが形成される。電極配線６３２Ａ及び６３２Ｂにより、受光器は、駆動回路と電気的に接続される。
【００５９】
図１を用いて説明された構造のほか、従来から、縦型ｐｉｎ接合構造を備える受光器が提案されている。このような受光器は、Ｓｉ基板に対して垂直な方向に積層されたｐ−Ｓｉ層、ｉ−Ｇｅ層及びｎ−ＧｅＳｉ層を備える。この場合、メタル電極をＧｅＳｉ層上に形成する必要があるので、作製プロセスが難しい。また、ＧｅＳｉ層上にメタル電極を形成しなければならないので、ｉ−Ｇｅ層の幅を小さくすることができない。このため、電気容量が大きくなり、高速動作が困難になる。
【００６０】
これに対して、本開示の実施形態による受光器は、上述の方法により製造することができ、Ｓｉ層上にメタル電極を形成することができる。したがって、上述した縦型ｐｉｎ接合構造を有する受光器と比較して、作製プロセスが容易である。
【００６１】
図７は、本開示の一実施形態による受光器の断面図を概略的に示す。受光器７００は、光吸収層の上方又は下方からの光信号を受けるように構成される。図４に示される受光器４００と同様に、受光器７００は、Ｓｉ基板７０２と、ＢＯＸ層７０４と、ｎ−Ｓｉ領域７０６と、ｐ−Ｓｉ領域７０８と、ｉ−Ｓｉ領域７１４と、ｎ＋−Ｓｉ領域７１０と、ｐ＋−Ｓｉ領域７１２と、ｉ−Ｇｅ層４１６と、メタル電極７１８Ａ及び７１８Ｂと、クラッド層７２０と、ｎ−Ｇｅ１−ｘＳｉｘ層７２２とを備えてもよい。受光器７００の光吸収層の幅は、受光器４００の光吸収層の幅と比較して大きいので、受光器７００は、上方又は下方から入射する光信号を効率よく受けることができる。
【００６２】
図８は、図７に開示の受光器の量子効率の波長依存性に関して、光吸収層であるＧｅ層厚をパラメータとした時の計算結果である。Ｇｅ層厚を５５０ｎｍから６５０ｎｍまで変化させることにより、Ｇｅ層内での光共振波長が変化し、使用する光波長に合わせてＧｅ膜厚を最適化することにより、６０％以上の量子効率が得られることが明らかとなった。
【００６３】
以上説明した実施形態では、第１導電タイプがｎ型であり、第２導電タイプがｐ型であると仮定した。しかし、第１導電タイプがｐ型であり、第２導電タイプがｎ型である場合でも、本開示の一実施形態による受光器が得られることが当業者に理解されよう。
【００６４】
以上、本開示の実施形態が説明されたが、これらが例示にすぎず、本開示の範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、実施形態の変更、追加、改良などを適宜行うことができることが理解されるべきである。本開示の範囲は、上述した実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図７】
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【図８】
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