(57)【要約】  半導体光吸収層と光導波路コアとが隣接して設けられた導波路結合型フォトダイオードである。前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に、少なくとも一層からなる電極が設けられる。前記電極は、（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］の間隔で設けられたものである。前記電極の少なくとも一部が前記半導体光吸収層に埋め込まれたものである。前記半導体光吸収層の表面からの前記埋め込み深さはλ／（２ｎs）［ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さである。前記電極の少なくとも一層は、表面プラズモン誘起可能な材料で構成されてなる。
2008136479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光吸収層と光導波路コアとが隣接して設けられた導波路結合型フォトダイオードであって、
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に、少なくとも一層からなる電極が設けられ、
前記電極は、
（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］の間隔で設けられたものであり、
該電極の少なくとも一部が前記半導体光吸収層に埋め込まれたものであって、前記半導体光吸収層の表面からの前記埋め込み深さはλ／（２ｎs）［ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さであり、
前記電極の少なくとも一層は、表面プラズモン誘起可能な材料で構成されてなる
ことを特徴とする導波路結合型フォトダイオード。
【請求項２】
対向する電極が、共に、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられてなり、
前記電極と前記半導体光吸収層とによって金属−半導体−金属接合が構成されてなる
ことを特徴とする請求項１の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項３】
前記電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合がショットキー障壁型の接合である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項４】
対向する前記電極の中の一方の電極は、前記表面プラズモン誘起可能な材料とｐ電極との積層で構成されてなり、
対向する前記電極の中の他方の電極は、前記表面プラズモン誘起可能な材料とｎ電極との積層で構成されてなり、
前記電極と前記半導体光吸収層とでｐ−ｉ−ｎ接合が構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項５】
対向する電極の中の一方の電極が、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられ、
対向する電極の中の他方の電極が、前記半導体光吸収層を間に挟んで前記一方の電極とは反対側に設けられ、
前記一方の電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合がショットキー障壁型の接合である
ことを特徴とする請求項１の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項６】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に中間層が設けられてなり、
前記中間層は、その屈折率ｎがｎcore〜ｎs［ｎcore：前記光導波路コアの屈折率。ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率）のものである
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項７】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置に、前記光導波路コアを伝播した光に対して表面プラズモン共鳴を生じさせること無く、その光を反射する金属グレーティング構造が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項８】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置において、前記光導波路コアの端面に反射膜が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項７いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項９】
前記光導波路コアに対してクラッド層が設けられてなり、
前記クラッド層は、
その厚さＬ１及び厚さＬ２［厚さＬ１：前記光導波路コアを間に挟んで前記電極と対向する位置に在る前記クラッド層の厚さ。厚さＬ２：光が伝播して来る前記光導波路コア上に積層された前記クラッド層の厚さ。］が、厚さＬ１＜厚さＬ２を満足するよう構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項８いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１０】
前記クラッド層は、前記厚さＬ１と前記厚さＬ２との境界において、厚さがテーパー状に変化している
ことを特徴とする請求項９の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１１】
前記電極と前記半導体光吸収層との界面における接合面積が１００μｍ２以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１２】
前記電極と前記半導体光吸収層との界面における接合面積が１０μｍ２以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１３】
前記半導体光吸収層は、その厚さが１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１４】
前記半導体光吸収層は、その厚さが５００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１５】
前記表面プラズモンを誘起することが可能な材料は、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ、及びこれ等の合金からなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１４いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１６】
前記中間層は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、及びこれらの複合物からなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成される
ことを特徴とする請求項６〜請求項１５いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１７】
前記光導波路コアはＳｉＯＮで構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１６いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１８】
前記半導体光吸収層は、Ｓｉ，ＳｉｘＧｅ１−ｘ［但し、ｘは０〜１の数］，Ｇｅ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＩｎＰからなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項１７いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１９】
前記半導体光吸収層は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ［但し、ｘは０〜１の数］，Ｇｅからなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成され、
Ｎｉ−Ｇｅ合金層が前記電極と前記半導体光吸収層との接合界面に形成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１８いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項２０】
請求項１〜請求項１９いずれかの導波路結合型フォトダイオードが受光部に設けられてなる
ことを特徴とする光配線システム。
【請求項２１】
請求項１〜請求項１９いずれかの導波路結合型フォトダイオードが設けられたＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上に前記導波路結合型フォトダイオードとモノリシックに形成された電子回路
とを具備することを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば赤外光を含む光の信号を高速に電気信号に変換できるフォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン電子技術により光検出器をモノリシック集積回路化することは、コスト及び歩留まりの観点から非常に魅力的である。例えば、ＣＭＯＳ回路と同じチップ上にモノリシック集積回路化されたシリコン受光器（例えば、シリコンフォトダイオード）は、ハイブリッド受光器（例えば、ＣＭＯＳ回路またはＧａＡｓ回路に接合されたＩｎＧａＡｓフォトダイオード）に対する一つの魅力的な代替物である。モノリシック集積回路化された受光器は、標準的シリコンプロセスを経て製造される。そして、ハイブリッド設計よりも低コストでの製造が期待される。【０００３】
光信号を電気信号に高速変換する手段としてフォトダイオードが用いられる。その代表的なものはｐｉｎ型フォトダイオードである。ｐｉｎ型フォトダイオードは、真性半導体のｉ層を、ｐ型半導体のｐ層とｎ型半導体のｎ層とで挟んだ構造である。そして、ｐｉｎ型フォトダイオードに逆バイアス電圧を加えると、高抵抗のｉ層の略全域が電荷キャリアの空乏層になる。入射光のフォトンは、主に、ｉ層で吸収される。そして、電子・正孔対を生成する。発生した電子と正孔とは、逆バイアス電圧により、空乏層内を、各々、反対方向にドリフトする。これによって、電流が生じる。そして、負荷抵抗で信号電圧として検出される。この光電変換の応答速度を決める主な要因は、回路時定数とキャリア走行時間である。回路時定数は、負荷抵抗と空乏層が作る電気容量との積で決まる。キャリア走行時間は、空乏層を電子（正孔）が通過するのに要する時間である。【０００４】
キャリア走行時間の短いフォトダイオードとしてショットキー型のフォトダイオードがある。これは、半導体のｎ層（或いはｎ−層）に半透明金属膜が接した構造のフォトダイオードである。ｎ層（或いはｎ−層）と半透明金属膜とが接する界面付近にショットキー障壁が形成される。このショットキー障壁付近では、半透明金属膜からｎ層（或いはｎ−層）に電子が拡散する。そして、空乏層が形成される。この状態で入射光が照射されると、ｎ層（或いはｎ−層）に電子が生じる。そして、逆バイアス電圧により、前記電子が空乏層内をドリフトする。又、素子表面層での光吸収を有効に利用できる。例えば、ｐｉｎ型フォトダイオードでは、フォトン吸収の為、ｉ層（空乏層）に十分な厚みを持たせる必要が有る。しかしながら、ショットキー型フォトダイオードは空乏層を薄く出来る。従って、キャリア走行時間を短く出来る。尚、ｐｉｎ型フォトダイオードでも、空乏層を薄くする為、ラテラル電極構造にして電極間隔を小さくすることが提案（非特許文献１）されている。しかしながら、高速化は可能なものの、半導体表面層での光吸収効率が悪い。そして、高感度化が難しい。【０００５】
さて、回路時定数を短くする為、負荷抵抗の値を小さくすると、取り出せる再生信号の電圧が下がる。従って、空乏層の電気容量を減らすことは、再生信号のＳ／Ｎを良くする（読み取りエラーを減らす）為に必要である。特に、キャリア走行時間を短くする為に空乏層を薄くすると、電気容量は増加する。従って、高速化の為には、空乏層（或いはショットキー接合）の面積を減らす必要がある。しかしながら、接合面積を減らすと、信号光の利用効率が低下する。結果的に、再生信号のＳ／Ｎが低下する。【０００６】
上記の問題に鑑み、光電変換デバイスにおいては、金属表面プラズモン（或いはフォトニック結晶構造）を利用することが提案されている。すなわち、デバイスを高速化・小型化する為の試みが行われている。【０００７】
例えば、特許文献１の技術が提案されている。これには、半導体の同一面上に二つの電極を設置した金属／半導体／金属（ＭＳＭ）型光検出器が開示されている。このＭＳＭ型光検出器は、二つの電極付近にショットキー障壁を持ったフォトダイオードの一種である。電極面を透過した光の一部は半導体層で吸収される。そして、フォトキャリアが生成する。このＭＳＭ型光検出器においては、量子効率を上げる目的で半導体を厚くすると、フォトキャリアの伝播距離が増す。この結果、動作速度が低下する。この動作速度の低下を防ぐ為、特許文献１では、金属の電極を周期的な凹凸に沿って設けることが提案されている。すなわち、入射光を金属電極の表面プラズモンと効率よく結合させ、光検出器内に伝播させる仕組みが提案されている。【０００８】
又、特許文献２の技術が提案されている。これには、ＭＳＭ型受光素子の製造方法が開示されている。すなわち、半導体上に金属膜を形成し、この金属膜の一部を酸化して光透過性絶縁パターンを形成する方法が開示されている。【０００９】
又、特許文献３の技術が提案されている。これには、光透過性の絶縁パターンの幅を波長以下の寸法にし、光透過性絶縁パターンの両脇にある金属膜の端部から発生する近接場光を利用することが開示されている。又、ＭＳＭ型受光素子の応答が高速化することが開示されている。【００１０】
又、特許文献４の技術が提案されている。これには、半導体上に規則的な間隔を持って並ぶ交差指型の金属電極の正極と負極とが入れ子になって向かい合うように配置された光電子カプラが開示されている。又、入射光と透過光、反射光、表面プラズモン、ポラリトン等の間を共振により結合させることが記載されている。又、光電子カプラをＭＳＭ型受光素子として用いることが出来ることも記載されている。又、入射光と表面プラズモンとの結合により、フォトキャリアが強められることも記載されている。但し、特許文献４に記載の光電子カプラをＭＳＭ型受光素子として用いた場合において、空乏層の電気容量を減らす為、入射光の照射面積を減らすと、検出信号の強度（Ｓ／Ｎ）が低下した。又、特許文献４には、光導波路から伝送される光エネルギーと半導体層との結合に関する記載が無い。【００１１】
又、特許文献５の技術が提案されている。これには、ｐｎ接合を持つ複数の球形状の半導体を挟んだ二つの電極の一方に、周期的に配列させた開口（或いは凹部）を設けた光起電力デバイスが開示されている。この光起電力デバイスは、周期的な形状を持つ電極における表面プラズモンと入射光とを共鳴させることを利用している。但し、特許文献５には、光電変換の高速化の為に空乏層を薄くすること、又、面積を小さくすることに関する記載が無い。【００１２】
又、特許文献６の技術が提案されている。これには、光吸収層をフォトニックバンドが形成されるよう多層膜構造としたＭＳＭ受光素子が開示されている。又、吸収されて透過される光の群速度を小さくすることにより、物理的な吸収層厚を薄くすることが記載されている。又、これにより、受光効率が高まることが記載されている。但し、この構造において、ＭＳＭ接合における接合面積を低減し、素子容量を小さくすることは実現されていない。【００１３】
又、特許文献７の技術が提案されている。これには、金属電極が半導体吸収層を貫通して形成されたＭＳＭ型光検出器が開示されている。【００１４】
又、特許文献８の技術が提案されている。これには、開口部と周期的に変化する表面形状とを有する金属フィルムを利用した光伝送装置が開示されている。但し、特許文献８に記載の技術は光電変換デバイスに関するものではない。尚、単一の開口であっても、その周囲に周期的な溝の列を設けることにより、伝播する光を増強できることが記載されている。すなわち、周期的な溝の列がない場合と比較して、伝播する光を増強できることが記載されている。但し、透過する光の総エネルギーは入射光エネルギーに比較して減衰することが知られている。例えば、非特許文献２によれば、波長の４０％以下の直径の開口において透過する光の総エネルギーは、入射光エネルギーの１％以下に減衰する。従って、特許文献８に記載の光伝送装置からの伝播光を受光素子に照射しても、高いＳ／Ｎは得られない。【００１５】
又、特許文献９の技術が提案されている。これには、光導波路間で局所的な共振を生じる回折格子を用い、特定波長を選択的に光結合させる構造が開示されている。但し、これは、光導波路間での光結合に関する技術である。そして、受光素子で必要とされる結合した光エネルギーの局所的な閉じ込め効果や、回折格子を電極と兼用する構造は実現されていない。【００１６】
又、特許文献１０の技術が提案されている。これには、表面プラズモン共鳴を利用した光導波路構造が開示されている。しかしながら、この技術も、光導波路とフォトダイオードとの結合構造、及び表面プラズモンの伝播構造は利用されて無い。
【特許文献１】特開昭５９−１０８３７６号公報
【特許文献２】特開平８−２０４２２５号公報
【特許文献３】特開平８−２０４２２６号公報
【特許文献４】特表平１０−５０９８０６号公報
【特許文献５】特開２００２−７６４１０号公報
【特許文献６】特開２００５−１５０２９１号公報
【特許文献７】特開２００３−５２０４３８号公報
【特許文献８】特開２０００−１７１７６３号公報
【特許文献９】特表２００３−５０４６５９号公報
【特許文献１０】特開２００４−１０９９６５号公報
【非特許文献１】S. J. Koester,G. Dehlinger,J.D.Schaub, J. O. Chu, Q. C. Ouyang, and A. Grill, "Germanium-on-InsulatorPhotodetectors", 2nd International Conferenceon Group IV Photonics, FB12005, (第172頁、Fig. 3)
【非特許文献２】Tineke Thio,H. J. Lezec,T.W.Ebbesen, K. M. Pellerin,G. D.Lewen, A. Nahata, R.A. Linke, "Giantopticaltransmission of sub-wavelength apertures: physics andapplications",Nanotechnology, vol. 13, pp. 429-432, Figure 4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
金属−半導体−金属（ＭＳＭ）フォトダイオードは、平面性およびシリコンＬＳＩとの互換性を提供する。【００１８】
しかしながら、光導波路と集積化して光結合させる為には、実装により結合する場合、アライメント精度やコストなどの問題が有る。又、モノリシック集積する場合、ミラー構造をウエハプロセスにより形成するには作製精度が要求される。この為、量産性に乏しい。【００１９】
又、Ｓｉ（或いはＳｉＧｅ）を用いた光検出器は、長いキャリアライフタイム（１〜１０μｓ）及び低い光吸収率（１０〜１００／ｃｍ）の為、一般的に、応答が遅い。化合物系半導体を用いた場合、ショットキー障壁型フォトダイオードは高速応答を示す。しかしながら、金属電極により実効的な受光面積が小さくなる。この為、感度が低下する。ｐｉｎ型フォトダイオードにおいては、空乏層を薄層化する為、ラテラル電極構造が提案されている。この場合、電極間距離を小さくして高速応答性を得ることが可能である。しかしながら、高感度化が難しい。【００２０】
フォトダイオードの応答を高速化する為、光吸収層を薄くしてキャリア走行時間を短くすることが大事である。又、受光面積（接合容量）を小さくし、回路時定数を小さくすることも大事である。尚、一般的に、受光感度と高速性とはトレードオフの関係が有る。【００２１】
従って、本発明が解決しようとする課題は、受光感度と高速応答性とが両立するフォトダイオードを提供することである。特に、光吸収層の体積が小さく、高集積化および低消費電力化が可能なフォトダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記の課題は、
半導体光吸収層と光導波路コアとが隣接して設けられた導波路結合型フォトダイオードであって、
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に、少なくとも一層からなる電極が設けられ、
前記電極は、
（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］の間隔で設けられたものであり、
該電極の少なくとも一部が前記半導体光吸収層に埋め込まれたものであって、前記半導体光吸収層の表面からの前記埋め込み深さはλ／（２ｎs）［ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さであり、
前記電極の少なくとも一層は、表面プラズモン誘起可能な材料で構成されてなる
ことを特徴とする導波路結合型フォトダイオードによって解決される。【００２３】
又、本発明は、上記の導波路結合型フォトダイオードが受光部に設けられてなることを特徴とする光配線システムを提供する。【００２４】
又、本発明は、上記の導波路結合型フォトダイオードが設けられたＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上に前記導波路結合型フォトダイオードとモノリシックに形成された電子回路
とを具備することを特徴とする光インターコネクションモジュールを提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のフォトダイオードは、光導波路コアを伝播した光が光吸収層に有効に閉じ込められる。そして、接合面積が非常に小さくても、効率的な光電変換が可能になる。又、光吸収層の体積が小さく、高集積化および低消費電力化が可能になる。又、受光感度と高速応答性とが両立したものとなる。【００２６】
そして、本発明は、ＬＳＩチップ内（或いはチップ間）の光配線を用いた情報処理への利用に、特に、適する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図２】第１実施形態の導波路結合型フォトダイオードの平面図
【図３】図２の一部拡大図。
【図４】導波路結合型フォトダイオードの特性図
【図５】光導波路とＳｉフォトダイオードとの光結合による電磁場分布の計算結果図
【図６】第２実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図７】第３実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図８】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図９】中間層の膜厚に対する透過光パワーのグラフ
【図１０】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１１】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１２】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１３】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１４】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１５】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１６】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１７】第４実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図
【図１８】第５実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図１９】第６実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図２０】第７実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図２１】第８実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図２２】第９実施形態の導波路結合型フォトダイオードの断面図
【図２３】第１０実施形態の概略図
【図２４】第１１実施形態の概略図
【符号の説明】
【００２８】
１      光導波路コア
２      光吸収層
３      ＭＳＭ電極
４      上部クラッド層
５      下部クラッド層
１１    ショットキー電極
１２    対向電極層
２１    ｐ電極
２２    ｎ電極
２３    金属膜
３１    中間層
４１    禁制帯グレーティング
４２    反射膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は導波路結合型フォトダイオードである。特に、半導体光吸収層と光導波路コアとが隣接して設けられた導波路結合型フォトダイオードである。例えば、半導体光吸収層と光導波路コアとが積層して設けられた導波路結合型フォトダイオードである。前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部（界面近傍）には、電極（一層以上の層で構成された電極）が設けられている。前記電極は、（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］の間隔で設けられたものである。前記電極は、例えば櫛型の電極である。そして、櫛型電極の場合、櫛歯間の距離が（１／１００）λ〜λである。尚、電極は、通常、対の形態で構成される。この場合、一例としては、双方の電極が櫛型の電極である場合が挙げられる。この時、通常、櫛型電極と櫛型電極とは、互いの櫛歯が食い込む形態が多い。従って、このような時、前記間隔は、一方の櫛型電極の櫛歯と他方の櫛型電極の櫛歯との間の距離（最短距離）である。前記電極（例えば、電極の厚さ方向における少なくとも一部（下部側）。但し、好ましくは、電極の厚さ方向における全て）は、前記半導体光吸収層に埋め込まれたものである。この埋め込み深さ（前記半導体光吸収層の表面からの埋め込み深さ）は、λ／（２ｎs）［ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さである。尚、前記値が０の場合も含まれる。又、前記電極（前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた電極）は、表面プラズモンを誘起可能な材料で構成される。【００３０】
上記フォトダイオードの一例として、対向する双方の電極が、共に、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられる場合が有る。この場合、前記電極と前記半導体光吸収層とによって金属−半導体−金属接合（ＭＳＭ接合）が構成される。この時、前記対向する電極の中の少なくとも一方の電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合は、好ましくは、ショットキー障壁型の接合である。【００３１】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、対向する前記電極の中の一方の電極は、前記表面プラズモンを誘起することが可能な材料とｐ電極との積層で構成される。又、対向する前記電極の中の他方の電極は、前記表面プラズモンを誘起することが可能な材料とｎ電極との積層で構成される。そして、前記電極と前記半導体光吸収層とでｐ−ｉ−ｎ接合が構成されたフォトダイオードである。このようなラテラル電極構造のｐｉｎフォトダイオードにおいても、光吸収層に埋め込んで配置された金属は、表面プラズモンにより、ｐ＋電極およびｎ＋電極に隣接する光吸収層に光エネルギーを閉じ込め、局所的に強い光学電場分布を生じさせる。【００３２】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、対向する電極の中の一方の電極が、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられる。対向する電極の中の他方の電極は、前記半導体光吸収層を間に挟んで前記一方の電極とは反対側に設けられる。そして、前記一方の電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合がショットキー障壁型の接合である。この場合も、ＭＳＭ接合構造の場合と同様に、高効率と高速応答性とが両立したフォトダイオード特性が得られる。【００３３】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に中間層が設けられる。この中間層は、その屈折率ｎがｎcore〜ｎs［ｎcore：前記光導波路コアの屈折率。ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率）のものである。これにより、光吸収層と光導波路コアとの光結合効率が改善される。【００３４】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、光を反射する金属グレーティング構造が設けられたものである。この金属グレーティング構造は、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで、前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置に、設けられる。そして、この位置に設けられた金属グレーティング構造によって、伝播して来た光が反射される。従って、光吸収層と光導波路コアとの結合長を短くすることが出来る。尚、この金属グレーティング構造は、前記光導波路コアを伝播した光に対して、表面プラズモン共鳴を生じさせることが無い。又、金属グレーティング構造に代わって、反射膜を設けることも出来る。すなわち、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで、前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置において、前記光導波路コアの端面に反射膜が設けられても良い。勿論、金属グレーティング構造と反射膜とが共に設けられても良い。【００３５】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記光導波路コアに対してクラッド層が設けられる。このクラッド層は、厚さＬ１＜厚さＬ２を満足するものである。尚、厚さＬ１は、前記光導波路コアを間に挟んで前記電極と対向する位置に在る前記クラッド層の厚さである。厚さＬ２は、光が伝播して来る前記光導波路コア上に積層された前記クラッド層の厚さである。例えば、前記電極と対向する位置に在る前記クラッド層の厚さを薄くしたものである。この厚さの変化は階段的に変化したものが挙げられる。しかしながら、直線的に薄くなったものが好ましい。或いは、曲線的に薄くなったものでも良い。つまり、厚さがテーパー状に減少したものが好ましい。尚、ここでは、前記光導波路コアを間に挟んで前記電極と対向する位置に在るクラッド層の厚さを規定した。従って、前記電極と対向する位置にのみクラッド層が設けられているように思われるかも知れない。しかし、殆どの場合、前記光導波路コアを囲むように前記クラッド層は設けられている。例えば、前記光導波路コアと前記クラッド層とが同軸的に設けられている。【００３６】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記電極と前記半導体光吸収層との界面における接合面積（フォトキャリアを生成して走引する為の接合領域）が１００μｍ２以下である。更に好ましくは、前記接合面積が１０μｍ２以下である。そして、接合領域を小さくすることで、接合電気容量が小さくなる。その結果、フォトダイオードを高周波動作させる場合の回路時定数を数ピコ秒以下に出来る。又、数十ＧＨｚ以上の高周波動作が実現される。又、前記半導体光吸収層は、その厚さが１μｍ以下である。更に好ましくは、その厚さが５００ｎｍ以下である。【００３７】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記表面プラズモンを誘起可能な材料がＡｌである。又はＡｇである。又はＡｕである。又はＣｕである。又は前記金属の合金である。そして、前記材料を用いた一層で電極が構成される。尚、電極は二層以上の積層膜であっても良い。ショットキー接合を形成する為、Ｃｒ，Ｔａ又はＮｉのような下地膜を設けることは好ましい。又、Ｔｉなどを下地膜として使用すると、オーミック接合を形成することが出来る。【００３８】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記中間層が酸化アルミニウムで構成される。又は、酸化シリコンで構成される。又は、酸化タンタルで構成される。又は、酸化ジルコニウムで構成される。又は、酸化ハフニウムで構成される。又は、前記セラミックを構成する金属元素の二つ以上の金属元素の酸化物で構成される。この中間層は一層でも良い。又は、二層以上の積層膜でも良い。【００３９】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記光導波路コアはＳｉＯＮで構成されたものである。このＳｉＯＮ製の光導波路コアは、例えばプラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）で構成される。【００４０】
又、上記フォトダイオードの他の例として次のものが挙げられる。すなわち、前記半導体光吸収層はＳｉで構成されたものである。又はＳｉｘＧｅ１−ｘ［但し、ｘは０〜１の数］で構成されたものである。又はＧｅで構成されたものである。又はＧａＮで構成されたものである。又はＧａＡｓで構成されたものである。又はＧａＩｎＡｓで構成されたものである。又はＧａＩｎＰで構成されたものである。又はＩｎＰで構成されたものである。又は、前記材料の複合物で構成されたものである。尚、ＳｉｘＧｅ１−ｘ［０≦ｘ＜１］で構成された場合、半導体光吸収層とのショットキー接合を得る為、Ｎｉ−Ｇｅ合金層が前記電極と前記半導体光吸収層との接合界面に形成されることが好ましい。【００４１】
上記の導波路結合型フォトダイオードは、光配線システム（特に、集積回路上の光配線システム）の受光部に用いることが出来る。【００４２】
又、上記の導波路結合型フォトダイオードをＳｉ基板上に設け、このＳｉ基板上に電子回路をモノリシックに設けることも出来る。これによって、光インターコネクションモジュールが得られる。【００４３】
本発明を更に詳しく説明する。【００４４】
［実施形態１］
図１〜図３は本発明の第1実施形態を説明する図である。図１は断面図である。図２は平面図である。図３は図２の一部拡大図である。【００４５】
尚、本実施形態は、ＭＳＭフォトダイオードでの例である。【００４６】
この導波路結合型フォトダイオードは、ＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）など表面が絶縁された半導体層の一部の上に形成されたものである。すなわち、光導波路コア１を囲むようにクラッド層が設けられている。尚、便宜上、図１において、光導波路コア１の上側に位置するクラッド層を上部クラッド層４と呼ぶ。光導波路コア１の下側に位置するクラッド層を下部クラッド層５と呼ぶ。光導波路コア１と下部クラッド層５との境界部（界面部）には、図１からも判る通り、半導体光吸収層２が設けられている。尚、半導体光吸収層２は光導波路コア１に接している。【００４７】
半導体光吸収層２には、一対の電極（例えば、ＭＳＭ電極）３が設けられている。この一対の電極３は、共に、櫛型電極（図１，３参照）である。そして、互いの櫛歯同士が間に位置する（噛み合う：対向する）ように設けられている。特に、一対のＭＳＭ電極（櫛型電極）３の櫛歯間の距離（一方の電極における櫛歯と他方の電極における櫛歯との間の距離：図１中、ｘで示す長さ）が（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］であるように設けられている。【００４８】
又、図１からも判る通り、電極３は、その上面が光導波路コア１に接している。従って、電極３は半導体光吸収層２に埋め込まれた形態である。この埋め込み深さは、特に、λ／（２ｎs）［ｎs：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さである。更には、λ／（２ｎs）未満の値の深さである。尚、λ／（２ｎs）は近接場光が浸み出す厚さである。【００４９】
ＭＳＭ電極３は、表面プラズモンを誘起することが可能な導電性材料で構成された。【００５０】
尚、図１からも判る通り、電極３には負荷抵抗６とバイアス電源７とが接続されている。そして、伝送される光パワーは、光導波路コア１と半導体光吸収層２との界面に設けられたＭＳＭ接合により光結合する。そして、ＭＳＭ電極３の両側に設けられた電極パッド８によって直流バイアスを印加すると、電流信号が取り出される。【００５１】
本発明の導波路結合型フォトダイオードでは、半導体光吸収層２に埋め込まれたＭＳＭ電極（表面プラズモンを誘起することが可能な導電性材料）３によって、回折現象が発生する。そして、表面プラズモンが誘起される。この結果、接合界面において、強い近接場が誘起される。よって、半導体光吸収層２の屈折率が光導波路コア１の屈折率に比較して大きな場合、半導体光吸収層２中に光が閉じ込められる。【００５２】
表面プラズモンによる近接場光は、電極配置や半導体光吸収層の屈折率や光吸収係数の影響を受けて、その強度分布および浸み出しの範囲が変化する。本発明では、光吸収層の非常に小さい領域において、電子・正孔対（フォトキャリア）を生成する。そして、電極により形成される半導体光吸収層２中における空乏化領域と近接場光によるフォトキャリアの生成領域とを一致させることによって、効率的なフォトキャリア形成と、局所的なフォトキャリアの走行とが実現される。この結果、高い量子効率と高速応答性とが奏される。【００５３】
従来、半導体表面に形成された金属電極は、フォトダイオードの受光面を遮る。この為、受光感度が低下する。又、表面プラズモン共鳴を生じさせる電極間隔を取った場合でも、光電界強度の強い領域は光吸収層の外の領域に有る。この為、効率的なフォトキャリアの生成が出来ない。これに対して、上記の如くに構成させた本発明では、半導体光吸収層２と光導波路コア１との界面において、ＴＭ波による光入射によってプラズモン共鳴が発生する。この為、光電界強度が最大となる領域と光吸収層となる半導体空乏層領域との一致が可能となる。そして、半導体光吸収層２が薄くても、光導波路コア１を伝播する光との高効率な光結合が可能となる。又、良好な感度特性が得られる。【００５４】
ＭＳＭ電極３の材料としては、表面プラズモンを誘起する為、例えばＡｌを用いる。Ａｌの代わりにＡｇを用いても良い。又、Ａｌの代わりにＡｕを用いても良い。又、Ａｌの代わりにＣｕを用いても良い。又、前記金属の合金を用いても良い。【００５５】
表面プラズモンの分散関係ｋspは、
ｋsp＝ω／ｃ｛（εｍ・εｄ）／（εｍ＋εｄ）｝１／２
で表される。【００５６】
尚、εｍは、表面プラズモンを生じる金属の誘電率である。εｄは、前記金属に接している誘電体の誘電率である。【００５７】
又、表面プラズモンの伝播長Ｌsppは、
Ｌspp＝ｃ／ω｛（εｍ’＋εｄ）／εｍ’｝３／２・εｍ’２／εｍ’’
で表される。【００５８】
尚、金属の複素誘電率εｍ＝εｍ’＋ｉεｍ’’である。【００５９】
すなわち、表面プラズモンの光学損失は、ＭＳＭ電極３を構成する金属膜の誘電率の虚数部と実数部との二乗の値に大きく依存している。従って、本発明では、上述のような金属を用いることが望ましい。【００６０】
又、表面プラズモンの伝播損失の低減として、金属表面のランダムな凹凸を小さくすることが好ましい。従って、この観点から、Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ等からなる下地層（電極の下地層）を設けるのが好ましい。或いは、Ｎｂ等の元素を微量添加して合金化することも好ましい。【００６１】
特に、光を光導波路コア１中に１０μｍ２以下のサイズに閉じ込める為、光導波路コア１とクラッド層４との屈折率差を３％以上にした光導波路を利用することは好ましい。このようなチャネル型光導波路は、光導波路コア１の周囲が屈折率の小さな媒質で取り囲まれた構造である。そして、コアの屈折率とクラッドの屈折率との差が大きい程、光は、全反射を繰り返しながら、コアに強く閉じ込められる。そして、導波路を小さな曲率で急激に曲げても、光はそれに沿って導かれる。そして、屈折率差を３％以上にすると、１０μｍ以下の光結合長を実現できた。又、前記屈折率差を１０〜４０％程度とすると、６μｍ以下の光結合長を実現できた。【００６２】
例えば、Ｓｉなどの半導体を仮定し、コアの屈折率=３．４、断面サイズ=０．３μｍ×０．３μｍ、コアの周囲のＳｉＯ２製クラッドの屈折率=１．４５〜１．４７とした場合、光のモードサイズは導波路コアとほぼ同等のサイズまで小さくなる。又、導波させる光の波長=８５０ｎｍ程度の場合、Ｓｉ導波路では光吸収による導波損失が発生する。そこで、ＳｉＯＮ（ＳｉＯＮは、広い波長範囲に亘って損失が無視できる光透過特性を示す）製コアの周囲をＳｉＯ２製クラッドで覆った場合、屈折率差は３％以上になる。そして、光の閉じ込めが半導体コアを用いた場合に比べて弱くなり、光スポット径は１〜４μｍ程度になる。【００６３】
このような閉じ込めの強い光導波路に隣接して、表面プラズモンを誘起し、かつ、光を閉じ込める構造と、光吸収層とを積層して配置した場合、非常に小さい領域での光結合が可能となる。そして、高感度化と高速応答性の両立が可能なフォトダイオードが実現される。【００６４】
表面プラズモンを誘起可能な導電性材料のパターンの形成には、レジストマスクを用いたリフトオフプロセスよりも、ガスクラスターイオンビーム（Ａｒあるいは反応性ガスを数百から数千個の原子あるいは分子からなるクラスターとしてイオン化したガスクラスターイオンビーム）を用いることが好ましい。すなわち、ガスクラスターイオンビームを用いると、加工精度が上がる。又、イオンビームエッチングを用いた場合に比べて、ダメージが少ない加工プロセスが実現される。この時、エッチングされた金属残渣は真空中に放出される。或いは、レジストマスクの側壁に付着する。この為、レジスト除去と同時に残渣を効率よく除去できる。従って、ＬＳＩプロセスに適用した際、歩留まりが向上する。そして、低コストでデバイスが得られる。【００６５】
本発明が有効な光の波長領域は、可視光、近赤外光、および赤外光を含む広い波長域に亘る。表面プラズモン共鳴を誘起する金属周期構造、光を効率的に閉じ込めて伝送させるチャネル型光導波路や、フォトニック結晶光導波路のサイズを調整することにより、非常に小さい領域において、効率的にフォトキャリアを生成して電気信号を得る高速フォトダイオードが得られる。【００６６】
図４は、試作した導波路結合型フォトダイオードの特性の測定結果である。【００６７】
ここでは、半導体光吸収層２をＳｉで、ＭＳＭ電極３を厚さ３０ｎｍのＡｇ電極で構成した。そして、ＭＳＭ電極３を半導体光吸収層２の表面に設けた（半導体光吸収層２に埋め込まない）場合の感度特性と、半導体光吸収層２に３０ｎｍの深さで埋め込んだ場合の感度特性とを調べた。一方のＭＳＭ電極３における櫛歯と他方のＭＳＭ電極３における櫛歯との間隔（電極の間隔）は９０ｎｍである。又、ＭＳＭ電極３における櫛歯の幅は９０ｎｍである。この場合、電磁界計算から表面プラズモンの共鳴波長は８５０ｎｍである。そこで、波長が８５０ｎｍで、パワーが１ｍＷのレーザ光を入射し、フォトカレントを観測した。図4から次のことが判る。Ａｇ電極をＳｉ半導体中に埋め込んだ場合、Ａｇ電極をＳｉ半導体中に埋め込まない場合に比べて、２桁以上大きなフォトカレントが得られている。そして、この時の量子効率は３０％程度であった。【００６８】
図５に、光導波路とＳｉフォトダイオードとの光結合による電磁場分布の計算結果を示す。ここでは、光導波路コア１としてＳｉＯＮ、上部クラッド層４および下部クラッド層５としてＳｉＯ２を用いた。ＳｉＯＮの屈折率を１．４９１（クラッドとの屈折率差が２．７％に相当）から１．６（クラッドとの屈折率差が８．９％に相当）に変化させると、光結合長が１０μｍから６μｍになることが判る。すなわち、光導波路コア１と光吸収層２との屈折率差を小さくすると、より効率的な光結合が可能となる。そして、フォトダイオードの接合電気容量が小さくなり、２０ＧＨｚ以上の高速化が実現される。【００６９】
［実施形態２］
図６は、本発明の第2実施形態を示す断面図である。【００７０】
本実施形態はショットキー接合型フォトダイオードの例である。【００７１】
この導波路結合型フォトダイオードは、第１実施形態の場合と同様、光導波路コア１に隣接して半導体光吸収層２が設けられている。又、第１実施形態の場合と同様、光導波路コア１の周囲にクラッド層が設けられている。そして、一対の電極の中の一方の電極（第１実施形態の場合と同様な櫛型電極：櫛歯間の距離は（１／１００）λ〜λ［λ：光導波路コアを伝播する光の波長］）１１がショットキー電極として設けられている。このショットキー電極１１は、第１実施形態の場合と同様、半導体光吸収層２と光導波路コア１との境界部（界面部）に設けられたものである。又、ショットキー電極１１は、第１実施形態の場合と同様、半導体光吸収層２に埋め込まれたものである。尚、ショットキー電極１１と半導体光吸収層２との間にはショットキー接合が構成される。ショットキー電極１１に対して設けられた他方の電極（対向電極層）１２は、半導体光吸収層２を間に挟んでショットキー電極１１とは反対側に設けられる。【００７２】
ショットキー電極１１は、第１実施形態の場合と同様、表面プラズモン誘起可能な導電性材料で構成される。【００７３】
そして、上記のように構成させた場合、ドーピング濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３において、ゼロバイアスでも、２００ｎｍ以上の空乏層領域が形成される。従って、電極間距離を小さくすることによって、低バイアス電圧でも、高速・高感度なフォトダイオードが得られる。【００７４】
例えば、半導体光吸収層２の厚みを５００ｎｍ程度とすると、Ｓｉのようなフォトキャリアの易動度が１０７ｃｍ／ｓの半導体材料においても、フォトキャリアの電極間のドリフト時間は数ｐｓである。半導体光吸収層２の厚みを１μｍ程度にした場合でも、ドリフト時間は２０ｐｓ以下になる。又、ＭＳＭ電極間距離を１００ｎｍ程度とし、ＭＳＭ接合面積を１０μｍ２以下とすると、接合電気容量は１０ｆＦ以下になる。又、ＭＳＭ接合面積を１００μｍ２以下とした場合でも、１００ｆＦ以下となる。すなわち、負荷抵抗を５０Ωと仮定すると、回路時定数は、各々、１ｐｓおよび１０ｐｓとなる。従って、非常に高速な応答が実現される。【００７５】
対向電極層１２は、Ｐ等のドーパント濃度を１×１０２０ｃｍ−３以上としたｎ+−Ｓｉ層を基板として使用できる。この場合、光吸収層２としてのｎ−Ｓｉ層をｎ＋−Ｓｉ層上にエピタキシャル成長させる必要がある。この時、成長温度を８００℃以上に上昇させると、ドーパント元素の熱拡散により、光吸収層２のドーパント濃度が高くなる。そして、空乏化電圧が増大する。又、ショットキー接合を形成した時の空乏層の厚さが小さくなる。すなわち、低電圧で高速駆動することが難しくなる。従って、ｎ＋−Ｓｉ層上に薄い半導体光吸収層２を形成する場合、６００℃以下の低温でのエピタキシャル成長の技術を採用することが好ましい。【００７６】
表面プラズモン共鳴による光電場増強効果は、電極間の水平方向だけではなく、電極下部においても生じさせることが可能である。本実施形態においては、電極下部のショットキー接合界面において、表面プラズモンによる光電場増強が生じるような設計を行った。そして、フォトキャリアが生成される領域とバイアス電圧印加により空乏化される領域とを一致させた。これにより、ＭＳＭ接合構造の場合と同様、高効率と高速化とが両立したフォトダイオードが得られた。【００７７】
［実施形態３］
図７は、本発明の第３実施形態を示す断面図である。【００７８】
本実施形態はｐｉｎ型フォトダイオードの例である。【００７９】
この導波路結合型フォトダイオードは、第１，２実施形態の場合と同様、光導波路コア１に隣接して半導体光吸収層２が設けられている。又、第１，２実施形態の場合と同様、光導波路コア１の周囲にクラッド層（上部クラッド層４や下部クラッド層５）が設けられている。【００８０】
そして、一対の電極の中の一方の電極（櫛型電極）が、金属膜２３とｐ電極２１との積層構造で構成されている。一対の電極の中の他方の電極（櫛型電極）は、金属膜２３とｎ電極２２との積層構造で構成されている。従って、本実施形態の電極と半導体光吸収層２とでp−ｉ−ｎ接合が構成されている。ｐ電極２１やｎ電極２２の上に設けられた金属膜２３は、表面プラズモンを誘起可能な導電性材料により構成されている。尚、本実施形態の電極における櫛歯間の距離や半導体光吸収層２への埋め込み深さは、第１実施形態の場合と同様に構成されている。【００８１】
本実施形態のようなラテラル電極構造のｐｉｎフォトダイオードにおいても、光吸収層２に埋め込まれた金属膜２３は、表面プラズモンにより、ｐ＋電極２１およびｎ＋電極２２に隣接する光吸収層２に光エネルギーを閉じ込める。そして、局所的に強い光学電場分布を生じさせる。【００８２】
ラテラル電極構造のｐｉｎフォトダイオードにおいて、電極間距離を小さくすると、高速化の可能が報告されている。しかしながら、上記のように構成させた場合、高速性と高効率な感度特性とを併せ持つフォトダイオードが得られる。更に、表面プラズモン誘起可能な導電性材料は、一般的に、高い導電率を有する。従って、小型化したフォトダイオードの高周波域におけるインピーダンスを小さく出来る。よって、高速・高感度特性の他にも、高周波域における高Ｓ／Ｎのフォトダイオードが得られる。【００８３】
本実施形態においては、ＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基板を用い、先ず、光の波長（λ）より小さい間隔のトレンチ構造をＣ４Ｆ８やＳＦ６を用いた反応性エッチングにより形成する。そして、ＳｉＯ２（又はＳｉＮx）などをマスクにしてＢイオン（又はＰイオン）を注入して、ｐｉｎ接合を形成する。尚、ＣＶＤにより、ｐ型およびｎ型のポリシリコン層を選択的に成長させることでも、ｐｉｎ接合の形成が可能である。この時、トレンチ構造の途中で選択成長をストップさせる。そして、金属膜２３としてＡｌ（又は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ）を、下地層（ポリシリコン層との密着性を改善するためのＴｉなどの下地層）を介して、積層する。尚、金属膜２３と光吸収層（ｉ−層）２との間には、ＳｉＯ２のような絶縁層を数ｎｍ程度挿入しても良い。これによって、暗電流が抑制される。【００８４】
本実施形態において、表面プラズモンによる近接場光増強が金属膜２３間に挟まれた光吸収層（ｉ−層）２中で生じるよう設計すると、Ｓｉフォトダイオードでも、５０％以上の量子効率が実現可能である。尚、Ｇｅ層を光吸収層２として成長させたフォトダイオードを作製すると、９０％以上の量子効率を得ることが可能である。【００８５】
［実施形態４］
図８は、本発明の第４実施形態を示す断面図である。【００８６】
本実施形態は、第１実施形態において、光吸収層２と光導波路コア１との間に、中間層３１を設けたものである。尚、この中間層３１は、その屈折率がｎの値のものである。光吸収層２の屈折率の値はｎsである。光導波路コア１の屈折率の値はｎcoreである。これ等の屈折率は関係式［ｎcore≦ｎ≦ｎs］を満たすものである。特に、［ｎcore＜ｎ＜ｎs］を満たすものである。これによって、光導波路コア１と光吸収層２との光結合効率を改善できる。【００８７】
図９は、中間層３１の膜厚に対する透過光パワーを示すグラフである。【００８８】
光導波路コア１としてＳｉＯＮ（屈折率は１．５１５）、光吸収層２としてＳｉ、中間層３１としてＡｌＯx（屈折率は１．６３程度：ＳｉＯＮ製光導波路コア１の屈折率の値とＳｉ製光吸収層２の屈折率の値との間の値）層を用いた。この時、挿入層３１の厚さを４０ｎｍから１４０ｎｍ程度とした場合、光結合効率が、特に、改善されることが判る。すなわち、透過光パワーが、ＡｌＯx層を挿入しない場合に比べて、減少していることが判る。尚、図５において、光導波路コア１の屈折率が小さい時に、光結合長が長くなることを示した。しかしながら、光導波路コア１と半導体光吸収層２との間に、これ等の屈折率の値の中間の値の屈折率を持つ透明な誘電体層を挿入することによっても、光導波路コア１の屈折率を大きくするのと同様な効果が得られることが確認された。そして、高い量子効率（例えば、６０％）の導波路結合型フォトダイオードが得られた。【００８９】
図１０〜図１７は、本実施形態の導波路結合型フォトダイオードの製造工程図である。【００９０】
ここでは、光吸収層２としてＳｉを用いる場合で説明する。【００９１】
先ず、ｎ型ドープされたＳＯＩ基板を用いる。このＳＯＩ基板は、支持基板３２上に埋め込み酸化層および半導体層（ＳＯＩ層）が積層された構造を持つ。このＳＯＩ基板を加工する（図１０参照）。すなわち、埋め込み酸化層を下部クラッド層５の一部とする。半導体層の一部を光吸収層２とする。尚、半導体層の抵抗率は１〜１０Ω・ｃｍ程度である。ドーピング濃度は、１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度である。【００９２】
次に、ＳｉＮx膜３３をマスクとしてｎ型ＳＯＩ層を反応性エッチングによりパターニングする（図１１参照）。すなわち、接合サイズを規定する。反応性ガスとしては、Ｃ４Ｆ８ガスとＳＦ６ガスとの混合ガスを用いた。そして、これを１０００℃で１４０分程度の熱処理（水蒸気処理）を施した。これによって、ＭＳＭ接合の土台となるメサ構造が構成される。【００９３】
この後、約１３０℃の熱燐酸中に約１時間に亘って置かれた。これによって、ＳｉＮx膜（マスク）３３が除去された（図１２参照）。尚、この時、熱酸化処理を最適化することで、比較的、平坦な表面が実現される。又、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を施すことによって、数ｎｍ程度の平坦性が実現される。【００９４】
上記のようにして作製されたメサ形状の表面に、ショットキー接合を形成する為の金属層を成膜する。例えば、反応性エッチングにより半導体メサ表面に溝パターンを形成する（図１３参照）。そして、反応性エッチングで作製したレジストマスクを利用したリフトオフ法を用いてＭＳＭ電極３を設ける（図１４参照）。又は、金属電極膜を積層した後、レジストパターンを形成する。そして、Ａｒガスクラスターイオンを用いたエッチング法により、光吸収層２中にＭＳＭ電極３が埋め込まれた構造のものを作製してもよい。尚、溝部に形成される金属パターン間距離を調整することによって、所望の波長でプラズモン共鳴を発生させることが出来る。そして、ＭＳＭフォトダイオードの受光効率を２〜３桁程度改善できる。【００９５】
上記のようにして作製されたＭＳＭフォトダイオード上に、光学吸収を無視できる材料（例えば、ＡｌＯx）で中間層３１を設ける（図１５参照）。この中間層３１は、ＭＳＭフォトダイオード上に形成する光導波路コア１とＭＳＭフォトダイオードが光結合する際の媒体となる層である。中間層の屈折率ｎは前述した無通りの値である。尚、中間層３１により、光導波路コア１と光吸収層２との光結合効率が改善される。【００９６】
次に、コアの屈折率とクラッドの屈折率との差が３％以上となるように、ＳｉＨ４（又はＳｉＣｌ４）、Ｎ２、Ｏ２ガスを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯＮ層（光導波路コア１）を成長させる（図１６参照）。この後、コア形状にする為、反応性エッチング法によって、ＳｉＯＮ層を０．７〜４μｍ幅の矩形状に加工する。尚、光導波路コア１がエッチングによりパターニングされる際のエッチングストッパとしての役割を、中間層３１は、奏する。すなわち、表面プラズモン共鳴を生じさせるグレーティングの直上のＡｌＯx層３１でエッチング加工がストップする。【００９７】
最後に、多量のＡｒでバブリングしたＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）とＯ２との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ２層を数μｍ程度の厚みで成長させた。これにより、上部クラッド層４が設けられる（図１７参照）。【００９８】
尚、上記にあっては、中間層３１がＡｌＯxの場合で説明した。しかしながら、アルミナ以外でも、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、又は酸化ハフニウムが用いられても同様である。又、前記セラミックの中の二つ以上のセラミックの積層膜を用いても同様である。【００９９】
［実施形態５］
図１８は、本発明の第５実施形態を示す断面図である。【０１００】
本実施形態は、第４実施形態において、金属グレーティング構造を設けたものである。すなわち、半導体光吸収層２と光導波路コア１との境界部には電極（櫛型電極）３が設けられている。光は、図１８中、光導波路コア１中を、左側から右側に伝播して来る。そして、図１８中、右側の位置、即ち、櫛型電極３より右側の位置において、金属グレーティング構造（禁制帯グレーティング４１）が設けられている。この金属グレーティング構造は、光導波路コア１を伝播した光に対して表面プラズモン共鳴を生じさせ無い。しかしながら、光を反射する。すなわち、禁制帯グレーティング４１は、光吸収層２に光結合しなかった光を反射させる。これによって、光吸収層２と光導波路コア１との結合長を短くできる。【０１０１】
禁制帯グレーティング４１は、プラズモン共鳴を生じさせない禁制帯を形成する。その周期は、隣接する誘電体層に依存して、λ／２ｎeff（ｎeffは金属グレーティングに隣接する誘電体層の実効屈折率）で表される。例えば、９０ｎｍ程度の周期で金属スリットアレイ構造をＳｉ製の光吸収層２内に配置することによって構成された金属グレーティング構造（禁制帯グレーティング４１）は、９０％程度の反射特性を奏する。そして、光結合長を短く出来る。尚、表面プラズモン共鳴を生じさせない金属グレーティング構造の周期は、金属グレーティングに隣接する誘電体層の屈折率に依存する。従って、屈折率の小さいクラッド層中に隣接して配置することにより、光吸収層２中に配置した場合に比べて、より長い金属グレーティング周期で禁制帯が形成される。又、作製が容易になる。【０１０２】
尚、ここでは、第４実施形態のものにおいて、禁制帯グレーティング４１を付加した場合である。しかしながら、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態のものにおいて、禁制帯グレーティング４１を付加しても、同等な特長が奏される。【０１０３】
［実施形態６］
図１９は、本発明の第６実施形態を示す断面図である。【０１０４】
第５実施形態にあっては、禁制帯グレーティング４１が光吸収層２中に設けられた。これに対して、本実施形態にあっては、図１９からも判る通り、禁制帯グレーティング４１は、屈折率が小さな下部クラッド層５中に設けられた。この点が第５実施形態と第６実施形態とで異なる点である。そして、下部クラッド層５がＳｉＯ２製のものとすると、Ｓｉ光吸収層２中に禁制帯グレーティング４１を配置した場合に比較して、より長い２４０ｎｍ程度の周期で禁制帯が形成される。従って、作製が容易になる。【０１０５】
［実施形態７］
図２０は、本発明の第７実施形態を示す断面図である。【０１０６】
本実施形態にあっては、第４実施形態（図８）の導波路結合型フォトダイオードにおいて、反射膜４２を設けたものである。すなわち、半導体光吸収層２と光導波路コア１との境界部には電極（櫛型電極）３が設けられている。光は、図２０中、光導波路コア１中を、左側から右側に伝播して来る。そして、図２０中、光導波路コア１の右側の位置（櫛型電極３より右側の位置：特に、右端面）に反射膜４２が設けられる。この反射膜４２により、光結合されずに光導波路中を透過して来た光を反射して戻すことが出来る。従って、光導波路コア１と光吸収層２との結合長を短く出来る。【０１０７】
尚、ここでは、第４実施形態のものにおいて、反射膜４２を付加した場合である。しかしながら、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態のものにおいて、反射膜４２を付加しても、同等な特長が奏される。【０１０８】
［実施形態８］
図２１は、本発明の第８実施形態を示す断面図である。【０１０９】
本実施形態は、上部クラッド層の厚さを変えた例である。すなわち、第１実施形態（図１）の導波路結合型フォトダイオードにおいて、上部クラッド層の厚さは全域に亘って同じである。これに対して、図２１からも判る通り、本実施形態の導波路結合型フォトダイオードは、半導体光吸収層２（電極３）が設けられた位置において、上部クラッド層４の厚さを薄くしたものである。すなわち、図２１中、符号４５で示す如く、半導体光吸収層２（電極３）に対向する箇所の上部クラッド層の厚さが薄くなっている。この点が第１実施形態と第８実施形態との相違点である。そして、このように構成させると、光導波路を伝播する光エネルギーのモードフィールドが光吸収層２側に押し下げられる。従って、高効率な光結合が実現される。【０１１０】
尚、ここでは、第１実施形態のものにおいて、上部クラッド層４の厚さを一部で薄くしたものである。しかしながら、第２実施形態〜第７実施形態のものにおいて、同様に行なっても、同等な特長が奏される。【０１１１】
［実施形態９］
図２２は、本発明の第９実施形態を示す断面図である。【０１１２】
第８実施形態と本実施形態との相違点は図２１と図２２との対比から一目瞭然である。すなわち、厚さが厚い上部クラッド層４と厚さが薄い上部クラッド層４５との間が、階段的に変化したか、徐々に変化したかの違いのみである。このような単調減少の変化とさせることによって、光導波路接続部分におけるインピーダンス不整合による光の反射や光散乱の悪影響を改善できる。そして、光導波路コア１と光吸収層2との光結合がより高効率となる。【０１１３】
尚、ここでは、第１実施形態のものにおいて、上部クラッド層４の厚さを上記のように構成させたものである。しかしながら、第２実施形態〜第７実施形態のものにおいて、同様に行なっても、同等な特長が奏される。【０１１４】
［実施形態１０］
図２３は、本発明の第１０実施形態を示す概略図である。【０１１５】
本実施形態の発明は、上記の導波路結合型フォトダイオードを受光部に備えた集積回路上の光配線システムに係るものである。特に、ＬＳＩチップ間光インターコネクトに係るものである。【０１１６】
上記光配線システムは、フォトダイオード／光源搭載ボード５４とＬＳＩ搭載ボード５８とＬＳＩパッケージ６０とを備えたものである。【０１１７】
フォトダイオード／光源搭載ボード５４のＳｉ基板上には、上記の本発明になる導波路結合型のフォトダイオード５０と、電気変調機構を備えたＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）光源５１と、フォトダイオード用電気配線層５２と、光源変調用電気配線層５３とが、モノリシックに、設けられている。【０１１８】
ＬＳＩ搭載ボード５８上には、フォトダイオード５０及びＶＣＳＥＬ光源５１との間で光信号入出力を行う為の光信号入力光ファイバー５５と、光信号出力ファイバー５６と、凹面鏡５７とが設けられている。【０１１９】
ＬＳＩパッケージ６０には、フォトダイオード５０及びＶＣＳＥＬ光源５１に電気的に接続するためのビア５９が設けられている。【０１２０】
そして、光信号入力ファイバー５５からの光信号は、凹面鏡５７により、フォトダイオード５０の端面に照射される。８５０ｎｍの波長の光を用いる場合、フォトダイオード５０の半導体材料はＳｉである。そして、表面プラズモン共鳴を生じる金属膜パターンの周期は１８０〜２００ｎｍである。Ｓｉ製のフォトダイオード５０は、ＳｉＯＮ製の導波路コア層を伝播する光を近接場光に変換して光結合させる。これによって、光電流が発生する。そして、フォトダイオード用電気配線層５２を通して、ＬＳＩに光信号に対応した電流を流す。尚、導波路端面をテーパー状に加工することにより、凹面鏡５７と導波路結合型フォトダイオード５０との位置に関する結合トレランスを±１μｍ以上取ることが出来る。【０１２１】
フォトダイオード用電気配線層５２は、ＬＳＩパッケージ６０に設けられたビア５９を介して、ＬＳＩパッケージ６０内の回路に電気的に接続される。ここで、光信号の入力には、光ファイバーの代わりに、平面光導波路など良く知られた他の手段を用いることも出来る。又、凹面鏡５７の代わりに凸レンズなどの集光機構を用いることも出来る。又、フォトダイオードの直後のフォトダイオード用電気配線層５２の途中に、電気信号増幅の為のプリアンプを置くことも出来る。【０１２２】
ＬＳＩパッケージ６０内の回路からの電気信号は、ビア５９から、光源および変調用電気配線層５３を通って、ＶＣＳＥＬ光源５１により、光信号に変換される。光信号は、凹面鏡５７で反射され、光信号出力ファイバー５６に送られる。ＶＣＳＥＬ光源５１は、電気により光を変調する他の手段、例えばマッハツエンダー型の変調器（外部光源からの光を電気光学効果または熱光学効果により変調する変調器）で置き換えることも出来る。【０１２３】
ここで、通常のＬＳＩチップ間インターコネクトでは、２０ＧＨｚ以上の高速動作を目的とする場合、中に搭載されるフォトダイオードとしては、応答高速化の為、ＩｎＰ基板上に成長させたＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体材料などが用いられる。ところで、化合物半導体は、Ｓｉ半導体素子の製造プロセスとの整合性が悪く、コストが高く付く。しかしながら、本発明によるフォトダイオードは、Ｓｉを用いることが出来る為、製造コストを引き下げることが出来る。尚、試作した処、図２３に示した本発明の光インターコネクトでは、２０〜４０ＧＨｚの高速光電気変換動作が確認された。【０１２４】
［実施形態１１］
図２４は、本発明の第１１実施形態を示す概略図である。【０１２５】
本実施形態は、上記の導波路結合型フォトダイオードを受光部に備えた集積回路上の光配線システムの別の実施形態である。【０１２６】
本実施形態では、上記の導波路結合型フォトダイオードを集積化して光配線層６８とし、これをＬＳＩチップ（ＬＳＩ層６９）と貼り合せたものである。光導波路コア１を伝送する光信号は、光吸収層２中に形成されたＭＳＭ電極３により光結合して電気信号に変換される。そして、電気接続ビア６１、電気接続パッド６２、ＬＳＩ電源パッド６３、Ｃｕビア配線６４を介して、ＴＩＡ回路となるトランジスタ６５に接続される。光配線層６８とＬＳＩ層６９とは、電気接続パッド６２の表面にＡｕ−Ｓｎからなる合金層（或いはＡｕ層）及びＳｎ層の積層構成を形成して、３００℃程度に昇温することにより、ＬＳＩ電極パッド６３に貼り合わされている。【０１２７】
このような積層チップに対して、光配線層６８の側面に光ファイバーとの結合構造を設ける。そして、１０ＧＨｚ以上の光パルスからなるクロック信号を入力する。これによって、光導波路から伝送された光クロック信号がＭＳＭフォトダイオードにより高速に光電変換され、電流信号となる。更に、Ｃｕビア配線６４を介して接続されたトランジスタ回路６５により、電流信号が電圧信号に変換される。そして、ＬＳＩ論理回路が１０ＧＨｚ以上のクロック周波数で動作することが確認された。この時、従来の電気信号を用いたクロック信号配信に比較して、ジッター及びスキューが低減された。遅延時間も、９０ｎｍゲート幅のトランジスタを用いることにより、７０ｐｓ程度であった。更に、ＭＳＭフォトダイオードの電気容量を２ｆＦ以下とすることにより、従来よりも１／１０の光パワーで、クロック動作が実現されることが確認された。【０１２８】
上記の実施形態では、光吸収層としてＳｉを用いる場合で説明した。しかしながら、Ｓｉの代わりに、Ｇｅ，ＳｉＧｅなど他のＩＶ族元素半導体を用いることも出来る。又、ＧａＡｓ系や、ＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などを用いることも出来る。尚、これらの材料の選択は、バンドギャップと吸収係数とにより制限される波長限界に基づいて決められる。Ｓｉの場合は、４００〜９００ｎｍ付近の波長で優れたフォトダイオード特性が得られる。Ｇｅの場合は、４００〜１５００ｎｍ付近の波長で優れたフォトダイオード特性が得られる。ＩｎＰ上に成長させたＩｎＧａＡｓでは、１３００〜１６００ｎｍ付近の波長で優れたフォトダイオード特性が得られる。【０１２９】
光吸収層にＧｅを用いる場合は、ＳＯＩ基板の代わりにＧＯＩ（Germanium OnInsulator）基板を用いることが出来る。又、Ｓｉ上にＧｅＨ４ガスソースを用いたＣＶＤや、固体ソースを用いた分子ビームエピタキシー法を用いて、結晶性の良いＧｅ層を成長させることにより、光吸収層を形成することが出来る。尚、Ｇｅを用いる場合には、ショットキー接合の形成が難しいことが知られている。従って、Ｇｅ上にＮｉなどを蒸着して４００〜６００℃程度の温度でアニールする。これにより、ＮｉＧｅ合金層を形成して、ショットキー接合とすることが好ましい。又、ＮｉＧｅ合金層上にＡｇ（或いはＡｕ）などの表面プラズモンの伝播損失の小さい膜を形成することにより、光導波路との結合効率が改善される。【０１３０】
この出願は、２００７年５月１日に出願された日本出願特願２００７−１２０８９７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。【０１３１】
この出願は、２００８年２月２１日に出願された日本出願特願２００８−３９８９３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
高集積化および低消費電力化が望まれるフォトダイオードの分野で好適に用いられる。例えば、光インターコネクションモジュールなどの光配線システムにおける受光部に好適に用いられる。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光吸収層と光導波路コアとが隣接して設けられた導波路結合型フォトダイオードであって、
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に、少なくとも一層からなる電極が設けられ、
前記電極は、
（１／１００）λ〜λ［λ：前記光導波路コアを伝播する光の波長］の間隔で設けられたものであり、
該電極の少なくとも一部が前記半導体光吸収層に埋め込まれたものであり、
前記電極の少なくとも一層は、表面プラズモン誘起可能な材料で構成されてなる
ことを特徴とする導波路結合型フォトダイオード。
【請求項２】
対向する電極が、共に、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられてなり、
前記電極と前記半導体光吸収層とによって金属−半導体−金属接合が構成されてなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２２の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項３】
前記電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合がショットキー障壁型の接合である
ことを特徴とする請求項１、請求項２、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項４】
対向する前記電極の中の一方の電極は、前記表面プラズモン誘起可能な材料とｐ電極との積層で構成されてなり、
対向する前記電極の中の他方の電極は、前記表面プラズモン誘起可能な材料とｎ電極との積層で構成されてなり、
前記電極と前記半導体光吸収層とでｐ−ｉ−ｎ接合が構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項５】
対向する電極の中の一方の電極が、前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられ、
対向する電極の中の他方の電極が、前記半導体光吸収層を間に挟んで前記一方の電極とは反対側に設けられ、
前記一方の電極と前記半導体光吸収層とで構成される金属−半導体接合がショットキー障壁型の接合である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２２の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項６】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に中間層が設けられてなり、
前記中間層は、その屈折率ｎがｎｃｏｒｅ〜ｎｓ［ｎｃｏｒｅ：前記光導波路コアの屈折率。ｎｓ：前記半導体光吸収層の屈折率）のものである
ことを特徴とする請求項１〜請求項５、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項７】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置に、前記光導波路コアを伝播した光に対して表面プラズモン共鳴を生じさせること無く、その光を反射する金属グレーティング構造が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項６、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項８】
前記半導体光吸収層と前記光導波路コアとの境界部に設けられた前記電極を間に挟んで前記光導波路コアを伝播して来る光とは反対側の位置において、前記光導波路コアの端面に反射膜が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項７、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項９】
前記光導波路コアに対してクラッド層が設けられてなり、
前記クラッド層は、
その厚さＬ１及び厚さＬ２［厚さＬ１：前記光導波路コアを間に挟んで前記電極と対向する位置に在る前記クラッド層の厚さ。厚さＬ２：光が伝播して来る前記光導波路コア上に積層された前記クラッド層の厚さ。］が、厚さＬ１＜厚さＬ２を満足するよう構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項８、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１０】
前記クラッド層は、前記厚さＬ１と前記厚さＬ２との境界において、厚さがテーパー状に変化している
ことを特徴とする請求項９の導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１１】
前記電極と前記半導体光吸収層との界面における接合面積が１００μｍ２以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１２】
前記電極と前記半導体光吸収層との界面における接合面積が１０μｍ２以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１３】
前記半導体光吸収層は、その厚さが１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１４】
前記半導体光吸収層は、その厚さが５００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１５】
前記表面プラズモンを誘起することが可能な材料は、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ、及びこれ等の合金からなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１４、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１６】
前記中間層は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、及びこれらの複合物からなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成される
ことを特徴とする請求項６〜請求項１５いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１７】
前記光導波路コアはＳｉＯＮで構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１６、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１８】
前記半導体光吸収層は、Ｓｉ，ＳｉｘＧｅ１−ｘ［但し、ｘは０〜１の数］，Ｇｅ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＩｎＰからなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項１７、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項１９】
前記半導体光吸収層は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ［但し、ｘは０〜１の数］，Ｇｅからなる群より選択される一つ又は二つ以上の材料で構成され、
Ｎｉ−Ｇｅ合金層が前記電極と前記半導体光吸収層との接合界面に形成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項１８、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオード。
【請求項２０】
請求項１〜請求項１９、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオードが受光部に設けられてなる
ことを特徴とする光配線システム。
【請求項２１】
請求項１〜請求項１９、及び請求項２２いずれかの導波路結合型フォトダイオードが設けられたＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上に前記導波路結合型フォトダイオードとモノリシックに形成された電子回路とを具備することを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項２２】
前記半導体光吸収層に埋め込まれた電極の埋め込み深さがλ／（２ｎｓ）［ｎｓ：前記半導体光吸収層の屈折率］以下の値の深さである
ことを特徴とする請求項１の導波路結合型フォトダイオード。
【国際調査報告】
2008136479.tif 000027
2008136479.tif 000028
2008136479.tif 000029
2008136479.tif 000030