(57)【要約】【解決手段】  一実施形態によると、検出器領域と、検出器領域との間に界面を形成している第１のコンタクト領域と、第１のコンタクト領域と検出器領域との間に設けられている第１の価数補償吸着層領域とを備える光検出器が提供される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器領域と、
前記検出器領域との間に界面を形成している第１のコンタクト領域と、
前記第１のコンタクト領域と前記検出器領域との間に設けられている第１の価数補償吸着層領域と
を備える光検出器。
【請求項２】
前記検出器領域との間に界面を形成している第２のコンタクト領域
をさらに備え、
前記第２のコンタクト領域は、前記第１のコンタクト領域から電気的に分離されている請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記第２のコンタクト領域と前記検出器領域との間に設けられている第２の価数補償吸着層領域をさらに備える請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第１のコンタクト領域は、前記検出器領域の上方に配設されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項５】
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記検出器領域の内部に形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記第１のコンタクト領域は、前記検出器領域と接触している請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項７】
前記第２のコンタクト領域は、前記検出器領域の上方に配設されている請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項８】
前記第２のコンタクト領域および前記第２の価数補償吸着層領域は共に、前記検出器領域の内部に形成されている請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項９】
前記第２のコンタクト領域は、前記検出器領域と接触している請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１０】
前記検出器領域の上方に配設されているパッシベーション層
をさらに備え、
前記パッシベーション層は第１の溝を有しており、前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に配設されている請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記検出器領域の上方に配設されているパッシベーション層
をさらに備え、
前記パッシベーション層は、第１の溝および第２の溝を有しており、前記パッシベーション層のうち前記第１の溝と前記第２の溝との間の領域は、前記パッシベーション層の残りの領域とは不連続であり、
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に配設されており、前記第２のコンタクト領域は前記第２の溝に配設されている請求項２に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記検出器領域の上方に配設されているパッシベーション層
をさらに備え、
前記パッシベーション層は、第１の溝および第２の溝を有しており、前記パッシベーション層のうち前記第１の溝と前記第２の溝との間の領域は、前記パッシベーション層の残りの領域とは不連続であり、
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に配設されており、前記第２のコンタクト領域および前記第２の価数補償吸着層領域は共に前記第２の溝に配設されている請求項３から請求項９のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１３】
導波路層
をさらに備え、
前記検出器領域は、前記導波路層の上方に配設されている請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１４】
前記検出器領域と前記導波路層との間に配設されているバッファ層をさらに備える請求項１３に記載の光検出器。
【請求項１５】
前記バッファ層と前記導波路層との間に配設されているコンプライアンス層をさらに備える請求項１４に記載の光検出器。
【請求項１６】
前記導波路層の上方に、前記検出器領域の互いに対向する端縁に隣接して配設されている分離領域をさらに備える請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１７】
分離層
をさらに備え、
前記導波路層は、前記分離層の上方に配設されている請求項１３から請求項１６のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１８】
前記第１のコンタクト領域の上方に、前記第１の溝に接触して配設されている第１の電極をさらに備える請求項１０から請求項１６のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１９】
前記第１のコンタクト領域の上方に、前記第１の溝に接触して配設されている第１の電極と、
前記第２のコンタクト領域の上方に、前記第２の溝に接触して配設されている第２の電極と
をさらに備える請求項１１から請求項１７のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２０】
前記第１の電極は、少なくとも第１の伝導材料および第２の伝導材料を有しており、前記第１の伝導材料は、前記第１のコンタクト領域および前記第１の溝に接触している請求項１８または請求項１９に記載の光検出器。
【請求項２１】
前記第２の電極は、少なくとも第１の伝導材料および第２の伝導材料を有しており、前記第１の伝導材料は、前記第２のコンタクト領域および前記第２の溝に接触している請求項１９または請求項２１に記載の光検出器。
【請求項２２】
前記第１のコンタクト領域は、ニッケル−ゲルマニウム、ニッケル−白金−ゲルマニウム、ニッケル−チタン−ゲルマニウム、および、白金−ゲルマニウムから成る群のうち任意の１以上を有する請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２３】
前記第２のコンタクト領域は、ニッケル−ゲルマニウム、ニッケル−白金−ゲルマニウム、ニッケル−チタン−ゲルマニウム、および、白金−ゲルマニウムから成る群のうち任意の１以上を有する請求項２から請求項２２のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２４】
前記第１の価数補償吸着層領域は、硫黄、セレン、およびテルルから成る群のうち任意の１以上を有する請求項１から請求項２３のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２５】
前記第２の価数補償吸着層領域は、硫黄、セレン、およびテルルから成る群のうち任意の１以上を有する請求項３から請求項２４のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２６】
前記検出器領域は、ゲルマニウム、シリコン、シリコン−ゲルマニウム−シリコン、および、シリコン−ゲルマニウム−ゲルマニウムから成る群のうち任意の１以上を有する請求項１から請求項２５のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２７】
前記パッシベーション層は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および、ドーピングされていないケイ酸塩ガラスから成る絶縁材料のうち任意の１以上を有する請求項１２から請求項２６のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２８】
前記導波路層は、シリコン、ポリシリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンから成る群のうち任意の１以上を有する請求項１５から請求項２７のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２９】
前記バッファ層は、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、および、シリコン−ゲルマニウム−炭素から成る群のうち任意の１以上を有する請求項１６から請求項２８のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項３０】
前記コンプライアンス層は、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、および、シリコン−ゲルマニウム−炭素から成る群のうち任意の１以上を有する請求項１７から請求項２９のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項３１】
前記分離領域は、二酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンから成る絶縁材料のうち任意の１以上を有する請求項１６から請求項３０のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項３２】
前記第１の伝導材料は、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ハフニウム、タンタル、および、チタンから成る群のうち任意の１以上を有し、
前記第２の伝導材料は、アルミニウム、タングステン、および銅から成る材料の群のうち任意の１以上を有する請求項２２から請求項３１のうちいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項３３】
光検出器を形成する方法であって、
検出器領域を形成する段階と、
前記検出器領域との界面として第１のコンタクト領域を形成する段階と、
前記第１のコンタクト領域と前記検出器領域との間に第１の価数補償吸着層領域を形成する段階と
を備える方法。
【請求項３４】
前記検出器領域との界面として第２のコンタクト領域を形成する段階
をさらに備え、
前記第２のコンタクト領域は、前記第１のコンタクト領域から電気的に分離される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２のコンタクト領域と前記検出器領域との間に第２の価数補償吸着層領域を形成する段階をさらに備える請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のコンタクト領域は、前記検出器領域の上方に形成されている請求項３３から請求項３５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記検出器領域の内部に形成される請求項３３から請求項３５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２のコンタクト領域は、前記検出器領域の上方に形成される請求項３４から請求項３７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２のコンタクト領域および前記第２の価数補償吸着層領域は共に、前記検出器領域の内部に形成される請求項３５から請求項３７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のコンタクト領域を形成する段階はさらに、
前記検出器領域上にパッシベーション層を形成する段階と、
前記パッシベーション層に第１の溝を形成する段階と
を有し、
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に形成される請求項３３から請求項３９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１のコンタクト領域を形成する段階および前記第２のコンタクト領域を形成する段階はさらに、
前記検出器領域上にパッシベーション層を形成する段階と、
前記パッシベーション層に第１の溝および第２の溝を形成する段階と
を有し、
前記パッシベーション層のうち前記第１の溝と前記第２の溝との間の領域は、前記パッシベーション層の残りの領域とは不連続であり、
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に形成され、前記第２の価数補償吸着層領域は前記第２の溝に形成される請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１のコンタクト領域を形成する段階および前記第２のコンタクト領域を形成する段階はさらに、
前記検出器領域上にパッシベーション層を形成する段階と、
前記パッシベーション層に第１の溝および第２の溝を形成する段階と
を有し、
前記パッシベーション層のうち前記第１の溝と前記第２の溝との間の領域は、前記パッシベーション層の残りの領域とは不連続であり、
前記第１のコンタクト領域および前記第１の価数補償吸着層領域は共に、前記第１の溝に形成され、前記第２のコンタクト領域および前記第２の価数補償吸着層領域は共に、前記第２の溝に配設される請求項３５から請求項３９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記検出器領域は、導波路層上に形成される請求項３３から請求項４２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記検出器領域を形成する段階はさらに、前記検出器領域と前記導波路層との間にバッファ層を形成する段階を有する請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記検出器領域を形成する段階はさらに、前記バッファ層と前記導波路層との間にコンプライアンス層を形成する段階を有する請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記検出器領域を形成する段階はさらに、前記導波路層上に分離領域を形成する段階を有し、前記分離領域は、前記検出器領域の互いに対向する端縁に隣接させる請求項４３から請求項４５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記導波路層は、分離層上に形成される請求項４３から請求項４６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１のコンタクト領域の上方に、前記第１の溝に接触するように第１の電極を形成する段階をさらに備える請求項４１から請求項４７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１のコンタクト領域の上方に、前記第１の溝に接触するように第１の電極を形成する段階と、
前記第２のコンタクト領域の上方に、前記第２の溝に接触するように第２の電極を形成する段階と
をさらに備える請求項４１から請求項４７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の電極は、少なくとも第１の伝導材料および第２の伝導材料を有しており、前記第１の伝導材料は、前記第１のコンタクト領域および前記第１の溝に接触させる請求項４８または請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２の電極は、少なくとも第１の伝導材料および第２の伝導材料を有しており、前記第１の伝導材料は、前記第２のコンタクト領域および前記第２の溝に接触させる請求項４９または請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記検出器領域は、選択的エピタキシャル成長によって形成される請求項３３から請求項５１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１のコンタクト領域は、蒸着を実行し、且つ、その後に高速熱アニーリング（ＲＴＡ）を実行することによって形成される請求項３３から請求項５２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記第２のコンタクト領域は、蒸着を実行し、且つ、その後に高速熱アニーリング（ＲＴＡ）を実行することによって形成される請求項３４から請求項５３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の価数補償吸着層領域は、蒸着またはイオン注入によって形成される請求項３３から請求項５４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記第２の価数補償吸着層領域は、蒸着またはイオン注入によって形成される請求項３５から請求項５５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記パッシベーション層は、ＰＥＣＶＤ法によって形成される請求項４０から請求項５６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の溝は、コンタクトホールのパターニングおよびエッチングによって形成される請求項４０から請求項５７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の溝および前記第２の溝は、コンタクトホールのパターニングおよびエッチングによって形成される請求項４１から請求項５６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記導波路層は、リソグラフィーパターニングとエッチングとのプロセス、および、成膜の少なくとも一方によって形成される請求項４３から請求項５９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記バッファ層は、選択的エピタキシャル成長によって形成される請求項４４から請求項６０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記コンプライアンス層は、選択的エピタキシャル成長によって形成される請求項４５から請求項６１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記分離領域は、ＰＥＣＶＤ法によって形成される請求項４７から請求項６２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の電極は、蒸着によって形成される請求項４８から請求項６３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の電極および前記第２の電極は、蒸着によって形成される請求項４９から請求項６４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
検出器領域と、
第１のコンタクト領域と、
前記検出器領域と前記第１のコンタクト領域との間の界面を形成する第１の価数補償吸着層領域と
を備え、
前記第１の価数補償吸着層領域は、前記第１のコンタクト領域と前記検出器領域との間のダングリングボンドを不動態化する光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光検出器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲルマニウム・オン・ＳＯＩ（半導体オンインシュレータ）は、通常Ｇｅ−ｏｎ−ＳＯＩと省略して表記され、既存のＣＭＯＳ技術に対して集積化が可能であり、吸収係数が大きいので、通常は近赤外線光検出を目的として利用される。ｐ−ｉ−ｎ型Ｇｅ光検出器は、波長λが８５０ｎｍの場合の光吸収について応答度および量子効率が良好で、より長波長のＬバンドの光検出に利用できる可能性がある（λ＝１５６１から１６２０ｎｍ）。従来の光検出器では、金属−半導体−金属（ＭＳＭ）型構造を用いて、接合容量が低く、加工工程の統合が容易であるという利点を活かしている。
【０００３】
しかし、ＭＳＭ光検出器では、暗電流が大きいために信号ノイズ比が悪くなってしまう。この問題は、Ｇｅ等のバンドギャップの狭い材料をアクティブ光検出領域に用いた場合にはさらに深刻になり、暗電流が大きいことに主に起因してショットキ障壁の高さが低くなってしまう。正孔のショットキ障壁が低くなるのは、電荷中性レベルの電極（金属）／光検出器（Ｇｅ）界面に強力なフェルミ準位が発生しているためであり、利用する金属の仕事関数の選択にはほとんど依存しない。例えば、ＳＯＩリブ型導波路に一体化されているゲルマニウムＭＳＭ型光検出器は、１Ｖの所与の印加バイアスについて、暗電流は１５０μＡのオーダと大きくなる場合がある。
【０００４】
従来のデバイスの１つに、電極と半導体との間の界面において連続して設けられるアモルファスシリコンまたはアモルファスゲルマニウムの薄膜等、バンドギャップエネルギーが大きい材料を利用して形成することによって、暗電流を抑制するものがある。障壁の材料としてアモルファスシリコンまたはアモルファスゲルマニウムを用いると、寄生抵抗が大きくなり、光電流が劣化する。
【０００５】
上述した問題のうち少なくとも一部を引き起こすことなく暗電流を低減することができる光検出器が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によると、検出器領域と、検出器領域との間に界面を形成している第１のコンタクト領域と、第１のコンタクト領域と検出器領域との間に設けられている第１の価数補償吸着層領域とを備える光検出器が提供される。
【０００７】
別の実施形態によると、光検出器を形成する方法が提供される。当該方法は、検出器領域を形成する段階と、検出器領域との界面として第１のコンタクト領域を形成する段階と、第１のコンタクト領域と検出器領域との間に第１の価数補償吸着層領域を形成する段階とを備えるとしてよい。
【０００８】
さらに別の実施形態によると、検出器領域と、第１のコンタクト領域と、検出器領域と前記第１のコンタクト領域との間の界面を形成する第１の価数補償吸着層領域とを備える光検出器であって、第１の価数補償吸着層領域は、第１のコンタクト領域と検出器領域との間のダングリングボンドを不動態化する光検出器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本願の添付図面では、同様の参照符号は概して、複数の異なる図面にわたって、同一部分を指し示すものとする。図面は必ずしも実寸に即したものではなく、さまざまな実施形態の原理を説明することに通常はむしろ重心をおいている。以下に記載する説明では、以下の図面を参照しつつさまざまな実施形態を説明する。図面は以下の通りである。
【００１０】
【図１】実施形態に応じて構築された光検出器を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００１１】
【図２】実施形態に応じて構築された光検出器を示す断面図である。
【００１２】
【図３Ａ】価数補償吸着層領域が設けられていない光検出器を示す断面図である。
【００１３】
【図３Ｂ】価数補償吸着層領域が設けられていない光検出器のバンドギャップを示す図である。
【００１４】
【図３Ｃ】実施形態に応じて構築された光検出器を示す断面図である。
【００１５】
【図３Ｄ】実施形態に応じて構築された光検出器のバンドギャップを示す図である。
【００１６】
【図４】実施形態に応じて構築された光検出器を示す図である。
【００１７】
【図５】実施形態に応じた光検出器を製造する工程を示すフローチャートである。
【００１８】
【図６Ａ】（ａ）から（ｃ）は、さまざまな製造段階での実施形態に応じた光検出器の様子を示す断面図である。
【図６Ｂ】（ｄ）および（ｅ）は、さまざまな製造段階での実施形態に応じた光検出器の様子を示す断面図である。
【図６Ｃ】（ｆ）は、さまざまな製造段階での実施形態に応じた光検出器の様子を示す断面図である。
【００１９】
【図７Ａ】実施形態に応じて構築された光検出器のＮｉＧｅ／Ｇｅ接合を示す高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）画像を示す図である。
【図７Ｂ】実施形態に応じて構築された光検出器のＮｉＧｅ／Ｇｅ接合を示す高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）画像を示す図である。
【００２０】
【図７Ｃ】実施形態に応じて構築された光検出器の硫黄偏析ＮｉＧｅショットキコンタクトの深さプロフィールを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて分析した結果を示す図である。
【００２１】
【図８】室温での電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を示す図である。
【００２２】
【図９Ａ】電流と印加電圧ＶＡとの間の関係を示す図である。
【図９Ｂ】電流と印加電圧ＶＡとの間の関係を示す図である。
【００２３】
【図１０】実施形態に応じて構築された光検出器の応答（ｄＢ）と周波数（Ｈｚ）との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
具体的な実施形態を参照しつつ実施形態を詳細に図示および説明してきたが、当業者におかれては、請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく本明細書に記載した実施形態の形状および詳細な内容をさまざまな点で変更し得るものと理解されたい。本発明の範囲は、このように請求項によって指し示されるものであり、請求項の均等例の意味および範囲内で行われる変更をすべて含むものとする。複数の互いに関連する図面において共通の参照番号を用いる場合、同様または同一の目的を持つ構成要素を指すものと理解されたい。
【００２５】
図１は、実施形態に応じて構築された光検出器１００を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２６】
図１から分かるように、光検出器１００は、第１の電極２１６および第２の電極２１４を備え、両電極はパッシベーション層２１０の上方に配設されている。同図に示す実施形態によると、光検出器１００は、実効直径φが約３２μｍで、フィンガー間隙Ｓは約２．０μｍである。
【００２７】
図２は、実施形態に応じて構築された光検出器１００を、図１の線Ａ−Ａ´に沿って切断した様子を示す断面図である。
【００２８】
光検出器１００は、バルク基板層２０１と、検出器領域２１２と、分離領域２０８ａおよび２０８ｂと、パッシベーション層２１０と、第１のコンタクト領域２２０と、第２のコンタクト領域２１８と、第１の価数補償吸着層領域２１５と、第１の電極２１６と、第２の電極２１４とを備える。
【００２９】
第１のコンタクト領域２２０は、検出器領域２１２との間で界面を形成しており、第１の価数補償吸着層領域２１５は、第１のコンタクト領域２２０と検出器領域２１２との間に配設されている。同様に、第２のコンタクト領域２１８は、検出器領域２１２との間で界面を形成している。別の実施形態によると（図３Ｃを参照のこと）、第２の価数補償吸着層領域（参照番号３１７と同等）が、第２のコンタクト領域と検出器領域との間に配設されている。
【００３０】
図２に示す実施形態によると、第１のコンタクト領域２２０は、第１のコンタクト領域２２０の上面が検出器領域２１２の上面と同一平面上になるように検出器領域２１２と接触することにより、検出器領域２１２との間で界面を形成している。このような構成とすることによって、第１の電極２１６と第１のコンタクト領域２２０の上面とを直接接触させることができる。別の実施形態（不図示）によると、第１のコンタクト領域および第１の価数補償吸着層領域は共に、検出器領域の内部に形成または埋設されている。
【００３１】
別の実施形態（不図示）によると、第１のコンタクト領域は検出器領域の上方に配設されているとしてもよい。第１の価数補償吸着層領域は、第１の価数補償領域の上面が検出器領域の上面と同一平面上になるように、検出器領域と第１のコンタクト領域との間に配設されるとしてよい。
【００３２】
図２に示す実施形態に戻ると、第２のコンタクト領域２１８は、第２のコンタクト領域２１８の上面が検出器領域２１２の上面と同一平面上になるように検出器領域２１２と接触することにより、検出器領域２１２との間で界面を形成している。このような構成とすることによって、第２の電極２１４と第２のコンタクト領域２１８の上面とを直接接触させることができる。また、第２のコンタクト領域２１８および第１のコンタクト領域２２０は、両者の間に検出器領域２１２の一部分が設けられることによって、互いから電気的に分離されている。別の実施形態（不図示）によると、第２のコンタクト領域および第２の価数補償吸着層領域の両方が、検出器領域の内部に形成または埋設されている。
【００３３】
別の実施形態に応じて構築された光検出器３００を示す断面図である図３Ｃを参照して説明すると、第２のコンタクト領域３１８は検出器領域３１２の上方に配設されているとしてよい。第２の価数補償吸着層領域３１７は、第２の価数補償吸着層領域３１７の上面と検出器領域３１２の上面とが同一平面上、または、略同一平面上になるように検出器領域３１２と第２のコンタクト領域３１８との間に配設されているとしてよい。
【００３４】
第２の価数補償吸着層領域３１７は、第２のコンタクト領域３１８と検出器領域３１２との間の界面におけるダングリングボンドを実質的に不動態化する。同様に、図２を参照しつつ説明すると、第１の価数補償吸着層領域２１５は、第１のコンタクト領域２２０と検出器領域２１２との間の界面におけるダングリングボンドを実質的に不動態化する。
【００３５】
一実施形態（不図示）によると、パッシベーション層は検出器領域の上方に配設されているとしてよい。当該パッシベーション層は、第１の溝のみを有しており、第１のコンタクト領域および第１の価数補償吸着層領域は共に、当該第１の溝に配設されている。
【００３６】
別の実施形態（不図示）によると、パッシベーション層は検出器領域の上方に配設されているとしてよい。当該パッシベーション層は、第１の溝および第２の溝を有しており、第１の溝と第２の溝との間に位置するパッシベーション層の領域は、パッシベーション層の残りの領域とは不連続になっている。第１のコンタクト領域および第１の価数補償吸着層領域は共に、第１の溝に配設されている。一方、第２のコンタクト領域および第２の価数補償吸着層領域は共に、第２の溝に配設されている。
【００３７】
図２に示す実施形態に戻ると、検出器領域２１２はバルク基板層２０１の上方に配設されており、分離領域２０８ａおよび２０８ｂは、バルク基板層２０１の上方であって、検出器領域２１２の互いに対向している端縁に隣接して配設されている。
【００３８】
パッシベーション層２１０は、検出器領域２１２の上方に配設されている。パッシベーション層２１０は、第１の溝２１２ａおよび第２の溝２１２ｂを有する。パッシベーション層２１０のうち第１の溝２１２ａと第２の溝２１２ｂとの間に位置する領域は、パッシベーション層２１０の残りの領域とは不連続になっている。第１のコンタクト領域２２０および第１の価数補償吸着層領域２１５は共に、第１の溝２１２ａに配設されている。第２のコンタクト領域２１８は、第２の溝２１２ｂに配設されている。
【００３９】
第１の溝２１２ａおよび第２の溝２１２ｂは、第１の溝２１２ａおよび第２の溝２１２ｂの底面において、検出器領域２１２の所与の部分に対して、パッシベーション層２１０内で開口を画定している。これらの開口の内部において、第１のコンタクト領域２２０は検出器領域２１２との間で界面を形成しており、第２のコンタクト領域２１８は検出器領域２１２との間で界面を形成する。上述したように、第２のコンタクト領域２１８と第１のコンタクト領域２２０は、両者の間に位置する検出器領域２１２の一部分（つまり、第１のコンタクト領域２２０と第２のコンタクト領域２１８との間に位置する部分）によって、互いから電気的に分離されている。
【００４０】
バルク基板層２０１はさらに、分離層／埋設酸化物層（図４の参照番号４０４を参照のこと）および導波路層（図４の参照番号４０６を参照のこと）を有する。導波路層は、検出器領域２１２の下方にあり、つまり、検出器領域２１２は導波路層の上方に配設されており、分離領域２０８ａおよび２０８ｂは導波路層の上方であって、検出器領域２１２の互いに対向する端縁に隣接して配設されている。導波路層は、分離層／埋設酸化物層（図４を参照のこと）の上方に配設されている。
【００４１】
別の実施形態（図４を参照のこと）によると、光検出器１００はさらに、バッファ層（図４の参照番号４２２と同等）およびコンプライアンス層（図４の参照番号４２４と同等）を備えるとしてよい。コンプライアンス層は、導波路層の上方に配設されており、バッファ層はコンプライアンス層の上方に配設されている。検出器領域２１２は、バッファ層の上方に配設されている。このように、バッファ層は検出器領域と導波路層との間に配設されており、コンプライアンス層は、バッファ層と導波路層２０６との間に配設されている。
【００４２】
図２に示す実施形態によると、第１の電極２１６は、第１のコンタクト領域２２０の上方に配設されており、第１の溝２１２ａと接触している。同様に、第２の電極２１６は、第２のコンタクト領域２１８の上方に配設されており、第２の溝２１２ｂと接触している。
【００４３】
第１の価数補償吸着層領域２１５は、第１のコンタクト領域２２０と検出器領域２１２との間の界面に設けられている偏析領域である。同様に、第２の価数補償吸着層領域が設けられている実施形態（図３Ｃを参照のこと）によると、第２の価数補償吸着層領域は、第２のコンタクト領域２１８と検出器領域２１２との間の界面に設けられている偏析領域である。
【００４４】
価数補償吸着層領域を設けることによって、ショットキ障壁の高さを調節することが可能となる。図２では、第１のコンタクト領域２２０にはニッケルゲルマニウム（ＮｉＧｅ）が、検出器領域２１２にはゲルマニウム（Ｇｅ）が用いられており、ＮｉＧｅ／Ｇｅ界面において価数補償吸着層領域２１５として硫黄の同時注入（ｃｏ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）および偏析を行うことによって、ゲルマニウム化合物のフェルミ準位を伝導バンドのエッジ近傍に固定することができる。この結果、正孔のショットキ障壁の高さが調節され、従来の金属−半導体−金属（ＭＳＭ）光検出器（つまり、価数補償吸着層領域２１５が設けられていない光検出器）に比べて、暗電流が１０００分の１以下に抑制される。面積が８０４μｍ２である光検出器１００は、バイアス電圧ＶＡを１．０Ｖとして動作させた場合、スペクトル応答が約０．３６Ａ／Ｗ、または、対応する量子効率が約３４％となる。また、周波数応答を測定すると、照明光子波長が１５５０ｎｍの場合、約１５ＧＨｚの約−３ｄＢ帯域幅が実現されることが分かる。
【００４５】
第１または第２のコンタクト領域（２２０、２１８）と検出器領域２１２との間の界面における偏析領域を価数補償領域吸着質を用いて形成することによって、検出器領域２１２の光学特性に影響を与えることなく選択的注入に基づき正孔のショットキ障壁を局所的に操作することができる。従来の光検出器と比較して、電極２１６および２１４に発生する接触抵抗は低くなり、この結果、所与の逆バイアス電圧についてキャリア収集周波数が改善され、暗電流が小さくなる。
【００４６】
図３Ａから図３Ｄは、価数補償吸着層領域が設けられていない光検出器３５０のバンドギャップ図３９０に比べて、本発明の実施形態に係る光検出器３００のバンドギャップ図３４０においてどのような影響が見られるかを示した図である。
【００４７】
図３Ａは、価数補償吸着層領域が設けられていない光検出器３５０を示す断面図である。
【００４８】
光検出器３５０は、導波路層３５６と、検出器領域３６２と、分離領域３５８ａと、パッシベーション層３６０と、第２のコンタクト領域３６８と、バッファ層３７２と、第２の電極３６４とを備える。
【００４９】
第２のコンタクト領域３６８は、検出器領域３６２との間で界面を形成している。バッファ層３７２は導波路層３５６の上方に配設されており、検出器領域３６２はバッファ層３７２の上方に配設されている。分離領域３５８ａは、導波路層３５６の上方に、検出器領域３６２の対向する端縁に隣接するように配設されている。パッシベーション層３６０は、分離領域３５８ａおよび検出器領域３６２の上方に配設されている。
【００５０】
第２の電極３６４は少なくとも第１の伝導材料３６４ａおよび第２の伝導材料３６４ｂを有しており、第２のコンタクト領域３６８と、パッシベーション層３６０内に形成されている第２の溝３６２ｂとに接触しているのは、第１の伝導材料３６４ａである。
【００５１】
光検出器３５０は、背中合わせに設けられた２つのショットキダイオードによって表すことができる。鏡像力を低下させる効果がない場合、第２の電極３６４と導波路層３５６との間のＧｅ光検出領域３６２は、印加バイアスが高いと完全に空乏化した状態となる。光検出器６０２を流れる暗電流の合計ＪＴｏｔａｌは、以下の式で表すことができる。
【数１】
2011512670.tif 000003
式中、Ｊｐ（Ｊｎ）は、アノード（カソード）から注入される正孔（電子）電流であり、Ａｐ＊（Ａｎ＊）は、正孔（電子）のリチャードソン定数である。正孔電流および電子電流は、共に光検出器３５０の暗電流に寄与するものと見られ、それぞれ正孔（φｂｈ）および電子（φｂｅ）のショットキ障壁に大きく依存する。理想的な金属−半導体システムに関するショットキ−モット則によると、ショットキ障壁の高さ（φＢ）は、金属仕事関数（φｍ）と、半導体の電子親和力（χＳ）との差に基づいて決定され得る。つまり、φＢ＝φｍ−χＳとなる。しかし、実際には、界面準位が存在することによって、ショットキ障壁の高さが金属仕事関数に依存する度合いは小さくなることが分かっている。第２の電極３６４および検出器３６２の接合による強力なフェルミ準位固定機能は、電子のショットキ障壁φｂｅ３８０が高くなる要因であり、この結果正孔のショットキ障壁φｂｈ３８２は約０．１ｅＶと低くなる。このため、正孔電流は電子電流よりも主流となり、ＭＳＭ（金属−半導体−金属）光検出器３５０の暗電流に影響を及ぼす。この様子は、図３Ｂに示すバンド図３９０に概略的に示している。図３Ｂは、図３Ａの線Ａ−Ａ´に沿った図を示す。
【００５２】
図３Ｃは、実施形態に応じて構築された光検出器３００を示す断面図である。
【００５３】
光検出器３００は、導波路層３０６と、検出器領域３１２と、分離領域３０８ａと、パッシベーション層３１０と、第２のコンタクト領域３１８と、バッファ層３２２と、第２の価数補償吸着層領域３１７と、第２の電極３１４とを備える。
【００５４】
第２のコンタクト領域３１８は、検出器領域３１２との間で界面を形成し、第２の価数補償吸着層領域３１７は、第２のコンタクト領域３１８と検出器領域３１２との間に配設されている。図３Ｃに示す実施形態によると、第２のコンタクト領域３１８は、第２のコンタクト領域３１８の上面が検出器領域３１２の上面と同一平面上、または、略同一平面上になるように検出器領域３１２と接触することにより、検出器領域３１２との間で界面を形成している。
【００５５】
バッファ層３２２は導波路層３０６の上方に配設されており、検出器領域３１２はバッファ層３２２の上方に配設されている。分離領域３０８ａは、導波路層３０６の上方に、検出器領域３１２の対向する端縁に隣接するように配設されている。パッシベーション層３１０は、分離領域３０８ａおよび検出器領域３１２の上方に配設されている。
【００５６】
第２の電極３１４は少なくとも第１の伝導材料３１４ａおよび第２の伝導材料３１４ｂを有しており、第２のコンタクト領域３１８と、パッシベーション層３１０内に形成されている第２の溝３１２ｂとに接触しているのは、第１の伝導材料３１４ａである。
【００５７】
図３Ｄは、図３Ｃの線Ｂ−Ｂ´に沿ったバンドギャップ図３４０を示す図である。上述したように、価数補償吸着層領域によって、正孔のショットキ障壁の高さを調節する。図３Ｄを図３Ｃと比較すると、正孔のショットキ障壁の高さ３４２が高くなっている。図３Ｄに示す実施形態によると、正孔のショットキ障壁φｂｈ３４４は、約０．４９ｅＶである。
【００５８】
図４は、実施形態に応じて構築された光検出器４００を示す図である。
【００５９】
光検出器４００は、分離層／埋設酸化物層４０４と、導波路層４０６と、コンプライアンス層４２４と、バッファ層４２２と、検出器領域４１２と、分離領域４０８ａおよび４０８ｂと、パッシベーション層４１０と、第１のコンタクト領域４２０と、第２のコンタクト領域４１８と、第１の価数補償吸着層領域４１５とを備える。
【００６０】
導波路層４０６は、埋設酸化物４０４の上方に配設されている。検出器領域４１２は、導波路層４０６の上方に配設されている。分離領域４０８ａおよび４０８ｂは、導波路層４０６の上方に、検出器領域４１２の互いに対向する端縁に隣接して配設されている。
【００６１】
パッシベーション層４１０は、検出器領域４１２の上方に配設されている。パッシベーション層４１０は、第１の溝４１２ａおよび第２の溝４１２ｂを有する。第１の溝４１２ａおよび第２の溝４１２ｂは、第１の溝４１２ａおよび第２の溝４１２ｂの底面において、検出器領域４１２の所与の部分に対して、パッシベーション層４１０内で開口を画定している。パッシベーション層４１０のうち第１の溝４１２ａと第２の溝４１２ｂとの間に位置する領域は、パッシベーション層４１０の残りの領域とは不連続になっている。
【００６２】
第１のコンタクト領域４２０は、第１の溝４１２ａの内部において検出器領域４１２との間で界面を形成しており、第１の価数補償吸着層領域４１５は、第１のコンタクト領域４２０と検出器領域４１２との間に配設されている。同様に、第２のコンタクト領域４１８は、第２の溝４１２ｂの内部において検出器領域４１２との間で界面を形成している。第２の価数補償吸着層領域（不図示）が、第２のコンタクト領域４１８と検出器領域４１２との間に配設されているとしてもよい。
【００６３】
図４に示す実施形態によると、第１のコンタクト領域４２０は、第１のコンタクト領域４２０の上面が検出器領域４１２の上面と同一平面上になるように検出器領域４１２と接触することにより、検出器領域４１２との間で界面を形成している。このような構成とすることによって、第１の電極（不図示だが、図２の第１の電極２１６と同様）と第１のコンタクト領域４２０の上面とを直接接触させることができる。
【００６４】
同様に、第２のコンタクト領域４１８は、第２のコンタクト領域４１８の上面が検出器領域４１２の上面と同一平面上になるように検出器領域２１２と接触することにより、検出器領域４１２との間で界面を形成している。このような構成とすることによって、第２の電極（不図示だが、図２の第２の電極２１４と同様）と第１のコンタクト領域４２０の上面とを直接接触させることができる。
【００６５】
図５は、実施形態に応じた光検出器を製造する工程を示すフローチャート５００である。
【００６６】
製造工程は、検出器領域を形成するステップ５０２から開始される。ステップ５０４において、検出器領域との間に界面を設けるように第１のコンタクト領域が形成される。ステップ５０６において、第１のコンタクト領域と検出器領域との間に第１の価数補償吸着層領域が形成される。
【００６７】
フローチャート５００に要約した製造工程の更なる詳細な内容については、図６Ａから図６Ｃの（ａ）から（ｆ）を参照しつつ説明する。
【００６８】
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃの（ａ）から（ｆ）は、さまざまな製造段階での実施形態に応じた光検出器６００の様子を示す断面図である。
【００６９】
一実施形態によると、光検出器６００は、表面の配向が（１００）である８インチのＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板上に製造されているＧｅＭＳＭ（ゲルマニウム６１２を有する金属−半導体−金属）光検出器であってよい。
【００７０】
図６Ａの（ａ）から説明を開始すると、分離層／埋設酸化物層６０４を基板層（不図示）の上方に形成する。シリコン導波路層６０６を、分離層／埋設酸化物層６０４の上にドライエッチングまたは蒸着によって形成する。シリコン導波路層６０６および分離層／埋設酸化物層６０４は、シリコン本体の厚みが約２５０ｎｍであり、埋設酸化物の厚みが約１μｍであるＳＯＩ基板を形成する。
【００７１】
シリコン導波路層６０６の上に、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法によって酸化物を約１２０ｎｍの厚みまで蒸着させる。図６Ａの（ｂ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法によって蒸着させた酸化物を反応性イオンエッチングによってパターニングして、分離領域６０８ａと分離領域６０８ｂとの間にアクティブウィンドウ６０３が画定されるように、分離領域６０８ａおよび６０８ｂを形成する。アクティブウィンドウ６０３を設けることによって、シリコン導波路層６０６の上にＧｅ検出器領域６１２（図６Ａの（ｃ）を参照のこと）を形成することができるようになり、分離領域６０８ａおよび６０８ｂは、この後形成される検出器領域６１２（図６Ａの（ｃ）を参照のこと）の互いに対向する端縁に隣接するように設けられている。
【００７２】
続いてウェハに対して、標準的なＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）洗浄を用いたエピタキシー前洗浄およびＨＦラスト湿式処理を行う。
【００７３】
Ｇｅエピタキシー成長を進めるべく、超高真空化学気相成長（ＵＨＶＣＶＤ）反応器において、元々存在する酸化物を除去するべく、最初に摂氏８００度で窒素（Ｎ２）雰囲気においてインサイチュ焼成を行う。
【００７４】
アクティブウィンドウ６０３内に、厚みが約５ｎｍのＳｉコンプライアンス層６２４を約摂氏５３０度で蒸着する。その後、Ｓｉコンプライアンス層６２４の上に、最終的に蒸着されるＧｅ検出器領域６１２（図６Ａの（ｃ）を参照のこと）との間での格子不整合を最小限に抑え、Ｓｉ導波路層６０６と最終的に蒸着されるＧｅ検出器領域６１２（図６Ａの（ｃ）を参照のこと）との間の界面において段階的な変化を実現するように、厚みが約１０ｎｍで［Ｇｅ］が約２０％であるシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）バッファ層６２２を蒸着する。その後、約摂氏３７０度での低温成長を実行して、約３０ｎｍの厚みのＧｅシードを形成し、その後で約３００ｎｍの厚みまで約摂氏５５０度で高温Ｇｅ蒸着を行って、図６Ａの（ｃ）に示すように、Ｇｅ検出器領域６１２を形成する。純ジシランＳｉ２Ｈ６および希釈したゲルマンＧｅＨ４（１０％ＧｅＨ４：９０％Ａｒ）を含む前躯体ガスを用いて、ＳｉＧｅバッファ層６２２およびＧｅ検出器領域６１２をエピタキシャル成長させた。ＲＭＳ表面粗度およびＧｅエピタキシャル層の欠陥密度をそれぞれ測定すると、約１．２±０．２ｎｍおよび約６×１０６ｃｍ−２という値が得られた。このため、Ｇｅ検出器領域６１２を形成する段階はさらに、Ｇｅ検出器領域６１２とシリコン導波路層６０６との間にＳｉＧｅバッファ層６２２を形成する段階を有し、Ｇｅ検出器領域６１２を形成する段階はさらに、バッファ層６２２とシリコン導波路層６０６との間にＳｉコンプライアンス層６２４を形成する段階を含み得るものと推測される。
【００７５】
別の実施形態（図２Ａを参照のこと）によると、Ｇｅ検出器領域６１２は、バルク基板層の上に直接形成するとしてもよい。
【００７６】
図６Ｂの（ｄ）において、ＰＥＣＶＤ法によって酸化物を蒸着させて、検出器領域６１２および分離領域６０８ａおよび６０８ｂの上方に、厚みが約３２０ｎｍのパッシベーション層６１０を形成する。続いてパッシベーション層６１０に対してコンタクトホール用パターニングを行って、パッシベーション層６１０の内部に第１の溝６１２ａおよび第２の溝６１２ｂを作成する。ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２、注入エネルギーを１０ＫｅＶに設定した硫黄（Ｓ）等の価数補償領域吸着質のイオン注入６５０を、第１の溝６１２ａにおいて選択的に実行することによって、Ｇｅ検出器領域６１２に第１の価数補償吸着層領域６１５を形成する。尚、第２の溝６１２ｂにおいてもイオン注入を実行して、Ｇｅ検出器領域６１２において第２の価数補償吸着層領域（不図示）を形成することとしてもよい。
【００７７】
イオン注入ステップ６５０は、既存のＣＭＯＳ製造プロセスに組み込むこともできるので、フローチャート５００（図５を参照のこと）で要約を説明した製造工程は、あらゆる光電子工学集積回路の分野において容易に利用できる。また、イオン注入ステップ６５０は、注入対象の種のドーズを調整することによってショットキ障壁の高さを局所的に容易に調節する。これは、ショットキ障壁の高さを調整するべく仕事関数が異なる２つの電極を用いている光検出器と比較して考えると、イオン注入ステップ６５０の利点である。
【００７８】
希釈したＨＦによる洗浄を行った後、厚みが３０ｎｍであるニッケル（Ｎｉ）膜を溝６１２ａおよび６１２ｂの両方に蒸着させる。その後、図６Ｂの（ｅ）に示すようにＲＴＡ（高速熱アニーリング）を摂氏５００度で３０秒間にわたってＮ２雰囲気において行うことでゲルマニウム化処理を実行して、ニッケル−一ゲルマニウム（ＮｅＧｅ）から成る第１および第２のコンタクト領域６２０および６１８を形成する。その後、硫黄から成る第１の価数補償吸着層領域６１５を第１のコンタクト領域６２０と検出器領域６１２との間に配設する。
【００７９】
ゲルマニウム化が進む間、注入された硫黄原子６５０は、ＮｉＧｅから成る第１のコンタクト領域６２０とＧｅ検出器６１２との間の界面において偏析する。この偏析によって、ＮｉＧｅ／Ｇｅ界面におけるダングリングボンドを実質的に不動態化することができ、ゲルマニウム化物のフェルミ準位が伝導バンドのエッジ近傍に固定される。このようにして、最終的に製造されるＧｅ光検出器６００（図６Ｃの（ｆ）を参照のこと）の光学特性に影響を与えることなく、ショットキ障壁を局所的に調整することができる。
【００８０】
対照試料として、第１の価数補償吸着層領域６１５が設けられていない光検出器（不図示）も製造するとしてよい。
【００８１】
図６Ｃの（ｆ）は、メタライゼーション段階を示す図である。第１の電極６１６を、第１のコンタクト領域６２０の上方に、第１の溝６１２ａと接触するように蒸着させ、第２の電極６１４を、第２のコンタクト領域６１８の上方に、第２の溝６１２ｂと接触するように蒸着させる。第１の電極６１６は少なくとも第１の伝導材料６１６ａおよび第２の伝導材料６１６ｂを有しており、第１のコンタクト領域６２０と、第１の溝６１２ａとに接触しているのは、第１の伝導材料６１６ａである。同様に、第２の電極６１４は少なくとも第１の伝導材料６１４ａおよび第２の伝導材料６１４ｂを有しており、第２のコンタクト領域６１８と、第２の溝６１２ｂとに接触しているのは、第１の伝導材料６１４ａである。第１の伝導材料６１６ａおよび６１４ａはそれぞれ、約２００Åから約５００Åの窒化タンタル（ＴａＮ）であってよい。一方、第２の伝導材料６１６ｂおよび６１４ｂはそれぞれ、約６０００Åのアルミニウム（Ａｌ）であってよい。第１の電極６１６および第２の電極６１４は、パターニングおよびエッチングが行われて、所望の形状に整形される。当該デバイスの金属コンタクト間の間隙Ｓは、約１μｍである。
【００８２】
実施形態に応じて構築される光検出器（１００、３００、４００および６００）の寸法の例を以下に記載する。分離／埋設酸化物層（４０４および６０４）の厚みは約１μｍであって、導波路層（３０６、４０６、および６０６）の厚みは約２００ｎｍである。分離領域（２０８ａおよび２０８ｂ、３０８ａ、４０８ａおよび４０８ｂ、ならびに、６０８ａおよび６０８ｂ）の厚みはそれぞれ、約１２０ｎｍである。パッシベーション層（２１０、３１０、４１０、および６１０）の厚みは約３２０ｎｍである。第１の電極（２１６および６１６）と第２の電極（２１４および６１４）との間の離間距離Ｓは、約０．１μｍから約１０μｍである。速度性能を改善するには、フィンガー間隙Ｓを小さくすることが好ましい。
【００８３】
本発明の実施形態に応じて構築される光検出器（１００、３００、４００および６００）を実現するべく用いられる材料の例を以下に記載する。第１のコンタクト領域（２２０、４２０、および６２０）ならびに第２のコンタクト領域（２１８、３１８、４１８、および６１８）は共に、ニッケル−ゲルマニウム、ニッケル−白金−ゲルマニウム、ニッケル−チタン−ゲルマニウム、および、白金−ゲルマニウムから成る群のうち任意の１以上を含む材料から形成されるとしてよい。第１の価数補償吸着層領域（２１５、４１５、および６１５）ならびに第２の価数補償吸着層領域（３１７）は共に、硫黄、セレン、およびテルルから成る群のうち任意の１以上を含む材料から形成されるとしてよい。検出器領域（２１２、３１２、４１２、および６１２）は、ゲルマニウム、シリコン、シリコン−ゲルマニウム−シリコン、および、シリコン−ゲルマニウム−ゲルマニウム量子井戸から成る群のうち任意の１以上を含む材料から形成されるとしてよい。パッシベーション層（２１０、３１０、４１０、および６１０）は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および、ドーピングされていないケイ酸塩ガラスから成る絶縁材料の群のうち任意の１以上を含む絶縁材料から形成されるとしてよい。導波路層（２０６、３０６、４０６、および６０６）は、シリコン、ポリシリコン、窒化シリコン、および、酸窒化シリコンから成る群から選択される材料から形成されるとしてよい。導波路層（２０６、３０６、４０６、および６０６）の材料としては、分離／埋設酸化物層（４０４および６０４）よりも屈折率が高い他の材料、および／または、光検出器（１００、３００、４００および６００）の動作波長に対して透明な任意の材料を用いることもできる。バッファ層（３２２、４２２、および６２２）は、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、および、シリコン−ゲルマニウム−炭素から成る群のうち任意の１以上を含む材料から形成されるとしてもよい。コンプライアンス層（４２４および６２４）は、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、および、シリコン−ゲルマニウム−炭素から成る群のうち任意の１以上を含む材料から形成されるとしてもよい。分離領域（２０８ａおよび２０８ｂ、３０８ａ、４０８ａおよび４０８ｂ、ならびに、６０８ａおよび６０８ｂ）は、二酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンから成る群のうち任意の１以上を含む絶縁材料から形成されるとしてもよい。第１の伝導材料（３１４ａ、６１４ａ、および６１６ａ）を形成する材料は、電気抵抗率が低く、第１の伝導材料（３１４ａ、６１４ａ、および６１６ａ）がコンタクト領域（３１８、６１８、および６２０）と接触している場合に、高いショットキ障壁を発生させる材料であってよい。このような材料は、窒化タンタル、窒化ハフニウム、タンタル、および、チタンから成る群のうち任意の１以上を含むとしてよい。第２の伝導材料（３１４ｂ、６１４ｂ、および６１６ｂ）は、電気抵抗率が低い材料から形成されるとしてよく、アルミニウム、タングステン、および銅から成る群のうち任意の１以上から選択される材料であってよい。
【００８４】
実験結果および考察を以下に記載する。
【００８５】
図７Ａおよび図７Ｂは、実施形態に応じて構築された光検出器のＮｉＧｅ／Ｇｅ接合を示す高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）画像を示す図である。
【００８６】
図７Ａは、Ｇｅ検出器領域７１２の上方に配設されているＮｉＧｅコンタクト領域７１８／７２０を示す図である。尚、Ｇｅ検出器領域７１２は、Ｓｉバッファ層７２２の上方に配設されている。図７Ａから分かるように、Ｎｉ対Ｇｅの比率はＮｉＧｅ／Ｇｅコンタクト領域７１８／７２０の厚み方向にわたって変化している。
【００８７】
ＮｉＧｅの厚みを約７０ｎｍで略均一にすると、ＮｉＧｅコンタクト領域７１８／７２０とＧｅ検出器領域７１２との間には良好な界面７０１が形成されて、ＮｉＧｅ／Ｇｅ接合が定められる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析によって、ＲＴＡを摂氏５００度で３０秒間実行した後にニッケル−一ゲルマニウム（ＮｉＧｅ）相が形成されていることが確認された。
【００８８】
図７Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂに示した光検出器の硫黄偏析ＮｉＧｅショットキコンタクトの深さプロフィールを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて分析した結果を示す図である。ゲルマニウム化が進む間、注入された硫黄原子は、ＮｉＧｅコンタクト領域７１８／７２０とＧｅ検出器領域７１２との間の界面７０１において偏析する。この偏析によって、ＮｉＧｅ／Ｇｅ界面７０１におけるダングリングボンドを実質的に不動態化することができ、ゲルマニウム化物のフェルミ準位が伝導バンドのエッジ近傍に固定される。約０．０５Ｖから約０．２Ｖの低い逆バイアス電圧における熱イオン放出モデルに基づいてショットキ障壁の高さを算出すると、ＮｉＧｅ／Ｇｅ界面において硫黄偏析を行った結果、正孔のショットキ障壁が、約０．１ｅＶ（硫黄偏析領域が設けられていない光検出器の場合）から約０．４９ｅＶへと変更されていることが分かる。この結果、ＭＳＭ光検出器において非対称なショットキ障壁が形成され、硫黄偏析を行うコンタクトの場合には正孔の障壁の高さが高くなり、硫黄偏析を行わないコンタクトの場合には正孔の障壁の高さが低くなる。
【００８９】
図８は、室温での電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を示す図であって、本発明の実施形態に応じて硫黄偏析を行って製造したＮｉＧｅショットキ障壁ＭＳＭ光検出器の特性と、硫黄偏析を行っていない光検出器の特性とを比較している。曲線８０２、８０４、および８０６はそれぞれ、実効直径φが約４０μｍ、３２μｍ、および２０μｍである硫黄偏析を行っていない比較対照用光検出器のＩ−Ｖ曲線を表している。曲線８０８、８１０、および８１２はそれぞれ、実効直径φが約４０μｍ、３２μｍ、および２０μｍである硫黄偏析を行った光検出器のＩ−Ｖ曲線を表している。
【００９０】
印加バイアスＶＡが１．０Ｖの場合、約２．４５ｍＡおよび約１．６９ｍＡのオーダの大きい暗電流ＩＤａｒｋが、デバイス面積がＡ＝８０４μｍ２およびＡ＝３１４μｍ２である硫黄偏析を行っていない比較対照用光検出器において観察された。このように暗電流が高くなるのは主に、正孔のショットキ障壁の高さφｂｈ８１４が約０．１ｅＶと低くなることに起因している。しかし、ＮｉＧｅ／Ｇｅ界面において硫黄偏析を行うと（図７Ｂの参照番号７０１を参照のこと）、正孔のショットキ障壁φｂｈ８１６が約０．４９ｅＶまで改善されることによって、暗電流が大幅に１０００分の１以下に抑制された。ＶＡ＝１．０Ｖの場合、硫黄偏析が行われたＮｉＧｅショットキ光検出器のＩｄａｒｋを測定すると、デバイス面積がＡ＝８０４μｍ２およびＡ＝３１４μｍ２である場合に、約０．９２μＡおよび約０．４２μＡとなった。
【００９１】
図９Ａおよび図９Ｂは、実施形態に応じて構築された光検出器における電流と印加電圧ＶＡとの間の関係を示す図である。当該光検出器は、実効直径φが約３２μｍである。図９Ａおよび図９Ｂは、一実施形態に係る硫黄偏析を行ったＮｉＧｅショットキ光検出器の光応答特性を示す図であり、光子波長が８５０ｎｍおよび１３００ｎｍである場合の光学的測定結果を示す。ＶＡ＝１．０Ｖの場合、良好なスペクトル応答といえる約０．３６Ａ／Ｗ、または、同等の約３４％という量子効率が得られた。上記デバイスでは、信号ノイズ比は約１０２と良好な値が得られた。
【００９２】
図１０は、実施形態に応じて構築された光検出器の応答（ｄＢ）と周波数（Ｈｚ）との間の関係を示す図である。図９では、パルス応答をフーリエ変換することで得られた、照明波長が１５５０ｎｍである場合に測定された光検出器の周波数応答が示されている。印加バイアスが１．０Ｖの場合、約１５ＧＨｚの約−３ｄＢ帯域幅が実現されており、理論モデル結果と一致する同等の速度性能が得られることが分かった。
【００９３】
具体的な実施形態を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に図示および説明してきたが、当業者におかれては、請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく本明細書に記載した実施形態の形状および詳細な内容をさまざまな点で変更し得るものと理解されたい。本発明の範囲は、このように請求項によって指し示されるものであり、請求項の均等例の意味および範囲内で行われる変更をすべて含むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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