(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層と、前記光吸収層の下に位置し、シリコンリッチ層およびゲルマニウムリッチ層からなる少なくとも１層のペア層と、前記ペア層の下に位置する第１のシリコン層と、前記第１のシリコン層の下に位置する酸化膜層と、前記酸化膜層の下に位置する第２のシリコン層とを備える面型光検出器であって、
前記光吸収層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、
前記シリコンリッチ層は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンであり、
前記ゲルマニウムリッチ層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、
前記光吸収層の厚みは、前記光吸収層を成す材料中の光の波長の（ｍ／４±１／８）倍（ｍは正の整数）の範囲内であり、
前記シリコンリッチ層の厚みは、前記シリコンリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｒ−１）／４±１／８）倍（ｒは正の整数）の範囲内であり、
前記ゲルマニウムリッチ層の厚みは、前記ゲルマニウムリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｓ−１）／４±１／８）倍（ｓは正の整数）の範囲内であり、
前記第１のシリコン層の厚みは、シリコン中の光の波長の（ｐ／２±１／８）倍（ｐは正の整数）の範囲内であり、
前記酸化膜層の厚みは、前記酸化膜層を成す材料中の光の波長の（（２ｑ−１）／４±１／８）倍（ｑは正の整数）の範囲内であり、
前記ペア層が奇数層積層され、ｍが８または１０または１２である、
ことを特徴とする面型光検出器。
【請求項２】
光吸収層と、前記光吸収層の下に位置し、シリコンリッチ層およびゲルマニウムリッチ層からなる少なくとも１層のペア層と、前記ペア層の下に位置する第１のシリコン層と、前記第１のシリコン層の下に位置する酸化膜層と、前記酸化膜層の下に位置する第２のシリコン層とを備える面型光検出器であって、
前記光吸収層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、
前記シリコンリッチ層は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンであり、
前記ゲルマニウムリッチ層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、
前記光吸収層の厚みは、前記光吸収層を成す材料中の光の波長の（ｍ／４±１／８）倍（ｍは正の整数）の範囲内であり、
前記シリコンリッチ層の厚みは、前記シリコンリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｒ−１）／４±１／８）倍（ｒは正の整数）の範囲内であり、
前記ゲルマニウムリッチ層の厚みは、前記ゲルマニウムリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｓ−１）／４±１／８）倍（ｓは正の整数）の範囲内であり、
前記第１のシリコン層の厚みは、シリコン中の光の波長の（ｐ／２±１／８）倍（ｐは正の整数）の範囲内であり、
前記酸化膜層の厚みは、前記酸化膜層を成す材料中の光の波長の（（２ｑ−１）／４±１／８）倍（ｑは正の整数）の範囲内であり、
前記ペア層が偶数層積層され、ｍが７または９または１１である、
ことを特徴とする面型光検出器。
【請求項３】
前記光吸収層の上に位置するキャップ層を更に備え、
前記キャップ層は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンであり、
前記キャップ層の厚みは、前記キャップ層を成す材料中の光の波長の（ｆ／４±１／８）倍（ｆは０または正の整数）の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の面型光検出器。
【請求項４】
ｆが０または偶数であることを特徴とする請求項３に記載の面型光検出器。
【請求項５】
ｆが０または２であることを特徴とする請求項４に記載の面型光検出器。
【請求項６】
ｆが奇数であることを特徴とする請求項３に記載の面型光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面型光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、データセンターにおけるサーバラック間の通信の高速化や、複数のＣＰＵ（中央演算処理装置）が搭載されたサーバボード内でのＣＰＵ間、或はＣＰＵとメモリの間の通信の高速化のために、光通信が用いられるようになってきた。これらの短距離光通信は、光インターコネクトと呼ばれ、遠距離の光通信とは区別される。遠距離通信用の通信機器では大量の通信需要を支えるために伝送速度が高いことが最も重要視されるが、光インターコネクト用の通信機器では、ある程度の通信速度を備えながらも、安価であることが求められるのである。
【０００３】
光インターコネクト用通信機器に対するこのような要求に応えるため、シリコンフォトニクスによる光送信器と光受信器の開発が活発化している。シリコンフォトニクスは、既に成熟しているＣＭＯＳ  ＬＳＩ（相補型金属酸化膜半導体  大規模集積回路）の製造技術を活用することによって、シリコン（Ｓｉ）の基板上に光集積回路を形成する技術である。ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体などを用いる単体光デバイスの製造技術とは異なり、シリコンフォトニクスでは、ＣＭＯＳ技術の高い微細加工精度と量産性によって、複数の光機能素子を集積化した光集積回路を比較的安価に製造することを目指している。
【０００４】
しかし、シリコンは間接遷移半導体であるために、効率の良い光源技術が未だ確立されていない。そのため、シリコンフォトニクスで光送信器を構成するには、例えば、直接遷移型のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体を用いた光源用のレーザチップを、光変調器を形成したシリコンチップに実装する、といったことがよく行われる。
【０００５】
一方、光受信器の場合は、受信した光を電気信号に変換する光検出器が主要な光デバイスでああり、シリコン上にエピタキシャル成長したゲルマニウム（Ｇｅ）を光検出器用の光電気変換媒質として用いることが主流となっている。ゲルマニウムは光源用発光媒質としては効率が低いが、波長をうまく選べば、光検出器用光吸収媒質として高い効率を示すことができる。ゲルマニウムのバンドギャップエネルギーは０．６６ｅＶであり、波長が約１８８０ｎｍ以下の光を吸収して電子に変換する。しかし、ゲルマニウムはシリコンと同じく間接遷移半導体であるため、光吸収係数が小さい。ただし、エネルギーが０．８ｅＶ程度以上の光、すなわち、真空中の波長が１５５０ｎｍ以下の光を入射すると、間接遷移と同時に直接遷移による吸収も生じるため、高い吸収係数を示す。従って、特に波長が１５５０ｎｍよりも十分に短いＯ（オー）バンドと呼ばれる通信波長帯、すなわち、波長範囲が１２６０〜１３６０ｎｍの光を受光する場合は、シリコン上に成長させたゲルマニウムを用いることによって効率的に光信号を受信することができる。
【０００６】
光検出器には大きく分けて導波路型と面型がある。導波路型は、光吸収を行う導波路を長くすることによって容易に十分な受光感度を得ることができる。その替わりに、光ファイバと光結合するには、導波路と光ファイバの異なるモード径を変換するためのスポットサイズ変換器を取り付けなければならず、そのスポットサイズ変換器で生じる光損失によって、実質的な受光感度が低下する場合がある。それに対し、面型光検出器は、受光面を大きくすることが容易なため、光ファイバとの直接光結合が可能である。ただし、必要な受光感度を得るためには、光吸収媒体を十分に厚くしておく必要がある。
【０００７】
近年のシリコンフォトニクスによる光回路チップは、ほとんどがＳＯＩウエハ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ｗａｆｅｒ）を使用して製造されている。そのため、ゲルマニウム光検出器もＳＯＩウエハを使用する前提で設計することが求められる。図１は、ＳＯＩウエハにゲルマニウムを積層した面型光検出器の基本的な層構造の模式図である。加工前の元々のＳＯＩウエハは、シリコン基板４と、二酸化ケイ素からなる埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）３と、シリコンであるＳＯＩ層２とから成る。そして、ＳＯＩ層２上に吸収媒質層であるゲルマニウム層１をエピタキシャル成長し、更にゲルマニウム層１上に表面保護用の二酸化珪素からなる酸化膜層５を堆積することによって、面型光検出器が構成される。
【０００８】
ゲルマニウム層１を十分に厚くできる場合、上から酸化膜層５を通ってゲルマニウム層１に入射する光は、一旦ゲルマニウム層１に入りさえすれば、ほとんどがゲルマニウム層１で吸収され、電子に変換される。この場合、光検出器の主要な損失発生要因は、ゲルマニウム層１の入射側界面１５における光反射損である。そのため、従来技術では、ゲルマニウム層１を十分厚くできる場合、ゲルマニウム層１の上に反射防止膜を形成することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１３−５３２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、ゲルマニウム層を厚くし、更に反射防止膜を積層すると、ゲルマニウム層と反射防止膜層を合わせた厚さは、数μｍ程度になる。その結果として、同時に複数の光機能素子が集積化された光回路の中で光検出器だけが厚くなると、光検出器とその周囲のデバイスとでは表面の高さが大きく異なることになり、ウエハ表面の一定の平坦性が求められるリソグラフィ工程や配線形成工程が困難になるという問題が生じる。
【００１１】
また、光吸収媒質のゲルマニウム層単体で考えても、ゲルマニウム層が厚すぎると、応答速度が低下するという問題もある。光を吸収した時に発生する電子と正孔は、ゲルマニウム層の表面側と裏面側に走行するが、その走行時間がゲルマニウム層の厚さに比例して長くなる。その結果、応答速度が低下し、高速な光信号を精度よく電流に変換する能力が低下する。受光感度を多少犠牲にしてもよいならば、光吸収媒質のゲルマニウム層を薄くすることが対策として考えられる。しかし、単純にゲルマニウム層を薄くしてしまうと、ゲルマニウム層で吸収しきれなかった光の一部がゲルマニウム層の下面で反射して入射側に戻り、送信器にまで戻ることによって、光信号を発する側の光送信器の動作を不安定にする危険性がある。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、ゲルマニウム層が薄く、反射防止膜を要さず、入射光をほとんど反射しない高感度の光検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、光吸収層と、前記光吸収層の下に位置し、シリコンリッチ層およびゲルマニウムリッチ層からなる少なくとも１層のペア層と、前記ペア層の下に位置する第１のシリコン層と、前記第１のシリコン層の下に位置する酸化膜層と、前記酸化膜層の下に位置する第２のシリコン層とを備える面型光検出器であって、前記光吸収層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、前記シリコンリッチ層は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンであり、前記ゲルマニウムリッチ層は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物であり、前記光吸収層の厚みは、前記光吸収層を成す材料中の光の波長の（ｍ／４±１／８）倍（ｍは正の整数）の範囲内であり、前記シリコンリッチ層の厚みは、前記シリコンリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｒ−１）／４±１／８）倍（ｒは正の整数）の範囲内であり、前記ゲルマニウムリッチ層の厚みは、前記ゲルマニウムリッチ層を成す材料中の光の波長の（（２ｓ−１）／４±１／８）倍（ｓは正の整数）の範囲内であり、前記第１のシリコン層の厚みは、シリコン中の光の波長の（ｐ／２±１／８）倍（ｐは正の整数）の範囲内であり、前記酸化膜層の厚みは、前記酸化膜層を成す材料中の光の波長の（（２ｑ−１）／４±１／８）倍（ｑは正の整数）の範囲内である、ことを特徴とする面型光検出器である。
【００１４】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記ペア層が奇数層積層され、ｍが偶数であることを特徴とする面型光検出器である。
【００１５】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記ペア層の積層数が１であり、ｍが８または１０または１２であることを特徴とする面型光検出器である。
【００１６】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記ペア層が偶数層積層され、ｍが奇数であることを特徴とする面型光検出器である。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記ペア層の積層数が２であり、ｍが７または９または１１であることを特徴とする面型光検出器である。
【００１８】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記光吸収層の上に位置するキャップ層を更に備え、前記キャップ層は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンであり、前記キャップ層の厚みは、前記キャップ層を成す材料中の光の波長の（ｆ／４±１／８）倍（ｆは０または正の整数）の範囲内である、ことを特徴とする面型光検出器である。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、ｆが０または偶数であることを特徴とする面型光検出器である。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、ｆが０または２であることを特徴とする面型光検出器である。
【００２１】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、ｆが奇数であることを特徴とする面型光検出器である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲルマニウム層が薄く、反射防止膜を要さず、入射光をほとんど反射しない高感度の光検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の面型光検出器の基本的な層構造の模式図である。
【図２】第１の実施形態による面型光検出器２０の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】第１の実施形態による面型光検出器３０の構成を示す模式的な断面図である。
【図４】第２の実施形態による面型光検出器４０の構成を示す模式的な断面図である。
【図５】面型光検出器４０の層構造に入射した光の電力透過率および電力反射率の時間変化のＦＤＴＤシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態による面型光検出器２０の構成を示す模式的な断面図である。図２に示すように、本実施形態の面型光検出器２０は、光吸収層２１と、その下のシリコンリッチ層２８と、その下のゲルマニウムリッチ層２７と、その下の第１のシリコン層２２と、その下の酸化膜層２３と、その下の第２のシリコン層２４とを備える。第２のシリコン層２４と酸化膜層２３と第１のシリコン層２２は、いわゆるＳＯＩウエハの層構造を成す。面型光検出器２０は、光吸収層２１の上に上部クラッド層２５を備えてもよい。
【００２６】
光吸収層２１を成す材料は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物である。シリコンリッチ層２８の材料は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンである。ゲルマニウムリッチ層２７の材料は、シリコンの組成比が０〜０．１のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物である。酸化膜層２３の材料は、二酸化珪素である。
【００２７】
光吸収層２１の厚みｔ２１は、光吸収層２１を成す材料中の光の波長の（ｍ／４±１／８）倍（ｍは正の整数）の範囲内である。シリコンリッチ層２８の厚みｔ２８は、シリコンリッチ層２８を成す材料中の光の波長の（（２ｒ−１）／４±１／８）倍（ｒは正の整数）の範囲内である。ゲルマニウムリッチ層２７の厚みｔ２７は、ゲルマニウムリッチ層２７を成す材料中の光の波長の（（２ｓ−１）／４±１／８）倍（ｓは正の整数）の範囲内である。第１のシリコン層２２の厚みｔ２２は、第１のシリコン層２２中の光の波長の（ｐ／２±１／８）倍（ｐは正の整数）の範囲内である。酸化膜層２３の厚みｔ２３は、酸化膜層２３を成す材料中の光の波長の（（２ｑ−１）／４±１／８）倍（ｑは正の整数）の範囲内である。ただし、「ａ±ｂの範囲内」とは、ａ−ｂより大きくａ＋ｂより小さい数値範囲を意味する。
【００２８】
第１の実施形態による面型光検出器２０の動作は次の通りである。
【００２９】
シリコンリッチ層２８とゲルマニウムリッチ層２７と第１のシリコン層２２と酸化膜層２３は、光吸収層２１の中から第２のシリコン層２４に向かって伝搬する光に対して、高反射膜の働きをする。この高反射膜が最も高い反射率を示すのは、シリコンリッチ層２８の材料がシリコンであり、ゲルマニウムリッチ層２７の材料がゲルマニウムであり、更に各層の厚さが、上記の各式において誤差を表す項である（±１／８）倍の項を含まない丁度の値をとる場合であって、その場合の光の電力反射率は、０．６９となる。シリコンリッチ層２８とゲルマニウムリッチ層２７は、本発明において新たに導入された層である。真空中の光の波長を１３１０ｎｍ、当該波長におけるシリコンおよびゲルマニウムの屈折率をそれぞれ３．５０５および４．３とし、またｒ＝１、ｓ＝１とすると、上記の最大反射率を与える条件の下では、シリコンリッチ層２８の厚さｔ２８とゲルマニウムリッチ層２７の厚さｔ２７はそれぞれ９３ｎｍ、７６ｎｍであり、両者を合わせた厚さ（ｔ２８＋ｔ２７）は１７０ｎｍ（９３ｎｍと７６ｎｍの合計である１６９ｎｍとの差は、四捨五入の操作による）である。シリコンリッチ層２８とゲルマニウムリッチ層２７を有さない場合の電力反射率は０．５７であるので、０．１２だけ反射率が向上している。
【００３０】
このように、シリコンリッチ層２８とゲルマニウムリッチ層２７を導入することによって、光吸収層２１の裏面（すなわち光吸収層２１とシリコンリッチ層２８との境界面）側の反射率を向上させることができる。裏面反射率の向上は、光吸収層２１の裏面側に抜けて損失となる光を低減する効果がある。また、シリコンリッチ層とゲルマニウムリッチ層のペア（以降、「反射層ペア」と呼ぶことにする）の数を増やすと、更に裏面反射率を向上させることが可能である。ただし、ペアの数の分だけシリコンリッチ層とゲルマニウムリッチ層を合わせた厚さが増加することに注意しなければならない。１つのペアだけならば、２層の厚さの合計の１７０ｎｍだけ増える。
【００３１】
さて、このように光吸収層２１の裏面側の反射率を高めることによって、裏面透過光による損失は低減するが、ただ裏面透過光を減らすだけでは、光吸収層２１の裏面で反射され光吸収層２１を通って戻る光が、入射側（すなわち上部クラッド層２５の側）に通り抜けてしまう。そこで、この通り抜けた光の位相と、光吸収層２１の表面（すなわち光吸収層２１と上部クラッド層２５との境界面）で反射されて入射側に戻る光の位相とが逆位相となるように、光吸収層２１の厚みｔ２１を設定する。光吸収層２１の裏面と表面からの２つの反射戻り光の位相を逆位相にすることによって、両者の間で破壊的な干渉が起こり、光吸収層２１の表面から入射側に戻る最終的な反射光が減る。光吸収層２１の表面からの最終的な反射光が最小になるのは、破壊的な干渉をする２つの反射戻り光の強度が等しい場合であるが、それは、光吸収層２１の表面および裏面の反射率と、光吸収層２１を成す光吸収媒体（すなわち、ゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム化合物）の吸収係数とに依存する。
【００３２】
上部クラッド層２５が二酸化珪素であるとして理論解析と有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）電磁界シミュレーション行った結果、真空中の光の波長が１３１０ｎｍである場合には、光吸収層２１の厚みｔ２１を表す上記式における整数ｍが偶数、特にｍ＝８，１０，１２といった値をとるときに、光受信器として良好な結果が得られることが分かった。波長１３１０ｎｍにおけるゲルマニウムの屈折率は４．３であり、したがって光吸収層２１の中での光の波長は３０５ｎｍであるから、波長のｍ／４倍に対応する光吸収層２１の厚みｔ２１は、ｍ＝８，１０，１２のそれぞれに対し６０９ｎｍ，７６２ｎｍ，９１４ｎｍと計算される。尚、光吸収層２１の厚みｔ２１は、前述の式で表されるように、波長のｍ／４倍に対応する厚みを基準として波長の１／８倍に相当する±７６ｎｍの偏差を有してもよい。
【００３３】
また、シミュレーションの結果、光吸収層２１の表面における最終的な反射損失は、ｍ＝８のときに０．２％と最も小さくなったが、透過損失は２５％であったので、全体の光損失は約２５％であった。一方、ｍ＝１２のときには、反射損失は１．９％となってｍ＝８の場合の約１０倍に増えるが、透過損失は１７％に減り全体の光損失は約１９％となって、全体の光損失ではｍ＝８の場合よりも６％低下した。従って、反射光を最小にするためにはｍ＝８を選択するのがよく、また、光送信器の反射戻り光に対する耐性が高い場合には、ｍ＝１２を選択することで光受信器としての受光感度を高くすることができる。
【００３４】
上述したようにシリコンリッチ層２８の厚さｔ２８は９３ｎｍ、ゲルマニウムリッチ層２７の厚さｔ２７は７６ｎｍであり、ｍ＝８の場合には光吸収層２１（ゲルマニウム層）の厚さｔ２１は６０９ｎｍであるので、これら３層の厚さの合計（ｔ２１＋ｔ２７＋ｔ２８）は、７７８ｎｍとなる。またｍ＝１０及び１２の場合には、光吸収層２１の厚さはそれぞれ７６２ｎｍ、９１４ｎｍであるので、これら３層の厚さの合計は、それぞれ９３１ｎｍ，１０８３ｎｍとなる。
【００３５】
シリコンリッチ層２８とゲルマニウムリッチ層２７による反射層ペアを１組だけではなく、２組以上としてもよい。ただし、反射層ペアの数が偶数の場合には、光吸収層２１の表面からの最終的な反射光が小さくなるのはｍが奇数のときであることが、理論解析とＦＤＴＤシミュレーションによる確認で分かった。反射層ペアが２組でありかつｍ＝７の場合、反射損失および透過損失はそれぞれ０．２％，２５％であり、それらを合わせた全体損失は約２５％であり、２組の反射層ペアと光吸収層２１の総厚は８７１ｎｍであった。同様にｍ＝９の場合には、反射損失および透過損失はそれぞれ０．７％，２０％であり、それらを合わせた全体損失は約２１％であり、２組の反射層ペアと光吸収層２１の総厚は１０２３ｎｍであった。更にｍ＝１１の場合には、反射損失および透過損失はそれぞれ１．９％，１７％であり、全体損失は約１９％であり、２組の反射層ペアと光吸収層２１の総厚は１１７６ｎｍであった。
【００３６】
尚、上部クラッド層２５の材料は二酸化珪素だけでなく、窒化珪素や酸化窒化ケイ素や他の材料であってもよく、利用できる成膜装置に応じて、適宜選択されるべきである。
【００３７】
次に、図３を参照し、第１の実施形態による層構造を適用した具体的な実施例である面型光検出器３０の製造方法について説明する。図３は完成した面型光検出器３０の断面構造を示す。図３において、面型光検出器３０の基本的な積層構造は図２に示した面型光検出器２０の積層構造と同じであるが、面型光検出器３０は、面型光検出器２０の構成に加えて更にｐ電極（３１ａ，３１ｂ）とｎ電極（３２ａ，３２ｂ）を備えている。
【００３８】
面型光検出器３０を作製するためのウエハとして、第１のシリコン層（ＳＯＩ層）３２と酸化膜層（ＢＯＸ層）３３と第２のシリコン層３４とから成るＳＯＩウエハを使用した。ＳＯＩウエハの各層の厚さは、酸化膜層３３の厚みを２９４２ｎｍ、第１のシリコン層３２の厚さを１８７ｎｍとした。作製工程では、初めに、ＳＯＩ層３２の一部領域（次工程でゲルマニウムとシリコンの多層膜を選択エピタキシャル成長させることになる領域）にｐ型イオン注入を行い、活性化アニールを行った。次に、ＳＯＩウエハ上に１００ｎｍの厚さの酸化膜（不図示）を堆積し、酸化膜上にリソグラフィによって上記一部領域にだけ穴の開いたマスクパターン（不図示）を形成し、このマスクパターンを利用して酸化膜に穴をあけるエッチング加工を行った。次に、酸化膜の穴の部分において、ＳＯＩ層３２上にゲルマニウムとシリコンの多層膜を選択エピタキシャル成長させることにより、ゲルマニウムリッチ層３７、シリコンリッチ層３８、および光吸収層３１を順次形成した。次に、エピタキシャル成長層の領域にｎ型イオン注入を行い、活性化アニールを行った。次に、ＳＯＩ層３２およびエピタキシャル成長層（ゲルマニウムリッチ層３７、シリコンリッチ層３８、および光吸収層３１）を覆うように、二酸化珪素からなる上部クラッド層３５を堆積した。次に、エピタキシャル成長層の内側の外周部と外側の近傍にコンタクトホール（不図示）を形成し、コンタクトホール内部にアルミ電極（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）を形成した。最後に保護膜として酸化膜３５を堆積した。
【００３９】
第１の実施形態では、光吸収層であるゲルマニウムの直上に酸化膜を堆積する構造とした。しかし、ＣＭＯＳ製造ラインによっては、ゲルマニウム成長装置以外の製造装置へのゲルマニウムによる汚染を防ぐために、ゲルマニウムのエピタキシャル成長から連続してシリコンの成長を行い、ゲルマニウムが直接外部に晒されるような状況を作らないことを求められることがある。そのような場合に光受信器の受光感度が低下する問題を解決することが可能な、他の実施形態について次に説明する。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施形態による面型光検出器４０の構成を示す模式的な断面図である。図４に示すように、本実施形態の面型光検出器４０の層構造は、図２に示した面型光検出器２０の層構造とほとんど同じである。すなわち、図４における光吸収層４１、シリコンリッチ層４８、ゲルマニウムリッチ層４７、第１のシリコン層４２、酸化膜層４３、第２のシリコン層４４、および上部クラッド層４５は、それぞれ図２における光吸収層２１、シリコンリッチ層２８、ゲルマニウムリッチ層２７、第１のシリコン層２２、酸化膜層２３、第２のシリコン層２４、および上部クラッド層２５に対応する。本実施形態の面型光検出器４０は、面型光検出器２０の構成に加えて更に、光吸収層４１の上にキャップ層４６を備える。キャップ層４６を成す材料は、シリコンの組成比が０．９〜１のシリコン−ゲルマニウム化合物またはシリコンである。キャップ層４６が光吸収層４１の構成材料であるゲルマニウムの直接暴露を防ぐことを目的としている場合、キャップ層４６はシリコンであることが望ましい。
【００４１】
キャップ層４６の厚みｔ４６は、キャップ層４６を成す材料中の光の波長の（ｆ／４±１／８）倍（ｆは０または正の整数）の範囲内である。理論解析とＦＤＴＤシミュレーションの結果、ｆが０または偶数であれば、キャップ層４６は面型光検出器４０（光吸収層４１）の反射率や透過率にほとんど影響を及ぼさないことが確認された。ここで、キャップ層４６を構成するシリコンが光吸収に寄与しないことを考慮すれば、ｆは０または２であることが望ましい。例えば、真空中の光の波長を１３１０ｎｍとすると、当該波長におけるシリコンの屈折率は３．５０５であり、したがってキャップ層４６の中での光の波長は３７４ｎｍであるから、ｆ＝０の場合には、上記式における波長の（１／８）倍の誤差項により、キャップ層４６は最大で４７ｎｍの厚みとなる。また、ｆ＝２の場合には、キャップ層４６は１４０〜２３４ｎｍの間の厚みとなる。
【００４２】
一方、理論解析とＦＤＴＤシミュレーションから、ｆが奇数であれば、キャップ層４６が無い構造よりも全体の光損失を低減できるということが分かった。キャップ層４６の材料がシリコンでありかつｆ＝１であるとすると、キャップ層４６の厚さは９３ｎｍとなる。図５はこの場合における、面型光検出器４０の層構造に入射した光の電力透過率および電力反射率の時間変化のＦＤＴＤシミュレーション結果を示している。図示されるように、十分に時間が経過した後では、入射光の反射率は０．２％、透過率は１２％であり、全体の光損失は約１２％まで下がった。ただし、光吸収層４１の厚さは１５８８ｎｍ（ｍ＝１７）であり、この光吸収層４１と１組の反射層ペアとを合わせた厚さは、１７５７ｎｍとやや厚くなった。それでも、この面型光検出器４０は、更に反射防止膜を積層する必要が無いため、他の光機能素子への影響を気にしなくてよい、というメリットを有する。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２０、３０、４０  面型光検出器
２１、３１、４１  光吸収層
２２、３２、４２  第１のシリコン層
２３、３３、４３  酸化膜層
２４、３４、４４  第２のシリコン層
２５、３５、４５  上部クラッド層
２７、３７、４７  ゲルマニウムリッチ層
２８、３８、４８  シリコンリッチ層
３１ａ、３１ｂ    ｐ電極
３２ａ、３２ｂ    ｎ電極
４６              キャップ層
【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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