(57)【要約】【課題】  光信号を電気信号に変換する導波路光検出器を提供する。【解決手段】  光検出器（１０）は、基板（２２）上に延びた導波路材料の導波路（１２）と、導波路（１２）上に形成され、導波路（１２）を露出する開口部（１８）を有する絶縁層（２６）と、絶縁層（２６）上に形成されるとともに導波路（１２）と接触するように開口部（１８）内に形成された光検出器層（１６）であって、開口部（１８）における第１の端部と、開口部（１８）から遠位の第２の端部とを有し、導波路材料とゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料の導波路材料部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層（１６）と、第２の端部における光検出器領域と、第２の端部における光検出器層（１６）から角度を成して延びる光検出器層延長部（３０）と、を含む。【選択図】      図１
2020513155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に延び、導波路材料を含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成された光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と前記開口部から遠位の第２の端部とを有し、前記導波路材料とゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料の導波路材料部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
前記第２の端部における光検出器領域と、
前記第２の端部における前記光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項２】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光検出器層延長部がＬ形である、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記光検出器層延長部が湾曲している、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項５】
前記光検出器層及び前記光検出器層延長部が共面である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記導波路材料がシリコンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項７】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項８】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項１から７のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項９】
基板上に延び、シリコンを含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成される線形光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と前記線形光検出器層の末端における第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、線形光検出器層と、
前記線形光検出器層の前記末端における光検出器と、
前記線形光検出器層の前記末端から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項１０】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から二方向に角度を成して延びる、請求項９又は１０に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層と平行かつ離間した部分を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１３】
前記光検出器層延長部が湾曲している、請求項９から１２のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１４】
前記光検出器層及び前記光検出器層延長部が共面である、請求項９から１３のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１５】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項９から１４のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１６】
基板上に延び、シリコンを含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記光検出器層内に形成された光検出器領域における第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
前記光検出器層と共面になるように、前記光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項１７】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項１６に記載の光検出器。
【請求項１８】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項１６又は１７に記載の光検出器。
【請求項１９】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から二方向に角度を成して延びる、請求項１６から１７のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２０】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層と平行かつ離間した部分を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２１】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２２】
基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、前記入力部分が前記主部分に対して角度を成している、導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路の前記主部分を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路の前記主部分と接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
を含み、
前記導波路の前記主部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の前記入力部分と接合するところから前記光検出器層の下を前記開口部を通り越して延び、前記入力部分は、前記光検出器層の下から外方に突き出し、前記光検出器層の延長部部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の入力部分と接合するところを通り越して前記第２の端部まで延びており、
前記導波路の前記入力部分が前記導波路の前記主部分と接合するところから始まって前記第１の端部に向かって延びる、前記光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、
光検出器。
【請求項２３】
前記光検出器層の前記延長部部分が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項２２に記載の光検出器。
【請求項２４】
基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、前記入力部分が前記主部分に対して角度を成している、シリコン導波路と、
前記導波路上に形成され、シリコンシードを露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路の前記シリコンシードと接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記第１の端部から離間した第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
を含み、
前記導波路の前記主部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の前記入力部分と接合するところから前記光検出器層の下を前記第２の端部を通り越して延び、前記入力部分は、前記光検出器層の下から外方に突き出し、前記光検出器層の一部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の入力部分と接合するところを通り越して前記第１の端部まで延びており、
前記第２の端部において、前記導波路の前記主部分の上に、前記光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、
光検出器。
【請求項２５】
前記シリコンシードが前記導波路から切り離されている、請求項２４に記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本例示的実施形態は、光電子デバイスに関し、より具体的には光信号を電気信号に変換する導波路光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、光導波路は、システムの一方の端にある光源、例えばレーザによって生成された光信号をシステムの他端にある検出器、例えば光検出器に案内するための伝送チャネルを提供する。活性領域である光検出器材料は、伝送された光信号の光子からエネルギーを吸収し、これに応答して、電荷キャリア、例えば電子及び正孔を励起する。逆バイアス電圧を印加すると、励起された電荷キャリアは、光検出器上のコンタクトに引き寄せられ、それにより光信号に対応する電流を発生させる。このようにして、光検出器は、光信号を電気信号に変換する。
【０００３】
ゲルマニウムは、シリコン上で成長するその潜在能力ゆえに、光検出器にふさわしい選択肢である。
【０００４】
格子定数は、結晶格子内の単位セル間の距離を意味する。ゲルマニウムの格子定数は、シリコンの格子定数と完全に一致しているわけではなく、ゲルマニウムの格子定数はシリコンの格子定数よりわずかに大きい。ゲルマニウムとシリコンの格子定数間の不一致は、結晶を成長させるための通常のエピタキシャル成長（「ＥＰＩ」）技術の使用に関して課題を提起する。現在、シリコン基板上に単結晶ゲルマニウムフィルムを作製するための２つの主要な方法が大いに研究されている。１つの方法は、バッファ層、及び選択的エピタキシャル成長（「ＳＥＧ」）後の後処理の使用である。第２の方法は、急速溶融成長（「ＲＭＧ」）技術の使用である。これら２つの方法の間では、ＲＭＧプロセスの方がより良いプロセス適合性を有するが、構築できる構造に制限がある。
【０００５】
ＲＭＧ技術では、単結晶ゲルマニウムをシリコン上で直接成長させない。むしろ、ポリゲルマニウム又はアモルファスゲルマニウムを、下にあるシリコン層への開口部（「シード窓」）を有する絶縁体上に堆積させる。ポリゲルマニウム又はアモルファスゲルマニウムを取り囲むように窒化物などの絶縁体が堆積される。ＲＭＧ法は、堆積されたポリゲルマニウム又はアモルファスゲルマニウムを囲む絶縁体によって形成されたマイクロるつぼを必要とし、これは、アニール処理したときにゲルマニウムの溶融及び再結晶を生じさせる。
【０００６】
ＣＭＯＳ適合プロセスシーケンスにおける光学検出器は、ＲＭＧゲルマニウム光検出器を用いて安価に達成することができる。ＲＭＧ光検出器は、シリコン適合性プロセスで構築されているが、幾つかの難題がある。
【０００７】
１つの難題は、シリコンシード領域がゲルマニウム光検出器を汚染し、その結果、純粋な結晶性ゲルマニウム光検出器ではなくシリコンゲルマニウム検出器がもたらされるということである。この結果、光検出器の応答性を損なうことがある。
【０００８】
別の難題は、ゲルマニウム光検出器の溶融及びその後の再結晶が、光検出器の端部付近において光検出器の収率及び応答性に影響を及ぼす欠陥の形成を生じさせることがあることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、当該技術分野において上記課題に対処する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様から見て、本発明は、基板上に延び、導波路材料を含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成された光検出器層であって、開口部における第１の端部と開口部から遠位の第２の端部とを有し、導波路材料とゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料の導波路材料部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、第２の端部における光検出器領域と、第２の端部における光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器を提供する。
【００１１】
さらなる態様から見て、本発明は、基板上に延び、シリコンを含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成される線形光検出器層であって、開口部における第１の端部と線形光検出器層の末端における第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、線形光検出器層と、線形光検出器層の末端における光検出器と、線形光検出器層の末端から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器を提供する。
【００１２】
さらなる態様から見て、本発明は、基板上に延び、シリコンを含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、光検出器層内に形成された光検出器領域における第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、光検出器層と共面になるように、光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器を提供する。
【００１３】
さらなる態様から見て、本発明は、基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、入力部分が主部分に対して角度を成している、導波路と、導波路上に形成され、導波路の主部分を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路の主部分と接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、を含み、導波路の主部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところから光検出器層の下を開口部を通り越して延び、入力部分は、光検出器層の下から外方に突き出し、光検出器層の延長部部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところを通り越して第２の端部まで延びており、導波路の入力部分が導波路の主部分と接合するところから始まって第１の端部に向かって延びる、光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、光検出器を提供する。
【００１４】
さらなる態様から見て、本発明は、基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、入力部分が主部分に対して角度を成している、シリコン導波路と、導波路上に形成され、シリコンシードを露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路のシリコンシードと接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、を含み、導波路の主部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところから光検出器層の下を第２の端部を通り越して延び、入力部分は、光検出器層の下から外方に突き出し、光検出器層の一部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところを通り越して第１の端部まで延びており、第２の端部において、導波路の主部分の上に、光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、光検出器を提供する。
【００１５】
上述及び後述の例示的な実施形態の種々の利点及び目的は、例示的な実施形態の態様に従って、基板上に延び、導波路材料を含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成された光検出器層であって、開口部における第１の端部と開口部から遠位の第２の端部とを有し、導波路材料とゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料の導波路材料部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、第２の端部における光検出器領域と、第２の端部における光検出器層延長部から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器を提供することによって達成される。
【００１６】
例示的な実施形態の別の態様によれば、基板上に延び、シリコンを含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成される線形光検出器層であって、開口部における第１の端部と線形光検出器層の末端における第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、線形光検出器層と、線形光検出器層の末端における光検出器と、線形光検出器層の末端から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器が提供される。
【００１７】
例示的な実施形態のさらなる態様によれば、基板上に延び、シリコンを含む導波路と、導波路上に形成され、導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路と接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、光検出器層内に形成された光検出器領域における第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、光検出器層と共面になるように、光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、を含む、光検出器が提供される。
【００１８】
例示的な実施形態の別の態様によれば、基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、入力部分が主部分に対して角度を成している、導波路と、導波路上に形成され、導波路の主部分を露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路の主部分と接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、を含み、導波路の主部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところから光検出器層の下を開口部を通り越して延び、入力部分は、光検出器層の下から外方に突き出し、光検出器層の延長部部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところを通り越して第２の端部まで延びており、導波路の入力部分が導波路の主部分と接合するところから始まって第１の端部に向かって延びる、光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、光検出器が提供される。
【００１９】
例示的な実施形態のさらに別の態様によれば、基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、入力部分が主部分に対して角度を成している、シリコン導波路と、導波路上に形成され、シリコンシードを露出する開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成されるとともに導波路のシリコンシードと接触するように開口部内に形成される光検出器層であって、開口部における第１の端部と、第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、傾斜材料のシリコン部分が第１の端部における最大から第２の端部における最小まで変化し、傾斜材料のゲルマニウム部分が第１の端部における最小から第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、を含み、導波路の主部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところから光検出器層の下を第２の端部を通り越して延び、入力部分は、光検出器層の下から外方に突き出し、光検出器層の一部分は、導波路の主部分が導波路の入力部分と接合するところを通り越して第１の端部まで延びており、第２の端部において、導波路の主部分の上に、光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、光検出器が提供される。
【００２０】
例示的な実施形態の特徴は新規であると考えられ、例示的な実施形態に特徴的な要素は、添付の特許請求の範囲に具体的に述べられている。図面は例示のみを目的としたものであり、縮尺通りに描かれていない。例示的な実施形態は、構成及び動作方法の両方において、添付の図面との組み合わせで解釈される以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ゲルマニウム光検出器の実施形態の平面図である。
【図２】矢印２−２の方向の図１のゲルマニウム光検出器の断面図である。
【図３】図１の破線の矩形によって囲まれた図１のゲルマニウム光検出器の一部の拡大平面図である。
【図４】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図５】図４のゲルマニウム光検出器の改変版の平面図である。
【図６】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図７】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図８】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図９】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図１０】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図１１】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【図１２】ゲルマニウム光検出器の別の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
例示的な実施形態にはいくつかの利点がある。１つの利点は、入射光から離れたところにシリコン・リッチ領域がある光検出器の作成である。別の利点は、光信号の入射部に近いゲルマニウム・リッチ領域である。さらなる利点は、光信号の経路外にある欠陥ゲッタ領域である。
【００２３】
図面をより詳細に参照し、特に図１を参照すると、ゲルマニウム光検出器１０の実施形態の平面図である。ゲルマニウム光検出器１０は、通常はシリコンである導波路１２を含み、矢印１４で示される入力信号は、右側からゲルマニウム光検出器１０に入ってくる。光検出器層１６は、シード窓１８を通して、下にある導波路１２と接触する。破線の楕円１６Ａで示される光検出器層１６の右側は、光検出器ダイオードを含む。窒化物などの絶縁体２０が光検出器層１６を囲む。ゲルマニウム光検出器１０を囲むのは酸化物（図示せず）であってもよい。
【００２４】
ゲルマニウム光検出器１０（又は後述の実施形態のいずれか）の形成は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）製造ラインにおいて行うことができる。ＣＭＯＳプロセスによって形成される例示的な実施形態は、ゲルマニウムの汚染及び欠陥の形成に関する従来技術の難題を最小限にすることが見いだされた。
【００２５】
ここで図２を参照すると、図１の矢印２−２の方向で見たゲルマニウム光検出器１０の断面図である。ゲルマニウム光検出器１０は、シリコンなどの半導体基部２２と、それに続く、埋込酸化物層２４、導波路１２、窒化物などの絶縁体層２６、光検出器層１６、及び絶縁体２０の上に形成することができる。光検出器層１６は、シード窓１８を通って延びて導波路１２に接触する部分２８を有する。
【００２６】
ゲルマニウム光検出器１０は、埋込酸化物層２４上に導波路１２を形成し、次いで絶縁体２６を形成することを含むプロセスによって形成することができる。絶縁体２６内にシード窓１８を形成することができる。その後、ポリゲルマニウム又はアモルファスゲルマニウムを、シード窓１８を含めて堆積し、次いでパターン付けすることにより、光検出器層１６を形成することができる。限定ではなく例示の目的で、光検出器層１６は、１μｍから５μｍの範囲、例えば２．５μｍ幅の、図１に示されるような幅４０を有することができる。ゲルマニウム光検出器層１６を絶縁体２０によって封入し、次いでＲＭＧプロセスに従って少なくともゲルマニウムの融点まで加熱することができる。
【００２７】
ＲＭＧプロセスの結果として、シリコンとゲルマニウムの傾斜が形成される。シリコンのモル分率は、シード窓１８において最高であり、徐々に減少して、光検出器ダイオード１６Ａにおいてゼロ又はゼロ近くになる。逆に、ゲルマニウムのモル分率は、シード窓において最低であり、徐々に増大して、光検出器ダイオード１６Ａにおいて１００％又は１００％近くになる。好ましくは、光検出器ダイオード１６Ａの左の縁部１６Ｂにおけるゲルマニウムのモル分率は、少なくとも９５％になるべきである。
【００２８】
光検出器層１６は、１つ又は複数の光検出器層延長部３０をさらに含む。限定ではなく例示の目的で、光検出器層延長部は、１μｍから１０μｍ、例えば３μｍの長さの、図１で示される長さ４２を有することができる。光検出器延長部３０の利点は、通常は光検出器層１６の端部１６Ｃで形成されることがある欠陥が、ここでは光検出器層延長部３０内へ押しやられることである。したがって、光検出器ダイオード１６Ａ内の光検出器層１６がここでは欠陥を有さないので、光検出器ダイオード１６Ａの収率及び応答性が改善される。
【００２９】
ここで図３を参照すると、図１の矩形２１内の光検出器ダイオード１６Ａがより詳細に示されている。光検出器ダイオード１６Ａの１つの部分３２は、ｎドープすることができ金属コンタクト３４が形成され、他方、第２の部分３６は、ｐドープすることができ、金属コンタクト３８が形成される。ＲＭＧプロセス後、光検出器ダイオード１６Ａのドーピングのために絶縁体２０を随意に除去して、ドーピング注入エネルギーを最小化することができる。絶縁体２０をそのまま残す場合、金属コンタクト３４は、絶縁体２０を通して局所的にエッチングし、次いで金属コンタクト３４のための金属を堆積することによって形成することができる。
【００３０】
光検出器層１６の側部から角度を成して離れた光検出器層延長部３０も、より詳細に示されている。光検出器層延長部３０は、光検出器層１６に対して垂直なものとして示されているが、それより小さい又は大きい角度の延長部を形成することもできる。破線は、光検出器層１６が終わり、光検出器層延長部３０が始まるところを示している。
【００３１】
ここで図４を参照すると、ゲルマニウム光検出器４００の別の例示的な実施形態が示されており、これは、ゲルマニウム光検出器４００が、異なる光検出器層延長部４０２を有すること以外は、ゲルマニウム光検出器１０と同様である。光検出器層延長部４０２は、光検出器層１６の側部から角度を成して離れた光検出器層延長部部分４０４と、光検出器層延長部部分４０４の側部から角度を成して離れた光検出器層延長部部分４０６とを含む。１つの実施形態において、光検出器層延長部部分４０６は、光検出器層１６と平行にすることができる。
【００３２】
ここで図５を参照すると、ゲルマニウム光検出器４００が改変されて、ここではゲルマニウム光検出器４００’となっており、光検出器層延長部部分４０６は、ここでは長さを増大して光検出器層延長部部分４０６’として示されている。
【００３３】
ゲルマニウム光検出器４００、４００’の利点は、ゲルマニウムの再結晶中のいかなる欠陥も、ゲルマニウム光検出器層１６の端部１６Ｃをさらに越えて光検出器層延長部４０２内へ押しやられることである。
【００３４】
ここで図６を参照すると、ゲルマニウム光検出器５００の別の例示的な実施形態が示されており、これは、ゲルマニウム光検出器５００が、異なる光検出器層延長部５０２を有すること以外は、ゲルマニウム光検出器１０と同様である。光検出器層延長部５０２は、光検出器層１６の側部から角度を成して離れた光検出器層延長部部分５０４と、光検出器層延長部部分５０４の側部から角度を成して離れた光検出器層延長部部分５０６とを含む。１つの実施形態において、光検出器層延長部部分５０６は、光検出器層１６と平行にすることができる。ゲルマニウム光検出器５００は、光検出器層延長部部分５０６の側部から角度を成して離れたものとすることができる付加的な光検出器層延長部５０８を含むことができる。
【００３５】
ゲルマニウム光検出器５００の利点は、ゲルマニウムの再結晶中のいかなる欠陥も、ゲルマニウム光検出器層１６の端部１６Ｃをさらに越えて光検出器層延長部５０２内へ押しやられることである。
【００３６】
ここで図７を参照すると、ゲルマニウム光検出器６００の別の例示的な実施形態が示されており、これは、ゲルマニウム光検出器６００が、異なる光検出器層延長部６０２を有すること以外は、ゲルマニウム光検出器１０と同様である。光検出器層延長部６０２は、光検出器層１６の一方の側部から湾曲して離れている。限定ではなく例示の目的で、光検出器層延長部６０２は、１μｍから１０μｍ、例えば５μｍだけ、一方の側４４に偏向することができる。
【００３７】
ゲルマニウム光検出器６００の利点は、ゲルマニウムの再結晶中のいかなる欠陥も、ゲルマニウム光検出器層１６の端部１６Ｃをさらに越えて光検出器層延長部６０２内へ押しやられることである。
【００３８】
前述のゲルマニウム光検出器１０、４００、４００’、５００はすべて、光検出器層１６の両側から角度を成して離れた光検出器層延長部３０、４０２、４０２’、５０２を有していた。光検出器層延長部３０、４０２、４０２’、５０２が、ゲルマニウム光検出器６００の光検出器層延長部６０２の場合のように片側のみから角度を成して離れることは、例示的な実施形態の範囲内である。図８のゲルマニウム光検出器７００は、そうした例の１つであり、光検出器層延長部７０２は、延長部５０２が光検出器層１６の両側から角度を成して離れたゲルマニウム光検出器５００と比べて、光検出器層１６の片側のみから角度を成して離れている。
【００３９】
ここで図９を参照すると、ゲルマニウム光検出器８００の別の例示的な実施形態が示されており、これは、ゲルマニウム光検出器８００が、シード窓１８の近くに光検出器層１６の幅広部分１６Ｄを有すること以外は、ゲルマニウム光検出器１０と同様である。限定ではなく例示の目的で、光検出器層１６は、０．５μｍから３μｍの範囲、例えば１．０μｍ幅の、図９に示されるような幅４０を有することができる。さらに、限定ではなく例示の目的で、幅広部分１６Ｄは、光検出器層１６の幅４０の１．５倍から５倍、例えば３倍の、図９に示されるような最大幅４６を有することができる。幅広部分１６Ｄは、シード窓１８から幅広部分１６Ｄが光検出器層１６と交わるところまで徐々に先細になっていることに留意されたい。
【００４０】
ゲルマニウム光検出器８００の利点は、ゲルマニウムの再結晶中のいかなる欠陥も、ゲルマニウム光検出器層１６の端部１６Ｃをさらに越えて光検出器層延長部３０内へ押しやられることである。ゲルマニウム光検出器８００の別の利点は、光検出器層１６の幅広部分１６Ｄが光検出器ダイオード１６Ａ内のゲルマニウムのモル分率の増大を助けることである。
【００４１】
ここで図１０を参照すると、ゲルマニウム光検出器９００の別の例示的な実施形態が示されており、これは、ゲルマニウム光検出器９００が、シード窓１８の近くに光検出器層１６の別の幅広部分１６Ｅを有すること以外は、ゲルマニウム光検出器８００と同様である。限定ではなく例示の目的で、光検出器層１６は、０．５μｍから３μｍの範囲、例えば１．０μｍ幅の、図１０に示されるような幅４０を有することができる。さらに、限定ではなく例示の目的で、幅広部分１６Ｅは、光検出器層１６の幅４０の１．５倍から５倍、例えば３倍の、図１０に示されるような最大幅４８を有することができる。ゲルマニウム光検出器９００の幅広部分１６Ｅは、シード窓付近では均一の幅を有し、次いでの光検出器層１６の主部分に向かって徐々に先細になっていることに留意されたい。
【００４２】
ゲルマニウム光検出器９００の利点は、ゲルマニウムの再結晶中のいかなる欠陥も、ゲルマニウム光検出器層１６の端部１６Ｃをさらに越えて光検出器層延長部３０内へ押しやられることである。ゲルマニウム光検出器９００の別の利点は、光検出器層１６の幅広部分１６Ｅが光検出器ダイオード１６Ａ内のゲルマニウムのモル分率の増大を助けることである。
【００４３】
ここで図１１を参照すると、ゲルマニウム光検出器１０００の別の例示的な実施形態が示されており、これはゲルマニウム光検出器１０と同様であるが、いくつかの点で異なる。ゲルマニウム光検出器１０００は、ゲルマニウム光検出器１０に関して前述した光検出器層延長部を有していないことに留意されたい。ゲルマニウム光検出器１０００の入力光１４を有する導波路１２は、光検出器層１６の下で側部から角度を成し、その後、光検出器層１６の下を、シード窓１８を通り越して進むことにも、さらに留意されたい。導波路１２は、光検出器層１６の端部１６Ｃの左側の点において光検出器層１６の下に進む。導波路１２が光検出器層１６の下で角度を成すところと、光検出器層１６の端部１６Ｃとの間の距離は、領域１６Ａ内で欠陥が最小限になるように、経験的に決定することができる。この距離は、ゲルマニウム光検出器１０を形成するのに用いられるプロセスの欠陥形成の詳細に依存する。
【００４４】
ゲルマニウム光検出器１０００の利点は、欠陥が光検出器層１６の端部１６Ｃに存在し、光検出器ダイオード１６Ａを含む光検出器層１６の部分には存在しないことである。その結果、光検出器ダイオード１６Ａは高応答性及び低欠陥領域になる。
【００４５】
ここで図１２を参照すると、ゲルマニウム光検出器１１００の別の例示的な実施形態が示されており、これはゲルマニウム光検出器１０と同様であるが、いくつかの点で異なる。ゲルマニウム光検出器１１００は、ゲルマニウム光検出器１０に関して前述した光検出器層延長部を有していないことに留意されたい。ゲルマニウム光検出器１１００の入力光１４を有する導波路１２は、光検出器層１６の下で側部から角度を成し、その後、光検出器層１６の下を進むことにも、さらに留意されたい。導波路１２からの光の経路は、導波路１２が光検出器層１６の下で角度を成すところから光検出器層１６の端部１６Ｃを通る。導波路１２からの光は、シード窓１８のところを通らない。この点に関して、導波路１２は、シード窓１８の下にある別の導波路１１０２と切り離されている。ＲＭＧプロセス中、光検出器層１６は、前述の実施形態のように導波路１２からではなく、導波路１１０２から再結晶する。さらに、光検出器ダイオード１６Ａは、端部１６Ｃの手前において選択され、光検出器ダイオード１６Ａが、高ゲルマニウムモル分率領域にあるように、しかし、欠陥が蓄積する可能性がある光検出器層１６の端部１６Ｃよりも手前にあるようになっている。端部１６Ｃと光検出器ダイオード１６Ａの位置との間の距離は、領域１６Ａ内で欠陥が最小限になるように、経験的に決定することができる。
【００４６】
ゲルマニウム光検出器１１００の利点は、欠陥が光検出器層１６の端部１６Ｃに存在し、光検出器ダイオード１６Ａには存在しないことである。その結果、光検出器ダイオード１６Ａは高応答性及び低欠陥領域になる。
【００４７】
本開示を考慮すると、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で具体的に説明された実施形態を越えた例示的な実施形態の他の変更を行うことができることが当業者には明らかである。したがって、このような変更は、添付の特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲内であるとみなされる。
【符号の説明】
【００４８】
１０、４００、４００’、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００：ゲルマニウム光検出器
１２：導波路
１４：入力信号
１６：光検出器層
１６Ａ：光検出器ダイオード
１８：シード窓
２０：絶縁体
２２：半導体基部
２４：埋込酸化物層
２６：絶縁体層
２８：部分
３０、４０２、４０２’、５０２、６０２、７０２：光検出器層延長部
４０４、４０６、４０６’、５０６：光検出器層延長部部分
３２、３６：光検出器ダイオードの部分
３４、３８：金属コンタクト
【図１】
2020513155.tif 000003
【図２】
2020513155.tif 000004
【図３】
2020513155.tif 000005
【図４】
2020513155.tif 000006
【図５】
2020513155.tif 000007
【図６】
2020513155.tif 000008
【図７】
2020513155.tif 000009
【図８】
2020513155.tif 000010
【図９】
2020513155.tif 000011
【図１０】
2020513155.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020513155.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月5日(2020.3.5)
【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】
基板上に延び、導波路材料を含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成された光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と前記開口部から遠位の第２の端部とを有し、前記導波路材料とゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料の導波路材料部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
前記第２の端部における光検出器領域と、
前記第２の端部における前記光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項２】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光検出器層延長部がＬ形である、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記光検出器層延長部が湾曲している、請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項５】
前記光検出器層及び前記光検出器層延長部が共面である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記導波路材料がシリコンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項７】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項８】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項１から７のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項９】
基板上に延び、シリコンを含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成される線形光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と前記線形光検出器層の末端における第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、線形光検出器層と、
前記線形光検出器層の前記末端における光検出器と、
前記線形光検出器層の前記末端から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項１０】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層から二方向に角度を成して延びる、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記光検出器層延長部が、前記線形光検出器層と平行かつ離間した部分を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１３】
前記光検出器層延長部が湾曲している、請求項９から１２のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１４】
前記光検出器層及び前記光検出器層延長部が共面である、請求項９から１３のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１５】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項９から１４のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１６】
基板上に延び、シリコンを含む導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路と接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記光検出器層内に形成された光検出器領域における第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
前記光検出器層と共面になるように、前記光検出器層から角度を成して延びる光検出器層延長部と、
を含む、光検出器。
【請求項１７】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項１６に記載の光検出器。
【請求項１８】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器層から一方向にのみ角度を成して延びる、請求項１６又は１７に記載の光検出器。
【請求項１９】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器層から二方向に角度を成して延びる、請求項１６から１７のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２０】
前記光検出器層延長部が、前記光検出器層と平行かつ離間した部分を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２１】
前記光検出器層が前記第１の端部において、前記第２の端部の前記光検出器層の幅より広い幅を有する、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項２２】
基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、前記入力部分が前記主部分に対して角度を成している、導波路と、
前記導波路上に形成され、前記導波路の前記主部分を露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路の前記主部分と接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記第１の端部から離間した第２の端部とを有し、シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
を含み、
前記導波路の前記主部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の前記入力部分と接合するところから前記光検出器層の下を前記開口部を通り越して延び、前記入力部分は、前記光検出器層の下から外方に突き出し、前記光検出器層の延長部部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の入力部分と接合するところを通り越して前記第２の端部まで延びており、
前記導波路の前記入力部分が前記導波路の前記主部分と接合するところから始まって前記第１の端部に向かって延びる、前記光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、
光検出器。
【請求項２３】
前記光検出器層の前記延長部部分が、前記光検出器領域のいずれの部分も含まない、請求項２２に記載の光検出器。
【請求項２４】
基板上に延び、主部分に接合する入力部分を有し、前記入力部分が前記主部分に対して角度を成している、シリコン導波路と、
前記導波路上に形成され、シリコンシードを露出する開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるとともに前記導波路の前記シリコンシードと接触するように前記開口部内に形成される光検出器層であって、前記開口部における第１の端部と、前記第１の端部から離間した第２の端部とを有し、前記シリコンとゲルマニウムとの傾斜材料であり、前記傾斜材料のシリコン部分が前記第１の端部における最大から前記第２の端部における最小まで変化し、前記傾斜材料のゲルマニウム部分が前記第１の端部における最小から前記第２の端部における最大まで変化する、光検出器層と、
を含み、
前記導波路の前記主部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の前記入力部分と接合するところから前記光検出器層の下を前記第２の端部を通り越して延び、前記入力部分は、前記光検出器層の下から外方に突き出し、前記光検出器層の一部分は、前記導波路の前記主部分が前記導波路の入力部分と接合するところを通り越して前記第１の端部まで延びており、
前記第２の端部において、前記導波路の前記主部分の上に、前記光検出器層内に形成された光検出器領域をさらに含む、
光検出器。
【請求項２５】
前記シリコンシードが前記導波路から切り離されている、請求項２４に記載の光検出器。
【国際調査報告】
2020513155.tif 000015
2020513155.tif 000016