特開 2023-14488 半導体受光器、受信機及び光集積素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023014488

(43)【公開日】2023-01-31

(54)【発明の名称】半導体受光器、受信機及び光集積素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20230124BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021118455

(22)【出願日】2021-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】下山 峰史

【テーマコード（参考）】

5F849

【Ｆターム（参考）】

5F849AA04

5F849AB02

5F849BA01

5F849BA03

5F849BB01

5F849BB20

5F849CB03

5F849CB05

5F849CB10

5F849CB11

5F849CB14

5F849DA06

5F849EA03

5F849EA11

5F849FA05

5F849GA05

5F849XB15

5F849XB37

(57)【要約】

【課題】高い動作速度と高い受光感度とを両立することができる半導体受光器、受信機及び光集積素子を提供する。
【解決手段】半導体受光器は、第１半導体層と、第２半導体層と、第１電極と、第２電極と、を有し、前記第１半導体層は、ｐ型の第１領域と、ｎ型の第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の非導電性の第３領域と、を有し、前記第２半導体層は、前記第１電極がオーミック接触するｐ型の第４領域と、前記第２電極がオーミック接触するｎ型の第５領域と、前記第４領域と前記第５領域との間の非導電性の第６領域と、を有し、前記第１領域は、前記第３領域からみて第１方向側にあり、前記第２領域は、前記第３領域からみて前記第１方向とは反対側の第２方向側にあり、前記第４領域は、前記第６領域からみて前記第１方向側にあり、前記第５領域は、前記第６領域からみて前記第２方向側にあり、平面視で、前記第３領域と前記第６領域とが重なる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１屈折率及び第１バンドギャップを備えた第１半導体層と、
第２屈折率及び第２バンドギャップを備え、前記第１半導体層上に形成された第２半導体層と、
第１電極と、
第２電極と、
を有し、
前記第２屈折率は、前記第１屈折率よりも大きく、
前記第２バンドギャップは、前記第１バンドギャップよりも小さく、
前記第１半導体層は、
ｐ型の第１領域と、
ｎ型の第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間の非導電性の第３領域と、
を有し、
前記第２半導体層は、
前記第１電極がオーミック接触するｐ型の第４領域と、
前記第２電極がオーミック接触するｎ型の第５領域と、
前記第４領域と前記第５領域との間の非導電性の第６領域と、
を有し、
前記第１領域は、前記第３領域からみて第１方向側にあり、
前記第２領域は、前記第３領域からみて前記第１方向とは反対側の第２方向側にあり、
前記第４領域は、前記第６領域からみて前記第１方向側にあり、
前記第５領域は、前記第６領域からみて前記第２方向側にあり、
平面視で、前記第３領域と前記第６領域とが重なることを特徴とする半導体受光器。

【請求項2】

前記第４領域の厚さ及び前記第５領域の厚さは、前記第２半導体層の厚さの１／２以下であり、
前記第４領域及び前記第５領域は、厚さ方向で前記第１半導体層から離れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光器。

【請求項3】

前記第１半導体層の前記第２半導体層と接する領域にリセスが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体受光器。

【請求項4】

平面視で、
前記第１領域の前記第２方向側の縁は、前記第４領域の前記第２方向側の縁よりも前記第１方向側にあり、
前記第２領域の前記第１方向側の縁は、前記第５領域の前記第１方向側の縁よりも前記第２方向側にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項5】

平面視で、
前記第１領域は、前記第４領域から前記第１方向側に離れ、
前記第２領域は、前記第５領域から前記第２方向側に離れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項6】

前記第１半導体層がＳｉ層であり、
前記第２半導体層がＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項7】

前記第１半導体層がＳｉ層であり、
前記第２半導体層がＧｅ_１－ｘＳｎ_ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項8】

平面視で前記第１半導体層と前記第２半導体層とが重なり合う光電変換部と、
前記光電変換部に繋がる光導入部と、
を有し、
前記光導入部から前記光電変換部へと導波する光の進行方向は、前記第１方向及び前記第２方向に直交することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項9】

前記第１領域にオーミック接触する第３電極と、
前記第２領域にオーミック接触する第４電極と、
を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体受光器。

【請求項10】

請求項９に記載の半導体受光器と、
前記第３電極に第１電圧を印加し、前記第４電極に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加する回路と、
を有することを特徴とする受信機。

【請求項11】

前記回路は、
前記第１電極と前記第３電極との間に接続された第１インダクタと、
前記第２電極と前記第４電極との間に接続された第２インダクタと、
前記第１電極と前記第２電極との間に接続された直流電源と、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の受信機。

【請求項12】

請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体受光器を有することを特徴とする光集積素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体受光器、受信機及び光集積素子に関する。

【背景技術】

【0002】

コンピュータの処理能力への要求が高まるにつれ、データ送受信帯域の拡大が望まれている。電気信号でのデータ伝送には限界が迫りつつあり、光信号の適用が求められている。光信号を電気信号に高効率で変換するためには、損失の低減のために、電気信号を処理する装置に光部品を集積化することが有効である。そこで、近年では、シリコン（Ｓｉ）基板上に種々の光部品を構成するＳｉフォトニクスとよばれる分野の研究及び開発が注目を集めつつある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願第２０１７／００２５５６２号明細書

【特許文献2】米国特許第７３９７１０１号明細書

【特許文献3】特開２０１７－１１０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これまで、Ｓｉフォトニクスに関し、種々の半導体受光器が提案されているが、高い動作速度と高い受光感度とを両立することができない。

【0005】

本開示の目的は、高い動作速度と高い受光感度とを両立することができる半導体受光器、受信機及び光集積素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態によれば、半導体受光器は、第１屈折率及び第１バンドギャップを備えた第１半導体層と、第２屈折率及び第２バンドギャップを備え、前記第１半導体層上に形成された第２半導体層と、第１電極と、第２電極と、を有し、前記第２屈折率は、前記第１屈折率よりも大きく、前記第２バンドギャップは、前記第１バンドギャップよりも小さく、前記第１半導体層は、ｐ型の第１領域と、ｎ型の第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の非導電性の第３領域と、を有し、前記第２半導体層は、前記第１電極がオーミック接触するｐ型の第４領域と、前記第２電極がオーミック接触するｎ型の第５領域と、前記第４領域と前記第５領域との間の非導電性の第６領域と、を有し、前記第１領域は、前記第３領域からみて第１方向側にあり、前記第２領域は、前記第３領域からみて前記第１方向とは反対側の第２方向側にあり、前記第４領域は、前記第６領域からみて前記第１方向側にあり、前記第５領域は、前記第６領域からみて前記第２方向側にあり、平面視で、前記第３領域と前記第６領域とが重なる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、高い動作速度と高い受光感度とを両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１参考例に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図2】第２参考例に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係る半導体受光器の構成を示す上面図である。

【図4】第１実施形態に係る半導体受光器における半導体領域のレイアウトを示す図である。

【図5】第１実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図6】第１実施形態に係る半導体受光器における導波光及び電界の分布を示す図である。

【図7】シミュレーションの対象の半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図8】第１参考例に関するシミュレーションでの不純物濃度の分布を等高線で示す図である。

【図9】第１実施形態に関するシミュレーションでの不純物濃度の分布を等高線で示す図である。

【図10】第１参考例に関するシミュレーションでの電界強度の分布を等高線で示す図である。

【図11】第１実施形態に関するシミュレーションでの電界強度の分布を等高線で示す図である。

【図12】Ｇｅ層の下面から１００ｎｍの領域における電界強度を示す図である。

【図13】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１）である。

【図14】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その２）である。

【図15】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その３）である。

【図16】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その４）である。

【図17】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その５）である。

【図18】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その６）である。

【図19】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その７）である。

【図20】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その８）である。

【図21】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その９）である。

【図22】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１０）である。

【図23】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１１）である。

【図24】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１２）である。

【図25】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１３）である。

【図26】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１４）である。

【図27】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す上面図（その１５）である。

【図28】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図29】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図30】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図31】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図32】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図33】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その６）である。

【図34】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その７）である。

【図35】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その８）である。

【図36】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その９）である。

【図37】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１０）である。

【図38】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１１）である。

【図39】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１２）である。

【図40】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１３）である。

【図41】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１４）である。

【図42】第１実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１５）である。

【図43】第２実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図44】第３実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図45】第４実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図46】第４実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図47】第４実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図48】第５実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図49】第６実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【図50】第６実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図51】第６実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図52】第６実施形態に係る半導体受光器の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図53】第７実施形態に係るＳｉフォトニクスコヒーレント集積素子の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

光部品のうち、光の合分波や変調等の処理を行う部分については、過剰損失を避けるため光を吸収しない特性が求められる。一方で、光信号を電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）するための受光部には、光を吸収する特性が求められる。これらの要求を満たす材料の候補として、波長が１．２μｍ～１．６μｍの近赤外光に対し、受光部にＧｅを、それ以外の部分にＳｉを用いる組み合わせが挙げられる。この波長の近赤外光はＳｉに対して透明であり、一方でＧｅには吸収されやすい。

【0010】

また、フォトダイオード（photo diode：ＰＤ）等の受光部は、光吸収によって発生した電子及び正孔、すなわちフォトキャリアを外部に取り出す機構を備える。ＰＤの一例として、ＰＩＮ型ＰＤが挙げられる。ＰＩＮ型ＰＤの一例として、Ｓｉ層の上にＧｅ層が形成され、Ｇｅ層に２つの電極がオーミック接触したホモ接合型ＰＤが挙げられる。

【0011】

ＰＩＮ型ＰＤの他の例として、Ｓｉ層の上にＧｅ層が形成され、少なくとも１つの電極がＳｉ層にオーミック接触し、電流経路がＳｉ層とＧｅ層とのヘテロ接合界面を含むヘテロ接合型ＰＤもある。このようなヘテロ接合型ＰＤでは、ヘテロ接合界面に価電子帯の障壁が存在するため、光の強度が高いほど正孔の溜まり込みが生じやすく、輸送速度が低下し、応答特性が低下してしまう。応答特性の低下は、レシーバの帯域劣化につながり得る。

【0012】

（第１参考例）
ここで、ホモ接合型ＰＤの第１参考例について説明する。図１は、第１参考例に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【0013】

第１参考例に係る半導体受光器９０１はＳＯＩ基板９１０を用いて形成され、半導体受光器９０１はＳＯＩ基板９１０を有する。ＳＯＩ基板９１０は、シリコン（Ｓｉ）基板９１１、Ｓｉ酸化膜９１２及びＳｉ層９２０を含む。Ｓｉ層９２０の上にＧｅ層９３０が形成されている。Ｇｅ層９３０は、ｐ型Ｇｅ領域９３４と、ｎ型Ｇｅ領域９３５と、非導電性のｉ型Ｇｅ領域９３６とを有する。ｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５は、ｉ型Ｇｅ領域９３６の上面に形成されている。ｐ型Ｇｅ領域９３４とｎ型Ｇｅ領域９３５との間に、ｉ型Ｇｅ領域９３６の一部が挟まれている。第１参考例では、ｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５の深さがＧｅ層９３０の厚さの１／２未満である。

【0014】

Ｓｉ層９２０及びＧｅ層９３０の積層体を覆うようにＳｉ酸化膜９４１が形成されている。Ｓｉ酸化膜９４１には、ｐ型Ｇｅ領域９３４に達する開口部９４１Ｐと、ｎ型Ｇｅ領域９３５に達する開口部９４１Ｎとが形成されている。開口部９４１Ｐを通じてｐ型Ｇｅ領域９３４にオーミック接触する金属膜９４３Ｐと、開口部９４１Ｎを通じてｎ型Ｇｅ領域９３５にオーミック接触する金属膜９４３ＮとがＳｉ酸化膜９４１上に形成されている。

【0015】

このように構成された半導体受光器９０１は、Ｓｉ層９２０を光導波路としており、Ｓｉ層９２０を伝播してきた光がエバネッセント光結合によってＧｅ層９３０へと入射する。そして、Ｇｅ層９３０に入射した導波光９９１がＧｅ層９３０に吸収され、Ｇｅ層９３０内でフォトキャリアが発生する。ｎ型Ｇｅ領域９３５とｐ型Ｇｅ領域９３４との間には電界９９２が発生し、金属膜９４３Ｐ及び金属膜９４３Ｎを通じてｎ型Ｇｅ領域９３５がｐ型Ｇｅ領域９３４よりも高電圧となる逆バイアスが印加されると、フォトキャリアが外部に取り出される。なお、図１では、破線で示す電気力線が太い部分ほど電界９９２が強いことを示す。

【0016】

第１参考例では、上記のように、ｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５の深さがＧｅ層９３０の厚さの１／２未満である。このため、導波光９９１が強い領域がｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５から離れており、導波光９９１が強い領域における電界９９２は弱くなってしまう。このため、フォトキャリアの輸送速度が低下し、十分な動作速度を得にくい。

【0017】

（第２参考例）
次に、ホモ接合型ＰＤの第２参考例について説明する。図２は、第２参考例に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。

【0018】

第２参考例に係る半導体受光器９０２では、ｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５の深さがＧｅ層９３０の厚さの８０％程度である。他の構成は第１参考例と同様である。

【0019】

第２参考例では、導波光９９１が強い領域がｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５に近く、導波光９９１が強い領域における電界９９２が強い。このため、良好な動作速度を得やすい。その一方で、ｐ型Ｇｅ領域９３４及びｎ型Ｇｅ領域９３５にも導波光９９１が入射し、フリーキャリア吸収とよばれる現象が発生する。フリーキャリア吸収は、新たにフォトキャリアが発生する光吸収とは異なり、既に存在しているキャリアにエネルギーを与える光吸収であり、電流の増加に寄与しない、いわゆる無効吸収である。無効吸収が増加するほど、入射光強度に対する出力電流量の比で与えられる受光感度が低下してしまう。

【0020】

このように、第１参考例では、十分な動作速度を得にくく、第２参考例では、十分な受光感度を得にくい。

【0021】

このように、第１参考例に係る半導体受光器９０１及び第２参考例に係る半導体受光器９０２には、改良の余地がある。本発明者は、これらの知見に基づいて鋭意検討を行い、以下のような実施形態に想到した。以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は省略することがある。

【0022】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、ホモ接合型ＰＤを含む半導体受光器に関する。図３は、第１実施形態に係る半導体受光器の構成を示す上面図である。図４は、第１実施形態に係る半導体受光器における半導体領域のレイアウトを示す図である。図５は、第１実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図５は、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0023】

図３～図５に示すように、第１実施形態に係る半導体受光器１００はＳＯＩ基板１１０を用いて形成され、半導体受光器１００はＳＯＩ基板１１０を有する。ＳＯＩ基板１１０は、Ｓｉ基板１１１、Ｓｉ酸化膜１１２及びＳｉ層１２０を含む。半導体受光器１００は、光導入部１６０及び光電変換部１６３を含む。光導入部１６０では、Ｓｉ層１２０が光導波路の形状に加工されている。光導入部１６０は、導波路領域１６１と、Ｓｉ層１２０が光モード変換器の形状に加工されたモード変換部１６２とを含む。

【0024】

光電変換部１６３において、例えば、Ｓｉ層１２０は矩形の平面形状に加工されている。Ｓｉ層１２０は、ｐ型Ｓｉ領域１２１と、ｎ型Ｓｉ領域１２２と、非導電性のｉ型Ｓｉ領域１２３とを有する。ｐ型Ｓｉ領域１２１及びｎ型Ｓｉ領域１２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３の上面に形成されている。ｐ型Ｓｉ領域１２１及びｎ型Ｓｉ領域１２２は、光導入部１６０から光電変換部１６３へと導波する光の進行方法に垂直な方向で互いに離れている。ｐ型Ｓｉ領域１２１とｎ型Ｓｉ領域１２２との間に、ｉ型Ｓｉ領域１２３の一部が挟まれている。ｐ型Ｓｉ領域１２１は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第１方向側にあり、ｎ型Ｓｉ領域１２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第１方向とは反対側の第２方向側にある。第１方向及び第２方向は、光導入部１６０から光電変換部１６３へと導波する光の進行方法に垂直な方向である。例えば、ｐ型Ｓｉ領域１２１はボロン（Ｂ）を０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｎ型Ｓｉ領域１２２はリン（Ｐ）を０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｉ型Ｓｉ領域１２３には意図的な不純物のドーピングが行われていないが、ｉ型Ｓｉ領域１２３が僅かな不純物、例えば１×１０^１５ｃｍ^－３以下の濃度の不純物を含んでいてもよい。Ｓｉ層１２０は第１半導体層の一例であり、ｐ型Ｓｉ領域１２１は第１領域の一例であり、ｎ型Ｓｉ領域１２２は第２領域の一例であり、ｉ型Ｓｉ領域１２３は第３領域の一例である。

【0025】

光電変換部１６３において、例えば、Ｓｉ層１２０の上にＧｅ層１３０が形成されている。第１実施形態では、Ｇｅ層１３０はｐ型Ｓｉ領域１２１及びｎ型Ｓｉ領域１２２を覆う。Ｇｅ層１３０の第２屈折率はＳｉ層１２０の第１屈折率よりも大きく、Ｇｅ層１３０の第２バンドギャップはＳｉ層１２０の第１バンドギャップよりも小さい。Ｇｅ層１３０は、ｐ型Ｇｅ領域１３４と、ｎ型Ｇｅ領域１３５と、非導電性のｉ型Ｇｅ領域１３６とを有する。ｐ型Ｇｅ領域１３４及びｎ型Ｇｅ領域１３５は、ｉ型Ｇｅ領域１３６の上面に形成されている。ｐ型Ｇｅ領域１３４及びｎ型Ｇｅ領域１３５の厚さは、例えばＧｅ層１３０の厚さの１／２以下である。ｐ型Ｇｅ領域１３４及びｎ型Ｇｅ領域１３５は、厚さ方向でＳｉ層１２０から離れている。ｐ型Ｇｅ領域１３４及びｎ型Ｇｅ領域１３５は、光導入部１６０から光電変換部１６３へと導波する光の進行方法に垂直な方向で互いに離れている。ｐ型Ｇｅ領域１３４とｎ型Ｇｅ領域１３５との間に、ｉ型Ｇｅ領域１３６の一部が挟まれている。ｐ型Ｇｅ領域１３４は、ｉ型Ｇｅ領域１３６からみて第１方向側にあり、ｎ型Ｇｅ領域１３５は、ｉ型Ｇｅ領域１３６からみて第２方向側にある。

【0026】

平面視で、ｉ型Ｓｉ領域１２３のｐ型Ｓｉ領域１２１とｎ型Ｓｉ領域１２２との間の部分と、ｉ型Ｇｅ領域１３６のｐ型Ｇｅ領域１３４とｎ型Ｇｅ領域１３５との間の部分とが重なっている。平面視で、ｐ型Ｓｉ領域１２１の第２方向側の縁がｐ型Ｇｅ領域１３４の第２方向側の縁よりも第１方向側にあってもよく、ｎ型Ｓｉ領域１２２の第１方向側の縁がｎ型Ｇｅ領域１３５の第１方向側の縁よりも第２方向側にあってもよい。例えば、ｐ型Ｇｅ領域１３４はボロンを０．５×１０^２０ｃｍ^－３～１．５×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｎ型Ｇｅ領域１３５はリンを０．５×１０^２０ｃｍ^－３～１．５×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｉ型Ｇｅ領域１３６には意図的な不純物のドーピングが行われていないが、ｉ型Ｇｅ領域１３６が僅かな不純物、例えば１×１０^１５ｃｍ^－３以下の濃度の不純物を含んでいてもよい。Ｇｅ層１３０は第２半導体層の一例であり、ｐ型Ｇｅ領域１３４は第４領域の一例であり、ｎ型Ｇｅ領域１３５は第５領域の一例であり、ｉ型Ｇｅ領域１３６は第６領域の一例である。

【0027】

Ｓｉ層１２０及びＧｅ層１３０の積層体を覆うようにＳｉ酸化膜１４１が形成されている。Ｓｉ酸化膜１４１には、ｐ型Ｇｅ領域１３４に達する開口部１４１Ｐと、ｎ型Ｇｅ領域１３５に達する開口部１４１Ｎとが形成されている。開口部１４１Ｐを通じてｐ型Ｇｅ領域１３４にオーミック接触する金属膜１４３Ｐと、開口部１４１Ｎを通じてｎ型Ｇｅ領域１３５にオーミック接触する金属膜１４３ＮとがＳｉ酸化膜１４１上に形成されている。金属膜１４３Ｐ及び金属膜１４３Ｎは、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む。金属膜１４３Ｐは第１電極の一例であり、金属膜１４３Ｎは第２電極の一例である。

【0028】

ここで、半導体受光器１００の作用及び効果について説明する。図６は、第１実施形態に係る半導体受光器１００における導波光及び電界の分布を示す図である。なお、図６では、破線で示す電気力線が太い部分ほど電界が強いことを示す。

【0029】

半導体受光器１００は、Ｓｉ層１２０を光導波路としており、Ｓｉ層１２０を伝播してきた光がエバネッセント光結合によってＧｅ層１３０へと入射する。そして、Ｇｅ層１３０に入射した導波光１９１がＧｅ層１３０に吸収され、Ｇｅ層１３０内でフォトキャリアが発生する。また、ｎ型Ｇｅ領域１３５とｐ型Ｇｅ領域１３４との間に電界１９２が発生する。更に、Ｓｉ層１２０がｐ型Ｓｉ領域１２１、ｉ型Ｓｉ領域１２３及びｎ型Ｓｉ領域１２２を有するため、ｐ型Ｓｉ領域１２１とｎ型Ｓｉ領域１２２との間にも、ＰＩＮ構造のビルトインポテンシャルによりフォトキャリアの移動に寄与する電界１９３が発生する。従って、半導体受光器１００では、光吸収層として機能するＧｅ層１３０内のＰＩＮ構造による電界１９２に、Ｓｉ層１２０内のＰＩＮ構造による電界１９３が重畳される。このため、半導体受光器１００によれば、無効吸収を抑制しながら、導波光１９１の強度が高い領域に大きな電界強度を与えることができ、優れた受光感度及び動作速度を得ることができる。

【0030】

更に、本実施形態では、導波路領域１６１の光導波路内に強く閉じ込められていた導波光モードがモード変換部１６２により広げられ、Ｇｅ層１３０への結合性が向上する。従って、受光感度を向上させることが可能である。

【0031】

ここで、第１参考例及び第１実施形態に関するシミュレーションについて説明する。図７は、シミュレーションの対象の半導体受光器の構成を示す断面図である。図８は、第１参考例に関するシミュレーションでの不純物濃度の分布を等高線で示す図である。図９は、第１実施形態に関するシミュレーションでの不純物濃度の分布を等高線で示す図である。

【0032】

このシミュレーションの対象の半導体受光器１００Ｓは、Ｓｉ層１２０Ｓと、Ｓｉ層１２０Ｓ上のＧｅ層１３０Ｓとを有する。Ｓｉ層１２０Ｓの厚さは２００ｎｍであり、Ｇｅ層１３０Ｓの厚さは５００ｎｍである。Ｇｅ層１３０Ｓの上にＡｌ膜１４３ＰＳと、Ａｌ膜１４３ＮＳとが形成されている。Ｓｉ層１２０Ｓ、Ｇｅ層１３０Ｓ、Ａｌ膜１４３ＰＳ及びＡｌ膜１４３ＮＳはＳｉ酸化膜１４１Ｓにより覆われている。

【0033】

第１参考例に関するシミュレーションでは、図８に示すように、ｐ型Ｇｅ領域１３４に相当する部分にｐ型不純物が１×１０^２１ｃｍ^－３の濃度で含まれ、ｎ型Ｇｅ領域１３５に相当する部分にｎ型不純物が１×１０^２１ｃｍ^－３の濃度含まれていることとした。第１実施形態に関するシミュレーションでは、図９に示すように、図８に示す不純物に加えて、ｐ型Ｓｉ領域１２１に相当する部分にｐ型不純物が１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含まれ、ｎ型Ｓｉ領域１２２に相当する部分にｎ型不純物が１×１０^２０ｃｍ^－３の濃度で含まれていることとした。

【0034】

そして、Ａｌ膜１４３ＰＳとＡｌ膜１４３ＮＳとの間に１Ｖの電位差が外部から印加されたときの電界強度の分布を計算した。図１０は、第１参考例に関するシミュレーションでの電界強度の分布を等高線で示す図である。図１１は、第１実施形態に関するシミュレーションでの電界強度の分布を等高線で示す図である。

【0035】

図１０及び図１１に示すように、第１参考例に関するシミュレーションでは、Ｇｅ層１３０Ｓの上層部分において電界強度が高いが、Ｇｅ層１３０Ｓの下層部分では電界強度が極めて弱い。これに対し、第１実施形態に関するシミュレーションでは、Ｇｅ層１３０Ｓの上層部分において電界強度が高いだけでなく、電界強度が高い領域が下層部分にかけて広がっている。

【0036】

図１２は、Ｇｅ層１３０Ｓの下面から１００ｎｍ上方の領域における電界強度を示す図である。Ｇｅ層１３０Ｓの下面から１００ｎｍ上方の領域は、導波光の強度が高い領域に相当する。図１２には、図１０及び図１１中の破線１３９で示す領域における電界強度を示す。図１２中の横軸は、図１０及び図１１に示すＧｅ層１３０の水平軸方向の中心を基準とした水平軸方向の位置を示す。図１２に示すように、Ｇｅ層１３０Ｓの下面から１００ｎｍ上方の領域では、第１実施形態に関するシミュレーションにおける電界強度の最大値が、第１参考例に関するシミュレーションにおける電界強度の最大値の２倍程度であった。

【0037】

このシミュレーションの結果から、第１実施形態によれば、第１参考例と比較して、フォトキャリアの輸送速度が向上し、応答特性が向上することがわかる。また、図９に示すように、Ｇｅ層１３０Ｓの下面近傍には不純物が実質的に含まれないため、フリーキャリア吸収に起因する受光感度の低下も抑制される。

【0038】

次に、第１実施形態に係る半導体受光器１００の製造方法について説明する。図１３～図２７は、第１実施形態に係る半導体受光器１００の製造方法を示す上面図である。図２８～図４２は、第１実施形態に係る半導体受光器１００の製造方法を示す断面図である。

【0039】

まず、図１３及び図２８に示すように、ＳＯＩ基板１１０を準備し、Ｓｉ層１２０を加工する。例えば、Ｓｉ基板１１１の厚さは７００μｍ～８００μｍ、Ｓｉ酸化膜１１２の厚さは１．５μｍ～２．５μｍ、Ｓｉ層１２０の厚さは２００ｎｍ～３００ｎｍである。Ｓｉ層１２０は、電子線（electron beam：ＥＢ）リソグラフィ及び誘導結合型プラズマ（inductively coupled plasma：ＩＣＰ）ドライエッチングにより加工することができる。例えば、Ｓｉ層１２０は、導波路領域１６１では一方向に延びる直線状に加工し、モード変換部１６２では導波路領域１６１から光電変換部１６３に向かってテーパ状に広がる平面形状に加工し、光電変換部１６３では矩形の平面形状に加工する。例えば、光導入部１６０でのＳｉ層１２０の幅は、導波路領域１６１において４００ｎｍ～６００ｎｍであり、導波路領域１６１とモード変換部１６２との境界において４００ｎｍ～６００ｎｍであり、モード変換部１６２と光電変換部１６３との境界において８００ｎｍ～１１００ｎｍである。また、光電変換部１６３でのＳｉ層１２０の寸法は、光の進行方向で３０μｍ～４０μｍであり、光の進行方向に直交する方向（第１方向及び第２方向に平行な方向）で５μｍ～１５μｍである。図２８は、図１３中のXXVIII-XXVIII線に沿った断面図に相当する。

【0040】

次いで、図１４及び図２９に示すように、ｐ型Ｓｉ領域１２１を形成する予定の領域を開口する開口部１５１Ｐを備えたフォトレジストマスク１５１をＳＯＩ基板１１０上に形成する。フォトレジストマスク１５１はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。その後、ボロン等のｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１２０にｐ型Ｓｉ領域１２１を形成する。図２９は、図１４中のXXIX-XXIX線に沿った断面図に相当する。

【0041】

続いて、図１５及び図３０に示すように、フォトレジストマスク１５１を除去し、ｎ型Ｓｉ領域１２２を形成する予定の領域を開口する開口部１５２Ｎを備えたフォトレジストマスク１５２をＳＯＩ基板１１０上に形成する。フォトレジストマスク１５２はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。次いで、リン等のｎ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１２０にｎ型Ｓｉ領域１２２を形成する。光電変換部１６３内でのＳｉ層１２０の残部がｉ型Ｓｉ領域１２３である。図３０は、図１５中のXXX- XXX線に沿った断面図に相当する。

【0042】

その後、図１６及び図３１に示すように、フォトレジストマスク１５２を除去する。続いて、ＳＯＩ基板１１０上にＳｉ酸化膜１４１Ａを形成する。Ｓｉ酸化膜１４１Ａは、例えば化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法により形成することができ、Ｓｉ酸化膜１４１Ａの厚さは１５ｎｍ～２５ｎｍとする。その後、アニールを行うことにより、Ｓｉ層１２０に注入したｐ型不純物及びｎ型不純物を活性化させる。アニールは、例えば９００℃～１１００℃の温度、０．５分間～２分間の時間で行う。図３１は、図１６中のXXXI-XXXI線に沿った断面図に相当する。

【0043】

続いて、図１７及び図３２に示すように、Ｇｅ層１３０を形成する予定の領域を開口する開口部１５３Ｘを備えたフォトレジストマスク１５３をＳｉ酸化膜１４１Ａ上に形成する。フォトレジストマスク１５３はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。例えば、開口部１５３Ｘの全長は２５μｍ～３５μｍ、全幅は５μｍ～１０μｍとする。図３２は、図１７中のXXXII-XXXII線に沿った断面図に相当する。

【0044】

次いで、図１８及び図３３に示すように、Ｓｉ酸化膜１４１Ａのドライエッチングにより、Ｓｉ酸化膜１４１Ａに開口部１４２を形成する。その後、フォトレジストマスク１５３を除去する。図３３は、図１８中のXXXIII-XXXIII線に沿った断面図に相当する。

【0045】

続いて、図１９及び図３４に示すように、開口部１４２の内側でＳｉ層１２０上にＧｅ層１３０を形成する。Ｇｅ層１３０は、例えば減圧（low pressure：ＬＰ）ＣＶＤ法により形成することができ、その厚さは４００ｎｍ～６００ｎｍとする。例えばＧｅ層１３０はメサ状にヘテロエピタキシャル成長する。図３４は、図１９中のXXXIV-XXXIV線に沿った断面図に相当する。

【0046】

次いで、図２０及び図３５に示すように、ｐ型Ｇｅ領域１３４を形成する予定の領域を開口する開口部１５４Ｐを備えたフォトレジストマスク１５４をＳｉ酸化膜１４１Ａ及びＧｅ層１３０上に形成する。フォトレジストマスク１５４はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。その後、ボロン等のｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｇｅ層１３０にｐ型Ｇｅ領域１３４を形成する。図３５は、図２０中のXXXV-XXXV線に沿った断面図に相当する。

【0047】

続いて、図２１及び図３６に示すように、フォトレジストマスク１５４を除去し、ｎ型Ｇｅ領域１３５を形成する予定の領域を開口する開口部１５５Ｎを備えたフォトレジストマスク１５５をＳｉ酸化膜１４１Ａ及びＧｅ層１３０上に形成する。フォトレジストマスク１５５はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。次いで、リン等のｎ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｇｅ層１３０にｎ型Ｇｅ領域１３５を形成する。Ｇｅ層１３０の残部がｉ型Ｇｅ領域１３６である。図３６は、図２１中のXXXVI-XXXVI線に沿った断面図に相当する。

【0048】

その後、図２２及び図３７に示すように、フォトレジストマスク１５５を除去し、Ｓｉ酸化膜１４１Ａ上にＧｅ層１３０を覆うようにＳｉ酸化膜を、例えばＣＶＤ法により形成し、Ｓｉ酸化膜１４１Ａを含むＳｉ酸化膜１４１を形成する。続いて、アニールを行うことにより、Ｇｅ層１３０に注入したｐ型不純物及びｎ型不純物を活性化させる。アニールは、例えば５００℃～７００℃の温度、５秒間～１５秒間の時間で行う。図３７は、図２２中のXXXVII-XXXVII線に沿った断面図に相当する。

【0049】

次いで、図２３及び図３８に示すように、開口部１４１Ｐを形成する予定の領域を開口する開口部１５６Ｐと、開口部１４１Ｎを形成する予定の領域を開口する開口部１５６Ｎとを備えたフォトレジストマスク１５６をＳｉ酸化膜１４１上に形成する。フォトレジストマスク１５６はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。図３８は、図２３中のXXXVIII-XXXVIII線に沿った断面図に相当する。

【0050】

その後、図２４及び図３９に示すように、ｐ型Ｇｅ領域１３４に達する開口部１４１Ｐと、ｎ型Ｇｅ領域１３５に達する開口部１４１ＮとをＳｉ酸化膜１４１に形成する。開口部１４１Ｐ及び開口部１４１Ｎは、例えばドライエッチングにより形成することができる。続いて、フォトレジストマスク１５６を除去する。図３９は、図２４中のXXXIX-XXXIX線に沿った断面図に相当する。

【0051】

次いで、図２５及び図４０に示すように、開口部１４１Ｐ及び開口部１４１Ｎが埋まるようにしてＳｉ酸化膜１４１上に金属膜１４３を形成する。金属膜１４３としては、例えばアルミニウム膜をスパッタリング法により形成する。図４０は、図２５中のXL-XL線に沿った断面図に相当する。

【0052】

その後、図２６及び図４１に示すように、金属膜１４３Ｐを形成する予定の領域と、金属膜１４３Ｎを形成する予定の領域とを覆うフォトレジストマスク１５７を形成する。フォトレジストマスク１５７はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。図４１は、図２６中のXLI-XLI線に沿った断面図に相当する。

【0053】

次いで、図２７及び図４２に示すように、金属膜１４３のドライエッチングを行うことにより、金属膜１４３Ｐ及び金属膜１４３Ｎを形成する。その後、フォトレジストマスク１５７を除去する。図４２は、図２７中のXLII-XLII線に沿った断面図に相当する。

【0054】

このようにして第１実施形態に係る半導体受光器１００を製造することができる。

【0055】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主としてＳｉ層の構成の点で第１実施形態と相違する。図４３は、第２実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図４３は、図５と同様に、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0056】

図４３に示すように、第２実施形態に係る半導体受光器２００では、Ｓｉ層１２０が、ｐ型Ｓｉ領域１２１に代えてｐ型Ｓｉ領域２２１を有し、ｎ型Ｓｉ領域１２２に代えてｎ型Ｓｉ領域２２２を有する。ｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３の上面に形成されている。ｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２は、光導入部１６０から光電変換部１６３へと導波する光の進行方法に垂直な方向で互いに離れている。ｐ型Ｓｉ領域２２１とｎ型Ｓｉ領域２２２との間に、ｉ型Ｓｉ領域１２３の一部が挟まれている。ｐ型Ｓｉ領域２２１は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第１方向側にあり、ｎ型Ｓｉ領域２２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第２方向側にある。例えば、ｐ型Ｓｉ領域２２１はボロンを０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｎ型Ｓｉ領域２２２はリンを０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｐ型Ｓｉ領域２２１は第１領域の一例であり、ｎ型Ｓｉ領域２２２は第２領域の一例であり、ｉ型Ｓｉ領域１２３は第３領域の一例である。

【0057】

半導体受光器２００では、平面視で、ｐ型Ｓｉ領域２２１がｐ型Ｇｅ領域１３４から第１方向側に離れ、ｎ型Ｓｉ領域２２２がｎ型Ｇｅ領域１３５から第２方向側に離れている。例えば、ｐ型Ｓｉ領域２２１がＧｅ層１３０よりも第１方向側にあり、ｎ型Ｓｉ領域２２２がＧｅ層１３０よりも第２方向側にある。従って、ｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２はＧｅ層１３０により覆われていない。

【0058】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0059】

第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。また、導波光１９１がＳｉ層１２０内に分布している場合でも、ｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２が導波光１９１の強い領域から離れるため、ｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２でのフリーキャリア吸収を抑制しやすい。

【0060】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主としてＳｉ層の構成の点で第１実施形態等と相違する。図４４は、第３実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図４４は、図５と同様に、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0061】

図４４に示すように、第３実施形態に係る半導体受光器３００では、Ｓｉ層１２０が、ｐ型Ｓｉ領域１２１に代えてｐ型Ｓｉ領域３２１を有し、ｎ型Ｓｉ領域１２２に代えてｎ型Ｓｉ領域３２２を有する。ｐ型Ｓｉ領域３２１及びｎ型Ｓｉ領域３２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３の上面に形成されている。ｐ型Ｓｉ領域３２１及びｎ型Ｓｉ領域３２２は、光導入部１６０から光電変換部１６３へと導波する光の進行方法に垂直な方向で互いに離れている。ｐ型Ｓｉ領域３２１とｎ型Ｓｉ領域３２２との間に、ｉ型Ｓｉ領域１２３の一部が挟まれている。ｐ型Ｓｉ領域３２１は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第１方向側にあり、ｎ型Ｓｉ領域３２２は、ｉ型Ｓｉ領域１２３からみて第２方向側にある。例えば、ｐ型Ｓｉ領域３２１はボロンを０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｎ型Ｓｉ領域３２２はリンを０．５×１０^１９ｃｍ^－３～１．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｐ型Ｓｉ領域３２１は第１領域の一例であり、ｎ型Ｓｉ領域３２２は第２領域の一例であり、ｉ型Ｓｉ領域１２３は第３領域の一例である。

【0062】

半導体受光器３００では、平面視で、ｐ型Ｓｉ領域３２１がＧｅ層１３０の内側から外側にかけて配置され、ｎ型Ｓｉ領域３２２がＧｅ層１３０の内側から外側にかけて配置されている。ｐ型Ｓｉ領域３２１及びｎ型Ｓｉ領域３２２は、いずれも、Ｇｅ層１３０に覆われた部分と、覆われていない部分とを有する。第１方向及び第２方向に平行な方向で、ｐ型Ｓｉ領域３２１はｐ型Ｓｉ領域１２１よりも大きく形成されており、ｎ型Ｓｉ領域３２２はｎ型Ｓｉ領域１２２よりも大きく形成されている。

【0063】

平面視で、ｐ型Ｓｉ領域３２１の第２方向側の縁とｐ型Ｇｅ領域１３４の第２方向側の縁との間の距離が、第１実施形態におけるｐ型Ｓｉ領域１２１の第２方向側の縁とｐ型Ｇｅ領域１３４の第２方向側の縁との間の距離よりも大きい。平面視で、ｎ型Ｓｉ領域３２２の第１方向側の縁とｎ型Ｇｅ領域１３５の第１方向側の縁との間の距離が、第１実施形態におけるｎ型Ｓｉ領域１２２の第１方向側の縁とｎ型Ｇｅ領域１３５の第１方向側の縁との間の距離よりも大きい。

【0064】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0065】

第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第２実施形態と同様に、ｐ型Ｓｉ領域３２１及びｎ型Ｓｉ領域３２２でのフリーキャリア吸収を抑制しやすい。

【0066】

半導体受光器の用途に応じて、ｐ型Ｓｉ領域及びｎ型Ｓｉ領域による電界強度の向上と、ｐ型Ｓｉ領域及びｎ型Ｓｉ領域でのフリーキャリア吸収の抑制とを考慮してｐ型Ｓｉ領域及びｎ型Ｓｉ領域の配置を選択することが望ましい。

【0067】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は、主としてＳｉ層及びＧｅ層の構成の点で第２実施形態と相違する。図４５は、第４実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図４５は、図５と同様に、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0068】

図４５に示すように、第４実施形態に係る半導体受光器４００では、ｉ型Ｓｉ領域１２３のｐ型Ｓｉ領域２２１とｎ型Ｓｉ領域２２２との間の部分にリセス１２４が形成され、Ｇｅ層１３０に代えて、リセス１２４を埋めるようにしてＧｅ層４３０が形成されている。本実施形態では、平面視において、光導入部１６０の光導波層と光電変換部１６３の光吸収層とが同じ高さ水準に位置し、導波光が直接光吸収層に導かれる。つまり、半導体受光器４００はバットジョイント型構造を併用している。例えば、リセス１２４の深さは８０ｎｍ～１２０ｎｍである。Ｓｉ層１２０の厚さは、リセス１２４が形成された部分で、その周囲の部分よりも薄くなっている。

【0069】

他の構成は第２実施形態と同様である。

【0070】

第４実施形態によっても第２実施形態と同様の効果が得られる。また、第１方向及び第２方向に平行な方向において、Ｇｅ層４３０がｐ型Ｓｉ領域２２１とｎ型Ｓｉ領域２２２との間に位置する部分を含むため、導波光の強度が高い領域にｐ型Ｓｉ領域２２１及びｎ型Ｓｉ領域２２２から電界を印加しやすい。従って、動作速度をより向上することができる。

【0071】

次に、第４実施形態に係る半導体受光器４００の製造方法について説明する。図４６～図４７は、第４実施形態に係る半導体受光器４００の製造方法を示す断面図である。

【0072】

まず、第１実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜１４１Ａへの開口部１４２の形成までの処理を行う。次いで、フォトレジストマスク１５３を除去する（図３３参照）。なお、ｐ型Ｓｉ領域２２１は、フォトレジストマスク１５１の開口部１５１Ｐの位置及び形状を異ならせて形成することができ、ｎ型Ｓｉ領域２２２は、フォトレジストマスク１５２の開口部１５２Ｎの位置及び形状を異ならせて形成することができる。その後、図４６に示すように、Ｓｉ酸化膜１４１Ａをマスクとして、Ｓｉ層１２０をエッチングすることでリセス１２４を形成する。リセス１２４は、例えばＩＣＰドライエッチングにより形成することができる。

【0073】

続いて、図４７に示すように、リセス１２４を埋めるようにＳｉ層１２０上にＧｅ層４３０を形成する。Ｇｅ層４３０は、例えばＬＰＣＶＤ法により形成することができる。例えばＧｅ層４３０はリセス１２４からメサ状にヘテロエピタキシャル成長する。

【0074】

その後、第１実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜１４１の形成以降の処理を行う。

【0075】

このようにして、第４実施形態に係る半導体受光器４００を製造することができる。

【0076】

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、主としてＳｉ層及びＧｅ層の構成の点で第３実施形態と相違する。図４８は、第５実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図４８は、図５と同様に、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0077】

図４８に示すように、第５実施形態に係る半導体受光器５００では、ｉ型Ｓｉ領域１２３のｐ型Ｓｉ領域１２１とｎ型Ｓｉ領域１２２との間の部分と、ｐ型Ｓｉ領域１２１の第２方向側の一部と、ｎ型Ｓｉ領域１２２の第１方向側の一部とにリセス１２５が形成され、Ｇｅ層１３０に代えて、リセス１２５を埋めるようにしてＧｅ層５３０が形成されている。つまり、半導体受光器５００は、第４実施形態と同様に、バットジョイント型構造を併用している。例えば、リセス１２５の深さは８０ｎｍ～１２０ｎｍである。Ｓｉ層１２０の厚さは、リセス１２５が形成された部分で、その周囲の部分よりも薄くなっている。

【0078】

他の構成は第３実施形態と同様である。

【0079】

第５実施形態によっても第３実施形態と同様の効果が得られる。また、第１方向及び第２方向に平行な方向において、Ｇｅ層５３０がｐ型Ｓｉ領域３２１とｎ型Ｓｉ領域３２２との間に位置する部分を含むため、導波光の強度が高い領域にｐ型Ｓｉ領域３２１及びｎ型Ｓｉ領域３２２から電界を印加しやすい。従って、動作速度をより向上することができる。

【0080】

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、金属膜の構成の点で第３実施形態と相違する。図４９は、第６実施形態に係る半導体受光器の構成を示す断面図である。図４９は、図５と同様に、図３及び図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0081】

図４７に示すように、第６実施形態に係る半導体受光器６００では、Ｓｉ酸化膜１４１に、ｐ型Ｓｉ領域３２１に達する開口部６４１Ｐと、ｎ型Ｓｉ領域３２２に達する開口部６４１Ｎとが形成されている。開口部６４１Ｐを通じてｐ型Ｓｉ領域３２１にオーミック接触する金属膜６４３Ｐと、開口部６４１Ｎを通じてｎ型Ｓｉ領域３２２にオーミック接触する金属膜６４３ＮとがＳｉ酸化膜１４１上に形成されている。金属膜６４３Ｐ及び金属膜６４３Ｎは、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む。金属膜６４３Ｐは第３電極の一例であり、金属膜６４３Ｎは第４電極の一例である。

【0082】

半導体受光器６００は受信機に使用することができる。この受信機においては、金属膜６４３Ｐ及び金属膜６４３Ｎには、金属膜６４３Ｐに第１電圧を印加し、金属膜６４３Ｎに第１電圧よりも低い第２電圧を印加する回路６７０が接続される。回路６７０は、例えば、金属膜１４３Ｐと金属膜６４３Ｐとの間に接続された第１インダクタ６７１と、金属膜１４３Ｎと金属膜６４３Ｎとの間に接続された第２インダクタ６７２と、金属膜１４３Ｐと金属膜１４３Ｎとの間に接続された直流電源６７３とを有する。直流電源６７３の正極が金属膜１４３Ｐに接続され、負極が金属膜１４３Ｎに接続される。金属膜１４３Ｎが接地され、金属膜１４３Ｐに外部端子６７４が接続される。

【0083】

回路６７０においては、直流電源６７３から金属膜１４３Ｐと金属膜１４３Ｎとの間に印加される直流電圧（バイアス電圧）が、金属膜６４３Ｐと金属膜６４３Ｎとの間にも印加される。また、Ｇｅ層１３０層による光電変換で発生した変調信号に対応する高周波成分は、金属膜１４３Ｐと金属膜１４３Ｎとの間を流れ、この変調信号は外部端子６７４にて検出することができる。その一方で、第１インダクタ６７１及び第２インダクタ６７２が設けられているため、変調信号に対応する高周波成分は金属膜６４３Ｐと金属膜６４３Ｎとの間を流れない。従って、変調信号の経路はＳｉ層１２０とＧｅ層１３０との間のヘテロ接合界面を含まない。このため、本実施形態では、ヘテロ接合型ＰＤで生じるような応答特性の低下を回避することができる。その上で、本実施形態の構造では、ｐ型Ｓｉ領域３２１とｎ型Ｓｉ領域３２２との間の電界強度をより増強することができるため、動作速度をより向上させることができる。

【0084】

次に、第６実施形態に係る半導体受光器６００の製造方法について説明する。図５０～図５２は、第６実施形態に係る半導体受光器６００の製造方法を示す断面図である。

【0085】

まず、第１実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜１４１の形成までの処理を行う（図３７参照）。なお、ｐ型Ｓｉ領域３２１は、フォトレジストマスク１５１の開口部１５１Ｐの位置及び形状を異ならせて形成することができ、ｎ型Ｓｉ領域３２２は、フォトレジストマスク１５２の開口部１５２Ｎの位置及び形状を異ならせて形成することができる。次いで、図５０に示すように、開口部１４１Ｐを形成する予定の領域を開口する開口部１５６Ｐと、開口部１４１Ｎを形成する予定の領域を開口する開口部１５６Ｎと、開口部６４１Ｐを形成する予定の領域を開口する開口部６５６Ｐと、開口部６４１Ｎを形成する予定の領域を開口する開口部６５６Ｎとを備えたフォトレジストマスク６５６をＳｉ酸化膜１４１上に形成する。フォトレジストマスク６５６はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。

【0086】

その後、図５１に示すように、ｐ型Ｇｅ領域１３４に達する開口部１４１Ｐと、ｎ型Ｇｅ領域１３５に達する開口部１４１Ｎと、ｐ型Ｓｉ領域３２１に達する開口部６４１Ｐと、ｎ型Ｓｉ領域３２２に達する開口部６４１ＮとをＳｉ酸化膜１４１に形成する。開口部１４１Ｐ、開口部１４１Ｎ、開口部６４１Ｐ及び開口部６４１Ｎは、例えばドライエッチングにより形成することができる。続いて、フォトレジストマスク６５６を除去する。

【0087】

次いで、図５２に示すように、開口部１４１Ｐ、開口部１４１Ｎ、開口部６４１Ｐ及び開口部６４１Ｎが埋まるようにしてＳｉ酸化膜１４１上に金属膜１４３を形成する。金属膜１４３としては、例えばアルミニウム膜をスパッタリング法により形成する。その後、金属膜１４３Ｐを形成する予定の領域と、金属膜１４３Ｎを形成する予定の領域と、金属膜６４３Ｐを形成する予定の領域と、金属膜６４３Ｎを形成する予定の領域とを覆うフォトレジストマスク６５７を形成する。フォトレジストマスク６５７はフォトレジスト剤の塗布、露光及び現像により形成することができる。

【0088】

次いで、金属膜１４３のドライエッチングを行うことにより、金属膜１４３Ｐ、金属膜１４３Ｎ、金属膜６４３Ｐ及び金属膜６４３Ｎを形成する。その後、フォトレジストマスク６５７を除去する（図４９参照）。

【0089】

このようにして第６実施形態に係る半導体受光器６００を製造することができる。

【0090】

第１～第６実施形態に係る半導体受光器は、例えば、電気信号の処理を行う半導体装置と半導体受光器とをＳｉ基板上に集積した集積回路に好適であり、高速光通信を実現することができる。例えば、コンピュータの中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）とメモリとの間の高速光通信や、ＣＰＵ同士の間の高速光通信に好適である。特に、次世代の大容量光インターコネクト用途に有望である。また、長距離の大容量通信に用いられるコヒーレント通信用途にも有望である。

【0091】

なお、本開示において、第１、第２半導体層の材料はＳｉ及びＧｅに限定されず、例えば、第１半導体層としてＳｉ層を用い、第２半導体層としてＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘ層（０≦ｘ＜１）又はＧｅ_１－ｘＳｎ_ｘ層（０≦ｘ＜１）を用いることができる。

【0092】

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態は、半導体受光器を含む光集積素子の一例であるＳｉフォトニクスコヒーレント集積素子に関する。図５３は、第７実施形態に係るＳｉフォトニクスコヒーレント集積素子の構成を示すブロック図である。

【0093】

第７実施形態に係るＳｉフォトニクスコヒーレント集積素子７００は、図５３に示すように、局発光ＬＯが入力される入力部７１０と、受信する信号光ＳＩが入力される入力部７２０と、送信する信号光ＳＯが出力される出力部７３０とを有する。

【0094】

Ｓｉフォトニクスコヒーレント集積素子７００は、入力部７２０に接続された偏波分離素子７２１と、偏波分離素子７２１に接続された二つのミキサ７２３Ａ及び７２３Ｂと、偏波分離素子７２１とミキサとの間に接続された偏波回転素子７２２とを有する。Ｓｉフォトニクスコヒーレント集積素子７００は、更に、ミキサ７２３Ａが出力した光信号を電気信号に変換する受光器７２４Ａと、ミキサ７２３Ｂが出力した光信号を電気信号に変換する受光器７２４Ｂとを有する。受光器７２４Ａ及び７２４Ｂは、いずれも第１～第６実施形態のいずれかに係る半導体受光器と同様の構成の半導体受光器を複数含む。ミキサ７２３Ａ及び７２３Ｂには、入力部７１０に入力された局発光ＬＯも入力される。

【0095】

Ｓｉフォトニクスコヒーレント集積素子７００は、出力部７３０に接続された偏波多重素子７３１と、偏波多重素子７３１に接続されたシリコンＩＱ変調器７３３と、シリコンＩＱ変調器７３３から出力されたＱ信号の導波路に設けられた偏波回転素子７３２とを有する。シリコンＩＱ変調器７３３には、入力部７１０に入力された局発光ＬＯが入力される。

【0096】

第７実施形態に係る光伝送装置では、受光器７２４Ａ及び７２４Ｂに、第１～第６実施形態のいずれかに係る半導体受光器と同様の構成の半導体受光器が含まれるため、優れた受光感度を得ることができる。

【0097】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0098】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0099】

（付記１）
第１屈折率及び第１バンドギャップを備えた第１半導体層と、
第２屈折率及び第２バンドギャップを備え、前記第１半導体層上に形成された第２半導体層と、
第１電極と、
第２電極と、
を有し、
前記第２屈折率は、前記第１屈折率よりも大きく、
前記第２バンドギャップは、前記第１バンドギャップよりも小さく、
前記第１半導体層は、
ｐ型の第１領域と、
ｎ型の第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間の非導電性の第３領域と、
を有し、
前記第２半導体層は、
前記第１電極がオーミック接触するｐ型の第４領域と、
前記第２電極がオーミック接触するｎ型の第５領域と、
前記第４領域と前記第５領域との間の非導電性の第６領域と、
を有し、
前記第１領域は、前記第３領域からみて第１方向側にあり、
前記第２領域は、前記第３領域からみて前記第１方向とは反対側の第２方向側にあり、
前記第４領域は、前記第６領域からみて前記第１方向側にあり、
前記第５領域は、前記第６領域からみて前記第２方向側にあり、
平面視で、前記第３領域と前記第６領域とが重なることを特徴とする半導体受光器。
（付記２）
前記第４領域の厚さ及び前記第５領域の厚さは、前記第２半導体層の厚さの１／２以下であり、
前記第４領域及び前記第５領域は、厚さ方向で前記第１半導体層から離れていることを特徴とする付記１に記載の半導体受光器。
（付記３）
前記第１半導体層の前記第２半導体層と接する領域にリセスが形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体受光器。
（付記４）
平面視で、
前記第１領域の前記第２方向側の縁は、前記第４領域の前記第２方向側の縁よりも前記第１方向側にあり、
前記第２領域の前記第１方向側の縁は、前記第５領域の前記第１方向側の縁よりも前記第２方向側にあることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記５）
平面視で、
前記第１領域は、前記第４領域から前記第１方向側に離れ、
前記第２領域は、前記第５領域から前記第２方向側に離れていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記６）
前記第１半導体層がＳｉ層であり、
前記第２半導体層がＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記７）
前記第１半導体層がＳｉ層であり、
前記第２半導体層がＧｅ_１－ｘＳｎ_ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記８）
平面視で前記第１半導体層と前記第２半導体層とが重なり合う光電変換部と、
前記光電変換部に繋がる光導入部と、
を有し、
前記光導入部から前記光電変換部へと導波する光の進行方向は、前記第１方向及び前記第２方向に直交することを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記９）
前記第１領域にオーミック接触する第３電極と、
前記第２領域にオーミック接触する第４電極と、
を有することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の半導体受光器。
（付記１０）
付記９に記載の半導体受光器と、
前記第３電極に第１電圧を印加し、前記第４電極に前記第１電圧よりも低い第２電圧を印加する回路と、
を有することを特徴とする受信機。
（付記１１）
前記回路は、
前記第１電極と前記第３電極との間に接続された第１インダクタと、
前記第２電極と前記第４電極との間に接続された第２インダクタと、
前記第１電極と前記第２電極との間に接続された直流電源と、
を有することを特徴とする付記１０に記載の受信機。
（付記１２）
付記１乃至９のいずれか１項に記載の半導体受光器を有することを特徴とする光集積素子。

【符号の説明】

【0100】

１００、２００、３００、４００、５００、６００：半導体受光器
１２０：Ｓｉ層
１２１、２２１、３２１：ｐ型Ｓｉ領域
１２２、２２２、３２２：ｎ型Ｓｉ領域
１２３：ｉ型Ｓｉ領域
１３０：Ｇｅ層
１３４：ｐ型Ｇｅ領域
１３５：ｎ型Ｇｅ領域
１３６：ｉ型Ｇｅ領域
１４３Ｐ、１４３Ｎ：金属膜
１６０：光導入部
１６３：光電変換部
６７０：回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】