特許 7090479 光半導体素子及び光伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-16

(45)【発行日】2022-06-24

(54)【発明の名称】光半導体素子及び光伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/107 20060101AFI20220617BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018108966

(22)【出願日】2018-06-06

(65)【公開番号】P2019212820

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-03-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、国立研究開発法人新エネル ギー・産業技術総合開発機構、「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513065077

【氏名又は名称】技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

(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

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１４７３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４６４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５５７６０７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８２０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の屈折率及び第１の光吸収係数を備えた第１の半導体層と、
第２の屈折率及び第２の光吸収係数を備え、前記第１の半導体層上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、
前記第２の光吸収係数は、前記第１の光吸収係数より大きく、
前記第１の半導体層は、
ｐ型の第１の領域と、
ｎ型の第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域との間のｎ型の第３の領域と、
前記第１の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第４の領域と、
前記第２の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第５の領域と、
を有し、
前記第２の半導体層は、前記第１の領域、前記第４の領域及び前記第３の領域上に形成されていることを特徴とする光半導体素子。

【請求項2】

前記第２の領域は前記第３の領域よりも高濃度でｎ型不純物を含有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。

【請求項3】

前記第１の領域にオーミック接触する第１の金属膜と、
前記第２の領域にオーミック接触する第２の金属膜と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。

【請求項4】

前記第１の領域は、
前記第１の金属膜と接する第６の領域と、
前記第４の領域と接する第７の領域と、
を有し、
前記第６の領域は前記第７の領域よりも高濃度でｐ型不純物を含有することを特徴とする請求項３に記載の光半導体素子。

【請求項5】

前記第１の半導体層の前記第２の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乃至４のいずれか１項に記載の光半導体素子。

【請求項6】

平面視で前記第１の半導体層と前記第２の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モード変換部と、
を有し、
前記モード変換部内で、前記第１の半導体層は、前記光電変換部に近づくほど幅が広くなる平面形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体素子。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体素子を有することを特徴とする光伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体素子及び光伝送装置に関する。

【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。

【0003】

これまで、Ｓｉフォトニクスに関し、種々の光半導体素子が提案されているが、十分な光電変換効率を得ることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１４７３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示の目的は、光電変換効率を向上することができる光半導体素子及び光伝送装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

光半導体素子の一態様は、第１の屈折率及び第１の光吸収係数を備えた第１の半導体層と、第２の屈折率及び第２の光吸収係数を備え、前記第１の半導体層上に形成された第２の半導体層と、を有する。前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第２の光吸収係数は、前記第１の光吸収係数より大きい。前記第１の半導体層は、ｐ型の第１の領域と、ｎ型の第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間のｎ型の第３の領域と、前記第１の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第４の領域と、前記第２の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第５の領域と、を有する。前記第２の半導体層は、前記第１の領域、前記第４の領域及び前記第３の領域上に形成されている。

【0007】

光伝送装置の一態様は、上記の光半導体素子を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、光電変換効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】参考例に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【図2A】参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図2B】参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図2C】参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図2D】参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図2E】参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図3A】第１の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す上面図である。

【図3B】第１の実施形態に係る光半導体素子における半導体領域のレイアウトを示す図である。

【図3C】第１の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【図4A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その１）である。

【図4B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図5A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その２）である。

【図5B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図6A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その３）である。

【図6B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図7A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その４）である。

【図7B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図8A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その５）である。

【図8B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図9A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その６）である。

【図9B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その６）である。

【図10A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その７）である。

【図10B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その７）である。

【図11A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その８）である。

【図11B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その８）である。

【図12A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その９）である。

【図12B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その９）である。

【図13A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その１０）である。

【図13B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１０）である。

【図14A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その１１）である。

【図14B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１１）である。

【図15A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その１２）である。

【図15B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１２）である。

【図16A】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す上面図（その１３）である。

【図16B】第１の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１３）である。

【図17】第２の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【図18】第３の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【図19】第３の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図20】第３の実施形態に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図21】第４の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【図22】第５の実施形態に係る光伝送装置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】

【0010】

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（Ｅ／Ｏ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、かつＧｅに吸収されやすい。

【0011】

Ｅ／Ｏ変換の効率は受光部の性能を表す重要な指標である。ＰＩＮ型フォトダイオード（photo diode：ＰＤ）のようにキャリアの増倍作用を有さないＰＤにおいては、受光素子に入射する光子数に対して光電流を生み出すキャリアの生成数の比である量子効率によってＥ／Ｏ変換効率が決定される。これに対してアバランシェフォトダイオード（avalanche photo diode：ＡＰＤ）は、フォトキャリアの増倍作用を有し、実質的な受光感度を増大させることができるため、微弱な光信号の受信に好適な素子である。ＡＰＤにおける増幅の原理は、イオン化によるキャリアの増倍にある。空乏層内の光吸収によって発生したキャリアが、強い電界によって加速されて大きな運動量を持つと、結晶格子と衝突した際にイオン化によって新たな電子－正孔対（キャリア）を生み出す。生み出されたキャリアがさらに新しいキャリアを生み出すという連鎖反応により雪崩（アバランシュ）的にキャリア数が増幅されることで、変換効率が増幅される。

【0012】

ここで、ＡＰＤの動作を特徴づける重要な２つの指標であるブレークダウン電圧及びイオン化率比について説明する。ＰＮ接合に印加する逆方向電圧を増していくと、ある電圧を境にして、イオン化によるキャリア生成が急激に増加して逆方向電流が急増する。この電圧がブレークダウン電圧とよばれる。ブレークダウン電圧は、ＡＰＤの材料及び構造に依存するが、一般にＡＰＤのブレークダウン電圧はＰＩＮ型ＰＤの動作電圧に比べて数倍から数１０倍程度大きい。また、キャリア（電子又は正孔）が単位距離を走行するときに生成する電子－正孔対の数がイオン化率とよばれ、イオン化率は材料に依存する。イオン化率は電子と正孔とのそれぞれについて別個に定義され、この比はイオン化率比とよばれる。伝統的にイオン化率比ｋは、電子のイオン化率αに対する正孔のイオン化率βとして定義され、すなわちｋ＝β／αで表される。ＡＰＤの低雑音性の観点から、イオン化率αとイオン化率βとは大きく相違していることが望ましく、イオン化率比ｋは１から大きく離れていることが望ましい。これは、電子及び正孔は電界中で互いに逆方向の加速を受けるため、イオン化率α及びイオン化率βの差が小さい場合は、生成したキャリアが往復を繰り返すことになって過剰雑音が増大するからである。そして、Ｇｅのイオン化率比ｋが約２程度であるのに対し、Ｓｉのイオン化率比は、電界強度に依存するが、１／１０から１／５０程度であり、１から大きく離れている。従って、ＡＰＤにおいて雪崩増幅を起こさせる増倍層の材料としてはＧｅよりもＳｉの方が好ましい。

【0013】

また、低雑音性に関し、ＡＰＤの構造の一つとして過剰雑音の発生を避けることを目的として、光吸収層と増倍層とを分離したＳＡＣＭ（separated absorption charge and multiplication）構造がある。

【0014】

（参考例）
ここで、ＳｉフォトニクスにおいてＳＡＣＭ構造を採用したＡＰＤの参考例について説明する。図１は、参考例に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。

【0015】

参考例に係る光半導体素子９００は、シリコン（Ｓｉ）基板９１１、Ｓｉ酸化膜９１２及びＳｉ層９１３を含むＳＯＩ（silicon on insulator）基板９１０を有する。Ｓｉ層９１３はｎ型Ｓｉ領域９２６、及び平面視でｎ型Ｓｉ領域９２６を間に挟む２つのｎ^＋Ｓｉ領域９２２を含む。ｎ^＋Ｓｉ領域９２２はｎ型Ｓｉ領域９２６よりも高濃度でｎ型不純物を含有する。ｎ型Ｓｉ領域９２６上にｉ型Ｓｉ層９２５が形成され、ｉ型Ｓｉ層９２５の表面にｐ^－Ｓｉ領域９２３が形成されている。ｐ^－Ｓｉ領域９２３上にｉ型ゲルマニウム（Ｇｅ）層９３３が形成され、ｉ型Ｇｅ層９３３の表面にｐ^＋Ｇｅ領域９３４が形成されている。Ｓｉ層９１３、ｐ^－Ｓｉ領域９２３を含むｉ型Ｓｉ層９２５、及びｐ^＋Ｇｅ領域９３４を含むｉ型Ｇｅ層９３３の積層体を覆うようにＳｉ酸化膜９３１が形成されている。Ｓｉ酸化膜９３１には、ｎ^＋Ｓｉ領域９２２に達する開口部９３１Ｎ、及びｐ^＋Ｇｅ領域９３４に達する開口部９３１Ｐが形成されている。開口部９３１Ｎを通じてｎ^＋Ｓｉ領域９２２に接する金属膜９３４Ｎ、及び開口部９３１Ｐを通じてｐ^＋Ｇｅ領域９３４に接する金属膜９３４ＰがＳｉ酸化膜９３１上に形成されている。

【0016】

このように構成された光半導体素子９００は、ｐ^＋Ｇｅ領域９３４／ｉ型Ｇｅ層９３３／ｐ^－Ｓｉ領域９２３／ｉ型Ｓｉ層９２５／ｎ型Ｓｉ領域９２６の積層体を含む。この積層体に逆方向電圧を印加することで、ｉ型Ｇｅ層９３３で光吸収によって発生したキャリアのうち電子がｉ型Ｓｉ層９２５に導入され、ｉ型Ｓｉ層９２５の電界で加速されて増幅される。

【0017】

なお、ｉ型Ｇｅ層９３３への光の入射はＳｉ層９１３を介して行われる。すなわち、光半導体素子９００はＳｉ層９１３を光導波路としており、Ｓｉ層９１３を伝播してきた光がエバネッセント光結合によってｉ型Ｇｅ層９３３へと入射する。このとき、ｉ型Ｇｅ層９３３とＳｉ層９１３とは、ｉ型Ｓｉ層９２５及びｐ^－Ｓｉ領域９２３の厚さの分だけ離れており、この距離の分だけ損失が生じやすく、光電変換効率が低くなってしまう。このため、高い信号雑音強度比を得にくい。

【0018】

また、Ｓｉ層９１３からみてｉ型Ｇｅ層９３３の後方に金属膜９３４Ｐがあるため、ｉ型Ｇｅ層９３３で吸収しきれなかった光の一部が金属膜９３４Ｐに吸収されることがある。金属膜９３４Ｐによる光吸収は、光電変換に対して有効なフォトキャリアを生み出さない無効吸収であるため、受光感度及び光電変換効率が低くなってしまう。

【0019】

これらの理由から、この参考例では十分な光電変換効率を得ることができない。

【0020】

更に、光半導体素子９００には製造が困難という課題もある。ここで、光半導体素子９００の製造方法について説明する。図２Ａ～図２Ｅは、参考例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図である。

【0021】

先ず、図２Ａに示すように、ＳＯＩ基板９１０を準備し、Ｓｉ層９１３を所定のサイズに加工する。次いで、ｎ型不純物のドーピングを行うことでｎ型Ｓｉ領域９２６及びｎ^＋Ｓｉ領域９２２を形成する。

【0022】

次いで、図２Ｂに示すように、酸化膜マスク（図示せず）を用いて、ｎ型Ｓｉ領域９２６上にＳｉ結晶をホモエピタキシャル選択成長させることでｉ型Ｓｉ層９２５を形成する。その後、ｉ型Ｓｉ層９２５の表面にｐ型不純物のドーピングを行うことでｐ^－Ｓｉ領域９２３を形成する。その後、Ｓｉ層９１３及びｉ型Ｓｉ層９２５に注入されたドーパント、すなわちｎ型Ｓｉ領域９２６、ｎ^＋Ｓｉ領域９２２、ｐ^－Ｓｉ領域９２３に含まれるドーパントを電気的に活性化させるために高温の活性化アニール処理を行う。ｐ^－Ｓｉ領域９２３を含めたｉ型Ｓｉ層９２５の厚さは７００ｎｍ程度である。

【0023】

続いて、図２Ｃに示すように、別の酸化膜マスク（図示せず）を用いて、ｐ^－Ｓｉ領域９２３上にＧｅ結晶をヘテロエピタキシャル選択成長させることでｉ型Ｇｅ層９３３を形成する。次いで、ｉ型Ｇｅ層９３３の表面にｐ型不純物のドーピングを行うことでｐ^＋Ｇｅ領域９３４を形成する。更に、ｉ型Ｇｅ層９３３に注入されたドーパント、すなわちｐ^＋Ｇｅ領域９３４に含まれるドーパントの電気的活性化のために高温のアニール処理を行う。活性化アニールに必要な温度はＳｉ層とＧｅ層とで異なるため、アニール処理はそれぞれ別個に必要となる。ｐ^＋Ｇｅ領域９３４を含めたｉ型Ｇｅ層９３３の厚さは１μｍ程度である。

【0024】

その後、図２Ｄに示すように、Ｓｉ層９１３、ｐ^－Ｓｉ領域９２３を含むｉ型Ｓｉ層９２５、及びｐ^＋Ｇｅ領域９３４を含むｉ型Ｇｅ層９３３の積層体を覆うようにＳｉ酸化膜９３１を形成する。続いて、ｎ^＋Ｓｉ領域９２２に達する開口部９３１ＮをＳｉ酸化膜９３１に形成し、開口部９３１Ｎを通じてｎ^＋Ｓｉ領域９２２に接する金属膜９３４ＮをＳｉ酸化膜９３１上に形成する。

【0025】

次いで、図２Ｅに示すように、ｐ^＋Ｇｅ領域９３４に達する開口部９３１ＰをＳｉ酸化膜９３１に形成し、開口部９３１Ｐを通じてｐ^＋Ｇｅ領域９３４に接する金属膜９３４ＰをＳｉ酸化膜９３１上に形成する。

【0026】

理論的には、このようにして光半導体素子９００を製造することができる。

【0027】

ところが、Ｓｉフォトニクスには、Ｓｉ系ＣＭＯＳ（complementary metal-oxide-semiconductor）トランジスタ等の製造と同様の高精細のプロセス技術を採用できるという利点があるが、上記の製造方法には、このような高精細なプロセス技術をそのまま採用することができない。これは、ｉ型Ｓｉ層９２５及びｉ型Ｇｅ層９３３に伴う段差が大きいためである。一般に、高精細プロセス技術では、焦点深度の小さなステッパ等を用いた露光が行われるため、基板上に存在する段差が大きいほど、焦点がぼやけやすい。上記のように、ｐ^－Ｓｉ領域９２３を含めたｉ型Ｓｉ層９２５の厚さは７００ｎｍ程度であり、ｐ^＋Ｇｅ領域９３４を含めたｉ型Ｇｅ層９３３の厚さは１μｍ程度であり、これらに伴う段差は極めて大きい。従って、ｉ型Ｓｉ層９２５やｉ型Ｇｅ層９３３に伴う大きな段差が基板上に存在する状態で露光が行われるため、焦点がぼやけてしまう。また、高精細プロセスに用いられるフォトレジストは粘性が低いために高段差を覆い切れないという問題も発生する。このため、光半導体素子９００を高精細に製造することは極めて困難である。

【0028】

一般に、動作速度の観点からＡＰＤの素子容量は小さいことが好ましい。ＡＰＤの素子容量は主として空乏層（ｉ型半導体層）の形状に依存し、空乏層の厚さに反比例し、断面積に比例する。光半導体素子９００では、ｉ型Ｇｅ層９３３が空乏層に相当し、ＳＯＩ基板９１０の厚さ方向でｉ型Ｇｅ層９３３がｐ^＋Ｇｅ領域９３４とｎ型Ｓｉ領域９２６とに挟まれているため、素子容量はｉ型Ｇｅ層９３３がＳＯＩ基板９１０の厚さ方向で厚いほど小さくなる。従って、素子容量の低減のためにはｉ型Ｇｅ層９３３は厚いことが好ましい。更に、ｉ型Ｇｅ層９３３には、ｐ^＋Ｇｅ領域９３４のための厚さも必要とされる。これらの理由から、ｐ^＋Ｇｅ領域９３４を含めたｉ型Ｇｅ層９３３の厚さは１μｍ程度である。また、ｉ型Ｓｉ層９２５には倍増作用のための厚さが必要とされ、ｐ^－Ｓｉ領域９２３を含めたｉ型Ｓｉ層９２５の厚さは７００ｎｍ程度である。

【0029】

また、オーミック接触のために、ｐ型不純物のドーピングによりｐ^＋Ｇｅ領域９３４を形成するが、厚さ方向で適切な不純物プロファイルが得られる条件でＧｅ層のドーピングと活性化アニールを含む熱履歴とを制御することは容易ではない。Ｇｅ層のドーパント活性化に必要な温度はＳｉ層に比べ低いため、酸化膜の形成や電極の形成といった工程で受ける熱履歴の影響も考慮する必要がある。よって、酸化膜や電極の形成に使用できる装置等にも制約が生じることになる。例えば、活性化アニール及び熱履歴の影響によりｐ型不純物がｉ型Ｇｅ層９３３に深く拡散したのでは、ｉ型Ｇｅ層９３３による光吸収に影響が及んでしまう。

【0030】

このように、参考例に係る光半導体素子９００には、特性及び製造プロセスに関して改良の余地がある。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。

【0031】

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ＡＰＤを含む光半導体素子に関する。図３Ａは、第１の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す上面図である。図３Ｂは、第１の実施形態に係る光半導体素子における半導体領域のレイアウトを示す図である。図３Ｃは、第１の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂ中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

【0032】

図３Ａ～図３Ｃに示すように、第１の実施形態に係る光半導体素子１００は、Ｓｉ基板１１１、Ｓｉ酸化膜１１２及びＳｉ層１１３を含むＳＯＩ基板１１０を有する。光半導体素子１００は、導波路領域１４１、モード変換部１４２及び光電変換部１４３を含む。導波路領域１４１では、Ｓｉ層１１３が光導波路の形状に加工されている。モード変換部１４２では、Ｓｉ層１１３が光モード変換器の形状に加工されている。

【0033】

光電変換部１４３において、例えば、Ｓｉ層１１３は矩形の平面形状に加工されている。Ｓｉ層１１３は、光電変換部１４３への光の入射方向に垂直な方向に順に並ぶ、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ、ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ、ｉ型Ｓｉ領域１２４、ｐ^－Ｓｉ領域１２３、ｉ型Ｓｉ領域１２５及びｎ^＋Ｓｉ領域１２２を含む。ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂはｐ型領域１２１に含まれる。ｐ^－Ｓｉ領域１２３はｐ型領域１２１とｎ^＋Ｓｉ領域１２２との間にあり、ｉ型Ｓｉ領域１２４はｐ型領域１２１とｐ^－Ｓｉ領域１２３との間にあり、ｉ型Ｓｉ領域１２５はｎ^＋Ｓｉ領域１２２とｐ^－Ｓｉ領域１２３との間にある。例えば、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａはボロン（Ｂ）を１．５×１０^１９ｃｍ^－３～２．５×１０^１９ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｐ^－Ｓｉ領域１２１ＢはＢを１．５×１０^１８ｃｍ^－３～２．５×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｐ^－Ｓｉ領域１２３はＢを０．５×１０^１８ｃｍ^－３～１．５×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含有する。例えば、ｎ^＋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。ｐ型領域１２１は第１の領域の一例である。ｎ^＋Ｓｉ領域１２２は第２の領域の一例である。ｐ^－Ｓｉ領域１２３は第３の領域の一例である。ｉ型Ｓｉ領域１２４は第４の領域の一例である。ｉ型Ｓｉ領域１２５は第５の領域の一例である。ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａはｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂよりも高濃度でｐ型不純物を含有し、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａは第６の領域の一例であり、ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂは第７の領域の一例である。

【0034】

ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ、ｉ型Ｓｉ領域１２４及びｐ^－Ｓｉ領域１２３上にｉ型Ｇｅ層１３３が形成されている。ｉ型Ｇｅ層１３３の屈折率及び光吸収係数は、Ｓｉ層１１３の屈折率及び光吸収係数よりも大きい。

【0035】

なお、ｉ型の半導体層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型の半導体層が僅かな不純物、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。

【0036】

Ｓｉ層１１３及びｉ型Ｇｅ層１３３の積層体を覆うようにＳｉ酸化膜１３１が形成されている。Ｓｉ酸化膜１３１には、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａに達する開口部１３１Ｐ、及びｎ^＋Ｓｉ領域１２２に達する開口部１３１Ｎが形成されている。開口部１３１Ｐを通じてｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａにオーミック接触する金属膜１３４Ｐ、及び開口部１３１Ｎを通じてｎ^＋Ｓｉ領域１２２にオーミック接触する金属膜１３４ＮがＳｉ酸化膜１３１上に形成されている。金属膜１３４Ｐ及び金属膜１３４Ｎは、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む。

【0037】

このように構成された光半導体素子１００は、電気的に金属膜１３４Ｐと金属膜１３４Ｎとの間に直列に並んだｐ型領域１２１（ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ）、ｉ型Ｓｉ領域１２４、ｐ^－Ｓｉ領域１２３、ｉ型Ｓｉ領域１２５並びにｎ^＋Ｓｉ領域１２２のＡＰＤのＳＡＣＭ構造を含む。このＡＰＤの構造に逆方向電圧を印加することで、ｉ型Ｇｅ層１３３で光吸収によって発生したキャリアのうち電子がｉ型Ｓｉ領域１２５に導入され、ｉ型Ｓｉ領域１２５の電界で加速されて増幅される。つまり、ｉ型Ｇｅ層１３３が光吸収層として機能し、ｉ型Ｓｉ領域１２５が増倍層として機能する。

【0038】

このとき、ｉ型Ｇｅ層１３３がＳｉ層１１３と接しているため、Ｓｉ層１１３からｉ型Ｇｅ層１３３に光が伝播するに際して損失は小さく、モード結合性に優れ、高い受光感度が得られる。また、ｉ型Ｇｅ層１３３に金属膜を接触させる必要がないため、光半導体素子９００のような金属膜による入射光の無効吸収を避け、無効吸収に伴う受光感度の低下を抑制することができる。

【0039】

また、本実施形態では、ＡＰＤの素子容量に関し、ｉ型Ｇｅ層１３３が空乏層に相当し、ｉ型Ｇｅ層１３３はＳＯＩ基板１１０の表面に平行な方向でｐ型領域１２１とｎ^＋Ｓｉ領域１２２とに挟まれている。上述のように、ＡＰＤの素子容量は空乏層の厚さに反比例し、断面積に比例する。従って、本実施形態では、ｉ型Ｇｅ層１３３がＳＯＩ基板１１０の厚さ方向で薄いほど断面積が小さく、素子容量が小さくなる。また、素子容量はｉ型Ｇｅ層１３３のＳＯＩ基板１１０の表面に平行な方向の寸法が大きいほど小さくなる。このため、動作速度の観点から、ｉ型Ｇｅ層１３３は薄いことが好ましく、本実施形態の構造は高精細なプロセス技術に適している。

【0040】

更に、本実施形態では、モード変換部１４２により導波路領域１４１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広げられ、ｉ型Ｇｅ層１３３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。

【0041】

更に、以下に説明するように、製造プロセスに関しても光半導体素子９００に比べて優れている。図４Ａ～図１６Ａは、第１の実施形態に係る光半導体素子１００の製造方法を示す上面図であり、図４Ｂ～図１６Ｂは、第１の実施形態に係る光半導体素子１００の製造方法を示す断面図である。図４Ｂ～図１６Ｂは、それぞれ図４Ａ～図１６Ａ中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

【0042】

先ず、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＳＯＩ基板１１０を準備し、Ｓｉ層１１３を加工する。例えば、Ｓｉ基板１１１の厚さは４００μｍ～６００μｍ、Ｓｉ酸化膜１１２の厚さは１．５μｍ～２．５μｍ、Ｓｉ層１１３の厚さは２００ｎｍ～３００ｎｍである。Ｓｉ層１１３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１１３は、導波路領域１４１では一方向に延びる直線状に加工し、モード変換部１４２では導波路領域１４１から光電変換部１４３に向かって広がる平面形状に加工し、光電変換部１４３では矩形の平面形状に加工する。

【0043】

次いで、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂを形成する予定の領域を開口する開口部１５２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、ｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１１３にｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂを形成する。

【0044】

続いて、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、フォトレジストマスク１５１を除去し、ｐ^－Ｓｉ領域１２３を形成する予定の領域を開口する開口部１５４を備えたフォトレジストマスク１５３をＳＯＩ基板１１０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。次いで、ｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１１３にｐ^－Ｓｉ領域１２３を形成する。

【0045】

その後、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、フォトレジストマスク１５３を除去する。続いて、ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂの形成や、ｐ^－Ｓｉ領域１２３の形成と同様の要領で、フォトレジストマスクの形成、イオン注入及びフォトレジストマスクの除去を２回行い、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｎ^＋Ｓｉ領域１２２を形成する。Ｓｉ層１１３のうち、ｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂとｐ^－Ｓｉ領域１２３との間がｉ型Ｓｉ領域１２４であり、ｐ^－Ｓｉ領域１２３とｎ^＋Ｓｉ領域１２２との間がｉ型Ｓｉ領域１２５である。

【0046】

次いで、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ＳＯＩ基板１１０上にＳｉ酸化膜１３１Ａを形成する。Ｓｉ酸化膜１３１Ａ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１３１Ａ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１１３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。

【0047】

その後、同じく図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ｉ型Ｇｅ層１３３を形成する予定の領域を開口する開口部１５６を備えたフォトレジストマスク１５５をＳｉ酸化膜１３１Ａ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。例えば、開口部１５６の全長は２５μｍ～３５μｍ、全幅は１．５μｍ～２．５μｍとする。

【0048】

続いて、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、Ｓｉ酸化膜１３１Ａのドライエッチングにより、Ｓｉ酸化膜１３１Ａに開口部１３２を形成する。次いで、フォトレジストマスク１５５を除去する。

【0049】

その後、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、開口部１３２の内側でＳｉ層１１３上にｉ型Ｇｅ層１３３を形成する。ｉ型Ｇｅ層１３３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１５０ｎｍ～２５０ｎｍとする。例えばｉ型Ｇｅ層１３３はメサ状にヘテロエピタキシャル成長する。

【0050】

次いで、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、Ｓｉ酸化膜１３１Ａ上にｉ型Ｇｅ層１３３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１３１Ａを含むＳｉ酸化膜１３１を形成する。

【0051】

その後、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、開口部１３１Ｐを形成する予定の領域を開口する開口部１５８Ｐ、及び開口部１３１Ｎを形成する予定の領域を開口する開口部１５８Ｎを備えたフォトレジストマスク１５７をＳｉ酸化膜１３１上に形成する。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。ｉ型Ｇｅ層１３３の厚さが１５０ｎｍ～２５０ｎｍであるため、高精度で露光を行うことができる。

【0052】

続いて、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａに達する開口部１３１Ｐ、及びｎ^＋Ｓｉ領域１２２に達する開口部１３１ＮをＳｉ酸化膜１３１に形成する。開口部１３１Ｐ及び開口部１３１Ｎ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。次いで、フォトレジストマスク１５７を除去する。

【0053】

その後、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、開口部１３１Ｐ及び開口部１３１Ｎが埋まるようにしてＳｉ酸化膜１３１上に金属膜１３４を形成する。金属膜１３４としては、例えばＡｌ膜をスパッタリング法により形成する。

【0054】

続いて、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、金属膜１３４Ｐを形成する予定の領域、及び金属膜１３４Ｎを形成する予定の領域を覆うフォトレジストマスク１５９を形成する。フォトレジストマスク１５９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。

【0055】

次いで、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、金属膜１３４のドライエッチングを行うことにより、金属膜１３４Ｐ及び金属膜１３４Ｎを形成する。その後、フォトレジストマスク１５９を除去する。

【0056】

このようにして第１の実施形態に係る光半導体素子１００を製造することができる。

【0057】

この方法では、段差が小さいために、低粘度で薄いフォトレジスト剤を用いて全面を覆うことが可能であり、高精細の加工が可能となる。フォトレジスト剤の露光を行う際に焦点をぼやけさせる程の大きさの段差が生じないため、終始、高精細で露光を行うことができる。また、金属膜１３４Ｐがオーミック接触する対象がＳｉ層であるため、厚さ方向で適切な不純物プロファイルを得やすい。更に、仮に、金属膜１３４Ｐがオーミック接触するｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａを形成するためのイオン注入が過剰になったとしても、その下方に光吸収層が存在しないため、光吸収への影響は極めて小さい。

【0058】

また、参考例の光半導体素子９００の製造方法と比較して、ｉ型Ｓｉ層９２５の形成に相当する工程やＧｅ層へのメタルコンタクト形成が不要となり、工数を削減することができる。

【0059】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ＡＰＤを含む光半導体素子に関する。図１７は、第２の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図１７は、第１の実施形態に関する図３Ａ及び図３Ｂ中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

【0060】

図１７に示すように、第２の実施形態に係る光半導体素子２００では、光半導体素子１００中のｐ^－Ｓｉ領域１２３に代えてｎ^－Ｓｉ領域２２３が設けられている。例えば、ｎ^－Ｓｉ領域２２３はＰを０．５×１０^１８ｃｍ^－３～１．５×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｎ^＋Ｓｉ領域１２２はｎ^－Ｓｉ領域２２３よりも高濃度でｎ型不純物を含有し、ｎ^－Ｓｉ領域２２３は第３の領域の一例である。他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0061】

このように構成された光半導体素子２００は、電気的に金属膜１３４Ｐと金属膜１３４Ｎとの間に直列に並んだｐ型領域１２１（ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ）、ｉ型Ｓｉ領域１２４、ｎ^－Ｓｉ領域２２３、ｉ型Ｓｉ領域１２５並びにｎ^＋Ｓｉ領域１２２のＡＰＤの構造を含む。このＡＰＤの構造に逆方向電圧を印加することで、ｉ型Ｇｅ層１３３で光吸収によって発生したキャリアのうち電子がｉ型Ｓｉ領域１２５に導入され、ｉ型Ｓｉ領域１２５の電界で加速されて増幅される。つまり、ｉ型Ｇｅ層１３３が光吸収層として機能し、ｉ型Ｓｉ領域１２５が増倍層として機能する。

【0062】

そして、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較してｉ型Ｇｅ層１３３に強く電界が印加されやすいため、高速特性の点で好ましい。その一方で、第１の実施形態では、増倍層として機能するｉ型Ｓｉ領域１２５に強く電界が印加されやすいため、増倍率の点で好ましい。

【0063】

ここで、第２の実施形態に係る光半導体素子２００の製造方法について説明する。光半導体素子２００の製造方法では、先ず、第１の実施形態と同様にして、開口部１５４を備えたフォトレジストマスク１５３の形成までの処理を行う（図６Ａ及び図６Ｂ）。次いで、ｎ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１１３にｎ^－Ｓｉ領域２２３を形成する。その後、第１の実施形態と同様にして、フォトレジストマスク１５３の除去以降の処理を行う。このようにして、第２の実施形態に係る光半導体素子２００を製造することができる。

【0064】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、ＡＰＤを含む光半導体素子に関する。図１８は、第３の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図１８は、第１の実施形態に関する図３Ａ及び図３Ｂ中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

【0065】

図１８に示すように、第３の実施形態に係る光半導体素子３００では、Ｓｉ層１１３のｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ、ｉ型Ｓｉ領域１２４及びｐ^－Ｓｉ領域１２３にリセス３１３が形成され、ｉ型Ｇｅ層１３３に代えて、リセス３１３を埋めるようにしてｉ型Ｇｅ層３３３が形成されている。つまり、光半導体素子３００はバットジョイント型構造を採用している。例えば、リセス３１３の深さは８０ｎｍ～１２０ｎｍである。他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0066】

このように構成された光半導体素子３００は、電気的に金属膜１３４Ｐと金属膜１３４Ｎとの間に直列に並んだｐ型領域１２１（ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ）、ｉ型Ｓｉ領域１２４、ｐ^－Ｓｉ領域１２３、ｉ型Ｓｉ領域１２５並びにｎ^＋Ｓｉ領域１２２のＡＰＤの構造を含む。このＡＰＤの構造に逆方向電圧を印加することで、ｉ型Ｇｅ層３３３で光吸収によって発生したキャリアのうち電子がｉ型Ｓｉ領域１２５に導入され、ｉ型Ｓｉ領域１２５の電界で加速されて増幅される。つまり、ｉ型Ｇｅ層３３３が光吸収層として機能し、ｉ型Ｓｉ領域１２５が増倍層として機能する。

【0067】

そして、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３の実施形態によれば、より高効率でｉ型Ｇｅ層３３３に電界を印加することができる。更に、Ｓｉ層１１３の上面を基準としたｉ型Ｇｅ層３３３の上面の高さが、ｉ型Ｇｅ層１３３の上面の高さよりも低いため、露光の精度をより高めることができる。

【0068】

ここで、第３の実施形態に係る光半導体素子３００の製造方法について説明する。図１９～図２０は、第３の実施形態に係る光半導体素子３００の製造方法を示す断面図である。

【0069】

先ず、第１の実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜１３１Ａへの開口部１３２の形成までの処理を行う。次いで、フォトレジストマスク１５５を除去する（図９Ａ及び図９Ｂ）。その後、Ｓｉ酸化膜１３１Ａをマスクとして、Ｓｉ層１１３をエッチングすることでリセス３１３を形成する。リセス３１３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。

【0070】

続いて、図２０に示すように、リセス３１３を埋めるようにＳｉ層１１３上にｉ型Ｇｅ層３３３を形成する。ｉ型Ｇｅ層３３３は、例えばＬＰＣＶＤ法により形成することができ、その厚さは１５０ｎｍ～２５０ｎｍとする。例えばｉ型Ｇｅ層３３３はリセス３１３からメサ状にヘテロエピタキシャル成長する。

【0071】

その後、第１の実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜１３１の形成以降の処理を行う。このようにして、第３の実施形態に係る光半導体素子３００を製造することができる。

【0072】

第３の実施形態の製造方法では、第１の実施形態と比較するとリセス３１３の形成に伴う処理の分だけ工数が増加する。ただし、光半導体素子３００の外部に、光ファイバへの光入出力に使われるグレイティングカプラ等のＳｉ層１１３へのリセスの形成が必要な光部品が搭載される場合には、マスクレイアウトの変更等により工数の増加を回避することができる。

【0073】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、ＡＰＤを含む光半導体素子に関する。図２１は、第４の実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図２１は、第１の実施形態に関する図３Ａ及び図３Ｂ中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。

【0074】

図２１に示すように、第４の実施形態に係る光半導体素子４００では、光半導体素子３００中のｐ^－Ｓｉ領域１２３に代えてｎ^－Ｓｉ領域２２３が設けられている。例えば、ｎ^－Ｓｉ領域２２３はＰを０．５×１０^１８ｃｍ^－３～１．５×１０^１８ｃｍ^－３の濃度で含有する。ｎ^－Ｓｉ領域２２３は第３の領域の一例である。他の構成は第３の実施形態と同様である。

【0075】

このように構成された光半導体素子３００は、電気的に金属膜１３４Ｐと金属膜１３４Ｎとの間に直列に並んだｐ型領域１２１（ｐ^＋Ｓｉ領域１２１Ａ及びｐ^－Ｓｉ領域１２１Ｂ）、ｉ型Ｓｉ領域１２４、ｎ^－Ｓｉ領域２２３、ｉ型Ｓｉ領域１２５並びにｎ^＋Ｓｉ領域１２２のＡＰＤの構造を含む。このＡＰＤの構造に逆方向電圧を印加することで、ｉ型Ｇｅ層３３３で光吸収によって発生したキャリアのうち電子がｉ型Ｓｉ領域１２５に導入され、ｉ型Ｓｉ領域１２５の電界で加速されて増幅される。つまり、ｉ型Ｇｅ層３３３が光吸収層として機能し、ｉ型Ｓｉ領域１２５が増倍層として機能する。

【0076】

そして、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、第４の実施形態によれば、第３の実施形態と比較してｉ型Ｇｅ層３３３に強く電界が印加されやすいため、高速特性の点で好ましい。その一方で、第３の実施形態では、増倍層として機能するｉ型Ｓｉ領域１２５に強く電界が印加されやすいため、増倍率の点で好ましい。

【0077】

ここで、第４の実施形態に係る光半導体素子４００の製造方法について説明する。光半導体素子４００の製造方法では、先ず、第３の実施形態と同様にして、開口部１５４を備えたフォトレジストマスク１５３の形成までの処理を行う（図６Ａ及び図６Ｂ）。次いで、ｎ型不純物のイオン注入を行うことにより、Ｓｉ層１１３にｎ^－Ｓｉ領域２２３を形成する。その後、第３の実施形態と同様にして、フォトレジストマスク１５３の除去以降の処理を行う。このようにして、第４の実施形態に係る光半導体素子４００を製造することができる。

【0078】

第１～第４の実施形態に係る光半導体素子は、例えば、電気信号の処理を行う半導体装置と光半導体素子とを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。

【0079】

なお、第１、第２の半導体層の材料はＳｉ及びＧｅに限定されず、例えば、第１の半導体層としてＳｉ層を用い、第２の半導体層として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。

【0080】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、光半導体素子を含む光伝送装置に関する。図２２は、第５の実施形態に係る光伝送装置の構成を示すブロック図である。

【0081】

図２２に示すように、光伝送装置５００は、制御回路５０１、受光器５０２及び発光器５０３を含む。受光器５０２は第１～第４の実施形態のいずれかに係る光半導体素子を含んでおり、光導波路を通じて光信号ＯＳ１を入力し、電気信号ＥＳ１に変換して出力する。発光器５０３は電気信号ＥＳ２を入力し、光信号ＯＳ２に変換して出力する。制御回路５０１は受光器５０２及び発光器５０３を制御する。制御回路５０１はバンプ等を介して受光器５０２及び／又は発光器５０３上にフリップチップ実装されていてもよく、ボンディングワイヤ等を介して受光器５０２及び発光器５０３に接続されていてもよい。

【0082】

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0083】

（付記１）
第１の屈折率及び第１の光吸収係数を備えた第１の半導体層と、
第２の屈折率及び第２の光吸収係数を備え、前記第１の半導体層上に形成された第２の半導体層と、
を有し、
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、
前記第２の光吸収係数は、前記第１の光吸収係数より大きく、
前記第１の半導体層は、
ｐ型の第１の領域と、
ｎ型の第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域との間のｐ型又はｎ型の第３の領域と、
前記第１の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第４の領域と、
前記第２の領域と前記第３の領域との間のｉ型の第５の領域と、
を有し、
前記第２の半導体層は、前記第１の領域、前記第４の領域及び前記第３の領域上に形成されていることを特徴とする光半導体素子。
（付記２）
前記第１の領域にオーミック接触する第１の金属膜と、
前記第２の領域にオーミック接触する第２の金属膜と、
を有することを特徴とする付記１に記載の光半導体素子。
（付記３）
前記第１の領域は、
前記第１の金属膜と接する第６の領域と、
前記第４の領域と接する第７の領域と、
を有し、
前記第６の領域は前記第７の領域よりも高濃度でｐ型不純物を含有することを特徴とする付記２に記載の光半導体素子。
（付記４）
前記第３の領域がｎ型であり、
前記第２の領域は前記第３の領域よりも高濃度でｎ型不純物を含有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記５）
前記第１の半導体層の前記第２の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乃至４のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記６）
平面視で前記第１の半導体層と前記第２の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モード変換部と、
を有し、
前記モード変換部内で、前記第１の半導体層は、前記光電変換部に近づくほど幅が広くなる平面形状を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記７）
前記第１の半導体層がＳｉ層であり、
前記第２の半導体層がＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記８）
前記第１の半導体層がＳｉ層であり、
前記第２の半導体層がＧｅ_１－ｘＳｎ_ｘ層（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記９）
付記１乃至８のいずれか１項に記載の光半導体素子を有することを特徴とする光伝送装置。

【符号の説明】

【0084】

１００、２００、３００、４００：光半導体素子
１１３：Ｓｉ層
１２１：ｐ型領域
１２１Ａ：ｐ^＋Ｓｉ領域
１２１Ｂ：ｐ^－Ｓｉ領域
１２２：ｎ^＋Ｓｉ領域
１２３：ｐ^－Ｓｉ領域
１２４、１２５：ｉ型Ｓｉ領域
１３３：ｉ型Ｇｅ層
１３４Ｐ、１３４Ｎ：金属膜
１４１：導波路領域
１４２：モード変換部
１４３：光電変換部
２２３：ｎ^－Ｓｉ領域
３１３：リセス
３３３：ｉ型Ｇｅ層
５００：光伝送装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】