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(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】2023-09-11
(45)【発行日】2023-09-20
(54)【発明の名称】光半導体素子及び光半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20230912BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20230912BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 A
H01L31/02 C
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019082207
(22)【出願日】2019-04-23
(65)【公開番号】P2020181850
(43)【公開日】2020-11-05
【審査請求日】2022-01-11
(73)【特許権者】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】100107515
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 浩一
(72)【発明者】
【氏名】安岡 奈美
【審査官】原 俊文
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００３５９４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１５７０３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２８９７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７４１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２９１９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４３８００（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９２７８５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０３９２
Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１１９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を吸収し、電荷を生じさせる第１の半導体層を備えた受光部と、前記第１の半導体層を加熱する加熱部と、
前記加熱部が発した熱により暗電流が変化する第２の半導体層を備えたモニタ部と、
前記受光部、前記加熱部及び前記モニタ部に共通の電極と、
を有し、
前記受光部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第１の半導体領域を有し、
前記加熱部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第２の半導体領域を有し、
前記モニタ部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第３の半導体領域を有し、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に第２導電型の第４の半導体領域を有し、
前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に第２導電型の第５の半導体領域を有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項2】
前記電極との間で前記加熱部に電力を印加する第２の電極を有し、前記第４の半導体領域及び前記第５の半導体領域は、前記第２の電極に電気的に接続されてい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４の半導体領域と接地との間に設けられた第１のスイッチと、前記第５の半導体領域と接地との間に設けられた第２のスイッチと、
を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4】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子と、前記暗電流に基づいて前記加熱部の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光半導体素子及び光半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
Ｇｅ層を光吸収層とする光半導体素子は、高速動作が可能で高感度な受光素子として期待されている。但し、波長域が１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍのＣ帯の一部では、十分な受光感度が得られないことがある。そこで、光吸収係数を増加させるためにＧｅ層を加熱するヒータをモノリシック集積した光半導体素子が提案されている。
【0003】
しかしながら、従来の光半導体素子では、ヒータによる加熱に伴って逆に特性が低下することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－７４１０４号公報
【文献】特開２０１７－１５２４３４号公報
【文献】特開２０００－１７４３９７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、広い帯域にわたって安定して優れた受光感度を得ることができる光半導体素子及び光半導体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】
本開示の一形態によれば、光を吸収し、電荷を生じさせる第１の半導体層を備えた受光部と、前記第１の半導体層を加熱する加熱部と、前記加熱部が発した熱により暗電流が変化する第２の半導体層を備えたモニタ部と、前記受光部、前記加熱部及び前記モニタ部に共通の電極と、を有し、前記受光部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第１の半導体領域を有し、前記加熱部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第２の半導体領域を有し、前記モニタ部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第３の半導体領域を有し、前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に第２導電型の第４の半導体領域を有し、前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に第２導電型の第５の半導体領域を有する光半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、広い帯域にわたって安定して優れた受光感度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。
【図2】第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図（その１）である。
【図3】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（その１）である。
【図4】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（その２）である。
【図5】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（その３）である。
【図6】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（その４）である。
【図7】第１の実施形態に係る光半導体素子を備えた光半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図8】光半導体素子の波長と受光感度との関係を示す図である。
【図9】ｉ型Ｇｅ層の温度と暗電流との関係を示す図である。
【図10】雰囲気温度と波長が１５７５ｎｍの光の受光感度との関係を示す図である。
【図11】第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。
【図12】第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図13】第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。
【図14】第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図15】第３の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図16】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17】第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図18】第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。
【図19】第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図（その２）である。
【図20】第１の実施形態におけるバンド構造を示す図（その１）である。
【図21】第１の実施形態におけるバンド構造を示す図（その２）である。
【図22】第１の実施形態におけるバンド構造を示す図（その３）である。
【図23】第４の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図24】第４の実施形態におけるバンド構造を示す図である。
【図25】第５の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図26】第５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27】第５の実施形態におけるバンド構造を示す図である。
【図28】第６の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図29】第６の実施形態におけるバンド構造を示す図である。
【図30】第７の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図31】第８の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【図32】第９の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。また、本開示においては、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。なお、便宜上、Ｚ１－Ｚ２方向を上下方向とする。また、平面視とは、Ｚ１側から対象物を見ることをいう。
【0010】
（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、光半導体素子に関する。図１は、第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図２は、第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図３～図６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３は、図１及び図２中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。図４は、図１及び図２中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。図５は、図１及び図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。図６は、図１及び図２中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。
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、光半導体素子に関する。図１は、第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図２は、第１の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図３～図６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３は、図１及び図２中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。図４は、図１及び図２中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。図５は、図１及び図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。図６は、図１及び図２中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。
【0011】
図１～図６に示すように、第１の実施形態に係る光半導体素子１００は、シリコン（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と、モード変換部１４２と、光電変換部１４３とを含む。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。導波路領域１４１、モード変換部１４２及び光電変換部１４３は、この順でＸ２側からＸ１側に向かって配列し、光信号はＸ２側からＸ１側に向かって伝播する。導波路領域１４１、モード変換部１４２及び光電変換部１４３は、ＳＯＩ基板１１０にモノリシックに集積されている。
【0012】
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。光電変換部１４３は、受光部１５０と、加熱部１６０と、モニタ部１７０とを有する。受光部１５０、加熱部１６０及びモニタ部１７０は、この順でＸ２側からＸ１側に向かって配列する。
【0013】
受光部１５０において、Ｓｉ層１１３は、ｐ－Ｓｉ領域１５１と、ｐ＋Ｓｉ領域１５２と、ｐ－Ｓｉ領域１５３と、ｐ＋Ｓｉ領域１５４と、ｐ－Ｓｉ領域１５５とを含む。ｐ－Ｓｉ領域１５１、ｐ＋Ｓｉ領域１５２、ｐ－Ｓｉ領域１５３、ｐ＋Ｓｉ領域１５４及びｐ－Ｓｉ領域１５５は、この順でＹ１側からＹ２側に向かって配列する。つまり、ｐ－Ｓｉ領域１５１、ｐ＋Ｓｉ領域１５２、ｐ－Ｓｉ領域１５３、ｐ＋Ｓｉ領域１５４及びｐ－Ｓｉ領域１５５は、受光部１５０への光の入射方向に垂直な方向に順に並ぶ。ｐ＋Ｓｉ領域１５２及びｐ＋Ｓｉ領域１５４は、ｐ－Ｓｉ領域１５１、ｐ－Ｓｉ領域１５３及びｐ－Ｓｉ領域１５５より高濃度でｐ型不純物、例えばボロンを含有する。Ｓｉ層１１３は第３の半導体層の一例である。
【0014】
ｐ－Ｓｉ領域１５３の上にｉ型ゲルマニウム（Ｇｅ）層１５６が形成され、ｉ型Ｇｅ層１５６の表面にｎ＋Ｇｅ領域１５７が形成されている。ｉ型Ｇｅ層１５６のバンドギャップは、Ｓｉ層１１３のバンドギャップよりも小さい。また、ｉ型Ｇｅ層１５６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。ｉ型Ｇｅ層１５６は第１の半導体層（光吸収層）の一例である。
【0015】
加熱部１６０において、Ｓｉ層１１３は、ｐ－Ｓｉ領域１６１と、ｐ＋Ｓｉ領域１６２と、ｐ－Ｓｉ領域１６３と、ｐ＋Ｓｉ領域１６４と、ｐ－Ｓｉ領域１６５とを含む。ｐ－Ｓｉ領域１６１、ｐ＋Ｓｉ領域１６２、ｐ－Ｓｉ領域１６３、ｐ＋Ｓｉ領域１６４及びｐ－Ｓｉ領域１６５は、この順でＹ１側からＹ２側に向かって配列する。つまり、ｐ－Ｓｉ領域１６１、ｐ＋Ｓｉ領域１６２、ｐ－Ｓｉ領域１６３、ｐ＋Ｓｉ領域１６４及びｐ－Ｓｉ領域１６５は、受光部１５０への光の入射方向に垂直な方向に順に並ぶ。ｐ－Ｓｉ領域１６３は、平面視で、ｉ型Ｇｅ層１５６のＸ２側に位置する。ｐ＋Ｓｉ領域１６２及びｐ＋Ｓｉ領域１６４は、ｐ－Ｓｉ領域１６１、ｐ－Ｓｉ領域１６３及びｐ－Ｓｉ領域１６５より高濃度でｐ型不純物、例えばボロンを含有する。
【0016】
モニタ部１７０において、Ｓｉ層１１３は、ｐ－Ｓｉ領域１７１と、ｐ＋Ｓｉ領域１７２と、ｐ－Ｓｉ領域１７３と、ｐ＋Ｓｉ領域１７４と、ｐ－Ｓｉ領域１７５とを含む。ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ＋Ｓｉ領域１７２、ｐ－Ｓｉ領域１７３、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５は、この順でＹ１側からＹ２側に向かって配列する。つまり、ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ＋Ｓｉ領域１７２、ｐ－Ｓｉ領域１７３、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５は、受光部１５０への光の入射方向に垂直な方向に順に並ぶ。ｐ＋Ｓｉ領域１７２及びｐ＋Ｓｉ領域１７４は、ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ－Ｓｉ領域１７３及びｐ－Ｓｉ領域１７５より高濃度でｐ型不純物、例えばボロンを含有する。
【0017】
ｐ－Ｓｉ領域１７３の上にｉ型Ｇｅ層１７６が形成され、ｉ型Ｇｅ層１７６の表面にｎ＋Ｇｅ領域１７７が形成されている。ｉ型Ｇｅ層１７６のバンドギャップは、Ｓｉ層１１３のバンドギャップよりも小さい。また、ｉ型Ｇｅ層１７６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。ｉ型Ｇｅ層１７６は第２の半導体層の一例である。
【0018】
ｉ型Ｇｅ層１７６は、例えば、Ｘ１－Ｘ２方向にて、加熱部１６０を対称の軸として、ｉ型Ｇｅ層１５６と面対称の構造を有することが好ましい。また、加熱部１６０はｉ型Ｇｅ層１５６とｉ型Ｇｅ層１７６との中心に位置することが好ましい。また、ｉ型Ｇｅ層１７６は、ｉ型Ｇｅ層１５６と同じ材料からなることが好ましく、ｎ＋Ｇｅ領域１７７は、ｎ＋Ｇｅ領域１５７と同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有することが好ましい。ｉ型Ｇｅ層１５６及びｉ型Ｇｅ層１７６の温度が、加熱部１６０により互いに等しく上昇するようにするためである。
【0019】
なお、厳密な面対称になっていない場合であっても、３次元シミュレーション等で数値解析した値から、加熱部１６０による温度上昇で、受光部１５０とモニタ部１７０との間に相関関係が確認できる程度の対称性があることが好ましい。
【0020】
ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ＋Ｓｉ領域１７２、ｐ－Ｓｉ領域１７３、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５は、例えば、Ｘ１－Ｘ２方向にて、加熱部１６０を対称の軸として、ｐ－Ｓｉ領域１５１、ｐ＋Ｓｉ領域１５２、ｐ－Ｓｉ領域１５３、ｐ＋Ｓｉ領域１５４及びｐ－Ｓｉ領域１５５と面対称の構造を有する。ｐ－Ｓｉ領域１５１及びｐ－Ｓｉ領域１７１が、互いに、同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有してもよい。ｐ＋Ｓｉ領域１５２及びｐ＋Ｓｉ領域１７２が、互いに、同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有してもよい。ｐ－Ｓｉ領域１５３及びｐ－Ｓｉ領域１７３が、互いに、同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有してもよい。ｐ＋Ｓｉ領域１５４及びｐ＋Ｓｉ領域１７４が、互いに、同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有してもよい。ｐ－Ｓｉ領域１５５及びｐ－Ｓｉ領域１７５が、互いに、同じ材料からなり、同じ量の不純物を含有してもよい。
【0021】
Ｓｉ層１１３と、ｎ＋Ｇｅ領域１５７を含むｉ型Ｇｅ層１５６と、ｎ＋Ｇｅ領域１７７を含むｉ型Ｇｅ層１７６を覆うようにＳｉ酸化膜１１が形成されている。Ｓｉ酸化膜１１には、ｐ＋Ｓｉ領域１６２に達する開口部６２Ａと、ｐ＋Ｓｉ領域１６４に達する開口部６４Ａとが形成されている。開口部６２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１６２にオーミック接触する金属配線６２と、開口部６４Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１６４にオーミック接触する金属配線６４とがＳｉ酸化膜１１上に形成されている。金属配線６２及び金属配線６４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む。金属配線６２は第１のヒータ電極として機能し、金属配線６４は第２のヒータ電極として機能する。
【0022】
Ｓｉ酸化膜１１には、更に、ｐ＋Ｓｉ領域１７２に達する開口部７２Ａと、ｐ＋Ｓｉ領域１７４に達する開口部７４Ａと、ｎ＋Ｇｅ領域１７７に達する開口部７７Ａとが形成されている。開口部７２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１７２にオーミック接触し、開口部７４Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１７４にオーミック接触する金属配線７２がＳｉ酸化膜１１上に形成されている。開口部７７Ａを通じてｎ＋Ｇｅ領域１７７にオーミック接触する金属配線７７がＳｉ酸化膜１１上に形成されている。金属配線７２及び金属配線７７は、例えばＡｌを含む。金属配線７２は第１のモニタ電極として機能する。金属配線７７は第２のモニタ電極として機能する。
【0023】
Ｓｉ酸化膜１１上にＳｉ酸化膜１２が形成されている。Ｓｉ酸化膜１１及び１２には、ｐ＋Ｓｉ領域１５２に達する開口部５２Ａと、ｐ＋Ｓｉ領域１５４に達する開口部５４Ａと、ｎ＋Ｇｅ領域１５７に達する開口部５７Ａとが形成されている。開口部５２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１５２にオーミック接触し、開口部５４Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１５４にオーミック接触する金属配線５２がＳｉ酸化膜１２上に形成されている。開口部５７Ａを通じてｎ＋Ｇｅ領域１５７にオーミック接触する金属配線５７がＳｉ酸化膜１２上に形成されている。金属配線５２及び金属配線５７は、例えばＡｌを含む。金属配線５２はＰＩＮ型フォトダイオード（photo diode：ＰＤ）のｐ側電極として機能する。金属配線５７はＰＩＮ型ＰＤのｎ側電極として機能する。
【0024】
受光部１５０には、例えば－３Ｖ～－２Ｖ程度の逆バイアスが印加される。すなわち、金属配線５７に金属配線５２よりも２Ｖ～３Ｖ程度高い電圧が印加される。導波路領域１４１を伝播し、モード変換部１４２にてモード変換された光が受光部１５０に入射すると、ｉ型Ｇｅ層１５６が光を吸収し、電荷を発生する。ｉ型Ｇｅ層１５６にて発生した電荷のうち、電子はｐ＋Ｓｉ領域１５２及び１５４を通じて金属配線５２から取り出され、正孔はｎ＋Ｇｅ領域１５７を通じて金属配線５７から取り出される。
【0025】
加熱部１６０では、金属配線６２と金属配線６４との間の電位差に応じて、ｐ－Ｓｉ領域１６３がヒータとして機能し、発熱する。ｐ－Ｓｉ領域１６３の発熱量は、電位差が大きいほど大きくなる。
【0026】
モニタ部１７０では、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度に応じた暗電流が流れる。暗電流は、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度が高いほど大きくなる。暗電流は、金属配線７２と金属配線７７との間を流れる。
【0027】
ここで、第１の実施形態に係る光半導体素子１００を備えた光半導体装置について説明する。図７は、第１の実施形態に係る光半導体素子１００を備えた光半導体装置の構成を示すブロック図である。
【0028】
図７に示すように、光半導体装置１９０は、受光部１５０と、加熱部１６０と、モニタ部１７０とを有する光半導体素子１００を備える。光半導体装置１９０は、更に、電流－電圧変換器（ＩＶ変換器）１９１と、制御回路１９２と、トランスインピーダンスアンプ（transimpedance amplifier：ＴＩＡ）１９３とを有する。
【0029】
ＩＶ変換器１９１は、金属配線７７を通じてモニタ部１７０のｎ＋Ｇｅ領域１７７に接続される。モニタ部１７０のｐ＋Ｓｉ領域１７２及び１７４は金属配線７２を通じて接地される。ＩＶ変換器１９１は、ｉ型Ｇｅ層１７６で生じた暗電流を電圧に変換し、制御回路１９２に出力する。
【0030】
制御回路１９２は、金属配線６４を通じて加熱部１６０のｐ＋Ｓｉ領域１６４に接続される。加熱部１６０のｐ＋Ｓｉ領域１６２は金属配線６２を通じて接地される。制御回路１９２は、ＩＶ変換器１９１から入力された電圧に応じて加熱部１６０に印加する電圧を調整する。
【0031】
ＴＩＡ１９３は、金属配線５２を通じて受光部１５０のｐ＋Ｓｉ領域１５２及び１５４に接続され、金属配線５７を通じて受光部１５０のｎ＋Ｇｅ領域１５７に接続される。ＴＩＡ１９３は、ｉ型Ｇｅ層１５６で生じた電荷の量を検出し、増幅して出力する。
【0032】
ここで、光半導体装置１９０の動作について、具体例に基づいて説明する。
【0033】
図８は、光半導体素子１００の波長と受光感度との関係を示す図である。ＧｅのΓ点の基礎吸収の波長は１５５０ｎｍ近傍であり、長波長側ほど光吸収係数が小さい。例えば、雰囲気温度が２５℃である場合、図８に示すように、受光感度は長波長側のＣ帯端で０．９Ａ／Ｗ以下となる。このような場合、加熱部１６０によってｉ型Ｇｅ層１５６を５０℃～６５℃程度に加熱することで、ｉ型Ｇｅ層１５６の吸収端を長波長側にずらすことができる。この結果、図８に示すように、長波長側のＣ帯端での受光感度を１．０Ａ／Ｗ以上とすることができる。加熱部１６０がｉ型Ｇｅ層１５６を加熱すると、モニタ部１７０のｉ型Ｇｅ層１７６も同程度に加熱される。つまり、ｉ型Ｇｅ層１５６の温度が５０℃～６５℃であれば、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度も５０℃～６５℃となる。加熱部１６０を軸とするｉ型Ｇｅ層１５６とｉ型Ｇｅ層１７６との間の対称性が高いほど、ｉ型Ｇｅ層１５６及びｉ型Ｇｅ層１７６の温度が互いに等しく上昇する。
【0034】
図９は、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度と暗電流との関係を示す図である。図９に示すように、暗電流は、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度が高いほど大きい。この例では、ｉ型Ｇｅ層１７６の温度が５０℃～６５℃程度であれば、暗電流は５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度である。従って、ｉ型Ｇｅ層１５６の温度を直接測定することができなくても、暗電流が５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度となるように加熱部１６０を制御すれば、雰囲気温度に拘わらず、長波長側のＣ帯端でも受光感度を１．０Ａ／Ｗ以上とすることができる。
【0035】
図１０は、雰囲気温度と波長が１５７５ｎｍの光の受光感度との関係を示す図である。
【0036】
雰囲気温度が－５℃の場合、図９に示すように、初期状態での暗電流は１×１０－５ｍＡ程度であり、図１０に示すように、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度は０．８Ａ／Ｗ程度である。この場合、制御回路１９２が、暗電流が５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度となるように加熱部１６０を制御する。この具体例では、例えば金属配線６２と金属配線６４との間の電位差（ヒータ電圧）を、例えば３．０Ｖとする。この結果、暗電流が５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度となると共に、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度が１．０５Ａ／Ｗ程度となる。波長が１５７５ｎｍの光の受光感度が１．０５Ａ／Ｗ程度であれば、Ｃ帯の全体で適切な受光感度が得られる。
【0037】
雰囲気温度が２５℃の場合、図９に示すように、初期状態での暗電流は３×１０－５ｍＡ程度であり、図１０に示すように、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度は０．９２Ａ／Ｗ程度である。この場合も、制御回路１９２が、暗電流が５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度となるように加熱部１６０を制御する。この具体例では、例えば金属配線６２と金属配線６４との間の電位差（ヒータ電圧）を、例えば１．４Ｖとする。この結果、暗電流が５×１０－５ｍＡ～１０×１０－５ｍＡ程度となると共に、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度が１．０５Ａ／Ｗ程度となる。波長が１５７５ｎｍの光の受光感度が１．０５Ａ／Ｗ程度であれば、Ｃ帯の全体で適切な受光感度が得られる。
【0038】
雰囲気温度が６５℃以上の場合、図９に示すように、初期状態での暗電流は１０×１０－５ｍＡ以上であり、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度は１．０Ａ／Ｗ以上である（図１０に図示せず）。この場合、制御回路１９２は加熱部１６０を稼働させず、ｉ型Ｇｅ層１５６の意図的な加熱は行わない。この具体例では、例えば金属配線６２と金属配線６４との間の電位差（ヒータ電圧）を０Ｖとする。この結果、暗電流は１０×１０－５ｍＡ以上に維持され、波長が１５７５ｎｍの光の受光感度が１．０Ａ／Ｗ以上に維持される。ｉ型Ｇｅ層１５６の温度が高すぎると、例えば８５℃以上であると、暗電流の上昇や応答速度の低下等の素子特性の劣化が生じ得るところ、本実施形態では、ｉ型Ｇｅ層１５６の最適温度を含む好ましい温度範囲での動作が可能となり良好な特性を維持することができる。
【0039】
第１の実施形態によれば、Ｃ帯の一部では十分な受光感度が得られない雰囲気温度下では、加熱部１６０に適切な電力を印加してｉ型Ｇｅ層１５６の温度を適切に上昇させ、Ｃ帯の全体で十分な受光感度を得ることができる。また、Ｃ帯の全体で十分な受光感度が得られる雰囲気温度下では、Ｃ帯の全体で十分な受光感度を得ながら、最適温度を含む好ましい温度範囲での動作が可能となり良好な特性を維持することができる。
【0040】
光半導体装置１９０に含まれる光半導体素子１００に代えて、以下に説明する変形例や実施形態の光半導体素子を用いることもできる。
【0041】
なお、ｉ型の半導体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型の半導体が僅かな不純物、例えば１×１０１５ｃｍ－３以下の濃度の不純物を含んでいてもよい。すなわち、ｉ型Ｇｅ層１５６、ｉ型Ｇｅ層１７６が１×１０１５ｃｍ－３以下の濃度の不純物を含んでいてもよい。
【0042】
（第１の実施形態の変形例）
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。変形例は、モニタ部１７０の構成の点で第１の実施形態と相違する。図１１は、第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図１２は、第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。変形例は、モニタ部１７０の構成の点で第１の実施形態と相違する。図１１は、第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図１２は、第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0043】
第１の実施形態の変形例に係る光半導体素子１０１では、図１１～図１２に示すように、モニタ部１７０において、Ｓｉ層１１３は、ｐ－Ｓｉ領域１７１と、ｐ＋Ｓｉ領域１７２と、ｐ－Ｓｉ領域１７３とを含み、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５は含まれていない。ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ＋Ｓｉ領域１７２及びｐ－Ｓｉ領域１７３は、この順でＹ１側からＹ２側に向かって配列する。つまり、ｐ－Ｓｉ領域１７１、ｐ＋Ｓｉ領域１７２及びｐ－Ｓｉ領域１７３は、受光部１５０への光の入射方向に垂直な方向に順に並ぶ。Ｓｉ酸化膜１１及び１２に開口部５４Ａは形成されておらず、金属配線７２は開口部７２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１７２にオーミック接触する。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【0044】
変形例においても、ｉ型Ｇｅ層１７６で発生する暗電流に基づいて、第１の実施形態と同様の制御を行うことができる。従って、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、モニタ部１７０の構成を簡素化することができる。
【0045】
（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、モニタ部１７０の配置の点で第１の実施形態と相違する。図１３は、第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図１４は、第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
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、モニタ部１７０の配置の点で第１の実施形態と相違する。図１３は、第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域のレイアウトを示す図である。図１４は、第２の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0046】
第２の実施形態に係る光半導体素子２００では、図１３～図１４に示すように、光電変換部１４３において、受光部１５０、加熱部１６０及びモニタ部１７０がこの順でＹ２側からＹ１側に向かって配列する。加熱部１６０において、ｐ－Ｓｉ領域１６１、ｐ＋Ｓｉ領域１６２、ｐ－Ｓｉ領域１６３、ｐ＋Ｓｉ領域１６４及びｐ－Ｓｉ領域１６５は、この順でＸ２側からＸ１側に向かって配列する。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【0047】
第２の実施形態においても、モニタ部１７０のｉ型Ｇｅ層１７６で発生する暗電流に基づいて、第１の実施形態と同様の制御を行うことができる。従って、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１の実施形態では、モニタ部１７０が導波路領域１４１の光軸の延長線上に位置するのに対し、第２の実施形態では、モニタ部１７０が導波路領域１４１の光軸の延長線上からずれて配置されている。このため、受光部１５０にて吸収しきれない光が存在していても、光の進行方向を考慮すると光軸上にはｉ型Ｇｅ層１７６が存在しないため信号光がモニタ部１７０で吸収されることを避けることができる。
【0048】
第２の実施形態において、第１の実施形態の変形例と同様に、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５等が形成されていなくてもよい。この場合も、ｉ型Ｇｅ層１５６及びｉ型Ｇｅ層１７６の温度が、加熱部１６０により互いに等しく上昇するように構成されていることが好ましい。
【0049】
（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、受光部１５０と加熱部１６０との間と、加熱部１６０とモニタ部１７０との間とにスリットが形成されている点で第１の実施形態と相違する。図１５は、第３の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図１６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１６は、図１５中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
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、受光部１５０と加熱部１６０との間と、加熱部１６０とモニタ部１７０との間とにスリットが形成されている点で第１の実施形態と相違する。図１５は、第３の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図１６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１６は、図１５中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【0050】
第３の実施形態に係る光半導体素子３００では、図１５～図１６に示すように、Ｓｉ層１１３に、受光部１５０と加熱部１６０との間でＹ１－Ｙ２方向に延びるスリット１１３Ａと、加熱部１６０とモニタ部１７０との間でＹ１－Ｙ２方向に延びるスリット１１３Ｂとが形成されている。スリット１１３Ａ及び１１３Ｂは、例えば、Ｙ１－Ｙ２方向で、モード変換部１４２の光電変換部１４３側の端部と同程度の寸法又はそれ以上の寸法を有する。スリット１１３Ａ及び１１３Ｂの深さは、Ｓｉ層１１３の厚さよりも小さい。従って、スリット１１３Ａ及び１１３Ｂの底にＳｉ層１１３が残存する。他の構成は第１の実施形態の変形例と同様である。スリット１１３Ａは第１のバリア部の一例であり、スリット１１３Ｂは第２のバリア部の一例である。
【0051】
第３の実施形態においても、ｉ型Ｇｅ層１７６で発生する暗電流に基づいて、第１の実施形態と同様の制御を行うことができる。従って、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、Ｓｉ層１１３にスリット１１３Ａ及び１１３Ｂが形成されているため、受光部１５０にて吸収しきれない光が存在していても、この光がｉ型Ｇｅ層１７６まで到達することを避けることができる。更に、スリット１１３Ａ及び１１３Ｂの底にＳｉ層１１３が残存するため、Ｓｉ層１１３を通じて加熱部１６０で発生した熱をｉ型Ｇｅ層１５６及び１７６に伝達させやすい。
【0052】
スリット１１３Ｂは、例えば、Ｘ１－Ｘ２方向にて、加熱部１６０を対称の軸として、スリット１１３Ａと面対称の構造を有することが好ましい。
【0053】
（第３の実施形態の変形例）
次に、第３の実施形態の変形例について説明する。変形例は、スリットの深さの点で第３の実施形態と相違する。図１７は、第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図１８は、第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図１８は、図１７中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
次に、第３の実施形態の変形例について説明する。変形例は、スリットの深さの点で第３の実施形態と相違する。図１７は、第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図１８は、第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。図１８は、図１７中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【0054】
第３の実施形態の変形例に係る光半導体素子３０１では、図１７～図１８に示すように、スリット１１３Ａに代えてスリット１１３Ｃが形成され、スリット１１３Ｂに代えてスリット１１３Ｄが形成されている。スリット１１３Ｃ及び１１３Ｄは、スリット１１３Ａ及び１１３Ｂと同様に、例えば、Ｙ１－Ｙ２方向で、モード変換部１４２の光電変換部１４３側の端部と同程度の寸法又はそれ以上の寸法を有する。スリット１１３Ｃ及び１１３Ｄの深さは、厚さ方向でＳｉ層１１３を貫通し、スリット１１３Ｃ及び１１３Ｄの底にＳｉ層１１３は残存せず、スリット１１３Ｃ及び１１３ＤからＳｉ酸化膜１１２が露出する。他の構成は第３の実施形態と同様である。スリット１１３Ｃは第１のバリア部の一例であり、スリット１１３Ｄは第２のバリア部の一例である。
【0055】
変形例においても、ｉ型Ｇｅ層１７６で発生する暗電流に基づいて、第１の実施形態と同様の制御を行うことができる。従って、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の実施形態と同様に、受光部１５０にて吸収しきれない光が存在していても、この光がｉ型Ｇｅ層１７６まで到達することを避けることができる。更に、スリット１１３Ｃ及び１１３Ｄの底にＳｉ層１１３が存在しないため、光の伝播をより確実に抑制することができる。
【0056】
第３の実施形態及びその変形例において、第１の実施形態と同様に、ｐ＋Ｓｉ領域１７４及びｐ－Ｓｉ領域１７５等が形成されていてもよい。
【0057】
なお、第１の実施形態では、加熱部１６０において、長時間動作等に伴ってＳｉ層１１３の表面に電荷が蓄積し、電荷の蓄積が電流に影響を及ぼすことがある。また、加熱部１６０のパワーが大きい場合、加熱部１６０からのリーク電流と暗電流とを足し合せた値が電流として出力される。図１９は、第１の実施形態におけるリーク電流を示す図である。図２０～図２２は、第１の実施形態におけるバンド構造を示す図である。図２０は、図１９中の太線Ｌ１に沿った断面のバンド構造を示す。図２１は、図１９中の太線Ｌ３に沿った断面のバンド構造を示す。図２２は、図１９中の太線Ｌ２に沿った断面のバンド構造を示す。図２０～図２２では、Ｓｉ層１１３のｐ＋Ｓｉ領域１５２とｐ＋Ｓｉ領域１６２との間の領域や、ｐ＋Ｓｉ領域１５４とｐ＋Ｓｉ領域１６４との間の領域の導電型をｐ－－と記しているが、これらの領域をｉ型の領域とみなしてもよい。以降の図でも同様である。
【0058】
上記のように、受光部１５０には逆バイアスが印加される。このため、ｎ＋Ｇｅ領域１５７からｐ＋Ｓｉ領域１５２及び１５４へとリーク電流ＬＣ１が流れる。
【0059】
また、ｐ＋Ｓｉ領域１６２、１７２及び１７４も接地され、ｐ＋Ｓｉ領域１６４には金属配線６４を通じて正の電位が付与される。図２０～図２２では、ｐ＋Ｓｉ領域１５２、１５４、１６２、１７２及び１７４の電位が接地電位のときのバンド構造を実線で示す。この状態では、破線Ｌ３に沿った断面において、図１９に示すように、ｐ＋Ｓｉ領域１６４からｐ＋Ｓｉ領域１５４及び１７４へとリーク電流ＬＣ２が流れる。
【0060】
長時間動作等に伴ってＳｉ層１１３の表面に電荷が蓄積すると、ｐ＋Ｓｉ領域１６２及び１６４の電位が負側に変位することがある。図２０～図２２では、ｐ＋Ｓｉ領域１６２及び１６４の電位が変位したときのバンド構造を破線で示す。このとき、ｐ＋Ｓｉ領域１６４の電位の変位量は、ｐ＋Ｓｉ領域１６２の電位の変位量よりも大きい。このような変位の結果、リーク電流ＬＣ２が増加する。
【0061】
リーク電流ＬＣ２はモニタ部１７０にも流れ込むため、ＩＶ変換器１９１には、暗電流だけでなくリーク電流ＬＣ２も流れる。このため、ｉ型Ｇｅ層１５６の温度と、ＩＶ変換器１９１に流れる電流との間の関係にずれが生じ得る。このような現象は、第１の実施形態の変形例、第２の実施形態、第３の実施形態及びその変形例でも同様に生じ得る。
【0062】
以下の第４～第９の実施形態は、このようなリーク電流の影響に伴う精度の低下の抑制を図ったものである。
【0063】
（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、金属配線の構成の点で第１の実施形態と相違する。図２３は、第４の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
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、金属配線の構成の点で第１の実施形態と相違する。図２３は、第４の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0064】
第４の実施形態に係る光半導体素子４００には、図２３に示すように、金属配線５２、６２及び７２に代えて、金属配線５２、６２及び７２を一体化した金属配線４５２が設けられている。金属配線４５２は、開口部５２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１５２にオーミック接触し、開口部５４Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１５４にオーミック接触し、開口部６２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１６２にオーミック接触し、開口部７２Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１７２にオーミック接触し、開口部７４Ａを通じてｐ＋Ｓｉ領域１７４にオーミック接触する。他の構成は第１の実施形態と同様である。ｐ＋Ｓｉ領域１５２及び１５４は第１の半導体領域の一例であり、ｐ＋Ｓｉ領域１６２は第２の半導体領域の一例であり、ｐ＋Ｓｉ領域１７２及び１７４は第３の半導体領域の一例であり、金属配線４５２は電極の一例である。
【0065】
図２４は、第４の実施形態におけるバンド構造を示す図である。図２４は、図２３中の太線Ｌ１に沿った断面のバンド構造を示す。第４の実施形態では、ｐ＋Ｓｉ領域１６２が、金属配線４５２を介して、ｐ＋Ｓｉ領域１５２、１５４、１７２及び１７４に電気的に接続されている。このため、図２４に示すように、ｐ＋Ｓｉ領域１６２の価電子帯の上端が、ｐ＋Ｓｉ領域１５２等の価電子帯の上端と一致するようになり、電荷の蓄積を抑制することができる。これにより、電荷の蓄積に伴うリーク電流の増加を抑制することができる。
【0066】
（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、受光部１５０と加熱部１６０との間と、加熱部１６０とモニタ部１７０との間とにｎ＋領域が形成されている点で第４の実施形態と相違する。図２５は、第５の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図２６は、第５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２６は、図２５中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
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、受光部１５０と加熱部１６０との間と、加熱部１６０とモニタ部１７０との間とにｎ＋領域が形成されている点で第４の実施形態と相違する。図２５は、第５の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。図２６は、第５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２６は、図２５中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【0067】
第５の実施形態に係る光半導体素子５００では、図２５～図２６に示すように、Ｓｉ層１１３に、受光部１５０と加熱部１６０との間のｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａと、加熱部１６０とモニタ部１７０との間のｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂとが形成されている。他の構成は第４の実施形態と同様である。ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａは第４の半導体領域の一例であり、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂは第５の半導体領域の一例である。
【0068】
図２７は、第５の実施形態におけるバンド構造を示す図である。図２７は、図２５中の太線Ｌ２に沿った断面のバンド構造を示す。第５の実施形態では、ｐ＋Ｓｉ領域１５４とｐ＋Ｓｉ領域１６４との間にｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａが形成され、ｐ＋Ｓｉ領域１６４とｐ＋Ｓｉ領域１７４との間にｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂが形成されている。このため、図２７に示すように、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂがリーク電流ＬＣ２のバリアとして機能する。これにより、リーク電流ＬＣ２のモニタ部１７０への流れ込みを抑制することができる。
【0069】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂが金属配線６４に接続されている点で第５の実施形態と相違する。図２８は、第６の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂが金属配線６４に接続されている点で第５の実施形態と相違する。図２８は、第６の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0070】
第６の実施形態に係る光半導体素子６００では、図２８に示すように、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂが、ｐ＋Ｓｉ領域１６４と同様に、金属配線６４に接続されている。他の構成は第５の実施形態と同様である。金属配線６４は第２の電極の一例である。
【0071】
図２９は、第６の実施形態におけるバンド構造を示す図である。図２９は、図２８中の太線Ｌ２に沿った断面のバンド構造を示す。第６の実施形態でも、第５の実施形態と同様に、リーク電流ＬＣ２のモニタ部１７０への流れ込みを抑制することができる。また、第６の実施形態では、図２９に示すように、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂの電位を、ｐ＋Ｓｉ領域１６４の電位と同一の電位に維持することができる。
【0072】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂと接地との間にスイッチが設けられている点で第５の実施形態と相違する。図３０は、第７の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂと接地との間にスイッチが設けられている点で第５の実施形態と相違する。図３０は、第７の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0073】
第７の実施形態に係る光半導体素子７００では、図３０に示すように、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａと接地との間にスイッチ７３１Ａが設けられ、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂと接地との間にスイッチ７３１Ｂが設けられている。他の構成は第５の実施形態と同様である。スイッチ７３１Ａは第１のスイッチの一例であり、スイッチ７３１Ｂは第２のスイッチの一例である。
【0074】
第７の実施形態によっても第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、スイッチ７３１Ａ及び７３１Ｂが設けられているため、ｎ＋Ｓｉ領域が形成したノッチに溜まったキャリアを流すことができ、リーク電流を半永久的に低減することが可能となる。つまり、ノッチにキャリアが溜まるとバンドが変化し、リーク電流の原因となるが、それを除去できるからである。
【0075】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂにスリットが形成されている点で第７の実施形態と相違する。図３１は、第８の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａ及び５３１Ｂにスリットが形成されている点で第７の実施形態と相違する。図３１は、第８の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0076】
第８の実施形態に係る光半導体素子６００では、図３１に示すように、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａにスリット１１３Ｅが形成され、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂにスリット１１３Ｆが形成されている。スリット１１３Ｅは、スリット１１３Ａ又は１１３Ｃと同様のスリットであり、スリット１１３Ｆは、スリット１１ＢＡ又は１１３Ｄと同様のスリットである。他の構成は第７の実施形態と同様である。スリット１１３Ｅは第１のバリア部の一例であり、スリット１１３Ｆは第２のバリア部の一例である。
【0077】
第８の実施形態によれば、第３の実施形態又はその変形例の効果と、第７の実施形態の効果とを得ることができる。
【0078】
第４～第６の実施形態において、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａにスリット１１３Ｅが形成され、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ｂにスリット１１３Ｆが形成されていてもよい。
【0079】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、モニタ部１７０が設けられていない点で第５の実施形態と相違する。図３２は、第９の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、モニタ部１７０が設けられていない点で第５の実施形態と相違する。図３２は、第９の実施形態に係る光半導体素子に含まれる半導体の領域及び金属配線のレイアウトを示す図である。
【0080】
第９の実施形態によっても、電荷の蓄積に伴うリーク電流ＬＣ２の増加の抑制という効果と、ｎ＋Ｓｉ領域５３１Ａによるリーク電流ＬＣ２のバリアの効果とを得ることができる。
【0081】
なお、半導体層に含まれる不純物は、例えばイオン注入により導入することができる。
【0082】
受光部に含まれる光吸収層はＰＩＮ型ＰＤの光吸収層に限定されない。例えば、アバランシェフォトダイオード（avalanche photo diode：ＡＰＤ）の光吸収層でもよく、単一走行キャリア型フォトダイオード（uni-traveling-carrier photo diode：ＵＴＣ－ＰＤ）の光吸収層でもよい。
【0083】
なお、第１、第２の半導体層の材料はＧｅに限定されず、例えば、第１、第２の半導体層の材料としてＳｉｘＧｅ１－ｘ（０≦ｘ＜１）又はＧｅ１－ｘＳｎｘ（０≦ｘ＜１）を用いることができる。
【0084】
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。
【0085】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0086】
（付記１）
光を吸収し、電荷を生じさせる第１の半導体層を備えた受光部と、
前記第１の半導体層を加熱する加熱部と、
前記加熱部が発した熱により暗電流が変化する第２の半導体層を備えたモニタ部と、
を有することを特徴とする光半導体素子。
（付記２）
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層がＳｉｘＧｅ１－ｘ層（０≦ｘ＜１）又はＧｅ１－ｘＳｎｘ層（０≦ｘ＜１）であ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）
前記受光部に光を導く導波路を有し、
前記モニタ部は、前記導波路における光軸の延長線上からずれて配置されていることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体素子。
（付記４）
前記受光部と前記加熱部との間で光の伝播を妨げる第１のバリア部と、
前記加熱部と前記モニタ部との間で光の伝播を妨げる第２のバリア部と、
を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）
前記受光部、前記加熱部及び前記モニタ部にわたって設けられ、光が伝播可能な第３の半導体層を有し、
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層は、前記第３の半導体層上に形成され、
前記第１のバリア部は、前記第３の半導体層に形成された第１のスリットを有し、
前記第２のバリア部は、前記第３の半導体層に形成された第２のスリットを有することを特徴とする付記４に記載の光半導体素子。
（付記６）
前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、厚さ方向で前記第３の半導体層を貫通することを特徴とする付記５に記載の光半導体素子。
（付記７）
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層の温度は、前記加熱部により互いに等しく上昇す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）
前記加熱部は、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との中心に位置することを特徴とする付記７に記載の光半導体素子。
（付記９）
前記受光部及び前記加熱部に共通の電極を有することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記１０）
前記電極は、前記モニタ部にも共通であることを特徴とする付記９に記載の光半導体素子。
（付記１１）
前記受光部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第１の半導体領域を有し、
前記加熱部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第２の半導体領域を有し、
前記モニタ部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第３の半導体領域を有し、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に第２導電型の第４の半導体領域を有し、
前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に第２導電型の第５の半導体領域を有することを特徴とする付記１０に記載の光半導体素子。
（付記１２）
前記電極との間で前記加熱部に電力を印加する第２の電極を有し、
前記第４の半導体領域及び前記第５の半導体領域は、前記第２の電極に電気的に接続されていることを特徴とする付記１１に記載の光半導体素子。
（付記１３）
前記第４の半導体領域と接地との間に設けられた第１のスイッチと、
前記第５の半導体領域と接地との間に設けられた第２のスイッチと、
を有することを特徴とする付記１１に記載の光半導体素子。
（付記１４）
付記１乃至１３のいずれか１項に記載の光半導体素子と、
前記暗電流に基づいて前記加熱部の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
光を吸収し、電荷を生じさせる第１の半導体層を備えた受光部と、
前記第１の半導体層を加熱する加熱部と、
前記加熱部が発した熱により暗電流が変化する第２の半導体層を備えたモニタ部と、
を有することを特徴とする光半導体素子。
（付記２）
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層がＳｉｘＧｅ１－ｘ層（０≦ｘ＜１）又はＧｅ１－ｘＳｎｘ層（０≦ｘ＜１）であ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）
前記受光部に光を導く導波路を有し、
前記モニタ部は、前記導波路における光軸の延長線上からずれて配置されていることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体素子。
（付記４）
前記受光部と前記加熱部との間で光の伝播を妨げる第１のバリア部と、
前記加熱部と前記モニタ部との間で光の伝播を妨げる第２のバリア部と、
を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）
前記受光部、前記加熱部及び前記モニタ部にわたって設けられ、光が伝播可能な第３の半導体層を有し、
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層は、前記第３の半導体層上に形成され、
前記第１のバリア部は、前記第３の半導体層に形成された第１のスリットを有し、
前記第２のバリア部は、前記第３の半導体層に形成された第２のスリットを有することを特徴とする付記４に記載の光半導体素子。
（付記６）
前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、厚さ方向で前記第３の半導体層を貫通することを特徴とする付記５に記載の光半導体素子。
（付記７）
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層の温度は、前記加熱部により互いに等しく上昇す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）
前記加熱部は、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との中心に位置することを特徴とする付記７に記載の光半導体素子。
（付記９）
前記受光部及び前記加熱部に共通の電極を有することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記１０）
前記電極は、前記モニタ部にも共通であることを特徴とする付記９に記載の光半導体素子。
（付記１１）
前記受光部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第１の半導体領域を有し、
前記加熱部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第２の半導体領域を有し、
前記モニタ部は、前記電極がオーミック接触する第１導電型の第３の半導体領域を有し、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に第２導電型の第４の半導体領域を有し、
前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に第２導電型の第５の半導体領域を有することを特徴とする付記１０に記載の光半導体素子。
（付記１２）
前記電極との間で前記加熱部に電力を印加する第２の電極を有し、
前記第４の半導体領域及び前記第５の半導体領域は、前記第２の電極に電気的に接続されていることを特徴とする付記１１に記載の光半導体素子。
（付記１３）
前記第４の半導体領域と接地との間に設けられた第１のスイッチと、
前記第５の半導体領域と接地との間に設けられた第２のスイッチと、
を有することを特徴とする付記１１に記載の光半導体素子。
（付記１４）
付記１乃至１３のいずれか１項に記載の光半導体素子と、
前記暗電流に基づいて前記加熱部の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
【符号の説明】
【0087】
１００、１０１、２００、３００、３０１、４００、５００、６００、７００、８００、９００：光半導体素子
１１３：Ｓｉ層
１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ、１１３Ｅ、１１３Ｆ：スリット
１５０：受光部
１５６：ｉ型Ｇｅ層
１６０：加熱部
１７０：モニタ部
１７６：ｉ型Ｇｅ層
１９０：光半導体装置
１９１：ＩＶ変換器
１９２：制御回路
１９３：ＴＩＡ
４５２：金属配線
５３１Ａ、５３１Ｂ：ｎ＋Ｓｉ領域
７３１Ａ、７３１Ｂ：スイッチ
１１３：Ｓｉ層
１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ、１１３Ｅ、１１３Ｆ：スリット
１５０：受光部
１５６：ｉ型Ｇｅ層
１６０：加熱部
１７０：モニタ部
１７６：ｉ型Ｇｅ層
１９０：光半導体装置
１９１：ＩＶ変換器
１９２：制御回路
１９３：ＴＩＡ
４５２：金属配線
５３１Ａ、５３１Ｂ：ｎ＋Ｓｉ領域
７３１Ａ、７３１Ｂ：スイッチ
【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】