JP2017034022A

JP2017034022A - Plane optical detector

Info

Publication number: JP2017034022A
Application number: JP2015150527A
Authority: JP
Inventors: 徳島　正敏; Masatoshi Tokushima; 正敏徳島
Original assignee: Photonics Electronics Technology Research Association
Current assignee: Photonics Electronics Technology Research Association
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP6534888B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly sensitive optical detector which has a thin germanium layer, has no anti-reflection film, and hardly reflects incident light.SOLUTION: A plane optical detector 20 is provided, in which: a thickness of a light absorption layer 21 is within a range of (m/4±1/8) times (m is a positive integer) a wavelength of light in material forming the light absorption layer 21; a thickness of a silicon-rich layer 28 is within a range of ((2r-1)/4±1/8) times (r is a positive integer) a wavelength of light in material forming the silicon-rich layer 28; a thickness of a germanium-rich layer 27 is within a range of ((2s-1)/4±1/8) times (s is a positive integer) a wavelength of light in material forming the germanium-rich layer 27; a thickness of a first silicon layer 22 is within a range of (p/2±1/8) times (p is a positive integer) a wavelength of light in silicon; and a thickness of an oxide film layer 23 is within a range of ((2q-1)/4±1/8) times (q is a positive integer) a wavelength of light in material forming the oxide film layer 23.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、面型光検出器に関する。 The present invention relates to a planar photodetector.

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。 In recent years, in order to speed up communication between server racks in a data center and speed up communication between CPUs or between a CPU and a memory in a server board equipped with a plurality of CPUs (central processing units). In addition, optical communication has come to be used. These short-distance optical communications are called optical interconnects and are distinguished from long-distance optical communications. High communication speed is most important for telecommunication equipment for long-distance communications, but communication equipment for optical interconnects has a certain communication speed but is inexpensive. Is required.

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ＣＭＯＳＬＳＩ（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。 Development of optical transmitters and optical receivers using silicon photonics has been activated in order to meet such demands on optical interconnect communication devices. Silicon photonics is a technology for forming an optical integrated circuit on a silicon (Si) substrate by utilizing a manufacturing technology for an already matured CMOS LSI (complementary metal oxide semiconductor large-scale integrated circuit). Unlike single optical device manufacturing technology using III-V compound semiconductors, etc., silicon photonics uses an optical integrated circuit in which a plurality of optical functional elements are integrated due to the high fine processing accuracy and mass productivity of CMOS technology. It aims to manufacture at low cost.

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。 However, since silicon is an indirect transition semiconductor, an efficient light source technology has not yet been established. Therefore, in order to configure an optical transmitter with silicon photonics, for example, a laser chip for a light source using a direct transition type III-V compound semiconductor is mounted on a silicon chip on which an optical modulator is formed. Is often done.

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。 On the other hand, in the case of an optical receiver, a photodetector that converts received light into an electrical signal is the main optical device, and germanium (Ge) epitaxially grown on silicon is used as a photoelectric conversion medium for the photodetector. It has become mainstream. Germanium has a low efficiency as a light-emitting medium for a light source, but can exhibit a high efficiency as a light-absorbing medium for a photodetector if the wavelength is selected appropriately. Germanium has a band gap energy of 0.66 eV and absorbs light having a wavelength of about 1880 nm or less and converts it into electrons. However, since germanium is an indirect transition semiconductor like silicon, its light absorption coefficient is small. However, when light having an energy of about 0.8 eV or more, that is, light having a wavelength in a vacuum of 1550 nm or less is incident, absorption due to direct transition occurs simultaneously with indirect transition, and thus a high absorption coefficient is exhibited. Therefore, in particular, when receiving a communication wavelength band called an O (O) band whose wavelength is sufficiently shorter than 1550 nm, that is, light having a wavelength range of 1260 to 1360 nm, the efficiency is improved by using germanium grown on silicon. Thus, an optical signal can be received.

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。 The photodetector is roughly classified into a waveguide type and a surface type. In the waveguide type, sufficient light receiving sensitivity can be easily obtained by lengthening the waveguide for light absorption. Instead, in order to optically couple with the optical fiber, a spot size converter for converting the different mode diameters of the waveguide and the optical fiber must be installed, and the optical loss caused by the spot size converter causes a substantial change. Light reception sensitivity may decrease. On the other hand, since the planar photodetector can easily enlarge the light receiving surface, direct optical coupling with an optical fiber is possible. However, in order to obtain the required light receiving sensitivity, the light absorbing medium needs to be sufficiently thick.

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−ｉｎｓｕｌａｔｏｒｗａｆｅｒ）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。 In recent years, most of optical circuit chips using silicon photonics are manufactured by using an SOI wafer (silicon-on-insulator wafer). Therefore, it is required to design a germanium photodetector on the premise that an SOI wafer is used. FIG. 1 is a schematic diagram of a basic layer structure of a planar photodetector in which germanium is laminated on an SOI wafer. The original SOI wafer before processing includes a silicon substrate 4, a buried oxide film layer (BOX layer) 3 made of silicon dioxide, and an SOI layer 2 made of silicon. Then, a germanium layer 1 which is an absorption medium layer is epitaxially grown on the SOI layer 2, and an oxide film layer 5 made of silicon dioxide for surface protection is deposited on the germanium layer 1, thereby forming a planar photodetector. Is done.

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。 If the germanium layer 1 can be made sufficiently thick, most of the light incident on the germanium layer 1 through the oxide film layer 5 from above is absorbed by the germanium layer 1 and converted into electrons once it enters the germanium layer 1. Is done. In this case, the main loss generation factor of the photodetector is a light reflection loss at the incident side interface 15 of the germanium layer 1. Therefore, in the prior art, when the germanium layer 1 can be made sufficiently thick, an antireflection film is formed on the germanium layer 1.

特表２０１３−５３２９０２号公報Special table 2013-532902 gazette

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。 However, when the germanium layer is thickened and an antireflection film is further laminated, the combined thickness of the germanium layer and the antireflection film layer becomes about several μm. As a result, if only the photodetector becomes thicker in an optical circuit in which a plurality of optical functional elements are integrated at the same time, the surface height of the photodetector and the surrounding device will be greatly different, and the wafer There arises a problem that a lithography process and a wiring forming process that require a certain flatness of the surface become difficult.

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。 Further, even if the germanium layer alone of the light absorbing medium is considered, there is a problem that the response speed is lowered if the germanium layer is too thick. Electrons and holes generated when light is absorbed travel to the front side and back side of the germanium layer, but the travel time becomes longer in proportion to the thickness of the germanium layer. As a result, the response speed is lowered, and the ability to convert a high-speed optical signal into a current with high accuracy is lowered. If the photosensitivity may be sacrificed to some extent, it can be considered as a countermeasure to make the germanium layer of the light absorbing medium thin. However, if the germanium layer is simply made thinner, a part of the light that could not be absorbed by the germanium layer is reflected by the lower surface of the germanium layer, returns to the incident side, and returns to the transmitter, thereby returning the optical signal. There is a risk of destabilizing the operation of the transmitting optical transmitter.

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。 The present invention has been made in view of the above points, and one of its purposes is to provide a highly sensitive photodetector that has a thin germanium layer, does not require an antireflection film, and hardly reflects incident light. There is to do.

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。 In order to solve the above-described problem, an embodiment of the present invention includes a light absorption layer, at least one pair layer including a silicon-rich layer and a germanium-rich layer, which is located under the light absorption layer, and the pair A planar light detection comprising: a first silicon layer located below the layer; an oxide film layer located below the first silicon layer; and a second silicon layer located below the oxide film layer The light absorption layer is germanium or silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1, and the silicon-rich layer is silicon having a silicon composition ratio of 0.9 to 1. A germanium compound or silicon, and the germanium rich layer is a germanium or silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1, and the thickness of the light absorption layer is A material that is in the range of (m / 4 ± 1/8) times the wavelength of light in the material that forms the light absorption layer (m is a positive integer), and the thickness of the silicon-rich layer is the material that forms the silicon-rich layer Is within the range of ((2r-1) / 4 ± 1/8) times the wavelength of light (r is a positive integer), and the thickness of the germanium-rich layer is the same as that of the material forming the germanium-rich layer. It is within a range of ((2s-1) / 4 ± 1/8) times the wavelength of light (s is a positive integer), and the thickness of the first silicon layer is (p / 2 ± 1/8) times (p is a positive integer), and the thickness of the oxide film layer is ((2q-1) / 4) of the wavelength of light in the material forming the oxide film layer. It is a surface type photodetector characterized by being within a range of ± 1/8) times (q is a positive integer).

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。 According to another aspect of the present invention, there is provided the planar photodetector according to the above aspect, wherein the pair layers are stacked in an odd number, and m is an even number.

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。 Another aspect of the present invention is a planar photodetector according to the above aspect, wherein the number of stacked pair layers is 1, and m is 8, 10, or 12.

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。 According to another aspect of the present invention, in the above aspect, the pair of layers are stacked in even layers, and m is an odd number.

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。 Another aspect of the present invention is a planar photodetector according to the above aspect, wherein the number of stacked layer layers is 2, and m is 7 or 9 or 11.

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。 According to another aspect of the present invention, in the above aspect, the cap layer further includes a cap layer positioned on the light absorption layer, and the cap layer has a silicon-germanium composition ratio of silicon of 0.9 to 1. The thickness of the cap layer is in the range of (f / 4 ± 1/8) times the wavelength of light in the material forming the cap layer (f is 0 or a positive integer). This is a surface type photodetector.

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。 Another embodiment of the present invention is a planar photodetector according to the above embodiment, wherein f is 0 or an even number.

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。 Another embodiment of the present invention is a planar photodetector according to the above embodiment, wherein f is 0 or 2.

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。 Another embodiment of the present invention is a planar photodetector according to the above embodiment, wherein f is an odd number.

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。 According to the present invention, it is possible to provide a highly sensitive photodetector that has a thin germanium layer, does not require an antireflection film, and hardly reflects incident light.

従来の面型光検出器の基本的な層構造の模式図である。It is a schematic diagram of the basic layer structure of the conventional surface-type photodetector. 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。It is typical sectional drawing which shows the structure of the surface-type photodetector 20 by 1st Embodiment. 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。2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a planar photodetector 30 according to the first embodiment. FIG. 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。It is typical sectional drawing which shows the structure of the surface type photodetector 40 by 2nd Embodiment. 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。It is a figure which shows the FDTD simulation result of the time change of the power transmittance | permeability of the light which injected into the layer structure of the planar photodetector 40, and a power reflectance.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the planar photodetector 20 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the planar photodetector 20 of the present embodiment includes a light absorption layer 21, a silicon rich layer 28 below it, a germanium rich layer 27 below it, and a first silicon below it. A layer 22, an oxide film layer 23 below the layer 22, and a second silicon layer 24 below the layer 22 are provided. The second silicon layer 24, the oxide film layer 23, and the first silicon layer 22 form a so-called SOI wafer layer structure. The planar photodetector 20 may include an upper cladding layer 25 on the light absorption layer 21.

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。 The material constituting the light absorption layer 21 is germanium or a silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1. The material of the silicon rich layer 28 is a silicon-germanium compound or silicon having a silicon composition ratio of 0.9 to 1. The material of the germanium rich layer 27 is germanium or a silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1. The material of the oxide film layer 23 is silicon dioxide.

光吸収層２１の厚みｔ_２１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ｔ_２８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ｔ_２７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ｔ_２２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ｔ_２３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。 The thickness t ₂₁ of the light absorption layer 21 is in the range of (m / 4 ± 1/8) times (m is a positive integer) the wavelength of light in the material constituting the light absorption layer 21. The thickness t ₂₈ of the silicon rich layer 28 is in the range of ((2r−1) / 4 ± 1/8) times (r is a positive integer) the wavelength of light in the material forming the silicon rich layer 28. The thickness t ₂₇ of the germanium rich layer 27 is in the range of ((2s−1) / 4 ± 1/8) times (s is a positive integer) the wavelength of light in the material forming the germanium rich layer 27. The thickness t ₂₂ of the first silicon layer 22 is in the range of (p / 2 ± 1/8) times the wavelength of light in the first silicon layer 22 (p is a positive integer). The thickness _{t 23} of the oxide layer 23 is in the range of wavelengths of light in the material constituting the oxide film layer 23 ((2q-1) / 4 ± 1/8) times (q is a positive integer). However, “within the range of a ± b” means a numerical range larger than a−b and smaller than a + b.

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。 The operation of the planar photodetector 20 according to the first embodiment is as follows.

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ｔ_２８とゲルマニウムリッチ層２７の厚さｔ_２７はそれぞれ９３ｎｍ、７６ｎｍであり、両者を合わせた厚さ（ｔ_２８＋ｔ_２７）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。 The silicon-rich layer 28, the germanium-rich layer 27, the first silicon layer 22, and the oxide film layer 23 are highly reflective films for light propagating from the light absorption layer 21 toward the second silicon layer 24. Work. This highly reflective film exhibits the highest reflectivity because the silicon-rich layer 28 is made of silicon, the germanium-rich layer 27 is made of germanium, and the thickness of each layer has an error in each of the above equations. In this case, it takes a value that does not include (± 1/8) times the term to be expressed, and the power reflectance of light in that case is 0.69. The silicon rich layer 28 and the germanium rich layer 27 are layers newly introduced in the present invention. When the wavelength of light in vacuum is 1310 nm, the refractive indexes of silicon and germanium at the wavelengths are 3.505 and 4.3, respectively, and r = 1 and s = 1, in each thickness _{t 27} of the thickness _{t 28} and germanium-rich layer 27 of silicon-rich layer 28 is 93 nm, a 76nm, the combined thickness of both _(t 28 _{+ t 27)} is the sum of 170 nm (93 nm and 76nm The difference from a certain 169 nm is due to rounding off. Since the power reflectivity without the silicon rich layer 28 and the germanium rich layer 27 is 0.57, the reflectivity is improved by 0.12.

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。 Thus, by introducing the silicon-rich layer 28 and the germanium-rich layer 27, the reflectance on the back surface side of the light absorption layer 21 (that is, the boundary surface between the light absorption layer 21 and the silicon-rich layer 28) can be improved. it can. The improvement of the back surface reflectance has an effect of reducing light that is lost to the back surface side of the light absorption layer 21. Further, when the number of silicon-rich layer and germanium-rich layer pairs (hereinafter referred to as “reflection layer pairs”) is increased, the back surface reflectance can be further improved. However, it should be noted that the combined thickness of the silicon rich layer and the germanium rich layer increases by the number of pairs. If there is only one pair, the total thickness of the two layers is increased by 170 nm.

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ｔ_２１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。 Now, by increasing the reflectance on the back surface side of the light absorption layer 21 in this way, the loss due to the back surface transmitted light is reduced. However, simply reducing the back surface transmitted light reflects the light reflected by the back surface of the light absorption layer 21 and absorbs light. Light returning through the layer 21 passes through to the incident side (that is, the upper clad layer 25 side). Therefore, the phase of the light passing through and the phase of the light reflected on the surface of the light absorption layer 21 (that is, the boundary surface between the light absorption layer 21 and the upper cladding layer 25) and returning to the incident side are opposite to each other. In addition, a thickness t ₂₁ of the light absorption layer ₂₁ is set. By making the phases of the two reflected return lights from the back surface and the front surface of the light absorption layer 21 opposite to each other, destructive interference occurs between them, and the final return from the surface of the light absorption layer 21 to the incident side occurs. The reflected light is reduced. The final reflected light from the surface of the light absorbing layer 21 is minimized when the intensity of the two reflected return lights that cause destructive interference is equal. And the absorption coefficient of the light absorption medium (ie, germanium or silicon-germanium compound) forming the light absorption layer 21.

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ｔ_２１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ｔ_２１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ｔ_２１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。 As a result of theoretical analysis and finite difference time domain (FDTD) electromagnetic field simulation assuming that the upper cladding layer 25 is silicon dioxide, when the wavelength of light in vacuum is 1310 nm, the thickness t ₂₁ of the light absorption layer 21 is set to It was found that good results can be obtained as an optical receiver when the integer m in the above expression takes an even number, particularly m = 8, 10, 12. Since the refractive index of germanium at a wavelength of 1310 nm is 4.3, and thus the wavelength of light in the light absorption layer 21 is 305 nm, the thickness t ₂₁ of the light absorption layer 21 corresponding to m / 4 times the wavelength is , M = 8, 10, and 12 are calculated as 609 nm, 762 nm, and 914 nm, respectively. The thickness t ₂₁ of the light absorbing layer 21, as represented by the aforementioned formula, the deviation of ± 76 nm, which corresponds to 1/8 of the wavelength relative to the thickness corresponding to m / 4 times the wavelength Yes May be.

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。 Further, as a result of simulation, the final reflection loss on the surface of the light absorption layer 21 was the smallest at 0.2% when m = 8, but the transmission loss was 25%. The loss was about 25%. On the other hand, when m = 12, the reflection loss is 1.9%, which is about 10 times that of m = 8, but the transmission loss is reduced to 17% and the total optical loss is about 19%. The total optical loss was 6% lower than when m = 8. Therefore, in order to minimize the reflected light, it is better to select m = 8, and when the optical transmitter is highly resistant to the reflected return light, by selecting m = 12, the optical receiver can be selected. The light receiving sensitivity can be increased.

上述したようにシリコンリッチ層２８の厚さｔ_２８は９３ｎｍ、ゲルマニウムリッチ層２７の厚さｔ_２７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ｔ_２１は６０９ｎｍであるので、これら３層の厚さの合計（ｔ_２１＋ｔ_２７＋ｔ_２８）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。 As described above, the thickness t ₂₈ of the silicon rich layer 28 is 93 nm, the thickness t ₂₇ of the germanium rich layer ₂₇ is 76 nm, and the thickness t _{21 of the} light absorption layer 21 (germanium layer) when m = 8. Since 609 nm, the total thickness (t ₂₁ + t ₂₇ + t ₂₈ ) of these three layers is 778 nm. When m = 10 and 12, the thickness of the light absorption layer 21 is 762 nm and 914 nm, respectively, and the total thickness of these three layers is 931 nm and 1083 nm, respectively.

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。 The number of reflective layer pairs formed by the silicon rich layer 28 and the germanium rich layer 27 is not limited to one, but may be two or more. However, when the number of reflective layer pairs is an even number, it is confirmed by theoretical analysis and FDTD simulation that the final reflected light from the surface of the light absorption layer 21 is small when m is an odd number. I understood. When there are two pairs of reflective layers and m = 7, the reflection loss and the transmission loss are 0.2% and 25%, respectively, and the total loss when they are combined is about 25%. The total thickness of the pair and the light absorption layer 21 was 871 nm. Similarly, when m = 9, the reflection loss and the transmission loss are 0.7% and 20%, respectively, and the total loss is about 21%. The two reflection layer pairs and the light absorption layer are combined. The total thickness of 21 was 1023 nm. Further, when m = 11, the reflection loss and the transmission loss are 1.9% and 17%, respectively, and the total loss is about 19%. The total thickness of the two reflection layer pairs and the light absorption layer 21 is 1176 nm.

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。 The material of the upper clad layer 25 may be not only silicon dioxide but also silicon nitride, silicon oxynitride, or other materials, and should be appropriately selected according to the film forming apparatus that can be used.

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。 Next, with reference to FIG. 3, a method for manufacturing the planar photodetector 30 as a specific example to which the layer structure according to the first embodiment is applied will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the completed planar photodetector 30. In FIG. 3, the basic laminated structure of the planar photodetector 30 is the same as the laminated structure of the planar photodetector 20 shown in FIG. 2, but the planar photodetector 30 is the same as the planar photodetector. In addition to the configuration of 20, a p-electrode (31a, 31b) and an n-electrode (32a, 32b) are further provided.

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。 As a wafer for producing the surface-type photodetector 30, an SOI wafer comprising a first silicon layer (SOI layer) 32, an oxide film layer (BOX layer) 33, and a second silicon layer 34 was used. Regarding the thickness of each layer of the SOI wafer, the thickness of the oxide film layer 33 was 2942 nm, and the thickness of the first silicon layer 32 was 187 nm. In the manufacturing process, first, p-type ion implantation was performed on a partial region of the SOI layer 32 (region where a multilayer film of germanium and silicon is to be selectively epitaxially grown in the next step), and activation annealing was performed. Next, an oxide film (not shown) having a thickness of 100 nm is deposited on the SOI wafer, and a mask pattern (not shown) having a hole only in the partial region is formed on the oxide film by lithography. Etching was performed to make holes in the oxide film using the pattern. Next, a germanium-rich layer 37, a silicon-rich layer 38, and a light absorption layer 31 were sequentially formed by selectively epitaxially growing a germanium-silicon multilayer film on the SOI layer 32 at the hole portion of the oxide film. Next, n-type ion implantation was performed in the region of the epitaxial growth layer, and activation annealing was performed. Next, an upper cladding layer 35 made of silicon dioxide was deposited so as to cover the SOI layer 32 and the epitaxially grown layer (germanium rich layer 37, silicon rich layer 38, and light absorption layer 31). Next, contact holes (not shown) were formed in the outer peripheral portion inside the epitaxial growth layer and in the vicinity of the outside, and aluminum electrodes (31a, 31b, 32a, 32b) were formed in the contact holes. Finally, an oxide film 35 was deposited as a protective film.

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。 In the first embodiment, an oxide film is deposited directly on germanium, which is a light absorption layer. However, some CMOS production lines do not create a situation where germanium is directly exposed to the outside by continuously growing silicon from the epitaxial growth of germanium in order to prevent germanium contamination to manufacturing equipment other than germanium growth equipment. You may be asked to do that. Next, another embodiment capable of solving the problem that the light receiving sensitivity of the optical receiver decreases in such a case will be described.

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。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the surface photodetector 40 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the layer structure of the planar photodetector 40 of the present embodiment is almost the same as the layer structure of the planar photodetector 20 shown in FIG. That is, the light absorption layer 41, the silicon rich layer 48, the germanium rich layer 47, the first silicon layer 42, the oxide film layer 43, the second silicon layer 44, and the upper cladding layer 45 in FIG. It corresponds to the light absorption layer 21, the silicon rich layer 28, the germanium rich layer 27, the first silicon layer 22, the oxide film layer 23, the second silicon layer 24, and the upper cladding layer 25. In addition to the configuration of the planar photodetector 20, the planar photodetector 40 of the present embodiment further includes a cap layer 46 on the light absorption layer 41. The material forming the cap layer 46 is a silicon-germanium compound or silicon having a silicon composition ratio of 0.9 to 1. When the cap layer 46 is intended to prevent direct exposure of germanium, which is a constituent material of the light absorption layer 41, the cap layer 46 is preferably silicon.

キャップ層４６の厚みｔ_４６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。 The thickness t ₄₆ of the cap layer 46 is in the range of (f / 4 ± 1/8) times the wavelength of light in the material forming the cap layer 46 (f is 0 or a positive integer). As a result of theoretical analysis and FDTD simulation, it was confirmed that if f is 0 or an even number, the cap layer 46 hardly affects the reflectance and transmittance of the surface photodetector 40 (light absorption layer 41). . Here, f is preferably 0 or 2 in consideration that silicon constituting the cap layer 46 does not contribute to light absorption. For example, if the wavelength of light in vacuum is 1310 nm, the refractive index of silicon at that wavelength is 3.505, and therefore the wavelength of light in the cap layer 46 is 374 nm. The cap layer 46 has a maximum thickness of 47 nm due to an error term of (1/8) times the wavelength in the above equation. When f = 2, the cap layer 46 has a thickness of 140 to 234 nm.

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。 On the other hand, it was found from theoretical analysis and FDTD simulation that if f is an odd number, the entire optical loss can be reduced as compared with the structure without the cap layer 46. Assuming that the material of the cap layer 46 is silicon and f = 1, the thickness of the cap layer 46 is 93 nm. FIG. 5 shows the FDTD simulation result of the temporal change of the power transmittance and power reflectance of the light incident on the layer structure of the planar photodetector 40 in this case. As shown in the figure, after a sufficient time has passed, the reflectance of incident light was 0.2%, the transmittance was 12%, and the total light loss was reduced to about 12%. However, the thickness of the light absorption layer 41 was 1588 nm (m = 17), and the combined thickness of the light absorption layer 41 and one reflection layer pair was slightly thick as 1757 nm. Nevertheless, the planar photodetector 40 has the advantage that it is not necessary to further stack an antireflection film, so that the influence on other optical functional elements does not have to be considered.

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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible within the range which does not deviate from the summary.

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、３１ｂｐ電極
３２ａ、３２ｂｎ電極
４６キャップ層 20, 30, 40 Planar photodetectors 21, 31, 41 Light absorption layers 22, 32, 42 First silicon layers 23, 33, 43 Oxide film layers 24, 34, 44 Second silicon layers 25, 35, 45 Upper cladding layers 27, 37, 47 Germanium rich layers 28, 38, 48 Silicon rich layers 31a, 31b p electrodes 32a, 32b n electrodes 46 cap layers

Claims

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。 A light absorption layer; at least one pair layer comprising a silicon-rich layer and a germanium-rich layer located under the light absorption layer; a first silicon layer located under the pair layer; A surface-type photodetector comprising an oxide film layer positioned under the silicon layer and a second silicon layer positioned under the oxide film layer,
The light absorption layer is a germanium or silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1,
The silicon-rich layer is a silicon-germanium compound or silicon having a silicon composition ratio of 0.9 to 1,
The germanium rich layer is a germanium or silicon-germanium compound having a silicon composition ratio of 0 to 0.1,
The thickness of the light absorption layer is in the range of (m / 4 ± 1/8) times the wavelength of light in the material constituting the light absorption layer (m is a positive integer),
The thickness of the silicon-rich layer is in the range of ((2r-1) / 4 ± 1/8) times (r is a positive integer) the wavelength of light in the material forming the silicon-rich layer,
The thickness of the germanium-rich layer is in the range of ((2s-1) / 4 ± 1/8) times (s is a positive integer) the wavelength of light in the material forming the germanium-rich layer,
The thickness of the first silicon layer is in the range of (p / 2 ± 1/8) times the wavelength of light in silicon (p is a positive integer),
The thickness of the oxide film layer is in the range of ((2q-1) / 4 ± 1/8) times (q is a positive integer) the wavelength of light in the material forming the oxide film layer.
A planar photodetector.

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請求項１に記載の面型光検出器。 2. The planar photodetector according to claim 1, wherein the pair layers are stacked in an odd number, and m is an even number.

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請求項２に記載の面型光検出器。 The planar photodetector according to claim 2, wherein the number of stacked pair layers is 1, and m is 8, 10, or 12.

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請求項１に記載の面型光検出器。 2. The planar photodetector according to claim 1, wherein the pair layers are stacked in even layers, and m is an odd number.

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請求項４に記載の面型光検出器。 5. The planar photodetector according to claim 4, wherein the number of the stacked pair layers is 2, and m is 7 or 9 or 11.

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に記載の面型光検出器。 A cap layer located on the light absorbing layer;
The cap layer is a silicon-germanium compound or silicon having a silicon composition ratio of 0.9 to 1,
The thickness of the cap layer is in the range of (f / 4 ± 1/8) times the wavelength of light in the material forming the cap layer (f is 0 or a positive integer).
The planar photodetector according to claim 1.

ｆが０または偶数であることを特徴とする請求項６に記載の面型光検出器。 The planar photodetector according to claim 6, wherein f is 0 or an even number.

ｆが０または２であることを特徴とする請求項７に記載の面型光検出器。 8. The planar photodetector according to claim 7, wherein f is 0 or 2.

ｆが奇数であることを特徴とする請求項６に記載の面型光検出器。 The planar photodetector according to claim 6, wherein f is an odd number.