JP4336765B2 - フォトダイオードとその製造方法 - Google Patents
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Description
2,14,25,60 n+型半導体層
3,15,26,61 n−型半導体層
4,17 金属周期構造体
5,19,29,54,62 第1の電極
8,20,31,55,63 第2の電極
6,18,27 穴
7,30 絶縁層
9,21,32,56,64 バイアス電源
10,22,33,50,65 負荷抵抗
11,23,57,67 入射光
12 スリット
13 反射防止膜
28 金属構造体
40 散乱体
51 i層
52 p層
53 n層
59,69 窓
66 半透明金属膜
本発明の第1の実施形態のショットキーフォトダイオードを説明する。第1の実施形態のショットキーフォトダイオードは、プレーナ型のフォトダイオードとして構成されている。図4はこのフォトダイオードの全体構成を示す一部破断斜視図であり、図5は、その断面を拡大して示す図である。
次に、上述したフォトダイオードの製造方法について、半導体材料としてSiを用いる場合について説明する。図7A〜図7Jは、第1の実施形態のフォトダイオードの製造方法を順を追って示している。
次に、本発明の第2の実施形態のショットキーフォトダイオードについて説明する。第1の実施形態のフォトダイオードは、プレーナ型のものであったが、この第2の実施形態のフォトダイオードは、絶縁性の基板を用い、基板の表面に第1の電極、裏面に第2の電極を配したものである。図15は、第2の実施形態であるフォトダイオードの構成を示している。
次に、本発明の第2の実施形態のショットキーフォトダイオードについて説明する。図16に示す第3の実施形態のフォトダイオードは、第1の実施形態のフォトダイオードと同様のものであるが、金属周期構造体4に設けられた穴6の底面に、光を散乱するための微小な散乱体40を設けた点で相違する。この散乱体40には、光波長領域での電気抵抗が小さい材料が適しており、金属周期構造体4と同じ金属材料、例えばAgあるいはAuなどを用いることができる。散乱体40の体積および形状は、表面プラズモン共鳴の状態に影響を及ぼすが、散乱体40として、そのサイズが5nm角程度から入射光の波長と同程度のものまでが、幅広い範囲で効果を発揮する。形状としては、散乱体40は、例えば、円柱状、あるいは角柱状のものとすることができる。
次に、本発明のショットキーフォトダイオードを応用した例について説明する。図18は、本発明のショットキーフォトダイオードを用いた40Gbps(ギガビット毎秒)伝送用の光受信モジュールを示している。
次に、本発明のショットキーフォトダイオードを応用した別の例について説明する。図19は、本発明のショットキフォトダイオードを搭載したLSI(大規模集積回路)チップ間光インターコネクトモジュールを示している。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、上述した各実施形態において、入射光をレンズで集光してから金属周期構造体上に照射するなど、従来良く知られた技術と本発明の技術とを組み合わせることができることは、当然のことである。
Claims (28)
- 入射光の波長よりも小さな直径を有する穴と、前記穴の周囲に設けられ前記導電膜の膜面に対する入射光によって、励起された表面プラズモンによる共鳴状態を前記膜面に生じさせる周期構造と、を有する導電膜と、
前記導電膜の前記穴近傍に前記導電膜と接して設けられた半導体層と、
を有し、前記励起された表面プラズモンによって前記導電膜と前記半導体層との界面において発生した近接場光を検出することを特徴とする、フォトダイオード。 - 前記導電膜は、前記穴以外の場所では前記入射光を通さない金属膜である、請求項1に記載のフォトダイオード。
- 前記導電膜と前記半導体層によって形成されるショットキー障壁が現れる領域は、前記近接場光の発生領域とほぼ一致する、請求項1または2に記載のフォトダイオード。
- 前記周期構造は、前記穴から遠ざかる方向に周期を有する凹凸からなる、請求項1または2に記載のフォトダイオード。
- 第1の面と第2の面とを有する導電膜であって、前記第1の面側から形成された入射光の波長より小さな直径を有する穴と、前記穴から遠ざかる方向に周期を有する凹凸からなる周期構造とを有する導電膜と、
前記導電膜の前記穴近傍に前記導電膜の第2の面と接して設けられた一導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の前記導電膜の第2の面と接している面と反対側の面に接し、前記一導電型であって、前記第1の半導体層より不純物濃度が高い第2の半導体層と、
からなることを特徴とするフォトダイオード。 - 前記導電膜は金属膜からなり、前記凹凸は前記第1の面に形成されている、請求項5に記載のフォトダイオード。
- 前記周期構造は、前記穴を中心とする同心円状の溝部からなる、請求項5に記載のフォトダイオード。
- 前記第1の半導体層の前記導電膜との接合部の近傍にショットキー障壁を形成するための逆バイアス電圧を印加するために、前記第2の半導体層に電気的に接続する第1の電極と、前記導電膜に電気的に接続する第2の電極とを有し、
前記第2の半導体層と前記導電膜とに挟まれた前記第1の半導体層の厚さは、前記第1の面から前記導電膜に光が照射されたときに前記穴の位置で前記第2の面側に現れる近接場光の滲み出しの長さ以下である、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。 - 前記穴は、前記導電膜の一部である底面部を有する、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。
- 前記穴内に、導電性物質からなり光を散乱する散乱体が配置している、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。
- 前記穴の位置に対応して、前記底面部と前記第1の半導体層との界面から前記第1の半導体層側に埋め込まれた、導電性物質からなり光を散乱する散乱体を有する、請求項9に記載のフォトダイオード。
- 前記穴は前記導電膜を貫通して前記第1の半導体層に達し、前記導電膜のうち前記穴の周縁部が前記第1の半導体層と接する、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。
- 前記穴の位置に対応し、前記第1の半導体層の表面に、導電性物質からなり光を散乱する散乱体が埋め込まれている、請求項12に記載のフォトダイオード。
- 前記導電膜の前記第1の面に、前記第1の半導体層とほぼ同じ屈折率を有する透明膜を備える、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。
- 前記透明膜上に設けられた、入射光に対する反射防止膜をさらに有する、請求項14に記載のフォトダイオード。
- 前記導電膜は金属膜であって、前記穴の直径は前記入射光の波長の1/10以上1/2以下である、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のフォトダイオード。
- 前記周期構造の周期は前記入射光の波長以下である、請求項16に記載のフォトダイオード。
- 前記周期構造の周期は、前記入射光によって前記導電膜に励起される表面プラズモンの共鳴波長に設定される、請求項16に記載のフォトダイオード。
- 前記金属膜は、前記周期構造の凹部において100nm以上1000nm以下の膜厚を有し、前記凹凸の深さは20nm以上200nm以下である、請求項16に記載のフォトダイオード。
- 前記第2の半導体層と前記導電膜とに挟まれた前記第1の半導体層の厚さは、50nm以上100nm以下である、請求項8に記載のフォトダイオード。
- 一導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層に接し前記一導電型であって前記第1の半導体層より不純物濃度が高い第2の半導体層と、を有する基板を用意する工程と、
前記第1の半導体層に接する導電膜を形成する工程と、
前記導電膜の前記第1の半導体層近傍に、入射光の波長より小さな直径を有する穴を形成する工程と、
前記穴から遠ざかる方向に周期を有する凹凸からなる周期構造を前記導電膜に形成する工程と、
を有するフォトダイオードの製造方法。 - 光ファイバから出射した信号光を検出して電気信号として出力する請求項1または5に記載のフォトダイオードと、
前記電気信号を増幅するプリアンプと、
を有することを特徴とする、光モジュール。 - 筐体と、
前記光ファイバと前記フォトダイオードとを光結合させる手段と、
を有し、
前記フォトダイオードと前記プリアンプとが前記筐体内に収容されている、請求項22に記載の光モジュール。 - 第1の光ファイバから出射した光が入射して第1の信号電流を発生する請求項1または5に記載のフォトダイオードと、
第2の光ファイバに入射される信号光を発生する光源と、
前記フォトダイオードおよび前記光源が配置した搭載ボードと、
を有し、前記第1の信号電流がLSIに供給され、前記LSIからの第2の信号電流に応じて前記光源が信号光を発生することを特徴とする、光インターコネクトモジュール。 - 前記第1の光ファイバと前記フォトダイオードとを光結合させる第1の結合手段と、前記光源と前記第2の光ファイバとを光結合させる第2の結合手段とを有する、請求項24に記載の光インターコネクトモジュール。
- 前記穴から遠ざかる方向に周期を有する凹凸からなる周期構造を前記導電膜に形成する工程は、
前記導電膜の上に前記導電膜と同じ材料からなる付加金属層を形成する工程を有する、請求項21に記載のフォトダイオードの製造方法。 - 前記第1の半導体層に接する導電膜を形成する工程は、リフトオフ法によって前記導電膜を形成することを有する、請求項21または26に記載フォトダイオードの製造方法。
- 前記穴から遠ざかる方向に周期を有する凹凸からなる周期構造を前記導電膜に形成する工程は、リフトオフ法によって前記周期構造を形成することを有する、請求項21、26、27のいずれか1項に記載フォトダイオードの製造方法。
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