JP5633224B2 - 光半導体装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光半導体装置及びその駆動方法に関する。
近時、シリコン材料を用いた光位相シフタやマッハツェンダ型の光変調器が提案されている(非特許文献1〜4)。
マッハツェンダ型の光変調器は、光を2つに分岐させて再び合波させるときの干渉条件によって光のオン・オフ等を行う光変調器である。
提案されている技術においては、I型の光導波路の一方の側部にP型の半導体層が設けられ、I型の光導波路の他方の側部にN型の半導体層が設けられ、PIN構造(PINダイオード)が用いられている。
かかるPIN構造に順方向バイアスを印加すると、光導波路にキャリアが注入される。光導波路にキャリアが注入されると、光導波路においてキャリアプラズマ効果が生じ、光導波路における光の屈折率が変化する。光導波路における光の屈折率が変化すると、光導波路を進行する光の波長が変化するため、光導波路を進行する過程で光の位相を変化させることができる。
S.J. Spector et al., "CMOS-compatible dual-output silicon modulator for analog signal processing", Optics Express, Vol. 16, No. 15, pp. 11027-11031 (2008) William M. J. Green et al., "Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator", Optics Express, Vol. 15, No. 25, pp. 17106-17113 (2007) F. Gan et al., "Compact, Low-Power, High-Speed Silicon Electro-Optic Modulator", Conference on Laser and Electro-optics 2007, CTuQ6 (2007) S.J. Spector et al., "Compact Carrier Injection Based Mach-Zehnder Modulator in Silicon", OSA/IPNRA 2007, ITuE5 (2007)
しかしながら、提案されている技術では、PINダイオードの容量が比較的大きいため、CR時定数が大きく、必ずしも良好な高周波特性を得ることができない。
本発明の目的は、高周波特性の良好な光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、基板上に形成された真性半導体の半導体層と、前記半導体層の一部である第1の光導波路と、前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、前記第2の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域とを有する光半導体装置が提供される。
実施形態の他の観点によれば、基板上に形成された真性半導体の半導体層と、前記半導体層の一部である第1の光導波路と、前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域とを有する光半導体装置が提供される。
実施形態の更に他の観点によれば、基板上に形成された真性半導体の半導体層と;前記半導体層の一部である第1の光導波路と;前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と;前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と;前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と;前記第2の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと;前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と;前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと;前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と、前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極とを有する光半導体装置の駆動方法であって、前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を前記第1の電位より低く、前記第2の電位より高い第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を前記第3の電位より低く、前記第2の電位より高い第4の電位に接続し、前記第3の電位以下、前記第4の電位以上の範囲内において変化する入力信号を前記第2の電極に印加することを特徴とする光半導体装置の駆動方法が提供される。
実施形態の更に他の観点によれば、基板上に形成された真性半導体の半導体層と、前記半導体層の一部である第1の光導波路と、前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域とを有する光半導体装置の駆動方法であって、前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を第4の電位に接続し、前記第1の電位以下、前記第2の電位以上の範囲内において変化する入力信号を前記第2の電極に印加することを特徴とする光半導体装置の駆動方法が提供される。
開示の光半導体装置及びその製造方法によれば、真性半導体の半導体層の一部である第1の光導波路と、第1の光導波路の第1の側に形成された第2の光導波路とが設けられている。第1の光導波路の第2の側における半導体層には、第1導電型の第1の不純物領域が形成され、第1の光導波路の第1の側における半導体層には、第2導電型の第2の不純物領域が形成されている。第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とにより第1のキャパシタが形成されている。第2の光導波路の第2の側における半導体層には、第1導電型の第3の不純物領域が形成され、第1の光導波路の第1の側における半導体層には、第2導電型の第4の不純物領域が形成されている。第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とにより第2のキャパシタが形成されている。また、第1のキャパシタの第1の上部電極の下方領域における半導体層に第2導電型の第5の不純物領域が形成されており、第1のキャパシタの第1の上部電極に電圧を印加した際に、第5の不純物領域に反転層が形成され、第5の不純物領域が抵抗層となる。また、第2のキャパシタの第2の上部電極の下方領域における半導体層に第1導電型の第6の不純物領域が形成されており、第2のキャパシタの第2の上部電極に電圧を印加した際に、第6の不純物領域に反転層が形成され、第6の不純物領域が抵抗層となる。このため、配線の引き回しを行うことなく、キャパシタや抵抗を各々のPIN構造に直接接続し得る。従って、高周波特性の良好な光半導体装置を提供することができる。
第1実施形態による光半導体装置を示す断面図である。 第1実施形態による光半導体装置を示す平面図である。 第1実施形態による光半導体装置の一部を拡大して示した平面図である。 第1実施形態による光半導体装置を示す斜視図(その1)である。 第1実施形態による光半導体装置を示す斜視図(その2)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その7)である。 第1実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その8)である。 第2実施形態による光半導体装置を示す断面図である。 第2実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 第2実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 第2実施形態の変形例による光半導体装置を示す断面図である。 等価回路を示す図である。
図18(a)は、2つのPIN構造を有するマッハツェンダ型の光変調器の等価回路を示す図である。
PINダイオードの容量が比較的大きいため、CR時定数が比較的大きく、必ずしも良好な高周波特性が得られない。
高周波特性を向上するためには、図18(b)に示すように、キャパシタや抵抗を付加することが考えられる(非特許文献3参照)。
しかしながら、単にキャパシタや抵抗を付加した場合には、キャパシタや抵抗を接続するための配線の引き回しにより寄生容量が大きくなってしまい、良好な高周波特性を得ることは困難である。
[第1実施形態]
第1実施形態による光半導体装置及びその製造方法並びにその駆動方法を図1乃至図13を用いて説明する。
(光半導体装置)
まず、本実施形態による光半導体装置について図1乃至図3を用いて説明する。図1は、本実施形態による光半導体装置を示す断面図である。図2は、本実施形態による光半導体装置を示す平面図である。図3は、本実施形態による光半導体装置の一部を拡大して示した平面図である。図4は、本実施形態による光半導体装置を示す斜視図である。図1は、図2及び図3のA−A′線断面に対応している。
なお、本実施形態では、光半導体装置としてマッハツェンダ型の光変調器を例に説明するが、光変調器に限定されるものではなく、様々な光半導体装置に適用することが可能である。
半導体基板10上には、絶縁膜12を介して半導体層14が形成されている。ここでは、例えば、シリコン基板10上に埋め込み酸化膜12を介してシリコン層14が形成されたSOI基板が用いられている。絶縁膜12の膜厚は、例えば2〜3μm程度とする。絶縁膜12の膜厚が十分に厚く設定されているため、半導体基板10と半導体層14との間の静電容量は十分に小さく抑制される。
半導体層14は、図1に示すようにリブ型に加工されており、これにより、図2に示すように、複数の光導波路18a〜18fが形成されている。半導体層14のうちの厚さが厚くなっている部分(リブ部)が、光導波路18a〜18fとなっている。
光導波路(アーム導波路)18a、18bの高さ、即ち、図1における光導波路18a、18bの紙面上下方向の寸法は、例えば250nm程度とする。光導波路18a、18bの幅、即ち、図1における光導波路18a、18bの紙面左右方向の寸法は、例えば500nm程度とする。半導体層14のうちの厚さが薄くなっている部分の厚さは、例えば50nm程度とする。光導波路18a、18bは、図1における紙面左右方向に延在している。光導波路18c〜18fの高さ及び幅は、光導波路18a、18bと同様に設定されている。
入射用の光導波路18c、18dは、半導体基板10上に設けられた光分波器11に接続されている。入射光(被変調光)は、光分波器11により2つに分岐され、光分波器11の2つの出力ポートから出力される。被変調光としては、例えば連続光(CW:Continuous Wave)が用いられる。
光分波器11の2つの出力ポートには、それぞれ導波路18a、18bの入力ポートが接続されている。導波路18a、18bの出力ポートは、光合波器13に接続されている。
光合波器13は、導波路18a、18bから与えられる光を合波し、出射用の光導波路18e、18fに出力するものである。光合波器13としては、例えば分岐比50:50の光カプラを用いることができる。光合波器13は、光導波路18e、18fに変調信号を相補的に出力し得る。
光導波路18a、18bのアームの長さ、即ち、図2の紙面左右方向における光導波路18a、18bの寸法は、例えば1mm程度とする。光導波路18a〜18fにはドーパント不純物が導入されていない。光導波路18a〜18fは、真性半導体、即ち、I(Intrinsic)型の半導体により形成されている。
光導波路18aの一方の側、即ち、図1の紙面左側における半導体層14には、P型の不純物領域(P不純物領域)19、20が形成されている。不純物領域19、20は、光導波路18aと並行するように形成されている。不純物領域19、20は、N型の不純物領域25が形成される所定領域を除く領域に形成されている。不純物領域19と不純物領域20とは、所定間隔を隔てて形成されている。不純物領域19と不純物領域20との間隔は、例えば200nm程度とする。
光導波路18aの他方の側、即ち、図1の紙面右側における半導体層14には、N型の不純物領域(N不純物領域)21が形成されている。
P型の不純物領域20とN型の不純物領域21との間の領域の半導体層14は、真性半導体の領域14aとなっている。
P型の不純物領域19、20と、I型の光導波路18aと、N型の不純物領域21とにより、PIN構造(PINダイオード)16aが形成されている。
P型の不純物領域19とP型の不純物領域20との間には、N型の不純物領域25が形成されている。不純物領域25は、キャパシタ32aの上部電極30aに所定電圧を印加した際に反転層が形成されて、抵抗層として機能するものである。図1の紙面左右方向における不純物領域25の寸法は、例えば200nm程度とする。不純物領域25は、光導波路18aと並行するように形成されている。
キャパシタ32aの上部電極30aに所定電圧を印加した際における抵抗層25の抵抗値は、例えば100〜500Ω程度とする。
PIN構造16aに流れる電流は、光導波路長1μm当たり10μA程度であるため、反転層を形成することにより得られる電気抵抗であっても特段の問題はない。
反転層を流れる電流は電圧に対して飽和特性を有するため、反転層のチャネル長を適宜設定することにより、抵抗層の微分抵抗をPINダイオード16aの微分抵抗の10〜100倍程度に設定することが可能である。
なお、抵抗層25の抵抗値は、100〜500Ωに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるように抵抗層25の抵抗値を適宜設定しうる。抵抗層25の抵抗値は、不純物領域25に導入するN型のドーパント不純物の濃度や、キャパシタ32aの上部電極30aに印加する電圧値等を適宜設定することにより調整し得る。
不純物領域19、20上及び不純物領域25上には、絶縁膜(誘電体膜)28を介して、上部電極30aが形成されている。絶縁膜28は、例えばシリコン酸化膜により形成されている。絶縁膜28の膜厚は、例えば3〜10nm程度とする。ここでは、絶縁膜28の膜厚を、例えば3nm程度とする。上部電極30aは、例えば、P型のドーパント不純物が導入されたポリシリコン膜により形成されている。上部電極30aは、光導波路18aと並行するように形成されている。図1の紙面左右方向における上部電極30aの寸法は、例えば600nm程度とする。上部電極30aと不純物領域20aとが重なり合っている領域の紙面左右方向の寸法は、例えば500nm程度とする。
不純物領域20の一部である下部電極と、絶縁膜(誘電体膜)28と、上部電極30aとにより、キャパシタ(MOSキャパシタ)32aが形成されている。キャパシタ32aの静電容量は、PINダイオード16aの容量の10分の1〜100分の1程度とすることが好ましい。ここでは、キャパシタ32aの静電容量を、例えば0.1〜0.5pF程度とする。
なお、キャパシタ32aの静電容量は0.1〜0.5pFに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるようにキャパシタ32aの静電容量を適宜設定すればよい。キャパシタ32aの静電容量は、不純物領域20と上部電極30aとの対向面積や、誘電体膜28の膜厚、材料等を適宜設定することにより調整し得る。
また、ここでは、不純物領域19の一部と上部電極30aとが重なり合っている場合を例に説明したが、不純物領域19の一部と上部電極30aとが重なり合っていなくてもよい。
キャパシタ32aは、PIN構造16aのCR時定数を低減するためのものである。PIN構造16aのCR時定数を低減するためには、アノードとなる不純物領域20にキャパシタ32aを直接接続することが好ましい。このため、本実施形態では、不純物領域20の一部がキャパシタ32aの下部電極を兼ねるようにしており、不純物領域20の一部とキャパシタ32aの上部電極30aの一部とが重なり合っている。
不純物領域25の導電型は、不純物領域19,20の導電型と反対であるため、キャパシタ32aの上部電極30aにバイアスを印加していない状態においては、不純物領域25は極めて高抵抗な状態となる。本実施形態では、キャパシタ32aの上部電極30aに所定のバイアス電圧を印加することにより、不純物領域25に反転層を形成し、不純物領域25の抵抗値を所望の抵抗値に設定する。キャパシタ32aの上部電極30aに所定のバイアス電圧を印加した際に、不純物領域25に反転層が形成されるよう、不純物領域25は上部電極30aの下方領域に位置させることが好ましい。
微細化を図るためには、図1の紙面左右方向における上部電極30aの寸法を比較的小さく設定することが好ましい。微細化を図りつつ、キャパシタ32aの静電容量を十分に確保すべく、不純物領域25の長手方向における中心線の位置は、キャパシタ32aの上部電極30aの長手方向における中心線の位置に対して、図1における紙面左側に位置している。
光導波路18bの一方の側、即ち、図1の紙面左側における半導体層14には、P型の不純物領域(P不純物領域)22が形成されている。不純物領域22は、光導波路18bと並行するように形成されている。
光導波路18bの他方の側、即ち、図1の紙面右側における半導体層14には、N型の不純物領域(N不純物領域)23、24が形成されている。不純物領域23、24は、P型の不純物領域26が形成される所定領域を除く領域に形成されている。不純物領域23と不純物領域24とは、所定間隔を隔てて形成されている。不純物領域23と不純物領域24との間隔は、例えば200nm程度とする。
P型の不純物領域22とN型の不純物領域23との間の領域の半導体層14は、真性半導体の領域14bとなっている。
P型の不純物領域22と、I型の光導波路18bと、N型の不純物領域23、24とにより、PIN構造(PINダイオード)16bが形成されている。
N型の不純物領域23とN型の不純物領域24との間には、P型の不純物領域26が形成されている。不純物領域26は、キャパシタ32bの上部電極30bに所定電圧を印加した際に反転層が形成されて、抵抗層として機能するものである。図1の紙面左右方向における不純物領域26の寸法は、例えば200nm程度とする。不純物領域26は、光導波路18bと並行するように形成されている。
キャパシタ32bの上部電極30bに所定電圧を印加した際における抵抗層26の抵抗値は、例えば100〜500Ω程度とする。
PIN構造16bに流れる電流は、光導波路長1μm当たり10μA程度であるため、反転層を形成することにより得られる電気抵抗であっても特段の問題はない。
反転層を流れる電流は電圧に対して飽和特性を有するため、反転層のチャネル長を適宜設定することにより、抵抗層の微分抵抗をPINダイオード16bの微分抵抗の10〜100倍程度に設定することが可能である。
なお、抵抗層26の抵抗値は、100〜500Ωに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるように抵抗層26の抵抗値を適宜設定しうる。抵抗層26の抵抗値は、不純物領域26に導入するN型のドーパント不純物の濃度や、キャパシタ32bの上部電極30bに印加する電圧値等を適宜設定することにより調整し得る。
不純物領域23、24上及び不純物領域26上には、絶縁膜28を介して、上部電極30bが形成されている。上部電極30bは、例えば、N型のドーパント不純物が導入されたポリシリコン膜により形成されている。上部電極30bは、光導波路18bと並行するように形成されている。図1の紙面左右方向における上部電極30bの寸法は、例えば600nm程度とする。上部電極30bと不純物領域23とが重なり合っている領域の紙面左右方向の寸法は、例えば500nm程度とする。
不純物領域23の一部である下部電極と、絶縁膜28と、上部電極30bとにより、キャパシタ32bが形成されている。キャパシタ32bの静電容量は、PINダイオード16bの容量の10分の1〜100分の1程度とすることが好ましい。ここでは、キャパシタ32bの静電容量を、例えば0.1〜0.5pF程度とする。
なお、キャパシタ32bの静電容量は0.1〜0.5pFに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるようにキャパシタ32bの静電容量を適宜設定すればよい。キャパシタ32bの静電容量は、不純物領域23と上部電極30bとの対向面積や、誘電体膜28の膜厚、材料等を適宜設定することにより調整し得る。
また、ここでは、不純物領域24の一部と上部電極30bとが重なり合っている場合を例に説明したが、不純物領域24の一部と上部電極30bとが重なり合っていなくてもよい。
キャパシタ32bは、PIN構造16bのCR時定数を低減するためのものである。PIN構造16bのCR時定数を低減するためには、カソードとなる不純物領域23にキャパシタ32bを直接接続することが好ましい。このため、本実施形態では、不純物領域23の一部がキャパシタ32bの下部電極を兼ねるようにしており、不純物領域23の一部とキャパシタ32bの上部電極30bの一部とが重なり合っている。
不純物領域26の導電型は、不純物領域23,24の導電型と反対であるため、キャパシタ32bの上部電極30bにバイアスを印加していない状態においては、不純物領域26は極めて高抵抗な状態となる。本実施形態では、キャパシタ32bの上部電極30bに所定のバイアス電圧を印加することにより、不純物領域26に反転層を形成し、不純物領域26の抵抗値を所望の抵抗値に設定する。キャパシタ32bの上部電極30bに所定のバイアス電圧を印加した際に、不純物領域26に反転層が形成されるよう、不純物領域26は上部電極30bの下方領域に位置させることが好ましい。
微細化を図るためには、図1の紙面左右方向における上部電極30bの寸法を比較的小さく設定することが好ましい。微細化を図りつつ、キャパシタ32bの静電容量を十分に確保すべく、不純物領域26の長手方向における中心線の位置は、キャパシタ32bの上部電極30bの長手方向における中心線の位置に対して、図1における紙面右側に位置している。
キャパシタ32a、32bが形成された半導体層14上には、例えばシリコン酸化膜の層間絶縁膜34が形成されている。層間絶縁膜34の膜厚は、例えば1μm程度とする。
層間絶縁膜34には、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、30bにそれぞれ達する開口部36a、36bと、不純物領域19、24にそれぞれ達する開口部36c、36dと、不純物領域21,22に達する開口部36eとが形成されている。
コンタクトホール36a〜36eの底面には、例えばニッケルシリサイドのシリサイド膜38が形成されている。
シリサイド膜38が形成された開口部36a〜36e内及び層間絶縁膜34上には、例えば、Ti膜とTiN膜との積層膜により形成された密着層40が形成されている。
密着層40が形成された開口部36a〜36e内及び層間絶縁膜34上には、例えばアルミニウムの配線層(電極)42a〜42eがそれぞれ形成されている。配線層42aは、キャパシタ32aの上部電極30aに接続されている。配線層42bは、キャパシタ32bの上部電極30bに接続されている。配線層42cは、不純物領域19に接続されている。配線層42dは、不純物領域24に接続されている。配線層42eは、不純物領域21,22に接続されている。
こうして、本実施形態による光半導体装置が形成されている。
(光半導体装置の動作(その1))
次に、本実施形態による光半導体装置の動作(その1)について説明する。
ここでは、配線層42aを第1の直流バイアス線とし、配線層42bを第2の直流バイアス線とし、配線層42cを電源線とし、配線層42dを接地線とし、配線層42eを信号線とする場合を例に説明する。
図4に示すように、電源線42cは、例えば電源電圧Vddに接続される。電源電圧Vddは、例えば2.4Vとする。
接地線42dは、例えばグラウンド(GND,0V)に接続される。
第1の直流バイアス線42aは、例えば第1のバイアス電圧Vbias1に接続される。第1のバイアス電圧Vbias1は、電源電圧Vddより低く、第2の直流バイアス線42bに印加される第2のバイアス電圧Vbias2より高い。第1のバイアス線42aに印加される第1のバイアス電圧Vbias1は、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域に位置する不純物領域25において反転層が形成され、不純物領域25が所望の抵抗値を有する抵抗層となるように設定される。第1のバイアス電圧Vbias1は、例えば2Vとする。このようなバイアス電圧Vbias1を印加すると、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域に位置する不純物領域25において反転層が形成され、不純物領域25は所望の抵抗値を有する抵抗層として機能し得る。
第2の直流バイアス線42bは、例えば第2のバイアス電圧Vbias2に接続される。第2のバイアス電圧Vbias2は、第1のバイアス電圧Vbias1より低く、グラウンド(GND)の電位より高い。ここでは、第2のバイアス電圧Vbias2を例えば0.4Vとする。第2のバイアス線42bに印加される第2のバイアス電圧Vbias2は、キャパシタ32bの上部電極30bの下方領域に位置する不純物領域26において反転層が形成され、不純物領域26が所望の抵抗値を有する抵抗層となるように設定される。
本実施形態において、PIN構造16a、16bにキャパシタ32a、32bのみならず抵抗層25、26をも接続するのは、回路のバランスを確保するためである。即ち、PINダイオード16aのアノードに対して、単にキャパシタ32aを直列に接続した場合には、回路のバランスが崩れてしまい、所望の電気的特性が得られない。また、PINダイオード16bのカソードに対して、単にキャパシタ32bを直列に接続した場合には、回路のバランスが崩れてしまい、所望の電気的特性が得られない。回路のバランスを確保するためには、キャパシタ32a、32bのみならず電気抵抗をも接続することが好ましい。このような理由により、本実施形態では、キャパシタ32a、32bのみならず抵抗層25,26をも形成している。
なお、バイアス電圧Vbias1は、2Vに限定されるものではない。バイアス電圧Vbias1を印加した際に、不純物領域25において所望の抵抗値が得られるように、バイアス電圧Vbias1を適宜設定すればよい。
また、バイアス電圧Vbias2は、0.4Vに限定されるものではない。バイアス電圧Vbias2を印加した際に、不純物領域26において所望の抵抗値が得られるように、バイアス電圧Vbias2を適宜設定すればよい。
信号線42eには、入力信号電圧Vsignalが印加される。
入力信号電圧Vsignalとしては、例えば高周波(RF、Radio Frequency)のロジック信号が用いられる。
入力信号電圧Vsignalは、例えば1.2Vの直流成分に、±0.5Vの交流成分が重畳されたものとする。
入力信号のデータが1のとき、即ち、入力信号が“H(High)”レベルの際における入力信号電圧Vsignalは、例えば1.7V程度となる。電源電圧Vddが例えば2.4Vであり、入力信号電圧Vsignalが例えば1.7Vである場合、不純物領域24と不純物領域22との電位差は1.7Vとなる。抵抗層26において生ずる電圧降下が例えば0.85V程度である場合、PIN構造16bには例えば0.85V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16bに十分な大きさの順方向バイアスが印加されるため、光導波路18bに十分なキャリア(電子、正孔)が注入される。光導波路18b内にキャリアが注入されると、キャリアプラズマ効果により、光導波路18bにおいて光の屈折率が減少し、光導波路18bを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。従って、入力信号が“H”レベルの際には、光導波路18bを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。一方、不純物領域21と不純物領域19との電位差は、例えば0.7Vとなる。抵抗層25において生ずる電圧降下が例えば0.2V程度である場合、PIN構造16aには例えば0.5V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16aに印加される順方向バイアスが比較的小さいため、光導波路18aには十分なキャリアが注入されず、光導波路18aにおいて生ずるキャリアプラズマ効果は減少する。従って、入力信号が“H”レベルの際には、光導波路18aにおいては屈折率が増加し、光導波路18aを進行する光信号の位相は、光導波路18bにおける位相シフトの方向である第1の方向と反対の第2の方向にシフトする。
入力信号のデータが0のとき、即ち、入力信号が“L(Low)”レベルの際における入力信号電圧Vsignalは、例えば0.7V程度となる。電源電圧Vddが例えば2.4Vであり、入力信号電圧Vsignalが例えば0.7Vである場合、不純物領域21と不純物領域19との電位差は1.7Vとなる。抵抗層25において生ずる電圧降下が例えば0.85V程度である場合、PIN構造16aには例えば0.85V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16aに十分な大きさの順方向バイアスが印加されるため、光導波路18aには十分なキャリアが注入される。光導波路18a内にキャリアが注入されると、キャリアプラズマ効果により、光導波路18aにおいて光の屈折率が減少し、光導波路18aを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。従って、入力信号が“L”レベルの際には、光導波路18aを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。一方、不純物領域22と不純物領域24との電位差は例えば0.7Vとなる。抵抗層26において生ずる電圧降下が例えば0.2V程度である場合、PIN構造16bには例えば0.5V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16bに印加される順方向バイアスが小さいため、光導波路18bには十分なキャリアが注入されず、光導波路18bにおいて生ずるキャリアプラズマ効果は減少する。従って、入力信号が“L”レベルの際には、光導波路18bにおいては屈折率が増加し、光導波路18bを進行する光信号の位相は、光導波路18aにおける位相シフトの方向である第1の方向と反対の第2の方向にシフトする。
このように、光導波路18aを進行する光信号の位相のシフト方向と、光導波路18bを進行する光信号の位相のシフト方向とが互いに逆方向となるため、光導波路を1つだけの場合と比較して、アーム長が2分の1となる。
なお、入力信号電圧Vsignalの交流成分は±0.5Vに限定されるものではない。所望の位相シフト量が得られるように、入力信号電圧Vsignalの交流成分の大きさを適宜設定すればよい。
(光半導体装置の動作(その2))
次に、本実施形態による光半導体装置の動作(その2)について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態による光半導体装置を示す斜視図(その2)である。
ここでは、配線層42cを第1の直流バイアス線とし、配線層42dを第2の直流バイアス線とし、配線層42aを電源線とし、配線層42dを接地線とし、配線層42eを信号線とする場合を例に説明する。
電源線42aは、例えば電源電圧Vddに接続される。電源電圧Vddは、第1のバイアス電圧Vbias1より低く、グラウンド(GND,0V)の電位より高い。電源電圧Vddは、例えば1.6Vとする。
接地線42bは、例えばグラウンドに接続される。グラウンドの電位は、電源電圧Vddより低く、第2のバイアス電圧Vbias2より高い。
第1の直流バイアス線42cは、例えば第1のバイアス電圧Vbias1に接続される。第1のバイアス電圧Vbias1は、電源電圧Vddより高い。第1の直流バイアス線42cに印加される第1のバイアス電圧Vbias1は、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域に位置する不純物領域25において反転層が形成され、不純物領域25が所望の抵抗値を有する抵抗層となるように設定される。第1のバイアス電圧Vbias1は、例えば2Vとする。このような第1のバイアス電圧Vbias1を印加すると、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域に位置する不純物領域25において反転層が形成され、不純物領域25は所望の抵抗値を有する抵抗層として機能し得る。
第2の直流バイアス線42dは、例えば第2のバイアス電圧Vbias2に接続される。第2のバイアス電圧Vbias2は、グラウンドの電位より低い。第2の直流バイアス線42dに印加される第2のバイアス電圧Vbias2は、キャパシタ32bの上部電極30bの下方領域に位置する不純物領域26において反転層が形成され、不純物領域26が所望の抵抗値を有する抵抗層となるように設定される。第2のバイアス電圧Vbias2は、例えば−0.4Vとする。このような第2のバイアス電圧Vbias2を印加すると、キャパシタ32bの上部電極30bの下方領域に位置する不純物領域26において反転層が形成され、不純物領域26は所望の抵抗値を有する抵抗層として機能し得る。
なお、バイアス電圧Vbias1は、2Vに限定されるものではない。バイアス電圧Vbias1を印加した際に、不純物領域25において所望の抵抗値が得られるように、バイアス電圧Vbias1を適宜設定すればよい。
また、バイアス電圧Vbias2は、−0.4Vに限定されるものではない。バイアス電圧Vbias2を印加した際に、不純物領域26において所望の抵抗値が得られるように、バイアス電圧Vbias2を適宜設定すればよい。
信号線42eには、入力信号電圧Vsignalが印加される。
入力信号電圧Vsignalを信号線42eに印加するための回路としては、例えば、図4に示すようなPMOSトランジスタTr1とNMOSトランジスタTr2とを有するCMOSインバータ回路68が用いられる。
CMOSインバータ68に入力されるデータ信号Vinとしては、例えば高周波(RF)のロジック信号が用いられる。
入力データ信号Vinのデータが1のとき、即ち、入力データ信号が“H(High)”レベルの際における入力信号電圧Vsignalは、例えば0V程度となる。第1のバイアス電圧Vbias1が例えば2Vであり、入力信号電圧Vsignalが例えば0Vである場合、不純物領域19と不純物領域21との電位差は2Vとなる。抵抗層25において生ずる電圧降下が例えば1.15V程度である場合、PIN構造16aには例えば0.85V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16aに十分な大きさの順方向バイアスが印加されるため、光導波路18aにキャリアが注入される。光導波路18a内にキャリアが注入されると、キャリアプラズマ効果により、光導波路18aにおいて光の屈折率が減少し、光導波路18aを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。従って、入力信号が“H”レベルの際には、光導波路18aを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。一方、第2のバイアス電圧Vbias2が例えば−0.4Vである場合、不純物領域22と不純物領域24との電位差は0.4Vとなる。抵抗層26において生ずる電圧降下が例えば0.1V程度である場合、PIN構造16bには例えば0.3V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16bに印加される順方向バイアスが小さいため、光導波路18bには十分なキャリアが注入されず、光導波路18bにおいて生ずるキャリアプラズマ効果は減少する。従って、入力データ信号が“H”レベルの際には、光導波路18bにおいては屈折率が増大し、光導波路18bを進行する光信号の位相は、光導波路18aにおける位相シフトの方向である第1の方向と反対の第2の方向にシフトする。
入力データ信号のデータが0のとき、即ち、入力データ信号が“L(Low)”レベルの際における入力信号電圧Vsignalは、例えば1.6V程度となる。第2のバイアス電圧Vbiasが例えば−0.4Vであり、入力信号電圧Vsignalが例えば1.6Vである場合、不純物領域22と不純物領域24との電位差は2Vとなる。抵抗層26において生ずる電圧降下が例えば1.15V程度である場合、PIN構造16bには例えば0.85V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16bに十分な大きさの順方向バイアスが印加されるため、光導波路18bに注入されるキャリアが増大する。光導波路18b内にキャリアが注入されると、キャリアプラズマ効果により、光導波路18bにおいて光の屈折率が減少し、光導波路18bを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。従って、入力信号が“L”レベルの際には、光導波路18bを進行する光信号の位相が第1の方向にシフトする。一方、不純物領域19と不純物領域21との電位差は例えば0.4Vとなる。抵抗層25において生ずる電圧降下が例えば0.1V程度である場合、PIN構造16aには例えば0.3V程度の順方向バイアスが印加される。PIN構造16aに印加される順方向バイアスが小さいため、光導波路18aに注入されるキャリアが減少し、光導波路18aにおいて生ずるキャリアプラズマ効果は減少する。従って、入力信号が“L”レベルの際には、光導波路18aにおいては屈折率が増大し、光導波路18aを進行する光信号の位相は、光導波路18bにおける位相シフトの方向である第1の方向と反対の第2の方向にシフトする。
このように、光導波路18aを進行する光信号の位相のシフト方向と、光導波路18bを進行する光信号の位相のシフト方向とが互いに逆方向となるため、光導波路を1つだけの場合と比較して、アーム長が2分の1となる。
なお、入力信号電圧Vsignalは上記に限定されるものではない。所望の位相シフト量が得られるように、入力信号電圧Vsignalを適宜設定すればよい。
本実施形態による光半導体装置では、PIN構造16aのアノードを形成する不純物領域20の一部と、絶縁膜28と、上部電極30aとにより、キャパシタ32aが形成されている。また、PIN構造16bのカソードを形成する不純物領域23の一部と、絶縁膜28と、上部電極30bとにより、キャパシタ32bが形成されている。また、本実施形態による光半導体装置では、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、32bの下方領域にそれぞれ形成された不純物領域25,26により抵抗層が形成される。従って、本実施形態では、配線の引き回しを行うことなくキャパシタ32a、32bや抵抗層25,26をPIN構造16a、16bに接続し得る。従って、本実施形態によれば、高周波特性の良好な光半導体装置を提供することができる。
(光半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態による光半導体装置の製造方法について図6乃至図13を用いて説明する。図6乃至図13は、本実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
まず、半導体基板10上に絶縁膜(埋込酸化膜)12を介して半導体層14が形成されたSOI(Silicon On Insulator)15を用意する(図6(a)参照)。半導体基板10としては、例えばシリコン基板が用いられている。絶縁膜12としては、例えば膜厚2〜3μm程度のシリコン酸化膜が形成されている。半導体層14としては、I(Intrinsic)型、即ち、真性半導体のシリコン層14が形成されている。シリコン層14の厚さは、例えば膜厚250nm程度とする。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜44を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜44を光導波路18a〜18f(図2参照)の平面形状にパターニングする。
次に、フォトレジスト膜44をマスクとし、半導体層14を異方性エッチングする。この際、フォトレジスト膜44により覆われていない部分の半導体層14の厚さが例えば50nm程度となるまで、半導体層14をエッチングする。
こうして、リブ型の光導波路18a〜18fが形成される(図2,図6(b)参照)。
光導波路18a、18bの幅、即ち、図6(b)における光導波路18a、18bの紙面左右方向の寸法は、例えば500nm程度とする。光導波路18a、18bの高さ、即ち、図6(b)における光導波路18a、18bの紙面上下方向の寸法は、例えば250nm程度とする。光導波路18a、18bは、図6(b)における紙面垂直方向に延在するように形成される。光導波路18a、18bを除く部分の半導体層14の厚さは、例えば50nm程度とする。光導波路18c〜18fの幅及び高さも、光導波路18a、18bと同様とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜44を除去する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜46を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜46をパターニングする。これにより、P型の不純物領域19,20,22を形成するための開口部48a〜48cがフォトレジスト膜46に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜46をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、P型の不純物領域(P型不純物領域)19,20,22を形成する。(図7(a)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。P型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。P型の不純物領域19,20,22における不純物濃度は、例えば1×1019cm−3程度とする。不純物領域20は、光導波路18aの一方の側における半導体層14内に、光導波路18aと並行するように形成される。不純物領域19は、不純物領域20から所定の間隔を隔てて、光導波路18aと並行するように形成される。不純物領域19と不純物領域20との間の寸法は、例えば200nm程度とする。不純物領域22は、光導波路18bの一方の側における半導体層14内に、光導波路18bと並行するように形成される。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜46を除去する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜50を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜50をパターニングする。これにより、不純物領域21,23,24を形成するための開口部52a、52b,52cがフォトレジスト膜50に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜50をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、N型の不純物領域(N型不純物領域)21,23,24を形成する(図7(b)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。N型のドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。不純物領域21,23,24における不純物濃度は、1×1019cm−3程度とする。不純物領域21は、光導波路18aの他方の側における半導体層14内に、光導波路18aと並行するように形成される。不純物領域23は、光導波路18bの他方の側における半導体層14内に、光導波路18bと並行するように形成される。不純物領域24は、不純物領域23から所定の間隔を隔てて、光導波路18bと並行するように形成される。不純物領域23と不純物領域24との間の寸法は、例えば200nm程度とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜50を除去する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜54を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜54をパターニングする。これにより、不純物領域26を形成するための開口部55がフォトレジスト膜54に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜54をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、P型の不純物領域(抵抗層)26を形成する(図8(a)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。ドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。不純物領域26における不純物濃度は、例えば5×1017cm−3程度とする。不純物領域26は、不純物領域23と不純物領域24との間に、光導波路18bと並行するように形成される。図8(a)の紙面左右方向における不純物領域26の寸法は、例えば200nm程度とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜54を除去する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜56を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜56をパターニングする。これにより、不純物領域25を形成するための開口部57がフォトレジスト膜56に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜56をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、N型の不純物領域(抵抗層)25を形成する(図8(b)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。ドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。不純物領域25における不純物濃度は、例えば5×1017cm−3程度とする。不純物領域25は、不純物領域19と不純物領域20との間に、光導波路18aと並行するように形成される。図8(b)の紙面左右方向における不純物領域25の寸法は、例えば200nm程度とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜56を除去する。
次に、図9(a)に示すように、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜の絶縁膜28を形成する。成膜温度は、例えば900℃程度とする。絶縁膜28の膜厚は、例えば3〜10nm程度とする。ここでは、絶縁膜28の膜厚を、例えば3nm程度とする。
次に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition、化学気相堆積)法により、ポリシリコン膜30を形成する(図9(b)参照)。ポリシリコン膜30の膜厚は、例えば150nm程度とする。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜58を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜58をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜30にP型のドーパント不純物を導入するための開口部60がフォトレジスト膜58に形成される。
次に、フォトレジスト膜58をマスクとして、例えばイオン注入法により、ポリシリコン膜30にP型のドーパント不純物を導入する(図10(a)参照)。ドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。こうして、ポリシリコン膜30の一部がP形のポリシリコン膜30aとなる。P型のポリシリコン膜30aにおける不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度とする。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜62を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜62をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜30にN型のドーパント不純物を導入するための開口部64がフォトレジスト膜62に形成される。
次に、フォトレジスト膜62をマスクとして、例えばイオン注入法により、ポリシリコン膜30にN型のドーパント不純物を導入する(図10(b)参照)。ドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。こうして、ポリシリコン膜30の一部がN形のポリシリコン膜30bとなる。N型のポリシリコン膜30bにおける不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度とする。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜66を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、32bの平面形状にフォトレジスト膜66をパターニングする。
次に、フォトレジスト膜66をマスクとして、ポリシリコン膜30を異方性エッチングする(図11(a)参照)。これにより、P型のポリシリコンの上部電極30aと、N型のポリシリコンの上部電極30bとが形成される。上部電極30a、30bは、光導波路18a、18bとそれぞれ並行するように形成される。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜66を除去する。
こうして、不純物領域20の一部である下部電極と、絶縁膜28と、上部電極30aとを有するキャパシタ32aが形成される。キャパシタ32aの上部電極30aと不純物領域20とが重なっている領域の、図10の紙面左右方向における寸法は、例えば500nm程度とする。
また、不純物領域23の一部である下部電極と、絶縁膜28と、上部電極30bとを有するキャパシタ32bが形成される。キャパシタ32bの上部電極30bと不純物領域23とが重なっている領域の、図10の紙面左右方向における寸法は、例えば500nm程度とする。
次に、図11(b)に示すように、全面に、例えばCVD法により、膜厚1μm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜34を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、30bにそれぞれ達する開口部36a、36bと、不純物領域19、24にそれぞれ達する開口部36c、36dと、不純物領域21,22に達する開口部36eとを、層間絶縁膜34に形成する(図12(a)参照)。開口部36a〜36eは、それぞれ光導波路18a、18bと並行するように形成される。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ニッケル膜(図示せず)を形成する。
次に、熱処理を行うことにより、ニッケル膜と半導体層14とを反応させる。これにより、ニッケル膜中のニッケルと半導体層14中のシリコンとが反応し、ニッケルシリサイドのシリサイド膜38が形成される。
次に、例えばウエットエッチングにより、未反応のニッケル膜を除去する。こうして、開口部36a〜36eの底面に、シリサイド膜38がそれぞれ形成される(図12(b)参照)。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚2nmのTi膜を形成する。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚2nmのTiN膜を形成する。こうして、Ti膜とTiN膜との積層膜により形成された密着層40が、開口部36a〜36e内及び層間絶縁膜34上に形成される。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚200nmのアルミニウム膜を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、アルミニウム膜及び密着層40をパターニングする。こうして、例えばアルミニウムの配線層(電極)42a〜42eが、開口部36a〜36e内及び層間絶縁膜34上に形成される(図13参照)。
こうして、本実施形態による光半導体装置が形成される。
[第2実施形態]
第2実施形態による光半導体装置及びその製造方法について図14乃至図16を用いて説明する。図1乃至図13に示す第1実施形態による光半導体装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
(光半導体装置)
まず、本実施形態による光半導体装置について図14を用いて説明する。図14は、本実施形態による光半導体装置を示す断面図である。
本実施形態による光半導体装置は、抵抗層25aがP型の不純物領域により形成されており、抵抗層26aがN型の不純物領域により形成されていることに主な特徴がある。
図14に示すように、P型の不純物領域(P不純物領域)19とP型の不純物領域(P不純物領域)20との間には、P型のドーパント不純物が低濃度に導入された不純物領域(P不純物領域)25aが形成されている。不純物領域25aにおけるP型のドーパント不純物の濃度は、不純物領域19,20におけるP型のドーパント不純物の濃度より低く設定されている。従って、不純物領域25aにおけるキャリア濃度は、不純物領域19,20におけるキャリア濃度より低くなっている。
N型の不純物領域(N不純物領域)23とN型の不純物領域(N不純物領域)24との間には、N型のドーパント不純物が低濃度に導入された不純物領域(N不純物領域)26aが形成されている。不純物領域26aにおけるN型のドーパント不純物の濃度は、不純物領域23,24におけるN型のドーパント不純物の濃度より低く設定されている。従って、不純物領域26aにおけるキャリア濃度は、不純物領域23,24におけるキャリア濃度より低くなっている。
不純物領域25aにおける抵抗値は、例えば100〜500Ω程度とする。
不純物領域26aにおける抵抗値は、例えば100〜500Ω程度とする。
不純物領域19,20に導入するP型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。不純物領域19,20におけるP型のドーパント不純物の濃度は、例えば1×1019cm−3程度とする。
不純物領域25aに導入するP型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。不純物領域25aにおけるP型のドーパント不純物の濃度は、例えば1×1017cm−3程度とする。
不純物領域23,24に導入するN型のドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。不純物領域23,24におけるN型のドーパント不純物の濃度は、例えば1×1019cm−3程度とする。
不純物領域26aに導入するN型のドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。不純物領域26aにおけるN型のドーパント不純物の濃度は、例えば1×1017cm−3程度とする。
なお、不純物領域25aにおけるドーパント不純物の濃度は、上記に限定されるものではない。不純物領域25aにおいて所望の電気抵抗が得られるように、適宜設定することができる。
また、不純物領域26aにおけるドーパント不純物の濃度は、上記に限定されるものではない。不純物領域26aにおいて所望の電気抵抗が得られるように、適宜設定することができる。
また、不純物領域25aの抵抗値は、100〜500Ωに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるように、不純物領域25aの抵抗値を適宜設定すればよい。
また、不純物領域26aの抵抗値は、100〜500Ωに限定されるものではない。所望の高周波特性が得られるように、不純物領域26aの抵抗値を適宜設定すればよい。
本実施形態では、抵抗層25aとしてP型の不純物領域が用いられているため、抵抗層25aに反転層を形成するためのバイアス電圧をキャパシタ32aの上部電極30aに印加する必要がない。このため、配線層42aと配線層42cとを電気的に短絡してもよい。
また、本実施形態では、抵抗層26aとしてN型の不純物領域が用いられているため、抵抗層26aに反転層を形成するためのバイアス電圧をキャパシタ32bの上部電極30bに印加する必要がない。このため、配線層42bと配線層42dとを電気的に短絡してもよい。
この場合、信号電圧は配線層42eに印加される。配線層42eに印加する信号としては、ロジック信号を用いる。配線層42eに印加する信号電圧の振幅の大きさは、例えば電源電圧の大きさ以下とする。
このように、抵抗層25aがP型の不純物領域により形成されており、抵抗層26aがN型の不純物領域により形成されていてもよい。
(光半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態による光半導体装置の製造方法について図15及び図16を用いて説明する。図15及び図16は、本実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
まず、SOI基板16を用意する工程からN型の不純物領域21,23,24を形成する工程までは、図6(a)乃至図7(b)に示す第1実施形態による光半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜54を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜54をパターニングする。これにより、不純物領域26aを形成するための開口部55がフォトレジスト膜54に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜54をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、N型の不純物領域(N不純物領域、抵抗層)26aを形成する(図15(a)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。ドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。N型の不純物領域26aの不純物濃度は、例えば1×1017cm−3程度とする。N型の不純物領域26aに導入するN型のドーパント不純物の濃度は、N型の不純物領域23,24に導入するN型のドーパント不純物の濃度より低く設定される。N型の不純物領域26aのキャリア濃度は、N型の不純物領域23,24のキャリア濃度より低く設定される。不純物領域26aは、不純物領域23と不純物領域24との間に、光導波路18bと並行するように形成される。図15(a)の紙面左右方向における不純物領域26aの寸法は、例えば200nm程度とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜54を除去する。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜56を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜56をパターニングする。これにより、不純物領域25aを形成するための開口部57がフォトレジスト膜56に形成される。
次に、例えばイオン注入法により、フォトレジスト膜56をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体層14に導入することにより、P型の不純物領域(P不純物領域、抵抗層)25aを形成する(図15(b)参照)。イオン注入条件は、以下の通りとする。ドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。P型の不純物領域25aの不純物濃度は、例えば1×1017cm−3程度とする。P型の不純物領域25aに導入するP型のドーパント不純物の濃度は、P型の不純物領域19,20に導入するP型のドーパント不純物の濃度より低く設定される。P型の不純物領域25aのキャリア濃度は、P型の不純物領域19,20のキャリア濃度より低く設定される。不純物領域25aは、不純物領域19と不純物領域20との間に、光導波路18aと並行するように形成される。図15(b)の紙面左右方向における不純物領域25aの寸法は、例えば200nm程度とする。
この後、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜56を除去する。
この後の光半導体装置の製造方法は、図9(a)乃至図13に示す第1実施形態による光半導体装置の製造方法を同様であるため、説明を省略する。
こうして本実施形態による光半導体装置が製造される(図16参照)。
(変形例)
次に、本実施形態による光半導体装置の変形例について図17を用いて説明する。図17は、本変形例による光半導体装置を示す断面図である。
本変形例による光半導体装置は、抵抗層25a、26aが、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、30bの下方領域の外側に位置していることに主な特徴がある。
図17に示すように、抵抗層25aは、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域の外側に位置している。
また、抵抗層26aは、キャパシタ32の上部電極30の下方領域の外側に位置している。
キャパシタ32aと不純物領域20との間に抵抗層25aを配した場合には、良好な高周波特性が得られない。
従って、キャパシタ32aの上部電極30aの下方領域の外側に不純物領域25aを位置させる場合には、キャパシタ32aと不純物領域20との間ではなく、キャパシタ32aと不純物領域19との間に位置させることが好ましい。
従って、本実施形態では、キャパシタ32aの上部電極30aに対して、図17の紙面左側、即ち、不純物領域19側に、抵抗層25aが形成されている。
また、キャパシタ32bと不純物領域23との間に抵抗層26aを配した場合には、良好な高周波特性が得られない。
従って、キャパシタ32bの上部電極30bの下方領域の外側に不純物領域26aを位置させる場合には、キャパシタ32bと不純物領域23との間ではなく、キャパシタ32bと不純物領域24との間に位置させることが好ましい。
従って、本実施形態では、キャパシタ32bの上部電極30bに対して、図17の紙面右側、即ち、不純物領域24側に、抵抗層26aが形成されている。
このように、キャパシタ32a、32bの上部電極30a、30bの下方領域の外側に不純物領域25a、26aを配してもよい。
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、半導体層14の材料としてシリコン層を用いる場合を例に説明したが、半導体層14はシリコン層に限定されるものではない。例えば、半導体層14として、ゲルマニウム層等の間接遷移型の半導体層等を用いてもよい。
また、上記実施形態では、絶縁膜28としてシリコン酸化膜を用いたが、絶縁膜28はシリコン酸化膜に限定されるものではない。例えば、絶縁膜28として、Hf酸化膜等を用いてもよい。また、絶縁膜28として、シリコン窒化膜等を用いてもよい。
また、上記実施形態では、光導波路18a〜18fをリブ型に加工する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、光導波路18a〜18fを他の形状に加工してもよい。
また、上記実施形態では、光半導体装置を光変調器として動作させる場合を例に説明したが、光変調器に限定されるものではなく、光スイッチとして動作させてもよい。
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基板上に形成された真性半導体の半導体層と、
前記半導体層の一部である第1の光導波路と、
前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、
前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、
前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、
前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、
前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、
前記第2の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、
前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、
前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、
前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と
を有することを特徴とする光半導体装置。
(付記2)
基板上に形成された真性半導体の半導体層と、
前記半導体層の一部である第1の光導波路と、
前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、
前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、
前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、
前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、
前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、
前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、
前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、
前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、
前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と
を有することを特徴とする光半導体装置。
(付記3)
請求項1又は2記載の光半導体装置において、
前記第1の上部電極、前記第2の上部電極、前記第5の不純物領域及び前記第6の不純物領域は、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路と並行するように形成されている
ことを特徴とする光半導体装置。
(付記4)
請求項1乃至3のいずれかに記載の光半導体装置において、
前記半導体層は、シリコン層又はゲルマニウム層である
ことを特徴とする光半導体装置。
(付記5)
基板上に形成された真性半導体の半導体層と;前記半導体層の一部である第1の光導波路と;前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と;前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と;前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と;前記第2の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと;前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と;前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと;前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と、前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極とを有する光半導体装置の駆動方法であって、
前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を前記第1の電位より低く、前記第2の電位より高い第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を前記第3の電位より低く、前記第2の電位より高い第4の電位に接続し、前記第3の電位以下、前記第4の電位以上の範囲内において変化する入力信号を前記第2の電極に印加する
ことを特徴とする光半導体装置の駆動方法。
(付記6)
基板上に形成された真性半導体の半導体層と、前記半導体層の一部である第1の光導波路と、前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域とを有する光半導体装置の駆動方法であって、
前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を第4の電位に接続し、前記第1の電位以下、前記第2の電位以上の範囲内において変化する入力信号を前記第2の電極に印加する
ことを特徴とする光半導体装置の駆動方法。
(付記7)
基板上に形成された真性半導体の半導体層をエッチングすることにより、前記半導体層の一部に第1の光導波路を形成し、前記第1の光導波路の第1の側における前記半導体層の他の一部に、前記第1の光導波路と並行するように第2の光導波路を形成する工程と、
前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層のうちの、第1の所定領域を除く領域に、第1導電型の不純物を導入することにより、第1の不純物領域を形成し、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に、第1導電型の不純物を導入することにより、第2の不純物領域を形成する工程と、
前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に、第2導電型の不純物を導入することにより、第3の不純物領域を形成し、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層のうちの、第2の所定領域を除く領域に、第2導電型の不純物を導入することにより、第4の不純物領域を形成する工程と、
前記第1の所定領域における前記半導体層に第2導電型の不純物を導入することにより、第5の不純物領域を形成する工程と、
前記第2の所定領域における前記半導体層に第1導電型の不純物を導入することにより、第6の不純物領域を形成する工程と、
前記第1の不純物領域及び前記第5の不純物領域上に第1の絶縁膜を介して第1の上部電極を形成することにより、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、前記第1の絶縁膜と、前記第1の上部電極とを有する第1のキャパシタを形成し、前記第4の不純物領域及び前記第6の不純物領域上に第2の絶縁膜を介して第2の上部電極を形成することにより、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、前記第2の絶縁膜と、前記第2の上部電極とを有する第2のキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記8)
基板上に形成された真性半導体の半導体層をエッチングすることにより、前記半導体層の一部に第1の光導波路を形成し、前記第1の光導波路の第1の側における前記半導体層の他の一部に、前記第1の光導波路と並行するように第2の光導波路を形成する工程と、
前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層のうちの、第1の所定領域を除く領域に、第1導電型の不純物を導入することにより、第1の不純物領域を形成し、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に、第1導電型の不純物を導入することにより、第2の不純物領域を形成する工程と、
前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に、第2導電型の不純物を導入することにより、第3の不純物領域を形成し、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層のうちの、第2の所定領域を除く領域に、第2導電型の不純物を導入することにより、第4の不純物領域を形成する工程と、
前記第1の所定領域における前記半導体層に第1導電型の不純物を導入することにより、前記第1の不純物領域より不純物濃度が低い第5の不純物領域を形成する工程と、
前記第2の所定領域における前記半導体層に第2導電型の不純物を導入することにより、前記第4の不純物領域より不純物濃度が低い第6の不純物領域を形成する工程と、
前記第5の不純物領域の前記第1の側の前記第1の不純物領域上に第1の絶縁膜を介して第1の上部電極を形成することにより、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、前記第1の絶縁膜と、前記第1の上部電極とを有する第1のキャパシタを形成し、前記第6の不純物領域の前記第2の側の前記第4の不純物領域上に第2の絶縁膜を介して第2の上部電極を形成することにより、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、前記第2の絶縁膜と、前記第2の上部電極とを有する第2のキャパシタを形成する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記9)
請求項7又は8記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第5の不純物領域を形成する工程では、前記第5の不純物領域を前記第1の光導波路と並行するように形成し、
前記第6の不純物領域を形成する工程では、前記第6の不純物領域を前記第2の光導波路と並行するように形成し、
前記第1のキャパシタ及び前記第2のキャパシタを形成する工程では、前記第1の上部電極を前記第1の光導波路と並行するように形成し、前記第2の上部電極を前記第2の光導波路と並行するように形成する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記10)
請求項7乃至9のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法において、
前記半導体層は、シリコン層又はゲルマニウム層である
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
10…半導体基板、シリコン基板
12…絶縁膜、埋め込み絶縁膜
14…半導体層、シリコン層
14a、14b…I型半導体
15…SOI基板
16a、16b…PIN構造、PINダイオード
18a〜18f…光導波路
19…P型不純物領域
20…P型不純物領域
21…N型不純物領域
22…P型不純物領域
23…N型不純物領域
24…N型不純物領域
25…N型不純物領域
25a…P型不純物領域
26…P型不純物領域
26a…N型不純物領域
28…絶縁膜
30…ポリシリコン膜
30a…P型のポリシリコン膜、上部電極
30b…N型のポリシリコン膜、上部電極
32a、30b…キャパシタ
34…層間絶縁膜
36a〜36e…開口部
38…シリサイド膜
40…密着層
42a〜42e…配線層、電極
44…フォトレジスト膜
46…フォトレジスト膜
48a〜48c…開口部
50…フォトレジスト膜
52a〜52c…開口部
54…フォトレジスト膜
55…開口部
56…フォトレジスト膜
57…開口部
58…フォトレジスト膜
60…開口部
62…フォトレジスト膜
64…開口部
66…フォトレジスト膜

Claims (6)

  1. 基板上に形成された真性半導体の半導体層と、
    前記半導体層の一部である第1の光導波路と、
    前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、
    前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、
    前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、
    前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、
    前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、
    前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、
    前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、
    前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、
    前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と
    前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、
    前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、
    前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極と
    を有することを特徴とする光半導体装置。
  2. 基板上に形成された真性半導体の半導体層と、
    前記半導体層の一部である第1の光導波路と、
    前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、
    前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、
    前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、
    前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、
    前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、
    前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、
    前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、
    前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、
    前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と
    前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、
    前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、
    前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極と
    を有することを特徴とする光半導体装置。
  3. 請求項1又は2記載の光半導体装置において、
    前記第1の上部電極、前記第2の上部電極、前記第5の不純物領域及び前記第6の不純物領域は、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路と並行するように形成されている
    ことを特徴とする光半導体装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光半導体装置において、
    前記半導体層は、シリコン層又はゲルマニウム層である
    ことを特徴とする光半導体装置。
  5. 基板上に形成された真性半導体の半導体層と;前記半導体層の一部である第1の光導波路と;前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と;前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と;前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と;前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と;前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと;前記第1の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と;前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと;前記第2の上部電極の下方領域の一部における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と、前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極とを有する光半導体装置の駆動方法であって、
    前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を前記第1の電位より低く、前記第2の電位より高い第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を前記第3の電位より低く、前記第2の電位より高い第4の電位に接続し、入力信号を前記第2の電極に印加する
    ことを特徴とする光半導体装置の駆動方法。
  6. 基板上に形成された真性半導体の半導体層と、前記半導体層の一部である第1の光導波路と、前記半導体層の他の一部であり、前記第1の光導波路の第1の側に、前記第1の光導波路と並行するように形成された第2の光導波路と、前記第1の光導波路の前記第1の側の反対の第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入された第1の不純物領域と、前記第1の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第1導電型と反対の第2導電型の不純物が導入された第2の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第2の側における前記半導体層に形成され、第1導電型の不純物が導入され、前記第2の不純物領域に接続された第3の不純物領域と、前記第2の光導波路の前記第1の側における前記半導体層に形成され、第2導電型の不純物が導入された第4の不純物領域と、前記第1の不純物領域の一部である第1の下部電極と、少なくとも前記第1の下部電極上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の上部電極とを有する第1のキャパシタと、前記第1の下部電極の前記第2の側における前記半導体層に形成され、前記第1の不純物領域より低い不純物濃度で第1導電型の不純物が導入された第5の不純物領域と、前記第4の不純物領域の一部である第2の下部電極と、少なくとも前記第2の下部電極上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の上部電極とを有する第2のキャパシタと、前記第2の下部電極の前記第1の側における前記半導体層に形成され、前記第4の不純物領域より低い不純物濃度で第2導電型の不純物が導入された第6の不純物領域と、前記第5の不純物領域の前記第2の側における前記第1の不純物領域に接続された第1の電極と、前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域に接続された第2の電極と、前記第6の不純物領域の前記第1の側における前記第4の不純物領域に接続された第3の電極とを有する光半導体装置の駆動方法であって、
    前記第1の電極を第1の電位に接続し、前記第3の電極を前記第1の電位より低い第2の電位に接続し、前記第1の上部電極を第3の電位に接続し、前記第2の上部電極を第4の電位に接続し、入力信号を前記第2の電極に印加する
    ことを特徴とする光半導体装置の駆動方法。
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JP5702757B2 (ja) * 2012-08-22 2015-04-15 株式会社フジクラ 光導波路素子
JP2014174306A (ja) * 2013-03-08 2014-09-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光導波路構造
JP6478907B2 (ja) * 2013-03-25 2019-03-06 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 端面光結合型シリコン光集積回路
JP6295115B2 (ja) * 2014-03-19 2018-03-14 富士通株式会社 光半導体装置及びその製造方法
JP6701830B2 (ja) * 2016-03-11 2020-05-27 富士通株式会社 変調器およびマッハツェンダ型変調器
CN108780236B (zh) * 2016-03-18 2021-07-23 日本电信电话株式会社 光调制器
JP6781618B2 (ja) * 2016-12-09 2020-11-04 日本電信電話株式会社 光変調器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2323450A (en) * 1997-03-20 1998-09-23 Secr Defence Optical modulator
FR2868171B1 (fr) * 2004-03-29 2006-09-15 Univ Paris Sud Modulateur optoelectronique haute frequence integre sur silicium
US20110176762A1 (en) * 2008-11-13 2011-07-21 Junichi Fujikata Optical modulator and optical modulator fabrication method

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