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公開番号2025140137
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039325
出願日2024-03-13
発明の名称受光素子、および受光素子の製造方法
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人
主分類H10F 77/00 20250101AFI20250919BHJP()
要約【課題】光の損失を低減することが可能な受光素子および受光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン層を有する基板と、III-V族化合物半導体で形成され、前記シリコン層に接合されたフォトダイオードと、を具備し、前記シリコン層は導波路を有し、前記フォトダイオードは、第1半導体層と、光吸収層と、第2半導体層と、を含み、前記第1半導体層は前記シリコン層に接触し、前記光吸収層および前記第2半導体層は、前記第1半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、前記第1半導体層は第1の導電型を有し、前記第2半導体層は第2の導電型を有し、前記第1半導体層は、突出部と第1スラブ部とを有し、前記突出部は前記第1スラブ部に接続され、前記第1スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する受光素子。
【選択図】図1B

特許請求の範囲【請求項１】
シリコン層を有する基板と、
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成され、前記シリコン層に接合されたフォトダイオードと、を具備し、
前記シリコン層は導波路を有し、
前記フォトダイオードは、第１半導体層と、光吸収層と、第２半導体層と、を含み、
前記第１半導体層は前記シリコン層に接触し、
前記光吸収層および前記第２半導体層は、前記第１半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、
前記第１半導体層は第１の導電型を有し、
前記第２半導体層は第２の導電型を有し、
前記第１半導体層は、突出部と第１スラブ部とを有し、
前記突出部は前記第１スラブ部に接続され、前記第１スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する受光素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記突出部は第１テーパ部を有し、
前記第１テーパ部は、前記導波路の延伸方向に沿って先細りの形状を有する請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記突出部の長さは２μｍ以上である請求項１または請求項２に記載の受光素子。
【請求項４】
前記突出部の先端は曲面である請求項１または請求項２に記載の受光素子。
【請求項５】
前記フォトダイオードはメサを有し、
前記メサは、前記光吸収層および前記第２半導体層を含み、前記第１スラブ部の上に位置し、前記導波路の延伸方向において前記突出部に対向する請求項１または請求項２に記載の受光素子。
【請求項６】
前記メサは第２テーパ部を有し、
前記第２テーパ部は、前記導波路の延伸方向に沿って先細りの形状を有する請求項５に記載の受光素子。
【請求項７】
前記第２テーパ部の長さは５μｍ以上である請求項６に記載の受光素子。
【請求項８】
前記シリコン層は、凹部および第２スラブ部を有し、
前記凹部は前記第２スラブ部より窪んだ部分であり、前記導波路の両側に位置し、
前記導波路は前記第２スラブ部の端部に接続され、
前記フォトダイオードの前記第１スラブ部は前記第２スラブ部に接合されている請求項５に記載の受光素子。
【請求項９】
前記第２スラブ部は前記第１スラブ部より外にせり出し、
前記導波路は前記突出部より外にせり出している請求項８に記載の受光素子。
【請求項１０】
基板のシリコン層に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成されたフォトダイオードを接合する工程と、
前記フォトダイオードにスラブ部および突出部を形成する工程と、を有し、
前記シリコン層は導波路を有し、
前記フォトダイオードは、第１半導体層と、光吸収層と、第２半導体層と、を含み、
前記第１半導体層は前記シリコン層に接触し、
前記光吸収層および前記第２半導体層は、前記第１半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、
前記第１半導体層は第１の導電型を有し、
前記第２半導体層は第２の導電型を有し、
前記第１半導体層は、前記突出部と前記スラブ部とを有し、
前記突出部は前記スラブ部に接続され、前記スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する受光素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は受光素子、および受光素子の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成されたフォトダイオードを、導波路を形成したＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板（シリコンフォトニクス）などの基板に接合することで、ハイブリッド型の受光素子を形成することができる（例えば非特許文献１）。フォトダイオードは、導波路を伝搬した光を吸収し、電気信号を出力する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
ＹｅＷａｎｇ，ｅｔａｌ． “Ｈｉｇｈ－ＰｏｗｅｒＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓＷｉｔｈ６５ＧＨｚＢａｎｄｗｉｄｔｈＨｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＯｎｔｏＳｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ＩｎｓｕｌａｔｏｒＮａｎｏ－Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ” ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｌｅｃｔｅｄＴｏｐｉｃｓｉｎＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２，６０００２０６，Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ，２０１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板の導波路と、接合されたフォトダイオードとの間で、光の損失が発生する。光の損失を低減することで、受光感度を高めることができる。そこで、光の損失を低減することが可能な受光素子および受光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る受光素子は、シリコン層を有する基板と、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成され、前記シリコン層に接合されたフォトダイオードと、を具備し、前記シリコン層は導波路を有し、前記フォトダイオードは、第１半導体層と、光吸収層と、第２半導体層と、を含み、前記第１半導体層は前記シリコン層に接触し、前記光吸収層および前記第２半導体層は、前記第１半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、前記第１半導体層は第１の導電型を有し、前記第２半導体層は第２の導電型を有し、前記第１半導体層は、突出部と第１スラブ部とを有し、前記突出部は前記第１スラブ部に接続され、前記第１スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、光の損失を低減することが可能な受光素子および受光素子の製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１Ａは第１実施形態に係る受光素子を例示する上面図である。
図１Ｂは受光素子を例示する斜視図である。
図１Ｃは突出部を拡大した図である。
図２Ａは受光素子を例示する断面図である。
図２Ｂは受光素子を例示する断面図である。
図３は光の損失を例示する図である。
図４Ａは受光素子の製造方法を例示する平面図である。
図４Ｂは受光素子の製造方法を例示する平面図である。
図４Ｃは受光素子の製造方法を例示する平面図である。
図５Ａは変形例１に係る受光素子の突出部を例示する平面図である。
図５Ｂは変形例２に係る受光素子の突出部を例示する平面図である。
図５Ｃは変形例３に係る受光素子の突出部を例示する平面図である。
図５Ｄは変形例４に係る受光素子の突出部を例示する平面図である。
図６Ａは第２実施形態に係る受光素子を例示する斜視図である。
図６Ｂは光の損失を例示する図である。
図７は第３実施形態に係る受光素子を例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【０００９】
本開示の一形態は、（１）シリコン層を有する基板と、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成され、前記シリコン層に接合されたフォトダイオードと、を具備し、前記シリコン層は導波路を有し、前記フォトダイオードは、第１半導体層と、光吸収層と、第２半導体層と、を含み、前記第１半導体層は前記シリコン層に接触し、前記光吸収層および前記第２半導体層は、前記第１半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、前記第１半導体層は第１の導電型を有し、前記第２半導体層は第２の導電型を有し、前記第１半導体層は、突出部と第１スラブ部とを有し、前記突出部は前記第１スラブ部に接続され、前記第１スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する受光素子である。フォトダイオードが突出部を有するため、導波路とフォトダイオードとの界面において、光が反射および散乱されにくい。光の損失を低減することができる。
（２）上記（１）において、前記突出部は第１テーパ部を有し、前記第１テーパ部は、前記導波路の延伸方向に沿って先細りの形状を有してもよい。光が導波路からフォトダイオードへと徐々に遷移する。光の損失を効果的に低減することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記突出部の長さは２μｍ以上でもよい。光の損失を低減することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記突出部の先端は曲面でもよい。光が反射しにくいため、光の損失を低減することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記フォトダイオードはメサを有し、前記メサは、前記光吸収層および前記第２半導体層を含み、前記第１スラブ部の上に位置し、前記導波路の延伸方向において前記突出部に対向してもよい。光は導波路を伝搬し、突出部においてフォトダイオードに遷移し、メサの光吸収層に吸収される。フォトダイオードが光を検出することができる。
（６）上記（５）において、前記メサは第２テーパ部を有し、前記第２テーパ部は、前記導波路の延伸方向に沿って先細りの形状を有してもよい。光の損失を低減することができる。
（７）上記（６）において、前記第２テーパ部の長さは５μｍ以上でもよい。光の損失を低減することができる。
（８）上記（５）において、前記シリコン層は、凹部および第２スラブ部を有し、前記凹部は前記第２スラブ部より窪んだ部分であり、前記導波路の両側に位置し、前記導波路は前記第２スラブ部の端部に接続され、前記フォトダイオードの前記第１スラブ部は前記第２スラブ部に接合されてもよい。光は第２スラブ部上のフォトダイオードに吸収される。光を検知することができる。
（９）上記（８）において、前記第２スラブ部は前記第１スラブ部より外にせり出し、前記導波路は前記突出部より外にせり出してもよい。凹部にエッチャントなどの液体が侵入した場合でも、フォトダイオードの下面が液体に接触しにくい。下面からのエッチングを防ぐことができる。
（１０）基板のシリコン層に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成されたフォトダイオードを接合する工程と、前記フォトダイオードにスラブ部および突出部を形成する工程と、を有し、前記シリコン層は導波路を有し、前記フォトダイオードは、第１半導体層と、光吸収層と、第２半導体層と、を含み、前記第１半導体層は前記シリコン層に接触し、前記光吸収層および前記第２半導体層は、前記第１半導体層の前記シリコン層とは反対の面に、この順番で積層され、前記第１半導体層は第１の導電型を有し、前記第２半導体層は第２の導電型を有し、前記第１半導体層は、前記突出部と前記スラブ部とを有し、前記突出部は前記スラブ部に接続され、前記スラブ部から前記導波路と重なる位置に突出する受光素子の製造方法である。フォトダイオードが突出部を有するため、導波路とフォトダイオードとの界面において、光が反射および散乱されにくい。光の損失を低減することができる。
【００１０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る受光素子および受光素子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（【００１１】以降は省略されています）

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