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JP6649869B2 - Photo detector - Google Patents
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Description

本発明は、光検出器に関し、特に、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光検出器を提供するための構造に関するものである。   The present invention relates to a photodetector, and more particularly to a structure for providing a photodetector used in an optical communication system or an optical information processing system.

近年の光通信の普及に伴い、光通信装置の低コスト化が求められている。その解決策の1つとして、光通信装置を構成する光回路を、シリコンウエハのような大口径ウエハ上に、シリコンフォトニクスのような微小光回路技術を用いて形成する方法がある。これにより、1チップあたりの材料費を劇的に下げ、光通信装置の低コスト化を図ることが出来る。   With the spread of optical communication in recent years, cost reduction of optical communication devices has been demanded. As one of the solutions, there is a method of forming an optical circuit constituting an optical communication device on a large-diameter wafer such as a silicon wafer by using a micro optical circuit technology such as silicon photonics. As a result, the material cost per chip can be dramatically reduced, and the cost of the optical communication device can be reduced.

このような技術を用いたシリコン(Si)基板上に形成する代表的な光検出器としては、モノリシック集積が可能なゲルマニウム光検出器(GePD)がある。   As a typical photodetector formed on a silicon (Si) substrate using such a technique, there is a germanium photodetector (GePD) that can be monolithically integrated.

図1は、このような従来のシリコン基板上にモノリシック集積された導波路結合型の縦型ゲルマニウム光検出器(GePD)100の構造を模式的に示す平面図である。   FIG. 1 is a plan view schematically showing a structure of a conventional waveguide-coupled vertical germanium photodetector (GePD) 100 monolithically integrated on a silicon substrate.

図2は、図1のGePD100のII−II部分の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the GePD 100 of FIG.

GePD100は、Si基板、Si酸化膜、表面Si層からなるSOI(Silicon On Insulator)基板にリソグラフィ技術等を用いて形成される。図2の断面図に示すGePD100は、シリコン(Si)基板101と、Si基板上のSi酸化膜からなる下部クラッド層102と、信号光を導くシリコン(Si)コア層110と、コア層110上に形成された光を吸収するゲルマニウム(Ge)層114と、コア層110およびGe層114上に形成された上部クラッド層103、および電極116〜118を備える。   The GePD 100 is formed on a SOI (Silicon On Insulator) substrate including a Si substrate, a Si oxide film, and a surface Si layer by using a lithography technique or the like. The GePD 100 shown in the cross-sectional view of FIG. 2 includes a silicon (Si) substrate 101, a lower cladding layer 102 made of a Si oxide film on a Si substrate, a silicon (Si) core layer 110 for guiding signal light, and a A germanium (Ge) layer 114 for absorbing light, an upper cladding layer 103 formed on the core layer 110 and the Ge layer 114, and electrodes 116 to 118.

なお、図1以下において、GePD100の示す四角で囲まれた部分は、GePDに対応する機能的な領域部分を示すものであって、かならずしも物理的なチップ構造などの境界を示すものではない。また、構造を分かり易くするために、図1の平面図では、図2に示すクラッド層103と電極116〜118の内部形状を示す線を省き、クラッド層103表面の電極116〜118の形状を長方形の領域の実線で示している。また、基板内部のp++Si電極部112、113およびn型Ge領域115の境界線などは、点線で示している。   In FIG. 1 and subsequent figures, a portion surrounded by a square of the GePD 100 indicates a functional region corresponding to the GePD, and does not necessarily indicate a boundary such as a physical chip structure. In order to make the structure easy to understand, in the plan view of FIG. 1, lines showing the internal shapes of the cladding layer 103 and the electrodes 116 to 118 shown in FIG. 2 are omitted, and the shapes of the electrodes 116 to 118 on the surface of the cladding layer 103 are changed. This is indicated by a solid line in a rectangular area. In addition, the boundaries between the p ++ Si electrode portions 112 and 113 and the n-type Ge region 115 inside the substrate are indicated by dotted lines.

図1を見るとわかるように、Siコア層110は導波路1101とSiスラブ1102に分けられ、導波路1101の左端より検出対象となる光が入射して、Siスラブ1102に到達する。   As can be seen from FIG. 1, the Si core layer 110 is divided into a waveguide 1101 and a Si slab 1102, and light to be detected enters from the left end of the waveguide 1101 and reaches the Si slab 1102.

図2の断面図にあるように、Siスラブ1102のSiコア層110には、第一の導電型(例えばp型)の不純物イオンがドーピングされたp型Siスラブ111(シリコン領域)、およびp型不純物が高濃度にドーピングされ、電極として作用するp++シリコン(Si)電極部112、113が形成されている。Ge層114は、p型Siスラブ111上にエピタキシャル成長によって積層され、その上部に第二の導電型(例えばn型)の不純物がドーピングされたn型Ge領域115(ゲルマニウム領域)が形成されて、フォトダイオードを構成している。そして、p++Si電極部112、113およびn型Ge領域115上には、それらに接するように電極116〜118を備える。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the Si core layer 110 of the Si slab 1102 includes a p-type Si slab 111 (silicon region) doped with impurity ions of the first conductivity type (for example, p-type), and p Type impurities are doped at a high concentration, and p ++ silicon (Si) electrode portions 112 and 113 functioning as electrodes are formed. The Ge layer 114 is stacked on the p-type Si slab 111 by epitaxial growth, and an n-type Ge region 115 (germanium region) doped with a second conductivity type (for example, n-type) impurity is formed thereon, It constitutes a photodiode. Further, electrodes 116 to 118 are provided on p ++ Si electrode portions 112 and 113 and n-type Ge region 115 so as to be in contact therewith.

GePD100は、Siコア層110に光が入射されてGe層114で光が吸収されると、電極117と電極116、118との間に光電流が流れるので、その電流を検出することで光を検出する。   When light is incident on the Si core layer 110 and the light is absorbed by the Ge layer 114, a photocurrent flows between the electrode 117 and the electrodes 116 and 118, so that the GePD 100 detects the current to generate light. To detect.

特許5370857号公報Japanese Patent No. 5370857

図2に示すGePD100は高パワーの光入力に耐えられないという課題がある。   The GePD 100 shown in FIG. 2 has a problem that it cannot withstand high-power optical input.

図3に、一般的なGePDの熱解析結果を示す。図3(a)は、GePDのGe層114の底面を熱源202とした熱解析モデル200の断面図を示し、図3(b)は、熱源202の電力を変化させていった時のGe層114の温度をプロットしたグラフである。計算を簡単にするため、図2のp型Siスラブ111、p++Si電極部112、113、n型Ge領域115、電極116、118の構造は取り除いてある。残りの構造は図2と等しい。   FIG. 3 shows a thermal analysis result of a general GePD. FIG. 3A is a cross-sectional view of a thermal analysis model 200 in which the bottom surface of the Ge layer 114 of GePD is a heat source 202, and FIG. 3B is a diagram illustrating a Ge layer when the power of the heat source 202 is changed. 14 is a graph in which the temperature of the plot 114 is plotted. In order to simplify the calculation, the structures of the p-type Si slab 111, the p ++ Si electrode portions 112 and 113, the n-type Ge region 115, and the electrodes 116 and 118 in FIG. 2 have been removed. The remaining structure is equivalent to FIG.

光入力パワーはそのまま図3の200の熱源202と言い換えてよい。シリコン上に成長したゲルマニウムは実験から600〜800℃程度で融解しフォトダイオードとしての機能を失うことがわかっている。特に図1、2のような導波路型GePD100はGe層114の内、導波路に近い部分が集中的に光吸収するため、図1の領域119付近が融解してしまう。図3の201では75〜100mW程度の入力で当該融解温度にゲルマニウムは達する。一方でメトロ系ネットワークの受信機では上記の範囲の光入力パワーを受ける可能性がある。   The optical input power may be directly translated into the heat source 202 in FIG. Experiments show that germanium grown on silicon melts at about 600 to 800 ° C. and loses its function as a photodiode. In particular, in the waveguide type GePD 100 as shown in FIGS. 1 and 2, a portion near the waveguide in the Ge layer 114 absorbs light intensively, so that the vicinity of the region 119 in FIG. 1 is melted. At 201 in FIG. 3, germanium reaches the melting temperature with an input of about 75 to 100 mW. On the other hand, the receiver of the metro network may receive the optical input power in the above range.

高パワーの光入力に耐えられないGePDを光通信システムに組込もうとすると、パワーを減衰させたり切り替えたりする可変アッテネータや光スイッチなどが必要となるため、製造コストが上がる。   If a GePD that cannot withstand high-power optical input is to be incorporated into an optical communication system, a variable attenuator or an optical switch for attenuating or switching power is required, which increases the manufacturing cost.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アッテネータやスイッチなどの追加の光学部品を必要とせず、高パワー入力にも耐えられるGePDを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a GePD which does not require an additional optical component such as an attenuator or a switch and can withstand a high power input. is there.

上記の課題を解決するために、本発明は、光検出器であって、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され、第一の不純物イオンがドーピングされたシリコン領域を含むスラブ領域と前記スラブ領域と接続された導波路領域とを含むシリコンコア層と、前記シリコンコア層上に形成され、第二の不純物イオンがドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコンコア層の前記シリコン領域を含む前記スラブ領域、前記導波路領域および前記ゲルマニウム層上に形成された上部クラッド層と、前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域上にそれぞれ離間して形成された複数の電極と、前記シリコンコア層の前記スラブ領域上の前記複数の電極間以外に形成された金属層と、を備え、前記金属層は、前記ゲルマニウム層で発生した熱を放熱することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a photodetector, a silicon substrate, a lower cladding layer formed on the silicon substrate, formed on the lower cladding layer, a first impurity A silicon core layer including a slab region including a silicon region doped with ions and a waveguide region connected to the slab region; and a germanium region formed on the silicon core layer and doped with a second impurity ion. And a slab region including the silicon region of the silicon core layer, an upper cladding layer formed on the waveguide region and the germanium layer, and a germanium layer separated from the silicon region and the germanium region, respectively. a plurality of electrodes formed Te, formed in addition between the plurality of electrodes on the front Symbol slab region of said silicon core layer Comprising a metal layer, wherein the metal layer is characterized by radiating heat generated in the germanium layer.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光検出器において、前記金属層は、前記電極と絶縁されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the photodetector according to the first aspect, the metal layer is insulated from the electrode.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光検出器において、前記金属層は、前記ゲルマニウム領域の前記導波路領域側付近の前記上部クラッド層上にも形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the photodetector according to claim 2, wherein the metal layer is also formed on the upper cladding layer near the germanium region on the waveguide region side. And

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の光検出器において、前記金属層は、前記電極と接していることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the photodetector according to claim 1, wherein the metal layer is in contact with the electrode.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の光検出器において、前記金属層は、前記シリコン基板および前記下部クラッド層にも接していることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the photodetector according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal layer is also in contact with the silicon substrate and the lower cladding layer.

本発明は、Ge層と接している熱伝導率の高いSiコア層を拡大して放熱用に金属層を形成することで、Ge層の温度上昇を抑制し、追加の光学部品無しに入力パワー耐性改善の効果を奏する。   The present invention suppresses a temperature rise of the Ge layer by expanding a Si core layer having a high thermal conductivity in contact with the Ge layer and forming a metal layer for heat dissipation, thereby reducing input power without additional optical components. It has the effect of improving resistance.

従来のシリコン基板上にモノリシック集積された導波路結合型の縦型GePD100の構造を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of the waveguide coupling type | mold vertical GePD100 monolithically integrated on the conventional silicon substrate. 図1のGePD100のII−II部分の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the GePD 100 in FIG. 1. (a)はGePDのGe層114の底面を熱源202とした熱解析モデル200の断面図であり、(b)は熱源202の電力を変化させていった時のGe層114の温度をプロットしたグラフである。(A) is a cross-sectional view of a thermal analysis model 200 using the bottom surface of the Ge layer 114 of GePD as a heat source 202, and (b) plots the temperature of the Ge layer 114 when the power of the heat source 202 is changed. It is a graph. 本発明の実施形態1に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図であるFIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of the GePD 100 according to the first embodiment of the present invention. 図4のGePD100のV−V部分の断面である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a line VV of the GePD 100 in FIG. 4. (a)は図1の従来のGePDのII−II断面におけるGe層114の直下に同一の熱源を与えた時の温度変化を示す図であり、(b)は図4の本発明のGePDのV−V断面におけるGe層114の直下に同一の熱源を与えた時の温度変化を示す図である。(A) is a diagram showing a temperature change when the same heat source is applied immediately below the Ge layer 114 in the II-II cross section of the conventional GePD of FIG. 1, and (b) is a diagram of the GePD of the present invention of FIG. FIG. 5 is a diagram showing a temperature change when the same heat source is applied immediately below a Ge layer 114 in a VV cross section. 本発明の実施形態2に係るGePD100の構造を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a GePD 100 according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施形態3に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図である。FIG. 10 is a plan view schematically showing a structure of a GePD 100 according to Embodiment 3 of the present invention. 図8のGePD100のIX−IX部分の断面である。9 is a cross-sectional view of the IX-IX portion of the GePD 100 in FIG. 本発明の実施形態4に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図である。It is a top view showing typically the structure of GePD100 concerning Embodiment 4 of the present invention. 図10のGePD100のXI−XI部分の断面である。It is sectional drawing of the XI-XI part of GePD100 of FIG.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。   The present invention is characterized by having the following configuration in order to achieve such an object.

(実施形態1)
図4は、本発明の実施形態1に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図である。図5は、図4のGePD100のV−V部分の断面である。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the GePD 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross section taken along the line VV of the GePD 100 in FIG.

本実施形態1のGePD100は、図5の断面図に示すように、シリコン(Si)基板101と、Si基板上のSi酸化膜からなる下部クラッド層102と、信号光を導くシリコン(Si)コア層110と、コア層110上に形成された光を吸収するゲルマニウム(Ge)層114と、コア層110およびGe層114上に形成された上部クラッド層103、および電極116〜118を備える。さらに、図4、5に示すようにSiコア層110の上に、電極116、118を囲むように金属層121、122が配置される。金属層121、122は、図5に示されるように、上部クラッド103の高さ分だけ厚みが有り、Siコア層110と接している。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the GePD 100 of the first embodiment includes a silicon (Si) substrate 101, a lower cladding layer 102 made of a Si oxide film on a Si substrate, and a silicon (Si) core for guiding signal light. It includes a layer 110, a germanium (Ge) layer 114 formed on the core layer 110 for absorbing light, an upper cladding layer 103 formed on the core layer 110 and the Ge layer 114, and electrodes 116 to 118. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, metal layers 121 and 122 are arranged on the Si core layer 110 so as to surround the electrodes 116 and 118. As shown in FIG. 5, the metal layers 121 and 122 have a thickness corresponding to the height of the upper cladding 103 and are in contact with the Si core layer 110.

なお、構造を分かり易くするために、図4の平面図では、図1と同様に、図5に示すクラッド層103と電極116〜118の内部形状を示す線を省き、クラッド層103表面の電極116〜118の形状を長方形の領域の実線で示している。また、基板内部のp++Si電極部112、113およびn型Ge領域115の境界線などは、点線で示している。   In order to make the structure easy to understand, in the plan view of FIG. 4, similarly to FIG. 1, lines showing the internal shapes of the cladding layer 103 and the electrodes 116 to 118 shown in FIG. The shapes of 116 to 118 are indicated by solid lines in a rectangular area. In addition, the boundaries between the p ++ Si electrode portions 112 and 113 and the n-type Ge region 115 inside the substrate are indicated by dotted lines.

金属層121、122およびSiコア層110は、下部クラッド層102、上部クラッド層103に比べ格段に熱伝導率が高い。従って、Ge層114で発生した熱をSiコア層110に沿って図4の紙面上下左右方向へ熱を拡散させる。拡散した熱は、金属層121、122および下部クラッド層102、Si基板層101を通して緩やかに放熱されてゆく。   The metal layers 121 and 122 and the Si core layer 110 have significantly higher thermal conductivity than the lower cladding layer 102 and the upper cladding layer 103. Therefore, the heat generated in the Ge layer 114 is diffused along the Si core layer 110 in the vertical and horizontal directions of FIG. The diffused heat is gradually radiated through the metal layers 121 and 122, the lower cladding layer 102, and the Si substrate layer 101.

従来のGePD100におけるSiコア層110のSiスラブ1102は、p型Siスラブ111よりも一回り大きい程度であったが、本発明では、Siコア層110のSiスラブ1102部分を、導波路1101とその出射端以外で接触せず、かつ導波路1101と光学的に干渉しない程度まで離すようにして下部クラッド層102上に広げている。拡大したSiコア層110上には、電極116〜118と接触しないように金属層121、122を形成している。金属層121、122は、電極116、118と電極117とを短絡させることがないよう、電極116〜118間には形成しない。   Although the Si slab 1102 of the Si core layer 110 in the conventional GePD 100 is slightly larger than the p-type Si slab 111, in the present invention, the Si slab 1102 portion of the Si core layer 110 is divided into the waveguide 1101 and the waveguide 1101. It is spread on the lower cladding layer 102 so as not to be in contact with other than the emission end and to be separated from the waveguide 1101 so as not to optically interfere. Metal layers 121 and 122 are formed on the enlarged Si core layer 110 so as not to contact the electrodes 116 to 118. The metal layers 121 and 122 are not formed between the electrodes 116 to 118 so that the electrodes 116 and 118 and the electrode 117 are not short-circuited.

Siコア層110および金属層121、122は、大きいほど放熱効果が高い。したがって、Siコア層110は導波路1101に光学的に干渉しない領域であれば最大限広く形成されて良い。金属層121、122はSiコア層110上のGePDの主要な構造のない領域、すなわちSiコア層110の導波路1101、p型Siスラブ111に干渉しない領域を覆うように形成されていても良い。   The larger the Si core layer 110 and the metal layers 121 and 122 are, the higher the heat radiation effect is. Therefore, the Si core layer 110 may be formed as wide as possible as long as it does not optically interfere with the waveguide 1101. The metal layers 121 and 122 may be formed so as to cover a region of the Si core layer 110 where there is no major structure of GePD, that is, a region that does not interfere with the waveguide 1101 and the p-type Si slab 111 of the Si core layer 110. .

電極116、118と金属層121、122が接続されていると、設計によっては高周波信号が伝播しなくなる恐れがある。したがって、本実施形態1では、電極116と金属層121は絶縁している。   If the electrodes 116 and 118 are connected to the metal layers 121 and 122, high-frequency signals may not be transmitted depending on the design. Therefore, in the first embodiment, the electrode 116 and the metal layer 121 are insulated.

図6(a)は、図1の従来のGePDのII−II断面におけるGe層114の直下に同一の熱源を与えた時の温度変化を示し、図6(b)は、図4の本発明のGePDのV−V断面におけるGe層114の直下に同一の熱源を与えた時の温度変化を示している。図6(a)の従来のGePD100においてGe層114が熱源によって600℃程度まで加熱されるが、図6(b)の本発明のGePD100のGe層114では500℃以下に抑えられている。   FIG. 6A shows a temperature change when the same heat source is applied immediately below the Ge layer 114 in the II-II cross section of the conventional GePD of FIG. 1, and FIG. 6B shows the present invention of FIG. 3 shows a temperature change when the same heat source is applied immediately below the Ge layer 114 in the VV cross section of the GePD. In the conventional GePD 100 of FIG. 6A, the Ge layer 114 is heated to about 600 ° C. by the heat source, but the temperature of the Ge layer 114 of the GePD 100 of the present invention shown in FIG.

この温度低下と図3(b)のグラフからから、本願発明は13mW程度の入力パワー耐性改善があったことになる。すなわち従来の縦型GePDと比較し、本発明のGePDの構造は、より高パワーな入力にも耐えられるGePDである。   From the temperature drop and the graph of FIG. 3B, it can be seen that the input power of the present invention has been improved by about 13 mW. That is, as compared with the conventional vertical GePD, the structure of the GePD of the present invention is a GePD that can withstand even higher power input.

(実施形態2)
図7は、本発明の実施形態2に係るGePD100の構造を模式的に示す断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of the GePD 100 according to the second embodiment of the present invention.

実施形態2のGePD100は、実施形態1のGePD100に対し、Siコア層110および下部クラッド層102を貫通し、Si基板101の一部をエッチングしてビアを作り、このビアを金属層121、122で埋めたものである。   The GePD 100 according to the second embodiment is different from the GePD 100 according to the first embodiment in that the via penetrates the Si core layer 110 and the lower cladding layer 102 and a part of the Si substrate 101 is etched to form a via. Is filled in.

断熱性の高い下部クラッド層102を貫通してSi基板層101まで金属層121、122が達しているため、この金属層121、122を通って熱がSi基板層101まで拡散しやすくなる。   Since the metal layers 121 and 122 reach the Si substrate layer 101 through the lower heat-insulating lower cladding layer 102, heat is easily diffused to the Si substrate layer 101 through the metal layers 121 and 122.

(実施形態3)
図8は、本発明の実施形態3に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図である。図9は、図8のGePD100のIX−IX部分の断面である。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of the GePD 100 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 9 is a cross section of the IX-IX portion of the GePD 100 of FIG.

実施形態3のGePD100は、実施形態1のGePD100の電極116、118を放熱用の金属層121、122に接続させた構成である。電極116、118と放熱用の金属層121、122の間にあった絶縁用の上部クラッド層103が無くなったため、実施形態1より金属層121、122への熱伝導性が高くなる。   The GePD 100 according to the third embodiment has a configuration in which the electrodes 116 and 118 of the GePD 100 according to the first embodiment are connected to metal layers 121 and 122 for heat radiation. Since the insulating upper clad layer 103 between the electrodes 116 and 118 and the heat dissipating metal layers 121 and 122 is eliminated, the thermal conductivity to the metal layers 121 and 122 is higher than in the first embodiment.

一方で、GePD100で高速信号を受信するためには、電極116、118は、集中定数的に扱うことが出来る波長の1/10〜1/20程度のサイズまでに制限される。   On the other hand, in order for the GePD 100 to receive a high-speed signal, the electrodes 116 and 118 are limited to a size of about 1/10 to 1/20 of the wavelength that can be handled lumpedly.

実施形態3はさらに、実施形態2のように、Si基板層101まで達するビアを形成してビアに金属層121、122を埋め、金属層121、122がSi基板層101に接する構成とすることもできる。   In the third embodiment, as in the second embodiment, a via that reaches the Si substrate layer 101 is formed, the vias are filled with the metal layers 121 and 122, and the metal layers 121 and 122 are in contact with the Si substrate layer 101. Can also.

(実施形態4)
図10は、本発明の実施形態4に係るGePD100の構造を模式的に示す平面図である。図11は、図10のGePD100のXI−XI部分の断面である。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a plan view schematically showing the structure of the GePD 100 according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 11 is a cross section of the XI-XI portion of the GePD 100 of FIG.

実施形態4のGePD100は、実施形態1のGePD100に対して、金属層121、122を、導波路1101とSiスラブ1102との接続部付近、すなわちGe層114の導波路1101側付近上の上部クラッド層103上において金属層123で接続した構成である。金属層123は、金属層121、123より薄く、上部クラッド層103上に形成され、電極116〜118と接触しないよう配置されている。このように金属層121〜123が電極116〜118と絶縁されている場合、金属層121〜123の大きさは任意である。   The GePD 100 according to the fourth embodiment is different from the GePD 100 according to the first embodiment in that the metal layers 121 and 122 are formed by forming upper metal layers 121 and 122 near the connection between the waveguide 1101 and the Si slab 1102, that is, near the waveguide 1101 of the Ge layer 114. In this structure, the layers are connected by a metal layer 123 on the layer 103. The metal layer 123 is thinner than the metal layers 121 and 123, is formed on the upper cladding layer 103, and is arranged so as not to contact the electrodes 116 to 118. When the metal layers 121 to 123 are insulated from the electrodes 116 to 118 as described above, the size of the metal layers 121 to 123 is arbitrary.

熱が集中する領域119に近い位置に熱伝導性の高い金属層123があることでより、金属層121、122への熱伝導性、放熱性が高まる。   Since the metal layer 123 having high heat conductivity is located near the region 119 where heat is concentrated, heat conductivity and heat dissipation to the metal layers 121 and 122 are improved.

実施形態4は、実施形態2のように、Si基板層101まで達するビアを形成してビアに金属層121、122を埋め、金属層121、122がSi基板層101に接する構成とすることもできる。   In the fourth embodiment, as in the second embodiment, a via that reaches the Si substrate layer 101 may be formed, the vias may be filled with the metal layers 121 and 122, and the metal layers 121 and 122 may be in contact with the Si substrate layer 101. it can.

また、実施形態4は、実施形態3のように、電極116、118を放熱用の金属層121、122に接続させた構成とすることもできる。但し、GePD100で高速信号を受信するためには、実施形態3と同様に、電極116、118および金属層121、122は、集中定数的に扱うことが出来る波長の1/10〜1/20程度のサイズまでに制限される。   Further, the fourth embodiment may have a configuration in which the electrodes 116 and 118 are connected to the metal layers 121 and 122 for heat dissipation as in the third embodiment. However, in order to receive a high-speed signal with the GePD 100, the electrodes 116 and 118 and the metal layers 121 and 122 need to be about 1/10 to 1/20 of the wavelength that can be treated as a lumped constant, as in the third embodiment. Limited to the size of

100 GePD
101 Si基板
102 下部クラッド層
103 上部クラッド層
110 Siコア層
111 p型Siスラブ
112、113 p++Si電極部
114 Ge層
115 n型Ge領域
116〜118 電極
121、122 金属層
1101 導波路
1102 Siスラブ
100 GePD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Si substrate 102 Lower cladding layer 103 Upper cladding layer 110 Si core layer 111 p-type Si slab 112, 113 p ++ Si electrode part 114 Ge layer 115 n-type Ge region 116-118 electrode 121, 122 metal layer 1101 waveguide 1102 Si slab

Claims (5)

シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、第一の不純物イオンがドーピングされたシリコン領域を含むスラブ領域と前記スラブ領域と接続された導波路領域とを含むシリコンコア層と、
前記シリコンコア層上に形成され、第二の不純物イオンがドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、
前記シリコンコア層の前記シリコン領域を含む前記スラブ領域、前記導波路領域および前記ゲルマニウム層上に形成された上部クラッド層と、
前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域上にそれぞれ離間して形成された複数の電極と、
前記シリコンコア層の前記スラブ領域上の前記複数の電極間以外に形成された金属層とを備え
前記金属層は、前記ゲルマニウム層で発生した熱を放熱する
とを特徴する光検出器。
A silicon substrate,
A lower cladding layer formed on the silicon substrate,
A silicon core layer formed on the lower cladding layer and including a slab region including a silicon region doped with a first impurity ion and a waveguide region connected to the slab region;
A germanium layer formed on the silicon core layer and including a germanium region doped with a second impurity ion;
An upper cladding layer formed on the slab region including the silicon region of the silicon core layer, the waveguide region and the germanium layer;
A plurality of electrodes formed separately on the silicon region and the germanium region,
And a metal layer formed in addition between the plurality of electrodes before SL on the slab region of the silicon core layer,
The metal layer dissipates heat generated in the germanium layer
A photodetector for said and this.
前記金属層は、前記電極と絶縁されていることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。   The photodetector according to claim 1, wherein the metal layer is insulated from the electrode. 前記金属層は、前記ゲルマニウム領域の前記導波路領域側付近の前記上部クラッド層上にも形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光検出器。   The photodetector according to claim 2, wherein the metal layer is also formed on the upper cladding layer near the germanium region on the waveguide region side. 前記金属層は、前記電極と接していることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。   The photodetector according to claim 1, wherein the metal layer is in contact with the electrode. 前記金属層は、前記シリコン基板および前記下部クラッド層にも接していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光検出器。   The photodetector according to claim 1, wherein the metal layer is also in contact with the silicon substrate and the lower clad layer.
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