光互连装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够实现芯片内光互连的光互连装置。
【背景技术】
[0002]目前，在使用光纤的远距离信号传输领域中，光互连发挥高速、大容量传输、优异的耐噪音性、电缆细径化等特征而被广泛普及。另一方面，为了进一步推进信息处理装置内的信息处理速度的高速化，基板间、芯片间或芯片内等超短距离的光互连不可缺少，为此，目前正在进行技术开发。
[0003]短距离的光互连中的基本要件是发光元件、光波导及受光元件。发光元件根据发送电路的信号被发光驱动而输出光信号，光波导传输被输出的光信号，受光元件接收被传输的光信号并向接收电路输出。下述专利文献I中记载有通过形成于基板上的由椭圆球的一部分构成的曲面反射镜进行封装于基板上的第I光器件(发光元件)与形成于基板上的第2光器件(光波导)的光耦合。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2001-141965号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术课题
[0008]为了实现芯片内的光互连，需有效地进行封装于基板的发光元件或受光元件与基板上的光波导的光耦合。现有技术中，在该发光元件或受光元件与光波导的光耦合中使用光耦合器。该光耦合器需要有反射镜、棱镜、光栅等光偏振要件和透镜等聚光要件，且存在为了得到较高的光耦合效率，在形成光耦合器时需要高精确度的加工技术和定位技术的问题。上述现有技术中，使用将光偏振要件和聚光要件一体化的曲面反射镜，即便如此也要求较高的形成精确度，未能从根本上解决上述问题。
[0009]如此，以往为了实现芯片内光互连，需要有以较高的耦合效率使发光元件或受光元件与光波导光耦合的光耦合器，但现实上难以得到这种光耦合器，因此该问题成为实现芯片内光互连的较大障碍。
[0010]本发明将解决这种问题作为课题的一例。即，本发明的目的在于无需使用光耦合器而能够通过使形成于基板的发光元件或受光元件与光波导耦合来实现高效率的芯片内光互连等。
[0011]用于解决技术课题的手段
[0012]为了实现这种目的，本发明的光互连装置具备:Si半导体基板:光波导，形成于所述Si半导体基板；及发光元件，形成于所述光波导的一端部，其中，所述发光元件具有pn结，所述Pn结通过一边向第2半导体层照射光一边实施退火处理而得到，所述第2半导体层通过在所述Si半导体基板中的第I半导体层高浓度掺杂杂质而得到。
[0013]发明效果
[0014]根据具有这种特征的光互连装置，由于在形成于Si半导体基板的光波导的端部具备将形成于Si半导体基板的pn结作为光发射部的发光元件，因此无需使用光耦合器而能够将发光元件所发出的光信号导入到光波导中。由此，能够实现高效率的芯片内光互连。
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的一实施方式所涉及的光互连装置的说明图。
[0016]图2是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的发光元件的形成方法的一例的说明图。
[0017]图3是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的光波导的形成方法的一例的说明图。
[0018]图4是表示本发明的另一实施方式所涉及的光互连装置的说明图。
[0019]图5是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的受光元件的结构的一例的说明图。
[0020]图6是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的输出发光元件的发光信号的发光驱动部、输出受光元件的受光信号的受光检测部的说明图。
【具体实施方式】
[0021]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的光互连装置的说明图。图1 (a)是俯视图，图1 (b)表示图1 (a)中的Xl-Xl剖视图，图1 (c)表示图1 (a)中的X2-X2剖视图。
[0022]光互连装置I具备Si半导体基板10 ;光波导2，形成于Si半导体基板10 ;及发光元件3，形成于光波导2的一端部。在Si半导体基板10例如形成有η型第I半导体层10η。并且，在Si半导体基板10形成有通过在第I半导体层1n掺杂杂质而得到的第2半导体层10ρ。第2半导体层1p例如为P型半导体层。
[0023]在第I半导体层1n与第2半导体层1p之间的边界附近形成有pn结ΙΟρη。在Si半导体基板10形成有绝缘层11。图示的例子中，绝缘层11具备形成于Si半导体基板10内部的内部绝缘层Ila和形成于Si半导体基板10表面的表面绝缘层lib。
[0024]如图1(b)所示，光波导2将第2半导体层1p作为光引导层，隔着光引导层的包覆层通过表面绝缘层Iib形成于Si半导体基板10。成为包覆层的表面绝缘层Ilb沿着成为光引导层的第2半导体层1p的两侧部形成。
[0025]发光元件3具备形成于第I半导体层1n与第2半导体层1p的边界附近的pn结1pn作为光发射部。图1 (c)所示的例子中，在第2半导体层1p之上形成有第I电极12，在第2半导体层1p的外侧经由表面绝缘层Ilb而形成的η+层13之上形成有第2电极14。若在第I电极12与第2电极14之间对pn结1pn施加正向电压，则从pn结1pn发射光。
[0026]S卩，发光元件3具备形成于第2半导体层1p上的第I电极12、形成于第I半导体层1n上的第2电极14、以及由第I半导体层1n和第2半导体层1p形成的pn结ΙΟρη，第I电极12和第2电极14在Si半导体基板10的一面侧隔着表面绝缘层Ilb而配置。图示的例子中，将第2电极14配置于第I电极12的两侧，但并不限于此，也可以将第2电极14仅配置于第I电极12的一侧。
[0027]图2是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的发光元件的形成方法的一例的说明图。首先，在Si半导体基板10上形成掺杂有选自作为VA族元素的例如砷(As)、磷⑵、铺(Sb)中的杂质的第I半导体层10η。在此，第I半导体层1n为η型半导体层。
[0028]接着，如图2(a)所示，在第I半导体层1n中注入氧等来形成S12层的绝缘层11。图示的例子中，在第I半导体层1n的内部形成有内部绝缘层11a，在第I半导体层1n的表面形成有表面绝缘层lib。内部绝缘层Ila能够通过在Si半导体基板10的表面注入氧之后进行加热氧化处理而使S1Jl扩散到内部，或者在Si半导体基板10的表面形成S12层之后在表面形成Si膜等来形成。表面绝缘层Ilb能够通过向在光刻工序中被形成图案的掩模开口注入氧并进行加热氧化处理等来形成。
[0029]接者，如图2(b)所示，通过在表面绝缘层Ilb的外侧进一步掺杂选自作为VA族元素的例如砷(As)、磷⑵、铺(Sb)中的杂质来形成η+层13，通过在表面绝缘层Ilb之间高浓度掺杂选自作为IIIA族元素的例如硼⑶、销(Al)、镓(Ga)中的杂质来形成第2半导体层(P型半导体层)10ρ。而且，如图2 (C)所示，在η+层13之上形成第2电极14，在第2半导体层1p之上形成透明电极(ΙΤ0等)15之后，在第2电极14与透明电极15之间施加正向电压，通过基于流过pn结1pn的电流的焦耳热的退火处理使第2半导体层1p的杂质(例如选自硼⑶、销(Al)、镓(Ga)中的杂质)扩散。并且，在该退火处理的过程中向png1pn照射光L，由此在pn结1pn附近产生修整光子。
[0030]Si半导体基板本身是间接跃迀半导体，发光效率较低，仅通过形成pn结是无法得到有用的发光，并且，其本身不具有可见光区域的透光性。相对于此，对Si半导体基板10实施利用声子的退火而在PU结1pn附近产生修整光子，使作为间接跃迀型半导体的Si如直接跃迀型半导体那样发生变化，由此能够进行高效率、高输出的pn接合型发光。为了得到这种pn接合型发光，以高浓度掺杂硼(B)等IIIA族元素的杂质。此时的杂质(硼(B)时)的掺杂条件的一例设为剂量密度:5X1013/cm2，注入时的加速能量:700keV，在退火过程中照射的光L的波长设为所希望的波长波段。
[0031]之后，如图1 (C)所示，去除透明电极15并在第2半导体层1p之上形成第I电极12，由此形成将pn结1pn作为光发射部的发光元件3。发光元件3通过在第I电极12与第2电极14之间施加电压而从pn结1pn发射与在退火过程中照射的光L的波长相同波长的光。
[0032]图3是表示本发明的实施方式所涉及的光互连装置中的光波导的形成方法的一例的说明图。图3(a)所示的工序通过与上述图2 (a)相同的工序进行，在第I半导体层1n的内部形成内部