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公開番号2025117331
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024012111
出願日2024-01-30
発明の名称光電変換素子
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所,国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人
主分類H10F 30/20 20250101AFI20250804BHJP()
要約【課題】高出力な光電変換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかる光電変換素子は、第1積層体と、第1光導波路と、を備える。前記第1積層体は、積層方向において上部に配置された第1不純物半導体と、前記第1不純物半導体と導電型が異なり、積層方向において下部に配置された第2不純物半導体と、積層方向において前記第1不純物半導体と前記第2不純物半導体とに挟まれた第1真性半導体と、を有する。前記第1積層体の前記第1真性半導体は、前記積層方向から見て、第1辺の長さが、前記第1辺と交差する第2辺の長さより長い。前記第1光導波路は、前記第1積層体の前記第1辺が属する第1側面に接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１積層体と、第１光導波路と、を備え、
前記第１積層体は、積層方向において上部に配置された第１不純物半導体と、前記第１不純物半導体と導電型が異なり、積層方向において下部に配置された第２不純物半導体と、積層方向において前記第１不純物半導体と前記第２不純物半導体とに挟まれた第１真性半導体と、を有し、
前記第１積層体の前記第１真性半導体は、前記積層方向から見て、第１辺の長さが、前記第１辺と交差する第２辺の長さより長く、
前記第１光導波路は、前記第１積層体の前記第１辺が属する第１側面に接続されている、光電変換素子。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記第２辺の長さに対する前記第１辺の長さであるアスペクト比が５以上である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第１辺の長さが２５μｍ以上である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記第１光導波路は、光照射部を有し、
前記光照射部は、前記第１積層体に近づくに従って幅が広くなっている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第１光導波路は、前記第１積層体の前記第１側面に対して斜め方向に接続されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記第１光導波路は、複数の光照射部を有し、
前記第１光導波路を伝搬する光は、分岐されて、前記複数の光照射部のそれぞれから前記第１側面に入射する、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記第１光導波路は、光照射部を有し、
前記第１光導波路を伝搬する光は、前記光照射部に至るまでに分岐されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記第１積層体の第１不純物半導体に接続された第１電極と、
前記第１積層体の第２不純物半導体に接続された第２電極と、をさらに備える、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記第１積層体に対して前記第１電極と電気的に並列な関係にある第３電極をさらに有する、請求項８に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
第１抵抗素子と、第２抵抗素子と、をさらに備え、
前記第１抵抗素子は、前記第１積層体と、前記第３電極と、の間にあり、
前記第２抵抗素子は、前記第１積層体と、前記第３電極と並列な関係にある前記第１電極との間にある、請求項９に記載の光電変換素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
通信技術の発達に伴い、データの高速かつ高効率な送受信が求められており、シリコンフォトニクスへの注目が高まっている。シリコンフォトニクスは、微細加工技術を用いてシリコン基板上に、発光素子、受光器、光変調器といった素子を集積する技術である。
【０００３】
シリコンフォトニクス回路に用いられる光電変換素子として、ゲルマニウムを用いたフォトダイオードが知られている。一方で、ゲルマニウムを用いたフォトダイオードは、飽和現象によって高出力を得ることが難しいという問題がある。
【０００４】
例えば、非特許文献１～３には、高出力なフォトダイオードを実現するための様々な方法が開示されている。非特許文献１には、複数のフォトダイオードを使用する例が開示されている。非特許文献２には、高濃度のＰ型ドーピング層をゲルマニウム層の下地層に用いる例が開示されている。非特許文献３には、特殊な導波路の形状を採用し、エバネッセント光をゲルマニウムに入射させる例が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Ta-Ching Tzu et al., “Foundry-Enabled High-Power Photodetectors for Microwave Photonics,”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 25, 3800111 (2019).
Zhibin Jiang et al.,“High-power Si-Ge photodiode assisted by doping regulation,”Optics Express 29, 7389 (2021).
Xiao Hu et al.,“High-speed and high-power germanium photodetector with a lateral silicon nitride waveguide,”Photonics Research 9, 749 (2021).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の方法は、フォトダイオードの数が増え、集積性が低い。非特許文献２及び３に記載の方法は、特殊な手法が必要であり、汎用性に欠ける。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、高出力な光電変換素子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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【０００９】
第１の態様にかかる光電変換素子は、第１積層体と、第１光導波路と、を備える。前記第１積層体は、積層方向において上部に配置された第１不純物半導体と、前記第１不純物半導体と導電型が異なり、積層方向において上部に配置された第２不純物半導体と、積層方向において前記第１不純物半導体と前記第２不純物半導体とに挟まれた第１真性半導体と、を有する。前記第１積層体の前記第１真性半導体は、前記積層方向から見て、第１辺の長さが、前記第１辺と交差する第２辺の長さより長い。前記第１光導波路は、前記第１積層体の前記第１辺が属する第１側面に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態に係る光電変換素子は、飽和現象が生じにくく、高出力である。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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