專利名稱：：發(fā)光二極管、光通信裝置及光互連模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管。尤其涉及在信息處理和通信領(lǐng)域中將需要的光(包括紅外光)信號快速地轉(zhuǎn)換為電信號的發(fā)光二極管。并且，涉及使用所述發(fā)光二極管的光通信裝置和光互連模塊。
背景技術(shù)：
：從成本和成品率方面考慮，將光檢測器單片(Monolithic)集成電路化頗具吸引力。在與CMOS電路相同的芯片上單片集成電路化的硅感光器即硅發(fā)光二極管是復(fù)合感光器(例如在CMOS電路或GaAs電路中接合的InGaAs發(fā)光二極管)的一種具有吸引力的替代物。期待單片集成電路化的感光器能夠使用標準的硅工藝制造出來，并能夠以比復(fù)合設(shè)計低的成本制造出來?？墒?，作為將光信號快速轉(zhuǎn)換為電信號的方法多采用發(fā)光二極管。其代表性產(chǎn)品是pin型發(fā)光二極管。pin型發(fā)光二極管具有將本征半導(dǎo)體的i層夾在p型半導(dǎo)體的p層和n型半導(dǎo)體的n層之間的構(gòu)造。并且，在通過偏置電源施加逆偏置電壓時，高電阻的i層幾乎整個區(qū)域成為電荷載流子的耗盡層。入射光的光子主要被i層吸收，生成電子-空穴對。所產(chǎn)生的電子和空穴通過逆偏置電壓在耗盡層內(nèi)分別向相反方向漂移而產(chǎn)生電流，并通過負荷電阻被檢測為信號電壓。作為限制該光電轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度的因素，包括負荷電阻與耗盡層生成的電容之積所確定的電路時間常數(shù)。并且，作為所述因素，包括電子和空穴通過耗盡層所需要的載流子行進時間。另外，作為載流子行進時間較短的發(fā)光二極管有肖特基型發(fā)光二極管。該肖特基型發(fā)光二極管具有半透明金屬膜接觸于半導(dǎo)體的n層(或n—層)的構(gòu)造。在n層(或rT層)和半透明金屬膜接觸的界面附近形成肖特基勢壘。在該肖特基勢壘附近，電子從半透明金屬膜擴散到n層(或n'層)而形成耗盡層。如果在該狀態(tài)下照射入射光，則在n層(或n'層)生成電子。該生成的電子通過逆偏置電壓在耗盡層內(nèi)漂移。并且，可以有效利用元件表面層的光吸收?？墒牵琾in型發(fā)光二極管由于光子吸收，需要使i層即耗盡層具有足夠的厚度。與此相對，肖特基型發(fā)光二極管可以使耗盡層變薄。因此，肖特基型發(fā)光二極管可以縮短載流子行進時間。另外，關(guān)于pin型發(fā)光二極管，為了使耗盡層變薄，也在嘗試采用橫向(Lateral)電極構(gòu)造來縮小電極間隔(參照非專利文獻l)。但是，該方法在半導(dǎo)體表面層上的光吸收效率比較差。因此，雖然可以實現(xiàn)快速化，但很難做到高靈敏度化。另一方面，如果為了縮短電路時間常數(shù)而縮小負荷電阻的值，則提取的再生信號的電壓下降。因此，為了增大再生信號的S/N且減小讀取錯誤，需要減小耗盡層的電容。尤其如果為了縮短載流子行進時間而使耗盡層變薄，則電容增加。因此，為了快速化，需要減小耗盡層(或者肖特基接合的面積)。但是，減小所述接合面積將使得信號光的利用效率下降。結(jié)果，再生信號的S/N惡化。鑒于以上情況，在這種光電轉(zhuǎn)換裝置中，逐漸開展利用金屬表面等離子體或光子晶體構(gòu)造來實現(xiàn)快速化、小型化的開發(fā)。例如，提出了在半導(dǎo)體的同一面上設(shè)置兩個電極的金屬/半導(dǎo)體/金屬(MSM)裝置(光檢測器)(專利文獻1)。該MSM型光檢測器是在兩個電極附近具有肖特基勢壘的肖特基型發(fā)光二極管的一種。艮口，透射電極面的光的一部分被半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)吸收，并生成光載流子。在這種MSM型光檢測器中，如果為了提高量子效率而將半導(dǎo)體加厚，則光載流子的傳播距離增大，所以動作速度下降。為了防止這種動作速度的下降，在專利文獻1記載的光檢測器中沿著周期性凹凸設(shè)置金屬電極。由此，入射光與金屬電極的表面等離子體有效結(jié)合，并在光檢測器內(nèi)傳播。另外，提出了制造將設(shè)于半導(dǎo)體上的金屬膜的一部分氧化成光透射性絕緣膜的MSM型感光元件的方法(專利文獻2)。另外，提出了一種MSM型感光元件(專利文獻3)，其采用從位于光透射性絕緣圖案(圖案寬度為透射光的波長以下的尺寸)兩側(cè)的金屬膜的端部產(chǎn)生的近場光。并且，記述了該MSM型感光元件的響應(yīng)速度是快速化的。另外，提出了使正極(金屬電極)和負極(金屬電極)以指交叉型(嵌套型)的方式配置在半導(dǎo)體上的裝置構(gòu)造(專利文獻4)。該專利文獻4公開了使入射光與透射光、反射光、表面等離子體極元等之間通過諧振相結(jié)合的技術(shù)。另外，專利文獻4記述了生成的光載流子通過入射光與表面等離子體的接合而增強。但是，在這些感光元件中，如果為了減小耗盡層的電容而減小入射光的照射面積，則檢測信號的強度下降，S/N下降。另外，提出了一種光電動勢裝置(利用太陽光能的光電動勢裝置)，在將具有pn接合的多個球形狀的半導(dǎo)體夾在中間的兩個電極的一方上設(shè)置周期性排列的開口(或凹部)(專利文獻5)。該光電動勢裝置利用了使表面等離子體和入射光共振的技術(shù)。但是，在該專利文獻5中沒有記述為了光電轉(zhuǎn)換的快速化而使耗盡層變薄并減小面積。另外，提出了一種在開口的周圍設(shè)置周期性的槽列的光傳輸裝置(專利文獻6)。并且，報告稱設(shè)置了周期性的槽列的光傳輸裝置與沒有周期性的槽列的光傳輸裝置相比，傳播的光增強。但是，公知透射的光的總能與入射光能相比衰減(文獻:TinekeThio,H丄Lezec,T.W.Ebbesen，K.M.Pellerin,G.D丄ewen,A.Nahata,R.A丄inke,"Giantopticaltransmissionofsub-wavelengthapertures:physicsandapplications,"Nanotechnology，vol.13,pp.429-432，F(xiàn)igure4)。例如，在直徑為波長的40%以下的開口中透射的光的總能衰減為入射光能的1%以下。因此，即使向感光元件照射來自該光傳輸裝置的傳播光，也不能獲得較高的S/N。另外，提出了一種把光吸收層設(shè)置成形成有光子帶隙的多層膜構(gòu)造的MSM型感光元件(專利文獻7)。并且報告稱該MSM型感光元件的感光效率高。但是，在這種構(gòu)造中，也沒有實現(xiàn)降低MSM接合中的接合面積、減小元件電容。另外，提出了一種pin型發(fā)光二極管(使用InGaAs的pin型發(fā)光二極管)，在基板背面設(shè)置微型透鏡，還設(shè)置將從背面入射的光在元件表面的反射光再反射的反射鏡(專利文獻8)。并且報告稱該發(fā)光二極管改善了與外部光的光結(jié)合校準的公差，能夠減小元件接合面積。但是，在這種構(gòu)造中，通過微型透鏡聚光的光點直徑為幾十微米級別，降低元件電容而實現(xiàn)高頻響應(yīng)是有限度的。非專利文獻1:S丄Koester,G.Dehlinger,J.D.Schaub,J.O.Chu:Q.C.Ouyang,andA.Grill,"Geraianium-on-InsulatorPhotodetectors",2ndInternationalConferenceonGroupIVPhotonics，F(xiàn)B12005,(第172頁、圖.3)專利文獻l:日本特開昭59-108376號公報(第4-16頁、圖1-3)專利文獻2:日本專利第2666888號公報(第3-4頁、圖2)專利文獻3:日本專利第2705757號公報(第6頁、圖l)專利文獻4:日本特表平10-509806號公報(第26-33頁、圖l)專利文獻5:日本特開2002-076410號公報(第6-9頁、圖l)專利文獻6:日本特開2000-171763號公報(第7-10頁、圖10、17)專利文獻7:日本特開2005-150291號公報(第5頁、圖l)專利文獻8:日本特開平6-077518號公報(第2頁、圖1、2)
發(fā)明內(nèi)容金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)發(fā)光二極管提供了平面性和硅LSI的可替換性。但是，使用Si(或SiGe)的光檢測器由于較長的載體作用期限(110ps)和較低的光吸收率(10100/cm)，一般顯示出較慢的響應(yīng)性。另外，在使用化合物類半導(dǎo)體時，肖特基勢壘型發(fā)光二極管顯示出快速響應(yīng)。但是，有效的感光面積因金屬電極而減小。因此，靈敏度下降。另外，提出了一種在pin型發(fā)光二極管中使耗盡層變薄的橫向電極構(gòu)造。但是，即使能夠減小電極間距離而實現(xiàn)快速性，也很難實現(xiàn)高靈敏度化。并且，為了使發(fā)光二極管的響應(yīng)快速化，需要使光吸收層變薄，縮短載流子行進時間，并且減小感光面積即接合電容，減小電路時間常數(shù)。但是，一般感光靈敏度和快速性具有抵換關(guān)系。因此，本發(fā)明要解決的課題在于提供一種實現(xiàn)發(fā)光二極管的感靈敏度和快速性的裝置構(gòu)造。尤其提供一種發(fā)光二極管，與以往相比，能夠?qū)崿F(xiàn)小兩個量級以上的體積的光吸收層，從而實現(xiàn)高度集成化和低功耗化。上述課題是通過如下的發(fā)光二極管解決，一種在半導(dǎo)體層的表面設(shè)置有導(dǎo)電層的肖特基勢壘型的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的肖特基接合部的周圍形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。另外，上述課題是通過如下的發(fā)光二極管解決，一種設(shè)置于半導(dǎo)體層的表面上的p-i-n型發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的p-i-n接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。另外，上述課題是通過如下的發(fā)光二極管解決，一種發(fā)光二極管，具有在半導(dǎo)體層的表面上隔開間隔而配置的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。另外，上述課題是通過如下的光通信裝置解決，其特征在于，所述發(fā)光二極管設(shè)置在光接收部上。另外，上述課題是通過如下的光互連模塊解決，其特征在于，具有形成有所述發(fā)光二極管的硅基板和在所述硅基板上形成有所述發(fā)光二極管和單片(MonolMiic)的LSI電子電路。，需要使電荷載流子吸收層變薄，縮短載流子行進時間，并且減小電荷載流子吸收層的面積，減小電路時間常數(shù)。但是，以往很難實現(xiàn)靈敏度和快速化。與此相對，根據(jù)本發(fā)明，使光能會聚在波長以下的區(qū)域，并有效地將其轉(zhuǎn)換為光載流子而獲得電信號。結(jié)果，實現(xiàn)靈敏度和快速化。并且，實現(xiàn)快速且高效的光電檢測器。圖1是第1實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖2是第2實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖3是第3實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖4是第4實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖5是發(fā)光二極管的俯視圖。圖6是發(fā)光二極管的俯視圖。圖7是發(fā)光二極管的俯視圖。圖8是發(fā)光二極管的俯視圖。圖9是發(fā)光二極管的俯視圖。圖IO是發(fā)光二極管的俯視圖。圖11是表示第1實施例的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。圖12是發(fā)光二極管的制造工序圖。圖13是表示第2實施例的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。圖14是表示第3實施例的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。圖15是第4實施例的發(fā)光二極管的俯視圖。圖16是表示第4實施例的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。圖17是第5實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖18是第6實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖19是第7實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖20是第8實施例的發(fā)光二極管的剖視圖。圖21是安裝了本發(fā)明的肖特基型發(fā)光二極管的傳輸用光接收模塊的概略圖。圖22是安裝了本發(fā)明的發(fā)光二極管的LSI芯片間光互連的概略圖。標號說明1半導(dǎo)體吸收層2導(dǎo)電膜3下部電極層4埋入氧化層5負荷電阻6偏置電源7氧化膜8支撐基板9周期性凹凸10肖特基接觸層11金屬膜12n+電極層13MSM電極14不產(chǎn)生等離子體共振的禁帶光柵15突起形狀16槽形狀17周期性狹縫陣列或微小開口陣列18肖特基接觸層19電極焊盤20光纖21信號光22本發(fā)明的發(fā)光二極管23模塊框體24電氣布線25前置放大器IC26芯片載體27VCSEL光源28光源和調(diào)制用電氣布線通孔29發(fā)光二極管用電氣布線通孔30LSI封裝體31光源調(diào)制用電氣布線層32發(fā)光二極管用電氣布線層33光信號輸出光纖34光信號輸入光纖35LSI安裝板36凹面鏡37發(fā)光二極管/光源安裝板。具體實施例方式本發(fā)明的第1發(fā)光二極管是在半導(dǎo)體層的表面設(shè)置有導(dǎo)電層的肖特基勢壘型的發(fā)光二極管。所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷洹Ｔ谒霭l(fā)光二極管的肖特基接合部的周圍形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。本發(fā)明的第2發(fā)光二極管是設(shè)置于半導(dǎo)體層的表面上的p-i-n型發(fā)光二極管。所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?。在所述發(fā)光二極管的p-i-n接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。本發(fā)明的第3發(fā)光二極管是具有在半導(dǎo)體層的表面上隔開間隔而配置的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合的發(fā)光二極管。所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?。在所述發(fā)光二極管的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。15本發(fā)明的第4發(fā)光二極管在上述第3發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。配置于半導(dǎo)體層的表面上的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合的間隔為X/n(其中，入從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓獾牟ㄩL，II:半導(dǎo)體層的光的折射率)以下。所述金屬的層是將與所述半導(dǎo)體形成肖特基接合的金屬的層和由能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性材料構(gòu)成的層層疊形成的層?；蛘?，所述金屬的層是能夠與所述半導(dǎo)體形成肖特基接合且能夠誘發(fā)表面等離子體的金屬的層。本發(fā)明的第5發(fā)光二極管在上述第3或第4發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。所述金屬-半導(dǎo)體-金屬接合是相對的至少一方的金屬-半導(dǎo)體接合為肖特基勢壘型的接合。本發(fā)明的第6發(fā)光二極管在上述第1第5的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造是在形成有凹凸的半導(dǎo)體層的表面上層疊有能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性層的構(gòu)造。本發(fā)明的第7發(fā)光二極管在上述第1第6的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造是在形成有凹凸的電介質(zhì)層的表面上層疊有能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性層的構(gòu)造。本發(fā)明的第8發(fā)光二極管在上述第1第7的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。在產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造的外側(cè)形成有不產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造。本發(fā)明的第9發(fā)光二極管在上述第1第8的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。在產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造的外側(cè)形成有用于使表面等離子體反射的階梯構(gòu)造。本發(fā)明的第10發(fā)光二極管在上述第9發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。階梯構(gòu)造形成為比X/Ild(其中，Ild為與導(dǎo)電膜相鄰的半導(dǎo)體層或電介質(zhì)層的光的折射率，^為光的波長)高的突起形狀。本發(fā)明的第11發(fā)光二極管在上述第9或第10發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。階梯構(gòu)造形成為比人/nd(其中，Ild為與導(dǎo)電膜相鄰的半導(dǎo)體層或電介質(zhì)層的光的折射率，入為光的波長)深的槽形狀。本發(fā)明的第12發(fā)光二極管在上述第9第11的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。階梯構(gòu)造形成為由設(shè)置于導(dǎo)電性材料上的直徑為入射光的波長以下的孔排列而成的形狀。本發(fā)明的第13發(fā)光二極管在上述第9第12的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。階梯構(gòu)造形成為由設(shè)置于導(dǎo)電性材料上的寬度為入射光的波長以下的狹縫排列而成的形狀。本發(fā)明的第14發(fā)光二極管在上述第9第13的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。導(dǎo)電性層由從Al、Ag、Au、Cu的組中選擇的至少一種金屬(或合金)構(gòu)成。本發(fā)明的第15發(fā)光二極管在上述第1第14的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的接合面積為lOO平方)im以下。本發(fā)明的第16發(fā)光二極管在上述第1第14的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的接合面積為10平方nm以下。本發(fā)明的第17發(fā)光二極管在上述第1第14的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的接合面積為l平方pm以下。本發(fā)明的第18發(fā)光二極管在上述第1第17的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層的厚度為l)am以下。本發(fā)明的第19發(fā)光二極管在上述第1第17的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層的厚度為200pm以下。本發(fā)明的第20發(fā)光二極管在上述第1第19的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層由從Si、SixGei.x(其中x為小于1的正數(shù))、Ge、GaN、GaAs、GalnAs、GalnP、InP的組中選擇的至少一種構(gòu)成。本發(fā)明的第21發(fā)光二極管在上述第1第20的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層由從Ge、SixGe^(其中x為小于1的正數(shù))的組中選擇的至少一種構(gòu)成。并且，在所述半導(dǎo)體吸收層和導(dǎo)電層之間設(shè)置有由Ni和Ge的合金構(gòu)成的層。本發(fā)明的第22發(fā)光二極管在上述第1第21的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管形成在由半導(dǎo)體構(gòu)成的光波導(dǎo)上。本發(fā)明的第23發(fā)光二極管在上述第1第21的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管能夠接收從形成于基板側(cè)的光波導(dǎo)通過反射鏡反射的光。本發(fā)明的第24發(fā)光二極管在上述第1第23的任一發(fā)光二極管中具有如下構(gòu)成。發(fā)光二極管的基板由對入射光透明的材料構(gòu)成。進一步詳細說明本發(fā)明的發(fā)光二極管。本發(fā)明的第1發(fā)光二極管是在半導(dǎo)體層表面設(shè)置導(dǎo)電膜的肖特基勢壘型發(fā)光二極管。并且構(gòu)成為光可以從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?。所述肖特基接合的周圍具有周期?gòu)造，以使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。由此，與從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓獾墓饨Y(jié)合效率增大d該構(gòu)造如圖1所示。即，如圖1所示，在半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)l的表面上設(shè)有導(dǎo)電膜2。由此，構(gòu)成肖特基接合。在該肖特基接合部的周圍形成有周期構(gòu)造、即周期性凹凸構(gòu)造9，以使從半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)1的背面?zhèn)?支撐基板8側(cè))入射的光產(chǎn)生表面等離子體共振。并且，從支撐基板8的背面入射的光通過產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9轉(zhuǎn)換為表面等離子體，并聚光于中心部的肖特基接合部。另外，把半導(dǎo)體吸收層1的周圍設(shè)為折射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層)。通過該折射率差異將光封閉。艮p，由于光的封閉效應(yīng)，使入射半導(dǎo)體吸收層1的光功率局限于微小的肖特基接合區(qū)域。結(jié)果，在體積非常小的半導(dǎo)體吸收層實現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換。圖2表示在半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)1的表面上設(shè)置肖特基接觸層(肖特基接合用的半導(dǎo)體層(或者實現(xiàn)足夠的肖特基勢壘能的金屬層))10、在該肖特基接觸層10上設(shè)置導(dǎo)電膜2的發(fā)光二極管的構(gòu)造。該發(fā)光二極管在肖特基接合部的周圍形成有周期性凹凸構(gòu)造(用于使從半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)1的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造)9。在此，在半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)1的材料使用Ge和InGaAs化合物半導(dǎo)體時，如果直接層疊Ag、Au作為導(dǎo)電膜，則不能形成肖特基接合。因此，漏電流增大。因此，在使用這些材料例如Ge半導(dǎo)體吸收層時，優(yōu)選在導(dǎo)電膜與半導(dǎo)體吸收層(例如Ge層)的界面插入能夠獲得肖特基勢壘能較高的接合的Ni等金屬層(或Si層)。在使用InGaAs作為半導(dǎo)體吸收層1的材料時，如果插入InAlAs半導(dǎo)體層，則可以形成漏電流較小的肖特基接合。本發(fā)明的第2發(fā)光二極管是在半導(dǎo)體層表面設(shè)有p-i-n型接合的發(fā)光二極管。并且構(gòu)成為光可以從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷洹Ｔ谒霭l(fā)光二極管的p-i-n接合部的周圍設(shè)有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，以使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。該周期構(gòu)造9例如是用于使從半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層:i層)l的背面?zhèn)?n+電極層12:支撐基板8側(cè))入射的光產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造。由此，與從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓獾墓饨Y(jié)合效率增大。該構(gòu)造如圖3所示。即，如圖3所示，在半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層:i層)1的表面上設(shè)有導(dǎo)電膜2。并且，從支撐基板8的背面?zhèn)热肷涞墓馔ㄟ^設(shè)于p-i-n接合部周圍的凹凸構(gòu)造9轉(zhuǎn)換為表面等離子體，并聚光于中心部的p-i-n接合部。另外，優(yōu)選把半導(dǎo)體吸收層1的周圍設(shè)為折射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層)。通過該折射率差異將光封閉。即，通過光的封閉效應(yīng)，可以使入射的光功率局限于中心部的p-i-n接合部。由此，在體積非常小的半導(dǎo)體吸收層1實現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換。另外，通過層疊p+電極層11和導(dǎo)電膜2，可以把導(dǎo)電膜2兼用作等離子體共振用的天線和電極。而且，通過使用具有比由半導(dǎo)體吸收層(i層)1接收的光能大的帶隙的半導(dǎo)體構(gòu)成p+電極層11(及/或n+電極層12)，可以降低電極層ll(12)中的光吸收損耗。結(jié)果，可以進一步改善光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的第3發(fā)光二極管是具有在半導(dǎo)體層表面上隔開間隔而配置的金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)接合的發(fā)光二極管。并且構(gòu)成為光可以從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?。在所述MSM接合部的周圍設(shè)有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，以使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。由此，與從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓獾墓饨Y(jié)合效率增大。該構(gòu)造如圖4所示。即，在半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)l的表面上設(shè)有MSM電極13。在該MSM電極13的周圍設(shè)有導(dǎo)電膜2。而且，在MSM電極13的周圍形成有周期性凹凸構(gòu)造(用于使從半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體吸收層)1的背面?zhèn)?支撐基板8側(cè))入射的光產(chǎn)生表面等離子體20共振的周期構(gòu)造)9。以往，形成于半導(dǎo)體表面上的金屬電極遮擋發(fā)光二極管的感光面，所以使感光靈敏度下降。即使在設(shè)置有產(chǎn)生表面等離子體共振的電極間隔的情況下，光電場強度較強的區(qū)域也位于半導(dǎo)體之外的區(qū)域。因此，不能生成有效的光載流子。與此相對，通過使光從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)热肷?，并且在MSM接合部(MSM電極13)的周圍具有周期性凹凸構(gòu)造9，光有效地聚光干徼小的MSM接合鄔。另々k把半異汰吸收層1的周鬧設(shè)為析射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層)。通過該折射率差異將光封閉。由此，可以實現(xiàn)非常有效的光電轉(zhuǎn)換。并且，當(dāng)在金屬和半導(dǎo)體之間形成肖特基接合時，在1X10151X10"cm's的摻雜濃度下，即使是零偏置，也會形成200nm以上的耗盡層區(qū)域。因此，通過減小電極間距離，即使在低偏置電壓時，發(fā)光二極管也能夠快速/高靈敏度地動作。此時，在把半導(dǎo)體吸收層的厚度設(shè)為200nm以下時，即使是光載流子的移動度為107cm/s的半導(dǎo)體材料(例如Si)，光載流子在電極間的漂移時間也是幾皮秒。并且，在把半導(dǎo)體吸收層的厚度設(shè)為lpm以下時，也能夠把漂移時間控制在20ps以下。并且，在把MSM電極間距離設(shè)為100nm左右時，在把MSM接合面積設(shè)為IO平方微米以下的情況下，接合電容在10fF以下。即使在把MSM接合面積設(shè)為IOO平方微米以下時，接合電容也在100fF以下。即，如果把負荷電阻假設(shè)為50Q，則電路時間常數(shù)在前者時為lps、在后者時為10ps。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)非?？焖俚捻憫?yīng)。圖5是表示在光從光吸收層的背面?zhèn)热肷鋾r，能夠?qū)⒐夥忾]為光波長以下的尺寸中的表面等離子體共振構(gòu)造的示例。即，在中心微小的肖特基接觸部18的周圍設(shè)置周期性凹凸構(gòu)造9。由此，能夠使入射光與在導(dǎo)電膜(金屬膜)2表面誘發(fā)的表面等離子體結(jié)合，而且作為表面等離子體使光能聚光于肖特基接觸部。另外，把配置于肖特基接觸部的半導(dǎo)體光吸收層1的周圍設(shè)為折射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層)。通過該折射率差異將光封閉。即，通過光的封閉效應(yīng)，使入射到半導(dǎo)體吸收層1的光功率局限于微小的肖特基接合區(qū)域。結(jié)果，在體積非常小的半導(dǎo)體吸收層實現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換。圖6表示在所述表面等離子體共振構(gòu)造(凹凸構(gòu)造9)的外側(cè)形成有不產(chǎn)生等離子體共振的禁帶光柵14的構(gòu)造示例。由于形成于導(dǎo)電膜2上的周期性凹凸構(gòu)造9，將從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)热肷涞墓廪D(zhuǎn)換為表面等離子體。但是，在轉(zhuǎn)換后的表面等離子體中包括聚光于中心部(肖特基接觸部18)的成分和傳播到光照射區(qū)域外側(cè)的成分。從提高感光靈敏度的方面講，該傳播到外側(cè)的成分成為損耗。因此，設(shè)計使周期性凹凸構(gòu)造9大于光照射區(qū)域且在周期性凹凸構(gòu)造9的外側(cè)不存在表面等離子體的傳播模式的構(gòu)造14。由此，可以布拉格反射傳播到光照射區(qū)域外側(cè)的表面等離子體。因此，可以提高表面等離子體的聚光效率。這種禁帶光柵14通過形成周期是根據(jù)表面等離子體的色散關(guān)系求出的光柵周期的1/2左右的光柵構(gòu)造來實現(xiàn)。圖7、8、9、10表示在使光從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)热肷洳a(chǎn)生等離子體共振時基于和配置上述的禁帶光柵14相同的目的而反射傳播到周期性凹凸的外側(cè)的表面等離子體的構(gòu)造示例(突起形狀15、槽形狀16、狹縫陣列17、貫穿孔17)。即，在產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸9的外側(cè)，配置比X/rid(其中，nd表示電介質(zhì)層的折射率，人表示光的波長)高的突起形狀15、比i/iid深的槽形狀16、或者貫通導(dǎo)電膜2的周期性狹縫17、或者波長以下的微小開口陣列17。由此，可以實現(xiàn)與禁帶光柵14相同的效果。另外，通過以等離子體共振周期的1/2左右的周期從中心部呈放射狀地形成波長以下的微小開口陣列17，可以有效地產(chǎn)生表面等離子體的反射。另外，與反射的表面等離子體的共振模式的相位關(guān)系比較重要。例如，通過使共振模式和反射相位一致，可以獲得最大的感光靈敏度。表面等離子體的色散關(guān)系由下式1表示。(式1)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>其中，Sm和Sd表示產(chǎn)生表面等離子體的金屬和與其接觸的電介質(zhì)的介電常數(shù)。另外，表面等離子體的傳播長度由下式2表示。其中，把金屬的復(fù)介電常數(shù)Sm表示為^'+km"。艮P，表面等離子體的光學(xué)損耗大大依賴于金屬膜的介電常數(shù)的虛數(shù)部分與實數(shù)部分的平方比。因此，優(yōu)選本發(fā)明的導(dǎo)電層由從Al、Ag、Au、Cu中選擇的至少一種金屬(或從中選擇的合金)構(gòu)成。另外，從降低表面等離子體的傳播損耗的方面講，減小金屬表面的隨機的凹凸非常重要。因此，優(yōu)選設(shè)置Ta、Cr、Ti、Zr等的基底層?；蛘?，添加微量的Nb等元素而合金化也比較有效。表面等離子體的近場光的強度分布受到下述因素的影響而變化周期性凹凸構(gòu)造、相鄰的電介質(zhì)層的折射率、MSM電極的配置、半導(dǎo)體吸收層的折射率和吸收系數(shù)。并且，通過采用使光能局限于半導(dǎo)體的非常小的區(qū)域中的本發(fā)明的構(gòu)造，可以生成電子-空穴對(光載流子)。因此，使通過肖特基接合而形成于半導(dǎo)體吸收層中的耗盡區(qū)域和基于近場的光載流子的生成區(qū)域一致，從而可實現(xiàn)有效的光載流子形成和局部的光載流子的行進。(式2)結(jié)果，可以獲得具有較高的量子效率和快速響應(yīng)特性的發(fā)光二極管。在利用p-i-n接合構(gòu)造時，通過由在接合周圍形成的周期性凹凸實現(xiàn)的表面等離子體的會聚、和利用了半導(dǎo)體吸收層與相鄰的電介質(zhì)層的折射率差異的光封閉效應(yīng)，在l(am的微小區(qū)域中也能夠生成有效的光載流子。此時，用于生成并掃描光載流子的肖特基接合或p-i-n接合區(qū)域是10平方微米以下的尺寸。結(jié)果，可以使接合電容非常小。因此，可以把使發(fā)光二極管進行高頻動作時的電路時間常數(shù)達到幾皮秒以下，并實現(xiàn)幾十GHz以上的高頻動作。為了將光封閉為波長以下(或10平方微米以下)的尺寸，可以利用把芯體與包層的折射率差異為5%以上的光波導(dǎo)。這種溝道型光波導(dǎo)具有由折射率小于芯體的介質(zhì)包圍芯體周圍的構(gòu)造。并且，根據(jù)芯體和包層之間的折射率差異，光在反復(fù)全反射的同時進行傳播。該情況時，如果芯體和包層的折射率差異比較大，則光高度封閉在芯體中。因此，即使光波導(dǎo)以較小的曲率急劇折彎，光也能沿著光波導(dǎo)傳播。并且，在折射率差異為5%以上時，可以實現(xiàn)尺寸為lOpm以下的光點直徑。另外，在把芯體和包層的折射率差異設(shè)為約1040%時，可以實現(xiàn)尺寸為波長以下的光點直徑。用Si(折射率約為3.4)制造剖面尺寸約為0.3nmX0.3nm的光波導(dǎo)芯體，由Si02(折射率約為1.5)覆蓋該光波導(dǎo)芯體的周圍，在這種構(gòu)造中，光的模尺寸可以減小到與波導(dǎo)芯體大致相同的尺寸。在所傳播的光的波長約為850nm時，在Si波導(dǎo)中產(chǎn)生由于光吸收造成的導(dǎo)波損耗。因此，在把顯示出在較寬波長范圍內(nèi)可以忽視損耗的光透射特性的SiON等用作波導(dǎo)芯體，并將其周圍用由Si02構(gòu)成的包層覆蓋時，折射率差異達到5%以上。該情況時，與使用半導(dǎo)體芯體(Si)時相比，光的封閉減弱，所以光點直徑約為14pm。24對于來自光封閉較強的光波導(dǎo)的光信號光，用45°反射鏡(或衍射光柵)使光路朝向垂直方向，并通過上述發(fā)光二極管構(gòu)造進行光結(jié)合時，能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的區(qū)域的光結(jié)合。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈敏度和快速化。'本發(fā)明有效的光的波長區(qū)域為包括可見光、近紅外光和紅外光在內(nèi)的較大的波長區(qū)域。通過調(diào)整誘發(fā)表面等離子體共振的金屬周期構(gòu)造、將光有效封閉并傳輸?shù)陌雽?dǎo)體吸收層的層疊構(gòu)造、與半導(dǎo)體吸收層相鄰的電介質(zhì)層的折射率，能夠在波長以下的區(qū)域有效地生成光載流子，實現(xiàn)獲得電信號的快速的光檢測器。以下，參照具體的實施例。(實施例1)圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的Si肖特基型發(fā)光二極管的剖視圖。本發(fā)明的肖特基型發(fā)光二極管在SOI(Silicon-on-Insulator，硅絕緣體)等表面被絕緣的半導(dǎo)體吸收層1的一部分上具有金屬-半導(dǎo)體肖特基接合。在該肖特基接合部的周圍層疊形成有用于產(chǎn)生表面等離子體的導(dǎo)電膜2。并且，在肖特基接合部的周圍且層疊形成的導(dǎo)電膜2的下表面?zhèn)刃纬捎兄芷谛园纪箻?gòu)造(用于使從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)?支撐基板8側(cè))入射的光產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造)9。另外，在圖1中，3表示半導(dǎo)體吸收層1的下部電極層，4表示設(shè)于支撐基板8上的埋入氧化層。5表示負荷電阻，6表示偏置電源。7表示設(shè)于埋入氧化層4上的氧化膜，在氧化膜7上設(shè)有導(dǎo)電膜2。為了誘發(fā)表面等離子體而設(shè)置的導(dǎo)電膜2由從Al、Ag、Au、Cu等金屬(或者把前述金屬的至少一種作為必須的構(gòu)成元素的合金)構(gòu)成。為了形成肖特基接合，也可以設(shè)置由Cr、Ta或Ni等金屬構(gòu)成的基底膜。關(guān)于下部電極層3，可以使用把P等的摻雜濃度設(shè)為lX102ecm'3以上的n+Si層作為基板。該情況時，需要使作為半導(dǎo)體吸收層(光吸收層)1的iTSi層外延生長在n+Si層23上。但是，如果生長溫度上升到80(TC以上，由于摻雜元素的熱擴散，導(dǎo)致光吸收層的摻雜濃度提高。并且，耗盡化電壓增大，形成肖特基接合時的耗盡層的厚度減小。艮口，很難在低電壓下進行快速驅(qū)動。因此，當(dāng)在n+Si層23上形成較薄的n'Si層(半導(dǎo)體吸收層(光吸收層))1時，需要60(TC以下的低溫下的外延生長技術(shù)。在本實施例中，為了從基板8背面進行光入射，通過CMP(化學(xué)機械研磨)等使Si半導(dǎo)體支撐基板8薄層化為約50100pm。另外，通過氟酸和硝酸的混合溶液溶解并去除發(fā)光二極管的背面部的支撐基板8，形成直徑約1050pm的光入射用窗口。從支撐基板8的背面?zhèn)热肷涞墓馔ㄟ^產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9被轉(zhuǎn)換為表面等離子體，并聚光于中心部的肖特基接合部。另外，半導(dǎo)體吸收層1的周圍由折射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層(氧化膜)7)構(gòu)成。因此，入射半導(dǎo)體吸收層1的光功率因由折射率差異引起的封閉效應(yīng)而被局限于微小的肖特基接合區(qū)域。因此，在體積非常小的半導(dǎo)體吸收層實現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換。圖11是表示在肖特基接合部的周圍照射光時的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。S卩，在將厚度120nm的Ag電極配置于直徑200nm的Si半導(dǎo)體表面上形成的發(fā)光二極管中，對于形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期構(gòu)造(例如通過有限差分時間區(qū)域法進行電磁場計算而求出的560nm周期、高度50nm的凹凸構(gòu)造)的情況和不具有所述周期性凹凸構(gòu)造的情況，對靈敏度特性進行了比較。在實驗中，從基板8的背面?zhèn)却怪比肷浼す?波長850nm，功率lmW)，并觀測了光電流。根據(jù)圖ll得知，在形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9的情況下，可以獲得大兩個量級以上的較大的光電流。另外，此時的量子效率約為50%。下面，說明Si半導(dǎo)體的情況下的制造方法。圖12是表示本實施例的發(fā)光二極管的制造方法的剖視圖。首先，如圖12(a)所示，使用n型摻雜的SOI基板。在其上外延生長厚度約200nm的半導(dǎo)體吸收層1。此時的半導(dǎo)體吸收層1的電阻率約為110Q'cm，摻雜濃度約為lX1015lX1016cm'3。然后，如圖12(b)所示，將n型半導(dǎo)體吸收層1圖案化，并規(guī)定接合尺寸。即，把氮化硅SiNx膜作為掩膜，通過反應(yīng)性蝕刻進行圖案化加工。反應(yīng)性氣體采用C4Fs氣體與SF6氣體的混合氣體。并且，在IOOO'C下進行約140分鐘的水蒸氣中熱處理。由此，形成了制作肖特基接合的基礎(chǔ)即臺面構(gòu)造。然后，如圖12(c)所示，在約130'C的熱磷酸中放置約1小時，去除SiNx膜。此時，通過優(yōu)化臺面形狀和熱氧化處理，可以獲得比較平坦的表面。另外，通過實施CMP處理，獲得幾納米左右的平坦表面。另外，在臺面形狀的表面上形成用于形成肖特基接合的金屬層(導(dǎo)電膜)。此時，如圖12(d)所示，通過反應(yīng)性蝕刻，在半導(dǎo)體臺面構(gòu)造周圍的Si氧化膜7表面形成周期性的槽圖案(凹凸圖案9)。并且，如圖12(e)所示，為了產(chǎn)生表面等離子體，而且發(fā)揮金屬電極的作用，堆積從Al、Ag、Au、Cu組中選擇的金屬(或者把所述金屬元素作為構(gòu)成元素的合金)，設(shè)置了導(dǎo)電膜2。(實施例2)圖2是表示本發(fā)明的第2實施方式的Ge肖特基型發(fā)光二極管的剖視圖。本發(fā)明的肖特基型發(fā)光二極管具有在SOI(Silicon-on-Insulator)等表面被絕緣的半導(dǎo)體吸收層1的一部分上形成的金屬-半導(dǎo)體肖特基接合。Ge層由于與Si層的晶格不匹配，因此通過氣體源MBE法在厚度100nm以下的SOI層上形成約10nm的Sio.sGeo.s等適當(dāng)?shù)木彌_層。在緩沖層上生長n'Ge層，形成了穿透過度密度較低的高質(zhì)量的Ge半導(dǎo)體吸收層1。另外，為了形成肖特基接合，通過蒸鍍法等層疊了Ni基底層。在圖2中，2表示導(dǎo)電膜，3表示半導(dǎo)體吸收層1的下部電極層。5表示負荷電阻，6表示偏置電源。7表示設(shè)于支撐基板8上的氧化膜，在氧化膜7上設(shè)有導(dǎo)電膜2。在肖特基接合部的周圍層疊形成有用于產(chǎn)生表面等離子體的導(dǎo)電膜2。而且，形成有用于使從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)?支撐基板8頂ij)入射的光產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9。為了誘發(fā)表面等離子體而設(shè)置的導(dǎo)電膜2由從Al、Ag、Au、Cu等金屬(或者把前述金屬的至少一種作為必須的構(gòu)成元素的合金)構(gòu)成。另外，為了形成肖特基接合而設(shè)置的基底膜也可以由Cr、Ta構(gòu)成。下部電極層3通過預(yù)先在作為Ge生長層的基板的SOI層上進行P(磷)摻雜而構(gòu)成，具有足夠的導(dǎo)電率。在本實施例中，為了從支撐基板8的背面進行光入射，在進行受到Si的光吸收的影響的lpm以下波長的光入射時，與實施例1同樣，Si半導(dǎo)體支撐基板8通過CMP等被薄層化為約50100nm。另外，通過氟酸和硝酸的混合溶液溶解并去除發(fā)光二極管的背面部的支撐基板8，形成直徑約1050)am的光入射用窗口。從基板8的背面?zhèn)热肷涞墓馔ㄟ^產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9被轉(zhuǎn)換為表面等離子體，并會聚光于中心部的肖特基接合部。另外，半導(dǎo)體吸收層1的周圍由折射率低于半導(dǎo)體吸收層1的半導(dǎo)體層(或電介質(zhì)層(氧化膜)7)構(gòu)成。因此，入射到半導(dǎo)體吸收層1的光功率因由折射率差異引起的封閉效應(yīng)而被局限于微小的肖特基接合區(qū)域。因此，在體積非常小的半導(dǎo)體吸收層實現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換。圖13是表示在肖特基接合部的周圍照射光時的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。§卩，在將厚度120nm的Ag電極配置于直徑200nm的Ge半導(dǎo)體表面上形成的發(fā)光二極管中，對于形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期構(gòu)造(例如通過有限差分時間區(qū)域法進行電磁場計算而求出的560nm周期、高度50nm的凹凸構(gòu)造)的情況和不具有所述周期性凹凸構(gòu)造的情況，對靈敏度特性進行了比較。在實驗中，從基板8的背面?zhèn)却怪比肷浼す?波長850nm,功率lmW)，并觀測了光電流。根據(jù)圖13得知，在形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9的情況下，可以獲得大兩個量級以上的較大的光電流。另外，此時的量子效率約為80%。在波長L31.6^im的光通信波長頻帶中，Si支撐基板8可以被處理成為透明基板。因此，即使不進行支撐基板去除等加工工藝，只需把基板背面作成鏡面，量子效率即可達到約60%，并獲得充足的感光靈敏度。(實施例3)圖3是表示本發(fā)明的第3實施方式的p-i-n型發(fā)光二極管的剖視圖。本發(fā)明的p-i-n型發(fā)光二極管，具有在SOI(Silicon-on-Insulator)等表面被絕緣的半導(dǎo)體吸收層1的一部分上通過CVD(ChemicalVaporDeposition)等層疊形成的構(gòu)造。在p-i-n接合部的周圍層疊形成有用于29產(chǎn)生表面等離子體的導(dǎo)電膜2。而且，形成有周期性凹凸構(gòu)造(用于使從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)?支撐基板8側(cè))入射的光產(chǎn)生表面等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造)9。另外，在圖3中，4表示設(shè)于支撐基板8上的埋入氧化層，5表示負荷電阻，6表示偏置電源。7表示設(shè)于埋入氧化層4上的氧化膜，在氧化膜7上設(shè)有導(dǎo)電膜2。用于產(chǎn)生表面等離子體的導(dǎo)電膜2層疊形成于半導(dǎo)體吸收層1上的p+電極層ll上。因此，導(dǎo)電膜2與p+電極層11電連接。并且，為了誘發(fā)表面等離子體而設(shè)置的導(dǎo)電膜2由通過從A1、Ag、Au、Cu等金屬(或者把前述金屬的至少一種作為必須的構(gòu)成元素的合金)構(gòu)成。圖14是表示在pin接合部的周圍照射光時的發(fā)光二極管的特性的坐標圖。S卩，在將厚度120nm的Ag電極配置于直徑200nm的Si半導(dǎo)體表面上形成的發(fā)光二極管中，對于形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期構(gòu)造(例如通過有限差分時間區(qū)域法進行電磁場計算而求出的560nm周期、高度50nm的凹凸構(gòu)造)的情況和不具有所述周期性凹凸構(gòu)造的情況，對靈敏度特性進行了比較。在實驗中，從基板8的背面?zhèn)却怪比肷浼す?波長850nm，功率lmW)，并觀測了光電流。根據(jù)圖14得知，在形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9的情況下，可以獲得大兩個量級以上的較大的光電流。另外，此時的量子效率約為40%。(實施例4)圖4和圖15是表示本發(fā)明的第4實施方式的MSM型發(fā)光二極管的剖視圖及俯視圖。MSM型發(fā)光二極管在SOI(Silicon-on-Insulator)等表面被絕緣的半導(dǎo)體吸收層1的一部分上具有金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)接合的構(gòu)造。并且，把金屬電極間的間隔設(shè)為小于X/n(X:入射光的波長，n:半導(dǎo)體層的光折射率)的距離。由此，形成從半導(dǎo)體吸收層1的背面?zhèn)热肷涞墓獗环忾]在半導(dǎo)體吸收層1中的構(gòu)造。另外，在圖4、15中，4表示設(shè)于支撐基板8上的埋入氧化層，5表示負荷電阻，6表示偏置電源。7表示設(shè)于埋入氧化層4上的氧化膜，在氧化膜7上設(shè)有導(dǎo)電膜2。14表示不產(chǎn)生等離子體共振的禁帶光柵(Forbiddenbandgrating)。禁帶光柵14設(shè)置在周期性凹凸構(gòu)造9的外側(cè)。21表示電極焊盤。MSM電極13由從A1、Ag、Au、Cu等金屬(或者把前述金屬的至少一種作為必須的構(gòu)成元素的合金)構(gòu)成，以誘發(fā)表面等離子體。另外，為了形成肖特基接合，也可以設(shè)置由Cr、Ta或Ni等金屬構(gòu)成的基底膜。另外，關(guān)于相對的電極膜，通過把Ti等用作基底膜，也能夠形成歐姆接合。在MSM接合的周圍相鄰設(shè)置可以產(chǎn)生表面等離子體的導(dǎo)電膜2。并且，為了產(chǎn)生表面等離子體共振，形成有周期性凹凸構(gòu)造9。圖16是表示在MSM型發(fā)光二極管的特性的坐標圖。S卩，在將厚度120nm的Ag電極配置于直徑200nm的Si半導(dǎo)體表面上形成的發(fā)光二極管中，對于形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期構(gòu)造(例如通過有限差分時間區(qū)域法進行電磁場計算而求出的560nm周期、高度50nm的凹凸構(gòu)造)的情況和不具有所述周期性凹凸構(gòu)造的情況，對靈敏度特性進行了比較。在實驗中，從基板8的背面?zhèn)却怪比肷浼す?波長850nm，功率lmW)，并觀測了光電流。根據(jù)圖16得知，在形成有產(chǎn)生等離子體共振的周期性凹凸構(gòu)造9的情況下，可以獲得大兩個量級以上的較大的光電流。另外，此時的量子效率約為50%。(實施例5實施例8)圖17、圖18、圖19和圖20是表示在上述實施例1(圖1)、實施例2(圖2)、實施例3(圖3)和實施例4(圖4)中產(chǎn)生表面等離子體的周期性凹凸構(gòu)造9的外側(cè)形成了具有表面等離子體的反射功能的禁帶光柵14、突起形狀15、槽形狀16、周期性狹縫陣列(Slitarray)或微小開口陣列17的肖特基接合型發(fā)光二極管的剖視圖。該情況時的量子效率如表-1所示。表-1<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>與僅有周期性凹凸構(gòu)造9時相比，無論哪種構(gòu)造都能獲得23倍左右的量子效率。并且，判明通過有效進行表面等離子體的反射，可以實現(xiàn)在肖特基接合部的聚光以及光能局限在半導(dǎo)體吸收層。(實施例9)圖21是表示安裝了本發(fā)明的肖特基型發(fā)光二極管22的40Gbps(千兆比特每秒)傳輸用光接收模塊的概略圖。在本實施例中，發(fā)光二極管是肖特基型發(fā)光二極管，采用在SOI基板上外延生長有Ge膜的基板，并在其上設(shè)有Ni/Au電極。在該發(fā)光二極管的周圍設(shè)置導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜具有凹凸構(gòu)造(由通過表面等離子體共振能夠?qū)崿F(xiàn)光結(jié)合及聚光的Ag(或Au)構(gòu)成的凹凸構(gòu)造)。并且，在用于波長1.55nm的近紅外光的傳輸時，導(dǎo)電膜(金屬膜)的凹凸構(gòu)造的凹凸周期約為1.2|am，在使用8周期的同心圓上凹凸時，其外圓周的直徑約為20pm。此時的凹凸深度約為0.10.化m。肖特基接合部的直徑約為0.30.7pm。發(fā)光二極管被安裝在芯片載體26上。并且，通過光纖20和透鏡，光結(jié)合與后面的前置放大器IC25進行電連接。通常，在40Gbps的光接收模塊中，所安裝的發(fā)光二極管多采用側(cè)面入射波導(dǎo)型發(fā)光二極管。這是因為在向半導(dǎo)體面入射光的面入射型發(fā)光二極管中，如果為了縮短電荷載流子行進時間而使吸收層變薄，將不能獲得較高的量子效率。另一方面，波導(dǎo)型發(fā)光二極管通過在吸收層的面內(nèi)方向吸收光，可以在電荷載流子行進時間較短的情況下獲得較高的量子效率。但是，在40Gbps用波導(dǎo)型元件中，半導(dǎo)體吸收層厚度通常為lpm以下。與這種情況的光纖的位置相關(guān)的結(jié)合公差需要在士lpm左右，所以在安裝設(shè)計和制造成本兩方面成為大問題。與此相對，在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，具有實際有效直徑20)im。因此，結(jié)合公差可以設(shè)為土2pm以上。結(jié)果，僅通過簡單的透鏡結(jié)合即可進行光結(jié)合。由此，可以實現(xiàn)光傳輸用接收模塊的低成本。另外，在圖21所示的本發(fā)明的40Gbps光接收模塊中，在波長1.55pm的傳輸中能夠獲得最小接收靈敏度-12dBm。由此，確認了特性不遜色于安裝有普通波導(dǎo)型發(fā)光二極管的40Gbps接收模塊。(實施例10)圖22表示安裝了本發(fā)明的發(fā)光二極管的LSI芯片間光互連結(jié)構(gòu)。在圖22中，來自光信號輸入光纖33的光信號通過凹面鏡36照射本發(fā)明的發(fā)光二極管22。在使用波長為850nm的光時，發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料是Si，此時的金屬周期構(gòu)造的凹凸周期為600700nm。Si制的發(fā)光二極管使由金屬周期構(gòu)造體形成的鄰近場光進一步與半導(dǎo)體吸收層光結(jié)合，從而產(chǎn)生光電流。由此，通過發(fā)光二極管布線層29向LSI流過與光信號對應(yīng)的電流。并且，通過設(shè)置誘發(fā)表面等離子體共振的金屬周期構(gòu)造，可以把與凹面鏡和發(fā)光二極管的位置相關(guān)的結(jié)合公差設(shè)為士lpm以上。33發(fā)光二極管布線層32與LSI的發(fā)光二極管布線用通孔29電連接。在此，光信號的輸入可以采用平面光波導(dǎo)等公知的其他方法來取代光纖。并且，也可以使用凸透鏡等聚光機構(gòu)來取代凹面鏡。并且，也可以在發(fā)光二極管后面的發(fā)光二極管布線層的中途配置用于放大電信號的前置放大器。來自LSI的電信號從光源和調(diào)制用電信號通孔28通過光源和調(diào)制用電布線層31，經(jīng)由具有電調(diào)制機構(gòu)的VCSEL(面發(fā)光激光器)光源27被轉(zhuǎn)換為光信號。光信號在凹面鏡36反射后發(fā)送給光信號輸出光纖33。具有電調(diào)制機構(gòu)的VCSEL光源27也可以替換為通過電來調(diào)制光的其他公知的機構(gòu)，例如通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)來調(diào)制來自外部光源的光的馬赫-曾德爾型調(diào)制器(Mach-Zehndermodulator)。在此，在普通的LSI芯片間互連中，在把20GHz以上的快速動作作為目的時，所安裝的發(fā)光二極管可以采用在InP基板上生長的InGaAs等的化合物半導(dǎo)體材料等，以實現(xiàn)響應(yīng)快速化。但是，化合物半導(dǎo)體與Si半導(dǎo)體元件的制造工藝的匹配性較差，成本增加。與此相對，本發(fā)明的發(fā)光二極管可以使用Si，所以能夠降低制造成本。并且，在圖22所示的本發(fā)明的光互連中，確認到約40GHz的快速光電轉(zhuǎn)換動作。本發(fā)明要求在2006年12月20日申請的日本申請?zhí)卦?006-342336號的優(yōu)先權(quán)，并將其公開內(nèi)容全部引用于此。權(quán)利要求1.一種在半導(dǎo)體層的表面設(shè)置有導(dǎo)電層的肖特基勢壘型的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的肖特基接合部的周圍形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。2.—種設(shè)置于半導(dǎo)體層的表面上的p-i-n型的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷洌谒霭l(fā)光二極管的p-i-n接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。3.—種發(fā)光二極管，具有在半導(dǎo)體層的表面上隔開間隔而配置的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合，其特征在于，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合部的周圍設(shè)置有導(dǎo)電層，并形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，配置于半導(dǎo)體層的表面上的金屬-半導(dǎo)體-金屬接合的間隔為入/n(其中，^從半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓獾牟ㄩL，n:半導(dǎo)體層的光的折射率)以下，所述金屬的層是將與所述半導(dǎo)體形成肖特基接合的金屬的層和由能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性材料構(gòu)成的層層疊形成的層，或者由能夠與所述半導(dǎo)體形成肖特基接合且能夠誘發(fā)表面等離子體的金屬的層構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，金屬-半導(dǎo)體-金屬接合是相對的至少一方的金屬-半導(dǎo)體接合為肖特基勢壘型的接合。6.根據(jù)權(quán)利要求15中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造是在形成有凹凸的半導(dǎo)體層的表面上層疊有能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性層的構(gòu)造。7.根據(jù)權(quán)利要求16中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造是在形成有凹凸的電介質(zhì)層的表面上層疊有能夠誘發(fā)表面等離子體的導(dǎo)電性層的構(gòu)造。8.根據(jù)權(quán)利要求17中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，在產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造的外側(cè)形成有不產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造。9.根據(jù)權(quán)利要求18中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，在產(chǎn)生表面等離子體共振的周期構(gòu)造的外側(cè)形成有用于使表面等離子體反射的階梯構(gòu)造。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，階梯構(gòu)造形成為比人/nd(其中，nd為與導(dǎo)電膜相鄰的半導(dǎo)體層或電介質(zhì)層的光的折射率，X為光的波長)高的突起形狀。11.根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的發(fā)光二極管，其特征在于，階梯構(gòu)造形成為比入/na(其中，nd為與導(dǎo)電膜相鄰的半導(dǎo)體層或電介質(zhì)層的光的折射率，入為光的波長)深的槽形狀。12.根據(jù)權(quán)利要求911中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，階梯構(gòu)造形成為由設(shè)置于導(dǎo)電性材料上的直徑為入射光的波長以下的孔排列而成的形狀。13.根據(jù)權(quán)利要求912中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，階梯構(gòu)造形成為由設(shè)置于導(dǎo)電性材料上的寬度為入射光的波長以下的狹縫排列而成的形狀。14.根據(jù)權(quán)利要求913中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，導(dǎo)電性層由從A1、Ag、Au、Cu的組中選擇的至少一種金屬或合金構(gòu)成。15.根據(jù)權(quán)利要求114中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的接合面積為100平方pm以下。16.根據(jù)權(quán)利要求114中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的接合面積為10平方nm以下。17.根據(jù)權(quán)利要求114中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的接合面積為1平方以下。18.根據(jù)權(quán)利要求117中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層的厚度為lpm以下。19.根據(jù)權(quán)利要求117中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層的厚度為200nm以下。20.根據(jù)權(quán)利要求119中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層由從Si、SixGei.x(其中x為小于1的正數(shù))、Ge、GaN、GaAs、GalnAs、GalnP、InP的組中選擇的至少一種構(gòu)成。21.根據(jù)權(quán)利要求120中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體吸收層由從Ge、SixGei_x(其中x為小于1的正數(shù))的組中選擇的至少一種構(gòu)成，在所述半導(dǎo)體吸收層和導(dǎo)電層之間設(shè)置有由Ni和Ge的合金構(gòu)成的層。22.根據(jù)權(quán)利要求121中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管形成在由半導(dǎo)體構(gòu)成的光波導(dǎo)上。23.根據(jù)權(quán)利要求121中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管構(gòu)成為能夠接收從形成于基板側(cè)的光波導(dǎo)通過反射鏡反射的光。24.根據(jù)權(quán)利要求123中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，發(fā)光二極管的基板由對入射光透明的材料構(gòu)成。25.—種光通信裝置，其特征在于，權(quán)利要求124中任一項所述的發(fā)光二極管設(shè)置在光接收部上。26.—種光互連模塊，其特征在于，具有形成有權(quán)利要求124中任一項所述的發(fā)光二極管的Si基板；和在所述Si基板上與所述發(fā)光二極管形成為單片的LSI電路。全文摘要提供一種實現(xiàn)發(fā)光二極管的感光靈敏度和快速性的裝置構(gòu)造。一種在半導(dǎo)體層的表面設(shè)置有導(dǎo)電層的肖特基勢壘型的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管構(gòu)成為光能夠從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷?，在所述發(fā)光二極管的肖特基接合部的周圍形成有周期構(gòu)造，該周期構(gòu)造使從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)热肷涞墓猱a(chǎn)生表面等離子體共振。文檔編號H01L31/105GK101563790SQ20078004711公開日2009年10月21日申請日期2007年11月28日優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日發(fā)明者岡本大典,大橋啟之,牧田紀久夫,藤方潤一,西研一申請人:日本電氣株式會社