JP2001177142A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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Abstract
みが抑制された短波長側の受光感度が高い化合物半導体
のヘテロ接合を用いた受光素子を提供する。 【解決手段】 化合物半導体を積層して形成される受光
素子であって、入射光を吸収して電気信号に変換する光
吸収層3と、光吸収層3の入射光の入射側に成長された
キャップ層4と、キャップ層4の入射光の受光面の周辺
に形成され、光吸収層3と同じ材料からなるキャップ層
4よりも厚いコンタクト層5とを備え、光吸収層3のキ
ャップ層4との界面近傍と、キャップ層3およびコンタ
クト層5に不純物が高濃度にドープされることにより高
濃度不純物領域7が形成されていることを特徴とする。
これにより、構成する材料の熱膨張係数の差によるキャ
ップ層4と光吸収層3およびコンタクト層5とのヘテロ
接合界面における熱膨張係数の差による歪みを抑制する
ことができる。
Description
テロ接合を用いた受光素子に係り、特に詳細には、入射
光の受光面に薄いキャップ層を設けた受光素子に関す
る。
素子としてPINフォトダイオード(以下、PD)が知
られており、その断面構造を図4、図5および図6に示
す。図4および図5に示すPDは、特許第284409
7号公報に開示されており、n -型InGaAsからな
る光吸収層3の入射光が入射する側に、n型InPから
なるキャップ層4をエピタキシャル成長させ、入射光の
受光領域において、エッチングによりキャップ層4の厚
さを0.1μm以下に薄くすることにより、短波長側の
光に対して高い感度を有するようにしている。また、図
6に示すPDは、特公平2−231775号公報に開示
されており、特許第2844097号公報に開示されて
いるPDと同様に、光吸収層3の入射光が入射する側
に、厚さ0.1μm以下のキャップ層4をエピタキシャ
ル成長させることにより、短波長側の光に対して高い感
度を有するようにしている。
Dの場合、キャップ層4が非常に薄いため、キャップ層
4と光吸収層3の熱膨張係数の差による歪みの応力にキ
ャップ層4が耐え得なくなるといった問題があった。ま
た、図4および図5に示すPDの場合、入射光の受光領
域においてキャップ層4をエッチングし、段差構造とし
た部分に熱膨張係数の差による歪みが集中してしまい、
更に、図5に示すPDの場合、キャップ層4とInGa
Asからなるコンタクト層10の界面にも熱膨張係数の
差による歪みが生じてしまうといった問題があった。
合を用いたヘテロ接合界面の歪みを抑制することがで
き、これにより短波長側の光に対する受光感度を高くす
ることが可能な受光素子を提供することを目的とする。
に、本発明の受光素子は、化合物半導体を積層して形成
される受光素子であって、入射光を吸収して電気信号に
変換する光吸収層と、光吸収層の入射光の入射側に成長
され、光吸収層よりエネルギーバンドギャップの大きい
キャップ層と、キャップ層の入射光の受光面の周辺に形
成され、光吸収層と同じ材料からなるキャップ層よりも
厚いコンタクト層とを備え、光吸収層のキャップ層との
界面近傍と、キャップ層およびコンタクト層に不純物が
高濃度にドープされることにより高濃度不純物領域が形
成されていることを特徴とする。
光吸収層とコンタクト層が同一材料で形成され、それぞ
れの膜厚はキャップ層よりも厚く、その構造がキャップ
層を挟み込んだサンドイッチ構造となっているため、熱
膨張係数の差によるキャップ層への歪みの影響を抑制で
きる。また、キャップ層の膜厚の制御は、例えばエピタ
キシャル成長時に行なうことができるため、膜厚の制御
性がよく、均一な膜厚のキャップ層が得られる。更に、
コンタクト層が厚く成長されているため、受光素子の受
光領域に対して横方向からの入射光がコンタクト層で吸
収されることにより、横方向からの漏れ電流を抑制する
ことができる。
上に成長されたキャップ層と同じ材料からなる保護層を
更に備え、高濃度不純物領域がコンタクト層から保護層
に連続するように形成されていることを特徴としてもよ
い。コンタクト層と反射防止膜との間にコンタクト層よ
りもエネルギーギャップの大きい保護層が挿入されてい
るため、表面再結合電流を抑制でき、暗電流を小さくす
ることができるまた、本発明の受光素子は、キャップ層
の厚さが0.1μm以下であることを特徴としてもよ
い。キャップ層の厚さが0.1μm以下であることによ
り、短波長側の受光感度をより高くすることができる。
の厚さがキャップ層の5倍以上であることを特徴として
もよい。コンタクト層の厚さがキャップ層の5倍以上で
あることにより、キャップ層への歪みの影響をより抑制
できる。
層の厚さがキャップ層の15倍以下であることを特徴と
してもよい。コンタクト層の厚さがキャップ層の15倍
以下であることにより、受光素子の特性を劣化させるこ
となく、キャップ層への歪みの影響をより抑制できる。
に係る実施形態について説明する。ただし、同一要素に
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
面図を示す。第1実施形態に係る受光素子は、n+型I
nPからなる基板1と、基板1表面に成長された膜厚が
0.5〜2μmのn-型またはn型InPからなるバッ
ファ層2と、バッファ層2上に成長された膜厚が1.5
〜4μmのn-型InGaAsからなる光吸収層3と、
光吸収層3上に成長された膜厚が0.1μm以下の光吸
収層3よりもバンドギャップの大きいn-型InPから
なるキャップ層4と、キャップ層4上の例えばφ1mm
程度の大きさの受光領域周辺に形成された膜厚が0.4
〜0.6μm(ただし、キャップ層4の5倍から15
倍、最適は10倍)のn-型InGaAsからなるコン
タクト層5とを備えている。ここで、n-型InxGa
1-xAsからなる光吸収層3およびコンタクト層5の組
成比xは、GaAsに格子整合するx=0.53を含む
x=0.5〜0.6の範囲である。
ャップ層4上およびコンタクト層5の露出表面に形成さ
れたSiNからなる反射防止膜6と、光吸収層3のキャ
ップ層4との界面近傍と、キャップ層4およびコンタク
ト層5とにZnが高濃度にドープされることにより形成
されたp+型の高濃度不純物領域7と、コンタクト層5
上に形成されたp型オーミック電極である電極8と、基
板1裏面に形成されたn型オーミック電極である電極9
とを備えている。ここで、電極8の材料は、例えばCr
/AuまたはAuZn/Auであり、電極9の材料は、
例えばAuGe/Ni/Auである。
子の構造によれば、光吸収層3とコンタクト層5が同一
材料で形成され、コンタクト層5はキャップ層4の膜厚
よりも5〜15倍の厚さである。また、キャップ層4
は、光吸収層4とコンタクト層5によってサンドイッチ
構造とされており、更に、受光領域がφ1mm程度の大
きさであるため、熱膨張係数の差によるInPからなる
キャップ層4とInGaAsからなる光吸収層3および
コンタクト層5とのヘテロ界面での歪みが抑制される。
成長時に行うことができるため、膜厚の制御性がよく、
厚さ0.1μm以下の均一なキャップ層4が得られる。
そのため、受光素子作製の歩留まりもよい。また、電極
8が膜厚の厚いコンタクト層5上に形成されるため、ス
パイクによる特性劣化の心配がない。また、InPより
も導電性がよいInGaAsからなるコンタクト層5上
に電極8が形成されているため、応答特性にも優れてい
る。
るため、受光素子の受光領域に対して横方向からの入射
光がコンタクト層5で吸収されることにより、横方向か
らの漏れ電流を抑制することができる。また、キャップ
層4への直接のZnのドーピングは制御が難しいが、コ
ンタクト層5を介してのZnのドーピングは比較的制御
が容易であり、薄いキャップ層4へのZnのドーピング
を制御よく行うことができる。
係る受光素子の作製方法について説明する。まず、基板
1表面に、バッファ層2、光吸収層3、キャップ層4、
コンタクト層5を順次エピタキシャル成長させる。次
に、拡散保護層であるSiNなどをプラズマCVDなど
によってコンタクト層5上に形成し、高濃度不純物領域
7を形成するためのZnドーピングの窓となる領域のS
iNを除去する。そして、その領域にZnをドーピング
することによって、高濃度不純物領域7を形成する。次
に、拡散防止膜であるSiNを除去し、受光領域を形成
したい領域以外にフォトレジストなどのマスクを形成す
る。そして、選択性エッチャント(例えば、H2SO4:
H2O2:H2O=3:1:1)によるエッチングを行う
ことにより受光領域に対応する領域のコンタクト層5を
除去し、受光領域のキャップ層4を露出させる。次に、
プラズマCVDなどによって、キャップ層4およびコン
タクト層5の露出表面に反射防止膜6を形成する。そし
て、コンタクト層5の表面に形成された反射防止膜6
に、電極形成用の穴部を形成し、穴部に電極8を形成す
る。次に、基板1裏面に電極9を形成する。これより、
第1実施形態に係る受光素子が作製される。
ではない。第1実施形態にかかる受光素子の作製方法に
おいて、コンタクト層5をキャップ層4上に結晶成長
し、受光領域に対応する領域のコンタクト層5を選択エ
ッチングによって除去することにより、受光領域に対応
する領域のキャップ層4を露出させたが、キャップ層4
上の受光領域以外の領域にコンタクト層5を選択成長す
ることにより、受光領域に対応する領域のキャップ層4
を露出させてもよい。
子の断面図を示す。図2に示すように、第2実施形態に
係る受光素子の第1実施形態に係る受光素子との構造の
違いは、コンタクト層5上に膜厚が0.1μm以下のn
-型InPからなる保護層10が形成されている点のみ
である。
構造によれば、コンタクト層5と反射防止膜6との間に
コンタクト5層よりもエネルギーギャップの大きい保護
層10が挿入されているため、表面再結合電流を抑制で
き、暗電流を小さくすることができる。
受光素子の構造によれば、光吸収層3とコンタクト層5
が同一材料で形成され、コンタクト層5はキャップ層4
の膜厚よりも5〜15倍の厚さである。また、キャップ
層4は、光吸収層4とコンタクト層5によってサンドイ
ッチ構造とされており、更に、受光領域がφ1mm程度
の大きさであるため、熱膨張係数の差によるInPから
なるキャップ層4とInGaAsからなる光吸収層3お
よびコンタクト層5とのヘテロ界面での歪みが抑制され
る。
ル成長しているため、受光素子の受光領域に対して横方
向からの入射光がコンタクト層5で吸収されることによ
り、横方向からの漏れ電流を抑制することができる。
は、第1実施形態の受光素子の作製方法に、コンタクト
層5上に保護層10を成長する工程と、高濃度不純物領
域7形成後に入射光の受光領域に対応する保護層10の
領域を除去する工程とが加えられる。なお、第1実施形
態の受光素子作製方法においては、受光領域を形成する
ための選択エッチャントによるコンタクト層5の除去す
るプロセスで、受光領域以外に形成されているフォトレ
ジスト等のマスクがエッチャントに溶解し、受光領域が
大きくなってしまう可能性がある。しかし、第2実施形
態の受光素子の構造において、コンタクト層5上に保護
層10が設けられているため、選択エッチャントに溶解
しないInPからなる保護層10をマスクとして選択エ
ッチングを行うことにより、受光領域の拡大を防ぐこと
ができ、受光領域の面積が正確に制御された受光素子を
得ることができる。
ではない。第2実施形態にかかる受光素子の作製方法に
おいて、コンタクト層5および保護層10をキャップ層
4上に結晶成長し、受光領域に対応した領域を除去した
保護層10をマスクとし、受光領域に対応する領域のコ
ンタクト層5を選択エッチングによって除去することに
より、受光領域に対応する領域のキャップ層4を露出さ
せたが、キャップ層4上の受光領域以外の領域にコンタ
クト層5および保護層10を選択成長することにより、
受光領域に対応する領域のキャップ層4を露出させても
よい。
面図を示す。第3実施形態に係る受光素子は、n+型G
aSbからなる基板11と、基板11表面に成長された
膜厚が1μm以上のGaSbからなるバッファ層12
と、バッファ層12上に成長された膜厚が2μm以上の
n-型InAsSbからなる光吸収層13と、光吸収層
13上に成長された膜厚が0.1μm以下の光吸収層1
3よりもバンドギャップの大きいn-型GaSbからな
るキャップ層14と、キャップ層14上の例えばφ1m
m程度の大きさの受光領域周辺に形成された膜厚が1μ
m以下(ただし、キャップ層14の5倍から15倍、最
適は10倍)のn-型InAsSbからなるコンタクト
層15とを備えている。ここで、n-型InAs1-xSb
xからなる光吸収層13およびコンタクト層15の組成
比xは、GaSbに格子整合するx=0.089を含む
x=0〜0.192の範囲である。
キャップ層14上およびコンタクト層15上に形成され
たSiNからなる反射防止膜16と、光吸収層13のキ
ャップ層14との界面近傍と、キャップ層14およびコ
ンタクト層15にZnが高濃度にドープされることによ
り形成されたp+型の高濃度不純物領域17と、コンタ
クト層15上に形成されたp型オーミック電極である電
極18と、基板11裏面に形成されたn型オーミック電
極である電極19とを備えている。ここで、電極18の
材料は、例えばTi/PtまたはCr/Auであり、電
極19の材料は、例えばSn/Ptである。
子の構造によれば、光吸収層13とコンタクト層15が
同一材料で形成され、コンタクト層15はキャップ層1
4の膜厚よりも5〜15倍の厚さである。また、キャッ
プ層14は、光吸収層14とコンタクト層15によって
サンドイッチ構造とされており、更に、受光領域がφ1
mm程度の大きさであるため、熱膨張係数の差によるG
aSbからなるキャップ層14とInAsSbからなる
光吸収層13およびコンタクト層15とのヘテロ界面で
の歪みが抑制される。
晶成長時に行うことができるため、膜厚の制御がよく、
厚さ0.1μm以下の均一なキャップ層14が得られ
る。そのため、受光素子作製の歩留まりもよい。また、
電極18が膜厚の厚いコンタクト層15上に形成される
ため、スパイクによる特性劣化の心配がない。また、G
aSbよりも導電性がよいInAsSbからなるコンタ
クト層15上に電極18が形成されているため、応答特
性にも優れている。また、コンタクト層15を厚くエピ
タキシャル成長しているため、受光素子の受光領域に対
して横方向からの入射光がコンタクト層15で吸収され
ることにより、横方向からの漏れ電流を抑制することが
できる。
が、第1実施形態と材料が違うのみで作製方法は同じで
あるので、説明は省略する。ただし、第3実施形態にお
いて、選択エッチャントにはHF:H2O2:H2O=
1:1:8を用いている。
び第2実施形態に示した受光素子に比べ、エネルギーバ
ンドギャップが小さい材料で構成されており、より長波
長側の光に対して受光感度をもつ受光素子となる。
ではない。例えばコンタクト層15上にGaSbからな
る保護層を設けてもよい。保護層を設けることにより、
選択エッチャントに溶解しないGaSbからなる保護層
をマスクとして選択エッチングを行うことが可能で、受
光領域の拡大を防ぐことができ、受光領域の面積が正確
に制御された受光素子を得ることができる。また、第3
実施形態にかかる受光素子の作製方法において、コンタ
クト層15をキャップ層14上に結晶成長し、受光領域
に対応する領域のコンタクト層15を選択エッチングに
よって除去することにより、受光領域のキャップ層14
を露出させたが、キャップ層14上の受光領域以外の領
域にコンタクト層15を選択成長することにより、受光
領域のキャップ層4を露出させてもよい。
受光素子によれば、光吸収層とコンタクト層が同一材料
で形成され、それぞれの膜厚はキャップ層のよりも厚
く、その構造がキャップ層を挟み込んだサンドイッチ構
造となっているため、熱膨張係数の差によるキャップ層
への歪みの影響を抑制できる。これにより、短波長側の
光に対して高い感度を有する受光素子を得ることができ
る。また、コンタクト層が厚く成長されているため、受
光素子の受光領域に対して横方向からの入射光がコンタ
クト層で吸収されることにより、横方向からの漏れ電流
を抑制することができる。これにより、従来よりも優れ
た受光特性の受光素子を得ることができる。
る。
る。
る。
プ層、5…コンタクト層、6…反射防止膜、7…高濃度
不純物領域、8…電極、9…電極、10…保護層、11
…基板、12…バッファ層、13…光吸収層、14…キ
ャップ層、15…コンタクト層、16…反射防止膜、1
7…高濃度不純物領域、18…電極、19…電極
Claims (6)
- 【請求項1】 化合物半導体を積層して形成される受光
素子であって、 入射光を吸収して電気信号に変換する光吸収層と、 前記光吸収層の前記入射光の入射側に形成され、前記光
吸収層よりエネルギーバンドギャップの大きいキャップ
層と、 前記キャップ層の前記入射光の受光面の周辺に形成さ
れ、前記光吸収層と同じ材料からなる前記キャップ層よ
りも厚いコンタクト層とを備え、前記光吸収層の前記キ
ャップ層との界面近傍と、前記キャップ層および前記コ
ンタクト層とに不純物が高濃度にドープされることによ
り高濃度不純物領域が形成されていることを特徴とする
受光素子。 - 【請求項2】 前記コンタクト層上に形成された前記キ
ャップ層と同じ材料からなる保護層を更に備え、前記高
濃度不純物領域が前記コンタクト層から前記保護層に連
続するように形成されていることを特徴とする請求項1
に記載の受光素子。 - 【請求項3】 前記キャップ層の厚さが0.1μm以下
であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
の受光素子。 - 【請求項4】 前記コンタクト層の厚さが前記キャップ
層の5倍以上であることを特徴とする請求項1から請求
項3いずれか1項に記載の受光素子。 - 【請求項5】 前記コンタクト層の厚さが前記キャップ
層の15倍以下であることを特徴とする請求項1から請
求項4いずれか1項に記載の受光素子。 - 【請求項6】 前記光吸収層および前記コンタクト層が
InGaAsからなり、前記キャップ層がInPからな
ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載
の受光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35777299A JP2001177142A (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35777299A JP2001177142A (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 受光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001177142A true JP2001177142A (ja) | 2001-06-29 |
JP2001177142A5 JP2001177142A5 (ja) | 2007-02-01 |
Family
ID=18455848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35777299A Pending JP2001177142A (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001177142A (ja) |
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-
1999
- 1999-12-16 JP JP35777299A patent/JP2001177142A/ja active Pending
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