JP2002064217A - 半導体受光装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体受光装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広い動作温度環境において１６２０ｎｍ帯に
感度を有する高速半導体受光装置を提供する。 【解決手段】 受光装置中の受光層を、圧縮歪を蓄積し
１６２０ｎｍ帯の波長を吸収する光吸収層と、引っ張り
歪を蓄積した歪補償層とを交互に積層した超格子構造と
し、その際前記歪補償層の厚さを前記光吸収層の厚さよ
りも小さく設定する。
感度を有する高速半導体受光装置を提供する。 【解決手段】 受光装置中の受光層を、圧縮歪を蓄積し
１６２０ｎｍ帯の波長を吸収する光吸収層と、引っ張り
歪を蓄積した歪補償層とを交互に積層した超格子構造と
し、その際前記歪補償層の厚さを前記光吸収層の厚さよ
りも小さく設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に光半導体装置
に係り、特に半導体受光装置およびその製造方法に関す
る。
に係り、特に半導体受光装置およびその製造方法に関す
る。
【０００２】インターネットの急速な普及に伴い、光フ
ァイバ通信回線の通信容量が逼迫している。このため、
既存の光ファイバ通信回線を使いながら通信容量を増大
させるため、単一の光ファイバ中に複数の異なった波長
の光キャリアを伝搬させ、前記複数の光キャリアに、そ
の波長に対応したチャネルの光信号を載せる、いわゆる
波長多重化通信技術（ＷＤＭ）が使われ始めている。
ァイバ通信回線の通信容量が逼迫している。このため、
既存の光ファイバ通信回線を使いながら通信容量を増大
させるため、単一の光ファイバ中に複数の異なった波長
の光キャリアを伝搬させ、前記複数の光キャリアに、そ
の波長に対応したチャネルの光信号を載せる、いわゆる
波長多重化通信技術（ＷＤＭ）が使われ始めている。
【０００３】最近では、前記光キャリアの波長帯域を１
６２０ｎｍ程度までの長波長側（いわゆるＬバンド）に
拡張する試みが検討されている。これに伴い、１６２０
ｎｍの長波長帯域に感度を有する高速受光素子が必要と
されている。
６２０ｎｍ程度までの長波長側（いわゆるＬバンド）に
拡張する試みが検討されている。これに伴い、１６２０
ｎｍの長波長帯域に感度を有する高速受光素子が必要と
されている。
【０００４】
【従来の技術】図１は、従来の裏面入射型ＰＩＮフォト
ダイオード２０の構造を示す。
ダイオード２０の構造を示す。
【０００５】図１を参照するに、ＰＩＮフォトダイオー
ド２０はｎ型ＩｎＰ基板７上に構成されており、前記基
板７上に形成された第１のｎ型ＩｎＰバッファ層６と、
前記バッファ層６上に形成された第２のｎ型ＩｎＰバッ
ファ層４と、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層４上に形成され
たｎ型ＩｎＧａＡｓ光受光層３と、前記受光層３上に形
成されたｎ型ＩｎＰクラッド層２と、さらに前記クラッ
ド層２上に形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１とを含み、前記第２バッファ層４，受光層３，ク
ラッド層２およびコンタクト層１は、前記第１バッファ
層６上においてメサ構造を形成する。前記メサ構造形成
のため、前記第１バッファ層６と第２バッファ層４との
間には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるエッチングストッ
パ層５が挿入されている。
ド２０はｎ型ＩｎＰ基板７上に構成されており、前記基
板７上に形成された第１のｎ型ＩｎＰバッファ層６と、
前記バッファ層６上に形成された第２のｎ型ＩｎＰバッ
ファ層４と、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層４上に形成され
たｎ型ＩｎＧａＡｓ光受光層３と、前記受光層３上に形
成されたｎ型ＩｎＰクラッド層２と、さらに前記クラッ
ド層２上に形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１とを含み、前記第２バッファ層４，受光層３，ク
ラッド層２およびコンタクト層１は、前記第１バッファ
層６上においてメサ構造を形成する。前記メサ構造形成
のため、前記第１バッファ層６と第２バッファ層４との
間には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるエッチングストッ
パ層５が挿入されている。
【０００６】さらに前記コンタクト層１とクラッド層２
には、ｐ型拡散領域８が形成されており、前記ｐ型拡散
領域８にコンタクトするようにｐ側電極９が、また前記
メサ形成に伴い露出されたｎ型ＩｎＧａＡｓＰエッチン
グストッパ層５上にはｎ側電極１０が形成されている。
さらに、前記ＩｎＰ基板７の下側主面上には集光レンズ
７Ａが形成されている。
には、ｐ型拡散領域８が形成されており、前記ｐ型拡散
領域８にコンタクトするようにｐ側電極９が、また前記
メサ形成に伴い露出されたｎ型ＩｎＧａＡｓＰエッチン
グストッパ層５上にはｎ側電極１０が形成されている。
さらに、前記ＩｎＰ基板７の下側主面上には集光レンズ
７Ａが形成されている。
【０００７】かかる構成のＰＩＮフォトダイオード２０
では、前記ＩｎＰ基板７の下面に入射した入射光はレン
ズ７Ａにより前記ｐ型拡散領域８とその下の受光層３と
の境界面近傍に集光され、その結果かかる境界面近傍の
領域においてキャリアが励起され、前記受光層３は光吸
収層として作用する。励起されたキャリアは、極性によ
りｐ側電極９あるいはｎ側電極１０へと流れ、光電流に
変換される。
では、前記ＩｎＰ基板７の下面に入射した入射光はレン
ズ７Ａにより前記ｐ型拡散領域８とその下の受光層３と
の境界面近傍に集光され、その結果かかる境界面近傍の
領域においてキャリアが励起され、前記受光層３は光吸
収層として作用する。励起されたキャリアは、極性によ
りｐ側電極９あるいはｎ側電極１０へと流れ、光電流に
変換される。
【０００８】一般にこのようなＰＩＮフォトダイオード
２０では、光吸収効率を向上させるため、また結晶欠陥
の発生を回避するために、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層３
を約２μｍの厚さに、ＩｎＰ基板７に対して格子整合す
るような組成で形成している。前記光吸収層３の厚さが
２μｍ程度であれば、光吸収効率が向上する一方で、発
生したキャリアの走行時間も問題にならず、従って光フ
ァイバ通信回線で使われる１０Ｇｂｉｔ／秒程度の伝送
速度に対応可能な高速応答性が確保される。
２０では、光吸収効率を向上させるため、また結晶欠陥
の発生を回避するために、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層３
を約２μｍの厚さに、ＩｎＰ基板７に対して格子整合す
るような組成で形成している。前記光吸収層３の厚さが
２μｍ程度であれば、光吸収効率が向上する一方で、発
生したキャリアの走行時間も問題にならず、従って光フ
ァイバ通信回線で使われる１０Ｇｂｉｔ／秒程度の伝送
速度に対応可能な高速応答性が確保される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図１の従来のＰＩＮフ
ォトダイオード２０では、前記ＩｎＧａＡｓ受光層がＩ
ｎＰ基板７に格子整合する必要があるため、バンドギャ
ップが室温で１６５０ｎｍ程度になる。このため、図１
の従来のＰＩＮフォトダイオード２０は室温においては
前記１６２０ｎｍの長波長光信号の検出が十分に可能で
あるが、一方このような光ファイバ通信回線で使われる
フォトダイオードは−４０°Ｃのような低温環境でも動
作可能なことが要求される。
ォトダイオード２０では、前記ＩｎＧａＡｓ受光層がＩ
ｎＰ基板７に格子整合する必要があるため、バンドギャ
ップが室温で１６５０ｎｍ程度になる。このため、図１
の従来のＰＩＮフォトダイオード２０は室温においては
前記１６２０ｎｍの長波長光信号の検出が十分に可能で
あるが、一方このような光ファイバ通信回線で使われる
フォトダイオードは−４０°Ｃのような低温環境でも動
作可能なことが要求される。
【００１０】しかし、図１のＰＩＮフォトダイオード２
０をこのような低温環境下で動作させると、前記受光層
３のバンドギャップが拡大し、このため受光層３の光吸
収効率は５０％以下に低下してしまう。この問題を回避
するために、前記受光層３中のＩｎ組成を増やすことも
考えられるが、その場合には前記ＩｎＰ基板７との格子
整合が成立しなくなり、受光層３を光吸収に好適な２μ
ｍの厚さに形成しようとすると、欠陥が発生してしまう
のが避けられない。欠陥が発生すると、リーク電流が増
大し、受光装置の暗電流が増加する。一般に、結晶欠陥
の発生を回避するためには前記受光層３の歪量を０．１
％以下に抑制する必要がある。一方、こうすると前記低
温環境下におけるバンドギャップの拡大を十分に補償す
ることができない。
０をこのような低温環境下で動作させると、前記受光層
３のバンドギャップが拡大し、このため受光層３の光吸
収効率は５０％以下に低下してしまう。この問題を回避
するために、前記受光層３中のＩｎ組成を増やすことも
考えられるが、その場合には前記ＩｎＰ基板７との格子
整合が成立しなくなり、受光層３を光吸収に好適な２μ
ｍの厚さに形成しようとすると、欠陥が発生してしまう
のが避けられない。欠陥が発生すると、リーク電流が増
大し、受光装置の暗電流が増加する。一般に、結晶欠陥
の発生を回避するためには前記受光層３の歪量を０．１
％以下に抑制する必要がある。一方、こうすると前記低
温環境下におけるバンドギャップの拡大を十分に補償す
ることができない。
【００１１】これに対し、従来より特開平７−７４３８
１号公報あるいは特開昭６２−３５６８２号公報に、受
光層３を光吸収層と、前記光吸収層に隣接して設けら
れ、逆歪（今の場合は引っ張り歪）を蓄積した歪補償層
とにより構成し、圧縮歪を受ける光吸収層３と引っ張り
歪を有する歪補償層とで、受光層全体として基板７から
作用する応力を相殺する構成が提案されている。かかる
構成によれば、前記光吸収層３と歪補償層とを交互に繰
り返し形成することにより、前記光吸収層３に対して十
分な層膜厚を確保することができる。例えば前記特開平
７−７４３８１号公報には、図２に示すように、引っ張
り歪を蓄積したＩｎ0.53-xＧａ0.53+xＰ層２１ａと圧縮
歪を蓄積したＩｎ0.53+xＧａ0.53-xＰ層２１ｂとを繰り
返し積層した超格子構造を有する光吸収層２１が開示さ
れている。図２の例では、前記光吸収層２１は下側のｎ
型ＩｎＰコンタクト層２２と上側のｐ型ＩｎＰコンタク
ト層２３との間に挟持される。また、前記特開昭６２−
３５６８２号公報では、ＧａＡｓ基板を使い、厚さが１
０ｎｍのＧａＡｓ層と厚さが１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層
とを交互に積層して光吸収層を形成する構成が開示され
ている。
１号公報あるいは特開昭６２−３５６８２号公報に、受
光層３を光吸収層と、前記光吸収層に隣接して設けら
れ、逆歪（今の場合は引っ張り歪）を蓄積した歪補償層
とにより構成し、圧縮歪を受ける光吸収層３と引っ張り
歪を有する歪補償層とで、受光層全体として基板７から
作用する応力を相殺する構成が提案されている。かかる
構成によれば、前記光吸収層３と歪補償層とを交互に繰
り返し形成することにより、前記光吸収層３に対して十
分な層膜厚を確保することができる。例えば前記特開平
７−７４３８１号公報には、図２に示すように、引っ張
り歪を蓄積したＩｎ0.53-xＧａ0.53+xＰ層２１ａと圧縮
歪を蓄積したＩｎ0.53+xＧａ0.53-xＰ層２１ｂとを繰り
返し積層した超格子構造を有する光吸収層２１が開示さ
れている。図２の例では、前記光吸収層２１は下側のｎ
型ＩｎＰコンタクト層２２と上側のｐ型ＩｎＰコンタク
ト層２３との間に挟持される。また、前記特開昭６２−
３５６８２号公報では、ＧａＡｓ基板を使い、厚さが１
０ｎｍのＧａＡｓ層と厚さが１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層
とを交互に積層して光吸収層を形成する構成が開示され
ている。
【００１２】しかし、これら従来の構造では、受光層中
における正味の光吸収層の膜厚が、歪補償層を含んだ受
光層全体の膜厚の１／２にしかならず、このため正味の
光吸収層に対して十分な膜厚を確保しようとすると、前
記超格子構造の繰り返し回数を増加させる必要がある
が、このような構成では受光層全体の膜厚が過大にな
り、キャリアの走行時間が増大してしまう。このため、
このような従来の構成の歪超格子受光装置ではＰＩＮフ
ォトダイオードに特徴的な高速応答特性が損なわれる問
題点が生じていた。
における正味の光吸収層の膜厚が、歪補償層を含んだ受
光層全体の膜厚の１／２にしかならず、このため正味の
光吸収層に対して十分な膜厚を確保しようとすると、前
記超格子構造の繰り返し回数を増加させる必要がある
が、このような構成では受光層全体の膜厚が過大にな
り、キャリアの走行時間が増大してしまう。このため、
このような従来の構成の歪超格子受光装置ではＰＩＮフ
ォトダイオードに特徴的な高速応答特性が損なわれる問
題点が生じていた。
【００１３】そこで、本発明は上記の課題を解決した半
導体受光装置を提供する。
導体受光装置を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
第１の導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設け
られた受光層と、前記受光層の一部に形成された第２の
導電型の領域と、前記光吸収層に対して前記第２の導電
型の領域を介して厚さ方向に電界を印加する電極手段と
を備え、前記受光層は、圧縮歪を蓄積し、所定波長の光
を吸収する第１の半導体層と、引っ張り歪を蓄積し、前
記第１の半導体層よりも薄い第２の半導体層とを含み、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とは、前記受
光層中において交互に繰り返されることを特徴とする半
導体受光装置により解決する。
第１の導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設け
られた受光層と、前記受光層の一部に形成された第２の
導電型の領域と、前記光吸収層に対して前記第２の導電
型の領域を介して厚さ方向に電界を印加する電極手段と
を備え、前記受光層は、圧縮歪を蓄積し、所定波長の光
を吸収する第１の半導体層と、引っ張り歪を蓄積し、前
記第１の半導体層よりも薄い第２の半導体層とを含み、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とは、前記受
光層中において交互に繰り返されることを特徴とする半
導体受光装置により解決する。
【００１５】前記半導体受光装置において、前記第１の
半導体層は０．２％以上、０．６％以下の歪を有するの
が好ましい。また前記第１の半導体層の厚さを５０ｎｍ
以上とするのが好ましい。前記第２の半導体層は、εを
前記第１の半導体層の歪量（％）、Ｌを交互に繰り返さ
れた前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との総和
（μｍ）として、第１の半導体層と第２の半導体層との
和の（０．９×Ｌ1/4×ε）倍以下の厚さを有するのが
好ましい。また前記第２の半導体層は、前記第１の半導
体層の厚さの１／２以下の厚さを有するのが好ましい。
また前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とは、い
ずれも三元化合物半導体よりなるのが好ましい。例え
ば、前記基板をｎ型ＩｎＰとし、前記第１および第２の
半導体層をＩｎＧａＡｓとしてもよい。さらに前記第１
の半導体層と前記第２の半導体層との間に、さらに前記
第１の半導体層と前記第２の半導体層の中間のバンドギ
ャップを与える組成の中間層を設けるのが好ましい。か
かる中間層は、前記第１の半導体層の界面のうち、前記
第２の導電型の領域の側の界面に形成するのが好まし
い。またその際、前記中間層は組成が前記第１の半導体
層と前記第２の半導体層との間において、漸移的に変化
させてもよい。この場合、前記中間層の組成を、前記第
２の半導体層との界面において引っ張り歪を蓄積し、前
記第１の半導体層との界面において圧縮歪を蓄積するよ
うに変化させるのが好ましい。
半導体層は０．２％以上、０．６％以下の歪を有するの
が好ましい。また前記第１の半導体層の厚さを５０ｎｍ
以上とするのが好ましい。前記第２の半導体層は、εを
前記第１の半導体層の歪量（％）、Ｌを交互に繰り返さ
れた前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との総和
（μｍ）として、第１の半導体層と第２の半導体層との
和の（０．９×Ｌ1/4×ε）倍以下の厚さを有するのが
好ましい。また前記第２の半導体層は、前記第１の半導
体層の厚さの１／２以下の厚さを有するのが好ましい。
また前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とは、い
ずれも三元化合物半導体よりなるのが好ましい。例え
ば、前記基板をｎ型ＩｎＰとし、前記第１および第２の
半導体層をＩｎＧａＡｓとしてもよい。さらに前記第１
の半導体層と前記第２の半導体層との間に、さらに前記
第１の半導体層と前記第２の半導体層の中間のバンドギ
ャップを与える組成の中間層を設けるのが好ましい。か
かる中間層は、前記第１の半導体層の界面のうち、前記
第２の導電型の領域の側の界面に形成するのが好まし
い。またその際、前記中間層は組成が前記第１の半導体
層と前記第２の半導体層との間において、漸移的に変化
させてもよい。この場合、前記中間層の組成を、前記第
２の半導体層との界面において引っ張り歪を蓄積し、前
記第１の半導体層との界面において圧縮歪を蓄積するよ
うに変化させるのが好ましい。
【００１６】さらに本発明は上記の課題を、半導体基板
上に、前記基板とは格子定数の異なる三元化合物からな
り圧縮歪を有する第１の半導体層と、前記基板とは格子
定数の異なる三元化合物からなり引っ張り歪を有する第
２の半導体層とを、成長ガスを切り替えることなく連続
的に流量変化させることで交互に、繰り返し形成し、受
光層を形成する工程と、前記受光層上に、前記受光層の
厚さ方向に電界を印加する電極を形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体受光装置の製造方法により解決
する。
上に、前記基板とは格子定数の異なる三元化合物からな
り圧縮歪を有する第１の半導体層と、前記基板とは格子
定数の異なる三元化合物からなり引っ張り歪を有する第
２の半導体層とを、成長ガスを切り替えることなく連続
的に流量変化させることで交互に、繰り返し形成し、受
光層を形成する工程と、前記受光層上に、前記受光層の
厚さ方向に電界を印加する電極を形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体受光装置の製造方法により解決
する。
【００１７】前記半導体受光装置の製造方法において、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とを形成する
工程は、ＭＯＶＰＥ法を使い、有機金属原料の流量を連
続的に変化させることにより、前記第１の半導体層と前
記第２の半導体層とを交互に繰り返し形成するのが好ま
しい。 ［作用］本発明によれば、光吸収層と歪補償層をと交互
に積層した超格子構造の受光層を有する半導体受光装置
において、第１の半導体層、すなわち圧縮歪を有する光
吸収層の膜厚を、第２の半導体層、すなわち引っ張り歪
を有する歪補償層の膜厚よりも大きく設定し、同時に前
記歪補償層中の引っ張り歪量を光吸収層中の圧縮歪量よ
りも増大させることにより、受光層全体の厚さを減少す
ると同時に受光層中における光吸収層の正味の膜厚を大
きくすることができ、その結果長波長側に感度を有する
高速受光装置を実現することが可能になる。
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とを形成する
工程は、ＭＯＶＰＥ法を使い、有機金属原料の流量を連
続的に変化させることにより、前記第１の半導体層と前
記第２の半導体層とを交互に繰り返し形成するのが好ま
しい。 ［作用］本発明によれば、光吸収層と歪補償層をと交互
に積層した超格子構造の受光層を有する半導体受光装置
において、第１の半導体層、すなわち圧縮歪を有する光
吸収層の膜厚を、第２の半導体層、すなわち引っ張り歪
を有する歪補償層の膜厚よりも大きく設定し、同時に前
記歪補償層中の引っ張り歪量を光吸収層中の圧縮歪量よ
りも増大させることにより、受光層全体の厚さを減少す
ると同時に受光層中における光吸収層の正味の膜厚を大
きくすることができ、その結果長波長側に感度を有する
高速受光装置を実現することが可能になる。
【００１８】前記歪補償層を極端に薄くする場合、歪補
償量を確保するために歪補償層の引張り歪を大きくする
必要があり、その結果、ある歪限界を超えると光吸収層
との界面に欠陥が生じてしまう。本発明者はこの歪限界
に関して新規な実験を行い、その知見から、以下に説明
する関係式を導き出した（ここで歪限界とは、引張り歪
層と圧縮歪層とを交互に積層した歪補償構造独特のもの
であり、一般に知られているミスフィット転位の発生機
構に基づく臨界膜厚とは全く異なるものである）。
償量を確保するために歪補償層の引張り歪を大きくする
必要があり、その結果、ある歪限界を超えると光吸収層
との界面に欠陥が生じてしまう。本発明者はこの歪限界
に関して新規な実験を行い、その知見から、以下に説明
する関係式を導き出した（ここで歪限界とは、引張り歪
層と圧縮歪層とを交互に積層した歪補償構造独特のもの
であり、一般に知られているミスフィット転位の発生機
構に基づく臨界膜厚とは全く異なるものである）。
【００１９】まず本実験に関するモデル構造を図３を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２０】図３を参照するに、本実験のモデル構造は
ＩｎＰ基板上に形成された場合に圧縮歪を蓄積するよう
な組成のＩｎＧａＡｓ光吸収層１２ＡとＩｎＰ基板上に
形成された場合に引張り歪を蓄積するような組成のＩｎ
ＧａＡｓ歪補償層１２Ｂとを含み、前記光吸収層１２Ａ
と歪補償層１２Ｂとよりなる構造単位１２ＵをＩｎＰ基
板１１上に繰り返しエピタキシャルに積層した超格子構
造１２を有する。
ＩｎＰ基板上に形成された場合に圧縮歪を蓄積するよう
な組成のＩｎＧａＡｓ光吸収層１２ＡとＩｎＰ基板上に
形成された場合に引張り歪を蓄積するような組成のＩｎ
ＧａＡｓ歪補償層１２Ｂとを含み、前記光吸収層１２Ａ
と歪補償層１２Ｂとよりなる構造単位１２ＵをＩｎＰ基
板１１上に繰り返しエピタキシャルに積層した超格子構
造１２を有する。
【００２１】前記光吸収層１２Ａが＋εｗ％の圧縮歪
を、また前記歪補償層１２Ｂが−εｂ％の引張り歪をそ
れぞれ蓄積する場合、前記光吸収層１２Ａの厚さをｌ
ｗ、前記歪補償層１２Ｂの厚さをｌｂとすると、歪緩和
防止のため、前記膜厚ｌｗ，ｌｂおよび前記歪量εｗ，
εｂは、関係式 εｗ・Ｌｗ＝εｂ・Ｌｂ （１） が成立するように設定される。ただしＬｗおよびＬｂ
は、前記構造単位１２をｎ回繰り返した場合の前記光吸
収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合計の厚さをそれぞ
れ示しており、前記膜厚ｌｗおよびｌｂを使って、それ
ぞれＬｗ＝ｎ・ｌｗ，Ｌｂ＝ｎ・Ｌｂで表される。
を、また前記歪補償層１２Ｂが−εｂ％の引張り歪をそ
れぞれ蓄積する場合、前記光吸収層１２Ａの厚さをｌ
ｗ、前記歪補償層１２Ｂの厚さをｌｂとすると、歪緩和
防止のため、前記膜厚ｌｗ，ｌｂおよび前記歪量εｗ，
εｂは、関係式 εｗ・Ｌｗ＝εｂ・Ｌｂ （１） が成立するように設定される。ただしＬｗおよびＬｂ
は、前記構造単位１２をｎ回繰り返した場合の前記光吸
収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合計の厚さをそれぞ
れ示しており、前記膜厚ｌｗおよびｌｂを使って、それ
ぞれＬｗ＝ｎ・ｌｗ，Ｌｂ＝ｎ・Ｌｂで表される。
【００２２】前記光吸収層１２Ａと歪補償層１２Ｂとを
繰り返した前記超格子構造１２上には、ＩｎＰキャップ
層１３がエピタキシャルに形成される。
繰り返した前記超格子構造１２上には、ＩｎＰキャップ
層１３がエピタキシャルに形成される。
【００２３】図４は、かかるモデル構造について、前記
超格子構造１２の膜厚、すなわち前記超格子構造１２中
における前記光吸収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合
計膜厚Ｌを１．３μｍとし、この制限下において前記光
吸収層１２Ａの合計厚Ｌｗと歪量εｗを様々に変化させ
た場合に得られる前記キャップ層１３の表面モフォロジ
ーの良否をまとめて示す。ただし先の式（１）に示した
歪緩和の条件から、前記歪補償層１２Ｂの歪量εｂはε
ｂ＝εｗ・Ｌｗ／Ｌｂにより与えられる。図４中、○は
前記キャップ層１３において平坦で良好な表面モフォロ
ジーが得られた場合を、また×は凹凸のある不規則な表
面モフォロジーが得られた場合を示す。
超格子構造１２の膜厚、すなわち前記超格子構造１２中
における前記光吸収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合
計膜厚Ｌを１．３μｍとし、この制限下において前記光
吸収層１２Ａの合計厚Ｌｗと歪量εｗを様々に変化させ
た場合に得られる前記キャップ層１３の表面モフォロジ
ーの良否をまとめて示す。ただし先の式（１）に示した
歪緩和の条件から、前記歪補償層１２Ｂの歪量εｂはε
ｂ＝εｗ・Ｌｗ／Ｌｂにより与えられる。図４中、○は
前記キャップ層１３において平坦で良好な表面モフォロ
ジーが得られた場合を、また×は凹凸のある不規則な表
面モフォロジーが得られた場合を示す。
【００２４】図４を参照するに、歪量εｗおよび合計膜
厚Ｌｗの両方が大きい場合にはキャップ層１３の表面に
は不規則なモフォロジーが現れ、一方前記歪量εｗおよ
び合計膜厚Ｌｗの両方が小さい場合には、平坦で良好な
モフォロジーの表面が得られることがわかる。また図４
において、表面モフォロジーが良好な領域（○）と不良
な領域（×）とは、図中に太線で示した、式 Ｌｗ＝Ａ×εｗ＋Ｌ （Ａ，Ｌは定数） （２） で表される直線により、明確に区画されることがわか
る。
厚Ｌｗの両方が大きい場合にはキャップ層１３の表面に
は不規則なモフォロジーが現れ、一方前記歪量εｗおよ
び合計膜厚Ｌｗの両方が小さい場合には、平坦で良好な
モフォロジーの表面が得られることがわかる。また図４
において、表面モフォロジーが良好な領域（○）と不良
な領域（×）とは、図中に太線で示した、式 Ｌｗ＝Ａ×εｗ＋Ｌ （Ａ，Ｌは定数） （２） で表される直線により、明確に区画されることがわか
る。
【００２５】前記キャップ層１３の表面において観察さ
れたモフォロジーはその下の積層構造１２中における光
吸収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの表面モフォロジー
を反映していると考えられ、図４中において×で示した
領域においては、前記超格子構造１２中における光吸収
層１２Ａと歪補償層１２Ｂの規則的な積層が破壊されて
いるものと考えられる。従って図４の結果は、図３の超
格子構造１２を半導体受光装置の受光層として使う場
合、光吸収層１２Ａの膜厚Ｌｗと歪量εｗとを、式
（２）で画成される表面モフォロジーが良好な範囲に入
るように決定する必要があることを示している。
れたモフォロジーはその下の積層構造１２中における光
吸収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの表面モフォロジー
を反映していると考えられ、図４中において×で示した
領域においては、前記超格子構造１２中における光吸収
層１２Ａと歪補償層１２Ｂの規則的な積層が破壊されて
いるものと考えられる。従って図４の結果は、図３の超
格子構造１２を半導体受光装置の受光層として使う場
合、光吸収層１２Ａの膜厚Ｌｗと歪量εｗとを、式
（２）で画成される表面モフォロジーが良好な範囲に入
るように決定する必要があることを示している。
【００２６】図５は図３のモデル構造において、前記光
吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌｗが前記歪補償層１２Ｂの合
計膜厚Ｌｂに等しくなるように、すなわち式 Ｌｗ＝Ｌｂ＝Ｌ／２ （３） が成立するように条件を設定し、さらに前記歪量εｗが
歪量εｂに等しくなるように、すなわち式 εｗ＝εｂ＝ε （４） が成立するように条件を設定し、さらに前記合計膜厚Ｌ
および歪量εを様々に変化させた場合における、モデル
構造の表面モフォロジーの良否を示す。図５中先と同様
に、○は前記キャップ層１３において平坦で良好な表面
モフォロジーが得られた場合を、また×は凹凸のある不
規則な表面モフォロジーが得られた場合を示す。
吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌｗが前記歪補償層１２Ｂの合
計膜厚Ｌｂに等しくなるように、すなわち式 Ｌｗ＝Ｌｂ＝Ｌ／２ （３） が成立するように条件を設定し、さらに前記歪量εｗが
歪量εｂに等しくなるように、すなわち式 εｗ＝εｂ＝ε （４） が成立するように条件を設定し、さらに前記合計膜厚Ｌ
および歪量εを様々に変化させた場合における、モデル
構造の表面モフォロジーの良否を示す。図５中先と同様
に、○は前記キャップ層１３において平坦で良好な表面
モフォロジーが得られた場合を、また×は凹凸のある不
規則な表面モフォロジーが得られた場合を示す。
【００２７】図５を参照するに、歪量εおよび合計膜厚
Ｌの両方が大きい場合にはキャップ層１３の表面には不
規則なモフォロジーが現れ、一方前記歪量εおよび合計
膜厚Ｌの両方が小さい場合には、平坦で良好なモフォロ
ジーの表面が得られることがわかる。図５において、表
面モフォロジーが良好な領域（○）と不良な領域（×）
とは、図中に太線で示した、式 Ｌ＝０．１／ε4 （５） で表される線により、明確に区画される。なお図５中、
○と×が重なっているのは、前記超格子構造１２中にお
ける一層当りの層厚の違いに起因する。
Ｌの両方が大きい場合にはキャップ層１３の表面には不
規則なモフォロジーが現れ、一方前記歪量εおよび合計
膜厚Ｌの両方が小さい場合には、平坦で良好なモフォロ
ジーの表面が得られることがわかる。図５において、表
面モフォロジーが良好な領域（○）と不良な領域（×）
とは、図中に太線で示した、式 Ｌ＝０．１／ε4 （５） で表される線により、明確に区画される。なお図５中、
○と×が重なっているのは、前記超格子構造１２中にお
ける一層当りの層厚の違いに起因する。
【００２８】前記式（２）は、前記式（３）および
（４）の条件を満たすはずであり、従って式（２）を係
数Ａについて解き、これをＬを使って表現すると、式 Ｌｗ＝−Ｌ5/4・εｗ／（２×０．１1/4）＋Ｌ （６） が得られる。
（４）の条件を満たすはずであり、従って式（２）を係
数Ａについて解き、これをＬを使って表現すると、式 Ｌｗ＝−Ｌ5/4・εｗ／（２×０．１1/4）＋Ｌ （６） が得られる。
【００２９】式（６）の関係が満たされている超格子構
造は、図４，５で説明した表面モフォロジーの不良を生
じない所定の歪限界内にある。
造は、図４，５で説明した表面モフォロジーの不良を生
じない所定の歪限界内にある。
【００３０】式（６）を使ってＬｂとＬの比を表すと、
式 Ｌｂ／Ｌ＝（Ｌ−Ｌｗ）／Ｌ＝Ｌ1/4・εｗ／（２×０．１1/4）＝０．８９・Ｌ 1/4 ・εｗ （７） が得られるが、このことは前記歪限界内において前記歪
補償層１２Ｂの合計膜厚Ｌｂを、超格子構造の合計膜厚
Ｌの約（０．９・Ｌ1/4・εｗ）倍以下まで減少させら
れることを示している。
式 Ｌｂ／Ｌ＝（Ｌ−Ｌｗ）／Ｌ＝Ｌ1/4・εｗ／（２×０．１1/4）＝０．８９・Ｌ 1/4 ・εｗ （７） が得られるが、このことは前記歪限界内において前記歪
補償層１２Ｂの合計膜厚Ｌｂを、超格子構造の合計膜厚
Ｌの約（０．９・Ｌ1/4・εｗ）倍以下まで減少させら
れることを示している。
【００３１】かかる歪超格子構造１２を受光装置の受光
層に使う場合には、前記光吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌｗ
は大きい方が高い受光効率が得られて好ましいが、先の
図４の関係より図３の超格子構造において光吸収層１２
Ａの歪量εｗを増大させると歪補償層１２Ｂの厚さｌ
ｂ、従って合計厚さＬｂを増大させなければならず、従
って前記式（７）より、前記歪補償層１２Ｂの合計膜厚
Ｌｂは制限され、また前記光吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌ
ｗも制限されることになる。
層に使う場合には、前記光吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌｗ
は大きい方が高い受光効率が得られて好ましいが、先の
図４の関係より図３の超格子構造において光吸収層１２
Ａの歪量εｗを増大させると歪補償層１２Ｂの厚さｌ
ｂ、従って合計厚さＬｂを増大させなければならず、従
って前記式（７）より、前記歪補償層１２Ｂの合計膜厚
Ｌｂは制限され、また前記光吸収層１２Ａの合計膜厚Ｌ
ｗも制限されることになる。
【００３２】図６は、図４の関係に受光効率ηを重ねて
示す図である。ただし図６中、等高線が前記受光効率η
の値を示す。図６の受光効率ηは、−４０°Ｃにおいて
前記ＩｎＧａＡｓ超格子構造１２に、波長が１．６２μ
ｍの入射光が垂直に入射した場合のもので、前記光吸収
層１２Ａの合計膜厚Ｌｗおよび歪量εｗから算出してい
る。
示す図である。ただし図６中、等高線が前記受光効率η
の値を示す。図６の受光効率ηは、−４０°Ｃにおいて
前記ＩｎＧａＡｓ超格子構造１２に、波長が１．６２μ
ｍの入射光が垂直に入射した場合のもので、前記光吸収
層１２Ａの合計膜厚Ｌｗおよび歪量εｗから算出してい
る。
【００３３】図６より、歪量εｗが０．２５％以上、
０．６％以下の範囲で、５０％を上回る受光効率が得ら
れることがわかる。
０．６％以下の範囲で、５０％を上回る受光効率が得ら
れることがわかる。
【００３４】ところで、このような歪補償層中の歪量を
増大させた構造では、光吸収層と歪補償層との間のバン
ドギャップ差が増大し、量子シフトにより光吸収層の吸
収波長域が短波長側にシフトしてしまう可能性があるた
め、本発明では前記光吸収層の厚さを、量子シフトがほ
とんど生じない５０ｎｍ以上の厚さに設定する。あるい
は量子シフトを制御して、前記光吸収層の吸収波長域が
−４０°Ｃで１６２０ｎｍ帯域をカバーするように、光
吸収層の厚さを設定してもよい。
増大させた構造では、光吸収層と歪補償層との間のバン
ドギャップ差が増大し、量子シフトにより光吸収層の吸
収波長域が短波長側にシフトしてしまう可能性があるた
め、本発明では前記光吸収層の厚さを、量子シフトがほ
とんど生じない５０ｎｍ以上の厚さに設定する。あるい
は量子シフトを制御して、前記光吸収層の吸収波長域が
−４０°Ｃで１６２０ｎｍ帯域をカバーするように、光
吸収層の厚さを設定してもよい。
【００３５】かかる構成により、１６２０ｎｍ帯の光検
出を、広い温度環境下で安定して行うことが可能にな
る。また前記受光層中の光吸収層の合計膜厚を１μｍ以
上にすることが可能である。
出を、広い温度環境下で安定して行うことが可能にな
る。また前記受光層中の光吸収層の合計膜厚を１μｍ以
上にすることが可能である。
【００３６】さらに、本発明では光吸収層と歪補償層と
の間のバンドギャップ差に起因して、光吸収層と歪補償
層との界面近傍にキャリアがせき止められる現象を解消
するため、前記光吸収層と歪補償層との間に、中間的な
バンドギャップを有する中間層を介在させる。かかる中
間層を設けることにより、前記界面におけるキャリア蓄
積に起因する光電流、特にホール電流の減少が回避さ
れ、またキャリア溜りによるキャパシタンスが減少す
る。このため、優れた高速応答特性が確保される。かか
る中間層は、ホールが蓄積しやすい、前記光吸収層が歪
補償層と接する界面のうち、ｐ型領域が形成されている
側の界面に形成するのが特に効果的である。前記中間層
は、バンドギャップが漸移的に変化するように、厚さ方
向に組成が漸移的に変化するものであってもよい。その
際、前記中間層の組成を、歪補償層との界面において引
っ張り歪が蓄積され、光吸収層との界面において圧縮歪
が蓄積されるように変化させることにより、移動度の小
さいホール電流がせき止められる問題が効果的に軽減さ
れ、優れた応答特性が確保される。
の間のバンドギャップ差に起因して、光吸収層と歪補償
層との界面近傍にキャリアがせき止められる現象を解消
するため、前記光吸収層と歪補償層との間に、中間的な
バンドギャップを有する中間層を介在させる。かかる中
間層を設けることにより、前記界面におけるキャリア蓄
積に起因する光電流、特にホール電流の減少が回避さ
れ、またキャリア溜りによるキャパシタンスが減少す
る。このため、優れた高速応答特性が確保される。かか
る中間層は、ホールが蓄積しやすい、前記光吸収層が歪
補償層と接する界面のうち、ｐ型領域が形成されている
側の界面に形成するのが特に効果的である。前記中間層
は、バンドギャップが漸移的に変化するように、厚さ方
向に組成が漸移的に変化するものであってもよい。その
際、前記中間層の組成を、歪補償層との界面において引
っ張り歪が蓄積され、光吸収層との界面において圧縮歪
が蓄積されるように変化させることにより、移動度の小
さいホール電流がせき止められる問題が効果的に軽減さ
れ、優れた応答特性が確保される。
【００３７】さらに本発明によれば、前記光吸収層と歪
補償層とが、ＭＯＶＰＥ法により、連続して、中断する
ことなく形成されるため、ヘテロ界面において生じがち
なＣやＳｉ等の界面パイルアップの問題が生じることが
なく、結晶性の良好な光吸収層が得られる。
補償層とが、ＭＯＶＰＥ法により、連続して、中断する
ことなく形成されるため、ヘテロ界面において生じがち
なＣやＳｉ等の界面パイルアップの問題が生じることが
なく、結晶性の良好な光吸収層が得られる。
【００３８】本発明の半導体受光装置において、前記受
光層を１μｍ以上の膜厚に形成することにより、１６２
０ｎｍ帯のような長波長帯域に感度を有し、高速光信号
（例として１０Ｇｂｉｔ／秒程度）に対して十分な応答
特性を有する半導体受光装置が得られる。
光層を１μｍ以上の膜厚に形成することにより、１６２
０ｎｍ帯のような長波長帯域に感度を有し、高速光信号
（例として１０Ｇｂｉｔ／秒程度）に対して十分な応答
特性を有する半導体受光装置が得られる。
【００３９】
【発明の実施の形態】［第１実施例］図３は、本発明の
第１実施例による半導体受光装置３０の構成を示す。た
だし図３中、先に図１で説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
第１実施例による半導体受光装置３０の構成を示す。た
だし図３中、先に図１で説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４０】図３を参照するに、本実施例の半導体受光
装置３０は先に図１で説明した従来の前記半導体受光装
置２０と同様な構成を有するが、前記受光層３０が、厚
さが２０ｎｍで＋０．４％の圧縮歪を蓄積したＩｎＧａ
Ａｓよりなる光吸収層３ａと厚さが１０ｎｍで−０．８
％の引っ張り歪を蓄積したＩｎＧａＡｓよりなる歪補償
層３ｂとを繰り返し、２０周期にわたり積層した超格子
構造により置き換えられている。
装置３０は先に図１で説明した従来の前記半導体受光装
置２０と同様な構成を有するが、前記受光層３０が、厚
さが２０ｎｍで＋０．４％の圧縮歪を蓄積したＩｎＧａ
Ａｓよりなる光吸収層３ａと厚さが１０ｎｍで−０．８
％の引っ張り歪を蓄積したＩｎＧａＡｓよりなる歪補償
層３ｂとを繰り返し、２０周期にわたり積層した超格子
構造により置き換えられている。
【００４１】より具体的に説明すると、図１の構造にお
いて、前記ｎ型ＩｎＰ基板７上に前記第１のＩｎＰバッ
ファ層６と、ＩｎＧａＡｓＰエッチングストッパ層５
と、第２のＩｎＰバッファ層４と、ＩｎＧａＡｓ受光層
３と、ＩｎＰクラッド層２と、ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１とが、基板温度を６００°ＣとしたＭＯＶＰＥ法
により、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給比率を２００倍
に設定して、順次形成される。
いて、前記ｎ型ＩｎＰ基板７上に前記第１のＩｎＰバッ
ファ層６と、ＩｎＧａＡｓＰエッチングストッパ層５
と、第２のＩｎＰバッファ層４と、ＩｎＧａＡｓ受光層
３と、ＩｎＰクラッド層２と、ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１とが、基板温度を６００°ＣとしたＭＯＶＰＥ法
により、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給比率を２００倍
に設定して、順次形成される。
【００４２】図示の例では、前記第１のＩｎＰバッファ
層６は約５０ｎｍの厚さに形成され、Ｓｉにより２×１
０17ｃｍ-3の濃度でｎ型にドーピングされる。また前記
ＩｎＧａＡｓＰエッチングストッパ層５は約１０ｎｍの
厚さに形成され、Ｓｉにより１×１０18ｃｍ-3の濃度で
ｎ型にドーピングされる。さらに前記エッチングストッ
パ層５上のＩｎＰバッファ層４は約５０ｎｍの厚さに形
成され、Ｓｉにより２×１０17ｃｍ-3の濃度でｎ型にド
ーピングされる。
層６は約５０ｎｍの厚さに形成され、Ｓｉにより２×１
０17ｃｍ-3の濃度でｎ型にドーピングされる。また前記
ＩｎＧａＡｓＰエッチングストッパ層５は約１０ｎｍの
厚さに形成され、Ｓｉにより１×１０18ｃｍ-3の濃度で
ｎ型にドーピングされる。さらに前記エッチングストッ
パ層５上のＩｎＰバッファ層４は約５０ｎｍの厚さに形
成され、Ｓｉにより２×１０17ｃｍ-3の濃度でｎ型にド
ーピングされる。
【００４３】前記ＩｎＰバッファ層４が形成された後、
前記バッファ層４上にはＳｉドーパントと共にＴＭＩ
ｎ，ＴＭＧａおよびＡｓＨ3をそれぞれＩｎ，Ｇａ，Ａ
ｓのＭＯＶＰＥ原料として供給し、Ｓｉ濃度が１×１０
15ｃｍ-3程度で組成がＩｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓで表される
第１の半導体層を前記光吸収層３ａとして、またＳｉ濃
度が同じく１×１０15ｃｍ-3程度で組成がＩｎ0.44Ｇａ
0.56Ａｓで表される半導体層を前記歪補償層３ｂとし
て、それぞれ２０ｎｍおよび１０ｎｍの厚さで２０周期
にわたり繰り返し堆積し、受光層３を形成する。先にも
記載したように、このようにして形成された光吸収層３
ａは＋０．４％の圧縮歪を蓄積するのに対し、歪補償層
３ｂは−０．８％の引っ張り歪を蓄積し、歪量と膜厚の
積は、前記光吸収層３ａと歪補償層３ｂとでほぼ等しく
なっている。このため、前記受光層３全体としては歪は
補償されている。
前記バッファ層４上にはＳｉドーパントと共にＴＭＩ
ｎ，ＴＭＧａおよびＡｓＨ3をそれぞれＩｎ，Ｇａ，Ａ
ｓのＭＯＶＰＥ原料として供給し、Ｓｉ濃度が１×１０
15ｃｍ-3程度で組成がＩｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓで表される
第１の半導体層を前記光吸収層３ａとして、またＳｉ濃
度が同じく１×１０15ｃｍ-3程度で組成がＩｎ0.44Ｇａ
0.56Ａｓで表される半導体層を前記歪補償層３ｂとし
て、それぞれ２０ｎｍおよび１０ｎｍの厚さで２０周期
にわたり繰り返し堆積し、受光層３を形成する。先にも
記載したように、このようにして形成された光吸収層３
ａは＋０．４％の圧縮歪を蓄積するのに対し、歪補償層
３ｂは−０．８％の引っ張り歪を蓄積し、歪量と膜厚の
積は、前記光吸収層３ａと歪補償層３ｂとでほぼ等しく
なっている。このため、前記受光層３全体としては歪は
補償されている。
【００４４】さらに、このようにして形成された受光層
３上に、Ｓｉにより５×１０15ｃｍ -3の濃度でｎ型にド
ープされたＩｎＰクラッド層８を約１μｍの厚さに形成
し、さらにその上にＰＬ波長が１．３μｍの非ドープＩ
ｎＧａＡｓＰ層１を形成する。
３上に、Ｓｉにより５×１０15ｃｍ -3の濃度でｎ型にド
ープされたＩｎＰクラッド層８を約１μｍの厚さに形成
し、さらにその上にＰＬ波長が１．３μｍの非ドープＩ
ｎＧａＡｓＰ層１を形成する。
【００４５】さらに前記ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
とその下のＩｎＰクラッド層２中に、Ｍｇの拡散工程に
より前記ｐ型拡散領域を、径が約２０μｍで深さが約１
μｍの円形形状となるように形成し、前記化合物半導体
層１〜４を前記ＩｎＧａＡｓＰ層５をエッチングストッ
パとしてエッチングすることにより、前記ＩｎＧａＡｓ
Ｐエッチングストッパ層５上に前記メサ構造が形成され
る。
とその下のＩｎＰクラッド層２中に、Ｍｇの拡散工程に
より前記ｐ型拡散領域を、径が約２０μｍで深さが約１
μｍの円形形状となるように形成し、前記化合物半導体
層１〜４を前記ＩｎＧａＡｓＰ層５をエッチングストッ
パとしてエッチングすることにより、前記ＩｎＧａＡｓ
Ｐエッチングストッパ層５上に前記メサ構造が形成され
る。
【００４６】最後に前記ＩｎＰ基板７の下面に集光レン
ズ１１を形成し、前記Ｐ側電極８およびｎ側電極１０を
形成する。
ズ１１を形成し、前記Ｐ側電極８およびｎ側電極１０を
形成する。
【００４７】このようにして形成された受光装置３０で
は、前記光吸収層３ａはＩｎ組成が大きいためバンドギ
ャップが狭まり、−４０°Ｃの低温環境下においても所
望の１６２０ｎｍ帯の長波長光を効果的に吸収する。そ
の際、前記光吸収層３ａはＩｎ組成が大きいことに起因
して圧縮歪を蓄積するが、前記光吸収層３ａに隣接して
設けられたＩｎ組成が小さく引っ張り歪を蓄積する歪補
償層３ｂが前記圧縮歪を補償し、その結果前記光吸収層
３ａと歪補償層３ｂとよりなる構造単位を１００周期繰
り返しても、前記光吸収層３ａ中に欠陥が形成されるこ
とはない。
は、前記光吸収層３ａはＩｎ組成が大きいためバンドギ
ャップが狭まり、−４０°Ｃの低温環境下においても所
望の１６２０ｎｍ帯の長波長光を効果的に吸収する。そ
の際、前記光吸収層３ａはＩｎ組成が大きいことに起因
して圧縮歪を蓄積するが、前記光吸収層３ａに隣接して
設けられたＩｎ組成が小さく引っ張り歪を蓄積する歪補
償層３ｂが前記圧縮歪を補償し、その結果前記光吸収層
３ａと歪補償層３ｂとよりなる構造単位を１００周期繰
り返しても、前記光吸収層３ａ中に欠陥が形成されるこ
とはない。
【００４８】その際、先にも説明したように本実施例で
は、前記歪補償層３ｂの厚さを前記光吸収層３ａの厚さ
よりも小さく設定し、さらに前記光吸収層３ａ中の圧縮
歪と膜厚の積が、前記歪補償層３ｂ中の引っ張り歪と膜
厚の積にほぼ等しくなるように、前記歪補償層３ｂ中の
引っ張り歪量を増加させる。かかる構成によれば、受光
層３中において光吸収に寄与しない歪補償層３ｂの膜厚
分が減少するため受光層３自体の全厚が減少し、入射光
により励起された電子とホールがそれぞれの電極に光電
流として到達する際の電流路が短縮される。換言する
と、本実施例の半導体受光装置３０は、光ファイバ通信
回線で使われる１０Ｇｂｉｔ／秒の高速光信号を検出す
るのに十分な、優れた高速応答特性を有する。
は、前記歪補償層３ｂの厚さを前記光吸収層３ａの厚さ
よりも小さく設定し、さらに前記光吸収層３ａ中の圧縮
歪と膜厚の積が、前記歪補償層３ｂ中の引っ張り歪と膜
厚の積にほぼ等しくなるように、前記歪補償層３ｂ中の
引っ張り歪量を増加させる。かかる構成によれば、受光
層３中において光吸収に寄与しない歪補償層３ｂの膜厚
分が減少するため受光層３自体の全厚が減少し、入射光
により励起された電子とホールがそれぞれの電極に光電
流として到達する際の電流路が短縮される。換言する
と、本実施例の半導体受光装置３０は、光ファイバ通信
回線で使われる１０Ｇｂｉｔ／秒の高速光信号を検出す
るのに十分な、優れた高速応答特性を有する。
【００４９】図３の受光層３０を形成する際には、先に
説明したＴＭＩｎ等のＩｎ原料，ＴＭＧａ等のＧａ原料
およびＡｓＨ3等のＡｓ原料を連続的に供給し、ＴＭＩ
ｎおよびＴＭＧａの割合を変化させることにより光吸収
層３ａと歪補償層３ｂを形成するのが好ましい。このよ
うにすることで結晶成長が層３ａ，３ｂの界面で中断さ
れることがなくなり、層３ａと層３ｂの間のヘテロ界面
にＣやＳｉ等のパイルアップするのが回避され、結晶性
の良好な受光層３０が得られる。 ［第２実施例］図４は、本発明の第２実施例による半導
体受光装置４０の構成を示す。ただし図４中、先に説明
した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説
明を省略する。
説明したＴＭＩｎ等のＩｎ原料，ＴＭＧａ等のＧａ原料
およびＡｓＨ3等のＡｓ原料を連続的に供給し、ＴＭＩ
ｎおよびＴＭＧａの割合を変化させることにより光吸収
層３ａと歪補償層３ｂを形成するのが好ましい。このよ
うにすることで結晶成長が層３ａ，３ｂの界面で中断さ
れることがなくなり、層３ａと層３ｂの間のヘテロ界面
にＣやＳｉ等のパイルアップするのが回避され、結晶性
の良好な受光層３０が得られる。 ［第２実施例］図４は、本発明の第２実施例による半導
体受光装置４０の構成を示す。ただし図４中、先に説明
した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説
明を省略する。
【００５０】図４を参照するに、本実施例では前記光吸
収層３ａの厚さを５０ｎｍ、あるいはそれ以上に設定
し、これに伴い前記歪補償層３ｂの厚さも１６．７ｎｍ
あるいはそれ以上に設定する。ただし本実施例では、前
記光吸収層３ａおよび歪補償層３ｂ中の歪量は、歪量と
膜厚の積が等しくなるように、それぞれ＋０．２％（圧
縮歪）および−０．６％（引っ張り歪）とされている。
前記光吸収層３ａの厚さが増大した分、超格子構造中に
おける層３ａおよび層３ｂの繰り返し回数は先の実施例
の場合に比べて減少しており、本実施例では２０周期と
なっている。
収層３ａの厚さを５０ｎｍ、あるいはそれ以上に設定
し、これに伴い前記歪補償層３ｂの厚さも１６．７ｎｍ
あるいはそれ以上に設定する。ただし本実施例では、前
記光吸収層３ａおよび歪補償層３ｂ中の歪量は、歪量と
膜厚の積が等しくなるように、それぞれ＋０．２％（圧
縮歪）および−０．６％（引っ張り歪）とされている。
前記光吸収層３ａの厚さが増大した分、超格子構造中に
おける層３ａおよび層３ｂの繰り返し回数は先の実施例
の場合に比べて減少しており、本実施例では２０周期と
なっている。
【００５１】図３の構成においては前記光吸収層３ａ
は、層３ａの厚さが１０ｎｍ程度であるため量子井戸を
形成する可能性があるが、本実施例によれば、前記光吸
収層３ａの厚さが５０ｎｍと先の実施例よりも大きくな
っているため、前記光吸収層３ａ中に量子井戸が形成さ
れることはない。量子井戸が形成されないため、前記光
吸収層３ａ中に量子準位が生じることもなく、このため
前記光吸収層３ａの吸収波長域が量子シフトにより短波
長側にずれる問題は生じない。 ［第３実施例］図５は本発明の第３実施例による半導体
受光装置５０の構成を示す。ただし図５中、先に説明し
た部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
は、層３ａの厚さが１０ｎｍ程度であるため量子井戸を
形成する可能性があるが、本実施例によれば、前記光吸
収層３ａの厚さが５０ｎｍと先の実施例よりも大きくな
っているため、前記光吸収層３ａ中に量子井戸が形成さ
れることはない。量子井戸が形成されないため、前記光
吸収層３ａ中に量子準位が生じることもなく、このため
前記光吸収層３ａの吸収波長域が量子シフトにより短波
長側にずれる問題は生じない。 ［第３実施例］図５は本発明の第３実施例による半導体
受光装置５０の構成を示す。ただし図５中、先に説明し
た部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】図５を参照するに、半導体受光装置５０は
先に説明した半導体受光装置４０に似た構成を有する
が、本実施例では前記受光層３中において、歪補償層３
ｂに隣接する光吸収層３ａの界面のうち、基板７と反対
の側、すなわちｐ型拡散領域８の側の界面に、光吸収層
３ａと歪補償層３ｂの中間的なバンドギャップを有する
ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる中間層３ｃを挿入する。かか
る中間層３ｃとしては、例えば無歪組成のＩｎＧａＡｓ
を使ってもよい。
先に説明した半導体受光装置４０に似た構成を有する
が、本実施例では前記受光層３中において、歪補償層３
ｂに隣接する光吸収層３ａの界面のうち、基板７と反対
の側、すなわちｐ型拡散領域８の側の界面に、光吸収層
３ａと歪補償層３ｂの中間的なバンドギャップを有する
ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる中間層３ｃを挿入する。かか
る中間層３ｃとしては、例えば無歪組成のＩｎＧａＡｓ
を使ってもよい。
【００５３】先の実施例では、受光層３中において光吸
収層３ａと歪補償層３ｂとを交互に積層した場合、全体
として歪補償はなされるが、前記光吸収層３ａと歪補償
層３ｂとの界面にバンドギャップ差は依然として存在す
る。このようなバンドギャップ差は前記層３ａ，３ｂを
横切って移動するキャリアをせき止めるように働き、そ
の結果層３ａと層３ｂの界面に沿って、キャリアが蓄積
してしまう問題が生じることがある。このようなキャリ
アのせき止めは、特に移動度の小さいホール電流におい
て顕著で、半導体受光装置の高速応答性が損なわれる原
因となる。
収層３ａと歪補償層３ｂとを交互に積層した場合、全体
として歪補償はなされるが、前記光吸収層３ａと歪補償
層３ｂとの界面にバンドギャップ差は依然として存在す
る。このようなバンドギャップ差は前記層３ａ，３ｂを
横切って移動するキャリアをせき止めるように働き、そ
の結果層３ａと層３ｂの界面に沿って、キャリアが蓄積
してしまう問題が生じることがある。このようなキャリ
アのせき止めは、特に移動度の小さいホール電流におい
て顕著で、半導体受光装置の高速応答性が損なわれる原
因となる。
【００５４】そこで本発明では、下側が光吸収層３ａで
上側が歪補償層３ｂとなる界面に前記中間層３ｃを挿入
し、層３ａと層３ｂとの間のバンドギャップ差を緩和す
る。また、かかる中間層３ｃを、図５に示すように上側
の歪補償層３ｂに接する側において引っ張り歪を生じ、
下側の光吸収層３ａに接する側において圧縮歪を生じる
ように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方向に漸移的に変化
させたグレーデッド組成層とし、多層構造としてもよ
い。
上側が歪補償層３ｂとなる界面に前記中間層３ｃを挿入
し、層３ａと層３ｂとの間のバンドギャップ差を緩和す
る。また、かかる中間層３ｃを、図５に示すように上側
の歪補償層３ｂに接する側において引っ張り歪を生じ、
下側の光吸収層３ａに接する側において圧縮歪を生じる
ように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方向に漸移的に変化
させたグレーデッド組成層とし、多層構造としてもよ
い。
【００５５】さらに、図示は省略するが、このような中
間層３ｃを、下側が歪補償層３ｂで上側が光吸収層３ａ
となる界面に挿入してもよい。このような構成によれ
ば、電子電流が層３ａと層３ｂとの間の界面でせき止め
られる問題が軽減される。この場合には、前記中間層３
ｃの組成を、上側の光吸収層３ａに接する側において圧
縮歪を生じ、下側の歪補償層３ｂに接する側において引
っ張り歪を生じるように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方
向に漸移的に変化させるのが好ましい。
間層３ｃを、下側が歪補償層３ｂで上側が光吸収層３ａ
となる界面に挿入してもよい。このような構成によれ
ば、電子電流が層３ａと層３ｂとの間の界面でせき止め
られる問題が軽減される。この場合には、前記中間層３
ｃの組成を、上側の光吸収層３ａに接する側において圧
縮歪を生じ、下側の歪補償層３ｂに接する側において引
っ張り歪を生じるように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方
向に漸移的に変化させるのが好ましい。
【００５６】なお、本発明による歪超格子構造の受光層
は、ＰＩＮ型フォトダイオードに限定されるものではな
く、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）に対して
も適用が可能である。
は、ＰＩＮ型フォトダイオードに限定されるものではな
く、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）に対して
も適用が可能である。
【００５７】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば、１６２０ｎｍ帯域に感
度を有する高速半導体受光装置を実現することができ
る。
度を有する高速半導体受光装置を実現することができ
る。
【図１】従来の半導体受光装置の構成を示す図である。
【図２】従来の半導体受光装置の一部を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明する図である。
【図４】本発明の原理を説明する別の図である。
【図５】本発明の原理を説明するさらに別の図である。
【図６】本発明の原理を説明するさらに別の図である。
【図７】本発明の第１実施例による半導体受光装置の一
部を示す図である。
部を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例による半導体受光装置の一
部を示す図である。
部を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例による半導体受光装置の一
部を示す図である。
部を示す図である。
１、２１，２３ コンタクト層 ２ クラッド層 ３，２１ 受光層 ３ａ 光吸収層 ３ｂ 歪補償層 ３ｃ 中間層 ４ 第２バッファ層 ５ エッチングストッパ層 ６ 第１バッファ層 ７ 基板 ７Ａ 集光レンズ ８ ｐ型拡散領域 ９ ｐ側電極 １０ ｎ側電極 １１ 基板 １２ 歪超格子構造 １２Ａ 光吸収層 １２Ｂ 歪補償層 １２Ｕ 構造単位 １３ キャップ層 ２０，３０，４０，５０ 半導体受光装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月１３日（２００１．６．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】かかる構成のＰＩＮフォトダイオード２０
では、前記ＩｎＰ基板７の下面に入射した入射光はレン
ズ７Ａにより受光層３に集光され、その結果かかる受光
層３の領域においてキャリアが励起され、前記受光層３
は光吸収層として作用する。励起されたキャリアは、極
性によりｐ側電極９あるいはｎ側電極１０へと流れ、光
電流に変換される。
では、前記ＩｎＰ基板７の下面に入射した入射光はレン
ズ７Ａにより受光層３に集光され、その結果かかる受光
層３の領域においてキャリアが励起され、前記受光層３
は光吸収層として作用する。励起されたキャリアは、極
性によりｐ側電極９あるいはｎ側電極１０へと流れ、光
電流に変換される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】これに対し、従来より特開平７−７４３８
１号公報あるいは特開昭６２−３５６８２号公報に、受
光層３を光吸収層と、前記光吸収層に隣接して設けら
れ、逆歪（今の場合は引っ張り歪）を蓄積した歪補償層
とにより構成し、圧縮歪を受ける光吸収層３と引っ張り
歪を有する歪補償層とで、受光層全体として基板７から
作用する応力を相殺する構成が提案されている。かかる
構成によれば、前記光吸収層３と歪補償層とを交互に繰
り返し形成することにより、前記光吸収層３に対して十
分な層膜厚を確保することができる。例えば前記特開平
７−７４３８１号公報には、図２に示すように、引っ張
り歪を蓄積したＩｎ0.53-xＧａ0.47+xＰ層２１ａと圧縮
歪を蓄積したＩｎ0.53+xＧａ0.47-xＰ層２１ｂとを繰り
返し積層した超格子構造を有する光吸収層２１が開示さ
れている。図２の例では、前記光吸収層２１は下側のｎ
型ＩｎＰコンタクト層２２と上側のｐ型ＩｎＰコンタク
ト層２３との間に挟持される。また、前記特開昭６２−
３５６８２号公報では、ＧａＡｓ基板を使い、厚さが１
０ｎｍのＧａＡｓ層と厚さが１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層
とを交互に積層して光吸収層を形成する構成が開示され
ている。
１号公報あるいは特開昭６２−３５６８２号公報に、受
光層３を光吸収層と、前記光吸収層に隣接して設けら
れ、逆歪（今の場合は引っ張り歪）を蓄積した歪補償層
とにより構成し、圧縮歪を受ける光吸収層３と引っ張り
歪を有する歪補償層とで、受光層全体として基板７から
作用する応力を相殺する構成が提案されている。かかる
構成によれば、前記光吸収層３と歪補償層とを交互に繰
り返し形成することにより、前記光吸収層３に対して十
分な層膜厚を確保することができる。例えば前記特開平
７−７４３８１号公報には、図２に示すように、引っ張
り歪を蓄積したＩｎ0.53-xＧａ0.47+xＰ層２１ａと圧縮
歪を蓄積したＩｎ0.53+xＧａ0.47-xＰ層２１ｂとを繰り
返し積層した超格子構造を有する光吸収層２１が開示さ
れている。図２の例では、前記光吸収層２１は下側のｎ
型ＩｎＰコンタクト層２２と上側のｐ型ＩｎＰコンタク
ト層２３との間に挟持される。また、前記特開昭６２−
３５６８２号公報では、ＧａＡｓ基板を使い、厚さが１
０ｎｍのＧａＡｓ層と厚さが１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層
とを交互に積層して光吸収層を形成する構成が開示され
ている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】前記光吸収層１２Ａが＋εｗ％の圧縮歪
を、また前記歪補償層１２Ｂが−εｂ％の引張り歪をそ
れぞれ蓄積する場合、前記光吸収層１２Ａの厚さをｌ
ｗ、前記歪補償層１２Ｂの厚さをｌｂとすると、歪緩和
防止のため、前記膜厚ｌｗ，ｌｂおよび前記歪量εｗ，
εｂは、関係式 εｗ・Ｌｗ＝εｂ・Ｌｂ （１） が成立するように設定される。ただしＬｗおよびＬｂ
は、前記構造単位１２をｎ回繰り返した場合の前記光吸
収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合計の厚さをそれぞ
れ示しており、前記膜厚ｌｗおよびｌｂを使って、それ
ぞれＬｗ＝ｎ・ｌｗ，Ｌｂ＝ｎ・ｌｂで表される。
を、また前記歪補償層１２Ｂが−εｂ％の引張り歪をそ
れぞれ蓄積する場合、前記光吸収層１２Ａの厚さをｌ
ｗ、前記歪補償層１２Ｂの厚さをｌｂとすると、歪緩和
防止のため、前記膜厚ｌｗ，ｌｂおよび前記歪量εｗ，
εｂは、関係式 εｗ・Ｌｗ＝εｂ・Ｌｂ （１） が成立するように設定される。ただしＬｗおよびＬｂ
は、前記構造単位１２をｎ回繰り返した場合の前記光吸
収層１２Ａおよび歪補償層１２Ｂの合計の厚さをそれぞ
れ示しており、前記膜厚ｌｗおよびｌｂを使って、それ
ぞれＬｗ＝ｎ・ｌｗ，Ｌｂ＝ｎ・ｌｂで表される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】ところで、このような歪補償層中の歪量を
増大させた構造では、光吸収層と歪補償層との間のバン
ドギャップ差が増大し、量子シフトにより光吸収層の吸
収波長域が短波長側にシフトしてしまう可能性があるた
め、本発明では前記光吸収層の厚さを、量子シフトがほ
とんど生じない５０ｎｍ以上の厚さに設定することが好
ましい。あるいは量子シフトを制御して、前記光吸収層
の吸収波長域が−４０°Ｃで１６２０ｎｍ帯域をカバー
するように、光吸収層の厚さを設定してもよい。
増大させた構造では、光吸収層と歪補償層との間のバン
ドギャップ差が増大し、量子シフトにより光吸収層の吸
収波長域が短波長側にシフトしてしまう可能性があるた
め、本発明では前記光吸収層の厚さを、量子シフトがほ
とんど生じない５０ｎｍ以上の厚さに設定することが好
ましい。あるいは量子シフトを制御して、前記光吸収層
の吸収波長域が−４０°Ｃで１６２０ｎｍ帯域をカバー
するように、光吸収層の厚さを設定してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】さらに、本発明では光吸収層と歪補償層と
の間のバンドギャップ差に起因して、光吸収層と歪補償
層との界面近傍にキャリアがせき止められる現象を解消
するため、前記光吸収層と歪補償層との間に、中間的な
バンドギャップを有する中間層を介在させる。かかる中
間層を設けることにより、前記界面におけるキャリア蓄
積に起因する光電流、特にホール電流の減少が回避さ
れ、またキャリア溜りによるキャパシタンスが減少す
る。このため、優れた高速応答特性が確保される。かか
る中間層は、前記光吸収層が歪補償層と接する界面のう
ち、ホールが蓄積しやすい、ｐ型領域が形成されている
側の界面に形成するのが特に効果的である。前記中間層
は、バンドギャップが漸移的に変化するように、厚さ方
向に組成が漸移的に変化するものであってもよい。その
際、前記中間層の組成を、歪補償層との界面において引
っ張り歪が蓄積され、光吸収層との界面において圧縮歪
が蓄積されるように変化させることにより、移動度の小
さいホール電流がせき止められる問題が効果的に軽減さ
れ、優れた応答特性が確保される。
の間のバンドギャップ差に起因して、光吸収層と歪補償
層との界面近傍にキャリアがせき止められる現象を解消
するため、前記光吸収層と歪補償層との間に、中間的な
バンドギャップを有する中間層を介在させる。かかる中
間層を設けることにより、前記界面におけるキャリア蓄
積に起因する光電流、特にホール電流の減少が回避さ
れ、またキャリア溜りによるキャパシタンスが減少す
る。このため、優れた高速応答特性が確保される。かか
る中間層は、前記光吸収層が歪補償層と接する界面のう
ち、ホールが蓄積しやすい、ｐ型領域が形成されている
側の界面に形成するのが特に効果的である。前記中間層
は、バンドギャップが漸移的に変化するように、厚さ方
向に組成が漸移的に変化するものであってもよい。その
際、前記中間層の組成を、歪補償層との界面において引
っ張り歪が蓄積され、光吸収層との界面において圧縮歪
が蓄積されるように変化させることにより、移動度の小
さいホール電流がせき止められる問題が効果的に軽減さ
れ、優れた応答特性が確保される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】
【発明の実施の形態】［第１実施例］図７は、本発明の
第１実施例による半導体受光装置３０の構成を示す。た
だし図３中、先に図１で説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
第１実施例による半導体受光装置３０の構成を示す。た
だし図３中、先に図１で説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】図７を参照するに、本実施例の半導体受光
装置３０は先に図１で説明した従来の前記半導体受光装
置２０と同様な構成を有するが、前記受光層３が、厚さ
が２０ｎｍで＋０．４％の圧縮歪を蓄積したＩｎＧａＡ
ｓよりなる光吸収層３ａと厚さが１０ｎｍで−０．８％
の引っ張り歪を蓄積したＩｎＧａＡｓよりなる歪補償層
３ｂとを繰り返し、４０周期にわたり積層した超格子構
造により置き換えられている。
装置３０は先に図１で説明した従来の前記半導体受光装
置２０と同様な構成を有するが、前記受光層３が、厚さ
が２０ｎｍで＋０．４％の圧縮歪を蓄積したＩｎＧａＡ
ｓよりなる光吸収層３ａと厚さが１０ｎｍで−０．８％
の引っ張り歪を蓄積したＩｎＧａＡｓよりなる歪補償層
３ｂとを繰り返し、４０周期にわたり積層した超格子構
造により置き換えられている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】さらに前記ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
とその下のＩｎＰクラッド層２中に、Ｚｎの拡散工程に
より前記ｐ型拡散領域を、径が約２０μｍで深さが約１
μｍの円形形状となるように形成し、前記化合物半導体
層１〜４を前記ＩｎＧａＡｓＰ層５をエッチングストッ
パとしてエッチングすることにより、前記ＩｎＧａＡｓ
Ｐエッチングストッパ層５上に前記メサ構造が形成され
る。
とその下のＩｎＰクラッド層２中に、Ｚｎの拡散工程に
より前記ｐ型拡散領域を、径が約２０μｍで深さが約１
μｍの円形形状となるように形成し、前記化合物半導体
層１〜４を前記ＩｎＧａＡｓＰ層５をエッチングストッ
パとしてエッチングすることにより、前記ＩｎＧａＡｓ
Ｐエッチングストッパ層５上に前記メサ構造が形成され
る。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】図７の受光層３０を形成する際には、先に
説明したＴＭＩｎ等のＩｎ原料，ＴＥＧａやＴＭＧａ等
のＧａ原料およびＡｓＨ3等のＡｓ原料を連続的に供給
し、ＴＭＩｎおよびＴＭＧａ等の割合を変化させること
により光吸収層３ａと歪補償層３ｂを形成するのが好ま
しい。このようにすることで結晶成長が層３ａ，３ｂの
界面で中断されることがなくなり、層３ａと層３ｂの間
のヘテロ界面にＣやＳｉ等のパイルアップするのが回避
され、結晶性の良好な受光層３０が得られる。 ［第２実施例］図８は、本発明の第２実施例による半導
体受光装置４０の構成を示す。ただし図８中、先に説明
した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説
明を省略する。
説明したＴＭＩｎ等のＩｎ原料，ＴＥＧａやＴＭＧａ等
のＧａ原料およびＡｓＨ3等のＡｓ原料を連続的に供給
し、ＴＭＩｎおよびＴＭＧａ等の割合を変化させること
により光吸収層３ａと歪補償層３ｂを形成するのが好ま
しい。このようにすることで結晶成長が層３ａ，３ｂの
界面で中断されることがなくなり、層３ａと層３ｂの間
のヘテロ界面にＣやＳｉ等のパイルアップするのが回避
され、結晶性の良好な受光層３０が得られる。 ［第２実施例］図８は、本発明の第２実施例による半導
体受光装置４０の構成を示す。ただし図８中、先に説明
した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説
明を省略する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】図８を参照するに、本実施例では前記光吸
収層３ａの厚さを５０ｎｍ、あるいはそれ以上に設定
し、これに伴い前記歪補償層３ｂの厚さも１６．７ｎｍ
あるいはそれ以上に設定する。ただし本実施例では、前
記光吸収層３ａおよび歪補償層３ｂ中の歪量は、歪量と
膜厚の積が等しくなるように、それぞれ＋０．２％（圧
縮歪）および−０．６％（引っ張り歪）とされている。
前記光吸収層３ａの厚さが増大した分、超格子構造中に
おける層３ａおよび層３ｂの繰り返し回数は先の実施例
の場合に比べて減少しており、本実施例では２０周期と
なっている。
収層３ａの厚さを５０ｎｍ、あるいはそれ以上に設定
し、これに伴い前記歪補償層３ｂの厚さも１６．７ｎｍ
あるいはそれ以上に設定する。ただし本実施例では、前
記光吸収層３ａおよび歪補償層３ｂ中の歪量は、歪量と
膜厚の積が等しくなるように、それぞれ＋０．２％（圧
縮歪）および−０．６％（引っ張り歪）とされている。
前記光吸収層３ａの厚さが増大した分、超格子構造中に
おける層３ａおよび層３ｂの繰り返し回数は先の実施例
の場合に比べて減少しており、本実施例では２０周期と
なっている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】図７の構成においては前記光吸収層３ａ
は、層３ａの厚さが１０ｎｍ程度であるため量子井戸を
形成する可能性があるが、本実施例によれば、前記光吸
収層３ａの厚さが５０ｎｍと先の実施例よりも大きくな
っているため、前記光吸収層３ａ中に量子井戸が形成さ
れることはない。量子井戸が形成されないため、前記光
吸収層３ａ中に量子準位が生じることもなく、このため
前記光吸収層３ａの吸収波長域が量子シフトにより短波
長側にずれる問題は生じない。 ［第３実施例］図９は本発明の第３実施例による半導体
受光装置５０の構成を示す。ただし図９中、先に説明し
た部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
は、層３ａの厚さが１０ｎｍ程度であるため量子井戸を
形成する可能性があるが、本実施例によれば、前記光吸
収層３ａの厚さが５０ｎｍと先の実施例よりも大きくな
っているため、前記光吸収層３ａ中に量子井戸が形成さ
れることはない。量子井戸が形成されないため、前記光
吸収層３ａ中に量子準位が生じることもなく、このため
前記光吸収層３ａの吸収波長域が量子シフトにより短波
長側にずれる問題は生じない。 ［第３実施例］図９は本発明の第３実施例による半導体
受光装置５０の構成を示す。ただし図９中、先に説明し
た部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】そこで本発明では、下側が光吸収層３ａで
上側が歪補償層３ｂとなる界面に前記中間層３ｃを挿入
し、層３ａと層３ｂとの間のバンドギャップ差を緩和す
る。また、かかる中間層３ｃを、図９に示すように上側
の歪補償層３ｂに接する側において引っ張り歪を生じ、
下側の光吸収層３ａに接する側において圧縮歪を生じる
ように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方向に漸移的に変化
させたグレーデッド組成層とし、多層構造としてもよ
い。
上側が歪補償層３ｂとなる界面に前記中間層３ｃを挿入
し、層３ａと層３ｂとの間のバンドギャップ差を緩和す
る。また、かかる中間層３ｃを、図９に示すように上側
の歪補償層３ｂに接する側において引っ張り歪を生じ、
下側の光吸収層３ａに接する側において圧縮歪を生じる
ように、ＩｎおよびＧａ組成を膜厚方向に漸移的に変化
させたグレーデッド組成層とし、多層構造としてもよ
い。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA05 AA11 BA08 BA11 BA25 BA51 CA04 FA10 JA01 JA06 JA20 LA11 5F045 AA04 AB12 AB17 AB18 AC01 AC08 AC19 AD10 AF04 BB16 CA13 DA53 HA22 5F049 MA01 MB07 NA07 NB01 PA04 PA14 QA16 SS04 WA01
Claims (13)
- 【請求項１】 第１の導電型の半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられた受光層と、 前記受光層の一部に形成された第２の導電型の領域と、 前記受光層に対して、前記第２の導電型の領域を介して
厚さ方向に電界を印加する電極手段とを備え、 前記受光層は、圧縮歪を蓄積し、所定波長の光を吸収す
る第１の半導体層と、引っ張り歪を蓄積し、前記第１の
半導体層よりも薄い第２の半導体層とを含み、前記第１
の半導体層と前記第２の半導体層とは、前記受光層中に
おいて交互に繰り返されることを特徴とする半導体受光
装置。 - 【請求項２】 前記第１の半導体層は０．２％以上、
０．６％以下の歪を有することを特徴とする請求項１記
載の半導体受光装置。 - 【請求項３】 前記第１の半導体層は、５０ｎｍ以上の
厚さを有することを特徴とする請求項１記載の半導体受
光装置。 - 【請求項４】 前記第２の半導体層は、εを前記第１の
半導体層の歪量（％）、Ｌを交互に繰り返された前記第
１の半導体層と前記第２の半導体層との総和（μｍ）と
して、第１の半導体層と第２の半導体層との和の（０．
９×Ｌ1/4×ε）倍以下の厚さを有することを特徴とす
る請求項１〜２のうち、いずれか一項記載の半導体受光
装置。 - 【請求項５】 前記第２の半導体層は、前記第１の半導
体層の厚さの１／２以下の厚さを有することを特徴とす
る請求項３記載の半導体受光装置。 - 【請求項６】 前記第１の半導体層と前記第２の半導体
層とは、いずれも三元化合物半導体よりなることを特徴
とする請求項１記載の半導体受光装置。 - 【請求項７】 前記基板はｎ型ＩｎＰよりなり、前記第
１および第２の半導体層はｎ型ＩｎＧａＡｓよりなるこ
とを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載
の半導体受光装置。 - 【請求項８】 前記第１の半導体層と前記第２の半導体
層との間に、さらに前記第１の半導体層と前記第２の半
導体層の中間のバンドギャップを与える組成の中間層を
設けたことを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか
一項記載の半導体受光装置。 - 【請求項９】 前記中間層は、前記第１の半導体層が前
記第２の半導体層に接する界面のうち、前記第２の導電
型の領域の側の界面に形成されることを特徴とする請求
項８記載の半導体受光装置。 - 【請求項１０】 前記中間層は組成が前記第１の半導体
層と前記第２の半導体層との間において、膜厚方向に漸
移的に変化することを特徴とする請求項８または９記載
の半導体受光装置。 - 【請求項１１】 前記中間層は、前記第２の半導体層に
接する側において引っ張り歪を蓄積し、前記第１の半導
体層に接する側において圧縮歪を蓄積するように組成を
変化させることを特徴とする請求項１０記載の半導体受
光装置。 - 【請求項１２】 半導体基板上に、前記基板とは格子定
数の異なる三元化合物からなり圧縮歪を有する第１の半
導体層と、前記基板とは格子定数の異なる三元化合物か
らなり引っ張り歪を有する第２の半導体層とを、成長ガ
スの供給を中断することなく、連続的に流量変化させる
ことで交互に、繰り返し形成し、受光層を形成する工程
と、 前記受光層上に、前記受光層の厚さ方向に電界を印加す
る電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体
受光装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記第１の半導体層と前記第２の半導
体層とを形成する工程は、ＭＯＶＰＥ法を使い、有機金
属原料の流量を連続的に変化させることにより、前記第
１の半導体層と前記第２の半導体層とを交互に繰り返し
形成する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の
半導体受光装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000301489A JP3652977B2 (ja) | 2000-06-06 | 2000-09-29 | 半導体受光装置およびその製造方法 |
| US09/873,264 US7081639B2 (en) | 2000-06-06 | 2001-06-05 | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof |
| DE60109520T DE60109520T2 (de) | 2000-06-06 | 2001-06-06 | Halbleiterphotodetektor und sein Herstellungsverfahren |
| EP01304933A EP1162667B1 (en) | 2000-06-06 | 2001-06-06 | Semiconductor photodetector and fabrication process thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-169448 | 2000-06-06 | ||
| JP2000169448 | 2000-06-06 | ||
| JP2000301489A JP3652977B2 (ja) | 2000-06-06 | 2000-09-29 | 半導体受光装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002064217A true JP2002064217A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3652977B2 JP3652977B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=26593424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000301489A Expired - Lifetime JP3652977B2 (ja) | 2000-06-06 | 2000-09-29 | 半導体受光装置およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7081639B2 (ja) |
| EP (1) | EP1162667B1 (ja) |
| JP (1) | JP3652977B2 (ja) |
| DE (1) | DE60109520T2 (ja) |
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| WO2012114849A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子およびその製造方法 |
| JP2016076688A (ja) * | 2014-06-10 | 2016-05-12 | エスピーティーエス テクノロジーズ リミティド | 基板 |
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| WO2011008979A2 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | Lockheed Martin Corporation | Strain-balanced extended-wavelength barrier detector |
| JP2011035114A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Renesas Electronics Corp | メサ型フォトダイオード及びその製造方法 |
| JP5414415B2 (ja) * | 2009-08-06 | 2014-02-12 | 株式会社日立製作所 | 半導体受光素子及びその製造方法 |
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Family Cites Families (21)
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