JP2508023B2 - 半導体受光素子の製造方法 - Google Patents
半導体受光素子の製造方法Info
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- JP2508023B2 JP2508023B2 JP61243640A JP24364086A JP2508023B2 JP 2508023 B2 JP2508023 B2 JP 2508023B2 JP 61243640 A JP61243640 A JP 61243640A JP 24364086 A JP24364086 A JP 24364086A JP 2508023 B2 JP2508023 B2 JP 2508023B2
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- semiconductor layer
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体受光素子に関し、特に１〜1.6μｍ帯
領域において高性能を有するアバランシェ増倍型受光素
子に関するものである。
領域において高性能を有するアバランシェ増倍型受光素
子に関するものである。
従来、１〜1.6μｍ帯の光通信用半導体受光素子とし
てInP基板上に格子整合したIn0.53Ga0.47As層（以下InG
aAs層と略す）を光吸収層とする受光素子や光伝導素子
が知られている。
てInP基板上に格子整合したIn0.53Ga0.47As層（以下InG
aAs層と略す）を光吸収層とする受光素子や光伝導素子
が知られている。
特に、この中でアバランシェ増倍型受光素子は、アバ
ランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答を有
する点で長距離光通信用として注目されている。
ランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答を有
する点で長距離光通信用として注目されている。
第４図は、従来のアバランシェ増倍型受光素子の一般
的な構造例を示す断面図である。ここで、層構造として
はｎ型InP基板１上に、ｎ型InPバッファ層2,n型InGaAs
光吸収層3,n型InP増倍層5,n型InPキャップ層６から成り
立っている。この様な層構造において受光部であるＰ型
領域7,ガードリンク部であるＰ型領域８を図の様に形成
する事によってアバランシェ増倍型受光素子の基本構造
が得られる。
的な構造例を示す断面図である。ここで、層構造として
はｎ型InP基板１上に、ｎ型InPバッファ層2,n型InGaAs
光吸収層3,n型InP増倍層5,n型InPキャップ層６から成り
立っている。この様な層構造において受光部であるＰ型
領域7,ガードリンク部であるＰ型領域８を図の様に形成
する事によってアバランシェ増倍型受光素子の基本構造
が得られる。
基本的な原理としては、入射光が光吸収層InGaAs層３
で吸収される事により電子と正孔が発生し、逆電界によ
り正孔がInP増倍層５に注入され、さらにイオン化によ
るアバランシェ増倍により内部利得が得られることにな
る。
で吸収される事により電子と正孔が発生し、逆電界によ
り正孔がInP増倍層５に注入され、さらにイオン化によ
るアバランシェ増倍により内部利得が得られることにな
る。
上述した従来のアバランシェ増倍型受光素子の光応答
特性に影響を与えるものとして、InGaAs層３とInP層５
の価電子帯側の大きな不連続性（エネルギーにして0.38
5eV程度）がある。これは、光吸収層で発生した正孔がI
nP増倍層に注入される場合に界面近傍でトラップされ光
応答において遅い成分となる。この為、一般的にはInGa
As層３とInP層５の間にInGaAsP層４をはさむことにより
価電子帯の不連続性を緩和する工夫がなされ、例えば、
アイイーイーイー・エレクトロン・デバイス・レターズ
（IEEE.Electron Device Lett.）1986,７,pp257〜258
に発表されているが、この場合も十分な効果が期待でき
ない。理想的には、除々にバンド構造がInGaAsからInP
にかかるInxGa1-xAsyP1-y変成層を介在させる事が望ま
れる。しかしながら、結晶成長の問題上格子整合した高
品質な層を形成する事は不可能である。
特性に影響を与えるものとして、InGaAs層３とInP層５
の価電子帯側の大きな不連続性（エネルギーにして0.38
5eV程度）がある。これは、光吸収層で発生した正孔がI
nP増倍層に注入される場合に界面近傍でトラップされ光
応答において遅い成分となる。この為、一般的にはInGa
As層３とInP層５の間にInGaAsP層４をはさむことにより
価電子帯の不連続性を緩和する工夫がなされ、例えば、
アイイーイーイー・エレクトロン・デバイス・レターズ
（IEEE.Electron Device Lett.）1986,７,pp257〜258
に発表されているが、この場合も十分な効果が期待でき
ない。理想的には、除々にバンド構造がInGaAsからInP
にかかるInxGa1-xAsyP1-y変成層を介在させる事が望ま
れる。しかしながら、結晶成長の問題上格子整合した高
品質な層を形成する事は不可能である。
本発明の目的は、これらの問題点を解決して、InGaAs
光吸収層とInP増倍層の間に、大きなバンド不連続性が
生じない変成層を設け、キャリアのトラップが起きにく
く、高速応答が可能な半導体受光素子を提供することに
ある。
光吸収層とInP増倍層の間に、大きなバンド不連続性が
生じない変成層を設け、キャリアのトラップが起きにく
く、高速応答が可能な半導体受光素子を提供することに
ある。
本発明の半導体受光素子の製造方法は、半導体基板上
に光吸収層となる第１の半導体層を形成する工程と、前
記第１の半導体層の上に形成してアバランシェ増倍層と
なる第２の半導体層と同じ組成の第３の半導体層及び前
記第１の半導体層と同じ組成の第４の半導体層を交互に
積層して構成した超格子構造を前記第１の半導体層の上
面に接して形成する工程と、前記超格子構造の上面に接
して前記第２の半導体層を形成する工程と、熱処理によ
り前記超格子構造の組成を相互拡散させ前記光吸収層と
前記アバランシェ増倍層との界面で価電子帯及び伝導帯
が連続的に変化するバンド構造の変成層を形成する工程
とを含んで構成される。
に光吸収層となる第１の半導体層を形成する工程と、前
記第１の半導体層の上に形成してアバランシェ増倍層と
なる第２の半導体層と同じ組成の第３の半導体層及び前
記第１の半導体層と同じ組成の第４の半導体層を交互に
積層して構成した超格子構造を前記第１の半導体層の上
面に接して形成する工程と、前記超格子構造の上面に接
して前記第２の半導体層を形成する工程と、熱処理によ
り前記超格子構造の組成を相互拡散させ前記光吸収層と
前記アバランシェ増倍層との界面で価電子帯及び伝導帯
が連続的に変化するバンド構造の変成層を形成する工程
とを含んで構成される。
本発明は、上述の手段をとることにより、従来技術の
問題点を解決した。本発明では、InPとInGaAs（Ｐ）層
の超格子構造において相互拡散が650℃以上で顕著であ
ることを見いだした。これに注目して、InGaAs光吸収層
とInP増倍層の界面にInGaAs層とInP層からなる超格子構
造を介在させ、さらに650℃以上の高温熱処理を行って
いる。
問題点を解決した。本発明では、InPとInGaAs（Ｐ）層
の超格子構造において相互拡散が650℃以上で顕著であ
ることを見いだした。これに注目して、InGaAs光吸収層
とInP増倍層の界面にInGaAs層とInP層からなる超格子構
造を介在させ、さらに650℃以上の高温熱処理を行って
いる。
これにより、InGaAs層とInP層からなる超格子構造の
近傍でIn,Ga,As,P等の原子種の相互拡散が生じ、組成が
InGaAsからInPに変わるInxGa1-xAsyP1-y変成層が実現で
きる。特に超格子構造の層厚としては、InGaAs光吸収層
に近い領域ではInGaAs層厚＞InP層厚、InP増倍層に近い
領域ではInP層厚＞InGaAs層厚とした方が理想に近いバ
ンド構造の変成層が得られる事が、予想される。この様
子を第３図に示す。この為、InP増倍層に注入される正
孔が大きなバンド不連続性を感じる事がないので、高速
な光応答特性が可能になる。
近傍でIn,Ga,As,P等の原子種の相互拡散が生じ、組成が
InGaAsからInPに変わるInxGa1-xAsyP1-y変成層が実現で
きる。特に超格子構造の層厚としては、InGaAs光吸収層
に近い領域ではInGaAs層厚＞InP層厚、InP増倍層に近い
領域ではInP層厚＞InGaAs層厚とした方が理想に近いバ
ンド構造の変成層が得られる事が、予想される。この様
子を第３図に示す。この為、InP増倍層に注入される正
孔が大きなバンド不連続性を感じる事がないので、高速
な光応答特性が可能になる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。第１図は、本発明の実施例によるアバランシェ
増倍型受光素子を示す断面図である。構造としては、ｎ
型InP基板１上に、ｎ型InPバッファ層２、ｎ型InGaAs光
吸収層３、ｎ型InP増倍層５、ｎ型InPキャップ層６から
成り立っており、さらに光吸収層と増倍層の界面にはｎ
型InGaAs層12とｎ型InP層13とからなる超格子構造の熱
処理により相互拡散させたInxGa1-xAsyP1-y変成層14
（組成傾斜層）が介在している。本実施例では多成長室
を有するハイドライド気相成長法によって前述の超格子
構造ないしｎ型InPキャップ層６を含む層構造を形成
し、その後に燐圧雰囲気のもとで800℃、２時間の熱処
理を施し相互拡散によりInxGa1-xAsyP1-y変成層14を形
成し（この段階で、第１図に便宜上２点鎖線で表示した
超格子構造は組成傾斜層に変化している）、次いで受光
部であるＰ型領域7,ガードリング部であるＰ型領域８を
図の様に形成する事によってアバランシェ増倍型受光素
子を得ている。
明する。第１図は、本発明の実施例によるアバランシェ
増倍型受光素子を示す断面図である。構造としては、ｎ
型InP基板１上に、ｎ型InPバッファ層２、ｎ型InGaAs光
吸収層３、ｎ型InP増倍層５、ｎ型InPキャップ層６から
成り立っており、さらに光吸収層と増倍層の界面にはｎ
型InGaAs層12とｎ型InP層13とからなる超格子構造の熱
処理により相互拡散させたInxGa1-xAsyP1-y変成層14
（組成傾斜層）が介在している。本実施例では多成長室
を有するハイドライド気相成長法によって前述の超格子
構造ないしｎ型InPキャップ層６を含む層構造を形成
し、その後に燐圧雰囲気のもとで800℃、２時間の熱処
理を施し相互拡散によりInxGa1-xAsyP1-y変成層14を形
成し（この段階で、第１図に便宜上２点鎖線で表示した
超格子構造は組成傾斜層に変化している）、次いで受光
部であるＰ型領域7,ガードリング部であるＰ型領域８を
図の様に形成する事によってアバランシェ増倍型受光素
子を得ている。
第２図には、本実施例によるものと、従来例によるア
バランシェ増倍型受光素子の光応答周波数特性を示す。
いずれも、内部利得による増倍率を10倍に固定した状態
での測定である。これにより、従来例では〜3GHzまでの
帯域しか有さないが、本実施例では〜7GHzまでの帯域を
有している。
バランシェ増倍型受光素子の光応答周波数特性を示す。
いずれも、内部利得による増倍率を10倍に固定した状態
での測定である。これにより、従来例では〜3GHzまでの
帯域しか有さないが、本実施例では〜7GHzまでの帯域を
有している。
この様に、本発明により得られたアバランシェ増倍型
受光素子は、光応答の周波数特性について従来に比較し
改善されている事が判る。これは、本発明の超格子構造
を光吸収層と増倍層の界面に介在させ、更に熱処理をほ
どこすことによって、超格子構造の近傍で原子の相互拡
散が生じ、バンド構造の急峻な不連続性がなくなり、キ
ャリアのトラップを起きにくくなった為に、高速応答が
可能になったことによる。
受光素子は、光応答の周波数特性について従来に比較し
改善されている事が判る。これは、本発明の超格子構造
を光吸収層と増倍層の界面に介在させ、更に熱処理をほ
どこすことによって、超格子構造の近傍で原子の相互拡
散が生じ、バンド構造の急峻な不連続性がなくなり、キ
ャリアのトラップを起きにくくなった為に、高速応答が
可能になったことによる。
第１図は本発明の一実施によるアバランシェ増倍型受光
素子の断面図、第２図は、本発明の一実施例による第１
図に示したものと従来例のアバランシェ増倍型受光素子
の光応答周波数特性図、第３図は本発明の原理である、
超格子構造が介在した時の熱処理によるバンド構造の変
化を示す図、第４図は従来例によるアバランシェ増倍型
受光素子の構造を示す断面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InPバッファ層、３……
ｎ型InGaAs光吸収層、４………ｎ型InGaASP層、５……
ｎ型InP増倍層、６……ｎ型InPキャップ層、７……Ｐ型
受光領域、８……Ｐ型ガードリング領域、９……Ｐ側電
極、10……ｎ側電極、11……SiO2膜、12……ｎ型InGaAs
層、13……ｎ型InP層、14……ｎ型InGaAs層とｎ型InP層
の超格子構造を熱処理により相互拡散させたInxGa1-xAs
yP1-y変成層。
素子の断面図、第２図は、本発明の一実施例による第１
図に示したものと従来例のアバランシェ増倍型受光素子
の光応答周波数特性図、第３図は本発明の原理である、
超格子構造が介在した時の熱処理によるバンド構造の変
化を示す図、第４図は従来例によるアバランシェ増倍型
受光素子の構造を示す断面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InPバッファ層、３……
ｎ型InGaAs光吸収層、４………ｎ型InGaASP層、５……
ｎ型InP増倍層、６……ｎ型InPキャップ層、７……Ｐ型
受光領域、８……Ｐ型ガードリング領域、９……Ｐ側電
極、10……ｎ側電極、11……SiO2膜、12……ｎ型InGaAs
層、13……ｎ型InP層、14……ｎ型InGaAs層とｎ型InP層
の超格子構造を熱処理により相互拡散させたInxGa1-xAs
yP1-y変成層。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に光吸収層となる第１の半導
体層を形成する工程と、前記第１の半導体層の上に形成
してアバランシェ増倍層となる第２の半導体層と同じ組
成の第３の半導体層及び前記第１の半導体層と同じ組成
の第４の半導体層を交互に積層して構成した超格子構造
を前記第１の半導体層の上面に接して形成する工程と、
前記超格子構造の上面に接して前記第２の半導体層を形
成する工程と、熱処理により前記超格子構造の組成を相
互拡散させ前記光吸収層と前記アバランシェ増倍層との
界面で価電子帯及び伝導帯が連続的に変化するバンド構
造の変成層を形成する工程とを含むことを特徴とする半
導体受光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243640A JP2508023B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243640A JP2508023B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6396970A JPS6396970A (ja) | 1988-04-27 |
| JP2508023B2 true JP2508023B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17106827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61243640A Expired - Lifetime JP2508023B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508023B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2583577B1 (fr) * | 1985-06-18 | 1987-08-07 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un dispositif photodetecteur semi-conducteur a avalanche et dispositif ainsi realise |
-
1986
- 1986-10-13 JP JP61243640A patent/JP2508023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6396970A (ja) | 1988-04-27 |
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