JP2685703B2 - 半導体光検出器およびその製造方法 - Google Patents
半導体光検出器およびその製造方法Info
- Publication number
- JP2685703B2 JP2685703B2 JP5003050A JP305093A JP2685703B2 JP 2685703 B2 JP2685703 B2 JP 2685703B2 JP 5003050 A JP5003050 A JP 5003050A JP 305093 A JP305093 A JP 305093A JP 2685703 B2 JP2685703 B2 JP 2685703B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- photodetector
- junction
- type
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には半導体内に
ｐｎ接合を設けて形成した半導体光検出器およびその製
造方法に関し、さらに具体的には静電容量と寄生抵抗と
を同時に低減しうる構造に特徴を有する高速応答可能な
半導体光検出器およびその製造方法に関するものであ
る。
ｐｎ接合を設けて形成した半導体光検出器およびその製
造方法に関し、さらに具体的には静電容量と寄生抵抗と
を同時に低減しうる構造に特徴を有する高速応答可能な
半導体光検出器およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な半導体光検出器は、信号
光波長1.５５μｍの導波路型光検出器を例にとると、図
３に示す様に低キャリア濃度の光吸収層２０３（図３の
場合はノンドープＩｎＧａＡｓ）の上下にｐ型導電層２
０４、ｎ型導電層２０２をそれぞれ配置して形成されて
いる。なお２０１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２０７はｎ型
オーミック電極、２０８はｐ型オーミック電極、２０９
はポリイミドである。（K.Kato etal.,"A High-Efficia
ncy 50 GHz InGaAs Multimode Waveguide Photodetecto
r,"IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.28,No.
12,pp2728-2735)。
光波長1.５５μｍの導波路型光検出器を例にとると、図
３に示す様に低キャリア濃度の光吸収層２０３（図３の
場合はノンドープＩｎＧａＡｓ）の上下にｐ型導電層２
０４、ｎ型導電層２０２をそれぞれ配置して形成されて
いる。なお２０１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２０７はｎ型
オーミック電極、２０８はｐ型オーミック電極、２０９
はポリイミドである。（K.Kato etal.,"A High-Efficia
ncy 50 GHz InGaAs Multimode Waveguide Photodetecto
r,"IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.28,No.
12,pp2728-2735)。
【０００３】この半導体光検出器においてはｐ型導電層
２０４とｎ型導電層２０１との間に逆バイアス電圧を印
加して、ノンドープの光吸収層２０３内に空乏層を形成
し、この空乏層にかかる高電界を利用して、半導体光検
出器の光吸収層２０３に入射された信号光を光電変換す
るものである。
２０４とｎ型導電層２０１との間に逆バイアス電圧を印
加して、ノンドープの光吸収層２０３内に空乏層を形成
し、この空乏層にかかる高電界を利用して、半導体光検
出器の光吸収層２０３に入射された信号光を光電変換す
るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの半導体光
検出器の応答速度は、ＣＲ時定数と光励起キャリアの走
行時間とで決定される。光励起キャリアの走行時間を小
さくするためには光吸収層２０３を薄くする必要がある
が、光吸収層２０３を薄くすることによる静電容量Ｃの
増加を抑えるため、光吸収層２０３の面積を小さくしな
ければならない。しかし、図３に示すように上部ｐ型導
電層２０４の上面にｐ型オーミック電極２０８を形成す
る必要があるため、従来のような光吸収層２０３の上部
のみにｐ型導電層２０４が設けられた半導体光検出器に
おいては、光吸収層２０３の面積を小さくした場合、ｐ
型オーミック電極２０８と上部ｐ型導電層２０４との接
触面積も必然的に小さくなり、その結果オーミック抵抗
Ｒが増加してＣＲ時定数が増大し、結局は高速応答でき
ないという問題があった。
検出器の応答速度は、ＣＲ時定数と光励起キャリアの走
行時間とで決定される。光励起キャリアの走行時間を小
さくするためには光吸収層２０３を薄くする必要がある
が、光吸収層２０３を薄くすることによる静電容量Ｃの
増加を抑えるため、光吸収層２０３の面積を小さくしな
ければならない。しかし、図３に示すように上部ｐ型導
電層２０４の上面にｐ型オーミック電極２０８を形成す
る必要があるため、従来のような光吸収層２０３の上部
のみにｐ型導電層２０４が設けられた半導体光検出器に
おいては、光吸収層２０３の面積を小さくした場合、ｐ
型オーミック電極２０８と上部ｐ型導電層２０４との接
触面積も必然的に小さくなり、その結果オーミック抵抗
Ｒが増加してＣＲ時定数が増大し、結局は高速応答でき
ないという問題があった。
【０００５】本発明は、上記従来技術における静電容量
と寄生抵抗のトレードオフを解消した、高速応答可能な
半導体光検出器およびその製造方法を提供するとを目的
とする。
と寄生抵抗のトレードオフを解消した、高速応答可能な
半導体光検出器およびその製造方法を提供するとを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｐｎ接合部が
上部導電層で埋め込まれ、かつ埋め込まれたｐｎ接合部
の周囲に空洞が形成された半導体光検出器構造を最も主
要な特徴とする。従来の技術とは、光吸収層の面積と上
部導電層の面積とを独立に設計できかつ上部電極層と下
部電極層との間に生じる寄生容量を低減できるという点
で異なる。
上部導電層で埋め込まれ、かつ埋め込まれたｐｎ接合部
の周囲に空洞が形成された半導体光検出器構造を最も主
要な特徴とする。従来の技術とは、光吸収層の面積と上
部導電層の面積とを独立に設計できかつ上部電極層と下
部電極層との間に生じる寄生容量を低減できるという点
で異なる。
【０００７】
【作用】本発明においては、半導体光検出器領域の周囲
に形成した誘電体膜マスクを用いて再成長を行ない、選
択成長における水平方向の成長を利用して、ｐｎ接合部
の周囲に空洞を形成している。従って、上部導電層の面
積を大きくしかつ上部電極層と下部電極層との間に生じ
る寄生容量を低減することが可能となり本発明の目的で
ある高速応答可能な半導体光検出器を実現できるように
なる。
に形成した誘電体膜マスクを用いて再成長を行ない、選
択成長における水平方向の成長を利用して、ｐｎ接合部
の周囲に空洞を形成している。従って、上部導電層の面
積を大きくしかつ上部電極層と下部電極層との間に生じ
る寄生容量を低減することが可能となり本発明の目的で
ある高速応答可能な半導体光検出器を実現できるように
なる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の実施例を説明する半導体導波
路型光検出器の構造図であって、１０１は半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板、１０２はｎ型ＩｎＰ下部導電層、１０３はノン
ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層、１０４はｐ型ＩｎＰ上部
導電層、１０５は誘電体マスク（ＳｉＯ2 膜）、１０６
は空洞、１０７はｎ型オーミック電極、１０８はｐ型オ
ーミック電極、１０９はポリイミド、１１０はｐｎ接合
である。この光検出器はノンドープＩｎＧａＡｓ光吸収
層１０３を光電変換層とする導波路型ｐｉｎフォトダイ
オードの構成となっている。この光検出器ではｐｎ接合
と平行に入射した光を光電変換して光検出をする。
路型光検出器の構造図であって、１０１は半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板、１０２はｎ型ＩｎＰ下部導電層、１０３はノン
ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層、１０４はｐ型ＩｎＰ上部
導電層、１０５は誘電体マスク（ＳｉＯ2 膜）、１０６
は空洞、１０７はｎ型オーミック電極、１０８はｐ型オ
ーミック電極、１０９はポリイミド、１１０はｐｎ接合
である。この光検出器はノンドープＩｎＧａＡｓ光吸収
層１０３を光電変換層とする導波路型ｐｉｎフォトダイ
オードの構成となっている。この光検出器ではｐｎ接合
と平行に入射した光を光電変換して光検出をする。
【０００９】この半導体光検出器の製造は以下の工程で
行なう。 （１）図２（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１
０１上に幅２μｍ、厚さ0.２μｍ、間隔２μｍの一対の
ストライプ状のＳｉＯ2 膜（誘電体マスク）１０５を形
成する。
行なう。 （１）図２（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１
０１上に幅２μｍ、厚さ0.２μｍ、間隔２μｍの一対の
ストライプ状のＳｉＯ2 膜（誘電体マスク）１０５を形
成する。
【００１０】（２）図２（ｂ）に示すように、厚さ0.５
μｍのｎ型ＩｎＰ下部導電層１０２、厚さ0.２μｍのノ
ンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、厚さ0.５μｍの
ｐ型ＩｎＰ上部導電層１０４をこの順に選択成長する。
ここで選択成長により形成されるエピタキシャル層にお
いては上面からの成長のみならず側面からの成長も促進
されるため、成長初期にＳｉＯ2 膜１０５によって分離
されていた各々の半導体層は成長後半には互いに接続し
て一つの連続した半導体層となる。その結果ストライプ
状のＳｉＯ2 膜１０５ではさまれた領域はメサ状に形成
されかつその周囲は空洞１０６となり、またｐ型ＩｎＰ
上部導電層１０４はＳｉＯ2 膜１０５によって隔てられ
ていた領域と接続される。
μｍのｎ型ＩｎＰ下部導電層１０２、厚さ0.２μｍのノ
ンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、厚さ0.５μｍの
ｐ型ＩｎＰ上部導電層１０４をこの順に選択成長する。
ここで選択成長により形成されるエピタキシャル層にお
いては上面からの成長のみならず側面からの成長も促進
されるため、成長初期にＳｉＯ2 膜１０５によって分離
されていた各々の半導体層は成長後半には互いに接続し
て一つの連続した半導体層となる。その結果ストライプ
状のＳｉＯ2 膜１０５ではさまれた領域はメサ状に形成
されかつその周囲は空洞１０６となり、またｐ型ＩｎＰ
上部導電層１０４はＳｉＯ2 膜１０５によって隔てられ
ていた領域と接続される。
【００１１】（３）図１に示すように、成長した半導体
層を幅１０μｍのリッジ状に加工しこのリッジをポリイ
ミド１０９によって埋め込む。そしてリッジの一部分
を、下部導電層１０２が露出するまでエッチングし、そ
こにｎ型オーミック電極１０７を形成する。さらにｐ型
ＩｎＰ上部導電層１０４上にｐ型オーミック電極１０８
を形成する。最後に半導体層を劈開して光入射端面を形
成する。
層を幅１０μｍのリッジ状に加工しこのリッジをポリイ
ミド１０９によって埋め込む。そしてリッジの一部分
を、下部導電層１０２が露出するまでエッチングし、そ
こにｎ型オーミック電極１０７を形成する。さらにｐ型
ＩｎＰ上部導電層１０４上にｐ型オーミック電極１０８
を形成する。最後に半導体層を劈開して光入射端面を形
成する。
【００１２】上記製造工程（２）において、上部導電層
１０４は成長終了時には互いにつながりあい、その結果
上部導電層１０４はきわめて広い面積を有する。したが
って、光吸収層１０３の面積を小さく保ちつつ広い面積
のｐ型オーミック電極１０８を形成することが可能とな
る。また空洞１０６によってｎ型ＩｎＰ下部導電層１０
２とｐ型ＩｎＰ上部導電層１０４が離されるため両者間
に生じる寄生容量を大幅に低減することができる。実
際、本発明を用いて製作した半導体導波路型光検出器に
おいては、幅３μｍの光吸収層１０３に対して、幅１０
μｍのｐ型オーミック電極１０８を形成した結果、寄生
抵抗は１０Ωと従来の約３分の１に減少し、また寄生容
量は素子容量に比べて無視できる程度に小さくすること
ができ、応答速度は６０ＧＨｚと従来の約３倍の性能を
実現することが可能となった。
１０４は成長終了時には互いにつながりあい、その結果
上部導電層１０４はきわめて広い面積を有する。したが
って、光吸収層１０３の面積を小さく保ちつつ広い面積
のｐ型オーミック電極１０８を形成することが可能とな
る。また空洞１０６によってｎ型ＩｎＰ下部導電層１０
２とｐ型ＩｎＰ上部導電層１０４が離されるため両者間
に生じる寄生容量を大幅に低減することができる。実
際、本発明を用いて製作した半導体導波路型光検出器に
おいては、幅３μｍの光吸収層１０３に対して、幅１０
μｍのｐ型オーミック電極１０８を形成した結果、寄生
抵抗は１０Ωと従来の約３分の１に減少し、また寄生容
量は素子容量に比べて無視できる程度に小さくすること
ができ、応答速度は６０ＧＨｚと従来の約３倍の性能を
実現することが可能となった。
【００１３】本実施例においては、導波路型光検出器を
実現した例を示したが、本方法を面入射型光検出器に適
用することにより、高速応答可能な面入射型光検出器を
実現することができる。本実施例においては、半導体材
料としてＩｎＰ基板と格子整合する材料を用いた例を示
したが、これらの一部または全部をＩｎＰと格子整合し
ない材料としても同様の効果が期待できる。また、信号
光波長1.５５μｍの場合についての例を示したが、材料
を適当に選ぶことにより波長1.５５μｍ以外の信号光に
対して本実施例と同様の効果がある半導体光検出器が実
現できる。さらに本構造を半導体レーザあるいは半導体
光変調器などの他の光素子に適用することも可能であ
る。
実現した例を示したが、本方法を面入射型光検出器に適
用することにより、高速応答可能な面入射型光検出器を
実現することができる。本実施例においては、半導体材
料としてＩｎＰ基板と格子整合する材料を用いた例を示
したが、これらの一部または全部をＩｎＰと格子整合し
ない材料としても同様の効果が期待できる。また、信号
光波長1.５５μｍの場合についての例を示したが、材料
を適当に選ぶことにより波長1.５５μｍ以外の信号光に
対して本実施例と同様の効果がある半導体光検出器が実
現できる。さらに本構造を半導体レーザあるいは半導体
光変調器などの他の光素子に適用することも可能であ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ｐ
ｎ接合部が上部導電層で埋め込まれかつ埋め込まれたｐ
ｎ接合部の周囲に空洞が形成されるため、静電容量と寄
生抵抗とのトレードオフを解消しかつ寄生容量の小さ
い、すなわち高速応答可能な半導体光検出器を実現でき
るという利点がある。
ｎ接合部が上部導電層で埋め込まれかつ埋め込まれたｐ
ｎ接合部の周囲に空洞が形成されるため、静電容量と寄
生抵抗とのトレードオフを解消しかつ寄生容量の小さ
い、すなわち高速応答可能な半導体光検出器を実現でき
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る半導体導波路型光検出器
を示す構成図。
を示す構成図。
【図２】本発明の実施例に係る半導体導波路型光検出器
の製造工程を示す説明図。
の製造工程を示す説明図。
【図３】従来の半導体導波路型光検出器を示す構成図。
１０１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 １０２ ｎ型ＩｎＰ下部導電層 １０３ ノンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層 １０４ Ｐ型ＩｎＰ上部導電層 １０５ 選択成長マスク １０６ 空洞 １０７ ｎ型オーミック電極 １０８ ｐ型オーミック電極 １０９ ポリイミド １１０ ｐｎ接合 ２０１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２０２ ｎ型ＩｎＰ下部導電層 ２０３ ノンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層 ２０４ ｐ型ＩｎＰ上部導電層 ２０７ ｎ型オーミック電極 ２０８ ｐ型オーミック電極 ２０９ ポリイミド
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に複数の半導体層が積層さ
れ、このうち二つの半導体層間でｐｎ接合を有し、該ｐ
ｎ接合と平行に入射した光を検出する半導体光検出器に
おいて、 最上層の半導体層の表面が平面で、かつ、積層された複
数の半導体層の内部に、ｐｎ接合を分離するための微小
な空洞を２箇所以上設け、２つの空洞により形成された
光検出部分がメサ形状であることを特徴とする半導体光
検出器。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体光検出器の製造に
おいて、（１）半導体基板上に２つ以上の帯状の誘電体
膜を形成する工程と、（２）半導体基板上にｐｎ接合を
含む複数の半導体層を選択成長する工程と、を含むこと
を特徴とする半導体光検出器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5003050A JP2685703B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体光検出器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5003050A JP2685703B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体光検出器およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207848A JPH06207848A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2685703B2 true JP2685703B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=11546498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5003050A Expired - Lifetime JP2685703B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体光検出器およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2685703B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114365359A (zh) * | 2019-09-17 | 2022-04-15 | 三菱电机株式会社 | 半导体激光装置 |
-
1993
- 1993-01-12 JP JP5003050A patent/JP2685703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06207848A (ja) | 1994-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4220688B2 (ja) | アバランシェホトダイオード | |
| US20070057299A1 (en) | Systems and methods having a metal-semiconductor-metal (msm) photodetector with buried oxide layer | |
| JP2685703B2 (ja) | 半導体光検出器およびその製造方法 | |
| JP4109159B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH05291605A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH09223805A (ja) | 半導体導波路型受光器 | |
| JP3138199B2 (ja) | 半導体導波路型受光素子およびその製造方法 | |
| JPH02199877A (ja) | 光受信器及び光電子集積回路 | |
| JP2766761B2 (ja) | 半導体光検出器およびその製造方法 | |
| JP2711055B2 (ja) | 半導体光検出器およびその製造方法 | |
| JPH0272679A (ja) | 光導波路付き半導体受光素子 | |
| JPH06204549A (ja) | 導波路型受光素子並びにその製造方法及びその駆動方法 | |
| JP2841876B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| US20220254940A1 (en) | Light-receiving device and method of manufacturing light-receiving device | |
| JP2742358B2 (ja) | 半導体光検出器およびその製造方法 | |
| US20230253516A1 (en) | Photodetector | |
| JP2709008B2 (ja) | 半導体光検出器の製造方法 | |
| JP2726204B2 (ja) | 半導体導波路型素子の製造法 | |
| JP2711052B2 (ja) | 半導体導波路型光検出器 | |
| JPH10270741A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2995359B2 (ja) | 半導体光検出器およびその製造方法 | |
| JP2785265B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH03239378A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2988153B2 (ja) | 波長選択半導体受光素子 | |
| JPH10144897A (ja) | 光電子集積回路とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970722 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070815 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080815 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080815 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090815 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090815 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100815 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100815 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120815 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130815 Year of fee payment: 16 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130815 Year of fee payment: 16 |