JP2694260B2 - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JP2694260B2 JP2694260B2 JP3045991A JP4599191A JP2694260B2 JP 2694260 B2 JP2694260 B2 JP 2694260B2 JP 3045991 A JP3045991 A JP 3045991A JP 4599191 A JP4599191 A JP 4599191A JP 2694260 B2 JP2694260 B2 JP 2694260B2
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- Japan
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- type inp
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はInPを用いた半導体素
子に利用する。特に、金属電極と半導体層との接触抵抗
の低減に関する。本発明は、特に受光素子で利用するに
適する。
子に利用する。特に、金属電極と半導体層との接触抵抗
の低減に関する。本発明は、特に受光素子で利用するに
適する。
【0002】
【従来の技術】受光素子の遮断周波数を大きくするに
は、容量の低減のために素子の微細化が必要である。し
かし、素子を微細化すると、オーミックの電極面積も小
さくなり、金属と半導体層との接触抵抗が大きくなる。
その結果、素子の直流抵抗が大きくなり、CR時定数も
大きくなって、遮断周波数は大きくならない。
は、容量の低減のために素子の微細化が必要である。し
かし、素子を微細化すると、オーミックの電極面積も小
さくなり、金属と半導体層との接触抵抗が大きくなる。
その結果、素子の直流抵抗が大きくなり、CR時定数も
大きくなって、遮断周波数は大きくならない。
【0003】このような課題を解決するため従来から、
pn接合の横方向から受光する素子や、基板側から受光
する素子が提案されている。横方向から受光する素子に
ついては、例えば、ボワーズ他、エレクトロニクス・レ
ターズ第22巻第905 頁、1986年 (J.E.Bowers et al., E
lectron.Lett. 22 9051986) に示されている。また、基
板側から受光する素子については、例えば、マキウチ
他、エレクトロニクス・レターズ第24巻第109 頁、1988
年 (M.Makiuchi et al., Electron.Lett. 24 1091988)
に示されている。
pn接合の横方向から受光する素子や、基板側から受光
する素子が提案されている。横方向から受光する素子に
ついては、例えば、ボワーズ他、エレクトロニクス・レ
ターズ第22巻第905 頁、1986年 (J.E.Bowers et al., E
lectron.Lett. 22 9051986) に示されている。また、基
板側から受光する素子については、例えば、マキウチ
他、エレクトロニクス・レターズ第24巻第109 頁、1988
年 (M.Makiuchi et al., Electron.Lett. 24 1091988)
に示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、横方向から受
光する素子では、pn接合領域に実際に入射する光はわ
ずかであり、入射損が大きい欠点があった。また、基板
側から受光する素子では、基板を加工してマイクロレン
ズを形成する必要があるなど、製造工程が複雑となる欠
点があった。
光する素子では、pn接合領域に実際に入射する光はわ
ずかであり、入射損が大きい欠点があった。また、基板
側から受光する素子では、基板を加工してマイクロレン
ズを形成する必要があるなど、製造工程が複雑となる欠
点があった。
【0005】本発明は、以上の課題を解決し、電極面積
が小さくても接触抵抗が小さい半導体素子を提供するこ
とを目的とする。
が小さくても接触抵抗が小さい半導体素子を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子は、
p型InP層と金属電極との間に、このp型InP層か
ら金属電極に向かって混晶比xがほぼ0.47から0まで段
階的に変化するp型のGax In1-x Asコンタクト層
を備えたことを特徴とする。コンタクト層は、それぞれ
が臨界膜厚程度の厚さで形成された混晶比xの異なる複
数の層を含むことが望ましい。
p型InP層と金属電極との間に、このp型InP層か
ら金属電極に向かって混晶比xがほぼ0.47から0まで段
階的に変化するp型のGax In1-x Asコンタクト層
を備えたことを特徴とする。コンタクト層は、それぞれ
が臨界膜厚程度の厚さで形成された混晶比xの異なる複
数の層を含むことが望ましい。
【0007】
【作用】混晶比xが0.47のGax In1-x Asは、その
格子定数がInPの格子定数と実質的に等しく、InP
上へのエピタキシャル成長が可能である。このような層
をp型InP層上に成長させた後、混晶比xを段階的に
小さくして、エネルギバンドギャップのより小さなIn
As、すなわち混晶比x=0になるように成長させる。
混晶比xを小さくすれば格子定数も変化するが、各層の
膜厚を臨界膜厚程度にしておけば、転位の発生を防ぐこ
とができる。このようにして成長させたInAs層に金
属電極を接続する。InAs層と金属電極との接続によ
り、接触比抵抗を低く抑えることができ、表面キャリア
濃度を高めることができる。
格子定数がInPの格子定数と実質的に等しく、InP
上へのエピタキシャル成長が可能である。このような層
をp型InP層上に成長させた後、混晶比xを段階的に
小さくして、エネルギバンドギャップのより小さなIn
As、すなわち混晶比x=0になるように成長させる。
混晶比xを小さくすれば格子定数も変化するが、各層の
膜厚を臨界膜厚程度にしておけば、転位の発生を防ぐこ
とができる。このようにして成長させたInAs層に金
属電極を接続する。InAs層と金属電極との接続によ
り、接触比抵抗を低く抑えることができ、表面キャリア
濃度を高めることができる。
【0008】
【実施例】図1は本発明第一実施例の半導体素子を示す
断面図である。以下の説明において「上」とは、基板に
対する結晶成長の方向をいう。
断面図である。以下の説明において「上」とは、基板に
対する結晶成長の方向をいう。
【0009】この半導体素子は、基板1上に形成された
p+ 型InP層2と、このp+ 型InP層2に電気的に
接続される金属電極4とを備える。金属電極4として
は、p側の電極として従来から用いられている材料、例
えばAuZn/Auを用いる。ここで本実施例の特徴と
するところは、p+ 型InP層2と金属電極4との間
に、p+ 型InP層2から金属電極4に向かって混晶比
xがほぼ0.47から0まで段階的に変化するp型のGax
In1-x Asコンタクト層3を備える。このコンタクト
層3は、p+ 型Ga0.47In0.53As層31とp+ 型Ga
x In1-x As層32(x=0.47→0)とにより構成され
る。
p+ 型InP層2と、このp+ 型InP層2に電気的に
接続される金属電極4とを備える。金属電極4として
は、p側の電極として従来から用いられている材料、例
えばAuZn/Auを用いる。ここで本実施例の特徴と
するところは、p+ 型InP層2と金属電極4との間
に、p+ 型InP層2から金属電極4に向かって混晶比
xがほぼ0.47から0まで段階的に変化するp型のGax
In1-x Asコンタクト層3を備える。このコンタクト
層3は、p+ 型Ga0.47In0.53As層31とp+ 型Ga
x In1-x As層32(x=0.47→0)とにより構成され
る。
【0010】コンタクト層3をp型にする方法として
は、p型不純物をドーピングしながら結晶成長させる方
法や、イオン注入、拡散法などの従来からの方法を用い
ることができる。
は、p型不純物をドーピングしながら結晶成長させる方
法や、イオン注入、拡散法などの従来からの方法を用い
ることができる。
【0011】コンタクト層3は、それぞれ臨界膜厚程度
の厚さで形成された混晶比xの異なる複数の層を含む。
混晶比xを小さくすると、それに伴ってGax In1-x
Asのバンドギャップエネルギが小さくなる。具体的に
は、混晶比x=0.47のときのバンドギャップエネルギに
は0.72evであるのに対し、混晶比x=0のInAsでは
0.35eVである。このようにバンドギャップエネルギの小
さな層を本来金属と接触させたい半導体層の上に成長さ
せることにより、接触抵抗を低減できる。
の厚さで形成された混晶比xの異なる複数の層を含む。
混晶比xを小さくすると、それに伴ってGax In1-x
Asのバンドギャップエネルギが小さくなる。具体的に
は、混晶比x=0.47のときのバンドギャップエネルギに
は0.72evであるのに対し、混晶比x=0のInAsでは
0.35eVである。このようにバンドギャップエネルギの小
さな層を本来金属と接触させたい半導体層の上に成長さ
せることにより、接触抵抗を低減できる。
【0012】コンタクト層3の効果を調べるため、比較
例1:半絶縁性InP基板上にp+ 型InP層を成長さ
せたもの、比較例2:半絶縁性InP基板上にp+ 型I
nP層を成長させ、さらに、p+ 型Ga0.47In0.53A
s層を成長させたもの、実施例:半絶縁性InP基板上
にp+ 型InP層を成長させ、さらに混晶比xが0.47か
ら0に段階的に変化するp型Gax In1-x As層を成
長させたもののそれぞれについて、AuZn/Auとの
接触比抵抗と、表面キャリア濃度とを測定した。接触比
抵抗については、トランスミッションライン法により行
った。その結果は、 接触比抵抗(Ω・cm2 ) 表面キャリア濃度(cm-3) 比較例1 2.0×10-4 3.7×1018 比較例2 1.5×10-5 3×1019 実施例 1.5×10-6 3×1019 であった。すなわち、接触比抵抗を大幅に低減でき、コ
ンタクト層がない場合に比較して表面キャリア濃度を一
桁程度高めることができた。
例1:半絶縁性InP基板上にp+ 型InP層を成長さ
せたもの、比較例2:半絶縁性InP基板上にp+ 型I
nP層を成長させ、さらに、p+ 型Ga0.47In0.53A
s層を成長させたもの、実施例:半絶縁性InP基板上
にp+ 型InP層を成長させ、さらに混晶比xが0.47か
ら0に段階的に変化するp型Gax In1-x As層を成
長させたもののそれぞれについて、AuZn/Auとの
接触比抵抗と、表面キャリア濃度とを測定した。接触比
抵抗については、トランスミッションライン法により行
った。その結果は、 接触比抵抗(Ω・cm2 ) 表面キャリア濃度(cm-3) 比較例1 2.0×10-4 3.7×1018 比較例2 1.5×10-5 3×1019 実施例 1.5×10-6 3×1019 であった。すなわち、接触比抵抗を大幅に低減でき、コ
ンタクト層がない場合に比較して表面キャリア濃度を一
桁程度高めることができた。
【0013】接触比抵抗が低下するのは、表面キャリア
濃度が一桁程度高くなることに加えて、表面層のエネル
ギーバンドギャップが1/3 以下になるので、コンタクト
層と金属電極との接合部でトンネル電流が大きくなるた
めと考えられる。
濃度が一桁程度高くなることに加えて、表面層のエネル
ギーバンドギャップが1/3 以下になるので、コンタクト
層と金属電極との接合部でトンネル電流が大きくなるた
めと考えられる。
【0014】図2は本発明の第二実施例を示す断面図で
あり、図3ないし図10はその製造方法を示す。この実施
例は本発明をPIN型の受光素子に実施したものであ
る。
あり、図3ないし図10はその製造方法を示す。この実施
例は本発明をPIN型の受光素子に実施したものであ
る。
【0015】この受光素子は、半絶縁性InP基板10上
にn+ 型InP層11、n- 型Ga0.47In0.53As層1
2、n- 型InP層13およびp+ 型InP層14がエピタ
キシャルに積層され、p+ 型InP層14の側から光が入
射する構造をもつ。n+ 型InP層11にはAuSn/A
u電極18が接続され、p+ 型InP層14にはp型Gax
In1-x Asコンタクト層15を介してAuZn/Au電
極19が接続される。
にn+ 型InP層11、n- 型Ga0.47In0.53As層1
2、n- 型InP層13およびp+ 型InP層14がエピタ
キシャルに積層され、p+ 型InP層14の側から光が入
射する構造をもつ。n+ 型InP層11にはAuSn/A
u電極18が接続され、p+ 型InP層14にはp型Gax
In1-x Asコンタクト層15を介してAuZn/Au電
極19が接続される。
【0016】この受光素子の詳細な構造について、その
製造方法により説明する。
製造方法により説明する。
【0017】この受光素子を製造するには、まず、図3
に示すように、半絶縁性InP基板10上にn+ 型InP
層11、n- 型Ga0.47In0.53As層12、n- 型InP
層13およびp+ 型InP層14をエピタキシャルに成長さ
せ、さらに、コンタクト層15を成長させる。コンタクト
層15の上にはSiO2 膜16を堆積させる。
に示すように、半絶縁性InP基板10上にn+ 型InP
層11、n- 型Ga0.47In0.53As層12、n- 型InP
層13およびp+ 型InP層14をエピタキシャルに成長さ
せ、さらに、コンタクト層15を成長させる。コンタクト
層15の上にはSiO2 膜16を堆積させる。
【0018】コンタクト層15については、最初にInP
と格子定数が実質的に等しいGaxIn1-x As(x=
0.47) をエピタキシャル成長させ、その後に、混晶比x
を段階的に小さくして、x=0のInAsまで成長させ
る。組成を変化させるとき、転位が生じないように、各
層の膜厚を臨界膜厚程度にする。また、コンタクト層15
をp型にするには、p型不純物をドーピングしながら結
晶成長させてもよく、イオン注入や拡散法を用いてもよ
い。
と格子定数が実質的に等しいGaxIn1-x As(x=
0.47) をエピタキシャル成長させ、その後に、混晶比x
を段階的に小さくして、x=0のInAsまで成長させ
る。組成を変化させるとき、転位が生じないように、各
層の膜厚を臨界膜厚程度にする。また、コンタクト層15
をp型にするには、p型不純物をドーピングしながら結
晶成長させてもよく、イオン注入や拡散法を用いてもよ
い。
【0019】n+ 型InP層11ないしコンタクト層15の
結晶成長は、例えば成長圧力76Torrの減圧MOVPEに
より、 成長温度 (℃) ドーパント 膜厚 (μm) n+ 型InP層11 500 S 0.5 n- 型Ga0.47In0.53As層12 600 なし 0.3 n- 型InP層13 600 なし 0.2 p+ 型InP層14 600 Zn 0.1 コンタクト層15 Ga0.47In0.53As 600 Zn 0.03 Gax In1-x As 470 Zn 0.06 x=0.47からx=0 まで9段階 各膜厚は約7nm の条件で行う。
結晶成長は、例えば成長圧力76Torrの減圧MOVPEに
より、 成長温度 (℃) ドーパント 膜厚 (μm) n+ 型InP層11 500 S 0.5 n- 型Ga0.47In0.53As層12 600 なし 0.3 n- 型InP層13 600 なし 0.2 p+ 型InP層14 600 Zn 0.1 コンタクト層15 Ga0.47In0.53As 600 Zn 0.03 Gax In1-x As 470 Zn 0.06 x=0.47からx=0 まで9段階 各膜厚は約7nm の条件で行う。
【0020】このようにして得られたエピタキシャル基
板に対して、図4、図5に示すように、二段階のメサエ
ッチングを行う。図4に示した第一段階のメサエッチン
グでは、半絶縁性InP基板10が露出するまでエッチン
グを行い、n+ 型InP層11からSiO2 膜16までの層
を含むメサを形成する。図5に示した第二段階のメサエ
ッチングでは、n+ 型InP層11を露出させ、n- 型G
a0.47In0.53As層12からSiO2 膜16までの層を含
むメサを形成する。エッチング剤としては、3HCl+
H3 PO3 および5H2 SO4 +H2 O2 +H2 Oを用
いる。
板に対して、図4、図5に示すように、二段階のメサエ
ッチングを行う。図4に示した第一段階のメサエッチン
グでは、半絶縁性InP基板10が露出するまでエッチン
グを行い、n+ 型InP層11からSiO2 膜16までの層
を含むメサを形成する。図5に示した第二段階のメサエ
ッチングでは、n+ 型InP層11を露出させ、n- 型G
a0.47In0.53As層12からSiO2 膜16までの層を含
むメサを形成する。エッチング剤としては、3HCl+
H3 PO3 および5H2 SO4 +H2 O2 +H2 Oを用
いる。
【0021】二段のメサが形成された後、図6に示すよ
うに、プラズマ化学気相成長(p−CVD)法により全
面にSiO2 膜17を堆積させる。続いて、図7に示すよ
うに、SiO2 膜17のうちn+ 型InP層11の上面に形
成された部分に窓を開け、AuSn/Au電極18を蒸着
する。また、図8に示すように、コンタクト層15の上の
SiO2 膜16および17に窓を開け、AuZn/Au電極
19を蒸着する。
うに、プラズマ化学気相成長(p−CVD)法により全
面にSiO2 膜17を堆積させる。続いて、図7に示すよ
うに、SiO2 膜17のうちn+ 型InP層11の上面に形
成された部分に窓を開け、AuSn/Au電極18を蒸着
する。また、図8に示すように、コンタクト層15の上の
SiO2 膜16および17に窓を開け、AuZn/Au電極
19を蒸着する。
【0022】電極を蒸着した後、図9、図10に示すよう
に、電極部分を残して素子の表面にポリイミド20を塗布
し、このポリイミド20の上に、それぞれAuSn/Au
電極18、AuZn/Au電極19に接続されるCrAuパ
ッド21、22を形成する。
に、電極部分を残して素子の表面にポリイミド20を塗布
し、このポリイミド20の上に、それぞれAuSn/Au
電極18、AuZn/Au電極19に接続されるCrAuパ
ッド21、22を形成する。
【0023】以上の実施例では、本発明を受光素子に実
施した例を示したが、InP系の素子であれば、半導体
レーザやトランジスタの場合にも本発明を同様に実施で
き、接触抵抗を低減できる。
施した例を示したが、InP系の素子であれば、半導体
レーザやトランジスタの場合にも本発明を同様に実施で
き、接触抵抗を低減できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体素
子は、p型InP層と金属電極との間に、混晶比xが0.
47から0まで段階的に変化するp型のGax In1-x A
sコンタクト層を設けることにより、p型InP層と金
属電極との直接接続の場合に比べて接触抵抗を約二桁低
減できる。したがって、素子を微細化してもCR時定数
の増加を抑えることができ、遮断周波数を大きくできる
効果がある。本発明は、特に受光素子の入射側の構造に
利用して特に効果がある。
子は、p型InP層と金属電極との間に、混晶比xが0.
47から0まで段階的に変化するp型のGax In1-x A
sコンタクト層を設けることにより、p型InP層と金
属電極との直接接続の場合に比べて接触抵抗を約二桁低
減できる。したがって、素子を微細化してもCR時定数
の増加を抑えることができ、遮断周波数を大きくできる
効果がある。本発明は、特に受光素子の入射側の構造に
利用して特に効果がある。
【図1】 本発明第一実施例の半導体素子を示す断面
図。
図。
【図2】 本発明の第二実施例を示す断面図。
【図3】 第二実施例の製造方法を示す図であり、結晶
成長工程を示す図。
成長工程を示す図。
【図4】 第二実施例の製造方法を示す図であり、第一
段階のメサエッチング工程を示す図。
段階のメサエッチング工程を示す図。
【図5】 第二実施例の製造方法を示す図であり、第二
段階のメサエッチングを示す図。
段階のメサエッチングを示す図。
【図6】 第二実施例の製造方法を示す図であり、p−
CVDによるSiO2膜形成工程を示す図。
CVDによるSiO2膜形成工程を示す図。
【図7】 第二実施例の製造方法を示す図であり、n+
電極蒸着工程を示す図。
電極蒸着工程を示す図。
【図8】 第二実施例の製造方法を示す図であり、p+
電極蒸着工程を示す図。
電極蒸着工程を示す図。
【図9】 第二実施例の製造方法を示す図であり、ポリ
イミド塗布工程を示す図。
イミド塗布工程を示す図。
【図10】 第二実施例の製造方法を示す図であり、電極
パッド形成工程を示す図。
パッド形成工程を示す図。
1 基板 2 p+ 型InP層 3 コンタクト層 31 p+ 型Ga0.47In0.53As層 32 p+ 型Gax In1-x As層 4 金属電極 10 半絶縁性InP基板 11 n+ 型InP層 12 n- 型Ga0.47In0.53As層 13 n- 型InP層 14 p+ 型InP層 15 コンタクト層 16、17 SiO2 膜 18 AuSn/Au電極 19 AuZn/Au電極 20 ポリイミド 21、22 CrAuパッド
Claims (3)
- 【請求項1】 p型InP層と、このp型InP層に電
気的に接続される金属電極と、前記p型InP層と前記
金属電極との間に設けられこれらの間の接触抵抗を削減
するコンタクト層とを備えた半導体素子において、 前記コンタクト層は、前記p型InP層から前記金属電
極に向かって混晶比xがほぼ0.47から0まで段階的に変
化するp型のGax In1-x Asにより形成されたこと
を特徴とする半導体素子。 - 【請求項2】 コンタクト層は、それぞれが臨界膜厚程
度の厚さで形成された混晶比xの異なる複数の層を含む
請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項3】 前記半導体素子は受光素子であり、前記
p型InP層はその受光素子の光入射側の層である請求
項1または2記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3045991A JP2694260B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3045991A JP2694260B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0715026A JPH0715026A (ja) | 1995-01-17 |
JP2694260B2 true JP2694260B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=12734603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3045991A Expired - Fee Related JP2694260B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2694260B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3298436B2 (ja) * | 1996-12-26 | 2002-07-02 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置 |
JP5195463B2 (ja) * | 2009-01-27 | 2013-05-08 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6262566A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-19 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
JPH02199825A (ja) * | 1989-01-27 | 1990-08-08 | Nec Corp | 電極の製造方法 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3045991A patent/JP2694260B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0715026A (ja) | 1995-01-17 |
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