JP2766761B2 - 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

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JP2766761B2 JP5010403A JP1040393A JP2766761B2 JP 2766761 B2 JP2766761 B2 JP 2766761B2 JP 5010403 A JP5010403 A JP 5010403A JP 1040393 A JP1040393 A JP 1040393A JP 2766761 B2 JP2766761 B2 JP 2766761B2
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進 秦
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Description

【発明の詳細な説明】
【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】
【従来技術】従来の一般的な半導体光検出器は、信号光
波長が1.55μmの場合を例にとると、図4に示す様に
半絶縁性InP基板01上には、低キャリア濃度の光吸
収層02(図4の場合はノンドープInGaAs)の上
下にp型導電層03、n型導電層04をそれぞれ配置し
て形成されている。(榊原勝利他、”直列抵抗を低減し
た高速GaInAs/InP PINフォトダイーオー
ド”,1991年春季応用物理学会学術講演会予稿集、
953頁、28p−F−1)。尚、図中、05はn型オ
ーミック電極,06はp型オーミック電極,07は入射
光を図示する。この半導体光検出器においてはp型導電
層03とn型導電層04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、半導体光検出器上面
あるいは裏面より光吸収層02に入射された信号光を光
電変換するものである。
【0003】
【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を薄くする必要があるが、光
吸収層を薄くすることによる静電容量Cの増加を抑える
ため、光吸収層の面積を小さくしなければならない。
【0004】しかし、図6に示すように、上部p型導電
層03の一部にp型オーミック電極06を形成する必要
があるため、従来のようなほぼ垂直な側面を持つ半導体
光検出器においては、光吸収層の面積を小さくした場
合、p型オーミック電極06の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ことにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体光検出器の構成は、半導体基板上に下部
導電層,半絶縁性層を順次積層して構成された第一の半
導体層が設けられ、かつ第一の半導体層中に、前記下部
導電層に達する深さの溝が形成され、該溝の側面に設け
られた誘電体膜を介して溝内にpn接合を有する第二の
半導体層が埋め込まれ、かつ第二の半導体層の上に上部
導電層となる第三の半導体層で覆っていることを特徴と
する。
【0007】また、一方の本発明に係る半導体光検出器
の製造方法は、(1)半導体基板上に下部導電層,半絶
縁性層からなる第一の半導体層を積層する工程と、
(2)第一の半導体層に、下部導電層に達する深さの溝
を形成する工程と、(3)溝の側面に誘電体膜を形成す
る工程と、(4)第一の半導体層上に、pn接合を有す
る半導体層を成長する工程と、からなることを特徴とす
る。
【0008】すなわち、本発明は、pn接合部の周囲が
半絶縁性半導体層で埋め込ま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。
【0009】
【作用】本発明においては、側面に誘電体膜を形成した
半絶縁性半導体溝内に再成長を行なうことによって、半
絶縁性半導体で周囲を囲まれたpn接合領域を形成して
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。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係る半導体光検出器の一実施
例を説明する。
【0011】図1は本発明の実施例を説明する半導体光
検出器の構造断面図である。同図に示すように、本実施
例に係る半導体光検出器は、半導体基板(半絶縁性In
P基板101)上に、下部導電層(n型InP導電層1
02),半絶縁層(Feドープ半絶縁性InP層10
3)を順次積層して第一の半導体層を形成しており、こ
の第一の半導体層中に、前記下部導電層(102)に達
する深さの溝110を形成してなる。当該溝110の内
側面には、誘電体膜(SiO2 膜104)を介して当該
溝110内にpn接合を有する第二の半導体層(n型I
nP導電層105,ノンドープInGaAs光吸収層1
06)が埋め込まれており、かつこの第二の半導体層の
上に上部導電層となる第三の半導体層(p型InP導電
層107)で覆ってなるものである。尚、108はn型
オーミック電極、109はp型オーミック電極である。
この光検出器はノンドープInGaAs光吸収層を光電
変換層とするpinフォトダイオードの構成となってい
る。この半導体光検出器の製造は以下の工程で行なう。
【0012】・工程(1) 図2(A)に示すように、
半絶縁性InP基板101上に厚さ0.5μmのn型In
P導電層102、厚さ0.5μmのFeドープ半絶縁性I
nP層103を順次成長し、その後、幅2μm、深さ0.
7μmのストライプ状の溝110を形成する。 ・工程(2) 図2(B)に示すように、プラズマCV
Dを用いて厚さ0.2μmのSiO2 膜104を半導体層
全面に推積する。 ・工程(3) 図3(A)に示すように、フッ素系RI
E法によりn型InP導電層102およびFeドープ半
絶縁性InP層103上面に推積されたSiO 2 層10
4を除去する。その結果、溝110の側面のみにSiO
2 層104が残留する。 ・工程(4) 図3(B)に示すように、厚さ0.3μm
のn型InP導電層105、厚さ0.2μmのノンドープ
InGaAs光吸収層106、厚さ1μmのp型InP
導電層107をこの順に再成長する。ここで溝110の
側面のSiO2層104上には成長が起こらないため、
溝110内部のn型InP導電層105、ノンドープI
nGaAs光吸収層106と溝110外部のn型InP
導電層105、ノンドープInGaAs光吸収層106
とは互いに接しない。一方、溝110の深さよりも再成
長層全体の厚さの方が厚いため、p型InP導電層10
7は溝内部と溝外部とで互いにつながりあう。 ・工程(5) 次いで、図1に示すように、成長した半
導体層の一部分をn型InP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108を形
成する。さらにp型InP導電層107の表面にp型オ
ーミック電極109を形成する。
【0013】上記製造工程(4)において、p型InP
導電層107は成長終了時には溝内部と溝外部とで互い
につながりあい、その結果p型InP導電層107はき
わめて広い面積を有する。したがって、ノンドープIn
GaAs光吸収層106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109を形成することが可能
となる。
【0014】実際、本発明を用いて製作した半導体光検
出器においては、幅2μmの光吸収層に対して、幅10
μmのp型オーミック電極を形成した結果、寄生抵抗は
5Ωと従来の約6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2倍の性能を実現する
ことが可能となった。
【0015】本実施例においては、面入射型光検出器を
実現した例を示したが、本方法を導波路型光検出器に適
用することにより、高速応答可能な導波路型光検出器を
実現することができる。
【0016】本実施例においては、半導体材料としてI
nP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実現できる。
【0017】また、信号光波長が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。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体光検出器はpn接合部の周囲のみを半絶縁性半導体層
で埋め込むことができるため、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】半導体光検出器の構造断面図である。
【図2】半導体光検出器の製造工程を示した図である。
【図3】半導体光検出器の製造工程を示した図である。
【図4】従来の半導体光検出器の模式図である。
【符号の説明】
101 半絶縁性InP基板 102 n型InP導電層 103 Feドープ半絶縁性InP層 104 SiO2 膜 105 n型InP導電層 106 ノンドープInGaAs光吸収層 107 p型InP導電層 108 n型オーミック電極 109 p型オーミック電極 110 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−102377(JP,A) 特開 平1−239973(JP,A) 特開 昭62−130570(JP,A) 特開 昭63−93174(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に下部導電層,半絶縁性層
    を順次積層して構成された第一の半導体層が設けられ、
    かつ第一の半導体層中に、前記下部導電層に達する深さ
    の溝が形成され、該溝の側面に設けられた誘電体膜を介
    して溝内にpn接合を有する第二の半導体層が埋め込ま
    れ、かつ第二の半導体層の上に上部導電層となる第三の
    半導体層で覆っていることを特徴とする半導体光検出
    器。
  2. 【請求項2】 (1)半導体基板上に下部導電層,半絶
    縁性層からなる第一の半導体層を積層する工程と、 (2)第一の半導体層に、下部導電層に達する深さの溝
    を形成する工程と、 (3)溝の側面に誘電体膜を形成する工程と、 (4)第一の半導体層上に、pn接合を有する半導体層
    を成長する工程と、 からなることを特徴とする半導体光検出器の製造方法。
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