JP2833438B2

JP2833438B2 - 単一波長受光素子

Info

Publication number: JP2833438B2
Application number: JP5231688A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　健; 恒弘海野; 彰二隈
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH0786630A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子に関し、特に
単一波長の光を受光する単一波長受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】受光素子と発光ダイオード（ＬＥＤ）、
レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子とを組み合わせ
たデバイスは、光通信を始めとして広範囲な分野で利用
されている。受光素子には半導体のｐｎ接合又はｐｉｎ
構造からなる固体受光素子が最も多く用いられている。
受光素子特性においては応答速度、放射感度、感度波長
範囲が重要である。特に感度波長範囲に関しては用途に
応じ、受光感度が波長域に依存せず広い波長範囲で一定
であることが望まれる場合と、ごく狭い波長域で感度を
有することが望まれる場合とがある。

【０００３】広い波長域に感度を有する受光素子には、
例えばＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ系発光素子に対してはＳ
ｉ系受光素子があり、ＩｎＰやその混晶系発光素子に対
してはＩｎＰ及びその混晶系が材料に用いられ、受光面
に対するｐｎ接合の位置を調整することにより広い感度
波長域を得ている。

【０００４】一方、ごく狭い波長域に感度を有する受光
素子には、化合物半導体のダブルへテロ構造あるいはシ
ングルヘテロ構造の表面に５μｍ程度のフィルタ層をエ
ピタキシャル成長させ、単一波長受光を可能とした構造
が提案されている。

【０００５】図１１は従来の単一波長受光素子の断面図
である。同図に示す受光素子は、キャリア濃度が１×１
０¹⁹ｃｍ^-3で、厚さが３００μｍのｐ型ＧａＡｓ基板１
の一方の表面（図では上側の表面）に、ＡｌＡｓ混晶比
が０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層２、ＡｌＡｓ混晶
比が０．０３、キャリア濃度が５×１０¹⁴ｃｍ^-3、厚さ
が２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３、ＡｌＡｓ混晶比
が０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層４、ＡｌＡｓ混晶
比が０．１、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
５μｍのフィルタ層５をこの順番で成長させたエピタキ
シャルウェーハの表面にカソード電極６を形成し、ｐ型
ＧａＡｓ基板１の他方の表面（図では下側の表面）にア
ノード電極７を形成したものである。

【０００６】このような受光素子のエピタキシャルウェ
ーハ側から光を入射させると、カソード電極６及びアノ
ード電極７から電流が取り出される。

【０００７】ところで、光通信はその使用分野がますま
す広がりつつあり、その情報伝送量が増えている。これ
に対処するためには回線の数を増やす方法や伝送速度を
上げる方法がある。

【０００８】しかし、回線数を増やすには多額の投資を
必要とし、また伝送速度を上げることは非常に難しい。

【０００９】そこで、回線数を増やさず、かつ伝送速度
を上げないで容易に情報伝送量を増やす方法として、複
数の波長を用いて通信する波長分割多重方式が提案さ
れ、一部では実用化されている。波長分割多重方式で
は、光源にＬＥＤやＬＤのような単色光を発光する素子
が用いられる。発光波長の異なる発光素子を複数個用意
して個々の情報を複数の波長に振り分け、これを光ファ
イバに入れて分割多重伝送している。

【００１０】ここで、光ファイバから出た光は、受光素
子で受光されるが、前述のように一般的な受光素子は広
い波長域で感度を有するため、光ファイバから出た光を
そのまま受光しても個々の情報として取出すことはでき
ない。このため従来は、光ファイバから出た光を高価な
回折格子等の分光器またはフィルタを通して各受光素子
に導き個々の情報を取出すようにしている。さらに、受
光側での回折格子やフィルタを不要とし、波長分割多重
方式の伝送系を安価に実現する目的で、前述した単一波
長受光素子を用いた方式が提案されている。

【００１１】しかし、最近では、波長分割多重方式に対
するさらなる多波長化や高信頼化の要求が高まり、受光
素子で発生する雑音のレベルを従来の−１０ｄＢから−
２０ｄＢに低減させる必要が生じている。この要求に対
応すべく、より高精度な回折格子やフィルタを用いたシ
ステムが検討されると共に、単一波長受光素子では所望
波長域以外の波長光に対する感度の低減が検討されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高精度
な分光器やフィルタを用いる方式は、光学系部品が多く
なり、光の損失も大きく、高価になるなどの問題があ
り、波長分割多重伝送を安価かつ容易に実現することが
できなかった。また、従来提案されている単一波長受光
素子の構造では、雑音のレベルを−２０ｄＢに抑えるこ
とは困難であり、これが大容量で高信頼性の波長分割多
重方式への適用を阻害していた。特に、単一波長受光素
子の雑音レベルを低減させるためには、フィルタ層の厚
さの設計が重要であり、−２０ｄＢ以下に雑音を抑える
ための明確な設計基準がなかった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、単一波長の光を低雑音で受光することができ、しか
も安価な単一波長受光素子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造を
有するエピタキシャル層を積層し、エピタキシャル層の
上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成長させ
ることによりエピタキシャルウェーハを形成し、エピタ
キシャルウェーハの表面に電極を形成することにより作
製される受光素子において、フィルタ層の厚さが、フィ
ルタ層の吸収端波長光に対する吸収係数をαｃｍ^-1とし
たときに（ｌｎ５００）／α以上であるものである。

【００１５】また、本発明は、化合物半導体基板上にシ
ングルヘテロ構造を有するエピタキシャル層を積層し、
エピタキシャル層の上に高エネルギーの光を吸収するフ
ィルタ層を成長させることによりエピタキシャルウェー
ハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面に電極を形
成することにより作製される受光素子において、フィル
タ層の厚さが、フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収
係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上で
あるものである。

【００１６】本発明は、第一の導電型のＧａＡｓ基板上
に、基板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ第一障壁層、ｉ型
ＧａＡｓ又はｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型
のＡｌＧａＡｓ第二障壁層を成長させてダブルヘテロ構
造とし、ダブルヘテロ構造の上に第二の導電型の第二Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の導
電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキシ
ャルウェーハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面
に電極を形成することにより作製される受光素子におい
て、第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の厚さが、
ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光に対する吸収波
長係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上
であるものである。

【００１７】さらに本発明は、第一の導電型のＧａＡｓ
基板上に、基板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ活性層及び
第二の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させてシング
ルヘテロ構造とし、シングルヘテロ構造の上に第二の導
電型のＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い
第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエ
ピタキシャルウェーハを形成し、エピタキシャルウェー
ハの表面に電極を形成することにより作製される受光素
子において、第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光におけ
る吸収係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α
以上であるものである。

【００１８】本発明は上記構成に加えてさらに、ｐｎ接
合がメサ分離され、かつ、該メサ分離で形成されたメサ
分離溝の側壁が遮光性の膜で覆われているものである。

【００１９】本発明は、化合物半導体のｐｎ接合あるい
はｐｉｎ接合と、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合よりも光
の入射面側に配置されたフィルタ層と、フィルタ層で光
励起されたキャリアがｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合に拡
散するのを防止する障壁層とを有する受光素子におい
て、フィルタ層を、高エネルギーの光を吸収する化合物
半導体基板で形成し、その基板上にｐｎ接合あるいはｐ
ｉｎ接合のエピタキシャル層を成長させて受光素子を形
成したものである。

【００２０】本発明は、フィルタ層となるｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも大きなｎ型
ＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも小さ
なｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャル
ウェーハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面に電
極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取
り入れるようにしたものである。

【００２１】本発明は、フィルタ層となる第一の導電型
のＡｌＧａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも
大きな第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混
晶比がＡｌＧａＡｓ基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ
活性層を積層させてエピタキシャルウェーハを形成し、
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるようにした
ものである。

【００２２】本発明は、フィルタ層となる第一の導電型
のＡｌＧａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも
大きな第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混
晶比が基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、Ａｌ
Ａｓ混晶比がｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層よりも大きな第二
の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が０．
００５〜０．１で、第二の導電型のＡｌＧａＡｓ層を積
層させてエピタキシャルウェーハを形成し、エピタキシ
ャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ基板側から光を取り入れるようにしたものであ
る。

【００２３】

【作用】ダブルヘテロ構造やシングルヘテロ構造を有す
る受光素子は、その活性層のバンドギャップエネルギー
以上の光を受光することができる。そして、光の入射す
る表面側に、バンドギャップエネルギーが障壁層よりも
小さなフィルタ層を設けると、フィルタ層は高エネルギ
ーの光を吸収するためのカットフィルタとなる。従っ
て、フィルタ層及び活性層のバンドギャップエネルギー
の差による範囲の波長光を受光することができる。しか
し、フィルタ層での高エネルギー光の遮光が不十分であ
ると、この光は活性層に到達し所望の波長域以外に感度
が生じる。すなわち、雑音が発生するわけである。この
ような雑音の発生を抑えるためには、フィルタ層の吸収
端波長光に対する吸収係数を把握し、その波長光がフィ
ルタ層で吸収されるのに必要な厚さを確保することが必
要である。

【００２４】一般に、物質に入射した直後の光の強度を
Ｉ₀、その物質の入射光に対する吸収係数をαとすれ
ば、物質中を距離ｄだけ進行した光の強度Ｉは数１で表
される。

【００２５】

【数１】Ｉ＝Ｉ₀ｅｘｐ（−αｄ）数１からＩとＩ₀との比は数２で表される。

【００２６】

【数２】Ｉ／Ｉ₀＝ｅｘｐ（−αｄ）今、Ｉ₀をフィルタ層に入射した直後のフィルタ層の吸
収端波長光の強度（単位：Ｗ）に、吸収係数αをその波
長光に対するフィルタ層の吸収係数（単位：ｃｍ^-1）に
距離ｄをフィルタ層の厚さにそれぞれ置き換えると数２
は数３で表される。

【００２７】

【数３】Ｉ／Ｉ₀＝Ｃｅｘｐ（−αｄ）数３におけるＣは、実際に形成されるフィルタ層の膜厚
のばらつきや、層内における構成元素組成のばらつきを
考慮した係数であり、実験的に定められるべきものであ
る。ＧａＡｓ及びその混晶系やＩｎＰ及びその混晶系を
材料とした場合には、Ｃの値は約５とするのが適当であ
る。

【００２８】さらに、単一波長受光素子の雑音Ｎ（単
位：ｄＢ）を数４で定義する。

【００２９】

【数４】Ｎ＝１０ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｐ）ここに、Ｒａはフィルタ層の吸収端波長（λｆ）光に対
する単一波長受光素子の感度（単位：Ａ／Ｗ）、Ｒｐは
単一波長受光素子のピーク感度である。前述したように
ピーク感度波長λｐは、フィルタ層の吸収端波長λｆと
活性層の吸収端波長λａの間に存在する。数４から単一
波長受光素子の雑音を−２０ｄＢ以下に抑える条件とし
て数５が導かれる。

【００３０】

【数５】Ｒａ／Ｒｐ≦１／１００フィルタ層が無い受光素子では、波長λｆとλｐとの間
での感度は略一定とみなせる。従って、単一波長受光素
子に波長λｆとλｐの光が同一強度で入射した場合に、
フィルタ層を透過した波長λｆの光強度が入射直後の値
に比べて１／１００となればよい。すなわち、数３と数
５とから数６が導かれる。

【００３１】

【数６】Ｉ／Ｉ₀＝Ｃｅｘｐ（−αｄ）≦１／１００この数６をｄについて解き、Ｃ＝５を代入すると数７と
なる。

【００３２】

【数７】ｄ≧（ｌｎ５００）／α フィルタ層の厚さが数７の条件を満たすときに単一波長
受光素子の雑音は−２０ｄＢ以下となる。

【００３３】λｆよりも波長の短い光に対しては、フィ
ルタ層の吸収係数がαよりも大きくなるため、この層の
厚さが数７を満たす限りλｆよりも波長の短い光が活性
層に到達することはない。波長がλｆよりも長くなる
と、フィルタ層での吸収係数は急激に減少し、活性層に
光が到達し感度が生じる。波長がさらに長くなりλａを
超えると、活性層の光吸収係数が急激に減少し、感度が
無くなる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００３５】図１（ａ）は本発明の単一波長受光素子の
一実施例の断面図である。

【００３６】図１（ａ）に示すように受光素子はｐｉｎ
型受光素子構造を有しており、ｐ型ＧａＡｓ基板１０の
一方の表面（図では上側）に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障
壁層１１、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層１２、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第二障壁層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４
をこの順番でエピタキシャル成長させてダブルへテロ構
造を有するエピタキシャルウェーハが形成され、このエ
ピタキシャルウェーハの表面にカソード電極１５が形成
され、ｐ型ＧａＡｓ基板の他方の表面（図では下側）に
アノード電極１６が略一様に形成されている。

【００３７】カソード電極１５は、中央に約４００μｍ
×４００μｍの大きさの穴が形成された略枠状の電極で
ある。フィルタ層１４の表面にはシリコンナイトライド
反射防止膜１７が形成されている。

【００３８】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した各結晶
層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であり、縦軸は深
さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶比を示してい
る。図２は図１（ａ）に示した受光素子のバンド構造図
である。

【００３９】ＡｌＡｓ混晶比は、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィ
ルタ層１４が約０．０９であり、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二
障壁層１３が約０．３であり、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層
１２が約０．０２であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障壁層
１１が約０．３である。

【００４０】このような混晶比を有する受光素子に光Ｌ
が入射すると、入射した光Ｌがフィルタ層１４のバンド
ギャップエネルギーよりも大きなエネルギーを有してい
るときは、フィルタ層１４で吸収されて電子と正孔とに
なる。しかし図２に示すように正孔は、第二障壁層１３
のヘテロ障壁１８により第二障壁層１３側へ拡散できず
フィルタ層１４内で電子と再結合する。

【００４１】これに対して受光素子に入射した光Ｌがフ
ィルタ層１４のバンドギャップエネルギーよりも小さな
エネルギーを有しているときは、フィルタ層１４を透過
し、さらに第二障壁層１３も透過して活性層１２へ到達
する。活性層１２へ到達した光の中で、活性層１２のバ
ンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーの光は、
活性層１２内で吸収され電子−正孔対を発生させる。活
性層１２のバンドギャップエネルギーより低いエネルギ
ーの光は、活性層１２を透過しさらに第一障壁層１１も
透過して、ｐ型ＧａＡｓ基板１０へ到達する。基板１０
に到達した光の中で、基板１０のバンドギャップエネル
ギーよりも高いエネルギーの光は、基板１０内で吸収さ
れ電子−正孔対を発生させる。

【００４２】しかし電子は第一障壁層１１と基板１０と
の間のヘテロ障壁１９により活性層１２方向へ拡散でき
ないため、基板１０内で正孔と再結合する。従って活性
層１２内で励起されたキャリアのみがカソード電極１５
及びアノード電極１６から電流として取り出される。

【００４３】すなわち、活性層１２で吸収される光のエ
ネルギーは、活性層１２のバンドギャップエネルギーよ
りも高く、フィルタ層１４のバンドギャップエネルギー
よりも低い範囲となる。

【００４４】従ってフィルタ層１４及び活性層１２のバ
ンドギャップエネルギーを制御することにより受光波長
範囲を制御すること、すなわち単一波長受光が可能とな
る。

【００４５】次に、上述した受光素子の製造方法につい
て述べる。

【００４６】受光素子を構成するエピタキシャル層は、
図示しないスライドボートを用いた液晶エピタキシャル
（ＬＰＥ）法により成長させる。４層成長用のスライド
ボートにＧａＡｓ基板と原料とをセットする。第一層用
原料として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶及びド
ーパントである亜鉛Ｚｎをセットし、第二層用原料とし
て金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶をセットする。
第三層用原料として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結
晶及びドーパントであるＴｅをセットし、第四層用原料
として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶及びドーパ
ントであるＴｅをセットする。

【００４７】スライドボートを石英製の炉心管の中にセ
ットし、炉心管内を真空ポンプで排気した後水素を流し
ながら約８５０℃まで昇温させ、この温度で数時間放置
し均質な溶液を作製する。その後、徐冷を開始し、約４
℃下がった時点で、基板ホルダをスライドさせて第一層
成長用溶液に基板を接触させ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障
壁層を成長させる。その後、第二層、第三層及び第四層
の各成長溶液に基板を所定の時間順次接触させていくこ
とにより、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層１２、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第二障壁層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４
をこの順番で成長させる。

【００４８】成長させたエピタキシャル層の厚さは、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ第一障壁層１１が約３０μｍ、ｉ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層１２が約２μｍ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二
障壁層１３が約２μｍである。ｎ型ＡｌＧａＡｓフィル
タ層１４に関しては、厚さが約５．８μｍ、６．９μ
ｍ、７．９μｍ及び８．２μｍの４種類のエピタキシャ
ルウェーハを成長させた。

【００４９】尚、フィルタ層１４の吸収係数αは、フィ
ルタ層１４の吸収端波長λｆの光に対するものであり、
このλｆは数８及び数９により定めた。

【００５０】

【数８】λｆ＝ｈｃ／（（1.424 ＋1.247 ｘ）ｅ）（０≦ｘ≦0.45）

【００５１】

【数９】 λｆ＝ｈｃ／（（1.424 ＋1.247 ｘ＋1.147 （ｘ−0.45）²）ｅ）（0.45≦ｘ≦1.0 ）ここに、ｈはプランク定数、ｃは真
空中の光の速さ、ｘはＡｌＡｓ混晶比、ｅは電気素量で
ある。前述したｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４のＡｌ
Ａｓ混晶比は約０．０９であるから、数８からλｆの値
は約８０８ｎｍと計算される。この波長におけるフィル
タ層１４の吸収係数αの測定値は約８．０×１０³ｃｍ
^-1となった。

【００５２】この吸収係数αを数７に代入すると数１０
となる。

【００５３】

【数１０】（ｌｎ５００）／α＝６．２１４６／８．０×１０⁵ｍ^-1 ＝７．７６８×１０^-6ｍ＝７．７７μｍこれら４種類のエピタキシャルウェーハのｎ型フィルタ
層１４の表面に、フォトリソグラフィ法を用い、約４２
０μｍ×４２０μｍの大きさでその中央に約４００μｍ
×４００μｍの穴を有する略枠型の形状のカソード電極
１５を形成した後、基板１０の他方の面全面にアノード
電極１６を形成しアロイを行った。そして、フォトリソ
グラフィ法によりメサ分離を施し、さらにフィルタ層１
４の表面に反射防止膜１７としてプラズマＣＶＤ法によ
り屈折率が約１．９、厚さが約１０８ｎｍのシリコンナ
イトライド膜を形成した。後でワイヤボンディングを施
してカソード電極１５の表面のシリコンナイトライド膜
はフォトリソグラフィにより予め除去する。このエピタ
キシャルウェーハをダイシングソウを用いて約５５０μ
ｍ×５５０μｍのサイズに切断してベアチップが形成さ
れる。さらにこのベアチップをステム上に実装し、ワイ
ヤボンディングにより配線することにより受光素子が形
成される。

【００５４】これら４種類の受光素子について、約２５
℃における分光感度特性を測定した。

【００５５】光源にはキセノンランプを用い、分光器で
分光した後光ファイバにより受光素子に導いた。このと
き分光器と光ファイバとの間に透過率可変のＮＤフィル
タを設け、受光素子に照射する光の放射束が一定となる
ように調整した。また、分光感度の測定は、３００ｎｍ
から１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みで実施した。

【００５６】図３は７００ｎｍから１０００ｎｍにおけ
る４種類の受光素子の分光感度の測定結果であり、横軸
が波長を示し、縦軸が放射感度を示している。

【００５７】同図よりピーク感度波長は８２８ｎｍ付近
にあり、ピーク放射感度は約０．４Ａ／Ｗであることが
わかる。ピーク放射感度の１／２（−３ｄＢ）以上の感
度が得られる波長域は８２０ｎｍから８３６ｎｍであ
り、その幅は１６ｎｍであった。また、ピーク放射感度
の１／１００（−２０ｄＢ）における感度波長域は、フ
ィルタ層１４の厚さｄが７．９μｍ及び８．２μｍの受
光素子は８１２ｎｍから８５５ｎｍであり、この波長幅
（４３ｎｍ）はフィルタ層１４及び活性層１２の吸収端
波長（８０８ｎｍ、８５６ｎｍ）で決まる波長幅（４８
ｎｍ）と略同じであった。

【００５８】一方、厚さｄが約６．９μｍの素子の−２
０ｄＢにおける感度波長幅は約１１２μｍであり、厚さ
ｄが約５．８μｍの素子では感度波長幅は約１３６μｍ
であった。尚、図示した波長範囲以外での放射感度はい
ずれも０．００１２Ａ／Ｗ（−２５．２ｄＢ）以下であ
った。この測定結果から以下のことがいえる。

【００５９】(1) 本実施例では、ピーク感度波長が８２
８ｎｍ付近であるが、フィルタ層１４及び活性層１２の
混晶比を制御することにより、ピーク感度波長及び感度
波長域を制御することができる。この場合、ピーク放射
感度としてＳｉ受光素子と同等以上の０．４Ａ／Ｗが確
保できる。さらに、フィルタ層１４の厚さを（ｌｎ５０
０）／α以上とすることにより、フィルタ層１４及び活
性層１２の吸収端波長で決まる波長域以外での放射感度
（雑音）をピーク放射感度の−２０ｄＢ以下に抑えるこ
とができる。ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系受光素子は、Ｓ
ｉ系受光素子に比べて高価なため、従来単独の素子とし
て用いられることが少なくなかったが、このようにピー
ク感度波長及び感度波長域が制御でき、かつ、低雑音化
が達成されるので、単独でも広く用いられることが期待
できる。

【００６０】(2) ＡｌＧａＡｓ系を用いた場合には、感
度波長域が６４０ｎｍから８８０ｎｍ程度であるが、こ
の構造はＩｎＧａＡｓＰ系等にも応用できる。また、他
の材料でも可能である。

【００６１】(3) 感度波長域を大幅に絞り、しかも感度
波長域以外の波長光に対する雑音が−２０ｄＢ以下と低
雑音の受光素子が実現できるので、単色光発光のＬＤや
ＬＥＤを使って波長分割多重方式を実現する場合、それ
らのＬＤやＬＥＤの発光波長に合わせた感度波長域の選
択が受光素子側で行える。このため、分光器やフィルタ
を用いる必要がなくなり、その結果、光学部品が少な
く、光の損失も小さく、安価かつ容易に実現することが
できる。

【００６２】図４（ａ）は本発明の単一受光素子の他の
実施例の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示
した各結晶層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であ
り、縦軸は深さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶
比を示している。尚、図１に示した結晶と同様の結晶に
は同一の符号を用いた。

【００６３】図１に示した実施例との相違点は、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１０の一方（図の上側）の表面に、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層２０、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層１３、ｎ
型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４をこの順番で成長させた
エピタキシャルウェーハを形成し、このエピタキシャル
ウェーハの表面にアノード電極１６を形成し、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板１０の他方の表面（図の下側）にカソード電極
１５を形成した点である。

【００６４】図４（ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混晶比
は、ｎ型フィルタ層１４は約０．０９、ｎ型障壁層１３
は約０．３、そしてｐ型活性層２０の混晶比プロファイ
ルは、ｐ型ＧａＡｓ基板１０との界面で約０．１２と高
く、ｎ型障壁層１３との界面で約０．０２と低く形成さ
れている。

【００６５】製造方法は図１に示した受光素子と同じで
ある。この受光素子についての測定結果は、感度波長域
において同じであった。ｐｉｎ構造に比べてエピタキシ
ャルウェーハの量産性がよいので安価に生産できる。

【００６６】図５は本発明の単一受光素子の他の実施例
の断面図である。

【００６７】図１に示した実施例との相違点は、メサ分
離溝の側壁を遮光性の膜で覆った点である。

【００６８】本実施例では遮光性の膜としてＴｉ膜２１
を用いた。Ｔｉ膜２１の形成は真空蒸着法で行い、その
膜厚は約０．２μｍとした。所望の位置にＴｉ膜２１を
形成するための手段として、フォトリソグラフィ法によ
るリフト法を用いた。また、Ｔｉ膜２１はシリコンナイ
トライド膜上に形成されており、結晶層と直接接触しな
い構造となっている。さらにＴｉ膜２１はカソード電極
１５とも分離されている。この遮光膜の材料はＴｉに限
るものではなく、他の金属あるいは樹脂でもよい。

【００６９】遮光膜は、光源からの光を光ファイバを介
さずに直接受光させた場合（例えば空間伝送）などに、
メサ周囲の側壁から光が散乱光として入射するのを防
ぎ、これにより雑音の発生を防止する効果がある。

【００７０】尚、上述した実施例ではいずれもｐ型Ｇａ
Ａｓ基板１０上に受光素子を形成した場合について説明
したが、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成してもよい。但し、
この場合には各結晶のｐ型とｎ型が逆になる。また、エ
ピタキシャル成長の方法はＬＰＥ法に限るものではなく
他の方法でもよい。

【００７１】以上において、本実施例によれば、フィル
タ層の吸収端波長光に対する吸収係数をαｃｍ^-1とした
ときに（ｌｎ５００）／α以上であるので、所望の波長
光以外の波長光がフィルタ層で吸収されるのに必要な厚
さが確保され、単一波長の光を低雑音（−２０ｄＢ以
下）で受光することができ、しかも安価な単一波長受光
素子を実現することができる。

【００７２】また、フィルタ層を一体的に形成した受光
素子のメサ分離溝周囲の側壁を、遮光性の膜で覆ったの
で、拡散光の入射に対しても雑音の発生が減少する。

【００７３】図６（ａ）は本発明の単一波長受光素子の
実施例の断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）に示し
た各結晶層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であり、
縦軸は深さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶比を
示している。

【００７４】図１に示した実施例との相違点は、化合物
半導体の基板上に活性層、障壁層等のエピタキシャル層
を形成し、さらにその基板自体を高エネルギーの光を遮
断するためのフィルタ層として用い、フィルタ層及び活
性層のバンドギャップエネルギーの差による範囲の波長
光を受光する点である。

【００７５】図６（ａ）において、この受光素子は、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ基板３０の一方の表面（図では下側の表
面）に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３１、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ活性層３２をこの順番でエピタキシャル成長させてエ
ピタキシャルウェーハを形成し、このエピタキシャルウ
ェーハのエピタキシャル層側（図では下側）の表面にア
ノード電極３３を形成し、基板３０の他方の表面（図で
は上側の表面）にカソード電極３４を形成したものであ
る。

【００７６】カソード電極３４は、中央に約４００μｍ
×４００μｍの穴を有する略枠状の形状を有している。
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３２のアノード電極３３で被覆
されている部分以外の表面及びｐｎ接合のメサ分離溝３
５の側面は酸化シリコン膜３６が形成されている。

【００７７】また、図６（ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混
晶比は、基板３０が約０．１であり、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
障壁層３１が約０．３であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
３２が約０．０３である。

【００７８】この受光素子に光Ｌが入射すると、基板３
０のバンドギャップエネルギーよりも大きなエネルギー
の光は、基板３０で吸収され電子と正孔になる。しか
し、図７に示すように正孔は、ｎ型障壁層３１のヘテロ
障壁３７により障壁層３１側へ拡散できず基板３０内で
電子と再結合する。尚、図７は図６（ａ）に示した受光
素子のバンド構造図である。

【００７９】基板３０のバンドギャップエネルギーより
も小さなエネルギーの光は、基板３０を透過し、さらに
障壁層３１も透過して活性層３２へ到達する。活性層３
２へ到達した光の中で、活性層３２のバンドギャップエ
ネルギーより高いエネルギーの光は、活性層３２内で吸
収され電子−正孔対を発生させる。活性層３２のバンド
ギャップエネルギーより低いエネルギーの光は活性層３
２を透過する。従って活性層３２内で励起されたキャリ
アのみがアノード電極３３及びカソード電極３４から電
流として取り出される。

【００８０】すなわち、活性層３２で吸収される光のエ
ネルギーは、活性層３２のバンドギャップエネルギーよ
りも高く、基板３０のバンドギャップエネルギーよりも
低い範囲となる。従って基板３０及び活性層３２のバン
ドギャップエネルギーを制御することにより受光波長範
囲を制御することが可能となる。

【００８１】ここで、受光素子の感度波長範囲を制御す
るためには、基板３０及び活性層３２のバンドギャップ
エネルギーを制御する必要がある。活性層３２はエピタ
キシャル層であり、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶ
ＰＥ）法、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法、分子線エピ
タキシー法等の手段を用いることにより、バンドギャッ
プエネルギーの制御が容易に行える。

【００８２】一方、基板３０にはＡｌＧａＡｓのような
三元混晶系やＩｎＧａＡｓＰのような四元混晶系を用い
てそのバンドギャップエネルギーを制御することができ
る。このような、三元混晶系や四元混晶系の基板を得る
方法は、まず、ＧａＡｓやＩｎＰの基板上にＡｌＧａＡ
ｓやＩｎＧａＡｓＰをエピタキシャル成長させる。この
成長手段としてはＬＰＥ法が適している。これはエピタ
キシャル成長の速度が大きく取れ、かつ、多数枚の同時
成長が容易にできるからである。その後、下地のＧａＡ
ｓ基板やＩｎＰ基板を研磨やエッチング等の手段で除去
し、得られたＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰの層を受光
素子を製造するための基板として用いる。もちろん、Ｇ
ａＡｓやＩｎＰの基板を除去する前に、受光素子を形成
しその後にＧａＡｓやＩｎＰの基板を除去してもよい。

【００８３】受光素子の製造に用いるＡｌＧａＡｓやＩ
ｎＧａＡｓＰの基板の厚さとしては、１５０μｍ以上で
あることが望ましい。これよりも厚さが薄いと基板の機
械的強度が低下し、受光素子を製造する工程で破壊して
しまう。

【００８４】ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系を用いた場合
は、感度波長範囲を６４０ｎｍ〜８８０ｎｍの間で制御
できる。またこの構造は、ＩｎＧａＡｓＰ系やＳｉ−Ｇ
ｅ系に応用できる。

【００８５】次に上述した受光素子の製造方法について
述べる。

【００８６】受光素子を構成するエピタキシャル層はＭ
ＯＣＶＤ法により成長させる。ＡｌＡｓ混晶比が約０．
１、キャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ基板３０を石英製反応管内のサセプタ上にセット
し、反応管内を真空ポンプで排気した後、水素を流しな
がら約８２０℃まで昇温させ、この温度で安定させた。
その後、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム、アルシンを原料として、ＡｌＧａＡｓ層を成長させ
る。この時、ｎ型ドーパントとしてはシリコンＳｉを選
択し、この原料としてはジシランが用いられる。ｐ型ド
ーパントとしてはＺｎを選択し、この原料としてはジエ
チルジンクが用いられる。第一層目のｎ型ＡｌＧａＡｓ
障壁層３１は、キャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の結
晶層を約０．２μｍ成長させる。第二層目のｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層３２はキャリア濃度が５×１０¹⁴ｃｍ^-3の
結晶層を約６μｍ成長させる。

【００８７】得られたエピタキシャルウェーハのエピタ
キシャル層側の表面にフォトレジストパターンを形成
し、このフォトレジストパターンをマスクとしてメサ分
離溝を形成する。この後メサ分離溝の表面に酸化シリコ
ン膜を形成する。酸化シリコン膜の形成は、モノシラン
を酸素とを原料とした常圧ＣＶＤ法で行う。酸化シリコ
ン膜を形成した後フォトリソグラフィ法により、基板３
０の他方の表面にカソード電極３４を形成し、活性層３
２の表面にアノード電極３３を形成する。カソード電極
３４は前述と同様約４２０μｍ×４２０μｍの大きさ
で、その中央に約４００μｍ×４００μｍの穴を有する
略枠型の形状を有している。アノード電極３３のサイズ
は約３００μｍ×３００μｍである。両電極３３、３４
を形成した後ウェーハをダイシングソウで切断し、受光
素子のチップを形成する。チップサイズは約５５０μｍ
×５５０μｍである。このチップをステム上に実装し、
さらに金線を用いたワイヤボンディングにより配線して
受光素子が形成される。

【００８８】このようにして製造した受光素子につい
て、約２５℃における分光感度特性を測定した。

【００８９】光源にはキセノンランプを用い、分光器で
分光した後、散乱板を通して受光素子に照射した。この
とき分光器と散乱板との間に透過率可変のＮＤフィルタ
を設け、受光素子に照射する光の放射束が一定となるよ
うに調整する。また、分光感度の測定は３００ｎｍから
１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みで実施した。この受光素
子のピーク感度波長は８２０ｎｍ付近にあり、ピーク放
射感度の１／２（−３ｄＢ）以上の感度が得られる波長
範囲は８１２ｎｍから８２８ｎｍまでの間でその幅は１
６ｎｍであった。また、ピーク放射感度の１／１００
（−２０ｄＢ）における感度波長範囲は８０２ｎｍ〜８
４６ｎｍであり、この範囲は、ＡｌＧａＡｓ基板のバン
ドギャップエネルギーによる波長８０１ｎｍとｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層のバンドギャップエネルギーによる波長
８４９ｎｍで決まる範囲とほぼ一致した。また、８０２
ｎｍ〜８４６ｎｍの波長範囲以外に−２０ｄＢ以上の感
度が発生する波長域はなかった。この測定結果から以下
のことがいえる。

【００９０】(1) 本実施例ではピーク感度波長が８２０
ｎｍ付近であるが、ＡｌＧａＡｓ基板と活性層との混晶
比を制御することにより、ピーク感度波長及び感度波長
範囲を制御することができる。さらに、散乱光の入射に
対してもＡｌＧａＡｓ基板及び活性層のバンドギャップ
エネルギーで決まる波長範囲以外での放射感度（雑音）
をピーク放射感度の−２０ｄＢ以下に抑えることができ
る。ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系受光素子は、Ｓｉ系受光
素子に比べ価格的に高価なため、単独の素子として用い
られることが少なかったが、このようにピーク感度波長
及び感度波長域を制御することができ、かつ散乱光に対
しても低雑音化が達成されたので、単独でも広く用いら
れることが期待できる。

【００９１】(2) ＡｌＧａＡｓ系を用いた場合には、感
度波長範囲が６４０ｍｍから８８０ｎｍ程度であるが、
この構造はＩｎＧａＡｓＰ系やＳｉ−Ｇｅ系にも応用で
きる。また他の材料でも可能である。

【００９２】(3) 感度波長域を大幅に絞り、しかも散乱
光の入射に対しても雑音が−２０ｄＢ以下と低雑音の受
光素子が実現できるので、単色光発光のＬＥＤを用いて
空間光伝送を実現する場合、そのＬＥＤの発光波長に合
わせた感度波長範囲の選択が受光素子側でできる。この
ため、高価なフィルタを用いる必要がなくなって光学部
品が少なくなり、光損失が小さくなり、伝送距離の長い
システムを安価かつ容易に実現することができる。

【００９３】図８は本発明の単一波長受光素子の他の実
施例の断面図である。尚、図６に示した結晶と同様の結
晶には同一の符号を用いた。

【００９４】図６に示した実施例との相違点は、ＡｌＡ
ｓ混晶比が約０．１のｎ型ＡｌＧａＡｓ基板３０の一方
（図の下側）の面上に、ＡｌＡｓ混晶比が約０．３、キ
ャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが約０．２μｍ
のｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３１、ＡｌＡｓ混晶比が約
０．０３、キャリア濃度が５×１０^-14ｃｍ^-3、厚さが
約２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３２、ＡｌＡｓ混晶
比が約０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ
が約１μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３８をこの順番で
成長させたエピタキシャルウェーハを用いて製造する点
である。また、製造方法は前述と同様である。

【００９５】この受光素子についての測定結果は、図６
に示した実施例と比べ、感度波長範囲においては同じで
あるが、ピーク放射感度は約４倍に向上した。これは、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３８を設けることにより、この
障壁層３８と、活性層３２との界面での電子−正孔の再
結合速度が低減されるためである。

【００９６】図９は本発明の単一波長受光素子の他の実
施例の断面図である。

【００９７】図６に示した実施例との相違点は、図８に
示した受光素子の障壁層３８の上に、さらにＡｌＡｓ混
晶比が約０．０５、キャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3、
厚さが０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層３９を形成した
点である。

【００９８】この受光素子についての測定結果は、感度
波長範囲、ピーク放射感度については図８に示した実施
例の受光素子と同じであるが、パルス光に対する応答速
度が著しく改善された。具体的には、立上がり時間及び
立下がり時間が約６０％となり、高速応答性が向上し
た。これは接触抵抗が低減され、結果として素子のイン
ピーダンスが低減されたためである。

【００９９】尚、このｐ型ＡｌＧａＡｓ層３９のＡｌＡ
ｓ混晶比は、約０．００５〜０．１とすることが望まし
い。これはＧａＡｓ層よりも、ＡｌＧａＡｓ層の方がエ
ピタキシャル層表面を平滑に成長させることができ、電
極剥がれ等の不良が減るからである。平滑な表面を得る
ためには、０．００５以上のＡｌＡｓ混晶比とすること
が望ましい。またＡｌＡｓ混晶比が０．１を超えると、
高キャリア濃度のＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を成長
させるのが難しくなるため、ＡｌＡｓ混晶比は０．１以
下とするのが望ましい。

【０１００】高キャリア濃度のｐ型ＡｌＧａＡｓ層をエ
ピタキシャル成長させる際に、Ｚｎをドーパントに用い
ると、このＺｎがｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層やｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層に拡散し、これらの層のキャリア濃度が上
昇するため、受光素子の応答特性や暗電流特性が劣化す
ることがある。この場合は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層のドー
パントとして、炭素ＣやマグネシウムＭｇを用いること
が望ましい。ＣやＭｇはＺｎと比べ、ＧａＡｓ中やＡｌ
ＧａＡｓ中で拡散しにくく、隣接するエピタキシャル層
のキャリア濃度に影響を与えることが非常に少ない。

【０１０１】尚、上述した各実施例ではｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ基板を用いたが、ｐ型ＡｌＧａＡｓ基板を用いること
もできる。この場合、ＡｌＧａＡｓ障壁層及び高キャリ
ア濃度ＡｌＧａＡｓ層の導電型が逆になる。

【０１０２】ここで、光源からの光を光ファイバを介さ
ずに、例えば空間伝送のように直接受光させた場合に、
受光素子の側壁から入射する散乱光が分光感度特性に与
える影響について述べる。

【０１０３】図１０は、散乱光を照射した場合の図９に
示した本発明の受光素子、図１に示した本発明の受光素
子及び図１１に示した従来の受光素子のそれぞれの分光
感度特性を示す図である。

【０１０４】測定用の光源にはキセノンランプを用い、
分光器で分光した後散乱板を通して受光素子に照射し
た。このとき分光器と散乱板との間に透過率可変のＮＤ
フィルタを設け、受光素子に照射する光の放射束が一定
となるように調整した。また、分光感度の測定は３００
ｎｍから１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みに実施した。
尚、曲線Ｌ₁（一点鎖線）は図１１の受光素子の分光感
度特性、曲線Ｌ₂（破線）は図１の受光素子においてフ
ィルタ層の厚さを８．２μｍとした場合の分光感度特
性、曲線Ｌ₃は図９の受光素子の分光感度特性を示す。

【０１０５】これら三つの受光素子のピーク感度波長は
８２０ｎｍ付近にあり、ピーク放射感度は約０．４Ａ／
Ｗであった。ピーク放射感度の１／２（−３ｄＢ）以上
の感度が得られる波長範囲はほぼ８１２ｎｍから８２８
ｎｍの間でその幅は１６ｎｍであった。曲線Ｌ₂の感度
波長範囲が曲線Ｌ₃よりも１ｎｍ程度長波長側にシフト
しているが、これはこの素子のフィルタ層と活性層のＡ
ｌＡｓ混晶比が図９に示した受光素子のＡｌＡｓ混晶比
より若干小さかったためと考えられる。また、図１１の
受光素子と図９の受光素子とは、各層のＡｌＡｓ結晶比
が等しいため、曲線Ｌ₁と曲線Ｌ₃とは波長８００ｎｍ
よりも長波長側でラップしており、そのラップした部分
の曲線Ｌ₁（一点鎖線）は省略してある。

【０１０６】ピーク放射感度の１／１００（−２０ｄ
Ｂ）における感度波長範囲は図９に示した受光素子の場
合８０２ｎｍ〜８４６ｎｍであり、この範囲はＡｌＧａ
Ａｓ基板のバンドギャップエネルギーによる波長８０１
ｎｍとｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層のバンドギャップエネル
ギーによる波長８４９ｎｍで決まる範囲とほぼ一致し
た。また、８０２ｎｍ〜８４６ｎｍの波長範囲以外に−
２０ｄＢ以上の感度が発生する波長域はなかった。

【０１０７】図１の受光素子では図３と比較して明らか
なように、散乱光により雑音が発生したことがわかる。

【０１０８】一方、従来構造の受光素子では６５０ｎｍ
〜８００ｎｍの間で−２０ｄＢ以上の雑音が発生した。
この雑音が散乱光の入射によることを確かめるために、
分光器から出た光を光ファイバを用いて直接受光素子に
導き分光感度を測定した。この測定では、従来構造の受
光素子の特性は曲線Ｌ₄となり、雑音が散乱光の影響で
あることがわかった。もちろん図９に示した受光素子の
特性にも変化はなかった。

【０１０９】このように図９に示した受光素子によれ
ば、図５に示した受光素子のように側壁に遮光膜を形成
しなくても、散乱光の影響をほとんど受けることがな
く、この効果は図６及び図８に示す受光素子においても
同様に達成される。

【０１１０】以上において、図６、図８及び図９に示し
た本実施例によれば、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板上に、この
基板よりもＡｌＡｓ混晶比が大きなｎ型ＡｌＧａＡｓ障
壁層、ＡｌＡｓ混晶比がＡｌＧａＡｓ基板よりも小さな
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャルウ
ェーハを形成し、このエピタキシャルウェーハの表面に
電極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を
取り入れるようにしたので、ＡｌＧａＡｓ基板と活性層
との間の混晶比を制御することにより、感度波長範囲を
制御できると共に、散乱光の入射に対しても、雑音を−
２０ｄＢ以下に低減した受光素子を安価に生産できる。

【０１１１】また、受光素子の活性層と電極との間に、
ＡｌＧａＡｓ障壁層を設けたので、感度波長範囲が制御
でき、散乱光の入射に対しても雑音の発生が極度に少な
く、かつ、放射感度が極めて高い受光素子を安価に製造
することができる。

【０１１２】さらに受光素子の障壁層と電極との間に、
高キャリア濃度のＡｌＧａＡｓ層を設けた受光素子によ
れば、感度波長範囲が制御でき、散乱光の入射に対して
も雑音の発生が極度に少なく、放射感度が極めて高く、
かつ、応答速度が速い受光素子を安価に製造することが
できる。

【０１１３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【０１１４】(1) 受光素子にフィルタ層を一体的に形成
するときにそのフィルタ層の膜厚を（ｌｎ５００）／α
以上とし、フィルタ層と活性層との混晶比を制御するこ
とにより、単一波長の光を受光することができると共
に、雑音を−２０ｄＢ以下に低減することができる受光
素子を安価に製造することができる。

【０１１５】(2) 受光素子にフィルタ層を一体的に形成
した受光素子のメサ分離溝周囲の側壁を遮光性の膜で覆
ったので、拡散光の入射に対しても雑音の発生が極度に
少ない受光素子を安価に製造することができる。

【０１１６】(3) ＡｌＧａＡｓ基板と活性層との混晶比
を制御することにより、感度波長範囲を制御できると共
に、散乱光の入射に対しても雑音を−２０ｄＢ以下に低
減した受光素子を安価に製造することができる。

【０１１７】(4) 受光素子の活性層と電極との間に、Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層を設けたので、感度波長範囲を制御で
き、散乱光の入射に対しても雑音の発生が極度に少な
く、放射感度が極めて高い受光素子を安価に製造するこ
とができる。

【０１１８】(5) 受光素子の障壁層と電極との間に、高
キャリア濃度のＡｌＧａＡｓ層を設けたので、感度波長
範囲が制御でき、散乱光の入射に対しても雑音の発生が
極度に少なく、放射感度が極めて高く、かつ応答速度が
速い受光素子を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の単一波長受光素子の一実施例
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各結晶層とＡ
ｌＡｓ混晶比との関係を示す図である。

【図２】図１（ａ）に示した受光素子のバンド構造図で
ある。

【図３】７００ｎｍから１０００ｎｍにおける４種類の
受光素子の分光感度の測定結果である。

【図４】（ａ）は本発明の単一受光素子の他の実施例の
断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した各結晶層とＡ
ｌＡｓ混晶比との関係を示す図である。

【図５】本発明の単一受光素子の他の実施例の断面図で
ある。

【図６】（ａ）は本発明の単一波長受光素子の実施例の
断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各結晶層とＡｌ
Ａｓ混晶比との関係を示す図である。

【図７】図６（ａ）に示した受光素子のバンド構造図で
ある。

【図８】本発明の単一波長受光素子の他の実施例の断面
図である。

【図９】本発明の単一波長受光素子の他の実施例の断面
図である。

【図１０】図９に示した受光素子の分光感度特性と図１
１に示した従来の受光素子の分光感度特性とを示す図で
ある。

【図１１】従来の単一波長受光素子の断面図である。

【符号の説明】１４フィルタ層１５（カソード）電極１６（アノード）電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−3338（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−51285（ＪＰ，Ａ) 特開平５−216085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造
を有するエピタキシャル層を積層し、該エピタキシャル
層の上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成長
させることによりエピタキシャルウェーハを形成し、該
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成することに
より作製される受光素子において、前記フィルタ層の厚
さが、前記フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収係数
をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上である
ことを特徴とする単一波長受光素子。
【請求項２】化合物半導体基板上にシングルヘテロ構
造を有するエピタキシャル層を積層し、該エピタキシャ
ル層の上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成
長させることによりエピタキシャルウェーハを形成し、
該エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成すること
により作製される受光素子において、前記フィルタ層の
厚さが、前記フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収係
数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上であ
ることを特徴とする単一波長受光素子。
【請求項３】第一の導電型のＧａＡｓ基板上に、該基
板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ第一障壁層、ｉ型ＧａＡ
ｓ又はｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型のＡｌ
ＧａＡｓ第二障壁層を成長させてダブルヘテロ構造と
し、該ダブルヘテロ構造の上に前記第二の導電型の第二
ＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の
導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキ
シャルウェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの
表面に電極を形成することにより作製される受光素子に
おいて、前記第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、該ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光に対
する吸収波長係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５０
０）／α以上であることを特徴とする単一波長受光素
子。
【請求項４】第一の導電型のＧａＡｓ基板上に、該基
板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型
のＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させてシングルヘテロ構造
とし、該シングルヘテロ構造の上に前記第二の導電型の
ＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の
導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキ
シャルウェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの
表面に電極を形成することにより作製される受光素子に
おいて、前記第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、該ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光にお
ける吸収係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／
α以上であることを特徴とする単一波長受光素子。
【請求項５】ｐｎ接合がメサ分離され、かつ、該メサ
分離で形成されたメサ分離溝の側壁が遮光性の膜で覆わ
れていることを特徴とする請求項１から請求項４までの
いずれか一項記載の単一波長受光素子。
【請求項６】化合物半導体のｐｎ接合あるいはｐｉｎ
接合と、該ｐｎ接合あるいは該ｐｉｎ接合よりも光の入
射面側に配置されたフィルタ層と、該フィルタ層で光励
起されたキャリアが前記ｐｎ接合あるいは前記ｐｉｎ接
合に拡散するのを防止する障壁層とを有する受光素子に
おいて、前記フィルタ層を、高エネルギーの光を吸収す
る化合物半導体基板で形成し、その基板上にｐｎ接合あ
るいはｐｉｎ接合のエピタキシャル層を成長させて受光
素子を形成したことを特徴とする単一波長受光素子。
【請求項７】フィルタ層となるｎ型ＡｌＧａＡｓ基板
上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きなｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が前記基板よりも小さな
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャルウ
ェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの表面に電
極を形成し、かつ、前記ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光
を取り入れるようにしたことを特徴とする単一波長受光
素子。
【請求項８】フィルタ層となる第一の導電型のＡｌＧ
ａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きな
第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が
前記ＡｌＧａＡｓ基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活
性層を積層させてエピタキシャルウェーハを形成し、該
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、
前記ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるように
したことを特徴とする単一波長受光素子。
【請求項９】フィルタ層となる第一の導電型のＡｌＧ
ａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きな
第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が
前記基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ＡｌＡ
ｓ混晶比が該ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層よりも大きな第二
の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が０．
００５〜０．１で、第二の導電型のＡｌＧａＡｓ層を積
層させてエピタキシャルウェーハを形成し、該エピタキ
シャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、前記ｎ型
ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるようにしたこと
を特徴とする単一波長受光素子。