JP2955286B1 - Semiconductor photoelectric conversion element - Google Patents

Semiconductor photoelectric conversion element

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JP2955286B1
JP2955286B1 JP10279735A JP27973598A JP2955286B1 JP 2955286 B1 JP2955286 B1 JP 2955286B1 JP 10279735 A JP10279735 A JP 10279735A JP 27973598 A JP27973598 A JP 27973598A JP 2955286 B1 JP2955286 B1 JP 2955286B1
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layer
photoelectric conversion
semiconductor
photoconductive layer
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パブロ・バッカロ
千秋 堂本
典文 江上
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EI TEI AARU KANKYO TEKIO TSUSHIN KENKYUSHO KK
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EI TEI AARU KANKYO TEKIO TSUSHIN KENKYUSHO KK
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Abstract

【要約】 【課題】 平面基板上で他の素子と接続することがで
き、従来例に比較して高速で動作することができる半導
体光電変換素子を提供する。 【解決手段】 第1の平坦部10aと第2の平坦部10
cとの間に斜面部10bを有する半導体基板10上に、
1対の障壁層11,13によって挟設される光導電層1
2を形成した後、光導電層12上にコンタクト半導体層
14a,14b,14cを、面方位の違いにより、第1
の平坦部10a上のコンタクト半導体層14aの伝導型
がp型となり、斜面部10b上のコンタクト半導体層1
4bの伝導型がn型となるように形成することにより、
i型の光導電層12を含む横方向のp−i−n接合を形
成してなる。光導電層12により光を受光して吸収し、
横方向のp−i−n接合で電流が流れることにより光電
変換する。
An object of the present invention is to provide a semiconductor photoelectric conversion element which can be connected to another element on a flat substrate and can operate at a higher speed than a conventional example. SOLUTION: A first flat portion 10a and a second flat portion 10 are provided.
c on a semiconductor substrate 10 having a slope 10b,
Photoconductive layer 1 sandwiched between a pair of barrier layers 11 and 13
2 is formed, the contact semiconductor layers 14a, 14b, and 14c are formed on the photoconductive layer 12 in the first direction due to a difference in plane orientation.
Of the contact semiconductor layer 14a on the flat portion 10a becomes p-type, and the contact semiconductor layer 1a on the slope portion 10b becomes p-type.
By forming the conduction type of 4b to be n-type,
A horizontal pin junction including the i-type photoconductive layer 12 is formed. The light is received and absorbed by the photoconductive layer 12,
The photoelectric conversion is performed by the current flowing through the pin junction in the lateral direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光電変換素
子に関する。
[0001] The present invention relates to a semiconductor photoelectric conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信網の整備や、一般家庭においても
光磁気記憶装置や家庭用ビデオカメラ・デジタルカメ
ラ、またFAXやスキャナーなどで用いられる半導体光
電変換素子又は受光素子の需要は急激な延びを示してい
る。また、光回路と電気回路が融合した回路が、今後、
様々な分野で応用が期待されており、光電変換素子はそ
れらの機器でのキーパーツになる。
2. Description of the Related Art The demand for semiconductor photoelectric conversion elements or light-receiving elements used in magneto-optical storage devices, home video cameras, digital cameras, faxes, scanners, etc. has been rapidly increasing even in general homes. Is shown. In addition, circuits that combine optical circuits and electrical circuits will be
Applications are expected in various fields, and the photoelectric conversion element is a key part in such devices.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、光通信分野にお
いては、より高速で大容量な通信が求められており、受
光素子においても高速な光電変換が求められている。ま
た、光通信用分野では素子間の光接続が重要なテーマで
あり、光源となる半導体レーザ装置、光アイソレータ
ー、光ファイバケーブル等の他の素子との接続は、従来
はアクティブアライメントと呼ばれる方法によりなされ
ていたが、最近では平面基板上へそれぞれの素子を位置
決め搭載することで解決が試みられているが、多くの素
子を位置決めだけで完成させることは極めて困難である
という問題点があった。
In recent years, in the field of optical communication, higher-speed and larger-capacity communication has been demanded, and high-speed photoelectric conversion has also been demanded in light-receiving elements. In the field of optical communication, optical connection between elements is an important theme, and connection with other elements such as a semiconductor laser device, an optical isolator, and an optical fiber cable as a light source is conventionally performed by a method called active alignment. Although it has been recently attempted to solve the problem by positioning and mounting each element on a flat substrate, there has been a problem that it is extremely difficult to complete many elements only by positioning.

【0004】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
平面基板上で他の素子と接続することができ、従来例に
比較して高速で動作することができる半導体光電変換素
子を提供することにある。
[0004] An object of the present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor photoelectric conversion element which can be connected to another element on a flat substrate and can operate at a higher speed than a conventional example.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の半導体光電変換素子は、第1の平坦部と第2の平坦
部との間に斜面部を有する半導体基板上に、1対の障壁
層によって挟設される光導電層を形成した後、上記光導
電層上にコンタクト半導体層を、面方位の違いにより、
第1の平坦部上のコンタクト半導体層の伝導型がp型と
なり、斜面部上のコンタクト半導体層の伝導型がn型と
なるように形成することにより、i型の光導電層を含む
横方向のp−i−n接合を形成してなる半導体光電変換
素子であって、上記光導電層により光を受光して吸収
し、横方向のp−i−n接合で電流が流れることにより
光電変換することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor photoelectric conversion device comprising a pair of semiconductor photoelectric conversion elements on a semiconductor substrate having a slope portion between a first flat portion and a second flat portion. After forming the photoconductive layer sandwiched by the barrier layer, a contact semiconductor layer on the photoconductive layer, due to the difference in plane orientation,
By forming the contact semiconductor layer on the first flat portion to be p-type and the contact semiconductor layer on the slope portion to be n-type, a lateral direction including the i-type photoconductive layer is formed. Wherein the photoconductive layer receives and absorbs light, and a current flows through the pin junction in the lateral direction. It is characterized by doing.

【0006】また、請求項2記載の半導体光電変換素子
は、請求項1記載の半導体光電変換素子において、上記
1対の障壁層と、上記光導電層と、上記コンタクト半導
体層とを結晶成長法により形成し、上記コンタクト半導
体層の同一の層における、第1の平坦部上の部分と、斜
面部上の部分との間をエッチングして、上記光導電層上
にコンタクト半導体層を、面方位の違いにより、第1の
平坦部上のコンタクト半導体層の伝導型がp型となり、
斜面部上のコンタクト半導体層の伝導型がn型となるよ
うに形成することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor photoelectric conversion element according to the first aspect, the pair of barrier layers, the photoconductive layer, and the contact semiconductor layer are formed by a crystal growth method. And etching between the portion on the first flat portion and the portion on the slope portion of the same layer of the contact semiconductor layer to form the contact semiconductor layer on the photoconductive layer in a plane orientation. The conductivity type of the contact semiconductor layer on the first flat portion becomes p-type,
It is characterized in that the contact semiconductor layer on the slope portion is formed so that the conductivity type is n-type.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】図1は、本発明に係る一実施形態である横
方向p−i−n接合型半導体光電変換素子の構成を示
す、図2のA−A’面の断面図であり、図2は、図1の
横方向p−i−n接合型半導体光電変換素子の平面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2 showing a configuration of a lateral pin junction semiconductor photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view of the lateral pin junction semiconductor photoelectric conversion device of FIG. 1.

【0009】この実施形態の横方向p−i−n接合型半
導体光電変換素子は、第1の平坦部10aと第2の平坦
部10cとの間に斜面部10bを有する半導体基板10
上に、1対の障壁層11,13によって挟設される光導
電層12を形成した後、上記光導電層12上にコンタク
ト半導体層14a,14b,14cを、面方位の違いに
より、第1の平坦部10a上のコンタクト半導体層14
aの伝導型がp型となり、斜面部10b上のコンタクト
半導体層14bの伝導型がn型となるように形成するこ
とにより、i型の光導電層12を含む横方向のp−i−
n接合を形成してなり、上記光導電層12により光を受
光して吸収し、横方向のp−i−n接合で電流が流れる
ことにより光電変換することを特徴としている。
The lateral pin-junction type semiconductor photoelectric conversion device of this embodiment has a semiconductor substrate 10 having a slope 10b between a first flat portion 10a and a second flat portion 10c.
After the photoconductive layer 12 sandwiched between the pair of barrier layers 11 and 13 is formed thereon, the contact semiconductor layers 14a, 14b and 14c are formed on the photoconductive layer 12 by the first and second planes depending on the plane orientation. Contact semiconductor layer 14 on flat portion 10a
By forming the conduction type of a to be p-type and the conduction type of the contact semiconductor layer 14b on the slope portion 10b to be n-type, the lateral p-i- including the i-type photoconductive layer 12 is formed.
It is characterized by forming an n-junction, receiving and absorbing light by the photoconductive layer 12, and performing photoelectric conversion by passing a current through a lateral pin junction.

【0010】本実施形態の横方向p−i−n接合型半導
体光電変換素子の作製手順の詳細を図1及び図2を参照
して説明する。
The details of the procedure for fabricating the lateral pin junction semiconductor photoelectric conversion device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0011】CrOがドープされたGaAsにてなる厚
さ400μmの半絶縁性の半導体基板10の上面である
面方位(1,1,1)A面(図1の平坦部10a)に対
して面方位(3,1,1)Aを有する傾斜面の斜面部1
0bが形成されるようにウエットエッチング法によって
段差加工を行い、これによって当該傾斜部10bの両側
に面方位(1,1,1)Aを有する平坦部10a,10
cが形成される。当該段差加工された半導体基板10上
に分子線エピタキシャル法によって以下の結晶成長を行
った。
A plane (1,1,1) A plane (flat portion 10a in FIG. 1) which is an upper surface of a semi-insulating semiconductor substrate 10 made of GaAs doped with CrO and having a thickness of 400 μm and having a thickness of 400 μm. Slope 1 of a slope having an orientation (3,1,1) A
Steps are performed by wet etching so that 0b is formed, and thereby flat portions 10a, 10a having plane orientations (1,1,1) A on both sides of the inclined portion 10b.
c is formed. The following crystal growth was performed by molecular beam epitaxy on the semiconductor substrate 10 subjected to the step processing.

【0012】(1)不純物としてSiを5×1016/c
3だけドープしてなる厚さ50nmのAl0.3Ga0.7
Asにてなる障壁層11。 (2)不純物としてSiを5×1016/cm3だけドー
プしてなる厚さ1000nmのGaAsにてなる光吸収
層となる光導電層12。 (3)不純物としてSiを5×1016/cm3だけドー
プしてなる厚さ50nmのAl0.3Ga0.7Asにてなる
障壁層13。 (4)不純物としてSiを3×1018/cm3だけドー
プしてなる厚さ200nmのGaAsにてなるコンタク
ト半導体層14(詳細後述する17のエッチングする前
のコンタクト半導体層を14と付す。)。
(1) 5 × 10 16 / c of Si as an impurity
50 nm thick Al 0.3 Ga 0.7 doped with m 3
A barrier layer 11 made of As. (2) A photoconductive layer 12 serving as a light absorbing layer made of GaAs having a thickness of 1000 nm and doped with Si as an impurity by 5 × 10 16 / cm 3 . (3) A barrier layer 13 made of Al 0.3 Ga 0.7 As and having a thickness of 50 nm and doped with Si as an impurity by 5 × 10 16 / cm 3 . (4) 200 nm thick GaAs contact semiconductor layer 14 doped with Si as an impurity by 3 × 10 18 / cm 3 (the contact semiconductor layer 17 before etching, which will be described later in detail, is referred to as 14). .

【0013】このとき、面方位(1,1,1)Aを有す
る平坦部10aの平面上のGaAsにてなるコンタクト
半導体層14aでは、添加されたシリコンがAs原子と
置き換わることで伝導型がp型である特性を示し、面方
位(3,1,1)Aを有する斜面部10b上のコンタク
ト半導体層14bでは、このシリコンがGa原子と置き
換わることで伝導型がn型である特性を示す。このよう
に段差基板を用いることで、面方位の違いにより、同一
成長層14内にp型の領域とn型の領域を作製すること
が可能となる。
At this time, in the contact semiconductor layer 14a made of GaAs on the plane of the flat portion 10a having the plane direction (1,1,1) A, the conductivity type is changed to p by replacing the added silicon with As atoms. In the contact semiconductor layer 14b on the slope portion 10b having the plane orientation (3,1,1) A, the silicon replaces Ga atoms, and the conductivity type is n-type. By using the stepped substrate as described above, it becomes possible to form a p-type region and an n-type region in the same growth layer 14 due to a difference in plane orientation.

【0014】次いで、面方位(3,1,1)Aを有する
斜面部10b上に、AuGe/Ni/Auにてなり厚さ
1000/300/1500Åのn型電極16を、ま
た、面方位(1,1,1)Aを有する平坦部10a上
に、Zn/Auにてなり厚さ300/2000Åのp型
電極15をリフトオフ法により形成した後、約400度
で1分間の熱処理を行うことでオーミック接続を得た。
最後に、受光部分のシリコン添加層であるコンタクト半
導体層14aと14bとの間のコンタクト半導体層14
の一部を、17に示すように、アンモニア系溶液を用い
てウエットエッチングにより除去した。アンモニア系の
エッチング溶液を用いることで、Al0.3Ga0.7Asに
てなる障壁層13がエッチングストッパーとして働い
た。
Next, an n-type electrode 16 made of AuGe / Ni / Au and having a thickness of 1000/300/1500 ° is placed on the inclined surface 10b having the plane orientation (3,1,1) A. After a p-type electrode 15 made of Zn / Au and having a thickness of 300/2000 ° is formed on the flat portion 10a having (1,1,1) A by a lift-off method, a heat treatment is performed at about 400 ° C. for 1 minute. Got an ohmic connection.
Lastly, the contact semiconductor layer 14 between the contact semiconductor layers 14a and 14b, which is the silicon-added layer of the light receiving portion.
Was removed by wet etching using an ammonia-based solution as shown in FIG. By using the ammonia-based etching solution, the barrier layer 13 made of Al 0.3 Ga 0.7 As served as an etching stopper.

【0015】n型電極16とp型電極15との間に直流
電源20と負荷抵抗21の直列回路を接続し、ここで、
直流電源20の正極をn電極16に接続する一方、直流
電源20の負極をp型電極15に接続する。これによ
り、n型電極16とp型電極15との間に、横方向に電
界を印加する。この状態で、受光部分17を介して光が
入射されると、GaAsにてなる光導電層12では、光
キャリアが発生する。光キャリアは、1対の障壁層1
1,13により挟設された光導電層12内でバンドエネ
ルギー的に閉じ込められ、その光導電層12内を、電界
方向に沿ってイオン散乱を受けることなく高速に移動す
ることが可能である。ここで、p型のコンタクト半導体
層14aと、i型の光導電層12と、n型のコンタクト
半導体層14cとにより横方向のp−i−n接合型のフ
ォトダイオードを構成する。従って、光導電層12内の
光キャリアの移動により、横方向のp−i−n接合で電
流が流れ、これにより、p型電極15とn型電極16と
の間に接続された負荷抵抗21に電流が流れて光電変換
動作が行われる。
A series circuit of a DC power supply 20 and a load resistor 21 is connected between the n-type electrode 16 and the p-type electrode 15, where
The positive electrode of DC power supply 20 is connected to n-electrode 16, while the negative electrode of DC power supply 20 is connected to p-type electrode 15. Thus, an electric field is applied between the n-type electrode 16 and the p-type electrode 15 in the lateral direction. In this state, when light is incident through the light receiving portion 17, photocarriers are generated in the photoconductive layer 12 made of GaAs. The optical carrier has a pair of barrier layers 1
Bands are confined in the photoconductive layer 12 sandwiched between the photoconductive layers 1 and 13 and can move at a high speed in the photoconductive layer 12 without being subjected to ion scattering in the direction of the electric field. Here, the p-type contact semiconductor layer 14a, the i-type photoconductive layer 12, and the n-type contact semiconductor layer 14c constitute a lateral pin junction type photodiode. Therefore, a current flows through the pin junction in the lateral direction due to the movement of the photocarriers in the photoconductive layer 12, whereby the load resistance 21 connected between the p-type electrode 15 and the n-type electrode 16 is changed. And the photoelectric conversion operation is performed.

【0016】ここで、光キャリアは、光導電層12内で
バンドエネルギー的に閉じ込められ、その光導電層12
内を、電界方向に沿ってイオン散乱を受けることなく高
速に移動することが可能であるので、光電変換時の高速
動作が可能となる。
Here, the photocarriers are confined within the photoconductive layer 12 in terms of band energy, and
Can move at high speed along the direction of the electric field without being subjected to ion scattering, so that high-speed operation at the time of photoelectric conversion becomes possible.

【0017】また、当該光電変換素子には絶縁層が必要
なく非常に単純な構造であるため、素子の小型化が容易
である。また同一平面上に電極を配置できるので、アレ
イ状に並べることも可能である。
Further, since the photoelectric conversion element has a very simple structure without an insulating layer, the element can be easily reduced in size. Since the electrodes can be arranged on the same plane, they can be arranged in an array.

【0018】さらに、半絶縁性の半導体基板10を使用
することで、各素子間の絶縁性が保たれ、他の素子を設
置する際にも容易に搭載が可能となる。またさらに、半
導体基板10として単結晶の基板を用いているので、結
晶面方位の異方性を利用したV溝エッチング加工も可能
であるので、当該半導体光電変換素子の受光部分17に
対して、光ファイバケーブル(図示せず。)を高精度に
ノンアライメントで光接続することも実現できる。
Further, by using the semi-insulating semiconductor substrate 10, the insulation between the respective elements is maintained, so that it is possible to easily mount other elements when installing the same. Furthermore, since a single crystal substrate is used as the semiconductor substrate 10, V-groove etching utilizing anisotropy of the crystal plane orientation is also possible. Optical connection of an optical fiber cable (not shown) with high precision and non-alignment can also be realized.

【0019】アンモニア系溶液による、シリコンドープ
層であるコンタクト半導体層14の除去をしなければ、
p−n接合が基板上に形成されるので、発光素子が受光
素子と同時に作製される。この場合には、p型電極15
とn型電極16間に電界を印加(p型電極を正側、n型
電極を負側)すると、p−n接合部で電子と正孔の再結
合による発光が得られる。
If the contact semiconductor layer 14, which is a silicon doped layer, is not removed with an ammonia-based solution,
Since the pn junction is formed on the substrate, the light emitting device is manufactured simultaneously with the light receiving device. In this case, the p-type electrode 15
When an electric field is applied between the P-type electrode 16 and the n-type electrode 16 (p-type electrode is on the positive side and n-type electrode is on the negative side), light is emitted by recombination of electrons and holes at the pn junction.

【0020】本実施形態において、横方向のp−i−n
接合を用いた理由は、作製が容易であることの他に、上
下方向に光を閉じ込める障壁層13が電流を流しにくい
ことが上げられる。横方向から電流を光導電層12に注
入できるので、障壁層13の伝導性は無視することがで
きる。
In this embodiment, the pin in the horizontal direction is
The reason for using the junction is that, in addition to the fact that the fabrication is easy, the barrier layer 13 that confine the light in the vertical direction does not easily allow a current to flow. Since current can be injected into the photoconductive layer 12 from the lateral direction, the conductivity of the barrier layer 13 can be neglected.

【0021】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、高速な光電変換を可能とする横型p−i−n接合を
受光部分17に設けている。さらに、半絶縁性の平面半
導体基板10上に作製することで受光素子部以外の部分
を他の素子を搭載するための基板としても使用可能であ
る。
As described above, according to the present embodiment, the horizontal pin junction that enables high-speed photoelectric conversion is provided in the light receiving portion 17. Further, by manufacturing the semiconductor device on the semi-insulating planar semiconductor substrate 10, a portion other than the light receiving element portion can be used as a substrate for mounting other elements.

【0022】さらに光・電気融合回路では、微細な発光
素子や受光素子を同一基板上に高精度に位置決めされた
状態で設けることができる。また、高速な光電変換を可
能とするため、能動部である光導電層12には単結晶半
導体薄膜材料を用いた。これにより、外部光により励起
された電子が光導電層12をイオン散乱を受けることな
く高速に移動することが可能となり、光電変換動作にお
いて、高速動作が得られる。
Further, in the optical / electrical fusion circuit, fine light emitting elements and light receiving elements can be provided in a state where they are positioned on the same substrate with high precision. In addition, in order to enable high-speed photoelectric conversion, a single-crystal semiconductor thin film material was used for the photoconductive layer 12 as an active part. Thereby, electrons excited by external light can move at high speed in the photoconductive layer 12 without being subjected to ion scattering, and high-speed operation can be obtained in the photoelectric conversion operation.

【0023】当該光電変換素子は半絶縁性の単結晶平面
の半導体基板10上に作製され、いずれの電極も平面上
に設けることが可能となる。半導体基板10上では、電
気的に分離されており、同一基板上に他の素子を設置す
ることも可能となる。また、基板として単結晶の半導体
基板10を用いているので、光ファイバケーブルをノン
アライメントで接続するための一般にV溝と呼ばれる形
状を作製することも容易である。
The photoelectric conversion element is manufactured on a semi-insulating single crystal plane semiconductor substrate 10, and any electrode can be provided on the plane. On the semiconductor substrate 10, it is electrically separated, and it becomes possible to install another element on the same substrate. In addition, since the single-crystal semiconductor substrate 10 is used as the substrate, it is easy to form a shape generally called a V-groove for connecting an optical fiber cable without alignment.

【0024】当該光電変換素子の作製には絶縁層など余
分な構造は一切無く、素子の微細化が容易である。また
アレイ状に作製することも容易である。さらに、本実施
形態の受光素子とほぼ同一の構造で、発光素子の作製も
可能である。従って、MMICに求められる高精度に位
置決めされた微細な発光素子と受光素子を同一基板上に
同時に作製することが可能となる。
There is no extra structure such as an insulating layer in the manufacture of the photoelectric conversion element, and the element can be easily miniaturized. It is also easy to manufacture them in an array. Further, a light-emitting element can be manufactured with substantially the same structure as the light-receiving element of the present embodiment. Therefore, it is possible to simultaneously manufacture fine light emitting elements and light receiving elements positioned with high precision required for the MMIC on the same substrate.

【0025】<変形例>本実施形態では、単結晶半導体
基板としてGaAsを用いたが、これに限らずSiやI
nP、GaN、サファイヤ基板などで構成してもよい。
<Modification> In the present embodiment, GaAs is used as the single crystal semiconductor substrate.
It may be composed of nP, GaN, a sapphire substrate, or the like.

【0026】以上の実施形態では、分子線エピタキシャ
ル法を用いて層11乃至14を結晶成長させたが、本発
明はこれに限らず、有機金属気相成長法などの結晶成長
法を用いてもよい。
In the above embodiment, the layers 11 to 14 are crystal-grown using the molecular beam epitaxy method. However, the present invention is not limited to this, and the crystal growth method such as the metal organic chemical vapor deposition method may be used. Good.

【0027】以上の実施形態では、面方位(1,1,
1)Aを有する平坦部と、面方位(3,1,1)A面を
有する斜面部を有する段差半導体基板10を用いたが、
(1,0,0)、(2,1,1)、(4,1,1)、
(5,1,1)などの他の面方位を用いることも可能で
ある。他の面方位を用いた場合には、図3のような関係
があり、結晶成長中のV/III比を設定することで本実
施形態のように同一平面内でp型n型の半導体層を形成
することができる。図3から明らかなように、例えば、
傾斜角θ=29.5°を有する(3,1,1)A面の傾
斜部14bを形成するときは、V/III比として3ない
し5を選択することにより、横方向のp−n接合を形成
することができる。
In the above embodiment, the plane orientation (1, 1,
1) The stepped semiconductor substrate 10 having a flat portion having A and a slope portion having a plane orientation of (3,1,1) A was used.
(1,0,0), (2,1,1), (4,1,1),
Other plane orientations such as (5,1,1) can be used. When other plane orientations are used, there is a relationship as shown in FIG. 3, and by setting the V / III ratio during crystal growth, the p-type and n-type semiconductor layers can be formed in the same plane as in this embodiment. Can be formed. As is clear from FIG. 3, for example,
When forming the (3,1,1) A-plane inclined portion 14b having the inclination angle θ = 29.5 °, the lateral pn junction is selected by selecting 3 to 5 as the V / III ratio. Can be formed.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
光電変換素子は、第1の平坦部と第2の平坦部との間に
斜面部を有する半導体基板上に、1対の障壁層によって
挟設される光導電層を形成した後、上記光導電層上にコ
ンタクト半導体層を、面方位の違いにより、第1の平坦
部上のコンタクト半導体層の伝導型がp型となり、斜面
部上のコンタクト半導体層の伝導型がn型となるように
形成することにより、i型の光導電層を含む横方向のp
−i−n接合を形成してなる半導体光電変換素子であっ
て、上記光導電層により光を受光して吸収し、横方向の
p−i−n接合で電流が流れることにより光電変換す
る。
As described in detail above, the semiconductor photoelectric conversion device according to the present invention comprises a pair of barrier layers on a semiconductor substrate having a slope between a first flat portion and a second flat portion. After the formation of the photoconductive layer sandwiched between them, the contact semiconductor layer is formed on the photoconductive layer, the conductivity type of the contact semiconductor layer on the first flat portion becomes p-type due to the difference in plane orientation, and the slope portion is formed. By forming the upper contact semiconductor layer so that the conductivity type is n-type, the lateral p-type layer including the i-type photoconductive layer can be formed.
A semiconductor photoelectric conversion element having an i-n junction formed therein, wherein the photoconductive layer receives and absorbs light, and performs photoelectric conversion by passing a current through a lateral p-i-n junction.

【0029】従って、本発明によれば、高速な光電変換
を可能とする横型p−i−n接合を受光部分に設けてい
る。さらに、半絶縁性の平面半導体基板上に作製するこ
とで受光素子部以外の部分を他の素子を搭載するための
基板としても使用可能である。さらに光・電気融合回路
では、微細な発光素子や受光素子を同一の半導体基板上
に高精度に位置決めされた状態で設けることができる。
また、1対の障壁層によって挟設された光導電層内で、
外部光により励起された電子が光導電層をイオン散乱を
受けることなく高速に移動することが可能となり、光電
変換動作において、高速動作が得られる。
Therefore, according to the present invention, a horizontal pin junction that enables high-speed photoelectric conversion is provided in the light receiving portion. Further, by manufacturing the semiconductor device on a semi-insulating flat semiconductor substrate, a portion other than the light receiving element portion can be used as a substrate for mounting other elements. Further, in the optical / electrical fusion circuit, fine light emitting elements and light receiving elements can be provided in a state where they are positioned on the same semiconductor substrate with high accuracy.
Further, in the photoconductive layer sandwiched between the pair of barrier layers,
Electrons excited by external light can move at high speed in the photoconductive layer without being subjected to ion scattering, and high-speed operation can be obtained in the photoelectric conversion operation.

【0030】当該光電変換素子は、半導体基板上に作製
され、いずれの電極も平面上に設けることが可能とな
る。半導体基板上では、電気的に分離されており、同一
基板上に他の素子を設置することも可能となる。また、
半導体基板を用いているので、光ファイバケーブルをノ
ンアライメントで接続するための一般にV溝と呼ばれる
形状を作製することも容易である。
The photoelectric conversion element is manufactured on a semiconductor substrate, and any electrode can be provided on a plane. On a semiconductor substrate, the elements are electrically separated, and another element can be provided on the same substrate. Also,
Since a semiconductor substrate is used, it is easy to form a shape generally called a V-groove for connecting an optical fiber cable without alignment.

【0031】当該光電変換素子の作製には絶縁層など余
分な構造は一切無く、素子の微細化が容易である。また
アレイ状に作製することも容易である。さらに、本発明
の受光素子とほぼ同一の構造で、発光素子の作製も可能
である。従って、MMICに求められる高精度に位置決
めされた微細な発光素子と受光素子を同一基板上に同時
に作製することが可能となる。
There is no extra structure such as an insulating layer in the manufacture of the photoelectric conversion element, and the element can be easily miniaturized. It is also easy to manufacture them in an array. Further, a light-emitting element can be manufactured with substantially the same structure as the light-receiving element of the present invention. Therefore, it is possible to simultaneously manufacture fine light emitting elements and light receiving elements positioned with high precision required for the MMIC on the same substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る一実施形態である横方向p−i
−n接合型半導体光電変換素子の構成を示す、図2のA
−A’面の断面図である。
FIG. 1 is a lateral direction pi according to an embodiment of the present invention.
A of FIG. 2 showing a configuration of a -n junction type semiconductor photoelectric conversion element.
It is sectional drawing of the -A 'plane.

【図2】 図1の横方向p−i−n接合型半導体光電変
換素子の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the lateral pin junction semiconductor photoelectric conversion device of FIG.

【図3】 Siがドープされた(111)A面における
GaAs層の伝導型の成長条件及び基板微傾斜角依存性
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the growth condition of the conductivity type of the GaAs layer on the (111) A plane doped with Si and the dependence of the substrate on the inclination angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板、 11…障壁層、 12…光導電層、 13…障壁層、 14a,14b,14c…コンタクト層、 15,16…電極、 20…直流電源、 21…負荷抵抗。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Barrier layer, 12 ... Photoconductive layer, 13 ... Barrier layer, 14a, 14b, 14c ... Contact layer, 15, 16 ... Electrode, 20 ... DC power supply, 21 ... Load resistance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江上 典文 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール環 境適応通信研究所内 (56)参考文献 特開 平8−111539(JP,A) 特開 昭63−102282(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10 - 31/119 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Norifumi Egami, Inventor No. 5, Sanraya, Inaya, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto 5 -1111539 (JP, A) JP-A-63-102282 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/10-31/119

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の平坦部と第2の平坦部との間に斜
面部を有する半導体基板上に、1対の障壁層によって挟
設される光導電層を形成した後、上記光導電層上にコン
タクト半導体層を、面方位の違いにより、第1の平坦部
上のコンタクト半導体層の伝導型がp型となり、斜面部
上のコンタクト半導体層の伝導型がn型となるように形
成することにより、i型の光導電層を含む横方向のp−
i−n接合を形成してなる半導体光電変換素子であっ
て、 上記光導電層により光を受光して吸収し、横方向のp−
i−n接合で電流が流れることにより光電変換すること
を特徴とする半導体光電変換素子。
1. A photoconductive layer sandwiched between a pair of barrier layers is formed on a semiconductor substrate having a slope between a first flat portion and a second flat portion. A contact semiconductor layer is formed on the layer so that the conductivity type of the contact semiconductor layer on the first flat portion becomes p-type and the conductivity type of the contact semiconductor layer on the slope portion becomes n-type due to a difference in plane orientation. By doing so, the lateral p-
A semiconductor photoelectric conversion element formed by forming an i-n junction, wherein light is received and absorbed by the photoconductive layer, and p-
A semiconductor photoelectric conversion element, wherein photoelectric conversion is performed by flowing a current through an i-n junction.
【請求項2】 請求項1記載の半導体光電変換素子にお
いて、 上記1対の障壁層と、上記光導電層と、上記コンタクト
半導体層とを結晶成長法により形成し、 上記コンタクト半導体層の同一の層における、第1の平
坦部上の部分と、斜面部上の部分との間をエッチングし
て、上記光導電層上にコンタクト半導体層を、面方位の
違いにより、第1の平坦部上のコンタクト半導体層の伝
導型がp型となり、斜面部上のコンタクト半導体層の伝
導型がn型となるように形成することを特徴とする半導
体光電変換素子。
2. The semiconductor photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the pair of barrier layers, the photoconductive layer, and the contact semiconductor layer are formed by a crystal growth method, and the same contact semiconductor layer is formed. In the layer, a portion between the portion on the first flat portion and the portion on the slope portion is etched, and the contact semiconductor layer is formed on the photoconductive layer on the first flat portion due to a difference in plane orientation. A semiconductor photoelectric conversion element formed so that the conductivity type of a contact semiconductor layer is p-type and the conductivity type of a contact semiconductor layer on an inclined surface is n-type.
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