JP2968440B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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Description
高速で光電変換する半導体受光素子に関する。
ダイオード」または「素子」とも称する)の一例が、文
献:「光通信素子光学、−発光・受光素子−、pp.3
71−373,pp.347−350,工学図書刊」に
記載されている。この半導体受光素子は、基本的にpn
接合ダイオードにおける光起電力効果を利用してもので
あり、半導体受光素子の拡散領域の直下の光吸収層の空
乏層に、受光面から光を入射させて光電変換を行う。こ
のフォトダイオードの周波数応答特性である周波数帯域
を制限する遮断周波数は、素子のCR時定数およびキャ
リア走行時間によって制限される。このCR時定数は、
素子のpn接合容量、電極容量その他の浮遊容量および
負荷抵抗等によって決まる。これらの容量を減少させて
CR時定数を小さくすることにより、素子の周波数応答
特性を向上させることができる。
体受光素子では、素子の受光面の周囲の絶縁膜で覆われ
たウインド層にも、光が絶縁膜を透過して入射してしま
う。入射した光は迷光となって光吸収層の空乏層が形成
されていない領域に入射して少数のキャリアを発生させ
ることがある。発生したキャリアは、拡散領域直下の空
乏層に拡散するが、拡散速度が非常に遅いため、素子の
応答速度の劣化が生じてしまうことがあった。
に、光を遮るために遮光金属膜を形成した素子が提案さ
れている。しかし、遮光金属膜を表面に形成すると、遮
光金属膜で反射された反射光が迷光となって、素子を装
備した装置全体に悪影響を与えるおそれがある。一方、
光を遮光するために、ウインド層上に直に遮光金属膜を
形成し、その遮光金属膜上に絶縁膜を形成する構造も考
えられる。しかし、遮光金属膜と拡散領域との短絡を防
ぐため、遮光金属膜と拡散領域端の間に空乏層幅以上の
ギャップを設ける必要がある。その結果、逆バイアス電
圧を印加して生じた空乏層が形成されていない光吸収層
へ光がこのギャップから入射してしまう。このため、光
吸収層での少数キャリアの発生を制御できなず、高速応
答の劣化が生じてしまう。
この出願に係る発明の発明者は、特願平5−26280
6号において、遮蔽膜積層体を具えた半導体受光素子を
提案している。この遮蔽膜積層体では、遮光金属膜の露
出することなく内部に含まれるように、絶縁膜と遮光金
属膜(金属膜)とを積層してある。この遮蔽膜積層体に
より、迷光を防ぎ、その結果、迷光による素子の応答特
性の劣化の抑制を図ることができる。
は、遮光金属膜を表面に露出させることなく設けてあ
り、かつ、拡散層との短絡を防ぐためにウインド層から
電気的に絶縁して設けてある。このため、遮光金属膜と
素子との間で浮遊容量が発生する。浮遊容量が発生する
と、素子全体の素子容量が増加することになる。素子容
量の増加は素子の応答速度の劣化を招く。
導体受光素子の実現が望まれていた。
子によれば、第1導電型の基板の第1主表面に、第1導
電型の光吸収層および第1導電型のウインド層が順次に
形成されており、ウインド層の一部領域に、ウインド層
と光吸収層との境界に達する第2導電型の拡散領域を具
え、この拡散領域の周囲のウインド層上に遮蔽膜積層体
を具え、この拡散領域と電気的に接続した第1主電極を
具え、基板の第2主表面に第2主電極を具えてなる半導
体受光素子において、遮蔽膜積層体は、遮光金属膜と絶
縁膜とを積層して構成されており、この遮光金属膜は、
遮蔽膜積層体の内部に含まれ、かつ、ウインド層とオー
ミック電極を介して電気的に接続しており、このオーミ
ック電極は、拡散領域から、この拡散領域の周囲に形成
される空乏層の幅よりも離れた位置でウインド層と電気
的に接続してなることを特徴とする。
層上に、遮光金属膜を中間層として含む遮光膜積層体を
具えているので、この遮光膜積層体に入射する光の透過
率を小さくすることができる。その結果、迷光による素
子の応答特性の劣化を抑制することができる。さらに、
この発明の素子では、遮光金属膜をオーミック電極を介
してウインド層と電気的に接合していため、遮光金属膜
と素子との間に浮遊容量が生じない。その結果、素子容
量の増加を抑制することができるので、素子の応答速度
の向上を図ることができる。
に接合すると、遮光金属膜はショトッキー電極となる。
このため、この接合部にショトッキーバリアが形成され
て接合容量が生じてしまう。接合容量により素子容量が
増加すると素子の応答特性が劣化してしまう。そこで、
この発明では、オーミック電極を介して遮光金属膜とウ
インド層とを電気的に接続することにより接合容量の発
生を抑制している。
も拡散層から離れた位置に設けてあるので、拡散領域と
の短絡が生じるおそれはない。また、オーミック電極が
空乏層の幅よりも拡散領域から離れていても、遮光金属
膜があるために、ギャップから光が入射して応答特性の
劣化が生じるおそれもない。
光素子の構造の一例について説明する。尚、図面は、こ
の発明が理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎな
い。従って、この発明は、図示例にのみ限定されるもの
で無いことは明らかである。尚、図では断面を表すハッ
チングを一部省略して示してある。
素子の実施例の説明に関する図である。図は、ウインド
層を具えたプレーナ型フォトダイオードの要部断の面斜
視図である。図1では遮蔽積層体の詳しい構造を省略し
て示してある。
電型の基板としてのn+ −InP基板10の第1主表面
10a上に、厚さ1.5〜2.0μmのn- −InPの
バッファ層12、厚さ1.5〜2.2μmのn- −In
GaAsの光吸収層14および厚さ1.5μmのn- −
InPのウインド層16を順次に通常の結晶成長法によ
って積層してある。このウインド層16の一部領域に
は、このウインド層16と光吸収層14との界面に達す
る第2導電型の拡散領域としてのp+ 拡散領域を具えて
いる。このp+ 拡散領域18は、ウインド層に亜鉛(Z
n)またはカドミウム(Cd)を選択的に拡散させて形
成している。
面パターンで見て円形状に反射防止膜20が形成され、
受光面22となっている。また、p+ 拡散領域18上の
非受光面の領域にはp側電極26が形成されている。一
方、基板10の第2主表面10bにはn側電極28が形
成されている。
層16上には遮蔽膜積層体30を設けてある。
する。図2は、図1に示した半導体受光素子の要部(遮
蔽膜積層体30付近)を拡大して示した断面図である。
の遮光金属膜32とSi3 N4 膜の絶縁膜34とを積層
して構成されている。この絶縁膜34は、上側絶縁膜3
4aと下側絶縁膜34bとを以って構成されている。ま
た、この遮光金属膜32は、中間層として、上側絶縁膜
34aと下側側絶縁膜34bとに挟まれており、表面に
露出することなく遮蔽膜積層体30の内部に含まれてい
る。
層16とオーミック電極36を介して電気的に接続(コ
ンタクト)している。このオーミック電極36は、p+
拡散領域18から、このp+ 拡散領域18の周囲に形成
される空乏層(図示せず)の幅よりも離れた位置でウイ
ンド層16と電気的に接続している。
る、入射光に対する反射率および透過率は、それぞれ約
40〜50%および1%以下である。このため、p側電
極26およびn側電極28間に逆バイアス電圧を印加し
て生じた空乏層が形成されていない光吸収層14へ迷光
が入射することを抑制することができる。その結果、迷
光による少数キャリアの発生を抑制することができる。
このため、少数キャリアによる高速応答時の波形の遅れ
が生じないので、素子の高速応答が可能となり、従来の
遮光金属膜を絶縁膜の表面に設けた素子よりも周波数応
答特性を改善することができる。
遮光金属膜32がオーミック電極36を介してウインド
層16とコンタクトされているので、遮光金属膜32と
受光素子との間に浮遊容量が形成されない。このため、
素子容量が浮遊容量によって増加しないので、応答速度
の劣化が生じない。
は、絶縁膜の厚さ(例えば、遮光金属膜上の絶縁膜の厚
さと、遮光金属膜とウインド層との間の絶縁膜の厚さ
と)を、それぞれλ/(4n)(但し、λは入射光の波
長、n絶縁膜の屈折率を表す)とすれば、遮蔽膜積層体
の光の透過率をより小さくすることができる。
い、遮光金属膜としてチタン(Ti)またはモリブデン
(Mo)を用いれば、遮光金属膜とSi3 N4 膜との密
着性が良好なので、遮光金属膜が剥離するおそれを少な
くすることができる。
00Å(50〜100nm)とすることが望ましい。こ
れは、膜厚が500Å以上ならば、光の透過率を十分低
くすることができ、かつ、膜厚が1000Å以下なら
ば、遮光金属膜が剥離するおそれが少ないからである。
ンド層から電気的に絶縁された遮光金属膜を具えた遮蔽
膜積層体を有する半導体受光素子の例について説明す
る。図3は、比較例1の半導体受光素子の構造の説明に
供する要部断面図である。
体40を除いて上述した実施例の素子と同一の構造を有
する。比較例1の素子の遮蔽膜積層体40は、チタン
(Ti)からなる遮蔽金属膜42を中間層として具え、
この遮光金属膜42の上下に絶縁膜44としてそれぞれ
上側絶縁膜44aおよび下側絶縁膜44bを具えてい
る。この遮光金属膜42は、絶縁膜44によって挟まれ
ているため、表面に露出することなく、かつ、ウインド
層16から電気的に絶縁されている。その結果、迷光に
よる素子の応答特性の劣化を抑制することはできる。
2と素子との間に浮遊容量が発生する。このため、遮光
金属膜42を具えない場合に比べて10〜20%程素子
の容量が増加してしまう。
2がウインド層16とをオーミック電極36を介してコ
ンタクトされているので、素子容量を増やすことなく迷
光の影響を抑制することができる。
ンド層上に直に遮光金属膜を形成した遮蔽膜積層体を有
する半導体受光素子の例について説明する。図4は、比
較例2の半導体受光素子の構造の説明に供する要部断面
図である。
体50を除いて上述した実施例の素子と同一の構造を有
する。比較例2の素子の遮蔽膜積層体50は、チタンか
らなる遮蔽金属膜52をウインド層16上に直に具え、
この遮光金属膜52の上に絶縁膜54を具えている。こ
の素子では、遮光金属膜52とp+ 拡散領域18との短
絡を防ぐために、遮光金属膜52の端とp+ 拡散領域1
8の端との間に、空乏層の幅以上の距離(ギャップ)5
6を設ける必要がある。その結果、このギャップ56か
ら入射した光が迷光によって発生した少数キャリアが、
素子の時間応答特性を劣化させる原因となる。
極36はp+ 拡散領域18から離れた位置でウインド層
16とコンタクトしているが、遮光金属膜32は、平面
パターンで見てp+ 拡散領域18の近くまで設けてある
ので、ギャップから入射した迷光によって少数キャリア
が発生するおそれがない。従って、素子容量を増やすこ
となく迷光の影響を抑制することができる。
料を用い、特定の条件で構成した例について説明した
が、この発明は多くの変更および変形を行うことができ
る。例えば、上述した実施例では、遮光金属膜として、
チタン(Ti)を用いたが、この発明では、例えばタン
グステン(W)またはモリブデン(Mo)を用いても良
い。また、上述した実施例では、絶縁膜としてSi3 N
4 膜を用いたが、この発明では、例えばAl2 O3 膜を
用いても良い。また、上述した実施例では、第1導電型
をn型、第2導電型をp型としたが、この発明では、第
1導電型をp型、第2導電型をn型としても良い。
インド層上に、遮光金属膜を中間層として含む遮光膜積
層体を具えているので、この遮光膜積層体に入射する光
の透過率を小さくすることができる。その結果、迷光に
よる素子の応答特性の劣化を抑制することができる。さ
らに、この発明の素子では、遮光金属膜をオーミック電
極を介してウインド層と電気的に接合していため、遮光
金属膜と素子との間に浮遊容量が生じない。その結果、
素子容量の増加を抑制することができるので、素子の応
答速度の向上を図ることができる。
信、特に1μm帯波長領域の光を高速で光電変換するの
に用いて好適である。
する要部断面斜視図である。
る要部断面図である。
る要部断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1導電型の基板の第1主表面に、第1
導電型の光吸収層および第1導電型のウインド層が順次
に形成されており、前記ウインド層の一部領域に、前記
ウインド層と前記光吸収層との境界に達する第2導電型
の拡散領域を具え、該拡散領域の周囲の前記ウインド層
上に遮蔽膜積層体を具え、該拡散領域と電気的に接続し
た第1主電極を具え、前記基板の第2主表面に第2主電
極を具えてなる半導体受光素子において、 前記遮蔽膜積層体は、遮光金属膜と絶縁膜とを積層して
構成されており、 該遮光金属膜は、前記遮蔽膜積層体の内部に含まれ、か
つ、前記ウインド層とオーミック電極を介して電気的に
接続しており、 該オーミック電極は、前記拡散領域から、該拡散領域の
周囲に形成される空乏層の幅よりも離れた位置で前記ウ
インド層と電気的に接続してなることを特徴とする半導
体受光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6144162A JP2968440B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6144162A JP2968440B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0818088A JPH0818088A (ja) | 1996-01-19 |
JP2968440B2 true JP2968440B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=15355647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6144162A Expired - Lifetime JP2968440B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2968440B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4450454B2 (ja) * | 1999-08-26 | 2010-04-14 | Okiセミコンダクタ株式会社 | 半導体受光素子 |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP6144162A patent/JP2968440B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0818088A (ja) | 1996-01-19 |
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