JP3031238B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JP3031238B2 JP3031238B2 JP8103821A JP10382196A JP3031238B2 JP 3031238 B2 JP3031238 B2 JP 3031238B2 JP 8103821 A JP8103821 A JP 8103821A JP 10382196 A JP10382196 A JP 10382196A JP 3031238 B2 JP3031238 B2 JP 3031238B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子に
関し、特に光計測や光通信に用いて好適な半導体受光素
子に関する。
関し、特に光計測や光通信に用いて好適な半導体受光素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の半導体受光素子が、例え
ば特開平４−９２４７９号公報、特開平５−２８３７３
０号公報、特開昭６２−２９６４８１号公報等に提案さ
れている。
ば特開平４−９２４７９号公報、特開平５−２８３７３
０号公報、特開昭６２−２９６４８１号公報等に提案さ
れている。
【０００３】現在光通信用路線として光ファイバが用い
られている。光通信用路線として敷設されている光ファ
イバ網の保守管理方法として、ＯＴＤＲ（Optical Time
Domain Reflectometer）がある。ＯＴＤＲとは、敷設
されている光ファイバの破断点を調べる装置であり、そ
の基本原理は、ファイバ内に入射されたパルス光がファ
イバ内を伝搬するときに生じるレーリー散乱光をモニタ
ーし、もしファイバ内で破断点が生じている場合にはレ
ーリー散乱光は戻らなくなる。このため、このレーリー
散乱光がなくなるまでの時間を距離に換算することで破
断点の位置を正確に知ることができる。但し、この場
合、通信回線をＯＴＤＲ装置に接続しなければならな
く、そのために通信回線が一時遮断されるという問題が
ある。
られている。光通信用路線として敷設されている光ファ
イバ網の保守管理方法として、ＯＴＤＲ（Optical Time
Domain Reflectometer）がある。ＯＴＤＲとは、敷設
されている光ファイバの破断点を調べる装置であり、そ
の基本原理は、ファイバ内に入射されたパルス光がファ
イバ内を伝搬するときに生じるレーリー散乱光をモニタ
ーし、もしファイバ内で破断点が生じている場合にはレ
ーリー散乱光は戻らなくなる。このため、このレーリー
散乱光がなくなるまでの時間を距離に換算することで破
断点の位置を正確に知ることができる。但し、この場
合、通信回線をＯＴＤＲ装置に接続しなければならな
く、そのために通信回線が一時遮断されるという問題が
ある。
【０００４】そこで、この問題を解決するために、光通
信の送信波長１．３μｍあるいは１．５μｍとは異なる
波長１．６５μｍ帯の光を用い、通信回線を使用しなが
ら、同時に回線の監視を常時行う方法が考えられてい
る。
信の送信波長１．３μｍあるいは１．５μｍとは異なる
波長１．６５μｍ帯の光を用い、通信回線を使用しなが
ら、同時に回線の監視を常時行う方法が考えられてい
る。
【０００５】図４に、１．６５μｍの波長に対して感度
を持つ受光素子の従来例を示す。図４は、上記特開平５
−２８３７３０号公報に提案される受光素子の構成を示
した図であり、格子不整合緩和層４４として歪格子層５
４と歪超格子層５５とを組み合わせ、格子不整合緩和層
４４を介して基板上にその基板材料とは格子整合しない
光吸収層４５を設けた受光素子における暗電流特性を改
善したものである。
を持つ受光素子の従来例を示す。図４は、上記特開平５
−２８３７３０号公報に提案される受光素子の構成を示
した図であり、格子不整合緩和層４４として歪格子層５
４と歪超格子層５５とを組み合わせ、格子不整合緩和層
４４を介して基板上にその基板材料とは格子整合しない
光吸収層４５を設けた受光素子における暗電流特性を改
善したものである。
【０００６】すなわち、図４を参照して、この受光素子
は、ＩｎＰ基板１上にＩｎＰバッファ層２、ＧａＩｎＡ
ｓバッファ層２６、歪格子層２４、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡ
ｓ歪超格子層２５を順次エピタキシャル成長させ、その
上にＧａＩｎＡｓ光吸収層４を成長させ、ＩｎＰキャッ
プ層７を順次成長させた構造からなる。この受光素子の
場合、光吸収層４に歪ＧａＩｎＡｓを用いることで、
１．６５μｍの光に対し感度を持つことができる。但
し、素子自体にキャリアの増幅機能を持っていないた
め、微弱な散乱光を検出するＯＴＤＲへの使用には適し
ていない。
は、ＩｎＰ基板１上にＩｎＰバッファ層２、ＧａＩｎＡ
ｓバッファ層２６、歪格子層２４、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡ
ｓ歪超格子層２５を順次エピタキシャル成長させ、その
上にＧａＩｎＡｓ光吸収層４を成長させ、ＩｎＰキャッ
プ層７を順次成長させた構造からなる。この受光素子の
場合、光吸収層４に歪ＧａＩｎＡｓを用いることで、
１．６５μｍの光に対し感度を持つことができる。但
し、素子自体にキャリアの増幅機能を持っていないた
め、微弱な散乱光を検出するＯＴＤＲへの使用には適し
ていない。
【０００７】この種の受光素子の第２の従来例を図５に
示す。図５を参照して、ｎ+−Ｉｎｐ基板１上にｎ+−Ｉ
ｎＰ緩衝層２を成長させた後、厚さ１．５〜２μｍのｎ
-−ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光吸収層２７、厚さ０．
１μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓＰ層５、厚さ１．５μｍの
ｎ+−ＩｎＰ増倍層６、厚さ１μｍのｐ−ＩｎＰ層９を
順次成長させた結晶に、メサエッチングを施したあと、
ｐ側電極１２としてＴｉＰｔＡｕ、ｎ側電極１４として
ＡｕＧｅＮｉを蒸着して受光素子を形成している。この
ように、光吸収層２７をＩｎＡｓとＧａＡｓの超格子層
構造とすることにより、吸収端の波長を３．２μｍまで
拡大することができる。
示す。図５を参照して、ｎ+−Ｉｎｐ基板１上にｎ+−Ｉ
ｎＰ緩衝層２を成長させた後、厚さ１．５〜２μｍのｎ
-−ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光吸収層２７、厚さ０．
１μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓＰ層５、厚さ１．５μｍの
ｎ+−ＩｎＰ増倍層６、厚さ１μｍのｐ−ＩｎＰ層９を
順次成長させた結晶に、メサエッチングを施したあと、
ｐ側電極１２としてＴｉＰｔＡｕ、ｎ側電極１４として
ＡｕＧｅＮｉを蒸着して受光素子を形成している。この
ように、光吸収層２７をＩｎＡｓとＧａＡｓの超格子層
構造とすることにより、吸収端の波長を３．２μｍまで
拡大することができる。
【０００８】但し、ここで問題となることは、上記第２
の従来例の場合、ＩｎＰ上にＩｎＡｓとＧａＡｓの超格
子を形成する都合上、その界面に格子不整合が生じるこ
ととなり、その格子欠陥より暗電流が発生する。この暗
電流によってノイズが生じるために感度が低下する。
の従来例の場合、ＩｎＰ上にＩｎＡｓとＧａＡｓの超格
子を形成する都合上、その界面に格子不整合が生じるこ
ととなり、その格子欠陥より暗電流が発生する。この暗
電流によってノイズが生じるために感度が低下する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
従来技術は下記記載の問題点を有している。
従来技術は下記記載の問題点を有している。
【００１０】図４を参照して説明した上記第１の従来技
術においては、感度が低く微弱な散乱光を検出するＯＴ
ＤＲへの使用には適していないという問題点を有してい
る。
術においては、感度が低く微弱な散乱光を検出するＯＴ
ＤＲへの使用には適していないという問題点を有してい
る。
【００１１】その理由は、素子自体にキャリアの増幅機
能を持っていないためである。
能を持っていないためである。
【００１２】また、図５を参照して説明した上記第２の
従来技術のＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）
においては、格子欠陥より暗電流が発生し、その暗電流
によってノイズが生じるために感度が低下するという問
題点がある。
従来技術のＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）
においては、格子欠陥より暗電流が発生し、その暗電流
によってノイズが生じるために感度が低下するという問
題点がある。
【００１３】その理由は、ＩｎＰ上にＩｎＡｓとＧａＡ
ｓの超格子を形成する都合上、その界面に格子不整合が
生じることとなり、その格子欠陥より暗電流が発生する
ためである。
ｓの超格子を形成する都合上、その界面に格子不整合が
生じることとなり、その格子欠陥より暗電流が発生する
ためである。
【００１４】従って、本発明は、上記従来技術の問題点
を解消し、例えば光通信用ファイバ網の回線監視用の受
光素子に用いた場合に好適な、波長１．６５μｍの光に
対し、高い量子効率と低い暗電流と、高い電流増倍率と
を得ることを可能とした半導体受光素子を提供すること
を目的とする。
を解消し、例えば光通信用ファイバ網の回線監視用の受
光素子に用いた場合に好適な、波長１．６５μｍの光に
対し、高い量子効率と低い暗電流と、高い電流増倍率と
を得ることを可能とした半導体受光素子を提供すること
を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、第１導電型ＩｎＰ基板上に、第１導電型
歪ＩｎＧａＡｓ層と、第１導電型ＩｎＧａＡｓ層と、第
１導電型ＩｎＰ増倍層と、第１導電型ＩｎＰ窓層と、が
順次形成されてなるヘテロエピタキシャル層構造を備
え、前記窓層内及び／又は前記増倍層内に部分的に第２
導電型ＩｎＰ領域を設け、更に、前記窓層内の前記第２
導電型ＩｎＰ領域上に設けられた第２導電型電極と、前
記第１導電型ＩｎＰ基板に設けられた第１導電型電極
と、を備えてなることを特徴とする半導体受光素子を提
供する。
め、本発明は、第１導電型ＩｎＰ基板上に、第１導電型
歪ＩｎＧａＡｓ層と、第１導電型ＩｎＧａＡｓ層と、第
１導電型ＩｎＰ増倍層と、第１導電型ＩｎＰ窓層と、が
順次形成されてなるヘテロエピタキシャル層構造を備
え、前記窓層内及び／又は前記増倍層内に部分的に第２
導電型ＩｎＰ領域を設け、更に、前記窓層内の前記第２
導電型ＩｎＰ領域上に設けられた第２導電型電極と、前
記第１導電型ＩｎＰ基板に設けられた第１導電型電極
と、を備えてなることを特徴とする半導体受光素子を提
供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に説明する。
して以下に説明する。
【００１７】まず、図１を参照して、本発明の実施の形
態は、ｎ+−（第１導電型）ＩｎＰ基板１上に、この第
１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層（吸収端波長λ＝１．８５μ
ｍ）３と、第１導電型ＩｎＧａＡｓ層（吸収端波長λ＝
１．６５μｍ）４と、第１導電型ＩｎＰ増倍層６と、第
１導電型ＩｎＰ窓層７と、が順次構成されたヘテロエピ
タキシャル層構造を備え、窓層７内及び／又は増倍層６
内に部分的に、ｐ−（第２導電型）ＩｎＰ領域９を設
け、窓層７内に設けた第２導電型ＩｎＰ領域９上に設け
たｐ側（第２導電型）電極１２と、第１導電型ＩｎＰ基
板１上に設けたｎ側（第１導電型）電極１４と、を備え
たものである。
態は、ｎ+−（第１導電型）ＩｎＰ基板１上に、この第
１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層（吸収端波長λ＝１．８５μ
ｍ）３と、第１導電型ＩｎＧａＡｓ層（吸収端波長λ＝
１．６５μｍ）４と、第１導電型ＩｎＰ増倍層６と、第
１導電型ＩｎＰ窓層７と、が順次構成されたヘテロエピ
タキシャル層構造を備え、窓層７内及び／又は増倍層６
内に部分的に、ｐ−（第２導電型）ＩｎＰ領域９を設
け、窓層７内に設けた第２導電型ＩｎＰ領域９上に設け
たｐ側（第２導電型）電極１２と、第１導電型ＩｎＰ基
板１上に設けたｎ側（第１導電型）電極１４と、を備え
たものである。
【００１８】本発明の実施の形態の原理を以下に説明す
る。歪ＩｎＧａＡｓとＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層を
持つＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）に、１．
６５μｍの光を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散
領域９内に入射され、増倍層６、中間層５、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４を透過した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層３にて吸収される。ここで吸収された光によって生成
されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加
された電界により加速されｐ側電極１２に流れ、外部回
路へと吐き出され光電流となる。
る。歪ＩｎＧａＡｓとＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層を
持つＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）に、１．
６５μｍの光を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散
領域９内に入射され、増倍層６、中間層５、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４を透過した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層３にて吸収される。ここで吸収された光によって生成
されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加
された電界により加速されｐ側電極１２に流れ、外部回
路へと吐き出され光電流となる。
【００１９】一方、１．５５μｍ或いは１．３μｍの光
を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散領域９内に入
射され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収された光によ
って生成されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４
間に印加された電界により加速されｐ側電極１２に流
れ、外部回路へと吐き出され光電流となる。
を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散領域９内に入
射され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収された光によ
って生成されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４
間に印加された電界により加速されｐ側電極１２に流
れ、外部回路へと吐き出され光電流となる。
【００２０】すなわち、１．５５／１．３μｍの光は上
層側の光吸収層４で、１．６５μｍの光は下層側の歪光
吸収層３でそれぞれ吸収後、光電変換されることとな
る。
層側の光吸収層４で、１．６５μｍの光は下層側の歪光
吸収層３でそれぞれ吸収後、光電変換されることとな
る。
【００２１】このような構造としたことにより、後述す
るように、１．６５μｍの光を例えば０．８５Ａ／Ｗ以
上の高い効率で吸収することができる。
るように、１．６５μｍの光を例えば０．８５Ａ／Ｗ以
上の高い効率で吸収することができる。
【００２２】また、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とＩｎＰ基
板１との間に歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３を挟むこ
とで、格子不整合を抑えることができるため、２０ｎＡ
以下の低い暗電流特性が得られる。さらに、歪ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて
光吸収によって生成されたキャリアは、ｎ+−ＩｎＰ増
倍層６に印加された電界によりアバランシェ増倍を引き
起こすことで、例えば３０倍以上の高い増倍率が得られ
る。
板１との間に歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３を挟むこ
とで、格子不整合を抑えることができるため、２０ｎＡ
以下の低い暗電流特性が得られる。さらに、歪ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて
光吸収によって生成されたキャリアは、ｎ+−ＩｎＰ増
倍層６に印加された電界によりアバランシェ増倍を引き
起こすことで、例えば３０倍以上の高い増倍率が得られ
る。
【００２３】
【実施例】上記した本発明の実施形態をより詳細に説明
すべく本発明の実施例を以下に図面を参照して説明す
る。
すべく本発明の実施例を以下に図面を参照して説明す
る。
【００２４】図１は、本発明に係る半導体受光素子の一
実施例の構成を断面図にて模式的に示したものである。
実施例の構成を断面図にて模式的に示したものである。
【００２５】図１を参照して、ｎ+−ＩｎＰ基板１上
に、気相成長法により、好ましくはキャリア濃度１０15
〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍとされるｎ−Ｉｎ
Ｐ緩衝層２と、１．６５μｍの光を吸収するために好ま
しくは吸収端波長λ＝１．８５μｍ、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍの歪ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３と、１．５５μｍあるいは１．３μｍ
の光を吸収するためのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０15〜５×１０15ｃ
ｍ-3、層厚３〜４μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４
を成長した後、好ましくは、キャリア濃度３×１０15〜
１０16ｃｍ-3、層厚０．０３〜０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層５を成長させ、その後増倍層層として、
好ましくはキャリア濃度１０16〜４×１０16ｃｍ-3、層
厚０．５〜３μｍのｎ+−ＩｎＰ増倍層６を成長する。
最後に窓層として、好ましくはキャリア濃度２×１０15
〜６×１０15ｃｍ-3層厚１〜２μｍのｎ-−ＩｎＰ窓層
７を成長する。
に、気相成長法により、好ましくはキャリア濃度１０15
〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍとされるｎ−Ｉｎ
Ｐ緩衝層２と、１．６５μｍの光を吸収するために好ま
しくは吸収端波長λ＝１．８５μｍ、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍの歪ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３と、１．５５μｍあるいは１．３μｍ
の光を吸収するためのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０15〜５×１０15ｃ
ｍ-3、層厚３〜４μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４
を成長した後、好ましくは、キャリア濃度３×１０15〜
１０16ｃｍ-3、層厚０．０３〜０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層５を成長させ、その後増倍層層として、
好ましくはキャリア濃度１０16〜４×１０16ｃｍ-3、層
厚０．５〜３μｍのｎ+−ＩｎＰ増倍層６を成長する。
最後に窓層として、好ましくはキャリア濃度２×１０15
〜６×１０15ｃｍ-3層厚１〜２μｍのｎ-−ＩｎＰ窓層
７を成長する。
【００２６】本実施例では、一例として、ｎ+−ＩｎＰ
基板１上に、気相成長法により、上記したｎ−ＩｎＰ緩
衝層２は、キャリア濃度を１０15ｃｍ-3、層厚を２μ
ｍ、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３は、キャリア濃度を
１０15ｃｍ-3、層厚を２μｍ、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層４は、キャリア濃度を３×１０15ｃｍ-3、層厚を４
μｍとして成長させ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５は、
キャリア濃度を１０16ｃｍ-3、層厚を０．５μｍとし、
ｎ+−ＩｎＰ増倍層６は、キャリア濃度を３×１０16ｃ
ｍ-3、層厚を１．４μｍとし、ｎ-−ＩｎＰ窓層７は、
キャリア濃度を５×１０15ｃｍ-3、層厚を１．４μｍと
して成長させた。
基板１上に、気相成長法により、上記したｎ−ＩｎＰ緩
衝層２は、キャリア濃度を１０15ｃｍ-3、層厚を２μ
ｍ、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３は、キャリア濃度を
１０15ｃｍ-3、層厚を２μｍ、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層４は、キャリア濃度を３×１０15ｃｍ-3、層厚を４
μｍとして成長させ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５は、
キャリア濃度を１０16ｃｍ-3、層厚を０．５μｍとし、
ｎ+−ＩｎＰ増倍層６は、キャリア濃度を３×１０16ｃ
ｍ-3、層厚を１．４μｍとし、ｎ-−ＩｎＰ窓層７は、
キャリア濃度を５×１０15ｃｍ-3、層厚を１．４μｍと
して成長させた。
【００２７】このように成長を行ったエピタキシャルウ
ェハーの表面にマスクをＣＶＤ（化学気相成長）法によ
り成長し、ガードリング８を例えばＢｅのイオン注入法
により形成する。
ェハーの表面にマスクをＣＶＤ（化学気相成長）法によ
り成長し、ガードリング８を例えばＢｅのイオン注入法
により形成する。
【００２８】次に、ガードリング８に重なるように拡散
マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１０17〜１０20ｃｍ-3のｐ+領域９を
選択的に形成する。
マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１０17〜１０20ｃｍ-3のｐ+領域９を
選択的に形成する。
【００２９】その後、表面側に通常の方法で絶縁膜１１
を成長した後、ｐ+領域９上の絶縁膜１０の一部に穴開
けを行いｐ側コンタクト電極１１をたとえば蒸着法によ
り形成したのち、加熱処理を行う。そして、ｐ側コンタ
クト電極１１を覆うようにｐ側電極１２を形成する。
を成長した後、ｐ+領域９上の絶縁膜１０の一部に穴開
けを行いｐ側コンタクト電極１１をたとえば蒸着法によ
り形成したのち、加熱処理を行う。そして、ｐ側コンタ
クト電極１１を覆うようにｐ側電極１２を形成する。
【００３０】続いて、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側コ
ンタクト電極１３をたとえば蒸着法により形成した後、
加熱処理を行い、最後にｎ側コンタクト電極１３を覆う
ようにｎ側電極１４を形成する。
ンタクト電極１３をたとえば蒸着法により形成した後、
加熱処理を行い、最後にｎ側コンタクト電極１３を覆う
ようにｎ側電極１４を形成する。
【００３１】このようにして製作した、歪ＩｎＧａＡｓ
とＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層３、４を持つＡＰＤの
分光感度特性を図２に示す（横軸は波長、縦軸は感
度）。
とＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層３、４を持つＡＰＤの
分光感度特性を図２に示す（横軸は波長、縦軸は感
度）。
【００３２】このＡＰＤに、１．６５μｍの光を入射す
ると、光はＩｎＰ窓層７側からｐ+拡散領域９内に入射
され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡｓ
光吸収層４および歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３にて吸
収される。ここで吸収された光によって生成されたキャ
リアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界
により加速され、ｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐
き出され光電流となる。
ると、光はＩｎＰ窓層７側からｐ+拡散領域９内に入射
され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡｓ
光吸収層４および歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３にて吸
収される。ここで吸収された光によって生成されたキャ
リアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界
により加速され、ｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐
き出され光電流となる。
【００３３】一方、１．５５μｍ或いは１．３μｍの光
を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散領域９内に入
射され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収された光によ
って生成されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４
間に印加された電界により加速されｐ側電極１２に流
れ、外部回路へと吐き出され光電流となる。
を入射すると、光は窓層７側からｐ+拡散領域９内に入
射され、増倍層６、中間層５を透過した後、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収された光によ
って生成されたキャリアは、ｐ側電極１２とｎ電極１４
間に印加された電界により加速されｐ側電極１２に流
れ、外部回路へと吐き出され光電流となる。
【００３４】すなわち、１．５５／１．３μｍの光は上
側の光吸収層４で、１．６５μｍの光は下側の歪光吸収
層３で、それぞれ吸収後、光電変換されることとなる。
側の光吸収層４で、１．６５μｍの光は下側の歪光吸収
層３で、それぞれ吸収後、光電変換されることとなる。
【００３５】このような構造を採ることにより、１．６
５μｍの光を０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収する
ことができ、かつ１．５５／１．３μｍの光に対しては
高速応答が可能となる。
５μｍの光を０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収する
ことができ、かつ１．５５／１．３μｍの光に対しては
高速応答が可能となる。
【００３６】また、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とＩｎＰ基
板１との間に、歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３を挟む
ことで、格子不整合を抑えることができるため、２０ｎ
Ａ以下の低い暗電流特性が得られる。
板１との間に、歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３を挟む
ことで、格子不整合を抑えることができるため、２０ｎ
Ａ以下の低い暗電流特性が得られる。
【００３７】また、上記した本実施例の作用効果によ
り、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ
光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍
層６に印加された電界によりアバランシェ増倍を引き起
こし、３０倍以上の高い増倍率が得られる。
り、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ
光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍
層６に印加された電界によりアバランシェ増倍を引き起
こし、３０倍以上の高い増倍率が得られる。
【００３８】上記効果は、気相成長法によるエピタキシ
ャルウェハー以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属
ＣＶＤ）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法、
ＡＬＥ（原子層エピタキシャル成長）法等によるエピタ
キシャルウェハーにおいても同じ効果が得られる。
ャルウェハー以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属
ＣＶＤ）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法、
ＡＬＥ（原子層エピタキシャル成長）法等によるエピタ
キシャルウェハーにおいても同じ効果が得られる。
【００３９】本発明の第２の実施例について図面を参照
して説明する。図３は本発明に係る半導体受光素子の第
２の実施例の構成を断面図にて示したものである。な
お、図３では、基板裏面を上側として図示されている。
して説明する。図３は本発明に係る半導体受光素子の第
２の実施例の構成を断面図にて示したものである。な
お、図３では、基板裏面を上側として図示されている。
【００４０】図３を参照して、ｎ+−ＩｎＰ基板１上
に、気相成長法により、好ましくは、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍのｎ−ＩｎＰ緩
衝層２と、１．６５μｍの光を吸収するために、好まし
くは、吸収端波長λ＝１．８５μｍ、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍの歪ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３と、１．５５μｍあるいは１．３μｍ
の光を吸収するためのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０15〜５×１０15ｃ
ｍ-3、層厚３〜４μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４
を成長した後、好ましくは、キャリア濃度３×１０15〜
１０16ｃｍ-3、層厚０．０３〜０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層５を成長させ、その後、増倍層層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０16〜４×１０16ｃ
ｍ-3、層厚０．５〜３μｍのｎ+−ＩｎＰ増倍層６を成
長する。最後に、窓層として、好ましくは、キャリア濃
度２×１０15〜６×１０15ｃｍ-3、層厚１〜２μｍ（今
回はキャリア濃度５Ｅ１５ｃｍ−３層厚１．４μｍ）の
ｎ-−ＩｎＰ窓層７を成長する。
に、気相成長法により、好ましくは、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍのｎ−ＩｎＰ緩
衝層２と、１．６５μｍの光を吸収するために、好まし
くは、吸収端波長λ＝１．８５μｍ、キャリア濃度１０
15〜２×１０16ｃｍ-3、層厚１〜３μｍの歪ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３と、１．５５μｍあるいは１．３μｍ
の光を吸収するためのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０15〜５×１０15ｃ
ｍ-3、層厚３〜４μｍのｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４
を成長した後、好ましくは、キャリア濃度３×１０15〜
１０16ｃｍ-3、層厚０．０３〜０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層５を成長させ、その後、増倍層層とし
て、好ましくはキャリア濃度１０16〜４×１０16ｃ
ｍ-3、層厚０．５〜３μｍのｎ+−ＩｎＰ増倍層６を成
長する。最後に、窓層として、好ましくは、キャリア濃
度２×１０15〜６×１０15ｃｍ-3、層厚１〜２μｍ（今
回はキャリア濃度５Ｅ１５ｃｍ−３層厚１．４μｍ）の
ｎ-−ＩｎＰ窓層７を成長する。
【００４１】本実施例では、ｎ−ＩｎＰ緩衝層２は、キ
ャリア濃度１０15ｃｍ-3、層厚２μｍ、歪ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層３は、キャリア濃度１０15ｃｍ-3、層厚２
μｍ、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４は、キャリア濃度
３×１０15ｃｍ-3、層厚４μｍ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中
間層５は、キャリア濃度１０16ｃｍ-3、層厚０．５μ
ｍ、ｎ+−ＩｎＰ増倍層６は、キャリア濃度３×１０16
ｃｍ-3、層厚１．４μｍ、ｎ-−ＩｎＰ窓層７は、キャ
リア濃度５×１０15ｃｍ-3、層厚１．４μｍ、として成
長させた。
ャリア濃度１０15ｃｍ-3、層厚２μｍ、歪ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層３は、キャリア濃度１０15ｃｍ-3、層厚２
μｍ、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４は、キャリア濃度
３×１０15ｃｍ-3、層厚４μｍ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中
間層５は、キャリア濃度１０16ｃｍ-3、層厚０．５μ
ｍ、ｎ+−ＩｎＰ増倍層６は、キャリア濃度３×１０16
ｃｍ-3、層厚１．４μｍ、ｎ-−ＩｎＰ窓層７は、キャ
リア濃度５×１０15ｃｍ-3、層厚１．４μｍ、として成
長させた。
【００４２】このように成長を行ったエピタキシャルウ
ェハーの表面に、マスクをＣＶＤ法により成長し、ガー
ドリング８を例えばＢｅのイオン注入法により形成す
る。
ェハーの表面に、マスクをＣＶＤ法により成長し、ガー
ドリング８を例えばＢｅのイオン注入法により形成す
る。
【００４３】次に、ガードリング８に重なるように拡散
マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１０17〜１０20ｃｍ-3のｐ+領域（ｐ
−ＩｎＰ）９を選択的に形成する。
マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１０17〜１０20ｃｍ-3のｐ+領域（ｐ
−ＩｎＰ）９を選択的に形成する。
【００４４】その後、表面側に通常の方法で絶縁膜１０
を成長した後、ｐ+領域９上の絶縁膜１０に穴開けを行
いｐ側コンタクト電極１１をたとえば蒸着法により形成
したのち、加熱処理を行う。ｐ側コンタクト電極１１を
覆うようにｐ側電極１２を形成する。
を成長した後、ｐ+領域９上の絶縁膜１０に穴開けを行
いｐ側コンタクト電極１１をたとえば蒸着法により形成
したのち、加熱処理を行う。ｐ側コンタクト電極１１を
覆うようにｐ側電極１２を形成する。
【００４５】続いてｎ−ＩｎＰ基板１の裏面に化学的方
法にてエッチングを行い、半径１２０μｍないし１５０
μｍ程の凸型形状を形成し、レンズとする。
法にてエッチングを行い、半径１２０μｍないし１５０
μｍ程の凸型形状を形成し、レンズとする。
【００４６】このレンズの表面に反射防止膜１５（ＡＲ
付きレンズ）を形成する。レンズを囲むようにｎ+−Ｉ
ｎＰ基板１の裏面にｎ側コンタクト電極１３をたとえば
蒸着法により形成した後、加熱処理を行い、最後にｎコ
ンタクト電極１３を覆うようにｎ側電極１４を形成す
る。
付きレンズ）を形成する。レンズを囲むようにｎ+−Ｉ
ｎＰ基板１の裏面にｎ側コンタクト電極１３をたとえば
蒸着法により形成した後、加熱処理を行い、最後にｎコ
ンタクト電極１３を覆うようにｎ側電極１４を形成す
る。
【００４７】このようにして製作した、歪ＩｎＧａＡｓ
とＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層３、４を持つ裏面入射
型ＡＰＤに１．６５μｍの光を入射すると、光は裏面の
レンズ１５側からＩｎＰ基板１、ＩｎＰ緩衝層２を透過
した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３にて吸収され
る。ここで吸収された光によって生成されたキャリア
は、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界によ
り加速されｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐き出さ
れ光電流となる。
とＩｎＧａＡｓの２つの光吸収層３、４を持つ裏面入射
型ＡＰＤに１．６５μｍの光を入射すると、光は裏面の
レンズ１５側からＩｎＰ基板１、ＩｎＰ緩衝層２を透過
した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３にて吸収され
る。ここで吸収された光によって生成されたキャリア
は、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界によ
り加速されｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐き出さ
れ光電流となる。
【００４８】一方、１．５５μｍ或いは１．３μｍの光
を入射すると、光は裏面のレンズ１５側からＩｎＰ基板
１、ＩｎＰ緩衝層２を透過した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ
光吸収層３およびＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収され
る。ここで吸収された光によって生成されたキャリア
は、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界によ
り加速されｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐き出さ
れ光電流となる。つまり１．５５／１．３μｍの光は歪
ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３およびＩｎＧａＡｓ光吸収
層４で、１．６５μｍの光は歪光吸収層３でそれぞれ吸
収後、光電変換されることとなる。
を入射すると、光は裏面のレンズ１５側からＩｎＰ基板
１、ＩｎＰ緩衝層２を透過した後、歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ
光吸収層３およびＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収され
る。ここで吸収された光によって生成されたキャリア
は、ｐ側電極１２とｎ電極１４間に印加された電界によ
り加速されｐ側電極１２に流れ、外部回路へと吐き出さ
れ光電流となる。つまり１．５５／１．３μｍの光は歪
ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３およびＩｎＧａＡｓ光吸収
層４で、１．６５μｍの光は歪光吸収層３でそれぞれ吸
収後、光電変換されることとなる。
【００４９】このような構造を採ることにより、１．６
５μｍの光を０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収する
ことが可能となり、かつ１．５５／１．３μｍの光に対
しては高速応答が可能となる。また、ＩｎＧａＡｓ光吸
収層５とＩｎＰ基板１との間に歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層３を挟むことで、格子不整合を抑えることができる
ため、２０ｎＡ以下の低い暗電流特性が得られる。
５μｍの光を０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収する
ことが可能となり、かつ１．５５／１．３μｍの光に対
しては高速応答が可能となる。また、ＩｎＧａＡｓ光吸
収層５とＩｎＰ基板１との間に歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層３を挟むことで、格子不整合を抑えることができる
ため、２０ｎＡ以下の低い暗電流特性が得られる。
【００５０】また、本実施例の上記作用効果により、歪
ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ光吸収
層４にて生成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍層６に
印加された電界により３０倍以上の高い増倍率が得られ
る。
ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３或いはＩｎＧａＡｓ光吸収
層４にて生成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍層６に
印加された電界により３０倍以上の高い増倍率が得られ
る。
【００５１】また、本実施例の上記効果は、気相成長法
によるエピタキシャルウェハー以外に、ＣＶＤ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法によるエピタキシャルウ
ェハーにおいても同様な作用効果が得られる。
によるエピタキシャルウェハー以外に、ＣＶＤ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法によるエピタキシャルウ
ェハーにおいても同様な作用効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下記記載の各種効果を奏するものである。
下記記載の各種効果を奏するものである。
【００５３】その第１の効果は、１．６５μｍの光を例
えば０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収することがで
きるということである。これは、本発明においては、
１．６５μｍの光に対しては、ＩｎＧａＡｓ光吸収層お
よび歪光吸収層の２つの層にて吸収されるため、高い受
光感度が得られることによる。
えば０．８５Ａ／Ｗ以上の高い効率で吸収することがで
きるということである。これは、本発明においては、
１．６５μｍの光に対しては、ＩｎＧａＡｓ光吸収層お
よび歪光吸収層の２つの層にて吸収されるため、高い受
光感度が得られることによる。
【００５４】本発明の第２の効果として、例えば２０ｎ
Ａ以下の低い暗電流特性が得られるということである。
これは、本発明によれば、ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎ
Ｐ基板との間に歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層を挟むこ
とで、格子不整合を抑えることができるためである。
Ａ以下の低い暗電流特性が得られるということである。
これは、本発明によれば、ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎ
Ｐ基板との間に歪ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層を挟むこ
とで、格子不整合を抑えることができるためである。
【００５５】本発明の第３の効果は、３０倍以上の高い
増倍率が得られるということである。これは、歪ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層或いはＩｎＧａＡｓ光吸収層にて生
成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍層に印加された電
界によりアバランシェ増倍を引き起こすからである。
増倍率が得られるということである。これは、歪ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層或いはＩｎＧａＡｓ光吸収層にて生
成されたキャリアはｎ+−ＩｎＰ増倍層に印加された電
界によりアバランシェ増倍を引き起こすからである。
【図１】本発明に係る半導体受光素子の一実施例の断面
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体受光素子の一実施例の感度
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体受光素子の第２の実施例の
断面を示す図である。
断面を示す図である。
【図４】従来の半導体受光素子の断面を示す図である。
【図５】別の従来の半導体受光素子の断面を示す図であ
る。
る。
１ ｎ+−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 ３ 歪ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ４ ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層 ６ ｎ+−ＩｎＰ増倍層 ７ ｎ-−ＩｎＰ窓層 ８ ガードリング ９ ｐ+領域 １０ 絶縁膜 １１ ｐ側コンタクト電極 １２ ｐ側電極 １３ ｎ側コンタクト電極 １４ ｎ側電極 １５ ＡＲ付きレンズ １６ Ｚｎ拡散領域 １７ ポリイミド １８ Ｓｉ3Ｎ4膜 １９ ＳｉＯ2膜 ２０ Ａｕ／Ｚｎ電極 ２１ Ａｕ／Ｃｒ電極 ２２ Ａｕ／Ｓｎ電極 ２３ 緩和層 ２４ 歪格子層 ２５ 歪超格子層 ２６ ＩｎＧａＡｓバッファ層 ２７ ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光吸収層
Claims (7)
- 【請求項１】第１導電型ＩｎＰ基板上に、第１導電型歪
ＩｎＧａＡｓ層と、第１導電型ＩｎＧａＡｓ層と、第１
導電型ＩｎＰ増倍層と、第１導電型ＩｎＰ窓層と、が順
次形成されてなるヘテロエピタキシャル層構造を備え、
前記第１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層と前記第１導電型Ｉｎ
ＧａＡｓ層はそれぞれ一層構造とされ、 前記窓層内及び／又は前記増倍層内に部分的に第２導電
型ＩｎＰ領域を設け、 前記窓層内の前記第２導電型ＩｎＰ領域上に設けられた
第２導電型電極と、 前記第１導電型ＩｎＰ基板に設けられた第１導電型電極
と、 を備えてなることを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】前記第１導電型ＩｎＰ基板裏面に形成され
た所定径の凸型形状のレンズを備え、前記レンズ表面に
は反射防止膜が形成され、前記第１導電型ＩｎＰ基板裏
面に前記レンズを囲むようにコンタクト電極及び第２導
電型電極を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導
体受光素子。 - 【請求項３】前記第１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層の吸収端
波長λが１．８５μｍとされ、前記第１導電型ＩｎＧａ
Ａｓ層の吸収端波長λが１．６５μｍとされたことを特
徴とする請求項１又は２記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】前記第１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層の層厚が
１μｍないし５μｍからなることを特徴とする請求項１
乃至３のいずれか一に記載の半導体受光素子。 - 【請求項５】前記第１導電型歪ＩｎＧａＡｓ層の層厚が
１μｍないし３μｍからなることを特徴とする請求項乃
至３のいずれか一に記載の半導体受光素子。 - 【請求項６】前記第１導電型ＩｎＧａＡｓ層の層厚が２
μｍないし５μｍからなることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか一に記載の半導体受光素子。 - 【請求項７】第１導電型ＩｎＰ基板と第１導電型ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層との間に第１導電型歪ＩｎＧａＡｓ光吸
収層を挿入し、 導入された第１の波長の入射光については、前記第１導
電型歪ＩｎＧａＡｓ光吸収層で吸収し、前記第１の波長
の入射光よりも波長の短い第２の波長の入射光は、前記
第１導電型ＩｎＧａＡｓ光吸収層で吸収することを特徴
とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8103821A JP3031238B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8103821A JP3031238B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09270527A JPH09270527A (ja) | 1997-10-14 |
| JP3031238B2 true JP3031238B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=14364083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8103821A Expired - Fee Related JP3031238B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3031238B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100464367B1 (ko) * | 2002-01-08 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | 포토다이오드 디텍터 및 그 제조방법 |
| JP7199143B2 (ja) * | 2017-10-17 | 2023-01-05 | 日本ルメンタム株式会社 | 半導体受光装置及びその製造方法 |
| US20220037543A1 (en) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | Apple Inc. | Wideband Back-Illuminated Electromagnetic Radiation Detectors |
| CN114823947A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-29 | 上海科技大学 | 一种InP基超宽光谱光电探测器及其制备方法 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP8103821A patent/JP3031238B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09270527A (ja) | 1997-10-14 |
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|---|---|---|---|
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