JP3172996B2 - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JP3172996B2 JP02403297A JP2403297A JP3172996B2 JP 3172996 B2 JP3172996 B2 JP 3172996B2 JP 02403297 A JP02403297 A JP 02403297A JP 2403297 A JP2403297 A JP 2403297A JP 3172996 B2 JP3172996 B2 JP 3172996B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、pin型の半導体
受光素子に関し、特に、i層内のp層側の界面近傍にお
けるp型不純物の拡散を抑止することによって、応答周
波数が高く且つ高調波歪を低減する半導体受光素子に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば光通信用のpin型半導体
受光素子は、図3に示すように、InPの半絶縁性基板
2上に、n+層4、i層6、p+層8及び反射防止膜10
が積層され、更に、n+層4とp+層8との間に所定のバ
イアス電圧VRを印加するためのオーミック電極12,
14が形成された構造を備えている。
【0003】n+層4はシリコン(Si)をドープした
n型InP又はn型InGaAsで形成され、i層6は
n型InGaAsで形成され、p+層8は亜鉛(Zn)
をドープしたn型InP又はn型InGaAsで形成さ
れることにより、1.3μm波長帯又は1.55μm波
長帯の入射光に対する感度を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】かかる構造を有する従
来の半導体受光素子にあっては、p+層8に拡散性の強
いZnをドープしているために、そのドーパントZnが
i層6中に拡散し、その結果、i層6内におけるp+
8側の界面近傍(図3中、DIFで示す領域)がp型に
変換することによって、応答周波数が低下し且つ出力信
号の高調波歪が増大するという問題があった。
【0005】即ち、前記のドーパントZnがi層6中に
拡散して、p型に変換した界面領域DIFが生じると、
界面領域DIFにおける電界強度が低下するため、この
界面領域DIFで生成されるキャリアの移動度が小さく
なり、応答周波数が低下する。特に、p+層8側から光
が入射する受光素子では、この電界強度の低下した界面
領域DIFで正孔電子対が顕著に発生することとなり、
電子は迅速に拡散及びドリフトして負電極側へ移動し得
るが、正孔は界面領域DIF中に長時間滞留して空間電
荷(プラス電荷)を形成する。そして、この空間電荷
(プラス電荷)に対応する電荷(マイナス電荷)が対局
側(図3では負電極側)に形成されることになるため、
pin型構造中の容量成分が増大して、応答周波数の低
下及び出力信号の高調波歪の増大を招来する。
【0006】本発明は、このような従来の半導体受光素
子の課題に鑑みてなされたものであり、応答周波数が高
く且つ出力信号の高調波歪の発生を低減することができ
る半導体受光素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明は、半導体基板と、この半導体基板上に第1
導電型の不純物を導入した第1の層と、不純物を故意に
導入していない第2の層と、第2導電型の不純物を導入
した第3の層とを順次積層したpin型半導体受光素子
において、第3の層は炭素を高濃度で導入したInPで
あることを特徴とする。
【0008】また、半導体基板と、この半導体基板上に
n型不純物を導入した第1の層と、不純物を故意に導入
していない第2の層と、p型不純物を導入した第3の層
とを順次積層したpin型半導体受光素子において、第
2の層と第3の層との間に、二つの異なる半導体層が交
互に重なった超格子で構成されると共に第3の層に導入
したp型不純物が第2の層へ拡散することを抑止する拡
散抑止層を備えることを特徴とする。
【0009】
【作用】第3の層に拡散性の低い炭素を不純物として導
入することによって、第2の層との界面に不要な空間電
荷分布が発生しないため、応答周波数の向上が実現さ
れ、且つ出力信号の高周波歪が低減される。
【0010】また、第2の層と第3の層との間に、二つ
の異なる半導体層が交互に重なった超格子で構成される
と共に第3の層に導入したp型不純物が第2の層へ拡散
することを抑止する拡散防止層を備えることにより、第
2の層に不要な空間電荷分布が発生しないため、応答周
波数の向上が実現され、且つ出力信号の高調波歪が低減
される。
【0011】
【実施の形態】
(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態を図1
を参照しながら説明する。尚、同図は、本実施の形態に
係る半導体受光素子の要部構造を模式的に示した縦断面
図である。同図において、InPの半絶縁性基板16上
に、Siをドープしたn型InP(キャリア濃度が5×
1018cm-3 、厚さが25μm)から成るn+層18
と、アンドープGa0.53In0.47As(エネルギーギャ
ップが約0.76eV、厚さが2.5μmのイントリン
シックGaInAs)から成るi層20と、炭素(C)
をドープしたp型InP(キャリア濃度5×1018cm
-3、エネルギーギャップが約1.35eV、厚さ0.5
μm)から成るp+層22が積層されている。更に、n+
層18の一端にAuGeのn型オーミック電極26、p
+層22の一端にAuZnのp型オーミック電極28が
形成されると共に、p型オーミック電極28で挟まれた
+層28の光入射表面に反射防止膜24が積層された
構造と成っている。そして、n型オーミック電極26と
p型オーミック電極28との間に所定のバイアス電圧V
Rが印加される。
【0012】この構造を有する半導体受光素子は、i層
20が1.3μm波長帯と1.55μm波長帯の入射光
に対して感度を有するので、例えば光ファイバ通信等に
適用することができる。ここで、i層20に対してp+
層22のエネルギーギャップが大きいので、p+層22
は前記1.33μmと1.55μmの波長帯に対して透
明になる。したがって、i層20は光吸収によりキャリ
アを生成するのに反し、p+層22では光吸収が起こら
ず、i層20のp+層22との界面に空間電荷分布が発
生しないので、従来技術のようなi層内での電界強度の
低下に伴う応答周波数の低下を招来せず、実質的に応答
周波数の向上及び出力信号の高調波歪の低減が実現され
る。
【0013】即ち、p+層22のドーパントである炭素
(C)の拡散定数は、通常用いられている亜鉛(Zn)
の拡散定数に較べて数桁小さく、p+層22中のドーパ
ントCのi層20への拡散は実質的に無いことから、i
層20内のp+層22側界面における電界強度の低下は
実質的に無視できる(換言すれば、電界強度が実質的に
低下しない)。したがって、i層20内で生成したキャ
リアの移動度が小さくなることが無く、応答周波数の向
上及び出力信号の高調波歪の低減化が実現される。
【0014】尚、以上の説明では、p+層22を、炭素
(C)をドープしたp型InPで形成する場合を述べた
が、これに代えて、炭素(C)をドープ゜したp型In
GaAsPで形成してもよい。この場合にも、p型In
GaAsPのp+層22で光吸収が生じないので、i層
20とp+層22の界面に空間電荷分布が発生せず、応
答周波数の向上及び出力信号の高調波歪が低減される。
【0015】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態を図2を参照しながら説明する。同図は、
本実施の形態に係る半導体受光素子の要部構造を模式的
に示した縦断面図である。同図において、InPの半絶
縁性基板30上に、Siをドープしたn型InP(キャ
リア濃度が5×1018cm-3 、厚さが25μm)から
成るn+層32と、アンドープGa0.53In0.47As
(エネルギーギャップが約0.76eV、厚さが2.5
μm)から成るi層34と、不純物の拡散を阻止するた
めの拡散抑止層36と、亜鉛(Zn)をドープしたp型
InP又は亜鉛(Zn)をドープしたp型InGaAs
Pから成るp+層38が積層され、更に、n+層32の一
端にAuGeのn型オーミック電極42、p+層38の
一端にAuZnのp型オーミック電極44が形成される
と共に、p型オーミック電極44で挟まれたp+層38
の光入射表面に反射防止膜40が積層されている。
【0016】更に、i層34とp+層38間に設けられ
た拡散抑止層36は、厚さ約10ÅのアンドープInP
の層と、厚さ約10ÅのIn0.81Ga0.19As0.40.6
の層とを交互に積層して夫々5層ずつ設けることによ
り、全体として約100Åの厚さに形成された超格子構
造となっている。尚、この拡散抑止層36の厚さは、入
射光に応じてi層34で生成される正孔がトンネル効果
によって容易にp+層38側へ移動できる厚さに設定す
る必要がある。
【0017】そして、n型オーミック電極42とp型オ
ーミック電極44との間に所定のバイアス電圧VRが印
加される。
【0018】この構造を有する半導体受光素子は、i層
34が1.3μm波長帯と1.55μm波長帯の入射光
に対して感度を有するのに反して、拡散抑止層36は、
これらの波長帯に対して透明になり、且つp+層38内
のドーパント(Zn)のi層34への拡散を阻止する機
能を発揮する。したがって、i層34内の拡散抑止層3
6側界面近傍に空間電荷分布が発生しないことから、こ
の界面近傍における電界強度の低下を招来せず、実質的
に応答周波数の向上及び出力信号の高調波歪の低減が実
現される。また、拡散抑止層36を設けたことにより、
通常用いられるZnをドープしたp+層38を有する半
導体受光素子を提供することができる。
【0019】尚、拡散抑止層36にInP/InGaA
s超格子を適用する場合を述べたが、InP/GaAs
超格子を適用しても同様の効果を得ることができる。但
し、InP/GaAs超格子を適用する場合、InP半
絶縁性基板30に対してGaAsが不整系となるが、格
子不整による欠陥が発生しない臨界厚以下であれば、超
格子を形成することが可能である。
【0020】また、亜鉛(Zn)をドープしたp型In
P又は亜鉛(Zn)をドープしたp型InGaAsPか
ら成るp+層38を用いた半導体受光素子について説明
したが、このp+層38を、炭素(C)をドープしたp
型InP又は炭素(C)をドープしたp型InGaAs
Pで形成してもよい。かかる構造によれば、炭素(C)
をドープしたp+層38が光吸収しないので不要な空間
電荷分布の発生が抑止され、且つ拡散抑止層36の存在
と併せた効果が得られて、応答周波数の向上及び高調波
歪の低減が実現される。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体受光
素子によれば、第1の層に拡散性の低い不純物を用いる
ことにより、第2層内の第1層との界面付近に、拡散し
た不純物に起因する空間電荷領域が発生しなくなるの
で、第2の層中の光吸収で生成されるキャリアを迅速に
遷移させることができて、応答周波数の向上及び出力信
号の高調波歪の低減化が実現される。
【0022】また、前記第1の層と第2の層との間に、
前記第1の層の不純物の前記第2の層への拡散を抑止す
る拡散抑止層を備えることにより、第2の層に不要な空
間電荷分布が発生しないため、第2の層中の光吸収で生
成されるキャリアを迅速に遷移させることができて、応
答周波数の向上及び出力信号の高調波歪の低減化が実現
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る半導体受光素子の要部
構造を模式的に示す縦断面図である。
【図2】第2の実施の形態に係る半導体受光素子の要部
構造を模式的に示す縦断面図である。
【図3】従来の半導体受光素子の構造を示す縦断面図で
ある。
【符号の説明】
16,30…半絶縁性基板、18,32…n+層、2
0,34…i層、22,38…p+層、24,40…反
射防止膜、26,42…n型オーミック電極、28,4
4…p型オーミック電極、36…拡散抑止層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/00 - 31/119

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板上に第1
    導電型の不純物を導入した第1の層と、不純物を故意に
    導入していない第2の層と、第2導電型の不純物を導入
    した第3の層とを順次積層したpin型半導体受光素子
    において、 前記第3の層は炭素を高濃度で導入したInPであるこ
    とを特徴とするpin型半導体受光素子。
  2. 【請求項2】 前記第2の層はInGaAsから成るこ
    とを特徴とする請求項1に記載のpin型半導体受光素
    子。
  3. 【請求項3】 半導体基板と、この半導体基板上にn型
    不純物を導入した第1の層と、不純物を故意に導入して
    いない第2の層と、p型不純物を導入した第3の層とを
    順次積層したpin型半導体受光素子において、 前記第2の層と前記第3の層との間に、二つの異なる半
    導体層が交互に重なった超格子で構成されると共に前記
    第3の層に導入したp型不純物が前記第2の層へ拡散す
    ることを抑止する拡散抑止層を備えることを特徴とする
    pin型半導体受光素子。
  4. 【請求項4】 前記第3の層はInP又はInGaAs
    Pから成り、前記第2の層はInGaAsから成ること
    を特徴とする請求項3に記載の半導体受光素子。
  5. 【請求項5】 前記超格子は、InAsとGaAsとか
    ら構成されることを特徴とする請求項3に記載のpin
    型半導体受光素子。
  6. 【請求項6】 前記超格子は、InPとGaAsとから
    構成されることを特徴とする請求項3に記載のpin型
    半導体受光素子。
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