JP3183931B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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Description
し、特に光通信用に用いられる半導体受光素子に関す
る。
情報処理用の高感度長波長受光器として実用化されてい
るが、中でもInGaAsを用いた波長1.3μmある
いは1.55μm帯に対する半導体受光素子は、大容量
長距離光通信用として広く使われている。
オードの従来例を図6に示す。n+ −InP基板1上
に、キャリア濃度5E15〜2E16cm-3、層厚1μm
程度のn−InP緩衝層2a、キャリア濃度1E14〜
1E16cm-3、層厚2〜5μmのn- −InGaAs光
吸収層3a、キャリア濃度1E15〜3E16cm-3、層
厚0.5〜2μmのn−InP窓層4を順次気相成長法
により成長させたエピタキシャルウェハに、受光部とし
てキャリア濃度1E17〜1E20cm-3のp+ −InP
領域5をZnの封止拡散により選択的に形成する。
NX 膜を成長させて反射防止膜を兼ねた表面保護膜9を
形成し、受光領域内にリング状に結晶表面まで穴開けを
行い、ここにTiとPtを順次蒸着した後、460℃の
高温熱処理を行い、p側接触電極6aを形成する。この
後、Ti、Pt、Auを順次蒸着して接触電極の保護と
外部回路への接続のためのパッド電極7を形成し、同様
に素子裏面にもAuGeを蒸着してn側電極8を形成す
ることにより、従来のpinホトダイオードを製造して
いる。
かけることによって、光吸収層であるInGaAs層内
に空乏層が広がる。そしてこのInGaAs層のバンド
ギャップエネルギーに相当する波長1.67μm以下の
光、例えば1.3μmの光が入射した場合、空乏化され
た光吸収層内において光電効果によるキャリアが生成さ
れる。生成されたキャリアは空乏層内の20〜100k
V/cmの内部電界によって飽和速度まで加速され、ホト
カレントとして外部回路へ取り出される。
光通信の場合のように1mA以上のホトカレントの生じ
る光入射が行われると、InGaAs光吸収層内に高密
度にキャリアが発生し、InGaAs層内に印加された
電界が多量の生成キャリアによって打ち消されるために
内部電界が低下する(空間電荷効果)。そのため空乏層
内の電界分布が歪むことによりInGaAs層内を走行
するキャリアに速いキャリアと遅いキャリアが発生す
る。これが原因となって2次相互変調歪みが発生しアナ
ログ伝送特性を劣化させる要因となる。
光吸収層であるInGaAs層を薄くしかつそのキャリ
ア濃度を5E15cm-3以下にすることが有効であること
が知られている。
を抑えるためにInGaAs光吸収層を薄くしかつその
キャリア濃度を低濃度化した場合、光の吸収領域が減少
するため量子効率の低下を招き、また低濃度領域の幅が
減少するため空乏層幅が減少して素子容量の増加を招き
高速動作が阻害されるという問題点が生じる。
は、n導電型InP半導体基板上に、順次、n導電型で
キャリア濃度5E14乃至5E15cm−3、層厚1.
5乃至2.5μmのInP緩衝層(バンドギャップ:E
g1)と、n導電型でキャリア濃度5E15cm −3 以
下、層厚1.3乃至2μmのInGaAs光吸収層(E
g2)と、n導電型でキャリア濃度が1E15乃至3E
16cm−3かつ層厚が0.5乃至3μmのInP窓層
(Eg3)(但し、Eg1=Eg3>Eg2)を成長さ
せてn導電型ヘテロ構造半導体基体を作成し、前記窓層
内にp導電型不純物を前記光吸収層の0.1乃至0.5
μmの深さに到達するように導入して選択的にp導電型
領域を形成し、前記p導電型領域に接触抵抗率が1E−
6Ωcm −2 以下であるAuZn合金接触電極を形成し
たものである。
て説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す断面図
である。同図に示されるように、n+ −InP基板1上
に気相成長法により、キャリア濃度5E14〜5E15
cm-3、層厚1.5〜2.5μmが好ましいn- −InP
緩衝層2を、キャリア濃度1E15cm-3、層厚2μm
に、キャリア濃度1E15〜5E15cm-3、層厚1.3
μm〜2μmが好ましいn- −InGaAs光吸収層3
を、キャリア濃度3E15cm-3、層厚1.7μmに、キ
ャリア濃度1E15〜3E16cm-3、層厚0.5〜3μ
mが好ましいn−InP窓層4を、キャリア濃度1E1
6cm-3、層厚1μmに、それぞれ成長させる。
となるSiO2 膜をCVD法により成長させ、受光部分
に50μmφの穴開けを行った後、例えばZnの封止拡
散により接合部深さが窓層4と光吸収層3の界面から光
吸収層3内に0.1〜0.5μmであることが好まし
い、キャリア濃度1E17〜1E20cm-3のp+ 領域5
を0.3μmの深さに到達するように形成する。
9を成長させ、p+ 領域5内にリング状に幅5μmの溝
を開け、ここにAuZnの合金を抵抗加熱法により蒸着
し、続いて高温処理により接触抵抗率が1E−6Ω・cm
-2となるようにAuZnの合金化をおこない、p側接触
電極6を形成する。この後p側接触電極6を覆うように
Ti、Pt、Auを順次蒸着し、パッド電極7を形成す
る。次に、n+ −InP基板1の基板側を100〜20
0μmの厚さとなるまで鏡面研磨し、その面にAuGe
を蒸着しアロイ化を行ってn側電極8を形成する。
オードにおける光吸収層の厚さと2次の相互変調歪みお
よび量子効率の関係を示したものである。2次相互変調
歪み−70dBcを得るためには、光吸収層の厚さを2
μm以下とする必要があり、また量子効率を70%以上
とするためには1.3μm以上の光吸収層厚が必要とな
る。
オードと、構造を同じくしてp側接触電極にTiPt
(接触抵抗率3E−3Ω・cm-2)を用いたものの2次相
互変調歪みを比較したものである。接触抵抗率の差によ
り約30dBcの歪み量の差が出ている。
オードと、構造を同じくして緩衝層の濃度を従来例とお
なじ1E16cm-3としたときの端子間容量を比較したも
のである。緩衝層のキャリア濃度を低濃度化することに
より空乏層を伸ばすことができるため、本実施例により
約0.2pFの低容量化が実現されている。なお、緩衝
層のキャリア濃度を5E15cm-3以下、層厚を1.5μ
m以上とするのは端子間容量を所定の値以内に収めるた
めに必要なことであり、4E15cm-3以上、2.5μm
以下とするのはこの範囲を超えても容量はほとんど変わ
らず製造上の困難性や製造時間の増大を招くことになる
からである。
pinホトダイオードの断面図を示す。n+ −InP基
板1上に気相成長法により順次、キャリア濃度3E15
cm-3、層厚2.2μmのn- −InP緩衝層2、キャリ
ア濃度1E15cm-3、層厚2μmのn- −InGaAs
光吸収層3、キャリア濃度1E16cm-3、層厚1μmの
n−InP窓層4を成長させる。このエピタキシャルウ
ェハ上に拡散マスクを形成し、Znの封止拡散によりキ
ャリア濃度1E19cm-3のp+ 領域5を、接合深さが窓
層4と光吸収層3の界面から光吸収層3内に0.3μm
の深さまで到達するように形成する。
9を成長させ、p+ 領域5内に40μmの穴開けを行
い、ここにAuZn合金を抵抗加熱法により蒸着し、続
いて高温処理を行って接触抵抗率が1E−6Ω・cm-2と
なるように合金化してp側接触電極6を形成する。この
後p側接触電極6を覆うようにTi、Pt、Auを順次
蒸着してパッド電極7を形成する。
板厚が10〜200μmになるまで鏡面研磨し、その面
にCVD法により反射防止膜10を形成する。反射防止
膜10を円形にパターニングした後、受光領域に相当す
る部分をフォトレジストマスクで覆い、AuGeを蒸着
しリフトオフを行った後アロイ化してn側電極8を形成
する。
トダイオードでは、−80dBc以下の低歪み特性、か
つ0.8pF以下の低端子間容量特性が得られる。裏面
入射型受光素子の場合、光吸収層内で吸収されきれずに
透過した光がp側接触電極6によって反射され再び光吸
収層3内に戻るため、光吸収層の厚さを実効的に2倍と
することができ90%以上の高い量子効率が得られる。
層のキャリア濃度を低く抑えその層厚を薄くするととも
に緩衝層のキャリア濃度を低くかつ狭い範囲に納めその
層厚を厚くしたものであるので、2次相互変調歪みを低
く抑えながら必要な量子効率を確保することができる。
また、緩衝層内に空乏層を延ばすことができるため低端
子間容量を実現することができ、高速動作特性を改善す
ることができる。
互変調歪みおよび量子効率の関係を示す図。
る素子の2次相互変調歪みとを比較した図。
衝層を有する素子との素子容量を比較した図。
Claims (1)
- 【請求項1】 n導電型InP半導体基板上に、n導電
型でキャリア濃度が5E14乃至5E15cm−3かつ
層厚が1.5乃至2.5μmのInP緩衝層、n導電型
でキャリア濃度が5E15cm−3以下かつ層厚が1.
3乃至2μmのInGaAs光吸収層およびn導電型で
キャリア濃度が1E15乃至3E16cm−3かつ層厚
が0.5乃至3μmのInP窓層が形成され、窓層内に
前記光吸収層の0.1乃至0.5μmの深さに到達する
p導電型の拡散層が形成されている半導体受光素子であ
って、前記p導電型の拡散層には、接触抵抗率が1E−
6Ωcm −2 以下であるAuZn合金接触電極が形成さ
れていることを特徴とする半導体受光素子。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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