JP3223855B2 - 導波路型半導体受光素子およびその製造方法 - Google Patents
導波路型半導体受光素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JP3223855B2 JP3223855B2 JP21665097A JP21665097A JP3223855B2 JP 3223855 B2 JP3223855 B2 JP 3223855B2 JP 21665097 A JP21665097 A JP 21665097A JP 21665097 A JP21665097 A JP 21665097A JP 3223855 B2 JP3223855 B2 JP 3223855B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type semiconductor
- waveguide
- face
- light receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は導波路型半導体受光
素子に関する。
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信用半導体受光素子として、導波路
型半導体受光素子の研究開発が進められている。従来の
面入射型素子では光吸収層に対して垂直な方向から信号
光を入射するのに対し、導波路型半導体受光素子では水
平な方向から入射する。したがって、導波路型半導体受
光素子では、光吸収層を薄く設計した場合でも導波路長
を十分長くとれば高い光電変換効率が得られる。すなわ
ち、従来の面入射型では素子応答特性の高速化（キャリ
ア走行時間短縮）と光電変換効率がトレードオフの関係
であったのに対し、導波路型半導体受光素子では両者の
両立が可能となる。
型半導体受光素子の研究開発が進められている。従来の
面入射型素子では光吸収層に対して垂直な方向から信号
光を入射するのに対し、導波路型半導体受光素子では水
平な方向から入射する。したがって、導波路型半導体受
光素子では、光吸収層を薄く設計した場合でも導波路長
を十分長くとれば高い光電変換効率が得られる。すなわ
ち、従来の面入射型では素子応答特性の高速化（キャリ
ア走行時間短縮）と光電変換効率がトレードオフの関係
であったのに対し、導波路型半導体受光素子では両者の
両立が可能となる。
【０００３】このような高速性と高い光電変換効率の両
立という特徴に着目して作製された導波路型半導体受光
素子としては、例えば「１９９４年６月、第５回オプト
エレクトロニクス・コンフアレンス、テクニカルダイジ
ェスト、６６〜６７頁（Ｆｉｆｔｈ Ｏｐｔｏｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｎｆｅｒｅｎｃｅ（０ＥＣ‘９４）
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｊｕｌｙ １９９
４）」にその一例が報告されている。この素子は、図１
２に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１０１上にｎ+−
ＩｎＰクラッド層１０２、ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈
折率層（コア層とクラッド層の中間の屈折率を有する
層。層厚０．８μｍ）１０３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層１０４（層厚住０．２μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰ
中間屈折率層１０５（層厚０．８μｍ）、ｐ+−ＩｎＰ
クラッド層１０６からなる導波路メサを形成し、これを
ポリイミド１０７で埋め込んだ構造となっている。結晶
成長時の不純物ドーピングによりｐｎ接合を形成してお
り、ｐｎ接合の形態としてはいわゆるグロウンジャンク
ション（Ｇｒｏｗｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）型に属する。
立という特徴に着目して作製された導波路型半導体受光
素子としては、例えば「１９９４年６月、第５回オプト
エレクトロニクス・コンフアレンス、テクニカルダイジ
ェスト、６６〜６７頁（Ｆｉｆｔｈ Ｏｐｔｏｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｎｆｅｒｅｎｃｅ（０ＥＣ‘９４）
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｊｕｌｙ １９９
４）」にその一例が報告されている。この素子は、図１
２に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１０１上にｎ+−
ＩｎＰクラッド層１０２、ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈
折率層（コア層とクラッド層の中間の屈折率を有する
層。層厚０．８μｍ）１０３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層１０４（層厚住０．２μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰ
中間屈折率層１０５（層厚０．８μｍ）、ｐ+−ＩｎＰ
クラッド層１０６からなる導波路メサを形成し、これを
ポリイミド１０７で埋め込んだ構造となっている。結晶
成長時の不純物ドーピングによりｐｎ接合を形成してお
り、ｐｎ接合の形態としてはいわゆるグロウンジャンク
ション（Ｇｒｏｗｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）型に属する。
【０００４】また、導波路型半導体受光素子は、モジュ
ール化の際の組立性に優れるという特徴も併せ持つ。た
とえば石英系導波路部品と単体の半導体レーザー、受光
素子等を組み合わせていわゆるハイブリッド型光送受信
モジュールを構成する場合、受光素子として面入射型素
子を用いると、光の入射方向が素子の表面に対して垂直
であるため、電気の配線、あるいは入射信号光の光路の
いずれかを９０度折り曲けることが必要で、組立性とい
う観点からは問題があった。これに対し、導波路型半導
体受光素子を用いれば入射信号光を素子の端面から、す
なわち素子表面に対し平行な方向から入射できるためこ
の折り曲げが不要となる。通常、半導体レーザーも素子
の端面から光を出射する形態であることから、半導体レ
ーザーと導波路型半導体受光素子とで組立工程を共通化
できるという事もあり、モジュールの組立性の向上、コ
ストの低減が期待できる。
ール化の際の組立性に優れるという特徴も併せ持つ。た
とえば石英系導波路部品と単体の半導体レーザー、受光
素子等を組み合わせていわゆるハイブリッド型光送受信
モジュールを構成する場合、受光素子として面入射型素
子を用いると、光の入射方向が素子の表面に対して垂直
であるため、電気の配線、あるいは入射信号光の光路の
いずれかを９０度折り曲けることが必要で、組立性とい
う観点からは問題があった。これに対し、導波路型半導
体受光素子を用いれば入射信号光を素子の端面から、す
なわち素子表面に対し平行な方向から入射できるためこ
の折り曲げが不要となる。通常、半導体レーザーも素子
の端面から光を出射する形態であることから、半導体レ
ーザーと導波路型半導体受光素子とで組立工程を共通化
できるという事もあり、モジュールの組立性の向上、コ
ストの低減が期待できる。
【０００５】このようにモジュール組立性に優れるとい
う特徴に着目して作製された導波路型半導体受光素子と
しては、例えば「１９９６年３月、電子情報通信学会総
合大会論文集、講演番号Ｃ−３６１」にその一例が報告
されている。この素子は図１３に示したように、導波路
メサの中央部に不純物の選択熱拡散によりｐ+領域１１
３が形成された、プレーナ型の素子となつている。移導
波構造としては、ＩｎＰ基板１０９上にｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ下部中間屈折率層１１０（１．２μｍ組成）、１４
μｍ組成のｎ-ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層（コア層）１１
１、ＩｎＧａＡｓＰ上部中間屈折率層（１．２μｍ組
成）１１２を順次積層した構造を有する。この素子は波
長１．３μｍ帯の信号光の受信に用いる。下部、上部の
中間屈折率層１１０、１１２の挿入の目的は、入射光ス
ポットの位置ずれに対して高い結合トレランスを得て、
かつ素子の動作電圧は低く保つことにある。すなわち導
波路型半導体受光素子においては、光吸収層厚を厚く設
計すればそれだけ高い結合トレランスが得られるもの
の、この時光吸収層を空乏化させるための電圧、つまり
素子の動作電圧が上昇するという問題が生じる。そこ
で、中間屈折率層の挿入により、光吸収層厚は薄く保っ
たまま等価的なコア層厚を増大させることでこのトレー
ドオフの問題を回避している。なお、このとき中間屈折
率層は高不純物濃度としているので、その挿入により動
作電圧が上昇することはない。
う特徴に着目して作製された導波路型半導体受光素子と
しては、例えば「１９９６年３月、電子情報通信学会総
合大会論文集、講演番号Ｃ−３６１」にその一例が報告
されている。この素子は図１３に示したように、導波路
メサの中央部に不純物の選択熱拡散によりｐ+領域１１
３が形成された、プレーナ型の素子となつている。移導
波構造としては、ＩｎＰ基板１０９上にｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ下部中間屈折率層１１０（１．２μｍ組成）、１４
μｍ組成のｎ-ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層（コア層）１１
１、ＩｎＧａＡｓＰ上部中間屈折率層（１．２μｍ組
成）１１２を順次積層した構造を有する。この素子は波
長１．３μｍ帯の信号光の受信に用いる。下部、上部の
中間屈折率層１１０、１１２の挿入の目的は、入射光ス
ポットの位置ずれに対して高い結合トレランスを得て、
かつ素子の動作電圧は低く保つことにある。すなわち導
波路型半導体受光素子においては、光吸収層厚を厚く設
計すればそれだけ高い結合トレランスが得られるもの
の、この時光吸収層を空乏化させるための電圧、つまり
素子の動作電圧が上昇するという問題が生じる。そこ
で、中間屈折率層の挿入により、光吸収層厚は薄く保っ
たまま等価的なコア層厚を増大させることでこのトレー
ドオフの問題を回避している。なお、このとき中間屈折
率層は高不純物濃度としているので、その挿入により動
作電圧が上昇することはない。
【０００６】図１２、図１３の素子では、ウェハをへき
開することにより入射端面を形成している。
開することにより入射端面を形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の導波路型半導体
受光素子の問題点は、低暗電流、高信頼な素子を作製す
ることが困難な点である。その理由は、まず、図１２、
図１３のいずれの従来例においても、へき開により入射
端面を形成しているからである。
受光素子の問題点は、低暗電流、高信頼な素子を作製す
ることが困難な点である。その理由は、まず、図１２、
図１３のいずれの従来例においても、へき開により入射
端面を形成しているからである。
【０００８】本発明の目的は、暗電流が低く高信頼で、
かつ高感度な導波路型半導体受光素子を高歩留まりで提
供することにある。
かつ高感度な導波路型半導体受光素子を高歩留まりで提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、導波路型半導
体受光素子の製造方法において、入射端面をエッチング
により形成する工程と、素子分離のためのガイド溝をエ
ッチングにより形成する工程を少なくとも含み、かつこ
れらの工程が同時に行われ、その後前記ガイド溝に沿っ
てへき開する工程を含み、かつ前記入射端面内に入射光
を光電変換する光吸収層が含まれることを特徴とする導
波路型半導体受光素子の製造方法、及びその方法により
得られる導波路型半導体受光素子である。
体受光素子の製造方法において、入射端面をエッチング
により形成する工程と、素子分離のためのガイド溝をエ
ッチングにより形成する工程を少なくとも含み、かつこ
れらの工程が同時に行われ、その後前記ガイド溝に沿っ
てへき開する工程を含み、かつ前記入射端面内に入射光
を光電変換する光吸収層が含まれることを特徴とする導
波路型半導体受光素子の製造方法、及びその方法により
得られる導波路型半導体受光素子である。
【００１０】本発明による導波路型半導体受光素子の製
造工程は、従来の技術の課題を解決するための手段とし
て、素子の入射端面と素子分離ガイド溝を同時にエッチ
ングにより形成する工程（図１に示した工程）を含む。
造工程は、従来の技術の課題を解決するための手段とし
て、素子の入射端面と素子分離ガイド溝を同時にエッチ
ングにより形成する工程（図１に示した工程）を含む。
【００１１】素子の入射端面と素子分離ガイド溝を同時
にエッチングにより形成する工程を含むことにより、暗
電流が低く高信頼で、かつ高感度な素子を高い歩留まり
で得ることができる。
にエッチングにより形成する工程を含むことにより、暗
電流が低く高信頼で、かつ高感度な素子を高い歩留まり
で得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第一の実施例につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。
いて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】図１から図１０は、本発明の第一の実施
例、およびその製造工程を説明する図で、図１、図３、
図６、図８は各製造工程における素子を真上から見た
図、図２は図１中の破線Ａ−Ａ’における断面図、図４
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３中の破線Ａ−Ａ’、Ｂ−
Ｂ’における断面図、図５（ａ）、（ｂ）および図９
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）に対応す
る図、図７は図６中の破線Ｃ−Ｃ’における断面図、図
１０は完成後の素子の断面図である。以下、第一の実施
例の製造工程を説明する。まず、（１００）面を有する
半絶縁性ＩｎＰ基板１上にｎ+−ＩｎＰバッファ層２
（１×１０18ｃｍ-3、層厚１．５μｍ）、ｎ+−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間屈折率層３（１×１０18ｃｍ-3、波長組成
１．３μｍ、層厚０．８μｍ）、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光
吸収層４（１×１０15ｃｍ-3、波長組成１．６７μｍ、
層厚０．５μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続
緩和層５（１×１０18ｃｍ-3、波長組成１．３μｍ、層
厚０．１μｍ）、ｐ+−ＩｎＰクラッド層６（１×１０
18ｃｍ-3、層厚１μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層７（１×１０19ｃｍ-3、層厚０．２μｍ）を順次積
層する。
例、およびその製造工程を説明する図で、図１、図３、
図６、図８は各製造工程における素子を真上から見た
図、図２は図１中の破線Ａ−Ａ’における断面図、図４
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３中の破線Ａ−Ａ’、Ｂ−
Ｂ’における断面図、図５（ａ）、（ｂ）および図９
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）に対応す
る図、図７は図６中の破線Ｃ−Ｃ’における断面図、図
１０は完成後の素子の断面図である。以下、第一の実施
例の製造工程を説明する。まず、（１００）面を有する
半絶縁性ＩｎＰ基板１上にｎ+−ＩｎＰバッファ層２
（１×１０18ｃｍ-3、層厚１．５μｍ）、ｎ+−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間屈折率層３（１×１０18ｃｍ-3、波長組成
１．３μｍ、層厚０．８μｍ）、ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光
吸収層４（１×１０15ｃｍ-3、波長組成１．６７μｍ、
層厚０．５μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続
緩和層５（１×１０18ｃｍ-3、波長組成１．３μｍ、層
厚０．１μｍ）、ｐ+−ＩｎＰクラッド層６（１×１０
18ｃｍ-3、層厚１μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層７（１×１０19ｃｍ-3、層厚０．２μｍ）を順次積
層する。
【００１４】次にこの結晶成長後のウェハ上に、ブロム
メタノールなどを用いたエッチングにより図１、図２に
示すようなガイド溝８を形成する。このとき、この溝の
方向を［０１−１］方向に一致させて、かつ、比較的遅
いエツチング速度でエッチングを行うことにより、図２
のように溝の断面形状をＶ字型とすることができる。図
１に示すように、このガイド溝８の側壁の一部領域が完
成後の素子の入射端面となる。次にブロムメタノールな
どを用いたウェットエッチング、あるいはリアクティブ
・イオン・エッチング法などによるドライエッチングに
より、２段階のエッチングを行い、図３、図４に示すよ
うに導波路領域（イ）、ｎコンタクト領域（ロ）、素子
分離領域（ハ）、パッド電極領域（ニ）を形成する。
メタノールなどを用いたエッチングにより図１、図２に
示すようなガイド溝８を形成する。このとき、この溝の
方向を［０１−１］方向に一致させて、かつ、比較的遅
いエツチング速度でエッチングを行うことにより、図２
のように溝の断面形状をＶ字型とすることができる。図
１に示すように、このガイド溝８の側壁の一部領域が完
成後の素子の入射端面となる。次にブロムメタノールな
どを用いたウェットエッチング、あるいはリアクティブ
・イオン・エッチング法などによるドライエッチングに
より、２段階のエッチングを行い、図３、図４に示すよ
うに導波路領域（イ）、ｎコンタクト領域（ロ）、素子
分離領域（ハ）、パッド電極領域（ニ）を形成する。
【００１５】領域（ロ）はｎ+−・ＩｎＧａＡｓＰ中間
屈折率層３に達する深さまで、また、領域（ハ）は半絶
縁性ＩｎＰ基板１に達する深さまでエッチングを行う。
領域（イ）、および領域（ニ）にはエッチングを施さな
い。次に図５に示すようにエッチング後のウェハ全面に
ＩｎＡｌＡｓ層９（〜１×１０15ｃｍ-3、波長組成０．
８０μｍ、層厚０．３μｍ）を、モレキュラー・ビーム
・エピタキシー（ＭＢＥ）法による結晶成長により形成
する。次に図６、図７に示したようにガイド溝８上の一
部領域（ホ）を残して他の部分をレジスト膜１０で覆っ
た後、領域（ホ）のＩｎＡｌＡｓ層９をリン酸、過酸化
水素水、水の混合液などのエッチング液を用いて選択的
にエッチング除去する。レジスト膜１０を除去した後、
通常のフォトリソグラフィーエ程、蒸着工程などによ
り、図８、図９に示すように窒化シリコン膜１１、段差
緩和のためのポリイミド膜１２、ＡｕＺｎアロイ電極１
３、ＡｕＧｅＮｉアロイ電極１４、ＴｉＰｔＡｕパッド
電極１５を形成する。
屈折率層３に達する深さまで、また、領域（ハ）は半絶
縁性ＩｎＰ基板１に達する深さまでエッチングを行う。
領域（イ）、および領域（ニ）にはエッチングを施さな
い。次に図５に示すようにエッチング後のウェハ全面に
ＩｎＡｌＡｓ層９（〜１×１０15ｃｍ-3、波長組成０．
８０μｍ、層厚０．３μｍ）を、モレキュラー・ビーム
・エピタキシー（ＭＢＥ）法による結晶成長により形成
する。次に図６、図７に示したようにガイド溝８上の一
部領域（ホ）を残して他の部分をレジスト膜１０で覆っ
た後、領域（ホ）のＩｎＡｌＡｓ層９をリン酸、過酸化
水素水、水の混合液などのエッチング液を用いて選択的
にエッチング除去する。レジスト膜１０を除去した後、
通常のフォトリソグラフィーエ程、蒸着工程などによ
り、図８、図９に示すように窒化シリコン膜１１、段差
緩和のためのポリイミド膜１２、ＡｕＺｎアロイ電極１
３、ＡｕＧｅＮｉアロイ電極１４、ＴｉＰｔＡｕパッド
電極１５を形成する。
【００１６】次に図１０に示すように、半絶縁性ＩｎＰ
基板１の裏面側を厚さ１５０μｍ程度まで研磨し、Ｔｉ
Ａｕ膜１６を形成した後、図１０に示すようにガイド溝
８に沿ってへき開し、素子を完成させる。このとき、ガ
イド溝８の側壁の一部が素子の入射端面となる。この第
一の実施例の素子は、図１２の従来例と同様、高速性と
高い光電変換効率の両立という特徴に着目してして設計
されており、主に高速光通信に用いる。
基板１の裏面側を厚さ１５０μｍ程度まで研磨し、Ｔｉ
Ａｕ膜１６を形成した後、図１０に示すようにガイド溝
８に沿ってへき開し、素子を完成させる。このとき、ガ
イド溝８の側壁の一部が素子の入射端面となる。この第
一の実施例の素子は、図１２の従来例と同様、高速性と
高い光電変換効率の両立という特徴に着目してして設計
されており、主に高速光通信に用いる。
【００１７】次に第一の実施例の動作、効果について説
明する。図１２、および図１３に示した従来例では、ウ
ェハをへき開することにより入射端面を形成している。
したがってへき開時に導波路に機械的ストレスがかか
り、そのストレスが原因で暗電流増大などの素子劣化が
起こりやすかった。これに対し、第一の実施例では、入
射端面をエッチングにより形成しており、素子分離のた
めのへき開時にも導波路に機械的ストレスがかからず、
暗電流の低く高信頼な素子が歩留まりよく得られる。
明する。図１２、および図１３に示した従来例では、ウ
ェハをへき開することにより入射端面を形成している。
したがってへき開時に導波路に機械的ストレスがかか
り、そのストレスが原因で暗電流増大などの素子劣化が
起こりやすかった。これに対し、第一の実施例では、入
射端面をエッチングにより形成しており、素子分離のた
めのへき開時にも導波路に機械的ストレスがかからず、
暗電流の低く高信頼な素子が歩留まりよく得られる。
【００１８】さらに第一の実施例の別の動作、効果につ
いて説明する。エッチングにより入射端面を形成する場
合、その入射端面がへき開位置から離れすぎると光ファ
イバーなどとの光結合が困難となり、感度劣化の原因と
なる。逆に近すぎると、へき開の位置ずれが起こった場
合に入射端面の破壊がおこり、暗電流増大などの原因と
なる。したがって、へき開位置と入射端面との距離は正
確に制御する必要がある。この目的に対し、第一の実施
例ではへき開用のガイド溝の側壁の一部領域を入射端面
として用いている、すなわちガイド溝形成と入射端面形
成を同時に行っているので位置ずれが起こらず、完成後
の素子も光ファイバの等との光結合が容易であるため高
感度で、かつ作製歩留まりも向上するという効果があ
る。
いて説明する。エッチングにより入射端面を形成する場
合、その入射端面がへき開位置から離れすぎると光ファ
イバーなどとの光結合が困難となり、感度劣化の原因と
なる。逆に近すぎると、へき開の位置ずれが起こった場
合に入射端面の破壊がおこり、暗電流増大などの原因と
なる。したがって、へき開位置と入射端面との距離は正
確に制御する必要がある。この目的に対し、第一の実施
例ではへき開用のガイド溝の側壁の一部領域を入射端面
として用いている、すなわちガイド溝形成と入射端面形
成を同時に行っているので位置ずれが起こらず、完成後
の素子も光ファイバの等との光結合が容易であるため高
感度で、かつ作製歩留まりも向上するという効果があ
る。
【００１９】さらに第一の実施例の別の動作、効果につ
いて説明する。第一の実施例では図１３の従来例と異な
り、導波路のメサ側壁、および入射端面に、ＩｎＡｌＡ
ｓ層が形成されている。ＩｎＡｌＡｓは波長組成が０．
８０μｍで、光吸収層であるＩｎＧａＡｓの１．６７μ
ｍと比較して短波長、すなわちバンドギャップエネルギ
ーが大きい材料であり、導波路のメサ側壁、および入射
端面部に露出したＩｎＧａＡｓ光吸収層の表面を安定化
する効果がある。従つて素子の暗電流が低減し、また、
長期的に見ても暗電流増加などの素子劣化が起こりにく
くなるという効果がある。
いて説明する。第一の実施例では図１３の従来例と異な
り、導波路のメサ側壁、および入射端面に、ＩｎＡｌＡ
ｓ層が形成されている。ＩｎＡｌＡｓは波長組成が０．
８０μｍで、光吸収層であるＩｎＧａＡｓの１．６７μ
ｍと比較して短波長、すなわちバンドギャップエネルギ
ーが大きい材料であり、導波路のメサ側壁、および入射
端面部に露出したＩｎＧａＡｓ光吸収層の表面を安定化
する効果がある。従つて素子の暗電流が低減し、また、
長期的に見ても暗電流増加などの素子劣化が起こりにく
くなるという効果がある。
【００２０】さらに第一の実施例の別の動作、効果につ
いて説明する。図１２や図１３に示したような従来の導
波路型半導体受光素子では、へき開端面を入射端面とし
ているので、入射端面上にＩｎＡｌＡｓ層などを形成す
る場合は、へき開後に結晶成長を行わなければならず、
極めて困難であった。これに対し第一の実施例では、エ
ッチングで形成した溝の側壁を入射端面としているの
で、へき開を行う以前のウェハの状態でＩｎＡｌＡｓ層
の結晶成長を行うことが可能となり、入射端面上ヘのＩ
ｎＡｌＡｓ層形成が容易に実現されるという効果があ
る。
いて説明する。図１２や図１３に示したような従来の導
波路型半導体受光素子では、へき開端面を入射端面とし
ているので、入射端面上にＩｎＡｌＡｓ層などを形成す
る場合は、へき開後に結晶成長を行わなければならず、
極めて困難であった。これに対し第一の実施例では、エ
ッチングで形成した溝の側壁を入射端面としているの
で、へき開を行う以前のウェハの状態でＩｎＡｌＡｓ層
の結晶成長を行うことが可能となり、入射端面上ヘのＩ
ｎＡｌＡｓ層形成が容易に実現されるという効果があ
る。
【００２１】さらに第一の実施例の別の動作、効果につ
いて説明する。第一の実施例ではへき開用のガイド溝の
方向を［０１−１］方向と一致させている。したがっ
て、エッチング速度の結晶面方位依存性の影響でガイド
溝の断面がＶ字型となり、へき開時に力が集中しやす
く、良好なガイド溝として作用するという効果がある。
いて説明する。第一の実施例ではへき開用のガイド溝の
方向を［０１−１］方向と一致させている。したがっ
て、エッチング速度の結晶面方位依存性の影響でガイド
溝の断面がＶ字型となり、へき開時に力が集中しやす
く、良好なガイド溝として作用するという効果がある。
【００２２】以上説明した本発明第一の実施例は請求項
１〜５に対応する。
１〜５に対応する。
【００２３】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。図１１は第二の実施例を示す断面図であり、第一
の実施例に於ける図１０に対応する。第二の実施例で
は、まず結晶層構造が第一の実施例と異なる。第二の実
施例では（１００）面を有する半絶縁性ＩｎＰ基板１上
にｎ+−ＩｎＰバッファ層２（１×１０18ｃｍ-3、層厚
１．５μｍ）、ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層１７
（１×１０18ｃｍ-3、波長１．３μｍ、層厚３μｍ）、
ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１８（１×１０15ｃｍ-3、
波長組成１．６７μｍ、層厚１μｍ）、ｎ-−ＩｎＧａ
ＡｓＰバンド不連続緩和層１９（１×１０16ｃｍ-3、波
長組成１．３μｍ、層厚０．１μｍ）、ｎ -−ＩｎＰク
ラッド層２０（１×１０16ｃｍ-3、層厚１μｍ）を順次
積層している。
する。図１１は第二の実施例を示す断面図であり、第一
の実施例に於ける図１０に対応する。第二の実施例で
は、まず結晶層構造が第一の実施例と異なる。第二の実
施例では（１００）面を有する半絶縁性ＩｎＰ基板１上
にｎ+−ＩｎＰバッファ層２（１×１０18ｃｍ-3、層厚
１．５μｍ）、ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層１７
（１×１０18ｃｍ-3、波長１．３μｍ、層厚３μｍ）、
ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１８（１×１０15ｃｍ-3、
波長組成１．６７μｍ、層厚１μｍ）、ｎ-−ＩｎＧａ
ＡｓＰバンド不連続緩和層１９（１×１０16ｃｍ-3、波
長組成１．３μｍ、層厚０．１μｍ）、ｎ -−ＩｎＰク
ラッド層２０（１×１０16ｃｍ-3、層厚１μｍ）を順次
積層している。
【００２４】さらに、第二の実施例ではＺｎの選択熱拡
散により、導波路領域（イ）内にｎ -−ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１８とｎ-−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層
１９の境界に達する深さまでｐ+領域２１を形成する。
この時、入射端面近傍にＺｎの選択熱拡散を施さない非
拡散領域２２をもうける。その他の作製工程などは第一
の実施例と同様である。この第二の実施例の素子は、図
１３の従来例と同様、モジュール組立性に優れるという
特徴に着目してして設計されており、主に比較的低速な
光通信用の低コストな光受信モジュールなどに用いる。
散により、導波路領域（イ）内にｎ -−ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１８とｎ-−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層
１９の境界に達する深さまでｐ+領域２１を形成する。
この時、入射端面近傍にＺｎの選択熱拡散を施さない非
拡散領域２２をもうける。その他の作製工程などは第一
の実施例と同様である。この第二の実施例の素子は、図
１３の従来例と同様、モジュール組立性に優れるという
特徴に着目してして設計されており、主に比較的低速な
光通信用の低コストな光受信モジュールなどに用いる。
【００２５】次に第二の実施例の動作、効果について説
明する。第一の実施例が図１３の従来例と異なる点は、
入射端面部に非拡散領域２２が形成されている点であ
る。非拡散領域２２が形成されているのでｎ-−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層１８入射端面部分には電界が印加されな
い。従って従来例と比較して暗電流が低減され、また素
子の信頼性も向上するという効果がある。
明する。第一の実施例が図１３の従来例と異なる点は、
入射端面部に非拡散領域２２が形成されている点であ
る。非拡散領域２２が形成されているのでｎ-−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層１８入射端面部分には電界が印加されな
い。従って従来例と比較して暗電流が低減され、また素
子の信頼性も向上するという効果がある。
【００２６】さらに第二の実施例の別の動作、効果につ
いて説明する。第二の実施例の素子に光を入射した際、
非拡散領域２２における光吸収層１８で生成したキャリ
アはキャリアの濃度勾配による拡散によりｐ+領域２１
の下部の空乏化した光吸収層１８ヘ流れ込み、光電流と
して外部回路に検出される。このときもし入射端面上に
ＩｎＡｌＡｓ層９が形成されていないと、非拡散領域２
２における光吸収層１８で生成したキャリアの一部が入
射端面における表面再結合により失われ、感度劣化が起
こる。これに対し第二の実施例では入射端面上にバンド
ギャップエネルギーの大きいＩｎＡｌＡｓ層９が形成さ
れているのでキャリアの表面再結合速度が大幅に低減さ
れ、感度劣化が防止されるという効果がある。
いて説明する。第二の実施例の素子に光を入射した際、
非拡散領域２２における光吸収層１８で生成したキャリ
アはキャリアの濃度勾配による拡散によりｐ+領域２１
の下部の空乏化した光吸収層１８ヘ流れ込み、光電流と
して外部回路に検出される。このときもし入射端面上に
ＩｎＡｌＡｓ層９が形成されていないと、非拡散領域２
２における光吸収層１８で生成したキャリアの一部が入
射端面における表面再結合により失われ、感度劣化が起
こる。これに対し第二の実施例では入射端面上にバンド
ギャップエネルギーの大きいＩｎＡｌＡｓ層９が形成さ
れているのでキャリアの表面再結合速度が大幅に低減さ
れ、感度劣化が防止されるという効果がある。
【００２７】以上説明した本発明第二の実施例は請求項
６に対応する。
６に対応する。
【００２８】なお、以上第一、第二の実施例では導波路
のメサ側壁、および入射端面に、ＩｎＡｌＡｓ層を形成
した例を説明したが、光吸収層よりもバンドギャップエ
ネルギーの大きい材料であれば、ＩｎＡｌＡｓ層に限ら
ず、例えばＩｎＰ層などでも同様の効果が得られる。
のメサ側壁、および入射端面に、ＩｎＡｌＡｓ層を形成
した例を説明したが、光吸収層よりもバンドギャップエ
ネルギーの大きい材料であれば、ＩｎＡｌＡｓ層に限ら
ず、例えばＩｎＰ層などでも同様の効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の効果は、暗電流が低く高信頼
で、かつ高感度な素子を歩留まりよく得られることであ
る。
で、かつ高感度な素子を歩留まりよく得られることであ
る。
【００３０】第一の理由は、へき開用のガイド溝形成と
入射端面形成を同時に行っているからである。
入射端面形成を同時に行っているからである。
【００３１】第二の理由は、前記ガイド溝の方向を［０
１−１］方向と一致させているからである。
１−１］方向と一致させているからである。
【００３２】第三の理由は、光吸収層よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きい半導体からなる表面保護膜が、
同素子の入射端面上に形成されているからである。
ップエネルギーが大きい半導体からなる表面保護膜が、
同素子の入射端面上に形成されているからである。
【００３３】第四の理由は、前記ガイド溝上に形成され
た前記表面保護膜を除去する工程を含むからである。
た前記表面保護膜を除去する工程を含むからである。
【００３４】第五の理由は、不純物の選択熱拡散により
ｐｎ接合を形成するプレーナ型の素子構造を有し、導波
路の中央部に位置する主電極の導電型と、光の入射端部
の導電型とが異なっていることを特徴とする導波路型半
導体受光素子において、光吸収層よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい半導体層が、同素子の入射端面上に
形成されているからである。
ｐｎ接合を形成するプレーナ型の素子構造を有し、導波
路の中央部に位置する主電極の導電型と、光の入射端部
の導電型とが異なっていることを特徴とする導波路型半
導体受光素子において、光吸収層よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい半導体層が、同素子の入射端面上に
形成されているからである。
【図１】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図２】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図４】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図５】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図６】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図７】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図８】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図９】本発明の第一の製造工程を説明する図である。
【図１０】本発明の第一の実施例を説明する図である。
【図１１】本発明の第二の実施例を説明する図である。
【図１２】従来の技術の一例を示す図である。
【図１３】従来の技術の他の一例を示す図である。
１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２ ｎ+−ＩｎＰバッファ層 ３ ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層 ４ ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ５ ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層 ６ ｐ+−ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８ ガイド溝 ９．ＩｎＡｌＡｓ層 １０ レジスト膜 １１ 窒化シリコン膜 １２ ポリイミド膜 １３ ＡｕＺｎアロイ電極 １４ ＡｕＧｅＮｉアロイ電極 １５ ＴｉＰｔＡｕパッド電極 １６．ＴｉＡｕ膜 １７ ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層 １８ ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １９ ｎ-−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層 ２０ ｎ-−ＩｎＰクラッド層 ２１ ｐ+領域 ２２ 非拡散領域 １０１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 １０２ ｐ+−ＩｎＰクラッド層 １０３ ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層 １０４ ｎ-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １０５ ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層 １０６ ｐ+−ＩｎＰＰクラッド層 １０７ ポリイミド １０８ ｐ電極 １０９ ＩｎＰ基板 １１０ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下部中間屈折率層 １１１ ｎ-−ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層 １１２ ＩｎＧａＡｓＰ上部中間屈折率層 １１３ ｐ+領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−316506（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−143471（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−21505（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−90016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/0392 H01L 31/08 - 31/119
Claims (6)
- 【請求項１】 導波路型半導体受光素子の製造方法にお
いて、入射端面をエッチングにより形成する工程と、素
子分離のためのガイド溝をエッチングにより形成する工
程を少なくとも含み、かつこれらの工程が同時に行わ
れ、その後前記ガイド溝に沿ってへき開する工程を含
み、かつ前記入射端面内に入射光を光電変換する光吸収
層が含まれることを特徴とする導波路型半導体受光素子
の製造方法。 - 【請求項２】 導波路型半導体受光素子の製造方法にお
いて、入射端面をエッチングにより形成する工程と、素
子分離のためのガイド溝をエッチングにより形成する工
程を少なくとも含み、かつこれらの工程が同時に行わ
れ、かつ前記入射端面内に入射光を光電変換する光吸収
層が含まれる導波路型半導体受光素子の製造方法であっ
て、 前記ガイド溝を形成する方向が［０１−１］方向
であることを特徴とする導波路型半導体受光素子の製造
方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の製造方法により
得られる導波路型半導体受光素子。 - 【請求項４】 光吸収層よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きい半導体からなる表面保護膜が、同素子の入射
端面上に形成されており、かつ該表面保護膜は、前記光
吸収層を形成する工程とは別の工程において形成される
ことを特徴とする請求項３記載の導波路型半導体素子。 - 【請求項５】 前記ガイド溝上に形成された前記表面保
護膜を選択的にエッチング除去する工程を含むことを特
徴とする請求項１記載の導波路型半導体受光素子の製造
方法。 - 【請求項６】 不純物の選択熱拡散によりｐｎ接合を形
成するプレーナ型の素子構造を有し、導波路の中央部に
位置する主電極の導電型と、光の入射端部の導電型とが
異なっていることを特徴とする請求項４記載の導波路型
半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21665097A JP3223855B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 導波路型半導体受光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21665097A JP3223855B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 導波路型半導体受光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168127A JPH1168127A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3223855B2 true JP3223855B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=16691782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21665097A Expired - Fee Related JP3223855B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 導波路型半導体受光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223855B2 (ja) |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP21665097A patent/JP3223855B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1168127A (ja) | 1999-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100853067B1 (ko) | 포토 다이오드와 그 제조 방법 | |
| US8994004B2 (en) | Hybrid silicon optoelectronic device and method of formation | |
| JP2748914B2 (ja) | 光検出用半導体装置 | |
| JP3544352B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| KR100532281B1 (ko) | 면굴절 입사형 수광소자 및 그 제조방법 | |
| US6858463B2 (en) | High speed semiconductor photodetector | |
| US4547956A (en) | Process for producing a semiconductor laser with several independent wavelengths and laser obtained by this process | |
| JPH1022520A (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| JP4168437B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| EP0223240A2 (en) | Silicon germanium photodetector | |
| Niu et al. | High bandwidth-efficiency product MPIN photodiode with parallel-connected microstructure | |
| JP3452005B2 (ja) | 装荷型半導体受光素子 | |
| JP3223855B2 (ja) | 導波路型半導体受光素子およびその製造方法 | |
| JP3589878B2 (ja) | 裏面入射型受光装置およびその作製方法 | |
| JPH06268196A (ja) | 光集積装置 | |
| JP5150216B2 (ja) | 導波路型光検出装置およびその製造方法 | |
| JP2970575B2 (ja) | 導波路型半導体受光素子 | |
| JP3111982B2 (ja) | 導波路型半導体光素子 | |
| JP2965139B2 (ja) | 導波路型半導体受光素子 | |
| JP2633234B2 (ja) | 光半導体素子 | |
| JP2005294669A (ja) | 表面入射型受光素子 | |
| CN219286423U (zh) | 一种半导体光电探测器 | |
| JPH0272679A (ja) | 光導波路付き半導体受光素子 | |
| JP2638445B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2004158763A (ja) | 半導体受光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070824 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080824 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080824 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090824 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090824 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |