JP3670740B2

JP3670740B2 - 化合物半導体受光素子

Info

Publication number: JP3670740B2
Application number: JP00241796A
Authority: JP
Inventors: 康信松岡; 滋久田中; 正人宍倉; 均中村; 伸二辻
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: JPH09191123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体素子の結晶表面に保護膜を設けた化合物半導体受光素子に関し、特に、保護膜としてＡｌ酸化物を含む２層以上の絶縁膜を設けた化合物半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体受光素子の結晶表面を保護するために、その表面に保護膜を設けることは、従来から公知であり、特に、保護膜として酸化ケイ素または窒化ケイ素を用いた場合の研究が盛んに行われている。これらに関する研究の中で、ｐｎ接合を結晶表面に露出させた構造を有する半導体受光素子においては、表面保護膜の形成前または形成後における結晶表面の酸化、または表面保護膜形成時における結晶表面へのダメージ（欠陥）、もしくは表面保護膜自身の特性不良などに起因する素子特性の劣化が問題とされており、これらについての報告が数多くなされている。
【０００３】
例えば、ヒューレット・パッカードジャーナル（HEWLETT-PACKARD JOURNAL.p69-75 OCTOBER 1989）のＲ．Ｓｌｏａｎによる論文”Processing and Passivasion Techniques for Fabrication of High-Speed InP/InGaAs/InP Mesa Photodetectors”では、メサ型受光素子の結晶表面に対して、酸化ケイ素や窒化ケイ素などの絶縁膜を表面保護膜として被着する試みがなされているが、これらの膜では膜被着後における素子暗電流の劣化がみられることを明らかにしている。また、この報告では、上記結晶表面をポリイミド樹脂膜によって保護することにより、受光素子暗電流の劣化を抑制できることが実験的に示されている。これに関しては、結晶表面保護膜として、ポリイミド樹脂膜を使った化合物半導体受光素子の構造に関する発明が本発明者らによって特許出願されている（特開平４−１５２５７９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公開公報に開示されているように、化合物半導体受光素子の保護膜としてポリイミド樹脂膜を用いた場合に、受光素子の暗電流の劣化がある程度抑制できるという効果があるが、保護膜としてポリイミド樹脂膜だけを用いた場合には、ポリイミド樹脂膜中を通して吸着される水分もしくは酸素イオンによって結晶表面が酸化され、その結果、暗電流特性に悪影響（素子特性の劣化）を及ぼす恐れがある。そのため、化合物半導体受光素子の結晶表面の保護膜としてさらに好適なものが望まれている。
本発明の目的は、化合物半導体結晶表面に形成する絶縁膜の被着に伴う素子特性の劣化を極力小さく抑えることが可能な構造の保護膜を有する化合物半導体受光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、ＩｎＰ基板上に第１導電型のバッファ層、Ｇａを含む光吸収層および第２導電型のバッファ層を設けられ、前記基板裏面と前記第２導電型のバッファ層上に一対の電極を設けて電圧を印加できるように構成された化合物半導体受光素子であって、前記積層膜の側面にはｐｎ接合の一部および前記Ｇａを含む光吸収層の一部が出現しており、それらを含む前記側面にはＡｌＯｘ (ｘ=１〜１５)またはＡｌ_２Ｏ_３からなる第１の絶縁膜が設けられ、前記第１の絶縁膜上には窒化ケイ素膜が設けられることにより前記側面が被覆されていることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の化合物半導体受光素子は、ｐｎ接合が露出している面入射型または導波型の半導体受光素子部の結晶表面を、ＡｌＯｘ薄膜またはＡｌ_２Ｏ_３薄膜（第１の絶縁膜）と、その上のポリイミド樹脂膜などの絶縁膜（第２の絶縁膜）からなる多層膜で被覆する。この絶縁膜構造を採用することによって、半導体受光素子の暗電流特性を大幅に向上させることができる。
【０００７】
次に本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の化合物半導体受光素子の参考例を説明するための図である。本参考例は、化合物半導体受光素子を面入射型受光素子を用いて構成したものであり、同図はその面入射型受光素子の断面構造を示している。
本参考例における面入射型受光素子は、同図に示されているように、ｎ型ＩｎＰ基板７上に有機金属気相成長法で成長されたｐ型ＩｎＧａＡｓ層９、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層１１およびアンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層１３およびｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１５を有する結晶をケミカルエッチングによりメサ型構造にし、その結晶表面にＡｌ_２Ｏ_３薄膜５をＥＢ（Electoron Beam）蒸着法により形成し、その後、ポリイミド樹脂膜３を被着させ、さらに、その上にＴｉ／Ａｕ電極１を蒸着によって形成することによって完成される。なお、裏面にはＡｕＧｅＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ電極１７が形成される。
本参考例では、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層１１〜ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１５の間でｐｎ接合が形成され、その部分がＡｌ_２Ｏ_３薄膜５（第１の絶縁膜）とポリイミド樹脂膜３（第２の絶縁膜）からなる多層の絶縁膜で被覆されている。
【０００８】
図２は、本発明の化合物半導体受光素子の第１の実施例を説明するための図である。本実施例は、化合物半導体受光素子を導波路型受光素子を用いて構成したものであり、同図はその導波路型受光素子の断面構造を示している。
本実施例における導波路型受光素子は、同図に示されているように、ｐ型ＩｎＰ基板２１上に分子線エピタキシ成長されたｎ型ＩｎＧａＡｓ層２９、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１５、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２３、ｎマイナス型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２５およびｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２７およびｐ型ＩｎＡｌＡｓ層１１を有する結晶表面に、ＡｌＯｘ（ｘ＝１〜１.５）薄膜６をＥＢ蒸着法により形成し、その後、更にＣＶＤ法により窒化ケイ素膜２を被着させた後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１９を形成することによって完成される。なお、裏面には、第１の実施例と同様に、ＡｕＧｅＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ電極１７が形成される。
【０００９】
図３は、本発明の化合物半導体受光素子の第２の実施例を説明するための図である。
本実施例は、第１の実施例と同様の層構造（ｐ型ＩｎＰ基板２１，ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層１１，ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２７，ｎマイナス型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２５，ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層２３，ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１５，ｎ型ＩｎＧａＡｓ層２９）をもった導波路型受光素子を用いたものである。本実施例では、導波路型受光素子の（１１０）面３１の面方位の結晶表面に、Ａｌ_２Ｏ_３薄膜５（第１の絶縁膜）をＥＢ（Electoron Beam）蒸着法により被着し、その後ＣＶＤ法により窒化ケイ素膜２（第２の絶縁膜）を被着させることによって完成される。
【００１０】
本発明では、受光素子の半導体にＧａを含ませているため、バンドギャップを変化させるなど設計時の余裕度を向上させることができる。
なお、上記第１〜第２の実施例では、結晶表面保護膜としてのＡｌＯｘ（ｘ＝１〜１.５）およびＡｌ_２Ｏ_３薄膜をＥＢ法によって被着しているが、ＣＶＤ法或いはスパッタリング法もしくはＡｌを酸化させることによってでも形成でき、同様の構造を形成できる。
【００１１】
図４は、面入射型受光素子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。図４において、実線で示された特性は上記参考例で説明したＡｌ₂Ｏ₃薄膜を結晶表面保護膜として有する構造の素子特性であり、点線で示された特性は従来の構造の素子特性である。同図から明らかなように、参考例の構造を有する面入射型受光素子の特性が従来構造の面入射型受光素子の特性に比較して暗電流が激減していることがわかる。
なお、実験の結果、結晶表面保護膜としてＡｌ₂Ｏ₃に代わりＡｌＯｘ（ｘ＝１〜１.５）を用いても同様の効果があることがわかった。
【００１２】
図５は、導波路型受光素子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。図５において、実線で示された特性は上記第１の実施例で説明したＡｌＯｘ（ｘ＝１〜１.５）薄膜を結晶表面保護膜として有する構造の素子特性であり、点線で示された特性は従来の構造の素子特性である。同図から明らかなように、第１の実施例の構造を有する導波路型受光素子の特性が従来構造の導波路型受光素子の特性に比較して暗電流が激減していることがわかる。
【００１３】
また、本発明の第２の実施例で説明した構造の導波路型受光素子の特性も、図５に示されたのと同様の結果が得られた。これは、外気から直接またはポリイミド膜等を介して吸着される水分もしくは酸素イオンに対して、他の元素と比べても比較的酸素との結束力が大きいＡｌを有する酸化膜を被着しておくことによって、結晶表面の酸化に起因した素子暗電流の増加を回避しているためと考えられる。
【００１４】
上記実施例では表面保護膜を２層の膜（ＡｌＯｘまたはＡｌ₂Ｏ₃からなる第１の絶縁膜とその上の窒化ケイ素膜などの第２の絶縁膜）にした例を示したが、さらにその上を別の絶縁膜で被覆することによって表面保護膜を３層以上にする構成を採用してもよいことはいうまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、ｐｎ接合を有する化合物半導体受光素子において、化合物半導体結晶表面を、少なくとも、ＡｌＯｘ薄膜またはＡｌ_２Ｏ_３薄膜からなる絶縁膜（第１の絶縁膜）とその上の窒化ケイ素膜などの絶縁膜（第２の絶縁膜）の多層膜で被覆して結晶表面を保護することによって、素子特性（暗電流特性）の劣化が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体受光素子の参考例（面入射型受光素子の場合）を説明するための図である。
【図２】本発明の化合物半導体受光素子の第１の実施例（導波路型受光素子の場合）を説明するための図である。
【図３】本発明の化合物半導体受光素子の第２の実施例（導波路型受光素子の場合）を説明するための図である。
【図４】本発明の参考例における面入射型受光素子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例における導波路型受光素子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１…Ｔｉ／Ａｕ電極、２…窒化ケイ素膜、３…ポリイミド樹脂膜、５…Ａｌ_２Ｏ_３薄膜、６…ＡｌＯｘ薄膜、７…ｎ型ＩｎＰ基板、９…ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、１１…ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層、１３…アンドープＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子層、１５…ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層、１７…ＡｕＧｅＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ電極、１９…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極、２１…ｐ型ＩｎＰ基板、２３…ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層、２５…ｎマイナス型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層、２７…ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ層、２９…ｎ型ＩｎＧａＡｓ層、３１…（１１０）面

Claims

ＩｎＰ基板上に第１導電型のバッファ層、Ｇａを含む光吸収層および第２導電型のバッファ層を設けられ、前記基板裏面と前記第２導電型のバッファ層上に一対の電極を設けて電圧を印加できるように構成された化合物半導体受光素子であって、
前記積層膜の側面にはｐｎ接合の一部および前記Ｇａを含む光吸収層の一部が出現しており、それらを含む前記側面にはＡｌＯｘ (ｘ=1〜1.5)またはＡｌ_２Ｏ_３からなる第１の絶縁膜が設けられ、前記第１の絶縁膜上には窒化ケイ素膜が設けられることにより前記側面が被覆されていることを特徴とする化合物半導体受光素子。