JP4043555B2 - Waveguide type photodetector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速動作可能で暗電流の低減を図った素子構造の導波路型光検出器に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
導波路型光検出器は、一般に低キャリア濃度の光吸収層の上下に、p型導電層とn型導電層とをそれぞれ配置してPN接合を形成した素子構造を有している。そして上記p型導電層とn型導電層との間に逆電圧を印加することで前記光吸収層を空乏化し、その空乏層内に生じる高電界を利用して、該光吸収層の端面から入射した光信号を光電変換する作用を呈する。
【0003】
ところで上記光検出器の応答性(応答速度)は、素子構造に起因するCR時定数と光信号により励起されるキャリアの走行時間とにより決定される。しかし励起キャリアの走行時間は、光吸収層の幅を狭くすることにより低減することができ、例えばその幅を1μm以下にすることで実質的に無視し得る程度まで短くすることができる。従ってその応答性は、専らCR時定数に依存すると言える。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
さて光検出器の応答性を左右するCR時定数に関与する容量成分Cの殆どは、PN接合部における静電容量である。この静電容量はPN接合部の厚さに反比例し、またその面積に比例する。従って静電容量Cを抑えて時定数を小さくし、その応答性を高めるには、例えばPN接合部の面積である光吸収層の面積を少なくすれば良い。そこで従来では、通常、光吸収層を含むPN接合部をメサストライプ構造とし、ストライプの幅と長さとを短くするようにしている。
【0005】
図1はこのような観点に立脚した従来一般的な導波路型光検出器の素子構造を示している。即ち、この光検出器は、例えばn-InP基板1上に、n型導電層としてのn-GaInAsP光ガイド層2、i-GaInAs(P)光吸収層3、p型導電層としてのp-GaInAsP光ガイド層4を順に積層して光吸収層3を挟むPN接合を形成し、更にその上にp-InPクラッド層5、p+-GaInAs(P)層6、そしてメタル層7を順に積層した多層膜積層体構造を有する。そしてその積層体をストライプ状にエッチングしてメサを形成し、メサのリッジ側面に誘電体膜8を設けた素子構造を有する。
【0006】
ここで上記誘電体膜8は、リッジ側面を通る表面リーク電流を防ぐことを目的として設けられるものである。しかしながら上記誘電体膜8を設けてリッジ側面を保護しても、意図しない表面準位が介在するリーク電流パスが形成されたり、誘電体膜8の帯電によって光吸収層3からの空乏層が延び、不本意なリーク電流パスが形成される虞があった。このような誘電体膜8の帯電や上記パスを介するリーク電流の発生は、暗電流増加の原因となり、その応答性を妨げる要因となっている。
【0007】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高速動作が可能で、しかもリーク電流に起因する暗電流の発生を抑えた簡易な素子構造の導波路型光検出器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明は、p型導電層とn型導電層との間に低キャリア濃度の光吸収層を配置してPN接合を形成したメサストライプ構造の導波路型光検出器に係り、前記光吸収層を備えるメサストライプの側面に保護層を埋め込み形成した素子構造とし、特に、前記保護層を、p型層と前記p型層を被覆する誘電体膜で構成したことを特徴としている。即ち、本発明は、光吸収層を含むリッジ側面にp型層と誘電体膜からなる保護層を設けることで、不本意な表面準位を発生し難くくし、しかも光吸収層からの空乏層が延び難い素子構造として、リーク電流の発生を抑えるようにしたことを特徴としている。
p型導電層とn型導電層との間に低キャリア濃度の光吸収層を配置してPN接合を形成したメサストライプ構造の導波路型光検出器であって、前記光吸収層を備えるメサストライプの側面に埋め込み形成した保護層を備え、前記保護層を、p型層と前記p型層を被覆する誘電体膜で構成したことを特徴とする導波路型光検出器。
【0009】
具体的態様において、前記保護層のp型層は、有機金属気相成長法により形成されたp - InPで構成される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る導波路型光検出器について説明する。
図2〜図4は、それぞれ本発明の第1〜第3の実施形態に係る導波路型光検出器の素子構造を示している。これらの各実施形態に係る導波路型光検出器は、基本的には図1に示した従来の光検出器と同様に、例えばn-InP基板1上にn-GaInAsP光ガイド層2、i-GaInAs(P)光吸収層3、p-GaInAsP光ガイド層4を順に積層して、上記光吸収層3をn型導電層とp型導電層とで挟んでPN接合を形成し、更にその上にp-InPクラッド層5、p+-GaInAs(P)層6、そしてメタル層7を順に積層した後、その多層膜積層体をストライプ状にエッチングしてメサを形成し、光吸収層3(PN接合部)の面積を小さくした基本素子構造を有する。
【0011】
しかして第1の実施形態に係る光検出器は、図2に示すようにそのメサストライプのリッジ側面にp-InPからなる半導体保護層(p型層)11を形成し、その上に誘電体膜8を形成することで、上記半導体保護層11を光吸収層3のリッジ側面に埋め込んだ素子構造としたことを特徴としている。ちなみに上記半導体保護層(p-InP)11の成長は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて行われる。そしてこの半導体層11を、メサストライプの幅よりも2〜4μm広げた部位にてエッチオフした後、その全体を覆う誘電体膜8を形成して、リッジ側面を保護する。
【0012】
かくして図2に示す如き素子構造の導波路型光検出器によれば、光吸収層3のリッジ側面にp-InPからなる半導体保護層11が形成されているので、該光吸収層3のリッジ側面に不本意な表面準位が発生し難くなり、リーク電流が流れ難くなる。しかも誘電体膜8が半導体保護層11を介して光吸収層3のリッジ側面から離れているので、誘電体膜8が帯電し難くなる。また仮に誘電体膜8が帯電したとしても、誘電体膜8がリッジ側面から離れているので光吸収層3からの空乏層がリッジ側面に沿って延びることがなくなる。従って不本意なリーク電流の発生を抑えて暗電流を低減し、その応答性を高めることが可能となる。従って光吸収層3を含むメサストライプのリッジ側面に、半導体保護層11を設けると言う簡単な素子構造とすることで、導波路型光検出器の高速動作化を図り、その暗電流を効果的に抑えて高感度化を図ることが可能となる。
【0013】
また図3に示す第2の実施形態に係る光検出器は、前記p-InPからなる半導体保護層11に代えて、光吸収層3を含むストライプのリッジ側面にsi(半絶縁性)-InPからなる半導体保護層12を埋め込み形成した素子構造をなす。
このような素子構造の導波路型光検出器であっても、先の実施形態に示す光検出器と同様に、光吸収層3のリッジ側面における不本意な表面準位の発生を押さえ、且つ誘電体膜8の帯電を防止することができるので、その高速動作化と暗電流の低減を図ることが可能となる。特にsi-InPからなる半導体保護層12を埋め込み形成した場合には、該半導体保護層12のエッチオフが不要となるので、その製造工程の簡素化を図ることが可能となる。即ち、図3に示すように、リッジの側面に埋め込んだ半導体保護層12が半絶縁性なので、該半導体保護層12の裾部12aをエッチオフする必要がなくなる。しかも半導体保護層12自体がストライプのリッジ側面を効果的に保護することができるので、誘電体膜8の形成を省略することも可能となる。
【0014】
尚、図4に本発明の第3の実施形態を示すように、例えば光吸収層3のリッジ側面にInPからなる半導体保護層13を埋め込むに先立って、エネルギギャップEgの大きいGaPやGaInPからなる半導体層14を、その臨界膜厚以下の厚みで埋め込み形成した素子構造としても良い。このようなGaPやGaInPからなるエネルギギャップEgの大きい半導体層14を、InPからなる半導体保護層13と共に埋め込んだ多層膜構造の保護層を設けた素子構造とすれば、仮にその界面に沿って空乏層が形成されたとしても、GaPやGaInPからなる半導体層14のエネルギギャップが広いので、上記空乏層に高電界が加わってもトンネル電流が流れることがない。従ってリーク電流の発生を効果的に押さえることが可能となり、暗電流を低減した高速動作可能な光検出器を実現することが可能となる。
【0015】
即ち、本発明に係る素子構造の導波路型光検出器によれば、光吸収層3を含むメサストライプのリッジ側面を保護する誘電体膜8の帯電を防止し、不本意な表面準位の発生を押さえるので、光吸収層3からの空乏層がリッジ側面に沿って延びることを効果的に防ぎ得る。この結果、空乏層を介するトンネル電流に起因するリーク電流の発生を押さえて、その高速動作化と高感度化とを図ることが可能となる。
【0016】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば光吸収層3を含むストライプを順メサ形状に形成する場合のみならず、逆メサ形状に形成する場合にも同様な効果が奏せられる。またメサストライプの幅等は、仕様に応じて定めれば良いものであり、要は本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る導波路型光検出器は、p型導電層とn型導電層との間に低キャリア濃度の光吸収層を配置してPN接合を形成したメサストライプの側面に、p型導電性の半導体層、半絶縁性半導体層、或いはエネルギギャップの大きい半導体層と半絶縁性半導体層とを含む多層構造の半導体保護層を埋め込み形成した素子構造をなす。従って本発明によれば、不本意な表面準位を介在するリーク電流の発生を押さえ、またリッジ側面を保護する誘電体膜の帯電を防ぐことができ、リッジサイドに沿う空乏層の発生を防ぐことができる。この結果、暗電流を押さえて高速動作化を図った光検出器を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来一般的な導波路型光検出器の概略的な素子構造を示す図。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る導波路型光検出器の概略的な素子構造を示す図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る導波路型光検出器の概略的な素子構造を示す図。
【図4】本発明の第3の実施形態に係る導波路型光検出器の概略的な素子構造を示す図。
【符号の説明】
1 n-InP基板
2 n-GaInAsP光ガイド層
3 i-GaInAs(P)光吸収層
4 p-GaInAsP光ガイド層
5 p-InPクラッド層
6 p+-GaInAs(P)層
7 メタル層
11 半導体保護層(p-InP)
12 半導体保護層(si-InP)
13 半導体保護層(si-InP)
14 エネルギギャップの大きい半導体層(GaPやGaInP)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type photodetector having an element structure capable of high-speed operation and reducing dark current.
[0002]
[Related background]
The waveguide type photodetector generally has an element structure in which a p-type conductive layer and an n-type conductive layer are arranged above and below a light absorption layer having a low carrier concentration to form a PN junction. Then, by applying a reverse voltage between the p-type conductive layer and the n-type conductive layer, the light absorption layer is depleted, and by using a high electric field generated in the depletion layer, from the end face of the light absorption layer It acts to photoelectrically convert the incident optical signal.
[0003]
By the way, the response (response speed) of the photodetector is determined by the CR time constant resulting from the element structure and the travel time of carriers excited by the optical signal. However, the travel time of the excited carriers can be reduced by narrowing the width of the light absorption layer. For example, by reducing the width to 1 μm or less, it can be shortened to a level that can be substantially ignored. Therefore, it can be said that the response depends solely on the CR time constant.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Now, most of the capacitance component C involved in the CR time constant that affects the response of the photodetector is the capacitance at the PN junction. This capacitance is inversely proportional to the thickness of the PN junction and also proportional to its area. Therefore, in order to suppress the capacitance C, reduce the time constant, and increase the response, for example, the area of the light absorption layer, which is the area of the PN junction, may be reduced. Therefore, conventionally, the PN junction portion including the light absorption layer has a mesa stripe structure, and the width and length of the stripe are shortened.
[0005]
FIG. 1 shows an element structure of a conventional general waveguide type photodetector based on such a viewpoint. That is, the photodetector includes, for example, an n-GaInAsP
[0006]
Here, the
[0007]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to provide a waveguide-type photodetector having a simple element structure capable of high-speed operation and suppressing generation of dark current due to leakage current. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a waveguide type photodetector having a mesa stripe structure in which a light absorption layer having a low carrier concentration is disposed between a p-type conductive layer and an n-type conductive layer to form a PN junction. the dependency, and element structure of the protective layer buried in the side surface of the mesa stripe with the light absorbing layer, in particular, that the protective layer was a dielectric film covering the p-type layer and the p-type layer It is characterized by. That is, according to the present invention, a protective layer composed of a p-type layer and a dielectric film is provided on the side surface of the ridge including the light absorption layer, thereby making it difficult to generate an unintended surface level and depletion layer from the light absorption layer. As an element structure that is difficult to extend, the generation of leakage current is suppressed.
A waveguide-type photodetector having a mesa stripe structure in which a light absorption layer having a low carrier concentration is disposed between a p-type conductive layer and an n-type conductive layer to form a PN junction, and the mesa having the light absorption layer is provided. A waveguide-type photodetector comprising a protective layer embedded in a side surface of a stripe , wherein the protective layer is composed of a p-type layer and a dielectric film covering the p-type layer .
[0009]
In a specific embodiment, the p-type layer of the protective layer is composed of p − InP formed by metal organic chemical vapor deposition .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a waveguide type photodetector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
2 to 4 show element structures of the waveguide type photodetectors according to the first to third embodiments of the present invention, respectively. The waveguide type photodetectors according to these embodiments are basically the same as the conventional photodetector shown in FIG. 1, for example, an n-GaInAsP
[0011]
Thus, in the photodetector according to the first embodiment, the semiconductor protective layer (p-type layer) 11 made of p-InP is formed on the ridge side surface of the mesa stripe as shown in FIG. By forming the
[0012]
Thus, according to the waveguide type photodetector having the element structure as shown in FIG. 2, the semiconductor
[0013]
Further, in the photodetector according to the second embodiment shown in FIG. 3, si (semi-insulating) -InP is provided on the ridge side surface of the stripe including the
Even in the waveguide type photodetector having such an element structure, as in the photodetector shown in the previous embodiment, generation of unintended surface levels on the ridge side surface of the
[0014]
As shown in the third embodiment of the present invention in FIG. 4, prior to embedding the semiconductor
[0015]
That is, according to the waveguide type photodetector of the element structure according to the present invention, the
[0016]
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. For example, the same effect can be achieved not only when the stripe including the
[0017]
【The invention's effect】
As described above, the waveguide photodetector according to the present invention has a mesa stripe side surface in which a light absorption layer having a low carrier concentration is disposed between a p-type conductive layer and an n-type conductive layer to form a PN junction. In addition, an element structure in which a p-type conductive semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer, or a multilayer semiconductor protective layer including a semiconductor layer having a large energy gap and a semi-insulating semiconductor layer is embedded is formed. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the generation of a leakage current involving an unintended surface level, to prevent the dielectric film that protects the ridge side surface from being charged, and to prevent the generation of a depletion layer along the ridge side. be able to. As a result, it is possible to easily realize a photodetector that suppresses dark current and achieves high speed operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic element structure of a conventional general waveguide type photodetector.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic element structure of a waveguide type photodetector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic element structure of a waveguide type photodetector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic element structure of a waveguide type photodetector according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 n-InP board | substrate 2 n-GaInAsP light guide layer 3 i-GaInAs (P) light absorption layer 4 p-GaInAsP light guide layer 5 p-InP clad layer 6 p + -GaInAs (P)
12 Semiconductor protective layer (si-InP)
13 Semiconductor protective layer (si-InP)
14 Semiconductor layer with large energy gap (GaP and GaInP)
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP23971497A JP4043555B2 (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Waveguide type photodetector |
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