JP4492154B2 - 光電子集積素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
基板の上方に、該基板側から配置された、第1半導体多層膜と、光吸収層と、コンタクト層と、を含むフォトダイオードと、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第2半導体多層膜と、コレクタ層と、ベース層と、エミッタ層と、を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタと、を含み、
前記第1半導体多層膜は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能し、
前記フォトダイオードを駆動するための第1電極は、前記第1半導体多層膜の上面に接しており、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタを駆動するための第2電極は、前記第2半導体多層膜の上面に接している。
前記第1半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなり、
少なくとも前記第1電極の形成されている領域における、前記第1半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第1半導体多層膜の第2層のAl組成より小さく、
前記第2半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなり、
少なくとも前記第2電極の形成されている領域における、前記第2半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第2半導体多層膜の第2層のAl組成より小さいことができる。
フォトダイオードと、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと、を含む光電子集積素子の製造方法において、
基板の上方に、少なくとも、第1半導体多層膜および第2半導体多層膜、光吸収層およびコレクタ層、コンタクト層およびベース層、ならびにエミッタ層を構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記エミッタ層を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記コンタクト層、前記ベース層、前記光吸収層、および前記コレクタ層を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記第1半導体多層膜、および前記第2半導体多層膜を形成する工程と、
前記第1半導体多層膜の上面に接するように、前記フォトダイオードを駆動するための第1電極を形成する工程と、
前記第2半導体多層膜の上面に接するように、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを駆動するための第2電極を形成する工程と、を含み、
前記第1半導体多層膜は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能するように形成する。
前記第1電極を形成する工程と、前記第2電極を形成する工程とは、同一のプロセスで行われることができる。
前記第1半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなるように形成し、
少なくとも前記第1電極の形成領域における、前記第1半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第1半導体多層膜の第2層のAl組成より小さくなるように形成し、
前記第2半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなるように形成し、
少なくとも前記第2電極の形成領域における、前記第2半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第2半導体多層膜の第2層のAl組成より小さくなるように形成することができる。
前記第1半導体多層膜の少なくとも前記第1電極の形成領域を表面処理する第1表面処理工程と、
前記第2半導体多層膜の少なくとも前記第2電極の形成領域を表面処理する第2表面処理工程と、を有し、
前記第1表面処理工程によって露出する、前記第1半導体多層膜の前記最上層のAl組成は、前記第1半導体多層膜の第2層のAl組成より小さくなるように表面処理し、
前記第2表面処理工程によって露出する、前記第2半導体多層膜の前記最上層のAl組成は、前記第2半導体多層膜の第2層のAl組成より小さくなるように表面処理することができる。
前記第1表面処理工程および前記第2表面処理工程のうち少なくとも一方は、フッ化水素水溶液またはフッ化水素酸系緩衝溶液を用いたウェットエッチング法により行われることができる。
前記第1表面処理工程と、前記第2表面処理工程とは、同一のプロセスで行われることができる。
図1は、本発明を適用した実施の形態に係る光電子集積素子100を模式的に示す断面図である。また、図2は、図1に示す光電子集積素子100を模式的に示す平面図である。
フォトダイオード110は、半導体基板(本実施形態では半絶縁性GaAs基板)10上に設けられている。フォトダイオード110は、入射面80を有する。フォトダイオード110は、たとえば、n型Al0.15Ga0.85As層とn型Al0.9Ga0.1As層とを交互に積層した15ペアの第1半導体多層膜(以下、「第1多層膜」ともいう)20と、不純物がドーピングされていないGaAs層からなる光吸収層22と、p型GaAsからなるコンタクト層24と、が順次積層されて構成されている。第1多層膜20は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能することができる。なお、第1多層膜20を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、「バイポーラトランジスタ」ともいう)120は、半導体基板10上に設けられている。バイポーラトランジスタ120は、たとえば、n型Al0.15Ga0.85As層とn型Al0.9Ga0.1As層とを交互に積層した15ペアの第2半導体多層膜(以下、「第2多層膜」ともいう)30と、不純物がドーピングされていないGaAs層からなるコレクタ層32と、p型GaAsからなるベース層34と、n型AlGaAs層からなるエミッタ層36と、n型GaAsからなるキャップ層38とが順次積層されて構成されている。なお、第2多層膜30を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
本実施の形態にかかる光電子集積素子100の一般的な動作について、図1〜図3を参照して説明する。図3は、図1および図2に示す光電子集積素子100の駆動回路(要部)の一例を模式的に示す図である。なお、下記の光電子集積素子100の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
次に、本発明を適用した実施の形態にかかる光電子集積素子100の製造方法の一例について、図4〜図9を用いて説明する。図4〜図9は、図1および図2に示す光電子集積素子100の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図1に示す断面図に対応している。
本実施の形態にかかる光電子集積素子100は、以下に示す作用および効果を有する。
次に、実験例について説明する。まず、図10に示すように、本実施の形態にかかる光電子集積素子100の構造を有するフォトダイオード110を作製した。また、比較例として、図11に示すように、第1電極50が半導体基板10に接しているフォトダイオード210を作製した。図10は、本実験例にかかるフォトダイオード110を模式的に示す断面図であり、図11は、比較例にかかるフォトダイオード210を模式的に示す断面図である。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第1半導体多層膜と、光吸収層と、フォトダイオードの入射面が設けられたコンタクト層と、を含むフォトダイオードと、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、前記第1半導体多層膜と同一層から形成された第2半導体多層膜と、
前記光吸収層と同一層から形成されたコレクタ層と、
前記コンタクト層と同一層から形成されたベース層と、
エミッタ層と、を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタと、
前記フォトダイオードを駆動するための第1電極と、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタを駆動するための第2電極と、を含み、
前記第1半導体多層膜は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能し、
前記第1電極は、前記第1半導体多層膜の上面に接しており、
前記第2電極は、前記第2半導体多層膜の上面に接している、光電子集積素子。 - 請求項1において、
前記第1半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなり、
少なくとも前記第1電極の形成されている領域における、前記第1半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第1半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さい層で形成され、
前記第2半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなり、
少なくとも前記第2電極の形成されている領域における、前記第2半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第2半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さい層で形成されていることを特徴とする光電子集積素子。 - フォトダイオードと、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと、を含む光電子集積素子の製造方法において、
基板の上方に、該基板側から、少なくとも、第1半導体多層膜および第2半導体多層膜を同一層で積層し、光吸収層およびコレクタ層を同一層で積層し、フォトダイオードの入射面を有するコンタクト層およびベース層を同一層で積層し、ならびにエミッタ層を構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記エミッタ層を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記コンタクト層、前記ベース層、前記光吸収層、および前記コレクタ層を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、前記第1半導体多層膜、および前記第2半導体多層膜を形成する工程と、
前記第1半導体多層膜の上面に接するように、前記フォトダイオードを駆動する第1電極を形成する工程と、
前記第2半導体多層膜の上面に接するように、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを駆動するための第2電極を形成する工程と、を含み、
前記第1半導体多層膜は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能するように形成する、光電子集積素子の製造方法。 - 請求項3において、
前記第1半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなるように形成し、
少なくとも前記第1電極の形成領域における、前記第1半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第1半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さい層で形成し、
前記第2半導体多層膜は、Al組成の異なる少なくとも2層のAlGaAs層からなるように形成し、
少なくとも前記第2電極の形成領域における、前記第2半導体多層膜の最上層のAl組成は、該第2半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さい層で形成することを特徴とする光電子集積素子の製造方法。 - 請求項4において、
前記第1半導体多層膜の少なくとも前記第1電極の形成領域をエッチングする第1表面処理工程と、
前記第2半導体多層膜の少なくとも前記第2電極の形成領域をエッチングする第2表面処理工程と、を有し、
前記第1表面処理工程によって露出する、前記第1半導体多層膜の前記最上層のAl組成は、前記第1半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さくなるように表面処理し、
前記第2表面処理工程によって露出する、前記第2半導体多層膜の前記最上層のAl組成は、前記第2半導体多層膜の前記2層の内、Al組成が他方の層より小さくなるように表面処理する、光電子集積素子の製造方法。 - 請求項5において、
前記第1表面処理工程および前記第2表面処理工程のうち少なくとも一方は、フッ化水素水溶液またはフッ化水素酸系緩衝溶液を用いたウェットエッチング法により行われる、光電子集積素子の製造方法。
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