JPH01179467A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH01179467A JPH01179467A JP63001470A JP147088A JPH01179467A JP H01179467 A JPH01179467 A JP H01179467A JP 63001470 A JP63001470 A JP 63001470A JP 147088 A JP147088 A JP 147088A JP H01179467 A JPH01179467 A JP H01179467A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体受光素子に関する。
（従来の技術）
高速大容量光通信システムを可能にするには２０Ｇｂ／
ｓ程度の超高速応答を有する半導体受光素子が必要であ
り、近年シリカ系ファイバの低損失波長域１．０〜１．
６ｐｍに適応できるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ｐｉｎ型フ
ォトダイオードの高速化が活発となっている。
ｓ程度の超高速応答を有する半導体受光素子が必要であ
り、近年シリカ系ファイバの低損失波長域１．０〜１．
６ｐｍに適応できるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ｐｉｎ型フ
ォトダイオードの高速化が活発となっている。
バラス（Ｃ，Ａ、 ＢＵＲＲＵＳ）等は、エレクトロニ
クスレター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌｅｔｔ、）第２１
巻２６３〜２６４ページ（１９８５年）において１．３
〜１．６ｐｍ帯、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系超高速ｐｉｎ
型フォトダイオードを発表している。その典型的構造を
第３図に示す。ｎ中型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ生型Ｉｎ
Ｐバッファ層２、ｎ−型Ｉｎｏ、５３Ｇａｏ、４７ＡＳ
光吸収層３（厚さ３〜４ｐｍ）を順次成長し、ＩｎＧａ
Ａｓ層の２ｐｍ深さまで全面にＺｎ拡散し、ｐ生型領域
４を形成する。次に、この上部にｐ側電極金属５として
Ａｕ−Ｚｎを蒸着した後、これを直径１１０−１５ｐの
円形領域以外の領域を基板まで除去し、円形メサを形成
する。さらにｎ側電極６ Ａｕ−８ｎの一部に裏面光入
射用の窓７を形成している。この構造においては、接合
部がメサ形成により直径１０−１５μｍに微小化されて
いるため、接合容量ｑは−１０ｖバイアス時に０．０５
ｐＦにまで削減され、カットオフ周波数２２ＧＨｚの高
速応答が得られている。しかし、このメサ構造において
は、ｐ−ｎ接合部が露出しているために、表面リーク電
流による暗電流の増加、信頼性の低下が新たに問題とな
った。そこでテムキン（Ｈ，ＴＥＭＫＩＮ）等は、エレ
クトロニクス・レター２２巻１２６７〜１２６８ページ
（１９８６年）において、プレーナ構造のｐｉｎ型フォ
トダイオードを発表した。その典型的構造第４図に示す
。ｎ中型ＩｎＰ基板上１にｎ中型ＩｎＰバッファ層２、
ｎ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ｎ型キャップ層８ （
ＩｎＧａＡｓＰ）を順次成長した後、直径２５ｐｍの誘
電体拡散マスクを用いて、Ｚｎ拡散を行いｐ中型領域４
を形成し、その後、ｐ、ｎ側電極５．６をそれぞれ形成
する。また、７は光入射用窓、９は絶縁層である。この
プレーナ構造においては、拡散マスクの窓面径を微小化
することで、ｐ−ｎ接合を露出することなく接合容量Ｃ
５を小さくすることができ、−１０■バイアス時に０．
０４ｐＦ程度まで削減され、カットオフ周波数的２０Ｇ
Ｈｚを得ている。
クスレター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌｅｔｔ、）第２１
巻２６３〜２６４ページ（１９８５年）において１．３
〜１．６ｐｍ帯、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系超高速ｐｉｎ
型フォトダイオードを発表している。その典型的構造を
第３図に示す。ｎ中型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ生型Ｉｎ
Ｐバッファ層２、ｎ−型Ｉｎｏ、５３Ｇａｏ、４７ＡＳ
光吸収層３（厚さ３〜４ｐｍ）を順次成長し、ＩｎＧａ
Ａｓ層の２ｐｍ深さまで全面にＺｎ拡散し、ｐ生型領域
４を形成する。次に、この上部にｐ側電極金属５として
Ａｕ−Ｚｎを蒸着した後、これを直径１１０−１５ｐの
円形領域以外の領域を基板まで除去し、円形メサを形成
する。さらにｎ側電極６ Ａｕ−８ｎの一部に裏面光入
射用の窓７を形成している。この構造においては、接合
部がメサ形成により直径１０−１５μｍに微小化されて
いるため、接合容量ｑは−１０ｖバイアス時に０．０５
ｐＦにまで削減され、カットオフ周波数２２ＧＨｚの高
速応答が得られている。しかし、このメサ構造において
は、ｐ−ｎ接合部が露出しているために、表面リーク電
流による暗電流の増加、信頼性の低下が新たに問題とな
った。そこでテムキン（Ｈ，ＴＥＭＫＩＮ）等は、エレ
クトロニクス・レター２２巻１２６７〜１２６８ページ
（１９８６年）において、プレーナ構造のｐｉｎ型フォ
トダイオードを発表した。その典型的構造第４図に示す
。ｎ中型ＩｎＰ基板上１にｎ中型ＩｎＰバッファ層２、
ｎ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ｎ型キャップ層８ （
ＩｎＧａＡｓＰ）を順次成長した後、直径２５ｐｍの誘
電体拡散マスクを用いて、Ｚｎ拡散を行いｐ中型領域４
を形成し、その後、ｐ、ｎ側電極５．６をそれぞれ形成
する。また、７は光入射用窓、９は絶縁層である。この
プレーナ構造においては、拡散マスクの窓面径を微小化
することで、ｐ−ｎ接合を露出することなく接合容量Ｃ
５を小さくすることができ、−１０■バイアス時に０．
０４ｐＦ程度まで削減され、カットオフ周波数的２０Ｇ
Ｈｚを得ている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、この構造においては、第４図の受光感度分布（
ａ）に示されているようにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓヘテロ界面におけるホールの拡散長が２０〜
３０μｍ程度もあることから、拡散領域の面積が小さく
なるにつれて、拡散成分が相対的に急増し、応答速度を
劣化させるという問題が生じるに至った。
ａ）に示されているようにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓヘテロ界面におけるホールの拡散長が２０〜
３０μｍ程度もあることから、拡散領域の面積が小さく
なるにつれて、拡散成分が相対的に急増し、応答速度を
劣化させるという問題が生じるに至った。
本発明は、上述の欠点を解決し、信頼性を損ねることな
く高速・低容量の半導体受光素子を実現することを目的
とする。
く高速・低容量の半導体受光素子を実現することを目的
とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明はｐ生型拡散領域の周囲に、ｎ型キャップ層領域
を残したうえで、さらにその外側をｎｕキャップ層、ｎ
−型光吸収層、ｎ十型バッファ層のいずれかまでをエツ
チングして形成したメサ形状を有することを特徴とする
。
を残したうえで、さらにその外側をｎｕキャップ層、ｎ
−型光吸収層、ｎ十型バッファ層のいずれかまでをエツ
チングして形成したメサ形状を有することを特徴とする
。
（作用）
本発明は、上述の構成により従来の欠点を克服した。第
２図は、本半導体受光素子の一例を示す溝造図である。
２図は、本半導体受光素子の一例を示す溝造図である。
図において、１はｎ中型半導体基板、２はｎ生型バッフ
ァー層、３はｎ−型光吸収層、４はｎ型キャップ層、５
はｐ生型拡散領域、そして６．７はそれぞれｐ側、ｎ側
電極である。ｐ十型拡散領域５の周囲には、ｎ型キャッ
プ層４の一部が残されており、さらにその周囲の領域が
基板まで除去されている。これにより、ｐ−ｎ接合を露
出することなく、しかも、ｎ型キャップ層／ｎ−型光吸
収層界面が除去されているのでこの界面を拡散するホー
ルの影響もなくなる。したがって低容量かつ低暗電流が
同時に実現でき、高速・高信頼性のｐｉｎ型フォトダイ
オードが得られる。
ァー層、３はｎ−型光吸収層、４はｎ型キャップ層、５
はｐ生型拡散領域、そして６．７はそれぞれｐ側、ｎ側
電極である。ｐ十型拡散領域５の周囲には、ｎ型キャッ
プ層４の一部が残されており、さらにその周囲の領域が
基板まで除去されている。これにより、ｐ−ｎ接合を露
出することなく、しかも、ｎ型キャップ層／ｎ−型光吸
収層界面が除去されているのでこの界面を拡散するホー
ルの影響もなくなる。したがって低容量かつ低暗電流が
同時に実現でき、高速・高信頼性のｐｉｎ型フォトダイ
オードが得られる。
（実施例）
以下、本発明の実施例として、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
ｐｉｎ型フォトダイオードを用いて説明するが、他の半
導体系、例えばＩｎＧａＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ系、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ系等についても全く同じである。第１
図に示す半導体受光素子を以下の工程によって作成した
。まずｎ十型ＩｎＰ基板１上にｎ中型ＩｎＰバッファ層
２をｌｐｍ厚に、キャリア濃度〜２×１０１５ｃｍ−３
のｎ−型Ｉｎ。、５３Ｇａｏ、４□Ａｓ層３を１〜１．
５１１ｍ厚に、キャリア濃度〜ｌＸ１０１６ｃｍ−３の
ｎ型ＩｎＰキャップ層４を１１１ｍ厚に順次、ハイドラ
イド気相成長法を用いて成長した後、ＳｉＯ２拡散マス
クを用いて直径１５ｐｍの円形領域５にＺｎ拡散を深さ
ｌｐｍまで行い、ｐ ＋−ｎ−接合を形成する。次に、
このｐ十型円形拡散領域、の周囲〜５ｐｍを残して、ｎ
型キャップ層まで除去する。基板研磨の後、最後に、ｐ
側、ｎ側電極を各々ＡｕＺｎ、 ＡｕＧｅで形成した。
ｐｉｎ型フォトダイオードを用いて説明するが、他の半
導体系、例えばＩｎＧａＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ系、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ系等についても全く同じである。第１
図に示す半導体受光素子を以下の工程によって作成した
。まずｎ十型ＩｎＰ基板１上にｎ中型ＩｎＰバッファ層
２をｌｐｍ厚に、キャリア濃度〜２×１０１５ｃｍ−３
のｎ−型Ｉｎ。、５３Ｇａｏ、４□Ａｓ層３を１〜１．
５１１ｍ厚に、キャリア濃度〜ｌＸ１０１６ｃｍ−３の
ｎ型ＩｎＰキャップ層４を１１１ｍ厚に順次、ハイドラ
イド気相成長法を用いて成長した後、ＳｉＯ２拡散マス
クを用いて直径１５ｐｍの円形領域５にＺｎ拡散を深さ
ｌｐｍまで行い、ｐ ＋−ｎ−接合を形成する。次に、
このｐ十型円形拡散領域、の周囲〜５ｐｍを残して、ｎ
型キャップ層まで除去する。基板研磨の後、最後に、ｐ
側、ｎ側電極を各々ＡｕＺｎ、 ＡｕＧｅで形成した。
（発明の効果）
この構成例において、メサ直径１５ｐｍΦに対して、−
１０Ｖバイアス時に接合容量Ｃ，＝０．０５ｐＦの低容
量が得られ、第４図中の（ｂ）の受光感度特性に示すよ
うに、ホールの拡散長も数ｐｍに抑制され、カットオフ
周波数はキャリアの空乏層走行時間制限による値〜２０
ＧＺｚが得られる。また暗電流は−１０Ｖバイアス時に
て０．１ｎＡ程度と、従来のプレーナ構造素子と同等の
値が得られ、信頼性に関しても両者に相違は見られなか
った。以上、本発明の半導体受光素子により、高速応答
かつ、低暗電流、高信頼性を有する光検出器を得ること
ができ、その価値は大きい。
１０Ｖバイアス時に接合容量Ｃ，＝０．０５ｐＦの低容
量が得られ、第４図中の（ｂ）の受光感度特性に示すよ
うに、ホールの拡散長も数ｐｍに抑制され、カットオフ
周波数はキャリアの空乏層走行時間制限による値〜２０
ＧＺｚが得られる。また暗電流は−１０Ｖバイアス時に
て０．１ｎＡ程度と、従来のプレーナ構造素子と同等の
値が得られ、信頼性に関しても両者に相違は見られなか
った。以上、本発明の半導体受光素子により、高速応答
かつ、低暗電流、高信頼性を有する光検出器を得ること
ができ、その価値は大きい。
第１図が本発明であるところの半導体受光素子の構造断
面図である。１はｎ中型半導体基板、２はｎ生型バッフ
ァー層、３はｎ−型光吸収層、４はｐ生型拡散領域、５
．６は各々ｐ側、ｎ側電極、７は光入射用窓、８はｎ型
キャップ層、９は絶縁層である。さらに第２図は、従来
のプレーナ構造（ａ）、及び、本発明であるところの構
造（ｂ）を有する素子の受光感度分布特性図である。第
３図、第４図はともに、従来構造の半導体受光素子の構
造断面図である。１はｎ十型ＩｎＰ基板、２はｎ生型Ｉ
ｎＰバッファ層、３はｎ−型■ｎＱ、５３ＧａＯ，４７
””光吸収層、４はｐ十型拡散領域、５はｐ側電極、６
はｎ側電極、７は光入射用窓、８はｎ型キャップ層、９
は絶縁層である。
面図である。１はｎ中型半導体基板、２はｎ生型バッフ
ァー層、３はｎ−型光吸収層、４はｐ生型拡散領域、５
．６は各々ｐ側、ｎ側電極、７は光入射用窓、８はｎ型
キャップ層、９は絶縁層である。さらに第２図は、従来
のプレーナ構造（ａ）、及び、本発明であるところの構
造（ｂ）を有する素子の受光感度分布特性図である。第
３図、第４図はともに、従来構造の半導体受光素子の構
造断面図である。１はｎ十型ＩｎＰ基板、２はｎ生型Ｉ
ｎＰバッファ層、３はｎ−型■ｎＱ、５３ＧａＯ，４７
””光吸収層、４はｐ十型拡散領域、５はｐ側電極、６
はｎ側電極、７は光入射用窓、８はｎ型キャップ層、９
は絶縁層である。
Claims (1)
- ｐ＾＋型拡散領域の周囲に、ｎ型キャップ層領域を残
したうえで、さらにその外側をｎ型キャップ層、ｎ＾−
型光吸収層、ｎ＾＋型バッファ層のいずれかまでエッチ
ング除去して形成したメサ形状を有することを特徴とす
る半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63001470A JPH01179467A (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63001470A JPH01179467A (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179467A true JPH01179467A (ja) | 1989-07-17 |
Family
ID=11502349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63001470A Pending JPH01179467A (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179467A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2868602A1 (fr) * | 2004-04-05 | 2005-10-07 | Commissariat Energie Atomique | Circuit de detection photonique a structure mesa |
-
1988
- 1988-01-06 JP JP63001470A patent/JPH01179467A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2868602A1 (fr) * | 2004-04-05 | 2005-10-07 | Commissariat Energie Atomique | Circuit de detection photonique a structure mesa |
| US7936034B2 (en) | 2004-04-05 | 2011-05-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Mesa structure photon detection circuit |
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