JPH01264273A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH01264273A JPH01264273A JP63092823A JP9282388A JPH01264273A JP H01264273 A JPH01264273 A JP H01264273A JP 63092823 A JP63092823 A JP 63092823A JP 9282388 A JP9282388 A JP 9282388A JP H01264273 A JPH01264273 A JP H01264273A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- semiconductor
- metal
- incident
- dielectric
- 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.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 17
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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）
本発明は量子効率を向上させた半導体受光素子に関する
。
。
（従来の技術）
１０Ｇｂ／ｓ以上の大容量光通信システムを構成する上
では超高速かつ高感度な光検出器が不可欠であり、近年
、この目的に合致する半導体受光素子として、光ファイ
バの低伝送損失波長領域１〜１．６ｐｍに適応可能なピ
ンフォトダイオード（ｐｉｎＰＤ）の超高速化が研究さ
れている。その典型的素子例の断面図を第３図に示す。
では超高速かつ高感度な光検出器が不可欠であり、近年
、この目的に合致する半導体受光素子として、光ファイ
バの低伝送損失波長領域１〜１．６ｐｍに適応可能なピ
ンフォトダイオード（ｐｉｎＰＤ）の超高速化が研究さ
れている。その典型的素子例の断面図を第３図に示す。
第３図において、１は半導体ｎ十型基板、２はｎ型バッ
ファー層、３は光吸収層、４はｎ型キャップ層、５はｐ
串型拡散領域、６はｐ側オーミック金属、７は誘電体膜
、８は金属電極、９はｎ側電極、１０は受光部（光吸収
領域）である。ビンフォトダイオードの応答速度を制限
する要因には、受光部の接合容量によるＣＲ時定数と、
光吸収により発生したキャリアの空乏層走行時間による
２つの制限がある。接合容量制限については、受光部１
０の面積を縮小することで接合容量を小さくして、高速
化を図ることが可能である。一方、キャリアの走行時間
制限については、光吸収領域１０で発生したキャリアの
走行距離、すなわち、光吸収層３の厚さが薄いことが必
要である。光吸収層３を薄くすることは接合容量を増大
させる方向に影響するので、応答速度を最大にする光吸
収層厚さの最適値が存在する。
ファー層、３は光吸収層、４はｎ型キャップ層、５はｐ
串型拡散領域、６はｐ側オーミック金属、７は誘電体膜
、８は金属電極、９はｎ側電極、１０は受光部（光吸収
領域）である。ビンフォトダイオードの応答速度を制限
する要因には、受光部の接合容量によるＣＲ時定数と、
光吸収により発生したキャリアの空乏層走行時間による
２つの制限がある。接合容量制限については、受光部１
０の面積を縮小することで接合容量を小さくして、高速
化を図ることが可能である。一方、キャリアの走行時間
制限については、光吸収領域１０で発生したキャリアの
走行距離、すなわち、光吸収層３の厚さが薄いことが必
要である。光吸収層３を薄くすることは接合容量を増大
させる方向に影響するので、応答速度を最大にする光吸
収層厚さの最適値が存在する。
−例としてＧａｏ、４□Ｉｎ。、５４Ａｓ／ＩｎＰピン
フオトダイオードについての理論的計算によると、遮断
周波数２０ＧＨｚの高速応答を得るには、接合径３０ｐ
ｍΦとするとＧａｏ、４□Ｉｎｏ、５３Ａｓ光吸収層厚
１ｐｍが得られる。
フオトダイオードについての理論的計算によると、遮断
周波数２０ＧＨｚの高速応答を得るには、接合径３０ｐ
ｍΦとするとＧａｏ、４□Ｉｎｏ、５３Ａｓ光吸収層厚
１ｐｍが得られる。
（発明が解決しようとする課題）
ところが従来構造では、光吸収層をｌｐｍに薄膜化する
と量子効率が５０％以下に低下してしまう。これを防ぐ
ために従来構造では光吸収層厚を２〜３ｐｍと厚くせざ
るを得す高速化が不十分であった。
と量子効率が５０％以下に低下してしまう。これを防ぐ
ために従来構造では光吸収層厚を２〜３ｐｍと厚くせざ
るを得す高速化が不十分であった。
そこで本発明は、上述の欠点を解決し、高速かつ高感度
な特性を有する半導体受光素子の実現を目的とする。
な特性を有する半導体受光素子の実現を目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明は、光の入射する側の反対側の半導体表面に形成
する金属電極と半導体との界面の一部に、屈折率がその
半導体のそれよりも小さい少なくとも一種類の誘電体膜
を挿入した、金属−誘電体伴導体構造の反射鏡を有する
ことを特徴とする半導体受光素子である。
する金属電極と半導体との界面の一部に、屈折率がその
半導体のそれよりも小さい少なくとも一種類の誘電体膜
を挿入した、金属−誘電体伴導体構造の反射鏡を有する
ことを特徴とする半導体受光素子である。
（作用）
光を基板の裏面より入射すると、光は光吸収層で吸収さ
れるが、前述の理由により高速応答実現のために光吸収
層が薄膜化されているので、この′層で吸収される光は
一部であり、透過光は半導体表面まで達する。本発明で
は半導体と金属電極の界面の一部に誘電体膜が形成され
、金属−誘電体一半導体構造の反射鏡が構成されている
ので、光はこの反射鏡により反射されて再び光吸収層ま
で到達し吸収される。このため、反射鏡を持たない従来
構造の受光素子よりも光の吸収量は多く、量子効率は向
上する。従来の金属−半導体構造の電極では、アロイ化
により界面の平坦性、鏡面性は失われ反射率は小さいの
に対して、本発明の金属−誘電体一半導体構造では誘電
体を挿入しであることから、電極のアロイ化に際しても
界面の平坦性は失われず、しかも、誘電体膜の厚みを入
射光の波長λに対してυ４ｎ （ｎは屈折率）に設定す
ることでブラ・ング反射（多重反射）を利用でき、高反
射率が得られる。
れるが、前述の理由により高速応答実現のために光吸収
層が薄膜化されているので、この′層で吸収される光は
一部であり、透過光は半導体表面まで達する。本発明で
は半導体と金属電極の界面の一部に誘電体膜が形成され
、金属−誘電体一半導体構造の反射鏡が構成されている
ので、光はこの反射鏡により反射されて再び光吸収層ま
で到達し吸収される。このため、反射鏡を持たない従来
構造の受光素子よりも光の吸収量は多く、量子効率は向
上する。従来の金属−半導体構造の電極では、アロイ化
により界面の平坦性、鏡面性は失われ反射率は小さいの
に対して、本発明の金属−誘電体一半導体構造では誘電
体を挿入しであることから、電極のアロイ化に際しても
界面の平坦性は失われず、しかも、誘電体膜の厚みを入
射光の波長λに対してυ４ｎ （ｎは屈折率）に設定す
ることでブラ・ング反射（多重反射）を利用でき、高反
射率が得られる。
（実施例）
以下、本発明の実施例として、ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰビ
ンフォトダイオードを用いて説明するが、他の系、例え
ばＳｉ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ系等についても全く同じである。第１図に
示す、本発明であるところの半導体受光素子構造を形成
するため以下の材料の組合せを示す。ｎ”−ＩｎＰ基板
１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２を１１１ｍ厚に、キャリ
ア濃度〜２Ｘ１０１５ｃｍ−３のｎ−Ｇａ、４□Ｉｎ。
ンフォトダイオードを用いて説明するが、他の系、例え
ばＳｉ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ系等についても全く同じである。第１図に
示す、本発明であるところの半導体受光素子構造を形成
するため以下の材料の組合せを示す。ｎ”−ＩｎＰ基板
１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２を１１１ｍ厚に、キャリ
ア濃度〜２Ｘ１０１５ｃｍ−３のｎ−Ｇａ、４□Ｉｎ。
、、Ａｓ層３をｌｐｍ厚に、キャリア濃度〜ｌＸ１０１
６ｃｍ−３のｎ”ＩｎＰ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、ｐ中型拡散領
域５としてＺｎ選択拡散を行いｐｎ接合を形成する。予
めｐ痺オーミック金属６として、Ａｕ／Ｚｎを外径３０
ｐｍΦ、内径２０ｐｍΦのリング状に形成した後、金属
電極８としてＡｕ、誘電体膜７としてＳｉＯ□を用いた
金属−誘電体伴導体構造の反射鏡を形成する。反射鏡の
各材料としてはＡｕ ｓ ＳｉＯ２をそれぞれ用いる。
６ｃｍ−３のｎ”ＩｎＰ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、ｐ中型拡散領
域５としてＺｎ選択拡散を行いｐｎ接合を形成する。予
めｐ痺オーミック金属６として、Ａｕ／Ｚｎを外径３０
ｐｍΦ、内径２０ｐｍΦのリング状に形成した後、金属
電極８としてＡｕ、誘電体膜７としてＳｉＯ□を用いた
金属−誘電体伴導体構造の反射鏡を形成する。反射鏡の
各材料としてはＡｕ ｓ ＳｉＯ２をそれぞれ用いる。
ＳｉＯ□膜の厚さは、入射光波長λ＝１．５５ｐｍに対
して、Ａ／４ｎ （ｎは屈折率）に対応する値である。
して、Ａ／４ｎ （ｎは屈折率）に対応する値である。
第２図にＡｕ／ＳｉＯ□／ＩｎＰ反射鏡の反射率のＳｉ
Ｏ□膜厚依存性を示す。
Ｏ□膜厚依存性を示す。
５１０２膜の厚さ力’Ａ／４ｎに相当する２６７２人の
時、平面波垂直入射で最大反射率９８．５％となること
が示されている。
時、平面波垂直入射で最大反射率９８．５％となること
が示されている。
この構成例において、基板裏面より入射した光の一部（
〜５０％）は、光吸収層３で吸収され、残りは透過光と
してＡｕ／５ｉｎ２／ＩｎＰ反射鏡に達し、その大部分
（９８，５％）が反射されて、再び光吸収層に到達し吸
収される。反射鏡のない従来構造では量子効率は５０％
程度であるのに対して、本発明である上記構造では、ガ
ツトオフ周波数を劣化させることなく、量子効率を７５
％程度にまで向上できる。
〜５０％）は、光吸収層３で吸収され、残りは透過光と
してＡｕ／５ｉｎ２／ＩｎＰ反射鏡に達し、その大部分
（９８，５％）が反射されて、再び光吸収層に到達し吸
収される。反射鏡のない従来構造では量子効率は５０％
程度であるのに対して、本発明である上記構造では、ガ
ツトオフ周波数を劣化させることなく、量子効率を７５
％程度にまで向上できる。
なお上記実施例では誘電体膜として５１０２を用いたが
、ＳｉＮ等でもよいし、２種類あるいはそれ以上の膜を
積層してもよい。
、ＳｉＮ等でもよいし、２種類あるいはそれ以上の膜を
積層してもよい。
（発明の効果）
本発明の半導体受光素子により、高速かつ高感度の応答
特性を有する光検出器が容易に得ることができ、その実
用的価値は大きい。
特性を有する光検出器が容易に得ることができ、その実
用的価値は大きい。
第１図は、本発明である半導体受光素子の一例の構造断
面図であり、第２図は、本発明の構成要素である金属−
誘電体一半導体構造の構成例Ａｕ／５ｉｎ２／ＩｎＰ反
射鏡の反射率のＳｉＯ□膜厚依存性を示す図であり、第
３図は、従来構造の半導体受光素子の構造断面図である
。第１図及び第３図において、１は半導体ｎ中型基板、
２はｎ型バッファー層、３は光吸収層、４はｎ型キャッ
プ層、５はｐ生型拡散領域、６はオーミック金属、７は
誘電体膜、８は金属電極、９はｎ側電極、１０は受光部
（光吸収領域）である。
面図であり、第２図は、本発明の構成要素である金属−
誘電体一半導体構造の構成例Ａｕ／５ｉｎ２／ＩｎＰ反
射鏡の反射率のＳｉＯ□膜厚依存性を示す図であり、第
３図は、従来構造の半導体受光素子の構造断面図である
。第１図及び第３図において、１は半導体ｎ中型基板、
２はｎ型バッファー層、３は光吸収層、４はｎ型キャッ
プ層、５はｐ生型拡散領域、６はオーミック金属、７は
誘電体膜、８は金属電極、９はｎ側電極、１０は受光部
（光吸収領域）である。
Claims (1)
- 光の入射する側の反対側の半導体表面に形成する金属
電極と半導体との界面の一部に、屈折率がその半導体の
それよりも小さい少なくとも一種類の誘電体膜を挿入し
た、金属−誘電体−半導体構造の反射鏡を有することを
特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63092823A JP2953694B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63092823A JP2953694B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264273A true JPH01264273A (ja) | 1989-10-20 |
| JP2953694B2 JP2953694B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=14065156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63092823A Expired - Lifetime JP2953694B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953694B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1220325A2 (en) | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device |
| JP2007088496A (ja) * | 2000-12-19 | 2007-04-05 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光装置 |
| JP2011003638A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Opnext Japan Inc | 受光素子 |
| JP2011187607A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体受光素子 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5171791A (ja) * | 1974-12-19 | 1976-06-21 | Kogyo Gijutsuin | |
| JPS57186051U (ja) * | 1981-05-21 | 1982-11-26 | ||
| JPS6269687A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-03-30 | Toshiba Corp | 半導体受光素子 |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP63092823A patent/JP2953694B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5171791A (ja) * | 1974-12-19 | 1976-06-21 | Kogyo Gijutsuin | |
| JPS57186051U (ja) * | 1981-05-21 | 1982-11-26 | ||
| JPS6269687A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-03-30 | Toshiba Corp | 半導体受光素子 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1220325A2 (en) | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device |
| US7091527B2 (en) | 2000-12-19 | 2006-08-15 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device |
| EP1220325A3 (en) * | 2000-12-19 | 2006-12-13 | Eudyna Devices Inc. | Semiconductor photodetection device |
| JP2007088496A (ja) * | 2000-12-19 | 2007-04-05 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光装置 |
| JP2011003638A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Opnext Japan Inc | 受光素子 |
| JP2011187607A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体受光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2953694B2 (ja) | 1999-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6683326B2 (en) | Semiconductor photodiode and an optical receiver | |
| US4358676A (en) | High speed edge illumination photodetector | |
| US20200105957A1 (en) | Photodiode having light redirection layer | |
| US20020158268A1 (en) | Photodetector and unit mounted with photodetector | |
| JPH0677518A (ja) | 半導体受光素子 | |
| Levine et al. | 1 Gb/s Si high quantum efficiency monolithically integrable λ= 0.88 μm detector | |
| JPH04111478A (ja) | 受光素子 | |
| JPH01264273A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH04246868A (ja) | Ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードおよびその効率を改善する方法 | |
| JPH01296676A (ja) | 半導体受光装置 | |
| JP2002344002A (ja) | 受光素子及び受光素子実装体 | |
| JPS61229371A (ja) | フオトダイオ−ド | |
| JPH05102513A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH04360585A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS639163A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH04342174A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0480973A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS6269687A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0373576A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2844097B2 (ja) | 受光素子 | |
| JPH02178978A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2001053328A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2004327886A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0411787A (ja) | 半導体受光装置 | |
| JP3608772B2 (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: 20070716 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080716 Year of fee payment: 9 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080716 Year of fee payment: 9 |