JPH02119273A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH02119273A JPH02119273A JP63273616A JP27361688A JPH02119273A JP H02119273 A JPH02119273 A JP H02119273A JP 63273616 A JP63273616 A JP 63273616A JP 27361688 A JP27361688 A JP 27361688A JP H02119273 A JPH02119273 A JP H02119273A
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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、光通信や光情報処理等に於いて用いられる半
導体受光素子に関するものである。
導体受光素子に関するものである。
近年、化合物半導体受光素子は、光通信或いは光情報処
理用の高感度受光器として活発に研究開発並びに実用化
が進められている。特に石英系光ファイバの低損失帯域
に相当する１、０〜１．６μｍ帯波長域では、光吸収層
の材料としてＩｎＧａＡＳを用いた、所謂ＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ系のへテロ構造アバランシェフォトダイオード
〈以下ＡＰＤと記す）やｐｉｎフォトダイオード（ｐｉ
ｎ−ＰＤと記す）が注目を集めている。このＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ系ｐｉｎ−ＰＤの従来例の断面構造模式図を
第３図に示す。ｎ”−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層１３を介して、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ｊ’ｌ１
４、ｎ−ＩｎＰキャップ層１５を連続成長して形成した
多層構造に、受光部ｐ＋領領域６をＺｎの選択熱拡散に
より形成している。ここでｐｎ接合位置がＩｎＰキャッ
プ層中に止まっていると、光吸収層１４中で光励起され
た正孔が空乏層中をｐ＋領域１６に向ってドリフトする
際に、価電子帯のバンド不連続によって界面にトラップ
され応答特性の劣化を招いてしまう。また逆に不純物拡
散を深く入れすぎてＩ ｎＧａＡｓＧａＡｓ光吸収層上
４どｐ＋化すると、空乏層外で光励起された電子が空乏
層端まで拡散してからでないとドリフトしない為、やは
り応答劣化や量子効率低下の原因となる。従って光・吸
収層中でなお且つ、キャップ層１５との界面近傍にｐｎ
接合を形成する事が肝要である。第３図に例示した様な
プレーナ型デバイスの場合、空乏層が露出するのは表面
のワイドバンドギャップのキャップ層中のみであり、Ｓ
ｉＮｘ膜等の表面保護膜を施す事により、メサ型デバイ
スに比べて暗電流特性並びに信頼性に優れている。
理用の高感度受光器として活発に研究開発並びに実用化
が進められている。特に石英系光ファイバの低損失帯域
に相当する１、０〜１．６μｍ帯波長域では、光吸収層
の材料としてＩｎＧａＡＳを用いた、所謂ＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ系のへテロ構造アバランシェフォトダイオード
〈以下ＡＰＤと記す）やｐｉｎフォトダイオード（ｐｉ
ｎ−ＰＤと記す）が注目を集めている。このＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ系ｐｉｎ−ＰＤの従来例の断面構造模式図を
第３図に示す。ｎ”−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層１３を介して、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ｊ’ｌ１
４、ｎ−ＩｎＰキャップ層１５を連続成長して形成した
多層構造に、受光部ｐ＋領領域６をＺｎの選択熱拡散に
より形成している。ここでｐｎ接合位置がＩｎＰキャッ
プ層中に止まっていると、光吸収層１４中で光励起され
た正孔が空乏層中をｐ＋領域１６に向ってドリフトする
際に、価電子帯のバンド不連続によって界面にトラップ
され応答特性の劣化を招いてしまう。また逆に不純物拡
散を深く入れすぎてＩ ｎＧａＡｓＧａＡｓ光吸収層上
４どｐ＋化すると、空乏層外で光励起された電子が空乏
層端まで拡散してからでないとドリフトしない為、やは
り応答劣化や量子効率低下の原因となる。従って光・吸
収層中でなお且つ、キャップ層１５との界面近傍にｐｎ
接合を形成する事が肝要である。第３図に例示した様な
プレーナ型デバイスの場合、空乏層が露出するのは表面
のワイドバンドギャップのキャップ層中のみであり、Ｓ
ｉＮｘ膜等の表面保護膜を施す事により、メサ型デバイ
スに比べて暗電流特性並びに信頼性に優れている。
ところで長波長光通信の波長として、従来はファイバー
の特性から分散が極小となる１、３μｍ近傍が先行して
いた。ところが単一軸モード発振半導体レーザーの開発
の進展等により、現在は１．５５μｍシステムが注目さ
れており、既存のファイバーを用いて１．３μｍ帯及び
１．５５μｍ帯の光信号を同時に伝送するシステムも考
えられている。
の特性から分散が極小となる１、３μｍ近傍が先行して
いた。ところが単一軸モード発振半導体レーザーの開発
の進展等により、現在は１．５５μｍシステムが注目さ
れており、既存のファイバーを用いて１．３μｍ帯及び
１．５５μｍ帯の光信号を同時に伝送するシステムも考
えられている。
ところで、この様に同一のファイバーで１．３μｍ帯及
び１．５５μｍ帯の光信号を同時に伝送するシステムに
於いて、従来の受光器では分波器等で分波した後各々の
波長の光信号に対して、別々の受光器を用いなければら
なかった。
び１．５５μｍ帯の光信号を同時に伝送するシステムに
於いて、従来の受光器では分波器等で分波した後各々の
波長の光信号に対して、別々の受光器を用いなければら
なかった。
本発明は分波器を必要とせず、１つの受光器、すなわち
受光素子で複数の波長の光を選別して同時に受信できる
ようにすることを目的としている。
受光素子で複数の波長の光を選別して同時に受信できる
ようにすることを目的としている。
前述の従来技術の問題点を解決する為に本発明が提供す
る半導体受光素子は、バンドギャップＥ１なる半絶縁性
半導体基板の特定領域に、第１の導電型の領域を備え、
前記基板上に基板側より順次第２の導電型のバンドギャ
ップＥ２（Ｅｌ＞Ｅ２）なる低濃度半導体層、第２の導
電型のバンドギャップＥ、なる高濃度半導体層、第２の
導電型のバンドギャップＥ３（Ｅｔ＞Ｅ３＞Ｅ２或いは
Ｅｌ ＞Ｅ２ ＞Ｅ３ ）なる低濃度半導体層、第２の
導電型のバンドギャップＥ１なる半導体層を積層した多
層構造を備え、前記バンドギャップＥ３なる半導体層中
にｐｎ接合が位置する様に表面側のバンドギャップＥ１
なる半導体層及びバンドギャップＥ３なる低濃度半導体
層の特定領域に第１の導電型の領域を設けた事を特徴と
する構成になっている。
る半導体受光素子は、バンドギャップＥ１なる半絶縁性
半導体基板の特定領域に、第１の導電型の領域を備え、
前記基板上に基板側より順次第２の導電型のバンドギャ
ップＥ２（Ｅｌ＞Ｅ２）なる低濃度半導体層、第２の導
電型のバンドギャップＥ、なる高濃度半導体層、第２の
導電型のバンドギャップＥ３（Ｅｔ＞Ｅ３＞Ｅ２或いは
Ｅｌ ＞Ｅ２ ＞Ｅ３ ）なる低濃度半導体層、第２の
導電型のバンドギャップＥ１なる半導体層を積層した多
層構造を備え、前記バンドギャップＥ３なる半導体層中
にｐｎ接合が位置する様に表面側のバンドギャップＥ１
なる半導体層及びバンドギャップＥ３なる低濃度半導体
層の特定領域に第１の導電型の領域を設けた事を特徴と
する構成になっている。
本発明では吸収端波長の異なる吸収層を持つ２つのｐｉ
ｎ−ＰＤを積層した受光素子であるため、分波器が無く
ても吸収端波長の短い方のｐ ｉ ｎ−ＰＤ側より信号
光を入射する事により、この受光素子１つで２つの波長
の光信号に対して独立に電気信号が出力できる。
ｎ−ＰＤを積層した受光素子であるため、分波器が無く
ても吸収端波長の短い方のｐ ｉ ｎ−ＰＤ側より信号
光を入射する事により、この受光素子１つで２つの波長
の光信号に対して独立に電気信号が出力できる。
〔実施例１〕
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例である半導体受光素子の斜視
図で、第２図はその製造方法を説明する為の、各工程に
於ける断面構造模式図である。
図で、第２図はその製造方法を説明する為の、各工程に
於ける断面構造模式図である。
本発明によればまず第２図（ａ）に示す様に、半絶縁性
ＩｎＰ基板１の特定領域２に選択的にＢｅ“のイオン注
入を施してｐ＋領域３とする。
ＩｎＰ基板１の特定領域２に選択的にＢｅ“のイオン注
入を施してｐ＋領域３とする。
この際、注入される特定領域は、第１図でｐ＋領域３と
表わされている領域の様に、円状の受光領域、ライン状
の引き出し領域、ポンディングパッド領域からなる形状
とする。続いてハイドライド気相成長方法により基板温
度６８０℃で、ｎＩｎＧａＡｓ４．ｎ”−ＩｎＦ３．ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ６．ｎ−ＩｎＦ３を連続成長する。こ
の結晶成長時に注入されたＢｅ”イオンの活性化アニー
ルが同時に行なわれ、またこの際Ｂｅ＋イオンの外部拡
散が生ずる為、ｐｎ接合はｎ−ＩｎＧａＡｓ（光吸収層
）４中に０．３μｍ程入った位置に形成される（第２図
（ｂ））。
表わされている領域の様に、円状の受光領域、ライン状
の引き出し領域、ポンディングパッド領域からなる形状
とする。続いてハイドライド気相成長方法により基板温
度６８０℃で、ｎＩｎＧａＡｓ４．ｎ”−ＩｎＦ３．ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ６．ｎ−ＩｎＦ３を連続成長する。こ
の結晶成長時に注入されたＢｅ”イオンの活性化アニー
ルが同時に行なわれ、またこの際Ｂｅ＋イオンの外部拡
散が生ずる為、ｐｎ接合はｎ−ＩｎＧａＡｓ（光吸収層
）４中に０．３μｍ程入った位置に形成される（第２図
（ｂ））。
次に第２図（ｃ）に示す様に、表面側より円状の受光領
域並びに隣接するポンディングパッド領域からなる形状
の特定領域８に選択的に拡散温度５２０℃でＺｎの熱拡
散を施して第２のｐ＋領域８を形成する。この際前述し
て来た理由によりｐｎ接合位置がＩｎＧａＡｓＰ６中で
且つＩｎＰ７ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ ６界
面近傍（０，１〜０．３μｍ）に位置する様に拡散時間
の設定をする。この熱拡散の温度は結晶成長時の基板温
度（即ちＢｅ＋の活性化アニール温度）に比べて十分に
低く、熱拡散の間にＩ ｎＧａＡｓ層中に形成された第
１のｐｎ接合が動く懸念は無い。その後選択的エツチン
グを施す事により、第１図に示す様にｎ”−ＩｎＰ５及
び半絶縁性ＩｎＰ基板１の特定領域部の表面を露出させ
る。続いて半絶縁性ＩｎＰ基板中のｐ４領域３及びＩｎ
Ｐ（キャップ層）７中のｐ＋領域８のうちのポンディン
グパッド領域に各々ｎ側電極１０，９を形成し、また露
出されたｎ”−ＩｎＰ層表面の一部分にｎ側電極１１を
形成する。
域並びに隣接するポンディングパッド領域からなる形状
の特定領域８に選択的に拡散温度５２０℃でＺｎの熱拡
散を施して第２のｐ＋領域８を形成する。この際前述し
て来た理由によりｐｎ接合位置がＩｎＧａＡｓＰ６中で
且つＩｎＰ７ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ ６界
面近傍（０，１〜０．３μｍ）に位置する様に拡散時間
の設定をする。この熱拡散の温度は結晶成長時の基板温
度（即ちＢｅ＋の活性化アニール温度）に比べて十分に
低く、熱拡散の間にＩ ｎＧａＡｓ層中に形成された第
１のｐｎ接合が動く懸念は無い。その後選択的エツチン
グを施す事により、第１図に示す様にｎ”−ＩｎＰ５及
び半絶縁性ＩｎＰ基板１の特定領域部の表面を露出させ
る。続いて半絶縁性ＩｎＰ基板中のｐ４領域３及びＩｎ
Ｐ（キャップ層）７中のｐ＋領域８のうちのポンディン
グパッド領域に各々ｎ側電極１０，９を形成し、また露
出されたｎ”−ＩｎＰ層表面の一部分にｎ側電極１１を
形成する。
こうして製造されたｐｉｎ−ＰＤは、電極９−１１間並
びに電極１０−１１間に逆バイアスを印加する事で、各
々独立の素子として機能する。
びに電極１０−１１間に逆バイアスを印加する事で、各
々独立の素子として機能する。
１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯の合波された光信号を
表面側から入射するとＩｎＧａＡｓＰ６を光吸収層とす
る上側のｐｉｎ−ＰＤにとっては、１．５５μｍの光は
透明であり、１．３μｍの光のみが電気信号に変換され
る。Ｉ ｎＧａＡｓ層の厚さを３〜４μｍとすると１．
３μｍの光はＩｎＧａＡｓ中でほとんど完全に吸収され
透過成分は無視でき、Ｉ ｎＧａＡｓ４を光吸収層とす
る下側のｐｉｎ−ＰＤには、１．５５μｍの光のみが入
射され電気信号に変換される為、２波長分別検出が可能
となる。
表面側から入射するとＩｎＧａＡｓＰ６を光吸収層とす
る上側のｐｉｎ−ＰＤにとっては、１．５５μｍの光は
透明であり、１．３μｍの光のみが電気信号に変換され
る。Ｉ ｎＧａＡｓ層の厚さを３〜４μｍとすると１．
３μｍの光はＩｎＧａＡｓ中でほとんど完全に吸収され
透過成分は無視でき、Ｉ ｎＧａＡｓ４を光吸収層とす
る下側のｐｉｎ−ＰＤには、１．５５μｍの光のみが入
射され電気信号に変換される為、２波長分別検出が可能
となる。
本実施例によって得られる受光素子では、上側のｐｉｎ
−ＰＤは通常のプレーナ構造であり、また下側のｐｉｎ
−ＰＤは、ナローバンドギャップな光吸収層中の空乏層
が表面に露出されるのは、第１図に示した様にライン状
引き出し領域の断面部のみで非常に狭面積であるので、
メサ構造に比べて、暗電流特性及び信頼性に優れる。
−ＰＤは通常のプレーナ構造であり、また下側のｐｉｎ
−ＰＤは、ナローバンドギャップな光吸収層中の空乏層
が表面に露出されるのは、第１図に示した様にライン状
引き出し領域の断面部のみで非常に狭面積であるので、
メサ構造に比べて、暗電流特性及び信頼性に優れる。
〔実施例２〕
第１の実施例に於ける、２つの光吸収層ＩｎＧ ａ Ａ
ｓ ４とＩｎＧａＡｓＰ６の積層の順番を入れ変えて
製造した本発明の別の実施例によって得られた半導体受
光素子に関しては、信号光を基板側より入射する所謂裏
面入射型として使用する事により、第１の実施例の場合
と同様に特性及び信頼性に優れた２波長分波検出が可能
である。
ｓ ４とＩｎＧａＡｓＰ６の積層の順番を入れ変えて
製造した本発明の別の実施例によって得られた半導体受
光素子に関しては、信号光を基板側より入射する所謂裏
面入射型として使用する事により、第１の実施例の場合
と同様に特性及び信頼性に優れた２波長分波検出が可能
である。
以上説明した様に、本発明によれば特性、信頼性に優れ
た２波長検出半導体受光素子が得られる。
た２波長検出半導体受光素子が得られる。
図に於いて、１・・・半絶縁性ＩｎＰ基板、８．１６・
・・ｐ＋領領域４，１４・・・ｎ−−ｌＡｓ、５−ｎ”
−ＩｎＰ、６−ｎ−−ｒＡｓＰ、７．１３．１５・−ｎ
−Ｉ ｎＰ、９・・・ｎ側電極、１１・・・ｎ側電極、
１２・・・ｎ＋Ｐ基板を各々示す。
・・ｐ＋領領域４，１４・・・ｎ−−ｌＡｓ、５−ｎ”
−ＩｎＰ、６−ｎ−−ｒＡｓＰ、７．１３．１５・−ｎ
−Ｉ ｎＰ、９・・・ｎ側電極、１１・・・ｎ側電極、
１２・・・ｎ＋Ｐ基板を各々示す。
３ 。
Ｇａ
Ｇａ
Ｉｎ
第１図は本発明の一実施例の半導体受光素子の模式的な
部分断面斜視図、第２図は本発明の一実施例を説明する
為の各工程に於ける断面構造模式図、第３図は従来例の
半導体受光素子の断面構造模式図である。 入身↑光 ル） （Ｃツ ガ２図
部分断面斜視図、第２図は本発明の一実施例を説明する
為の各工程に於ける断面構造模式図、第３図は従来例の
半導体受光素子の断面構造模式図である。 入身↑光 ル） （Ｃツ ガ２図
Claims (1)
- バンドギャップＥ＿１なる半絶縁性半導体基板の特定領
域に、第１の導電型の領域を備え、前記基板上に基板側
より順次第２の導電型のバンドギャップＥ＿２（Ｅ＿１
＞Ｅ＿２）なる低濃度半導体層、第２の導電型のバンド
ギャップＥ＿１なる高濃度半導体層、第２の導電型のバ
ンドギャップＥ＿３（Ｅ＿１＞Ｅ＿３＞Ｅ＿２或いはＥ
＿１＞Ｅ＿２＞Ｅ＿３）なる低濃度半導体層、第２の導
電型のバンドギャップＥ＿１なる半導体層を積層した多
層構造を備え、前記バンドギャップＥ＿３なる半導体層
中にｐｎ接合が位置する様に表面側のバンドギャップＥ
＿１なる半導体層及びバンドギャップＥ＿３なる低濃度
半導体層の特定領域に第１の導電型の領域を設けた事を
特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273616A JPH02119273A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273616A JPH02119273A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119273A true JPH02119273A (ja) | 1990-05-07 |
Family
ID=17530214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273616A Pending JPH02119273A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02119273A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5567975A (en) * | 1994-06-30 | 1996-10-22 | Santa Barbara Research Center | Group II-VI radiation detector for simultaneous visible and IR detection |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5084189A (ja) * | 1973-11-26 | 1975-07-07 | ||
| JPS5593275A (en) * | 1979-01-09 | 1980-07-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light wave separating detector |
| JPS61182271A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-14 | Toshiba Corp | 半導体受光素子 |
| JPS63160283A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-04 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JPS63228767A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63273616A patent/JPH02119273A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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