JPH02199876A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH02199876A JPH02199876A JP1019140A JP1914089A JPH02199876A JP H02199876 A JPH02199876 A JP H02199876A JP 1019140 A JP1019140 A JP 1019140A JP 1914089 A JP1914089 A JP 1914089A JP H02199876 A JPH02199876 A JP H02199876A
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- multilayer film
- dielectric multilayer
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Landscapes
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- Optical Elements Other Than Lenses (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、超高速・大容量な光通信システムの主構成要
素となる半導体受光素子に関する。
素となる半導体受光素子に関する。
1μm帯における光通信の長距離・大容量化にともなっ
て、超高速で動作する受光素子の要求が高まっている。
て、超高速で動作する受光素子の要求が高まっている。
受光素子の応答は、l)受光素子及び負荷回路のCR時
定数、2)空乏層内部の光キヤリア走行時間、3)空乏
層外部で発生した光キヤリア拡散時間、4)へテロ接合
のバンド不連続による光キヤリアトラップ等によって定
まる。素子の層構造の最適化と受光面積の縮小化によっ
て、CR時定数、光キヤリア拡散時間・バンド不連続に
よる光キヤリアトラップ等による制限を最小限にして、
はぼ光キヤリア走行時間で決まる超高速な受光素子が提
案されている。超高速な受光素子として、例えばミウラ
(S、Miura)らによりジャーナル オン ライト
ウェーブ チクロッジ−誌(Jouranl or
Lightwave Technology、vo
l、LT−5NalO,pp、1371−1376.1
987)に詳しい記載がある。
定数、2)空乏層内部の光キヤリア走行時間、3)空乏
層外部で発生した光キヤリア拡散時間、4)へテロ接合
のバンド不連続による光キヤリアトラップ等によって定
まる。素子の層構造の最適化と受光面積の縮小化によっ
て、CR時定数、光キヤリア拡散時間・バンド不連続に
よる光キヤリアトラップ等による制限を最小限にして、
はぼ光キヤリア走行時間で決まる超高速な受光素子が提
案されている。超高速な受光素子として、例えばミウラ
(S、Miura)らによりジャーナル オン ライト
ウェーブ チクロッジ−誌(Jouranl or
Lightwave Technology、vo
l、LT−5NalO,pp、1371−1376.1
987)に詳しい記載がある。
これによる、半絶縁性基板上にP、INフォトダイオー
ドを選択的に形成し、かつ半絶縁性基板上にポンディン
グパッドを形成した構造の採用、20μmの串受光径化
によって0.θ8pFの低容量化と14Gl(zの高速
応答が実現されている。この素子は、高速低容量である
ばかりでなく、半絶縁性基板を用い、表面が平坦化され
ているため、電子素子とのモノリシック集積に適した構
造である。
ドを選択的に形成し、かつ半絶縁性基板上にポンディン
グパッドを形成した構造の採用、20μmの串受光径化
によって0.θ8pFの低容量化と14Gl(zの高速
応答が実現されている。この素子は、高速低容量である
ばかりでなく、半絶縁性基板を用い、表面が平坦化され
ているため、電子素子とのモノリシック集積に適した構
造である。
しかしながら、第3図に示すように従来例に於いては直
径35μmの選択亜鉛拡散を施したp形反転領域15上
に内径20μmのリング状のオーミック電極19を設は
受光面を形成している為、オーミック電極の外側に光を
感じる領域が存在する。受光径が20μmと小さいため
光ファイバーとの結合に大きな制約がある。光ファイバ
ーの結合ずれなどによる迷光があると、空乏層の外部で
発生した光キャリアの拡散電流成分によってパルス応答
に波尾を引くようになってI Gb/g以上の高速応答
が不可能になるという欠点があった。この欠点を解決す
るために、オーミック電極の周囲を金属膜で覆い受光面
以外での光吸収をなくすことが考えられる。しかし、金
属膜を用いると受光素子層との間に0.2PF程度の大
きな容量が生じ、CR時定数によって応答が制限される
という問題があった。
径35μmの選択亜鉛拡散を施したp形反転領域15上
に内径20μmのリング状のオーミック電極19を設は
受光面を形成している為、オーミック電極の外側に光を
感じる領域が存在する。受光径が20μmと小さいため
光ファイバーとの結合に大きな制約がある。光ファイバ
ーの結合ずれなどによる迷光があると、空乏層の外部で
発生した光キャリアの拡散電流成分によってパルス応答
に波尾を引くようになってI Gb/g以上の高速応答
が不可能になるという欠点があった。この欠点を解決す
るために、オーミック電極の周囲を金属膜で覆い受光面
以外での光吸収をなくすことが考えられる。しかし、金
属膜を用いると受光素子層との間に0.2PF程度の大
きな容量が生じ、CR時定数によって応答が制限される
という問題があった。
本発明の目的は、これらの欠点を除去し迷光の影響がな
く光応答がほぼ空乏層内部で生じた光キャリアの走行時
間できまる超高速な受光素子を提供することにある。
く光応答がほぼ空乏層内部で生じた光キャリアの走行時
間できまる超高速な受光素子を提供することにある。
本発明は、・半絶縁性半導体基板上に形成された半導体
層を含んでなる受光素子に於いて、前記半導体層の一部
に形成された受光面が誘電体多層膜からなる高反射鏡で
囲まれていることを特徴とするものである。又、前記半
絶縁性半導体基板上に電子素子が形成されてなる光電子
集積回路に、本発明の半導体受光素子を適用すると一層
効果的である。
層を含んでなる受光素子に於いて、前記半導体層の一部
に形成された受光面が誘電体多層膜からなる高反射鏡で
囲まれていることを特徴とするものである。又、前記半
絶縁性半導体基板上に電子素子が形成されてなる光電子
集積回路に、本発明の半導体受光素子を適用すると一層
効果的である。
受光面が誘電体多層膜からなる高反射鏡で囲まれている
から、迷光は高反射鏡で反射され受光面以外での光吸収
がなくなる。空乏層の外部での光吸収がないため光キャ
リアの拡散電流がなくなる。さらに誘電体多層膜で高反
射鏡を形成しているため受光素子層との間に余分な容量
が発生しない。従って、光応答がほぼ空乏層内で生じな
光キャリアの走行時間で決まる超高速な受光素子が得ら
れる。
から、迷光は高反射鏡で反射され受光面以外での光吸収
がなくなる。空乏層の外部での光吸収がないため光キャ
リアの拡散電流がなくなる。さらに誘電体多層膜で高反
射鏡を形成しているため受光素子層との間に余分な容量
が発生しない。従って、光応答がほぼ空乏層内で生じな
光キャリアの走行時間で決まる超高速な受光素子が得ら
れる。
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図(a)は本発明の第1の実施例の主要部を示す受
光素子の平面図、第1図(b)は第1図(a)のA−A
線断面図である。
光素子の平面図、第1図(b)は第1図(a)のA−A
線断面図である。
この実施例は、FeドープのInPからなる半絶縁性半
導体基板10上に選択的に形成された半導体層である第
1.第2のバッファー層11,12、光吸収層13、入
射光に対して透明なウィンドウ層14を含んでなるPI
Nフォトダイオードにおいて、受光面となるp形反転領
域15の周囲に誘電体多層膜からなる高反射鏡16を有
するものである。
導体基板10上に選択的に形成された半導体層である第
1.第2のバッファー層11,12、光吸収層13、入
射光に対して透明なウィンドウ層14を含んでなるPI
Nフォトダイオードにおいて、受光面となるp形反転領
域15の周囲に誘電体多層膜からなる高反射鏡16を有
するものである。
次に、この実施例の製造方法について説明する。SiO
□膜をマスクにして、FeドープのInPからなる半絶
縁性半導体基板1oを塩酸・燐酸からなる混合液を用い
てエツチングし、幅200μm深さ5μmの溝を形成す
る。次に、この5i02膜をマスクとして利用し、液相
成長法又は気相成長法又は分子線成長法により、n −
1nPからなる第1のバッファー層11(厚さ1.0μ
m、キャリア濃度1 X 10 ”Ca1−’) 、n
−1nPからなる第2のバッファー層12(厚さ0.
5μm、キャリア濃度5X10 ”Ca1−3) 、
n −1110,7C110,53Allからなる光吸
収層13(厚さ2.5μm、キャリア濃度5 X 10
層gcI11−’ ) 、n −1nPからなるウィン
ドウ層14(厚さ1.0μm、キャリア濃度I X 1
016cm−3)を溝内に選択的に成長させる。次にウ
ィンドウ層14の表面から選択的に亜鉛を拡散してp形
反転領域15をウィンドウ層中に形成する。p形反転領
域15の周囲を囲むようにアモルファスシリコン(屈折
率3.4、厚さ96nm)と5i02(屈折率!、52
、厚さ214nm)の4層の多層膜からなる高反射鏡1
6を形成する。この場合反射率は98%となる。更に、
受光面にSiNxからなる無反射膜17(厚さ200n
m)を形成後、^uGeNiからなるn電極18、Au
Znからなるp電極19、^u/T iからなる配線2
0とポンディングパッド21を形成し、半導体受光素子
が完成する。
□膜をマスクにして、FeドープのInPからなる半絶
縁性半導体基板1oを塩酸・燐酸からなる混合液を用い
てエツチングし、幅200μm深さ5μmの溝を形成す
る。次に、この5i02膜をマスクとして利用し、液相
成長法又は気相成長法又は分子線成長法により、n −
1nPからなる第1のバッファー層11(厚さ1.0μ
m、キャリア濃度1 X 10 ”Ca1−’) 、n
−1nPからなる第2のバッファー層12(厚さ0.
5μm、キャリア濃度5X10 ”Ca1−3) 、
n −1110,7C110,53Allからなる光吸
収層13(厚さ2.5μm、キャリア濃度5 X 10
層gcI11−’ ) 、n −1nPからなるウィン
ドウ層14(厚さ1.0μm、キャリア濃度I X 1
016cm−3)を溝内に選択的に成長させる。次にウ
ィンドウ層14の表面から選択的に亜鉛を拡散してp形
反転領域15をウィンドウ層中に形成する。p形反転領
域15の周囲を囲むようにアモルファスシリコン(屈折
率3.4、厚さ96nm)と5i02(屈折率!、52
、厚さ214nm)の4層の多層膜からなる高反射鏡1
6を形成する。この場合反射率は98%となる。更に、
受光面にSiNxからなる無反射膜17(厚さ200n
m)を形成後、^uGeNiからなるn電極18、Au
Znからなるp電極19、^u/T iからなる配線2
0とポンディングパッド21を形成し、半導体受光素子
が完成する。
第2図は、第2の実施例の主要部を示す断面図である。
この実施例は第1の実施例である半導体受光素子を光素
子集積回路に適用したものである。この実施例の製造方
法について説明する。第1の実施例と同様にして半導体
受光素子の結晶成長を行った後、5i02膜をマスクと
して用いて半絶縁性半導体基板10を深さ1μmμmフ
ェッチバック気相成長法又は分子線成長法によりノシド
ープGaAsからなる第3のバッファー層22(厚さ1
μm ) 、n−GaAsからなるチャネル層23(厚
さ0.4 μm、 n = I X 10 ”C11−
’)を成長させる。
子集積回路に適用したものである。この実施例の製造方
法について説明する。第1の実施例と同様にして半導体
受光素子の結晶成長を行った後、5i02膜をマスクと
して用いて半絶縁性半導体基板10を深さ1μmμmフ
ェッチバック気相成長法又は分子線成長法によりノシド
ープGaAsからなる第3のバッファー層22(厚さ1
μm ) 、n−GaAsからなるチャネル層23(厚
さ0.4 μm、 n = I X 10 ”C11−
’)を成長させる。
チャネル層23を選択的にエツチング除去しFET形成
領域を区画する。第1の実施例の半導体受光素子の製造
プロセスの他、^uGeNiからなるソース電極24、
ドレイン電極25 、Ti/Pt/Auからなるゲート
電極26を形成し、第2の実施例である光電子集積回路
が完成する。
領域を区画する。第1の実施例の半導体受光素子の製造
プロセスの他、^uGeNiからなるソース電極24、
ドレイン電極25 、Ti/Pt/Auからなるゲート
電極26を形成し、第2の実施例である光電子集積回路
が完成する。
この様に、受光面の周囲を誘電体多層膜からなる高反射
鏡で囲むことにより、迷光は高反射鏡で反射され受光面
以外での光吸収がなくなる。空乏層の外部での光吸収が
ないため光キャリアの拡散電流がなくなる。この高反射
鏡は誘電体であるので受光素子層との間に余分な容量が
発生しない。
鏡で囲むことにより、迷光は高反射鏡で反射され受光面
以外での光吸収がなくなる。空乏層の外部での光吸収が
ないため光キャリアの拡散電流がなくなる。この高反射
鏡は誘電体であるので受光素子層との間に余分な容量が
発生しない。
従って、光応答がほぼ空乏層内部で生じた光キャリアの
走行時間で決まる超高速な受光素子が実現できる。さら
にこの受光素子を光電子集積回路に適用すると、さらな
る高速高感度な受光素子が実現できる。
走行時間で決まる超高速な受光素子が実現できる。さら
にこの受光素子を光電子集積回路に適用すると、さらな
る高速高感度な受光素子が実現できる。
尚、上記の実施例に於いては寸法例も示したが、結晶成
長の様子は成長法・条件等で大幅に変化するからそれら
と共に適切な寸法を採用すべきことは言うまでもない、
又、電極金属・配線金属の種類に関して制限はない。半
導体受光素子はPINフォトダイオードに限らずアバラ
ンシフォトダイオード(APD)等、他のタイプの受光
素子であってもよい。また電子素子に関してもMESF
ETの他MI 5FET、HEMT、HBT等でもよい
。
長の様子は成長法・条件等で大幅に変化するからそれら
と共に適切な寸法を採用すべきことは言うまでもない、
又、電極金属・配線金属の種類に関して制限はない。半
導体受光素子はPINフォトダイオードに限らずアバラ
ンシフォトダイオード(APD)等、他のタイプの受光
素子であってもよい。また電子素子に関してもMESF
ETの他MI 5FET、HEMT、HBT等でもよい
。
以上詳述したように、本発明によれば、半絶縁性半導体
基板上に形成された半導体層を含んでなる受光素子に於
いて、前記半導体層の一部に選択的に形成された受光面
が誘電体からなる高反射鏡で囲まれていることによって
迷光による拡散電流がなくなり且つ寄生容量の増加がな
いため、光応答がほぼ空乏層内部で生じた光キャリアの
走行時間で決まる超高速な受光素子が実現できる。
基板上に形成された半導体層を含んでなる受光素子に於
いて、前記半導体層の一部に選択的に形成された受光面
が誘電体からなる高反射鏡で囲まれていることによって
迷光による拡散電流がなくなり且つ寄生容量の増加がな
いため、光応答がほぼ空乏層内部で生じた光キャリアの
走行時間で決まる超高速な受光素子が実現できる。
第1図(a)は本発明の第1の実施例の主要部を示す受
光素子の平面図、第1図(b)は第1図(a)のA−A
線断面図である。第2図は、第2の実施例の主要部を示
す断面図である。第3図は従来例の受光素子の斜視図で
ある。 10・・・半絶縁性半導体基板11・・・第1のバッフ
ァー層、12・・・第2のバッファー層、13・・・光
吸収層、14・・・ウィンドウ層、15・・・p形反転
領域、16・・・高反射鏡、17・・・無反射膜、18
・・・n電極、19・・・p電極、20・・・配線、2
1・・・ポンデイグバッド、22・・・第3のバッファ
ー層、23・・・チャネル層、24・・・ソース電極、
25・・・ドレイン電極、26・・・ゲート電極。 代理人 弁理士 内 原 晋 (b) 肩 図 肩 図
光素子の平面図、第1図(b)は第1図(a)のA−A
線断面図である。第2図は、第2の実施例の主要部を示
す断面図である。第3図は従来例の受光素子の斜視図で
ある。 10・・・半絶縁性半導体基板11・・・第1のバッフ
ァー層、12・・・第2のバッファー層、13・・・光
吸収層、14・・・ウィンドウ層、15・・・p形反転
領域、16・・・高反射鏡、17・・・無反射膜、18
・・・n電極、19・・・p電極、20・・・配線、2
1・・・ポンデイグバッド、22・・・第3のバッファ
ー層、23・・・チャネル層、24・・・ソース電極、
25・・・ドレイン電極、26・・・ゲート電極。 代理人 弁理士 内 原 晋 (b) 肩 図 肩 図
Claims (1)
- 半絶縁性半導体基板上に形成された半導体層を含んでな
る半導体受光素子に於いて、前記半導体層の一部に形成
された受光面が誘電体多層膜からなる高反射鏡で囲まれ
てい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 |
---|---|---|---|
JP1019140A JPH02199876A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1019140A JPH02199876A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02199876A true JPH02199876A (ja) | 1990-08-08 |
Family
ID=11991149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1019140A Pending JPH02199876A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02199876A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000156520A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
KR100520626B1 (ko) * | 2002-12-05 | 2005-10-10 | 삼성전자주식회사 | 핀 구조의 포토다이오드 |
JP2008047580A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1019140A patent/JPH02199876A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000156520A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
KR100520626B1 (ko) * | 2002-12-05 | 2005-10-10 | 삼성전자주식회사 | 핀 구조의 포토다이오드 |
JP2008047580A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
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