JPH02228077A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH02228077A JPH02228077A JP1048019A JP4801989A JPH02228077A JP H02228077 A JPH02228077 A JP H02228077A JP 1048019 A JP1048019 A JP 1048019A JP 4801989 A JP4801989 A JP 4801989A JP H02228077 A JPH02228077 A JP H02228077A
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Landscapes
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Element Separation (AREA)
- 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、コヒーレント光通信システムの主構成要素と
なる半導体受光素子の改良に関する。
なる半導体受光素子の改良に関する。
(従来の技術)
コヒーレント光通信システムは、光の周波数や位相の情
報を用い直接検波システムと比べて論理上10〜20d
Bの感度改善が見込まれるので、将来の光通信システム
として有望視されている。
報を用い直接検波システムと比べて論理上10〜20d
Bの感度改善が見込まれるので、将来の光通信システム
として有望視されている。
その中で、デュアルバランス型受光素子は、局発光強度
雑音の抑圧が可能となるから、コヒーレント光通信用受
光素子として期待されている。局発光強度雑音をより効
果的に抑圧するためには、デュアルバランス型受光素子
を構成する2つのフォトダイオードの受光電流振幅と遅
延時間が等しいことが重要である。そのためには2つの
フォトダイオードにおいて、量子効率・容量・暗電流等
の特性が等しい必要がある。
雑音の抑圧が可能となるから、コヒーレント光通信用受
光素子として期待されている。局発光強度雑音をより効
果的に抑圧するためには、デュアルバランス型受光素子
を構成する2つのフォトダイオードの受光電流振幅と遅
延時間が等しいことが重要である。そのためには2つの
フォトダイオードにおいて、量子効率・容量・暗電流等
の特性が等しい必要がある。
これまでの報告例として、B、L。
Kasperらによりエレクトロニクス・レターズ誌(
Electronics Lettars、vol、2
2.No。
Electronics Lettars、vol、2
2.No。
8、pp、413−415.1986)、又0.War
dらにより同誌(Electronics Lette
rs、vol、24.No、9.pp、514−516
.1988)に詳しい記載がある。Kasperらのデ
ュアルバランス型受光素子は、特性がそろった二つのP
INフォトダイオードを用いているが個別素子のハイブ
リット実装であるから、パッケージ容量などの寄生容量
が存在し入力容量は1.2pFと大きい。このためCR
帯域によりその動作速度はI G b / s程度に制
限されていた。
dらにより同誌(Electronics Lette
rs、vol、24.No、9.pp、514−516
.1988)に詳しい記載がある。Kasperらのデ
ュアルバランス型受光素子は、特性がそろった二つのP
INフォトダイオードを用いているが個別素子のハイブ
リット実装であるから、パッケージ容量などの寄生容量
が存在し入力容量は1.2pFと大きい。このためCR
帯域によりその動作速度はI G b / s程度に制
限されていた。
一方、W a d aは動作速度に関するその制限域を
拡張するために二つのPINフォトダイオードを同一基
板上にモノリシック集積することを試み、0.3pFの
低容量化と量子効率のばらつき土1.5%を得、4.2
Gb/sめ動作速度まで15dB以上の局発光強度雑音
の抑圧を実現した。
拡張するために二つのPINフォトダイオードを同一基
板上にモノリシック集積することを試み、0.3pFの
低容量化と量子効率のばらつき土1.5%を得、4.2
Gb/sめ動作速度まで15dB以上の局発光強度雑音
の抑圧を実現した。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、第2図に示すようにW a d aらの
従来例に於いては、モノリシック集積により容量の低減
を図りながら容量と量子効率の均一化を実現しているも
のの、暗電流のばらつきが大きいという欠点があった。
従来例に於いては、モノリシック集積により容量の低減
を図りながら容量と量子効率の均一化を実現しているも
のの、暗電流のばらつきが大きいという欠点があった。
逆方向電圧10vにおける二つのフォトダイオードの暗
電流は120nAと3.8nAであり、この差はおもに
分離溝を流れるリーク電流による。従来例では、半絶縁
性InP基板に達する分離溝を形成しその上をSiNx
からなる保M膜で覆い素子分離を行っているが、InP
とSiNxの界面は電気的に不安定であり界面単位を介
して電流が流れやすいことが主な原因である。フォトダ
イオードの暗電流にばらつきがあると、局発光強度雑音
の抑圧が不十分となる。その結果、受信感度の劣化が生
じ素子の高性能化に限界があった。
電流は120nAと3.8nAであり、この差はおもに
分離溝を流れるリーク電流による。従来例では、半絶縁
性InP基板に達する分離溝を形成しその上をSiNx
からなる保M膜で覆い素子分離を行っているが、InP
とSiNxの界面は電気的に不安定であり界面単位を介
して電流が流れやすいことが主な原因である。フォトダ
イオードの暗電流にばらつきがあると、局発光強度雑音
の抑圧が不十分となる。その結果、受信感度の劣化が生
じ素子の高性能化に限界があった。
本発明の目的は、これらの欠点を除去し二つのフォトダ
イオードの暗電流が少なく且つ等しい高性能なデュアル
バランス型受光素子を提供することにある。
イオードの暗電流が少なく且つ等しい高性能なデュアル
バランス型受光素子を提供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明は、InP系半導体からなる複数のフォトダイオ
ードが半絶縁性1nP基板上に形成されている半導体受
光素子に於いて、隣接する前記フォトダイオードの間に
前記半絶縁性1nP基板に達する分離溝があり、前記分
離溝上にGaAs又はAlGaAsからなる高抵抗半導
体層が形成されていることを特徴とするものである。
ードが半絶縁性1nP基板上に形成されている半導体受
光素子に於いて、隣接する前記フォトダイオードの間に
前記半絶縁性1nP基板に達する分離溝があり、前記分
離溝上にGaAs又はAlGaAsからなる高抵抗半導
体層が形成されていることを特徴とするものである。
(作用)
InPとG a A s又はAlGaAsの界面は電気
的に安定であり、GaAs又はAlGaAsとSiNx
の界面も電気的に安定である。半絶縁性1nP基板に達
する分離溝上にGaAs又はAlGaAsからなる高抵
抗半導体層を形成することによって、InPの界面準位
を介してのリーク電流がなくなる。したがって、本発明
によりフォトダイオードの暗電流が少なくかつ等しい高
性能なデュアルバランス型受光素子が得られる。
的に安定であり、GaAs又はAlGaAsとSiNx
の界面も電気的に安定である。半絶縁性1nP基板に達
する分離溝上にGaAs又はAlGaAsからなる高抵
抗半導体層を形成することによって、InPの界面準位
を介してのリーク電流がなくなる。したがって、本発明
によりフォトダイオードの暗電流が少なくかつ等しい高
性能なデュアルバランス型受光素子が得られる。
(実施例)
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)は同図(a)の受光素子
の等価回路図、第1図(c)は第1図(a)のA−A線
矢視断面図である。但し、第1図(a)におけるA−A
線は、基板10の表面に平行であって、P電極20の中
線を通る線である。
光素子の平面図、第1図(b)は同図(a)の受光素子
の等価回路図、第1図(c)は第1図(a)のA−A線
矢視断面図である。但し、第1図(a)におけるA−A
線は、基板10の表面に平行であって、P電極20の中
線を通る線である。
この実施例では、FeドープのIr1P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
、ウィンド層14を含んでなるPINフォトダイオード
の間に、半絶縁性InP基板10に達する分離溝15が
あり、その分離溝15上にGaAs又はAlGaAsか
らなる高抵抗半導体116が形成されているものである
。
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
、ウィンド層14を含んでなるPINフォトダイオード
の間に、半絶縁性InP基板10に達する分離溝15が
あり、その分離溝15上にGaAs又はAlGaAsか
らなる高抵抗半導体116が形成されているものである
。
次に、この実施例の製造方法について説明する。
Feドープの半絶縁性1nP基板10上に、液相成長法
、気相成長法又は分子線成長法によりn−InPからな
る第1のバッファー層11(厚さ1.0)tm、キャリ
ア濃度1 x 1017cn−’)、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5 x 10 ”cm−’)、n I n 0.
47G a o、 ssA Sからなる光吸収層13(
厚さ2.5μm、キャリア濃度5 X 101Scn−
’)InPからなるウィンドウ層14(厚さ160μm
、キャリア濃度1 x 1016cIl−’)を成長さ
せる0次に、通常のフォトリソグラフィーとエツチング
技術により、選択的にウィンドウ層14、光吸収層13
、第2のバッファー層12、第1のバッファー層11を
除去して分離溝15を形成する。
、気相成長法又は分子線成長法によりn−InPからな
る第1のバッファー層11(厚さ1.0)tm、キャリ
ア濃度1 x 1017cn−’)、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5 x 10 ”cm−’)、n I n 0.
47G a o、 ssA Sからなる光吸収層13(
厚さ2.5μm、キャリア濃度5 X 101Scn−
’)InPからなるウィンドウ層14(厚さ160μm
、キャリア濃度1 x 1016cIl−’)を成長さ
せる0次に、通常のフォトリソグラフィーとエツチング
技術により、選択的にウィンドウ層14、光吸収層13
、第2のバッファー層12、第1のバッファー層11を
除去して分離溝15を形成する。
この時InPのエツチングには塩酸・燐酸の混合液をI
nGaAsには硫酸・過酸化水素水・水の混合液を用い
た。さらにMOVPE又はMBE法をもちいて分離溝1
5上にG a A s又はAlGaAsからなる高抵抗
半導体層16(厚さ1゜0μm、ノンドープ)を選択的
に形成する。
nGaAsには硫酸・過酸化水素水・水の混合液を用い
た。さらにMOVPE又はMBE法をもちいて分離溝1
5上にG a A s又はAlGaAsからなる高抵抗
半導体層16(厚さ1゜0μm、ノンドープ)を選択的
に形成する。
次に、通常のフォトリソグラフィー技術及び亜鉛拡散法
を用いて、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17(拡散径30μm)を形成す
る。更に、ウェハ全面にSiNxからなる保護膜18(
厚さ200nm)を形成後、A u G e N iか
らなるn電!#119、AuZnからなるP電極20、
Au/Tiからなる配置121とポンディングパッド2
2を形成し、半導体受光素子が完成する。
を用いて、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17(拡散径30μm)を形成す
る。更に、ウェハ全面にSiNxからなる保護膜18(
厚さ200nm)を形成後、A u G e N iか
らなるn電!#119、AuZnからなるP電極20、
Au/Tiからなる配置121とポンディングパッド2
2を形成し、半導体受光素子が完成する。
この様に隣接するフォトダイオードの間に半絶縁性rn
P基板に達する分離溝15を設け、その分離溝15上に
GaAs又はAlGaAsからなる高抵抗半導体層16
を形成することによって分離溝15を通るリーク電流が
なくなる。したがって、隣接する二つのフォトダイオー
ドの暗電流が少なくかつ等しい高性能なデュアルバラン
ス型受光素子が実現できる。
P基板に達する分離溝15を設け、その分離溝15上に
GaAs又はAlGaAsからなる高抵抗半導体層16
を形成することによって分離溝15を通るリーク電流が
なくなる。したがって、隣接する二つのフォトダイオー
ドの暗電流が少なくかつ等しい高性能なデュアルバラン
ス型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
長の様子は成長法や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いうまでもない。
長の様子は成長法や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いうまでもない。
また、本発明では電極金属、配線金属の種類に関して制
限はない。
限はない。
(発明の効果)
以上に詳述したように、本発明によれば、隣接するフォ
トダイオードの間に半絶縁性InP基板に達する分離溝
を設け、その分離溝上にGaAs又はAlGaAsから
なる高抵抗半導体層を形成することによって分離溝を通
るリーク電流がなくなるから、隣接する二つのフォトダ
イオードの暗電流が少なくかつ等しくなる。従って、本
発明の採用により高性能なデュアルバランス型受光素子
が実現できる。
トダイオードの間に半絶縁性InP基板に達する分離溝
を設け、その分離溝上にGaAs又はAlGaAsから
なる高抵抗半導体層を形成することによって分離溝を通
るリーク電流がなくなるから、隣接する二つのフォトダ
イオードの暗電流が少なくかつ等しくなる。従って、本
発明の採用により高性能なデュアルバランス型受光素子
が実現できる。
ニ
第1図(a>は本発明の一実施例の主要部を示す受光素
子の平面図、第1図(b)は同図(a)の受光素子の等
価回路図、第1図(C)は同図(aンのA−Af!矢視
断面図である。第2図は従来例の受光素子の斜視図であ
る。 10・・・半絶縁性InP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・・・はウィンドウ層、15・・・分離
溝、16・・・は高抵抗半導体層、17・・・p形反転
領域、18・・・i護膜、19・・・n電極、20・・
・P電極、21・・・配線、22・・・ポンディングパ
ッド。 (a) (b)
子の平面図、第1図(b)は同図(a)の受光素子の等
価回路図、第1図(C)は同図(aンのA−Af!矢視
断面図である。第2図は従来例の受光素子の斜視図であ
る。 10・・・半絶縁性InP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・・・はウィンドウ層、15・・・分離
溝、16・・・は高抵抗半導体層、17・・・p形反転
領域、18・・・i護膜、19・・・n電極、20・・
・P電極、21・・・配線、22・・・ポンディングパ
ッド。 (a) (b)
Claims (1)
- InP系半導体からなる複数のフォトダイオードが半絶
縁性InP基板上に形成されている半導体受光素子に於
いて、隣接する前記フォトダイオードの間に前記半絶縁
性InP基板に達する分離溝があり、前記分離溝上にG
aAs又はAlGaAsからなる高抵抗半導体層が形成
さ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 |
---|---|---|---|
JP1048019A JPH02228077A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1048019A JPH02228077A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02228077A true JPH02228077A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12791599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1048019A Pending JPH02228077A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02228077A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002343951A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体装置 |
US9640703B2 (en) * | 2004-10-25 | 2017-05-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Avalanche photodiode |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP1048019A patent/JPH02228077A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002343951A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体装置 |
JP4703031B2 (ja) * | 2001-05-18 | 2011-06-15 | Okiセミコンダクタ株式会社 | 化合物半導体装置 |
US9640703B2 (en) * | 2004-10-25 | 2017-05-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Avalanche photodiode |
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