JPH0228383A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0228383A
JPH0228383A JP88170958A JP17095888A JPH0228383A JP H0228383 A JPH0228383 A JP H0228383A JP 88170958 A JP88170958 A JP 88170958A JP 17095888 A JP17095888 A JP 17095888A JP H0228383 A JPH0228383 A JP H0228383A
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hetero
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崇郎 黒田
Takao Miyazaki
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Toshihiro Ono
智弘 大野
Tadashi Fukuzawa
董 福沢
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
Yoko Uchida
陽子 内田
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Abstract

PURPOSE:To obtain OEIC structure for light receiving that the responsiveness of light carriers for long wave length (1.3-1.5mum) is high-speed by doing growth in double-hetero structure on a semi-insulating substrate so as to provide a hetero MSM(Metal-semiconductor-Metal) photodiode and a hetero MESFET (Shottky gate FET). CONSTITUTION:Inside multilayer heteroepitaxial layers 41, 34, 35, 41', 34' and 35' which are formed in the crystal growth of one time on a semi-insulating compound semiconductor substrate 33 and are isolated in island shapes, a hetero Shottky photodiode 31 as a light receiving element and a hetero Shottkly gate field-effect transistor 32 as an active element are formed, respectively. And elements are integrated monolithically and an OEIC(Opt-Electronic IC) for light receiving is constituted. Hereby. OEIC structure for light receiving can be obtained which can be used for long wave length (1.3-1.5#Xm), and which can be made in the crystal growth of one time, and that the MSM photodiode and the MESFET are both in planer structure, and that dark currents are small, and that the responsiveness of light carriers is high-speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に、化合物半導体を用
いた光検出器(受光素子)と、トランジスタ等の電気能
動素子を同一の半絶縁性化合物半導体基板上にモノリシ
ック集積した光集積素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, a photodetector (light receiving element) using a compound semiconductor and an electrically active element such as a transistor are connected to the same semi-insulated semiconductor device. The present invention relates to an optical integrated device monolithically integrated on a chemical compound semiconductor substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光フアイバ通信の普及に伴い、光検出器と増幅回路とを
一体化した受光集積回路によるコスト低減と、動作の高
速化をめざした開発が国内外で活発に進められている。
With the spread of optical fiber communications, efforts are being made domestically and internationally to reduce costs and increase the speed of operation using photodetector integrated circuits that integrate photodetectors and amplifier circuits.

従来、pin型ホトダイオードとFET (電界効果ト
ランジスタ)回路とをモノリシック集積した、いわゆる
pinFET(ビンフェット)が主として試作されてき
た。しかし、pin型ホトダイオードは、数μmの厚さ
の成長層を有し、電流が基板に対して垂直方向に流れる
素子であるのに対して、電界効果トランジスタは、高々
0.3μmの厚さの成長層で、電流が基板に対して水平
方向に流れる素子であるので、通常は2回以上の結晶成
長が必要である。また、ホトリソグラフィーにおける制
約のため、基板表面の段差を小さく抑える必要がある等
、製造上の困難が大きかった。
Conventionally, so-called pinFETs, which are monolithically integrated pin-type photodiodes and FET (field effect transistor) circuits, have mainly been prototyped. However, whereas a pin-type photodiode has a growth layer several μm thick and current flows perpendicularly to the substrate, a field-effect transistor has a growth layer with a thickness of at most 0.3 μm. Since this is a growth layer and is an element in which current flows horizontally with respect to the substrate, crystal growth is usually required two or more times. Further, due to limitations in photolithography, it was necessary to keep the level difference on the substrate surface small, which caused great difficulties in manufacturing.

この点を改善した巧妙な構造として、ショットキー型の
ホトダイオード(以下、メタル・セミコンダクター・メ
タル(Metal−S emiconductor−M
etal)を略してMSMホトダイオードと称す)と、
ショットキーゲートFET (いわゆるMESFET)
を半絶縁性G a A s基板上にモノリシック集積化
した受光用OEIC(オプト・エレクトロニック・アイ
・シー(Opt−Electronic I C))が
提案されている。(エム・イトー他によるアプライド・
フィジックス・レターズ47 (1985年)第112
9頁(M、 Ito atal、 Appl、  Ph
ys、  Lett。
A clever structure that improves this point is a Schottky-type photodiode (hereinafter referred to as Metal-Semiconductor-M).
etal) is abbreviated as MSM photodiode),
Schottky gate FET (so-called MESFET)
A light-receiving OEIC (Opto-Electronic IC), which is monolithically integrated on a semi-insulating GaAs substrate, has been proposed. (Applied by M. Ito et al.
Physics Letters 47 (1985) No. 112
9 pages (M, Ito atal, Appl, Ph
ys, Lett.

47 (1985) p、1129) 第2図(a)は、上記文献に記載された従来の受光用0
EICの断面模式図、第2図(b)は、第2図(a)の
MSMホトダイオードを動作させるときのエネルギーバ
ンド状態を示す図である。
47 (1985) p, 1129) Figure 2 (a) shows the conventional light receiving 0
A schematic cross-sectional view of the EIC, FIG. 2(b), is a diagram showing the energy band state when the MSM photodiode of FIG. 2(a) is operated.

21はMSMホトダイオード、22はMESFET、2
3は半絶縁性G a A s基板、24はMSMホトダ
イオード21の高抵抗G a A s光吸収層、24′
は高抵抗GaAs光吸収暦24と同時に1回のエピタキ
シャル結晶成長で形成されたMESFET22の高抵抗
G a A s能動層、25はn型GaAs活性層、2
6は例えばAQからなるショットキー電極、26′はシ
ョットキーゲート電極。
21 is an MSM photodiode, 22 is a MESFET, 2
3 is a semi-insulating GaAs substrate, 24 is a high resistance GaAs light absorption layer of the MSM photodiode 21, 24'
2 is a high resistance GaAs active layer of the MESFET 22 formed by one epitaxial crystal growth at the same time as the high resistance GaAs optical absorption calendar 24; 25 is an n-type GaAs active layer;
6 is a Schottky electrode made of AQ, for example, and 26' is a Schottky gate electrode.

27はショットキー電極26の負(−)側電極、28は
ショットキー電極26の正(+)側電極、29はソース
・オーミック電極、30はドレイン・オーミック電極で
ある。これらのオーミック電極は、例えばA u G 
e / N i / A uからなる。
27 is a negative (-) side electrode of the Schottky electrode 26, 28 is a positive (+) side electrode of the Schottky electrode 26, 29 is a source ohmic electrode, and 30 is a drain ohmic electrode. These ohmic electrodes are, for example, A u G
It consists of e/Ni/Au.

この構造を実現するには、1回の結晶成長を行なえばよ
く、また、MSMホトダイオード21とMESFET2
2の両者共プレーナ構造であり、微細化に適する等大き
な利点を有する。
To realize this structure, only one crystal growth is required, and the MSM photodiode 21 and MESFET 2
Both of them have a planar structure and have great advantages such as being suitable for miniaturization.

MSMホトダイオード21のショットキー電極26とし
ては、一般にいわゆる指を組み合せた形状のインターデ
ィジタル型電極構造を用い、一方のショットキー電極2
8に(+)、他方のショットキー電極27に(−)のバ
イアス電圧を印加して、第2図(b)に示すようなエネ
ルギーバンド状態で動作させる。
As the Schottky electrode 26 of the MSM photodiode 21, an interdigital electrode structure having a so-called interdigitated finger shape is generally used.
A (+) bias voltage is applied to the Schottky electrode 8 and a (-) bias voltage is applied to the other Schottky electrode 27 to operate in an energy band state as shown in FIG. 2(b).

GaAs層のショットキー電極では、n型のショットキ
ー障壁φ。が約0.8V、p型のショットキー障壁φ、
が約0.6vと高いために、高いバイアス電圧下でもシ
ョットキー電極からの電子、正孔の注入が無視できて、
暗電流の小さい低雑音検出器となる。
In the Schottky electrode of the GaAs layer, there is an n-type Schottky barrier φ. is about 0.8V, p-type Schottky barrier φ,
Since the voltage is as high as approximately 0.6V, the injection of electrons and holes from the Schottky electrode can be ignored even under high bias voltage.
It becomes a low noise detector with small dark current.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

第2図に示した従来構造の唯一の難点は、GaAsのエ
ネルギーバンドギャップが大きいため、現在の光フアイ
バ通信で通常用いられている波長1.3〜1.5μl帯
に感度が無いことである。
The only drawback of the conventional structure shown in Figure 2 is that, due to the large energy bandgap of GaAs, it is not sensitive to the 1.3-1.5 μl wavelength band normally used in current optical fiber communications. .

波長1.3〜1.5μm帯に感度を持たせるためには、
GaAs基板の代わりにInP基板を用い、その上に結
晶成長させたI n G a A s層を光検出部(光
吸収層)とする構造が理想的であるが、InG a A
 s層は、n型のショットキー障壁φ。が約0.3V、
p型のショットキー障壁φ、が約0.45VLかなく、
このままではリーク電流が大き過ぎて、MSMホトダイ
オードも、MESFETも作製することは不可能である
In order to have sensitivity in the wavelength band of 1.3 to 1.5 μm,
The ideal structure would be to use an InP substrate instead of a GaAs substrate and use an InGaAs layer grown as a photodetector (light absorption layer) on the InP substrate.
The s layer is an n-type Schottky barrier φ. is about 0.3V,
The p-type Schottky barrier φ is about 0.45VL,
If this continues, the leakage current will be too large, making it impossible to fabricate either an MSM photodiode or a MESFET.

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、■長波長(1
,3〜1.5μm)用のp 1nFETであり、■1回
の結晶成長で作製でき、■MSMホトダイオードおよび
MESFETの両者共プレーナ構造であり、■暗電流が
小さく(すなわち、実効的なn型のショットキー障壁φ
netaが高く)、■光キャリアの応答性が高速である
、受光用0EIC構造を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above problems and
, 3 to 1.5 μm), ■ Can be fabricated with one crystal growth, ■ Both the MSM photodiode and MESFET have a planar structure, and ■ Has a small dark current (i.e., an effective n-type Schottky barrier φ
(1) The object of the present invention is to provide a light-receiving 0EIC structure in which the response of optical carriers is high.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

半絶縁性InP基板上にアンドープInAl2Asバッ
ファ層、n型I nGaAs層(不純物濃度0.5X1
017〜3 Xl017an−3) 、  I n A
 Q A sキャップ層を次々に成長したダブルへテロ
構造の成長を行なって、第3図(a)に示す構造を作製
した。本図は、本発明の基本構造を説明するための断面
図である。第3図(b)は、第3図(a)のへテロMS
Mホトダイオードの動作時のエネルギーバンド図である
An undoped InAl2As buffer layer and an n-type InGaAs layer (impurity concentration 0.5x1) are formed on a semi-insulating InP substrate.
017-3 Xl017an-3), I n A
A double heterostructure in which QAs cap layers were grown one after another was grown to produce the structure shown in FIG. 3(a). This figure is a sectional view for explaining the basic structure of the present invention. Figure 3(b) shows the hetero MS of Figure 3(a).
FIG. 3 is an energy band diagram during operation of an M photodiode.

31はへテロMSMホトダイオード、32はへテロME
SFET、33は半絶縁性InP基板、41.41′は
それぞれアンドープI nAQAsバッファfm、34
はへテロMSMホトダイオード31のn型I nGaA
s光吸収層、34′はへテロMESFET32のn型I
 nGaAs能動層、35.35′はそれぞれアンドー
プI n A Q A sキャップ層、36はショット
キー電極、36′はショットキーゲート電極、37はシ
ョットキー36の(−)側電極、38はショットキー電
極36の(+)側電極、39はソース・オーミック電極
、40はドレイン・オーミック電極である。
31 is a hetero MSM photodiode, 32 is a hetero ME
SFET, 33 is a semi-insulating InP substrate, 41.41' is an undoped I nAQAs buffer fm, 34
is the n-type I nGaA of the hetero MSM photodiode 31.
s light absorption layer, 34' is n-type I of hetero MESFET 32
nGaAs active layer, 35 and 35' are respectively undoped InAQAs cap layers, 36 is a Schottky electrode, 36' is a Schottky gate electrode, 37 is the (-) side electrode of the Schottky 36, and 38 is a Schottky The (+) side electrode of the electrode 36, 39 is a source ohmic electrode, and 40 is a drain ohmic electrode.

表面のアンドープI nAQAsキャップi35.35
′は、n型のショットキー障壁φ、が約0.6V、p型
のショットキー障壁φPが約0.8vとI n G a
Asよりも十分高いために、比較的良好なペテロMES
FETと、ペテロMSMホトダイオードを作製すること
ができる。この場合のへテロM、 S Mホトダイオー
ドの動作状態でのエネルギーバンド図を第3図(b)に
示す。
Surface undoped I nAQAs cap i35.35
', the n-type Schottky barrier φ is about 0.6V, the p-type Schottky barrier φP is about 0.8V, and InGa
Peter MES is relatively good because it is sufficiently higher than As.
FETs and Peter MSM photodiodes can be made. The energy band diagram of the hetero M, SM photodiode in this case in its operating state is shown in FIG. 3(b).

図の両端のショットキー電極37.38からの電子およ
び正孔の注入を防ぐことにより、暗電流を防ぐことがで
きる。しかし、数ギガビット/秒以上の高速の光パルス
が入射した場合、中央のInGaAsj134で発生し
た電子および正孔は、InAlAs層とI nGaAs
層がつくる伝導帯の障壁ΔEcが約0.5V、価電子帯
の障壁ΔEυが約0.2vと大きいため、これらのへテ
ロ界面に蓄積されて、高速動作に支障のあることがわか
った。
By preventing the injection of electrons and holes from the Schottky electrodes 37 and 38 at both ends of the figure, dark current can be prevented. However, when a high-speed optical pulse of several gigabits/second or more is incident, the electrons and holes generated in the central InGaAsj 134 are transferred to the InAlAs layer and the InGaAs layer.
It was found that because the conduction band barrier ΔEc created by the layer is about 0.5V and the valence band barrier ΔEυ is about 0.2V, it accumulates at these hetero-interfaces and impedes high-speed operation.

この点を解決するためには、第4図に示すような非対称
へテロショットキー型構造にするのが理想的である。図
に示すように、n型のショットキー障壁φ。、p型のシ
ョットキー障壁φ、は電子。
In order to solve this problem, an asymmetric hetero-Schottky structure as shown in FIG. 4 is ideal. As shown in the figure, an n-type Schottky barrier φ. , p-type Schottky barrier φ, is an electron.

正孔の注入を防ぐことができるくらい十分高く、かつ、
伝導帯の障壁ΔEc、価電子帯の障壁ΔEυは十分低く
、キャリアの蓄積が防止される。
high enough to prevent hole injection, and
The conduction band barrier ΔEc and the valence band barrier ΔEυ are sufficiently low to prevent carrier accumulation.

しかし、InP基板上に格子整合して成長される化合物
半導体において、このような理想的な組合せのものは存
在しない。そこで本発明では、例えば第5図に示すよう
に、(−)側のへテロ障壁として(p+/i)型(上層
/下層)InAI2Asキャップ層を用いて該キャップ
層にショットキー電極を付け、(+)側には、この(p
t/i)型I n A Q A s層を選択エツチング
により除去したn型I nGaAs層自体にオーミック
電極を付けた構造を用いることにより、上記の問題点を
解決した。
However, such an ideal combination does not exist in a compound semiconductor grown on an InP substrate with lattice matching. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5, for example, a (p+/i) type (upper layer/lower layer) InAI2As cap layer is used as a (-) side heterobarrier, and a Schottky electrode is attached to the cap layer. On the (+) side, this (p
The above problem was solved by using a structure in which an ohmic electrode was attached to the n-type InGaAs layer itself, in which the t/i)-type InAQAs layer was removed by selective etching.

〔作用〕[Effect]

例えば、このような構造では、pすin型のへテロエネ
ルギーバンド構造となって、実効的なn型のショットキ
ー障壁の高さφne11は、InAlAsのエネルギー
バンドギャップとほぼ等しく1.4vとなり、きわめて
大きく、電子の注入による暗電流を完全に防止できる。
For example, in such a structure, it becomes a p-in type hetero energy band structure, and the effective n-type Schottky barrier height φne11 is 1.4 V, which is almost equal to the energy band gap of InAlAs. It is extremely large and can completely prevent dark current caused by electron injection.

一方、I nGaAs1へのp型のショットキー障壁φ
、は、約0.45Vで、正孔の注入による暗電流の防止
に十分役立つ。このように、逆耐圧が著しく増加して、
高い電圧を印加できるようになることから、光吸収によ
り生じた正孔は、十分ホットなキャリアに加速されてI
 nAQAs/I nGaAs界面にトラップされるこ
となく、きわめて速やかに(−)側ffi極に流れるこ
とができるようになり、動作が高速でしかも高感度な受
光用OEICが実現できる。
On the other hand, the p-type Schottky barrier φ to InGaAs1
, is approximately 0.45V, which is sufficient to prevent dark current due to hole injection. In this way, the reverse breakdown voltage increases significantly,
Since it becomes possible to apply a high voltage, holes generated by light absorption are accelerated by sufficiently hot carriers and become I
It is now possible to flow extremely quickly to the (-) side ffi pole without being trapped at the nAQAs/InGaAs interface, making it possible to realize a light-receiving OEIC that operates at high speed and has high sensitivity.

すなわち、このような構造の0EICは、■長波長(1
,3〜1.5μm)用のpinFETであり、■1回の
結晶成長で作製でき、■へテロMSMホトダイオードお
よびヘテロMESFETの両者共プレーナ構造であり、
■暗電流が小さく(すなわち、実効的なn型のショット
キー障壁φnextが高く)、■光キャリアの応答性が
高速であるという本発明の達成しようとする課題をすべ
て実現できる。
In other words, the 0EIC with such a structure is
, 3 to 1.5 μm), ■ It can be manufactured by one crystal growth, and ■ Both the hetero MSM photodiode and the hetero MESFET have a planar structure.
All of the objects that the present invention aims to achieve can be achieved: (1) the dark current is small (that is, the effective n-type Schottky barrier φnext is high), and (2) the responsiveness of photocarriers is fast.

〔実施例〕〔Example〕

実施例 1 まず、第3図(a)を用いて、本発明の第1の実施例に
ついて説明する。本実施例は、前に説明した第3図(a
)の構造を具体的に実現したもので、ヘテロMSMホト
ダイオードとへテロMESFETを半絶縁性InP基板
上にモノリシックに集積した受光用OEICの例を示す
Example 1 First, a first example of the present invention will be described using FIG. 3(a). This embodiment is based on FIG. 3 (a) explained previously.
), and shows an example of a light-receiving OEIC in which a hetero MSM photodiode and a hetero MESFET are monolithically integrated on a semi-insulating InP substrate.

符号を付した各部については、既に説明したので、製造
方法について述べる。
Since each part with reference numerals has already been explained, the manufacturing method will be described.

まず、半絶縁性InP基板33上に、分子線エピタキシ
ー法を用いて、アンドープのI nA12As層(41
,41′)を厚さ0.3 p ra成長させ、その上に
n型I n G a A s層(34,34′)(不純
物濃度I X 10” 〜2 X 10” am−” 
)を厚さ0.5〜0.1μm成長させ、その上に(pf
/i)型I nAQAs層(35,35’)(P+層の
不純物濃度5 X 10”Ca1−3、pt層の厚さ1
00人、i層はアンドープで厚さ400λ)を厚さ50
”l100n成長させた。成長温度はそれぞれ500〜
550”Cである。
First, an undoped InA12As layer (41
.
) was grown to a thickness of 0.5 to 0.1 μm, and (pf
/i) Type I nAQAs layer (35, 35') (P+ layer impurity concentration 5 x 10"Ca1-3, pt layer thickness 1
00 people, the i layer is undoped and has a thickness of 400λ) and a thickness of 50
"100n was grown.The growth temperature was 500~
It is 550"C.

すなわち、層(41,41’ )、(34,34′)、
(35,35’ )を1回のエピタキシャル結晶成長で
形成した。
That is, layers (41, 41'), (34, 34'),
(35,35') was formed by one epitaxial crystal growth.

次に、メサエッチングによりヘテロMSMホトダイオー
ド31とへテロMESFET32を素子分離した後、両
者のショットキー金am(36゜36’)(AQまたは
T i / A u )を厚さ0.3μm蒸着した。ヘ
テロMESFET32のゲート長は0.5〜1μIとし
、ヘテロMSMホトダイオード31のショットキー電極
36は1μIのラインアンドスペースで30μm角とし
た。
Next, after separating the hetero MSM photodiode 31 and the hetero MESFET 32 by mesa etching, Schottky gold am (36° 36') (AQ or T i /A u ) was deposited on them to a thickness of 0.3 μm. The gate length of the hetero MESFET 32 was 0.5 to 1 .mu.I, and the Schottky electrode 36 of the hetero MSM photodiode 31 was 30 .mu.m square with a line and space of 1 .mu.I.

次に、ヘテロMESFET32のソース・ドレインのオ
ーミック電極(39,40)(AuGe/ N i /
 A u )を厚さ0.3μrs蒸着した後、350℃
で3分間熱処理して合金化した。次に、ヘテロMSMホ
トダイオード31とへテロMESFET32全体のパッ
ジベージJン用にプラズマCVD法によりS i Nx
膜(図示せず)を厚さ400nm堆積した後、相互配線
を行なった。なお1図示はしないが、受光用0EIC回
路に必要な抵抗やレベルシフトダイオードも、上記エピ
タキシャル成長層を利用して作製した。
Next, ohmic electrodes (39, 40) (AuGe/N i /
After depositing A u ) to a thickness of 0.3 μrs, the temperature was
It was heat-treated for 3 minutes to form an alloy. Next, for the padding of the entire hetero MSM photodiode 31 and hetero MESFET 32, S i N
After depositing a film (not shown) to a thickness of 400 nm, interconnection was performed. Although not shown in the drawings, resistors and level shift diodes necessary for the light-receiving 0EIC circuit were also fabricated using the epitaxial growth layer.

回路に関しては、上記文献に示した従来例と同様の帰還
抵抗を用いたトランスインピーダンス型と、積分型のハ
イインピーダンス型を作製した。
Regarding the circuits, a transimpedance type using a feedback resistor similar to the conventional example shown in the above-mentioned literature and an integral high impedance type were fabricated.

次に、上記パッシベーション膜にコンタクトホールを形
成した後、配線金属層を蒸着して受光用0EICを完成
した。
Next, after forming a contact hole in the passivation film, a wiring metal layer was deposited to complete a light-receiving 0EIC.

実施例 2 上記と同様の工程を用いて、第5図に示した非対称へテ
ロショットキー電極構造の受光用0EICも作製した。
Example 2 A light-receiving 0EIC having the asymmetric hetero-Schottky electrode structure shown in FIG. 5 was also produced using the same process as above.

第1図は、本実施例の受光用0EICの断面模式図であ
る。第6図は、当該0EICのへテロMESFETの断
面模式図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the light-receiving 0EIC of this example. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the 0EIC hetero MESFET.

1はへテロMSMホトダイオード、2はへテロMESF
ET、3は半絶縁性1nP基板、4.4′はそれぞれア
ンドープI n A Q A sバッファ暦、5はへテ
ロMSMホトダイオード1のn型InGaAs光吸収暦
層、5′はへテロMESFET2のn型InGaAs能
動層、6はへテロMSMホトダイオード1のショットキ
ーを極、6’はへテロMESFET2のショットキーゲ
ート電極、7はショットキー電極6の(−)側電極、8
はショットキー電極6の(+)側電極、9はソース・オ
ーミック電極、1oはドレイン・オーミック電極、12
.12′はp型I n A fl A sキャップ層、
11.11′はアンドープI n A n A sキャ
ップ層、第6図において、13は空乏層である。
1 is a hetero MSM photodiode, 2 is a hetero MESF
ET, 3 is a semi-insulating 1nP substrate, 4.4' is an undoped I n A Q A s buffer, 5 is an n-type InGaAs optical absorption layer of hetero MSM photodiode 1, and 5' is an n of hetero MESFET 2. type InGaAs active layer, 6 is the Schottky pole of the hetero MSM photodiode 1, 6' is the Schottky gate electrode of the hetero MESFET 2, 7 is the (-) side electrode of the Schottky electrode 6, 8
is the (+) side electrode of the Schottky electrode 6, 9 is the source ohmic electrode, 1o is the drain ohmic electrode, 12
.. 12' is a p-type I n A fl A s cap layer;
11.11' is an undoped InA nAs cap layer, and in FIG. 6, 13 is a depletion layer.

本実施例でも、肩(4,4′)、(5,5′)、(11
,11’)、(12,12′)を1回のエピタキシャル
結晶成長で形成した。
In this embodiment as well, shoulders (4, 4'), (5, 5'), (11
, 11') and (12, 12') were formed by one epitaxial crystal growth.

すなわち、本実施例では、ヘテロMSMホトダイオード
1の(−)側のショットキー電極7が、(p呻/ i 
)型I nAQAsキャップ層(12,11)上に設け
られ、(+)側の・ショットキー電極8が、(p+/i
)型InAlAs層12.11が選択除去されたn型I
 nGaAsGaAs光吸収膜5上れている。また、ヘ
テロMESFET2のショットキーゲート電極6′も(
p+/i)型InAlAsキ’rツブ層(12’   
11’)上に設けられている。
That is, in this embodiment, the Schottky electrode 7 on the (-) side of the hetero MSM photodiode 1 is
) type I nAQAs cap layer (12, 11), the (+) side Schottky electrode 8 is provided on the (p+/i
) type InAlAs layer 12.11 is selectively removed.
An nGaAsGaAs light absorption film 5 is formed. In addition, the Schottky gate electrode 6' of the hetero MESFET 2 is also (
p+/i) type InAlAs chip layer (12'
11').

この構造を形成するには、ヘテロMSMホトダイオード
1の(+)側のショットキー電極8を形成する前に、ホ
トレジスト膜をマスクとし、HF:過酸化水素:水=1
:1:10の液を用いて(pt/ i )型I nAl
2Asキャップ層12.11をn型I n G a A
 s光吸収層5から選択エツチングにより除去した0次
に、(+)側ショットキー電極8としてAu層を0.3
μ■蒸着し、リフトオフを行なった。なお、(+)側の
電極として、AuGe/ N i / A u系のオー
ミック電極を付けた場合も比較したが、ヘテロMSMホ
トダイオードの高速応答性は、ショットキー電極を付け
た場合と同様であった。
To form this structure, before forming the Schottky electrode 8 on the (+) side of the hetero MSM photodiode 1, a photoresist film is used as a mask and HF:hydrogen peroxide:water=1
: (pt/i) type I nAl using a 1:10 solution.
2As cap layer 12.11 is n-type I n Ga A
After removing the 0th order from the s-light absorption layer 5 by selective etching, a 0.3% Au layer is formed as the (+) side Schottky electrode 8.
μ■ vapor deposition was performed and lift-off was performed. In addition, we also compared the case where an AuGe/Ni/Au-based ohmic electrode was attached as the (+) side electrode, but the high-speed response of the hetero MSM photodiode was similar to that when a Schottky electrode was attached. Ta.

さらに、この他に、キャップ層を(i/p+/i)型I
nAl2As層で形成し、(+)側のショットキー電極
を形成する前に、ホトレジスト膜をマスクトシ、HF:
H,02:H,O=1:1:10のエツチング液でキャ
ップ層の(i / p“/ i )型I n A Q 
A s層のうち、表面の(i/pf)部分を選択エツチ
ングで除去した後、残ったj型I nAQAslの上に
(+)側のショットキー電極をリフトオフ法で形成した
構造でも、同様の高速性が得られた。
Furthermore, in addition to this, the cap layer is (i/p+/i) type I
Before forming the nAl2As layer and forming the (+) side Schottky electrode, a photoresist film is masked and HF:
H,02:H,O=1:1:10 etching solution to form (i/p“/i) type I n A Q of the cap layer.
A similar structure can be obtained in which the (i/pf) part of the surface of the As layer is removed by selective etching, and then the (+) side Schottky electrode is formed on the remaining j-type I nAQAsl by the lift-off method. High speed was achieved.

本実施例の受光用0EICを、30 G l(zまでの
マイクロ波IC用に設計されたマウン1−に実装した後
、30μm角のホトダイオード部に光ファイバからの光
が照射されるようにアライメントして、光伝送実験を行
なった。ディジタルパルス通信でよく用いるN、RZ倍
信号ビットレート2.4Gb/secのとき、ピットエ
ラーレート10−9を与える一35dBmの最小受信感
度レベルが得られた。ビットレートIOG b /se
eでは、最小受信感度レベル−28dBmが得られた。
After mounting the light-receiving 0EIC of this example on a mount 1 designed for microwave ICs up to 30 Gl (z), alignment was performed so that the 30 μm square photodiode section was irradiated with light from the optical fiber. We conducted an optical transmission experiment.At an N, RZ signal bit rate of 2.4 Gb/sec, which is often used in digital pulse communication, a minimum receiving sensitivity level of -35 dBm, which gives a pit error rate of 10-9, was obtained. .Bit rate IOG b /se
With e, a minimum receiving sensitivity level of -28 dBm was obtained.

以上、述べてきたように、上記実施例の受光用0EIC
は、従来、I n G a A s / I n Pの
pinホトダイオードとGaAs ICのハイブリッド
構造の受光用OEICで得られているものと同等以上の
優れた性能が確認された。製造上の容易さの点でも、従
来のp i n FETのモノリシック素子では、2回
の結晶成長で試作されてきたが、1回の成長で済み、量
産性に優れている。
As described above, the light receiving 0EIC of the above embodiment
It has been confirmed that this device has excellent performance equivalent to or better than that obtained with a conventional light-receiving OEIC having a hybrid structure of an InGaAs/InP pin photodiode and a GaAs IC. In terms of ease of manufacturing, conventional monolithic pin FET devices have been prototyped using two crystal growths, but only one crystal growth is required, making them excellent in mass production.

なお、上記実施例では、I n A Q A s / 
I nG a A s / I n A n A s 
/ I n P系の成長構造を例に挙げて説明したが、
バッファ層として、InARAs層の代わりに、InP
層を用いても良い。
In addition, in the above embodiment, I n A Q A s /
I nGa As / I n A n As
/ I n P system growth structure was explained as an example, but
As a buffer layer, InP is used instead of InARAs layer.
Layers may also be used.

また、一般の化合物半導体において、第5図で説明した
ように、(pf/i/n)構造のへテロショットキー構
造をキャップ層に用いる効果は著しい。さらに、I n
AQAs層のドーピングも、(i/pf/i)、(n−
/p+/i)等、いろいろな変種が考えられるが、実質
的には、第5図のエネルギーバンド構造となり、本発明
に含まれる。
Further, in general compound semiconductors, as explained in FIG. 5, the effect of using a (pf/i/n) hetero-Schottky structure in the cap layer is remarkable. Furthermore, I n
The doping of the AQAs layer is also (i/pf/i), (n-
/p+/i), etc., but the energy band structure substantially has the energy band structure shown in FIG. 5, and is included in the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、■長波
長(1,3〜1.5μm)用のpinFETであり、■
1回の結晶成長で作製でき、量産性に優れ、■へテロM
SMホトダイオードおよびヘテロMESFETの両者共
プレーナ構造であり、■暗電流が小さく(すなわち、実
効的なn型のショットキーra壁φnel fが高く)
、■光キャリアの応答性が高速である、受光用0EIC
構造を提供することができる。
As explained above in detail, according to the present invention, it is a pinFET for long wavelengths (1.3 to 1.5 μm);
It can be produced by one-time crystal growth, has excellent mass production, and ■Hetero M
Both the SM photodiode and the hetero MESFET have a planar structure, and the dark current is small (that is, the effective n-type Schottky wall φnel f is high).
,■0EIC for light reception with fast response of optical carrier
structure can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例の受光用0EICの断面図
、第2図(a)は、従来の受光用0EICの断面図、第
2図(b)は、第2図(a)のMSMホトダイオード動
作時のエネルギーバンド図、第3図(a)は1本発明の
別の実施例の受光用0EICの断面図、第3図(b)は
、第3図(a)のへテロMSMホトダイオード動作時の
エネルギーバンド図、第4図は、理想的な非対称へテロ
M8Mホトダイオードの動作時のエネルギーバンド図、
第5図は、第1図のへテロMSMホトダイオードの動作
時のエネルギーバンド図、第6図は、第1図の受光用O
EICのへテロMESFETの断面図である。 1・・・ヘテロMSMホトダイオード 2・・・ヘテロMESFET 3・・・半絶縁性InP基板 4.4′・・・アンドープI n A Q A sバラ
フッ層5・・・n型I n G a A s光吸収膜層
5 / 、、、 n型I n G a A s能動層6
・・・ショットキー電極 6′・・・ショットキーゲート電極 7・・・(−)側電極 8・・・(+)側電極 9・・・ソース・オーミック電極 10・・・ドレイン・オーミック電極 12.12’ ・ P  型I nA12Asキャップ
層11.11’−・・アンドープI n A Q、 A
 sキャップ層 21・・・MSMホトダイオード 22・・・MESFET 23・・・半絶縁性GaAs基板 24・・・高抵抗G a A s光吸収層24′・・・
高抵抗G a A s能動層25・・・n型GaAs活
性層 26・・・ショットキーf4桟 26′・・・ショットキーゲートff電極27・・・(
−)側電極 28・・・(+)側電極 29・・ソース・オーミック電極 30・・・ドレイン・オーミック電極 31・・ヘテロMSMホトダイオード 32・・・ヘテロMESFET 33・・・半絶縁性InP基板 41.41′・・・アンドープI nAl2Asバッフ
ァ層 34− n型I n G a A s光吸収層34’−
n型I n G a A s能動層35.35’−・・
アンドープInAl2Asキャップ36・・・ショット
キー電極 36′・・・ショク1ヘキーゲート電極37・・・(−
)側電極 38・・・(+)側電極 39・・・ソース・オーミック電極 4o・・・ドレイン・オーミック?[
FIG. 1 is a sectional view of a light-receiving 0EIC according to an embodiment of the present invention, FIG. 2(a) is a sectional view of a conventional light-receiving 0EIC, and FIG. 2(b) is a sectional view of a conventional light-receiving 0EIC. FIG. 3(a) is a cross-sectional view of a light-receiving 0EIC according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3(b) is an energy band diagram of the MSM photodiode operating. The energy band diagram when the MSM photodiode is operating. Figure 4 is the energy band diagram when the ideal asymmetric hetero M8M photodiode is operating.
Figure 5 is an energy band diagram during operation of the hetero MSM photodiode in Figure 1, and Figure 6 is the energy band diagram for the light receiving O in Figure 1.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an EIC hetero MESFET. 1... Hetero MSM photodiode 2... Hetero MESFET 3... Semi-insulating InP substrate 4.4'... Undoped I n A Q A s Barrier layer 5... N-type I n Ga A s Light-absorbing film layer 5 / , n-type InGaAs active layer 6
...Schottky electrode 6'...Schottky gate electrode 7...(-) side electrode 8...(+) side electrode 9...Source ohmic electrode 10...Drain ohmic electrode 12 .12' - P-type I nA12As cap layer 11.11' - Undoped I n A Q, A
s cap layer 21...MSM photodiode 22...MESFET 23...semi-insulating GaAs substrate 24...high resistance GaAs light absorption layer 24'...
High resistance GaAs active layer 25...n-type GaAs active layer 26...Schottky f4 crosspiece 26'...Schottky gate ff electrode 27...(
-) side electrode 28... (+) side electrode 29... Source ohmic electrode 30... Drain ohmic electrode 31... Hetero MSM photodiode 32... Hetero MESFET 33... Semi-insulating InP substrate 41 .41'...Undoped InAl2As buffer layer 34-n-type InGaAs light absorption layer 34'-
N-type I n Ga As active layer 35.35'-...
Undoped InAl2As cap 36... Schottky electrode 36'... Schottky gate electrode 37... (-
) side electrode 38... (+) side electrode 39... Source ohmic electrode 4o... Drain ohmic? [

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半絶縁性化合物半導体基板上に1回の結晶成長で形
成され、島状に分離された多層ヘテロエピタキシャル層
内に、受光素子としてのヘテロショットキーホトダイオ
ードと、能動素子としてのヘテロショットキーゲート電
界効果トランジスタとがそれぞれ形成され、これらの素
子がモノリシック集積されて受光用OEICが構成され
ていることを特徴とする半導体装置。 2、上記半導体基板がInP基板、上記ホトダイオード
の光吸収層および上記電界効果トランジスタの能動層が
InGaAs層からなり、上記ホトダイオードのヘテロ
キャップ層がInAlAs層からなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 3、上記ホトダイオードの光吸収層および上記電界効果
トランジスタの能動層がn型InGaAs層からなり、
上記ホトダイオードのヘテロキャップ層が(p^+/i
)型または(i/p^+/i)型InAlGaAs層か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
導体装置。 4、上記ホトダイオードの負側電極が(p^+/i)型
または(i/P^+/i)型InAlAsキャップ層上
に形成されたショットキー電極からなり、正側電極がn
型InGaAs層上に形成されたオーミック電極または
i型InAlAs層上に形成されたショットキー電極か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
導体装置。
[Claims] 1. A hetero-Schottky photodiode as a light-receiving element and an active element are formed in a multilayer heteroepitaxial layer separated into island shapes formed by one-time crystal growth on a semi-insulating compound semiconductor substrate. A semiconductor device characterized in that a hetero-Schottky gate field effect transistor is formed, and these elements are monolithically integrated to constitute a light-receiving OEIC. 2. The semiconductor substrate is an InP substrate, the light absorption layer of the photodiode and the active layer of the field effect transistor are made of an InGaAs layer, and the heterocap layer of the photodiode is made of an InAlAs layer. The semiconductor device according to item 1. 3. The light absorption layer of the photodiode and the active layer of the field effect transistor are made of an n-type InGaAs layer,
The heterocap layer of the photodiode is (p^+/i
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device comprises an InAlGaAs layer of ) type or (i/p^+/i) type. 4. The negative side electrode of the photodiode is a Schottky electrode formed on a (p^+/i) type or (i/P^+/i) type InAlAs cap layer, and the positive side electrode is an n
2. The semiconductor device according to claim 1, comprising an ohmic electrode formed on a type InGaAs layer or a Schottky electrode formed on an i-type InAlAs layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62501883A (en) * 1985-02-11 1987-07-23 エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション Integrated photodetector-amplifier device
JPS62190779A (en) * 1986-02-18 1987-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Integrated type light receiving device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62501883A (en) * 1985-02-11 1987-07-23 エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション Integrated photodetector-amplifier device
JPS62190779A (en) * 1986-02-18 1987-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Integrated type light receiving device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10132583A1 (en) * 2001-07-05 2003-01-23 Siemens Ag Back-irradiable MSM module

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