JPH0258878A

JPH0258878A - 半導体受光素子アレイ

Info

Publication number: JPH0258878A
Application number: JP63211149A
Authority: JP
Inventors: Isao Watanabe; 功渡邊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1988-08-25
Publication date: 1990-02-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、低クロストーク特性のフォトダイオード・ア
レイなどの半導体受光素子アレイに関する。

（従来の技術）加入者系光通信システムやコンビ為−タ間光接続等に用
いられる光並列伝送システムを実現するには、チャネル
間クロストークの十分小さい発光、受光素子アレイが必
要である。受光素子のクロストークに関しては、カブラ
ン等がジャーナル・オブ・ライトウニイブ・テクノロジ
ー（Ｊ−Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈ、）　　ＬＴ
４巻、Ｎｏ１０、ｐ１４６０−１４６９、Ｏｃｔ、（１
９８６年）において、電気的クロストーりについての論
理的検討を行っている。これによると、電気的クロスト
ークを悪化させている原因は、ｎ側共通接地構造のアレ
イの場合、ｐ側電極間の配線間容量だけであり、これは
高周波数領域でのクロストーク特性を悪化させるとされ
ている。

しかしながら、実際の受光素子アレイ及びマルチモード
・ファイバ・アレイとの結合を考慮した場合には上記の
結論は当てはまらなくなる。その理由を、第３図に示す
従来構造の半導体受光素子アレイの断面図を用いて説明
する。

第３図の半導体受光素子アレイにおいて、１はｎ　型Ｉ
ｎＰ　基板、２はｎ＋型ＩｎＰバッファー層、＋３はｎ’″型ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４はｎ−型ＩｎＰ
キャップ層、５はｐ　型Ｚｎ拡散領域、７はｐ側電極、
８はｎ側電極、１１は空乏領域、１２は光励起による正
孔キャリア、１３は絶縁層、１４はマルチモード・ファ
イバ、１５は出射光である。

マルチモード・ファイバ１４より、ファイバのＮＡで定
まる広がり角度を持って出射された光１５は受光面に到
達する際、■光が受光部（空乏領域６）より大きく広が
った場合、■ファイバと受光素子アレイとの結合に軸ず
れがあり、光が受光部からはみ出した場合、或いは、受
光部（空乏領域６）の内部で空乏領域外との境界近傍（
拡散長以内）に入射した場合、■光吸収層３のキャリア
濃度が厚さに対して十分に低濃度化されておらずバイア
ス印加時１こおいても空乏層端がバッファー層２まで達
しずに光吸収層の途中にある場合、等の場合において、
光励起による正孔キャリアは中性領域においても発生し
、或いは、空乏領域からの横方向拡散ｌこより中性領域
に到達する。中性領域には電界は印加されておらず、し
かも、ＩｎＰ　　キャップ層４／ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３のへテロ界面でのキャリア再結合寿命が大きいから、
正孔キャリアの横方向拡散の拡散長は〜４０μｍ以上ｆ
こ以上し、この中性領域での正孔キャリアの横方向拡散
電流が隣接素子へのクロストークの原因となるのである
。これは、レンズを用いてファイバと受光素子を結合し
た場合でもほぼ同様であり、さらに、受光部以外の領域
Ｉこ遮光マスクを付けた構造でも■、■について成り立
つ。正孔キャリアの横方向拡散電流の発生は、等制約に
は素子間分離インピーダンスを小さくするのでこの効果
を考慮した等価回路を用いて５０オーム負荷、配線間容
量０．１ｐＦの時のクロストークを計算した結果を第２
図に符号ａで示す。本図には、素子間分離インピーダン
スを無限大にして計算して得たクロストークを符号すで
示す。符号ａ、ｂで示すクロストーク特性の比較から、
正孔キャリアの横方向拡散によるクロストークは低周波
数領域の特性を悪化させているのがわかる。

（発明が解決しようとする課題）以上の理由により、従来の受光素子アレイにおいては、
正孔キャリアの横方向拡散電流が低周波数領域のり四ス
トークを悪化させる原因となっていた。本発明は上述の
欠点を克服し、低クロストーク特性の半導体受光素子ア
レイを実現することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本願の第１の発明は、嬉１導電型または半絶縁性基板に
、第１導電型バッファー層、第１導電型光吸収層および
第１導電型キャップ層が順次ｔこ積層された構造の半導
体受光素子アレイＩこおいて、アレイ状に配置された受
光部間の領域が、該キャブ層、光吸収層またはバッファ
ー層のいずれかの層までエツチングにより除去されてい
る構造を有することを特徴とする半導体受光素子アレイ
である。

また、本願の第２の発明は、第１導電型または半絶縁性
基板に、第１導電型バッファー層、第１導電型光吸収層
および第１導電型キャップ層が順次に積層された構造の
半導体受光素子アレイにおいてアレイ状に配置された受
光部間の領域が該キャップ層、光吸収層またはバッファ
層のいずれかの層までエツチングにより除去され、かつ
、該エツチング除去領域が半絶縁性半導体または絶縁性
有機樹脂により埋め込まれていることを特徴とする半導
体受光素子アレイである。

（作用）本発明は、上述の構成により従来の欠点を克服した。第
１図ら）は、本願の第１の発明である半導体受光素子の
例を示す構造断面図であり、同図（ｂ）はその平面図で
ある。図（こおいて、ｎ　型（または半絶縁性）半導体
基板、２はｎ　型バッファ層、３はｎ−型光吸収層、４
はｎ−型キャップ層、３はｎ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
、４はｎ−型ＩｎＰキャップ層、５はｐ　型Ｚｎ　　拡
散領域、６は他縁層、７はｐ側電極、８はｎ側電極であ
る。受光部間の領域９においてｎ−型キャップ層、ｎ−
型光吸収層、ｎ　型バッファー層のいずれかの層までが
エツチングにより除去されている。ｎ−型キャップＪ→
までが除去されている場合は、ｎ−ｆｉキャップ４　／
　ｎ−型光吸収層３ヘテロ界面が除去されているので、
この部分での少数キャリア、正孔の再結合寿命が短く、
従って、拡散長も短くなり、正孔の横方向拡散は抑制さ
れる。一方、ｎ−型光吸収層３、もしくはｎ＋バッファ
ー層２までエツチング除去されている構造では、正孔が
拡散できる光吸収層自体自体がないから、正孔の横方向
拡散自体が起こり得なくなる。さらに、基板１に半絶縁
性基板を用い、基板表面でｎ１ｌｌｌｉＩＣ極を形成し
た構造でも成り立つ。次に、本願の第２の発明である半
導体受光素子の例を第１図（Ｃ）の構造断面図を用いて
説明する。この図において１〜９０部分は第１図（ａ）
と共通であり、１００部分が付加された構造となってい
る。すなわち、ｎ−型キャップ層、ｎｕ光吸収層、ｎ　
型バッファー層のいずれかまでがエツチング除去された
部分が、半絶縁性半導体、もしくは、絶傍性有機樹脂に
より埋め込まれ、表面が平坦化された構造と；１ってい
る。この構造の採用により、正孔の横方向拡散が抑制さ
れると同時に素子表面が平坦化され、ＭＬ極配線等の工
程が容易（こでき、素子の歩留りを向上させることがで
きる。

（実施例）以下、本発ＥＪＱの実施例として、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ系ｐｉｎ　型フォトダイオード・アレイを用いて説明
するが、他の半楳体系、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等についても本発
明は同様に笑施できる。第１図（ａ）及び（ｃ）に示す
半導体受光素子アレイを以下の工程ｉこよって製作した
。

（第１の実施例）第１図（ａ）に断面図で示し、同図（ｂ）に平面図で示
す本発明の第１の実施例の製作おいては、まずｎ＋型Ｉ
ｎＰ基板ｌ上に、ｎ　型ＩｎＰ　バッファ層２を１μｍ
厚に、キャリア濃度〜２Ｘ１０　ｃｒＩＬ　のｎ−型Ｉ
　ｎ　ｏ、ｓｍ　Ｇ　ａ　Ｏ，４７Ａ　ｓ光吸収層３を
３μｍ厚に、キャリア濃度〜Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ　”のｎ
−型ＩｎＰキャップ層４を１μｍ厚ζこ順次ハイドライ
ド気相成長法を用いて成長する。次ＩこＳ　ｉＯｘ拡散
マスクを用いてアレイ状に配置され九直径１００μｍの
円形領域にＺｎ拡散を深さ１μｍまで行いｐ　−ｎ接合
を形成する。次に、このＳｉＯ２マスクをさらにパター
ン化してエツチングマスクとし、ブロムメタノール液に
より、受光部間の領域を表面からｎ＋型ＩｎＰバッファ
層２までの三層をエツチング除去する。これｌこプラズ
マＣＶＤ法ｔこよりＳｉＮ膜をパッジベージ璽ン膜６と
して形成、基板研磨の後、ｐ側電極７をＡ　ｕ　Ｚ　ｎ
で、ｎ側電極８をＡｕＧｅで蒸着形成した。

（第２の実施例）第１図（Ｃ）に断面図で示す本発明の第２の実施例の裏
作においては、まず半絶縁性ＩｎＰ　基板１上にｎ−型
ＩｎＰ　　バッファ層２を１μｍ厚に、キャリア濃度〜
２　Ｘ　１０”ｃｌＩＬ’のｎ−型Ｉｎ　ｏ、５ｓＧａ
ｏ、ａｙＡｓ光吸収層３を３μｍ厚に、キャリア濃度〜
１ｘｌＯ”ｃｒｎ−’のｎ−型ＩｎＰ　　キ’ｒｙプ層
４を１μｍ厚に順次ハイドライド気相成長法を用いて成
長する。次（こ５ｉＯｚ拡散マスクを用いてアレイ状に
配置された直径１００μｍの円形領域にＺｎ拡散を深さ
１μｍまで行いｐ　−ｎ接合を形成する。次に、この５
ｉ０２マスクをさらにパターン化してエツチングマスク
とし、ブロムメタノデル液により、受光部間の領域と後
に引出し電極パッドを形成する領域を、表面からｎ　型
ＩｎＰ　　バッファ層２までの三層をエツチング除去す
る。これにプラズマＣＶＤ法１こよりＳｉＮ　　膜をパ
ッジページ曹ンＭ６を形成した後、基板表面の平坦化の
九めにスピンコード法によりポリイミドを〜４μｍ塗布
し、工ッチング除去された部分以外の部分のポリイミド
をネガレジストを用いて選択的（こ剥離する。第１図←
）には受光部間の領域９に残されたポリイミドを有機樹
脂の平坦化領域１０として示しである。

基板研磨の後、ｐｆＩ！Ｉ電極７をＡｕＺｎで、ｎ側電
極８をＡｕＧｅで蒸着形成し、低配線容量化のために、
ポンディングパッドはｐｉ極よりポリイミド上ｌこ引き
出して配線した。

（発明の効果）これらの第１及び第２の実施例のいずれによっても低周
波数領域でのクロストークが改善はれ九。

その測定結果を第２図中に白丸印で、また、従来構造の
素子のクロストーク測定結果を黒丸印で示す。低周波数
領域では、クロストーク値が従来の１００分の１以下の
アレイ素子が得られた。また、第２の実施例ではエツチ
ングによる段差部（こ引出し電極を形成したＩこもかか
わらず、段差部での電極配線切れが発生せず、ポリイミ
ド等で平坦化しない構造と較べて歩留りが向上した。

このようｔこ、本発明の構造により低クロストークの半
導体゛受光素子アレイが得られ、その価値は大きい。

【図面の簡単な説明】第１図（ａ）は本願の第１の発明の一実施例を示す断面
図、第１図（ｂ）はその実施例の平面図、第１図（ｃ）
は本願の第２の発明の一実施例を示す断面図、第２図は
本発明の実施例および従来の半導体受光素子アレイにお
ける信号周波数とクロストークとの関係を示す特性図、
第３図は従来の半導体受光素子アレイを示す断面図であ
る。図において、ｌはｎ　型（または半絶縁性）半導体基板
、２はｎ　型バッファ層、３はｎ−型光吸収層、４はｎ
−型キャップ層、５はｐ＋型Ｚｎ拡散領域、６は絶縁層
、７はｐ側電極、８はｎ側電極、９は受光部間の領域に
おいて、ｎ−型キャップ層、ｎ−型バッファー層のいず
れかまでがエツチング除去されている部分、１０は半絶
縁性半導体（または絶縁性有機樹脂）による埋め込み平
坦化領域、１１は空乏領域、１２は光励起による正孔キ
ャリア、１３は絶縁層、１４はマルチモード・ファイバ
、１５は出射光である。

Claims

【特許請求の範囲】１、第１導電型または半絶縁性の半導体基板に、第１導
電型バッファー層、第１導電型光吸収層および第１導電
型キャップ層が順次に積層された構造の半導体受光素子
アレイにおいて、アレイ状に配置された受光部間の領域が、該キャップ層
、光吸収層またはバッファー層のいずれかの層までエッ
チングにより除去されている構造を有することを特徴と
する半導体受光素子アレイ。２、第１導電型または半絶縁性半導体基板に、第１導電
型バッファー層、第１導電型光吸収層および第１導電型
キャップ層が順次に積層された構造の半導体受光素子ア
レイにおいて、アレイ状に配置された受光部間の領域が
該キャップ層、光吸収層またはバッファー層のいずれか
の層までエッチングにより除去され、かつ、該エッチン
グ除去領域が半絶縁性半導体または絶縁性有機樹脂によ
り埋め込まれていることを特徴とする半導体受光素子ア
レイ。