JPH03152978A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH03152978A JPH03152978A JP1292725A JP29272589A JPH03152978A JP H03152978 A JPH03152978 A JP H03152978A JP 1292725 A JP1292725 A JP 1292725A JP 29272589 A JP29272589 A JP 29272589A JP H03152978 A JPH03152978 A JP H03152978A
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- Pending
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Landscapes
- 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〕
本発明は光通信や光情報処理等に於て用いられる半導体
受光素子に関する。
受光素子に関する。
化合物半導体受光素子は光通信や光情報処理用の高感度
受光器として実用化が進められている。
受光器として実用化が進められている。
特にアバランシフォトダイオード（以下ＡＰＤ）はブレ
イクダウン電圧近傍に於て電子もしくは正孔のなだれ増
倍による内部電流利得を持つため高い受信感度が得られ
る。一方大容量長距離光通信用の波長１．５５μｍに対
する半導体受光素子の材料としてＩｎＧａＡｓが広く使
われている。このＩｎＧａＡｓ系ＡＰＤの構造の一例を
第２図に示す。ＡＰＤは受光部１１０周辺での局所的な
ブレイクダウンを防ぎ受光面内の均一な増倍を実現する
ために、受光部１１０周辺にガードリング（以下ＧＲ）
７を持つ。゛このため接合容量はＧＲの分だけ大きくな
る。ＡＰＤの応答速度を速くするためにはこの接合容量
を小さくする必要がある。そこで接合容量を小さくする
ためには小麦光径化により、拡散領域６を小さくする必
要がある。しかし小麦光径化によりファイバーとの結合
が困難になるため、裏面にレンズ形成を行ない集光させ
ることにより串受光径化を行なった裏面入射型受光素子
が開発されている。
イクダウン電圧近傍に於て電子もしくは正孔のなだれ増
倍による内部電流利得を持つため高い受信感度が得られ
る。一方大容量長距離光通信用の波長１．５５μｍに対
する半導体受光素子の材料としてＩｎＧａＡｓが広く使
われている。このＩｎＧａＡｓ系ＡＰＤの構造の一例を
第２図に示す。ＡＰＤは受光部１１０周辺での局所的な
ブレイクダウンを防ぎ受光面内の均一な増倍を実現する
ために、受光部１１０周辺にガードリング（以下ＧＲ）
７を持つ。゛このため接合容量はＧＲの分だけ大きくな
る。ＡＰＤの応答速度を速くするためにはこの接合容量
を小さくする必要がある。そこで接合容量を小さくする
ためには小麦光径化により、拡散領域６を小さくする必
要がある。しかし小麦光径化によりファイバーとの結合
が困難になるため、裏面にレンズ形成を行ない集光させ
ることにより串受光径化を行なった裏面入射型受光素子
が開発されている。
上述した従来例では裏面に基板１をエツチングして形成
したマイクロレンズを用いて光吸収層に集光シている。
したマイクロレンズを用いて光吸収層に集光シている。
マイクロレンズをエツチングにより形成しているため製
作が困難であり、レンズの曲率が変化したり偏心により
集光位置が変化するために拡散領域を小さくすることが
できない。またレンズでは開口数（以下ＮＡ）を大きく
することができないので有効受光径を大きくすることが
できない。さらに裏面に凹凸ができるためにその後のプ
ロセスが困難であるという欠点がある。
作が困難であり、レンズの曲率が変化したり偏心により
集光位置が変化するために拡散領域を小さくすることが
できない。またレンズでは開口数（以下ＮＡ）を大きく
することができないので有効受光径を大きくすることが
できない。さらに裏面に凹凸ができるためにその後のプ
ロセスが困難であるという欠点がある。
本発明はこのような問題点を解決し、接合容量の小さい
半導体受光素子を実現することを目的としている。
半導体受光素子を実現することを目的としている。
本発明の受光素子は、ｐｎ接合を有する半導体層を半導
体基板上に備え、前記半導体基板裏面の受光部に ｄ＝λ／２ｎｓｉｎθ −（１） 但し θ＝ｔａｎ−’ （ｒ／ Ｉｌ）λは入射光の波
長、ｎは基板の屈折率、ｒは受光部中心からの距離、 ｌは受光部から吸収層までの距離、 ｄは格子周期 を満足する様に格子周期ｄが連続的に変化し、かつ深さ
がλ／４の溝の回折格子を設けた構成となっている。
体基板上に備え、前記半導体基板裏面の受光部に ｄ＝λ／２ｎｓｉｎθ −（１） 但し θ＝ｔａｎ−’ （ｒ／ Ｉｌ）λは入射光の波
長、ｎは基板の屈折率、ｒは受光部中心からの距離、 ｌは受光部から吸収層までの距離、 ｄは格子周期 を満足する様に格子周期ｄが連続的に変化し、かつ深さ
がλ／４の溝の回折格子を設けた構成となっている。
本発明の上述した回折格子を用いることにより曲面レン
ズよりも大口径化と短焦点化が実現でき、レンズの曲率
変化による焦点のばらつきが小さいため拡散領域の小口
径化が可能となる。またマイクロレンズと異なり基板裏
面が凸にならないため、回折格子形成後の製造工程が容
易に実行できる。
ズよりも大口径化と短焦点化が実現でき、レンズの曲率
変化による焦点のばらつきが小さいため拡散領域の小口
径化が可能となる。またマイクロレンズと異なり基板裏
面が凸にならないため、回折格子形成後の製造工程が容
易に実行できる。
以下本発明の実施例について第１図（ａ）、 （ｂ）を
参照して説明する。ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎＩｎＰバッ
ファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層４、ｎ−ＩｎＰ増倍層５を順次エピタキシャル
成長を行ない、ｎ−ＩｎＰ増倍層５の上に保護膜をつけ
Ｂｅイオン注入によってＧＲ７の形成を行なった後、Ｇ
Ｒ中央に２０μｍφのｐ＋拡散領域６を形成する。次に
鏡面研磨を行なったｎ−ＩｎＰ基板裏面にフォトレジス
トを塗布し、乾燥後（１）式を満足する格子周期の輪帯
をＥＢもしくはＦＩＢを用いて露光を行ない、フォトレ
ジストの現像後ｎ−ＩｎＰ基板１を硫酸、過酸化水素水
を用いてλ／４を深さでエツチングを行ない回折格子９
を形成する。フォトレジスト除去後回折格子面にシリコ
ン窒化膜を用いてＡＲコート８を施す。
参照して説明する。ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎＩｎＰバッ
ファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層４、ｎ−ＩｎＰ増倍層５を順次エピタキシャル
成長を行ない、ｎ−ＩｎＰ増倍層５の上に保護膜をつけ
Ｂｅイオン注入によってＧＲ７の形成を行なった後、Ｇ
Ｒ中央に２０μｍφのｐ＋拡散領域６を形成する。次に
鏡面研磨を行なったｎ−ＩｎＰ基板裏面にフォトレジス
トを塗布し、乾燥後（１）式を満足する格子周期の輪帯
をＥＢもしくはＦＩＢを用いて露光を行ない、フォトレ
ジストの現像後ｎ−ＩｎＰ基板１を硫酸、過酸化水素水
を用いてλ／４を深さでエツチングを行ない回折格子９
を形成する。フォトレジスト除去後回折格子面にシリコ
ン窒化膜を用いてＡＲコート８を施す。
この様にして作成したＡＰＤは受光部１１に入射した入
射光１０を回折格子９によって集光させるため、ｐ＋拡
散領域６を小口径化できる。この結果接合容量を小さく
することができ高速応答が可能となる。また回折格子は
ＮＡを大きくすることができるため、素子の厚みよりも
短い焦点距離でレンズの大口径化が可能であり、ファイ
バーと５− の結合が容易となる。またレンズと比べ裏面が平坦とな
るためその後の製造プロセスも容易である。
射光１０を回折格子９によって集光させるため、ｐ＋拡
散領域６を小口径化できる。この結果接合容量を小さく
することができ高速応答が可能となる。また回折格子は
ＮＡを大きくすることができるため、素子の厚みよりも
短い焦点距離でレンズの大口径化が可能であり、ファイ
バーと５− の結合が容易となる。またレンズと比べ裏面が平坦とな
るためその後の製造プロセスも容易である。
本発明はＰＩＮフォトダイオード等、ＡＰＤ以外の受光
素子においても回折格子と車受光径拡散領域を用いるこ
とにより高速応答及び低容量化、容易なファイバーとの
結合ができる。
素子においても回折格子と車受光径拡散領域を用いるこ
とにより高速応答及び低容量化、容易なファイバーとの
結合ができる。
以上説明した様に本発明によれば、裏面入射型の受光素
子の受光部に（１）式を満足する周期でかつλ／４の深
さの溝をもつ回折格子を形成したので受光部の大口径化
によるファイバーとの結合が容易に行なえ、回折格子に
より集光させるため拡散領域を小口径化にすることがで
き高速応答が可能となる。またレンズと比べ平坦である
ため製造プロセスが容易となる。
子の受光部に（１）式を満足する周期でかつλ／４の深
さの溝をもつ回折格子を形成したので受光部の大口径化
によるファイバーとの結合が容易に行なえ、回折格子に
より集光させるため拡散領域を小口径化にすることがで
き高速応答が可能となる。またレンズと比べ平坦である
ため製造プロセスが容易となる。
第１図（ａ）は本発明の実施例の半導体受光素子を示す
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の回折格子部分の拡大
図、第２図は従来例を示す図である。 一 １・・・・・・ｎ−工ｎＰ基板、２・・・・・・ｎ−工
ｎＰバッファ層、３・・・・・・ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層、４・・・−ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層、５−ｎ−Ｉｎ
Ｐ増倍層、６・・・・・・ｐ＋拡散領域、７・・・・・
・ガードリング、８・・・・・・ＡＲコート膜、９・・
・・・・回折格子、１０・・・・・・入射光、１１・・
・・・・受光部。
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の回折格子部分の拡大
図、第２図は従来例を示す図である。 一 １・・・・・・ｎ−工ｎＰ基板、２・・・・・・ｎ−工
ｎＰバッファ層、３・・・・・・ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層、４・・・−ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層、５−ｎ−Ｉｎ
Ｐ増倍層、６・・・・・・ｐ＋拡散領域、７・・・・・
・ガードリング、８・・・・・・ＡＲコート膜、９・・
・・・・回折格子、１０・・・・・・入射光、１１・・
・・・・受光部。
Claims (1)
- 少くともｐｎ接合と、光吸収層を含む半導体層を半導
体基板上に備え、前記半導体基板裏面の受光部に、受光
部の中心から外周にかけて周期ｄがｄ＝λ／２ｎｓｉｎ
θ（但しθ＝ｔａｎ＾−＾１（ｒ／ｌ）λは射光の波長
、ｎは基板の屈折率、ｒは受光部中心からの距離、ｌは
基板裏面から吸収層までの距離）を満足する様に連続的
に変化し、かつ、深さがλ／４の回折格子を備えている
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 |
|---|---|---|---|
| JP1292725A JPH03152978A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292725A JPH03152978A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03152978A true JPH03152978A (ja) | 1991-06-28 |
Family
ID=17785513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1292725A Pending JPH03152978A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03152978A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5698452A (en) * | 1994-04-25 | 1997-12-16 | Lucent Technologies Inc. | Method of making integrated detector/photoemitter with non-imaging director |
| EP3104421A1 (fr) * | 2015-06-11 | 2016-12-14 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Photodiode spad couverte d'un réseau |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP1292725A patent/JPH03152978A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5698452A (en) * | 1994-04-25 | 1997-12-16 | Lucent Technologies Inc. | Method of making integrated detector/photoemitter with non-imaging director |
| EP3104421A1 (fr) * | 2015-06-11 | 2016-12-14 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Photodiode spad couverte d'un réseau |
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