JPH0380573A

JPH0380573A - 光受光素子

Info

Publication number: JPH0380573A
Application number: JP1216550A
Authority: JP
Inventors: Junichi Shimizu; 淳一清水
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1991-04-05

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〉本発明は受信感度が改善された光受光素子に関する。

（従来の技術）光通信技術の進歩に伴い、その適用分野は、基幹伝送系
から加入者系、ＬＡＮ、データ・リンク等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような、光システムの高度
化に対応するためには光デバイスの高性能化、高機能化
、高集積化が不可欠である。光受光素子は、これらの光
システムの核となるキー・デバイスの一つである。

従来、１．３μｍ帯の光受光素子としては、Ｉ　ｎＰ／
Ｉ　ｎＧａＡｓ／Ｉ　ｎＰの３層構造とＺｎ拡散による
ｐ　１　ｎ４１１造が採用されている。

（発明が解決しようとする課題）光受光素子の性能をはかる物理量として量子効率ηがあ
げられるが、ηが大きければ大きい程受信感度は高い、
一般に、ｐｎ接合を用いた光受光素子では、ηは表面反
射率をＲ１光吸収層の吸収係数をａ、空乏層幅ｗ、ｎ側
空乏層幅−Ｘとすれば、ｒｙ＝　（１−Ｒ）ｅ−”″　（１−ｅ−”）　　−（
１）で与えられる。したがって、ηを大きくするために
Ｒを小さくする、即ち、受光面を無反射コーティングす
るのが一番手近な方法である。また、空乏層Ｗを厚くす
る方法も有効であることが（１）式かられかる。

しかしながら、空乏層Ｗを大きくするには吸収層厚ｄを
大きくしなければならず、ｄを大きくし過ぎるとキャリ
アの走行時間で応答速度が制限され、高速動作が不可能
となる。雑誌「ジャーナル、オブ、ライトウェーブ、テ
クノロジー（ＪＯｔｌＲＮＡＬＯＦ　ＬＩＧＨＴ−＾Ｖ
Ｅ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ｖｏｌ、ＬＴ−５，ＮＯ，
１０゜＋１９８７）、１）１３７１）　Ｊによれば、ｄ
＝１．８．ｕｍの素子では０２８５％であるが、ｄ＝０
．５μｍの素子では、η＝４０％となっており、走行時
間はｄ＝０．５μｍの素子の方が速いが、ηは１／２以
下であり、このため受信感度は３ｄＢ以上劣化すること
が予想される。

このように、高速応答動作のためには、受信感度をある
程度犠牲にして（即ち量子効率ηをある程度小さくして
）もｄを小さくしなければならないといった問題点があ
る。

本発明の目的は、光受光素子の高感度化と高速化の相反
する点を補い、光受光素子をより高性能化することにあ
る。

（課題を解決するための手段）前述の課題を解決するため本発明による光受光素子は、
半導体基板上に形成された光受光素子において、少なく
とも前記光受光素子の下層に半導体多層膜反射鏡が形成
されている。また、前記光受光素子が基板と４５６の角
度をなす互いに平行なエツチング面間に形成されている
。更に、前記半導体多層膜反射鏡が、前記光受光素子の
受光面の中心点を通る法線上に頂点を有するｎ角錐のｎ
ａの斜面、または前記法線上に頂点を有する円錐の側面
を形成しており、受光面に無反射コーティングが施され
ており、受光面以外の部分には高反射コーティングが施
されている。

（作用）（１）式によれば、ηを大きくするためには、吸収長−
ａｗを大きくすればよいことがわかる。

そこで、本発明では、光受光素子の下層に高反射膜を形
成することにより、薄層のｄで、実効的に吸収層厚Ｗが
大きくし、ηを大きくしている。また、光の多重反射を
利用ずればさらに薄層のｄで大きなηが得られ、光受光
素子の高性能化が図れる。

（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図は光受光素子の下層に半導体多層膜反射鏡を形成
し、さらに多重反射を生じさせるために、基板と４５゛
の角度をなす互いに平行なエツチング面を光受光素子の
両端に形成した光受光素子の例である。また、第２図は
光受光素子の下層の半導体多層膜反射鏡と光受光素子の
上層の高反射膜によって多重反射を生じさせる光受光素
子の例である。以下に各々の製作方法を示す。

第１図に示す光受光素子は、次のような製作方法で得ら
れる。

まず、ｎ型１ｎＰ基板１上に、有機金属気相成長（ＭＯ
ＶＰＥ＞法を用いてｎ−ＩｎＰｎツバ１フフＡｓＰ（層厚５０人／３０人Ｘ２０ｐａｉ　ｒｓ）から
成る半導体多層膜反射鏡３、ｕｎｄｏｐｅ−Ｉ　ｎＧａ
Ａｓ光吸収Ｍ４Ｃ層厚１．０μｍ）、ｕｎｄｏｐｅ−１
ｎＰキャップ層５（層厚０、５μｍ）を順次成長する．
ここで、半導体多層膜反射層の組成をＩ　ｎＰ／Ｉ　ｎ
ＧａＡｓ　Ｐ（５０人／３０人　）にすることにより、
波長１、３μｍでの反射率として９５％が得られる。

次に、３１０２をマスクとしてＺｎの選択拡散を行い、
拡散フロントが光吸収７ａＩ４とキャップ層５の界面近
傍となるようにＰ型拡散層６を形成する。

さらに、フォーカス・イオンビーム・エツチング（ＦＩ
ＢＥ）法を用いて拡散層６を挟んだ両端に互いに平行に
４５°ミラー７ａ、７ｂを形成する。

最後に、Ａ　ｕ　Ｚ　ｎ電極８をＺｎ拡散層６の上部に
蒸着、オーミック電極とし、ｎ型１ｎＰ基板１の裏面に
ＣｒＡｕ電極９を蒸着、オーミックをとることにより、
第１図の光受光素子が完成する。

また、第２図に示す光受光素子は次のような製作ステッ
プを経て得られる。

ｎ型１ｎＰ基板１１に、反応製イオンビームエツチング
（ＲＩＢＥ）法により６角錐を形成後、有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ｎ−１ｎＰバｙファ層１
２（層厚０．５μｍ）、ｎ−１ｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ　
（層厚５０人／３０人Ｘ２０ｐａｉ　ｒｓ）から威る半
導体多層膜反射！！１３、ｕｎｄｏｐｅ−Ｉ　ｎＧａＡ
ｓＧａＡｓ光吸収層厚４．０μｍ）を成長する。

ここで、再びＲＩＢＥ法により基板に形成した６角錐よ
りも頂角の小さな６角錐を同様に形成、エツチングによ
り上面を形成し、６角台柱とする。

再びＭＯＶＰＥ法によりｕｎｄｏｐｅ−１ｎＰキャップ
層１５を成長する。

次に、５ｉ０２をマスクとしたＺｎの選択拡散を行い、
拡散フロントが光吸収層１４とキャップ層１５の界面近
傍となるようにｐ型拡散１１６を６角台柱の上面に形成
する。

ｐ型拡散層１６の上部には無反射コーテイング膜１７を
施し、無反射コーティング以外の部分には高反射コーテ
イング膜１８を施す。

最後に、ＡｕＺｎ電極１９をＺｎｔ敗層１６の上部に蒸
着、オーミック電極とし、ｎ型１ｎＰ基板１１の裏面に
ＣｒＡｕ電極２０を蒸着、オーミックをとることにより
、第２図の光受光素子が完成する。

なお、上述の実施例において、光受光素子の電極材料、
構成材料とその組成、層厚、製作方法等は、光デバイス
として最適化されていればいかなるものでもよく、上述
の実施例に限定されない。

（発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、実効的な光吸収層
厚を大きくできるため光受光素子の受信感度の改善が行
え、キャリア走行時間で限定されることなく、前記光受
光素子を高性能かつ高信頼に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の光受光素子の実施例を示
す断面図である。１．１１・・・基板、２．１２・・・バッファ層、３．
１３・・・半導体多／１ｉｉＩ膜反射層、４．１４・・
・光吸収層、５．１５・・・キャップ層、６，１６・・
・拡散層、７ａ、７ｂ＝・４５°ミラー、８．１９・−
ＡｕＺｎ電極、９，２０・・・ＣｒＡｕ電極、１７・・
・無反射コーテイング膜、１８・・・高反射コーテイン
グ膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に形成された光受光素子において、
少なくとも前記光受光素子の下層に半導体多層膜反射鏡
が形成されていることを特徴とする光受光素子。
（２）前記光受光素子が基板と４５゜の角度をなす互い
に平行なエッチング面間に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の光受光素子。
（３）前記半導体多層膜反射鏡が、前記光受光素子の受
光面の中心点を通る法線上に頂点を有するｎ角錐のｎ個
の斜面、または前記法線上に頂点を有する円錐の側面を
形成しており、受光面に無反射コーティングが施されて
おり、受光面以外の部分には高反射コーティングが施さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の光受光素子
。