JPH04137565A - 光半導体素子 - Google Patents

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、光通信システムなどにおいて、光信号を電気
信号に変換する受光素子、特にア、＜ランシェフオドダ
イオード（以下ＡＰＤと記す）に関する。

［従来の技術） 近年、急速に普及が進む光通信システムでは、中継距離
の拡大のため、増倍機能を有し、ＰＩＮフォトダイオー
ドに比へ受信感度か高くなるＡＰＤが一般的に用いられ
る。さらに、通信システムの大容量化には、素子の高速
化が必須であり、受光素子の容量を低減可能なメサ型構
造の受光素子は有望である。例えば、アプライド　フィ
ジックス　レターズ　５５（１０）　　　（１，９８９
年）第９９３頁から第９９５頁（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、５５（１，０）　（１９８９）ｐｐ、９９３
−９９５）で論じられているような、メサ型ＡＰＤがあ
る。

［発明が解決しようとする課題１ 半導体受光素子として、メサ型のＡＰＤを用いた場合、
メサエツジ部の電気的特性が不安定であるという問題が
ある。メサエツジ部に入射した信号が電気信号に変換さ
れた場合、素子特性の二安定さのため、この不安定さが
増倍された電気イ号として外部に取り出される。これを
防ぐためし侠、光信号を電気的特性が均一なメサ中央部
にし射させるための位置合わせが必要である。

特に、受光素子をシステムに組み込むにはモジュール化
が必要であるが、モジュール化に際し。

受光素子と光信号の位置合わせは、素子をパソう−ジ内
に組み込んだ状態で、受光素子で発生し、力先電流をモ
ニタしながら受光素子の位置を調ＭＬ光電流が最高とな
る状態で光ファイバーと受光源子を接着剤等で固定する
という方法を取っている本方法では、ファイバと受光素
子の位置関係が目視てきないため、受光素子の増倍率が
、メサ部中央よりメサエツジ部で犬であった場合、光信
号をメサエツジ部に入射する位置で固定してしまうとい
う問題が生ずる。

しかし、上記従来技術は、メサ型半導体受光素子のメサ
エツジ部に光が入射することについては配慮されておら
ず、光信号がメサエツジ部に入射することにより安定な
素子動作が得られず、モジュールの歩留まり低下等の問
題がある。このため、受光素子はもともとメサエツジ部
に光信号が入射しないような構造にする必要がある・ 本発明の目的は、光信号がメサエツジ部に入射すること
を防止し、光信号入射時の動作を安定化した半導体受光
素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段１ 上記目的を達成するために１本発明においては光信号入
射方向のメサ型受光素子のエツジ部を遮光物質で覆うよ
うにしたものである。さらに、遮光物質としてメサ型受
光素子の電極を用いると、新たなプロセスを追加するこ
となく本発明を実施することができる。

【作用］ 本発明の方法では、光信号入射方向に設けられた電極に
より光を遮蔽するものである。これにより、メサ型受光
素子のエツジ部への光入射がなくなるので、従来発生し
ていたエツジ部への光入射による不安定動作を防止する
ことができる。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

本実施例のＡＰＤは、液相成長法、気相成長法、有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法
（以下ＭＢＥ法と記す）等いずれにも適用可能である。

本実施例では、Ｍ、　Ｂ　Ｅ法により（１００）面ｎ十
−丁ｎＰ基板２上にｎ＋　−ＩｎＡ　Ｉ　Ａ　ｓ　　バ
ッファ層（不純物濃度：２×１０１８／ｃｍ３．厚さ：
　１．０μｍ）　３　、　ｎ　−ＭＱＷ増倍層（ＩｎＡ
ＩＡｓ／ＩｎＧａＡｓ　２　Ｘ　１０１５／ｃｍ３，０
．７μｍ）　４　、　ｐ　−Ｉ　ｎＡ１Ａｓ障壁緩和層
（３×１０１６／ｃｍ３，０．２μｍ）　５゜ｐ−−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層（２Ｘ　１０”／ｃｍ’、０゜２μ
ｍ）６．ｐ＋　−ＩｎＧａＡｓバッファ層（２×ユ　Ｏ
１１１／ｃｍ　　＋　〜　ｌ　　μｍ）　　　７．　　
　ｐ＋　　　−Ｉ　　ｎＧａＡｓ　　コンタクト層（５
Ｘ　１０１″／　ｃｍ　、〜１　μｍ）　８を順次連続
成長させ、ＳＡＭ構造（Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ａｍｐｌｉ
ｆｉｃａｔｌｏｎ　　ａｎｄ　　ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ）　　を得る。

重クロム酸系エツチング液等を用いて、受光部を所望の
構造にメサエッチングした後、絶縁膜９を設ける。絶縁
膜９はＡＰＤの暗電流特性及び高速応答性から必要に応
じた材料及び形状を設ければ良い。材料としてはＳｉＮ
、ＰＳＧ、ＳｉＯ２゜ＰＩＱ等がありＣＶＤ法または塗
布により形成する。

第１図は絶縁膜９としてＳｉＮ膜を用いた場合である。

この後、ｐ電極１０．ｎ電極１１を真空蒸着させる。電
極はエツチングまたはリフトオフにより本発明の形状に
する。ｐ電極ＬＯ，ｎ電極］１の材料は、それぞれｐ＋
　−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８、ｎ＋ＩｎＰ基板２と
オーミック接合がとれるように選べば良い。例えば、ｎ
電極１１の材料としてはＡｕＺｎ／Ｐｔ／Ａｕ、ｐ電極
１０の材料としてはＴ　ｉ　／　Ａ　ｕがある。

その後、入射光を反射あるいは吸収する遮光物質１２を
、メサエツジを覆うように形成する。遮光物質の材料と
しては、アモルファスＳｉ、金属等がある。第１図の例
では、メサエツジを覆う遮光物質をメサエツジ下部まで
伸ばしている。

次に、本実施例の動作について述べる。電極１０．１１
を介してＡ、　Ｐ　Ｄ　１に逆バイアスを印加する。光
信号１２はｐ＋　−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８、ｐ−
−ＩｎＧａＡｓバッファ層７を通り、ｐ−−ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層６て吸収され、電子・正孔対を発生すること
により電気信号に変換される。光吸収層６で発生した電
子は電界により障壁緩和層５を通過し、光増倍層４てア
バランシェ増倍し、電極１０により電気信号として外部
に取り出される。

従来例を第２図に示す。従来例では、メサエツジ上部に
光を遮断する物質が設けらｔていない為、メサエツジ部
に光信号が容易に侵入する。ところが本発明の実施例に
よれば、光増倍層４のメサエツジ上部の遮光物質によっ
てメサエツジ部への光信号の侵入が効果的に阻止される
。

もう１つの実施例を第３図に示す。第３図は、第１図に
示した構造と同様な構造であり、遮光物質としてＡＰＤ
の電極を用いた例である。本実施例によれば、メサエツ
ジ部への光信号の侵入を、電極１０そのもので防止する
ことができる。

もう１つの実施例を第４図に示す。第４図は、第１図に
示した構造と同様に結晶成長を行い、メサエッチングに
より受光部を形成した後、Ｐ　Ｉ　Ｑ（ポリイミド系樹
脂）膜を用いた絶縁膜９を厚く塗布し、メサエッチング
した部分を埋め込む形として、素子の平坦化を行った例
である。本実施例においても、メサエツジ部を覆うよう
に遮光物質１２を形成する。

第５図は第４図と同様にメサ部を平坦化した構造であり
、メサエツジへの光の侵入を電極１０を延長することに
よって防止したものである。

第４図、第５図に示した例は、メサエツジ部に光信号が
入射することを防止できる利点のほかに、メサエツジを
覆うために面積の大きくなる電極の容量を低減でき、高
速応答を必要とする受光素子に有効な構造である。

尚、上記実施例では、ＡＰＤについて述へたが。

本発明はＡＰＤに限らすＰＩＮホトダイオード等の縦構
造受光素子にも適用できる。また、半導体材料は上記実
施例に限定されるものではなく、その他のｍ−ｖ族化合
物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体にも適用可能である。

【発明の効果） 本発明によれば、メサ型半導体受光素子のメサエツジを
電極で覆うことで、メサエツジに直接光信号が入射する
ことが防止できるので、メサ構造特有のエツジ部の電界
変化による影響を受けることなく、安定な動作を得るこ
とができる。また、光信号を入力する際に光信号を受光
素子の中央に入射させるための位置合わせが容易になる
とともに、モジュール化の際の歩留まり向上・コスト低
減がはかれる。さらに、光増倍層に直接光が入射しない
ことにより、増倍率の低下を防止できるとともに、電気
信号の低雑音化にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の光半導体装置の断面図、第２
図は従来のアバランシェホトダイオードの断面図、第３
図、ないし第５図はそれぞれ本発明の他の実施例の光半
導体装置の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一のＰＮ接合に逆バイアスを印加し、光起電力を
   利用するメサ型構造の半導体受光素子において、受光機
   能を有する領域を限定し、光信号受信時にメサエッジ部
   への光入射を防止する手段を、光信号入射方向のメサエ
   ッジ部に設けたことを特徴とする光半導体素子。 ２、上記光入射を防止する手段として、入射光を反射あ
   るいは吸収する遮光物質を用いたことを特徴とする請求
   項１記載の光半導体素子。 ３、上記遮光物質として、上記光半導体素子の電極を用
   いたことを特徴とする請求項２記載の光半導体素子。 ４、アバランシェ増倍を利用した増倍機能を有すること
   を特徴とする請求項１ないし３記載の光半導体素子。