JPH041740Y2

JPH041740Y2 -

Info

Publication number: JPH041740Y2
Application number: JP1982076252U
Authority: JP
Priority date: 1982-05-26
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1992-01-21
Also published as: JPS58180648U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、光伝送システム等において使用する
受光素子の一種であるアバランシエ半導体受光素
子に関するものである。

一般に−Ｖ族化合物半導体受光素子、特に
InGaAsPおよびInGaAs系半導体受光素子は、１
〜1.6μmの波長帯で良好な感度を有し、長波長帯
光伝送用素子として有望なものの１つである。中
でも、光吸収層と独立に増倍層を設けた分離接合
形アバランシエフオトダイオードは、雑音が少な
く、増倍がとれ、プレーナ化が可能である等種々
優れた特徴を有し、注目を集めている。

従来このような分離接合形アバランシエフオト
ダイオードとしては、例えば第１図に示すよう
に、ｎ形Inp基板１の上にInpバツフア層２、
InGaAs光吸収層３、InP増倍層４をCVD法等の
適当な方法で順次成長させ、その後Inp増倍増４
にｐ形不純物拡散層５を設けてpn接合６を形成
し、更にパツシベーシヨン膜７、反射防止膜８、
ｐ側電極９およびｎ側電極１０を設けたものがあ
る。しかし、この構造の薄膜を高純度薄膜が期待
できるLPE法で形成しようとする場合には、Inp
増倍層４をInGaAs光吸収層３の上に成長させる
際に、その光吸収層３がメルトバツクされてしま
うという問題があつた。

このメルトバツクを防ぐものとして、第２図に
示すように光吸収層３の上に1.3μmの波長に対応
するInGaAsP４え層薄膜を成長させてメルトバ
ツク保護層１１を形成し、この上にInP増倍層４
を成長させたものがある。しかし、この構造は製
造工程が複雑になる他、吸収、増倍に寄与しない
保護層１１が介在するために設計も複雑になる欠
点を有する。

このようなメルトバツク保護層１１を用いない
ものとしては、第３図に示すようにｐ形InP基板
１２の上にｐ形不純物を添加したInP層５′、InP
増倍層４およびInGaAs光吸収層３を順次成長さ
せ、メサ形にエツチングした構造のものがある。
しかし、これはブレーナ構造でないために素子の
マウントが困難であると共に、pn接合６の露出
部がリーク電流の原因となり、素子特性を劣化さ
せ信頼性を損なうという欠点があつた。

本考案は以上のような状況に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、簡単な構成でメルトバツ
クを回避し、かつ上面が平滑で信頼性の高い分離
接合形のアバランシエ半導体受光素子を提供する
ことにある。

このような目的を達成するために、本考案は、
基板上に順次積層した増倍層および光吸収層から
なる受光部をとり囲みかつ基板層に達する溝を形
成してこれをポリイミド等の耐熱性絶縁物で埋め
込み、その上に電極を形成したものである。以
下、実施例を用いて本考案を詳細に説明する。

第４図は、本考案の一実施例を示す断面図であ
る。本実施例は、格子整合のとれたInP／
InGaAs系半導体を用いた例であり、ｐ形InP基
板１２の上にInP増倍層４、InGaAs光吸収層３
を順次積層した構成を有している。また、受光部
をとり囲むように素子分割のための溝１３を設
け、受光部をメサ構造としてある。この溝１３の
底部はｐ形InP基板１２にまで達しており、内部
にはポリイミドからなる絶縁物１４が埋め込んで
ある。絶縁物１４は、同時に受光部を除く半導体
層表面上をも覆っており、上記受光部表面にｎ側
電極１０、ｐ形InP基板１２の側にｐ側電極９を
設けてある。

上記構成において、入射光１５により生成され
たキヤリアを電極方向に引き寄せて電流が流れる
ようにするため、逆バイアスの電圧を電極間に加
える。この逆バイアスを大きくすれば、アバラン
シエ効果が生じて光電流は増倍される。ここで、
pn接合６の端部は絶縁物１４により覆われた構
造となつており、第３図のようにpn接合面の露
出がないためリーク電流を低減することができ、
雑音の少ない受光素子が得られる。また、素子上
面は平坦で、プレーナ構造を有している。

次に、上記構成の半導体受光素子の製造方法を
第５図を用いて説明する。

先ず、ｐ形InP基板１２の上にLPE法により
InP増倍層４、InGaAs光吸収層３を成長させた
（第５図ａ）。この場合の溶液組成比は、それぞれ
In：InP＝１ｇ：53mg、In：GaAs：InAs＝１
ｇ：27.2mg：33.2mgであり、成長開始温度は605
℃、徐冷温度は0.5℃／minで成長時間はそれぞ
れ12分、１分30秒である。また、成長膜厚はそれ
ぞれ3.1μm、3.3μm、キヤリア濃度は９×10¹⁵cm^-
^３、1.5×10¹⁵cm_-3であつた。なお、それぞれの溶
液は、高純度薄膜を得るため、溶液組成のうち
InPを除いた成分についてはH2雰囲気において
675℃に加熱し純化を行なつている。

次に、ウエハのｐ形基板面をBrメタノール液
で研摩し、基板の厚さが70μmになるようにした
後、フオトエツチング法により、受光部をとり囲
むように溝１３を形成して受光部をメサ状にした
（第５図ｂ）。この時のエツチング液は、InGaAs
層についてはH₂SO₄：H₂O₂：H₂Ｏ＝３：１：１
（体積比）液、InP層については濃塩酸を用いた。

次いで、全面にポリイミドを塗布して、溝１３
を埋めた後、フオトエツチングにより受光部のみ
除去して窓１６を開けた（第５図ｃ）。

更に、リフト・オフ法により金・亜鉛−金から
なるｐ側電極９および金・ゲルマニウム・ニツケ
ル−チタン−金からなるｎ側電極１０を形成しシ
ンターした（第５図ｄ）。なお、ｐ側電極９に用
いた窓は直径80μmの円形である。

このようにして形成されたアバランシエフオト
ダイオードのブレークダウン電圧は85V、飽和暗
電流は20nAであつた。また、ブレークダウン特
性は極めて良好で、最大増倍率として80の値が得
られる。なお、この時の照射光は波長1.55μm、
OV印加での光電流は0.2μAであつた。

このようにInP増倍層４の上にInGaAs光吸収
層３を積層させる構成をとるため、メルトバツク
を生じさせずにLPE法を用いることができる。
また、メルトバツク保護層の介在等もなく、構造
は簡単で設計、製造も容易である。

なお、上述した実施例では受光部をとり囲む溝
を埋める絶縁物としてポリイミドを用いたが、こ
れは他の耐熱性絶縁物、例えば低融点ガラスなど
でも良い。

また、上述した実施例においては光吸収層を
InGaAs層により構成した場合についてのみ説明
したが、本考案はこれに限定されるものではな
く、この光吸収層を例えばInGaAsP層で構成す
ることにより、受光波長の異なるアバランシエフ
オトダイオードを同様に得ることができる。

また、上述した実施例においては背面、即ち基
板側から光が入射する場合についてのみ説明した
が、本考案はこれに限定されるものではなく、上
面から光が入射するようにしても良い。この場
合、MBE，MO−CVD法等によりウインドー層
としてInPあるいはInGaAsP層を被着形成しても
良い。

以上説明したように、本考案によれば、基板上
に光増倍層を成長させ、その上に光吸収層を積層
した構成のため高純度薄膜が期待できるLPE法
を用いてメルトバツクを生じることなく形成する
ことができる。また、素子構造がプレーナ形であ
りかつpn接合が埋め込んであることからリーク
電流が少なく、低雑音、高増倍率で信頼性の高い
分離接合形アバランシエダイオードが得られると
いう効果を有する。更に、プレーナ化できること
によりマウントや素子の複合化が容易であるとい
う利点をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ従来の半導体受光素
子の構成を示す断面図、第４図は本考案の一実施
例の構成を示す断面図、第５図ａ〜ｄはその製造
工程を示す図である。３……InGaAs光吸収層、４……InP増倍層、
６……pn接合、９……ｐ側電極、１０……ｎ側
電極、１２……ｐ形InP基板、１３……溝、１４
……耐熱性絶縁物、１５……入射光。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

基板上にインジウムリンに格子整合するインジ
ウムガリウムヒソ系の材料によつて構成した光増
倍層および光吸収層を順次積層してなる受光部を
備え、この受光部は、周囲を前記基板に達する深
さの溝で取り囲んでメサ構造に形成すると共に、
前記溝にはポリイミドを埋め込んで表面を平滑に
し、かつ前記ポリイミド上に電極を配設したこと
を特徴とする半導体受光素子。