JPH04207086A - 半導体装置 - 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】 ［概要コ 受光素子を含む半導体装置に関し、 ｐ側電極とｎ側電極とが同一平面に形成でき、かつ応答
遠度の早いホトダイオードを含む半導体装置を提供する
ことを目的とし、 基板と、基板の上に形成され、比較的広いバンドギャッ
プと第１の導電型の不純物密度を有するキャリア供給層
と、キャリア供給層の上に形成され、比較的狭いバンド
ギャップと厚さの大部分が容易に空乏化される低い不純
物密度を有する光吸収層と、光吸収層の上に形成され、
第２の導電型の不純物密度を有し、大きな面積と小さな
面積を有する少なくとも２個の電極領域と、大きな面積
を有する電極領域の下を逆バイアスし、小さな面積を有
する電極領域の下を順バイアスするバイアス手段とを有
するように構成する。

［産業上の利用分野コ 本発明は半導体装置に関し、特に受光素子を含む半導体
装置に関する。

近年、光通信、情報処理の技術の発展に伴い、高速動作
できる小型の受光素子が要望されている。

特に受光素子を電子回路と一体に集積化した半導体装！
への要望が強い。

［従来の技術］ 従来より、半導体受光装置としてρ型領域とｎ型領域の
間にｉ型領域を挾んだｐｉｎホトダイオードやそのｉ型
領域内でアバランシェブレークダウンを生じさせるアバ
ランシェホトダイオード（ＡＰＤ）が知られている。こ
れらの受光素子は、その構造中に光を吸収する光吸収層
を含んでいるが、光通信の使用波長と共に光吸収層他の
構成材料は変化する。

近年の１μｍ帯（波長１．３μｍや１゜５μｍの光を対
象としたもの）の光通信を対象とした受光素子を図面を
参照して説明する。

第４図（Ａ）に従来の技術によるｐｉｎ型ホトダイオー
ドを示す、半絶縁性１ｎＰ基板５１の上にｎ型領域であ
るｎ十型１ｎＰ層５２が形成され、その上に光吸収を行
なうｉ型領域であるアンドーグのＩｎＧａＡｓ層５３が
形成され、その上にｎ−型１ｒｌＰ領域５４が形成され
ている。ｎ−型１ｎＰｊｌ１５４の中に、Ｚｎを拡散し
たｐ領域であるｐ中型領域５５が形成され、ｐｉｎ構造
を形成している。ｎ＋型ＩｎＰ層５２は、たとえば厚さ
２μｍであり、その上のＩｎＧａＡｓ層５３は、たとえ
ば厚さ１．７μｍ、その上のｎ−型１ｎＰ層５４は、た
とえばＳｉを１×１０１５ｃｍ−３程度ドープした厚さ
約１μｍの層である。ｎ−型１ｎＰ層５４およびその下
のＩｎＧａＡｓ層５３は、選択的にエツチングされ、そ
の下のｎ十型１ｎＰ層５２の表面を露出している。ｎ十
型１ｎＰ層５２の上には、たとえばＡｕＧｅ／Ａｕから
なるｎ側電［！５７が形成され、Ｚｎを拡散したｐ生型
領域５５上には、ＡｕＺｎ／　Ａｕで形成されたｐｆｌ
ｌｌｔ＆５８が形成される。光吸収層となるＩｎＧａＡ
ｓ層５３の両側は、バンドギャップの広いＩｎＰで形成
されているため、入射光は上面からも下面からも入射す
ることができる。上面から入射する時には、ｐ　０ＩＩ
ｔ６５８の中央部５９を開口する。

このような構成のｐｉｎホトダイオードに、所定の逆バ
イアスを印加すると、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ層５
３はほぼ空乏化される。空乏層内の電界が、光によって
生成された電子・正孔対を加速し、速やかにρ（ｌＩＩ
ｔｉ、ｎ１ｌｔ！！電極に到達させる。

第４図（Ｂ）は、同一平面上からＰ側を極およびｎ側電
極を取り出すように構成したラテラルルミｎホトダイオ
ードを示す。

半絶縁性１ｎＰ基板５１の上にバッファ層としてアンド
ープのｌｎＰ層６１を形成し、その上に光吸収層として
アンドープのＩｎＧａＡＳ層６２を形成し、その上にｎ
−型ＩｎＰ層６３を形成している。ｎ−型１ｎＰ層６３
の中に、選択的にＺｎを拡散し、ｐ型領域６４を形成し
ている。

ＩｎＰ層６１およびＩｎＧａＡｓ層６２は、共ニ１×Ｉ
Ｑ　１５　（ｙｌ−３以下の不純物濃度を有するほぼ真
性な半導体で形成され、それぞれ厚さ約１μｍ、約１゜
７μｍを有する。ｎ−型１ｎＰ層６３は、たとえばＳｉ
を約ｌＸ１０１５ｃｍ−３程度ドープした厚さ約０゜３
μｍの層で形成される。　２ｎを拡散したｐ型領域６４
の上に＾ｕｒｎ／Ａｕで形成したｐ側電極６８を形成し
、ｎ−型１ｎＰ層６３の上に＾ｕＧｅ／　Ａｕで形成し
たｎ０ｉＩ電極６７を形成する。

このように形成した構造に対して、ｐ０１！極、ｎ側を
極から逆バイアス電圧を印加すると、Ｐ型領域６４の周
囲のｐｉｎ接合は逆バイアスされ、その周囲に空乏層６
５が拡がる。この空乏層が発達した領域に光が入射し、
電子・正孔対が発生すれば、これらのキャリヤは電界に
よって加速され、電極６７．６８から取出される。

第４図（Ｃ）は、金属−半導体−金属（ＭＳＭ）型ホト
ダイオードを示す、半絶縁性１ｎＰ基板５１の上にバッ
ファ層としてのＩｎＰ層６１、光吸収層としてのＩｎＧ
ａＡｓ層６２が形成される点は第４図（Ｂ）と同様であ
る。　ＩｎＧａＡｓ層６２の上にショットキ接触を形成
するためのアンドープのＩｎＡｌＡｓ層７１を厚さ約０
．１μｍ形成しである。このＩｎＡＩＡＳ層７１の上に
、直接＾１等で形成されたショットキ電極７２．７３が
形成されている。これらの電極７２．７３は、たとえば
相互にかみ合った櫛形のインターデジタル型に配置され
ている。を極７２．７３に図示のように負電圧、正電圧
を印加すると、正電極７３から負電極７２に向かって、
光吸収層６２を貫ぬいて矢印で示すような電界が生じる
。　ＩｎＧａＡｓ層６２に光が入射し、光吸収によって
電子・正孔対が発生すると、これらのキャリアは電界に
よって加速され、電極７２．７３から取出される。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図（Ａ）に示す従来技術によるｐｉｎホトダイオー
ドにおいては、同一面上にｐＨ！Ｉｔ極およびｎ（ｔｌ
ｔ極を形成することが困龍であり、電子素子との集積化
が困麹である。

第４図（Ｂ）に示す従来技術によるラテラルルミｎホト
ダイオードにおいては、一方の電極（図示の構成の場合
正電圧を印加するｎ側電極６７）の下に空乏層を発展さ
せること離しい、したがって、空乏層が発達していない
電界の弱い領域で光吸収が生じると、発生したキャリア
は高速で移動することができず、素子の応答速度を低下
させる。

第４図（Ｃ）に示すＭＳＭホトダイオードにおいてはシ
ョットキバリアを形成するためのＩｎＡｌＡｓ層と、光
吸収を起こすＩｎＧａＡｓ層との間のへテロ界面にバリ
アが発生し、キャリアトラップを形成する。このため、
ショットキ接触を形成するためのＩｎＡｌＡｓ層７１の
組成をコントロールして、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ
層６２との界面ではその組成カ月ｎＧａＡｓに近くなる
ようにしないと、十分な応答が得にくい、また、電極直
下に電界を発達させにくい領域が発生する。ここにキャ
リアが発生すると、素子の応答速度を低下させる。

本発明の目的は、Ｐ側電極とｎ側電極とが同一平面上に
形成でき、かつ応答速度の速いホトダイオードを含む半
導体装置を提供することである。

本発明の他の目的は、電子素子との集積化が容易で応答
の速いホトダイオードを含む半導体装置を提供すること
である。

「課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装１は、半絶縁性基板上に電子素子形成
用の第１の積層構造と光素子形成用の第２の積層構造と
を形成した光・電子集積回路を構成する半導体装置であ
って、第２の積層構造が比較的広いバンドギャップと第
１の導電型の不純物密度を有するキャリア供給層と、キ
ャリア供給層の上に形成され、比較的狭いバンドギャッ
プと厚さの大部分が容易に空乏化される極めて低い不純
物密度を有する光吸収層と、光吸収層の上に形成され、
光吸収層の不純物濃度より高い第１の導電型の低不純物
密度を有し、光吸収層より広いバンドギャップを有する
半導体層とを有する。

［作用］ キャリア供給層の上に光吸収層が形成されるため、界面
近傍の光吸収層内に２次元キャリアガスが形成される。

２次元キャリアガスは、高不純物濃度領域と同様の低抵
抗率の領域を形成する。

この２次元キャリアガスは、表面上の電極に印加した電
圧によって引き寄せられたり離れたりする。逆バイアス
を印加された電極の下においては、２次元キャリアガス
は押し退けられ、電界の発達した広い感光領域が形成さ
れる。順バイアスを印加された電極の下においては、２
次元キャリアガスが引き寄せられ、電極との間に抵抗の
低い接続を形成する。すなわち、順バイアス電極から光
吸収層下部に延びる良導電性領域が形成される。このた
め、空乏層が発達した領域の両端に低抵抗でｐ側電極お
よびｎ側電極が接続され、速い応答が可能となる。また
、これらのｐ側ｔｆ！およびｎ側電極はほぼ同一平面上
に形成することが容易である。

電子素子形成用の積層構造と、上述のようなホトダイオ
ード形成用の積層構造とを基板上に重ねて形成すること
により、電子素子等との集積化が容易となる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例によるホトダイ
オードを含む半導体装置を示す。

第１図（Ａ）において、たとえばｒｅドープの半絶縁性
１ｎＰ基板１の上にバッファ層としてアンドープＩｎＰ
層２が形成され、その上にバンドギャップが広く、不純
物濃度の高いｎ＋梨型１ｎＡＩｓ層３がキャリア供給層
として形成される。たとえば、キャリア供給層３はＳｉ
を約ｌＸ１０１８ｃｍ−３ドープされた厚さ約１０００
人の層である。このキャリア供給層３の上によりバンド
ギャップの狭いＩｎＧａ＾Ｓで形成されたアンドープの
光吸収層４が、たとえば厚さ約１．７μｍ形成される。

ＩｎＧａＡｓ層は、ＩｎＡ　ＩＡｓ層よりも狭いバンド
ギャップを有し、ＩｎＡｌ＾Ｓ層からキャリア（電子）
の供給を受ける。このため、アンドープ１ｎＧａＡｓで
形成された光吸収層４とキャリア供給層３との界面近傍
には２次元キャリアガス１０が形成される。ＩｎＧａＡ
Ｓで形成された光吸収層４の上にバンドギャップの広い
ｎ−型ＩｎＰで形成されたウィンド層５が形成される。

ウィンド層５は、たとえばＳｉ濃度約Ｉ　Ｘ　１０１６
Ｃｍ−３、厚さ約０．３μｍを有する。このウィンド層
５の中に、選択的にＩｎが拡散され、ｐ生型ＩｎＰ領域
６．７が形成される。このｐ十型１ｒｌＰ領域６．７は
、その面積に大小の関係が形成され、領域６は広く、領
域７は狭く形成されている。これらのｐ型領域６．７の
上にＡＵ、？ｎ／　Ａｕで形成されたオーミック電極が
形成される。広いＰ生型１ｎＰ領域６の上に広い電極８
が形成され、狭いρ生型ＩｎＰ領域７の上に狭い電極９
が形成される。バイアス源２０から広い電極８には逆バ
イアス（負電圧）が印加され、狭い電極９には順バイア
ス（正電圧）が印加される。

このような状態におけるホトダイオード内の動作機構を
第１図（Ｂ）に示す、負電圧を印加された広い電極８（
およびそれにオーミック接触をするｐ十型１ｎＰ領域６
）の下には、逆バイアスによって空乏層が広く形成され
る。このため、２次元キャリアガス１０はキャリア供給
層３との境界付近に押しやられる。

一方、正電圧を印加された狭いｔｆ！９（およびその下
のオーミック接触をするｐ中型１ｎＰ領域７）は、順バ
イアスを印加されているなめ、空乏層は発達せず、逆極
性である２次元電子ガス１０を引き寄せる。このため、
２次元電子ガス１０は正電圧を印加された電極９の下で
図示のようにｐ＋型ＩｎＰ領域７に近付く。

このようにして、逆バイアスされた広い電極８の下には
、表面に対してほぼ垂直方向の界面が発達しな空乏層が
広く形成され、入射光によって電子正孔対が発生した時
はそれ等のキャリアを電界によって高速に移動させる。

また、正電圧を印加された電極９の下においては、２次
元キャリアガス１０が引き寄せられるため、電極９と２
次元電子ガス１０との間が低抵抗で接続される。２次元
電子ガス１０は中間！極として作用する。

このようにして、光吸収層４内において、広い領域で電
界が上下に発達し、高速応答領域を作る。

また、２次元電極ガスは良導電性なので、光吸収が生じ
た時にキャリア輸送が遅い領域が排除される。このため
、ホトダイオードの応答が速くなる。

第１図（Ａ）、（Ｂ）に示した構造においては、表面に
形成されたｐ十領域に正電極および負電極がオーミック
接触で接続された。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は、ショットキ接触を利用したＭ
ＳＭ型ホトダイオードの実施例を示す。

第２図（Ａ）において、半絶縁性１ｎＰ基板１の上に、
バッファ層としてＩｎＰ層２が形成され、その上にｎ串
型１ｎＡｌ＾Ｓで形成されたキャリア供給層３が形成さ
れ、その上にアンドープのＩｎＧａＡＳで形成された光
吸収層４が配置されている。この光吸収層４の上には、
ショットキ接触を形成するためのｎ−型１ｎ＾ＩＡｓで
形成されたショットキ接触取出層１２が、たとえば厚さ
約２００人形成されている。このショットキ接触取り出
し層１２の上に、アルミニウムで形成された広い面積を
有するショット＋を極１４および狭い面積を有するショ
ットキｔｔｉ１５が形成されている。キャリア供給層３
は、たとえばＳｉを約ＩＸ１０ｌＸ１０１Ｂドープした
厚さ約１０００人のｎ生型層であり、光吸収層４は、た
とえば厚さ約１．７μｍを有し、ショットキ接触取り出
し層１２は、たとえば厚さ約２００人である。

このような構成とすると、第１図の実施例同様、キャリ
ア供給層３から光吸収層４にキャリアか供給され、その
界面付近に２次元電子ガス１０を形成する。すなわち、
これらの２次元電子ガスは低抵抗であり、ショットキを
極１４．１５と対向し、その間に光吸収層４を挾む構成
となる。

第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）に示す構成に電圧を印加
した動作状態を示す、広い面積を有するショットキ電極
１４に逆バイアスとなる負電圧を印加し、狭い面積を有
するショットキ電極１５に順バイアスとなる正電圧を印
加する。２次元電子ガス１０は正電圧を印加されたショ
ットキを極１５の下においては正電圧によって引き上げ
られ、ショットキ電極１５の近くまで分布する。一方、
負電圧を印加されたショットキ電極１４の下においては
、２次元電子ガスは排斥され、広い空乏層が形成される
。このようにして、光吸収層４は空乏層および低抵抗領
域によって占められるようになる。したがって、入射光
が光吸収層において吸収され、電子・正孔対が発生した
時は、これらのキャリアは速やかに画電極１４．１５に
引き出される。

なお、第１図、第２図の実施例においてキャリア供給層
としてＩｎＡｌＡｓを用いたが、代りにＩｎＰ等のバン
ドキャップが広く、且つ光吸収層と格子整合する材料を
用いることもできる。

このようなホトダイオードの電気的特性を、第３図を参
照して説明する。

第３図（Ａ）は、表面上に形成する電極８．９．１４．
１５のパターンの１種であるインターデジタル型電極の
構成を示す。

広い面積の歯を有する櫛型電極１６と狭い面積の歯を有
する櫛型電極１７が互いにその歯を噛み合わせる形状で
対向し、インターデジチル型電極を構成している。広い
面積の歯を有する電極１６に逆バイアスを印加し、狭い
面積の歯を有する電極１７に順バイアスを印加すると、
広い面積の歯の下に広く空乏層が形成され、感光領域が
形成される。

第３図（Ｂ）は、電極パターンの他の例である中央ｔｉ
を周辺電極が取り囲む形状を示す。

狭い面積を有する電極１９の周囲を広い面積を有する電
極１８が取り囲んでいる。この場合、電極１９の部分を
受光部とするので、広い面積を有する電極１８に順バイ
アスを印加し、狭い面積を有する電ｆｉ１９に逆バイア
スを印加する。また、逆にｔｌｉ１８に逆バイアスを印
加し、且つ電極１９に順バイアスを印加すれば受光部は
電極１８の領域になる。このことは、第３図＜Ａ＞のイ
ンターデジタル型でも同様である。

第３図（Ｃ）は、このような面積に差のある電極を用い
たホトダイオードの等価回路を示す。

第３図（Ａ）に示すように、広い面積を有するｔ種部分
が３個、狭い面積を有する電極部分が２個ある場合を例
として示す。

広い面積を有するダイオード２２ａ、２２ｂ、２２ｃと
、狭い面積を有すダイオード２３ａ、２３ｂか並列に接
続されている。これらのダイオードの内部抵抗をそれぞ
れ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２５．２５ｂで示す、
順バイアスを印加されるダイオードにおいては、２次元
キャリアガスが電極近傍まで引き寄せられるため、その
内部抵抗２５ａ、２５ｂは小さく、広く面積を有するダ
イオードにおいては、２次元キャリアガスが逆バイアス
によって排斥されるなめ、高い内部抵抗２４ａ、２４ｂ
、２４ｃを有する。

したがって、狭い面積を有するダイオード部分において
は、順バイアスを印加されたダイオード２３ａ、２３ｂ
と、小さな抵抗２５ａ、２５ｂがほぼｔ′！ｆｌとして
の役割を果たし、共通接続点に接続される。このように
して、実質的に大きな面積を有するダイオード２２ａ、
２２ｂ、２２ｃの部分が従来のｐｉｎホトダイオードと
同様に動作する。

以上説明した実施例の構成によれば、同一平面上に同一
プロセスで正電極、負電極を形成できる。

このなめ、プロセスか容易化でき、集積化か促進できる
。

また、光吸収層内に高抵抗率で電界の弱い（応答の遅い
）領域を作ることなく動作させることができ、高速動作
が促進される。

なお、第１図、第２図に示したホトダイオードは、光吸
収層４の両側によりバンドギャップの広い材料のみが存
在する。このため、入射光は上面から入射しても、下面
から入射してもよい。

次に、このようなホトダイオードを集積化した半導体装
置について説明する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）は、光電子集積回路装置を形成す
るのに適した基板構造を示す。

第５図（Ａ）においては、半絶縁性１ｎＰ基板１の上に
アンドープＩｎＰから形成されたバッファ層２か形成さ
れ、その上にＨＢＭＴ素子を形成することのできる電子
素子作成用積層３３が形成され−その一部を共用してさ
らにその上にホトダイオードを形成することのできるホ
トダイオード作成用積層３４が形成され、その上にアン
ドープ］ｎＧａＡｓから形成された保護用のカバー層３
０が形成されている。

電子素子作成用積層３３は、高電子移動度トランジスタ
（ＨＥＭＴ）を作成する場合は、たとえば電子走行層と
なるアンドーグＩｎＧａＡ３層２７、電子供給層となる
ｎ生型ＩｎＡＪＡＳ層２８、アンドーグＩｎＧａＡ３層
２９および電極取り出し層となるｎ中型ＩｎＰ層３を含
む、アンドープＩｎＡｌＡｓ層２９は省略してもよい、
また、電極取り出し層３はｎ中型ＩｎＡｌＡｓで形成す
ることもできる。

また、ホトダイオード作成用積層３４は、ホトダイオー
ド中では電子供給層となるｎ　”　ＪｎＰ層３、光吸収
層となるアンドープＩｎＧａＡｓ層４およびｎ−型１ｎ
Ｐ層５を含む、なお、ｎ中型ＩｎＰ層３の代わりにｎ生
型ＩｎＡｌＡｓ層を用いてもよい。

ＨＥＭＴ作成用積層３３のアンドープＩｎＧａＡｓ層２
７には、ｎ生型１ｎＡＩＡｓ層２８との界面付近に２次
元電子ガス３１が形成される。また、ホトダイオード作
成用積層３４のアンドープＩｎＧａＡｓ層４には、ｎ中
型ＩｎＰ層３との界面付近に２次元電子カス１０が形成
される。

第５図（Ｂ）は、光電子集積回路装置を形成するための
他の基板構造を示す、この構造においては、第５図（Ａ
）のｎ生型１ｎＰ層３の代わりに、ｎ＋型１ｎＧａＡＳ
層３１とｎ　”　ｌｎＰ層３とが用いられている。この
結果、ＨＥＭＴ作成用積層３３とホトダイオード作成用
積層３４とは、共用部分のない構造となる。

なお、第５図（Ａ）、（Ｂ）の構造において、表面の］
ｎＧａＡｓ保護層を除去し、ｎ−型ＩｎＰ層５にＺｎを
拡散し、ｐ型領域を形成することにより、第１図に示し
たホトダイオード構造を形成することができる。また、
このｎ−型１ｎＰ層５に代えて、組成を徐々に変化させ
たＴｎＡＩＧａＡｓ層を用いることもできる。たとえば
、厚さ約２００人のＩｎ＾ｌＧａＡｓ層を用い、組成を
光吸収層１ｎＧａＡｓからＩｎＡｌＡｓに変化させ、保
護層３０としてたとえば厚さ約３００人のＩｎＡｌＡｓ
を用いることもできる。

光吸収層を構成する１ｎＧａＡｓとＩｎＰとは、選択的
エツチングが可能である。たとえば、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｓ
Ｏ４：Ｈ２０＝５　＋　１　：　１の溶液を用いてＩｎ
ＧａＡｓを選択的にエツチングすることができる。

第５図（Ａ）に示す構造の例として、たとえばアンドー
プＩｎＧａＡｓ層２７は、厚さ約２００〜１０００人の
２次元電子ガスを走行させるチャネル層であり、ｎ生型
１ｎＡＩＡＳ層２８は、不純物濃度的１ｘｌｏ１ｅ〜ｔ
ｘＩＱ１９ｃｍ−３、厚さ約２００〜１０００人を有す
る電子供給層であり、ｎ生型ＩｎＰ層３は、不純物濃度
的Ｉ　Ｘ　１０１７〜Ｉ　Ｘ　１０　ｊ９ｃｍ−ａ、厚
さ約０．０５〜０．５μｍを有する層であり、光吸収層
であるＩｎＧａＡｓ層４は、厚さ約１〜２μｍを有し、
ｎ−型１ｎＰ層５は不純物濃度ｌＸ１０１６ｃｍ−３、
厚さ約０．１〜０゜５μｍを有する。これらの層は、半
絶縁性１ｎＰ基板１の上に、バッファ層２を介し、順次
エピタキシャル成長を行なうことによって形成すること
ができる。

第６図に他の基板構成を示す。

半絶縁性ＩｎＰ基板１の上に、バッファ層としてアンド
ープＩｎＡｌＡｓ層４１を形成し、その上にチャネル層
となるアンドープＩｎＧａＡｓ層２７を成長する。

このチャネル層２７の上には、スペーサ層として機能す
るアンドープＩｎＡｌＡｓ層４３を介して、電子供給層
となるｎ型１ｎＡ　ＩＡｓ層４４が形成され、さらにシ
ョットキゲート形成のためのアンドープＩｎＡｌＡｓ層
４５か形成される。これらの層がＨＥＭＴ作成用積層３
３を形成する。

アンドープＩｎＡｌＡｓ層４５の上に、エッチストッパ
として機能するアンドープＩｎＰ層４６が、たとえば厚
さ約１０００人形成され、その上に光吸収層のアンドー
プＩｎＧａＡｓ層４か、たとえば厚さ約１゜５μｍ形成
され、さらにたとえば厚さ約２００人のＩｎ＾１ＧａＡ
ｓ組成勾配層４８を介して、たとえば厚さ約３００人の
バリア層となるＩｎＡｌＡｓ層４９が形成されている。

このＩｎＡｌＡｓ層４９の上には、Ａ１等のショットキ
”８％が形成できる。　ＩｎＡｌＡｓ層４９からｎ型Ｉ
ｎＡｌＡｓ層４４までの層がＭＳＭホトダイオード作成
用積層を形成する。

アンドーグＩｎＧａＡＳとアンドーグ１ｎＰとは、エツ
チング特性が異なるので、ＩｎＰ層４６をエッチストッ
パとしてＩｎＧａＡｓ層４のみを、たとえばＨ２Ｏ２：
Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２０＝５　：　１　：　１のエッチャン
トで選択的にエツチングすることができる。

第６図の構成を用いてＭＳＭホトダイオード作成用積層
３４にＭＳＭホトダイオードを、上部の層を除去してＨ
ＥＭＴ作成用積層３３にＨＥＭＴを形成することができ
る。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、第５図、第６図に示すような
積層構造を用いて光電子集積回路装置を構成した例を示
す。

第７図（Ａ）において、図中左側にはホトダイオード作
成用積層３４を用いて受光素子３５が形成され、図中右
側部分にはＨＥＭＴ作成用槓層３３を用いて電子素子３
６が形成され、これらの間を配線メタル３７が接続して
いる。

なお、受光素子３５下部にあるＨＥＭＴ作成用積層３３
は、単なる下地構造として物理的指示の役割を果たして
いる。

なお、第７図（Ａ）右側部分においては、ＨＥＭＴ作成
用積層３３の上に形成されなホトダイオード作成用積層
３４の部分はエツチングによって除去されている。

第７図＜Ｂンは、表面の平坦化を計った構造例を示す。

この構造においては、ホトダイオード３５を作成する領
域においては、予め基板ｌを選択的にエツチングによっ
てへこませである。このため、エピタキシャル成長によ
って形成されなＨＥＭＴ作成用積層３３、ホトダイオー
ド作成用積層３４の積重ね構造の上面が、近傍の基板表
面と同等のレベルになるようにされている。なお、図中
右側部分には、第７図（Ａ）と同様の電子素子３６が形
成されている。

ホトダイオードを含む受光素子３５の周囲の凹部には、
ポリイミド等の充填物３８が充填され、平坦な表面を作
成している。

なお、電子素子３６と受光素子３５とが近接配置される
時には、これらの表面がほぼ同一レベルとなるように図
示の場合よりも基板の凹部を浅くしてもよい。

以上説明したようなＨＥＭＴ層と、電子素子層とを積層
した構造を用い、プレーナ構造の光電子集積回路装置を
形成することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、正を極と負電極
とを同一平面に作成することができる。

効率の高い受光素子を形成することができる。

２次元電子ガスを有効に利用することにより、順バイア
ス電圧を印加するｔｆ！を、逆バイアス電圧を印加する
ｔ極と同一平面に配置しても効率を低下させることか防
止できる。

また、順バイアスを印加する電極は逆バイアスを印加す
る！極と比べ、狭い面積でよい、このため、面積あたり
の利用率を向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の詳細な説明するため
の断面図であり、第１図（Ａ）は構成を説明するための
断面図、第１図（Ｂ）は動作を説明するための断面図、 第２図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の他の実施例を説明す
るための断面図であり、第２図（Ａ＞は構成を示す断面
図、第２図（Ｂ）は動作を説明するための断面図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１図、第２図に示
した実施例の電気的特性を説明するための図であり、第
３図（Ａ＞、（Ｂ）はｔｉ＃ｌパターンを示す平面図、
第３図（Ｃ）は等価回路、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ
）は、従来の技術による受光素子を示す断面図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の他の実施例による光
電子集積回路装置を形成するのに適した基板構造を示す
概略図、 第６図は、本発明の他の実施例による光電子集積回路装
置を形成するのに適した基板構造を示すＷ略図、 第７図（Ａ）、（Ｂ）は、第５図（Ａ）、（Ｂ）、第６
図に示すような積層構造を用いて作成した光・電子集積
回路装置の構造例を示す断面図である。 図において、 １　　　基　板　　　２　　　バッファ層３　　　　　
キャリア供給層 ４　　　　　光吸収層 ６．７　　　拡散領域 ８．９　　　ｔ　極 １０　　　　２次元キャリアカス １２　　　　　ショットキ接触取出し層１４．１５　　
ショットキを極 ２２　　　　　ホトダイオード ６．７；拡散領域 （Ａ）構成 （Ｂ）動作 実施例 ｎ−１ｎＡＩＡｓ １４．１５　：ショットキ電極 （Ａ）１１敗 （Ｂ）動作 他の実施例 第２図 （Ａ）インクデジタル型 （Ｂ）中央型 （Ｃ）等優回路 電気的特性 第３図 （Ａ） （Ｂ） 第４図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　＜Ｂ）基扱
構造 第５図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、基板と、 基板の上に形成され、比較的広いバンドギャップと第１
   の導電型の不純物密度を有するキャリア供給層（３）と
   、 キャリア供給層の上に形成され、比較的狭いバンドギャ
   ップと厚さの大部分が容易に空乏化される低い不純物密
   度を有する光吸収層（４）と、 光吸収層の上に形成され、第２の導電型の不純物密度を
   有し、大きな面積と小さな面積を有する少なくとも２個
   の電極領域（６、７）と、大きな面積を有する電極領域
   の下を逆バイアスし、小さな面積を有する電極領域の下
   を順バイアスするバイアス手段（２０）と を有する半導体装置。
2. （２）、請求項１記載の半導体装置において、前記電極
   値域の代りに大きいな面積と小さな面積を有する少なく
   とも２つのショットキ電極領域（１２、１４、１５）を
   備えた半導体装置。
3. （３）、半絶縁性基板（１）上に電子素子形成用の第１
   の積層構造（３３）と光素子形成用の第２の積層構造（
   ３４）とを形成した光・電子集積回路を構成する半導体
   装置であって、 第２の積層構造（３４）が比較的広いバンドギャップと
   第１の導電型の不純物密度を有するキャリア供給層（３
   ）と、 キャリア供給層の上に形成され、比較的狭いバンドギャ
   ップと厚さの大部分が容易に空乏化される極めて低い不
   純物密度を有する光吸収層（４）と、 光吸収層の上に形成され、光吸収層の不純物濃度より高
   い第１の導電型の低不純物密度を有し、光吸収層より広
   いバンドギャップを有する半導体層（５）と を有する半導体装置。
4. （４）、請求項３記載の半導体装置であつて、前記第２
   の積層構造（３４）のキャリア供給層（３）と光吸収層
   （４）の両者は直接接触する層であり、且つ、異なるエ
   ッチング特性を有する半導体装置。