JPH0480973A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH0480973A JPH0480973A JP2195561A JP19556190A JPH0480973A JP H0480973 A JPH0480973 A JP H0480973A JP 2195561 A JP2195561 A JP 2195561A JP 19556190 A JP19556190 A JP 19556190A JP H0480973 A JPH0480973 A JP H0480973A
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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ものである。
体受光素子に関するものである。
（従来の技術）
近年化合物半導体受光素子は、光通信酸るいは光情報処
理用の高感度受光器として活発に研究開発並びに実用化
が進められている。特にｐｉｎフォトダイオード（以下
ｐｉｎ−ＰＤと記す）は、アバランシェ・フォトダイオ
ード（ＡＰＤ）に比べ内部電流利得を持たない為受信感
度の点では若干劣るものの、ＡＰＤで見られる様なアバ
ランシェ立ち上がり時間に起因する利得帯域幅積（ＧＢ
積）による帯域の制限が無く、またｐｎ接合を光吸収層
中に形成する為へテロ界面でのバンド不連続に起因する
キャリアトラップによる応答劣化も無い。従って素子の
帯域は、キャリアの走行時間及びＣＲ時定数で決まり、
２０ＧＨｚを越す値が報告されており、高速光信号検出
語としてｐｉｎ−ＰＤが注目されている。また低バイア
スで使用する為、信頼性に優れ、集積化にも適している
。特に素子の製造歩留まり、信頼性、更には取扱い易さ
の点から表面入射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤが実用性
に優れている。
理用の高感度受光器として活発に研究開発並びに実用化
が進められている。特にｐｉｎフォトダイオード（以下
ｐｉｎ−ＰＤと記す）は、アバランシェ・フォトダイオ
ード（ＡＰＤ）に比べ内部電流利得を持たない為受信感
度の点では若干劣るものの、ＡＰＤで見られる様なアバ
ランシェ立ち上がり時間に起因する利得帯域幅積（ＧＢ
積）による帯域の制限が無く、またｐｎ接合を光吸収層
中に形成する為へテロ界面でのバンド不連続に起因する
キャリアトラップによる応答劣化も無い。従って素子の
帯域は、キャリアの走行時間及びＣＲ時定数で決まり、
２０ＧＨｚを越す値が報告されており、高速光信号検出
語としてｐｉｎ−ＰＤが注目されている。また低バイア
スで使用する為、信頼性に優れ、集積化にも適している
。特に素子の製造歩留まり、信頼性、更には取扱い易さ
の点から表面入射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤが実用性
に優れている。
光通信用として注目を集めている光ファイバーの低損失
帯域にあたる１．０〜１．６μｍ帯波長域では、半導体
受光素子の材料としてＩｎＧａＡｓが広く用いられてい
る。このＩｎＧａＡｓ系ｐｉｎ−ＰＤの従来例を第２図
と第３図に示す。第２図はプレーナ型素子の例であり、
半絶縁性ＩｎＰ基板１の上にＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層中ィンド層１１を含む半導体多層膜構造を結晶成
長した後、Ｚｎｎ等型を呈させる不純物を受光領域のみ
に選択的に熱拡散してＩｎＧａＡｓ中にｐｎ接合を形成
しである。一方第３図のメサ型の例では結晶成長時のド
ーピング制御によりＩｎＧａＡｓ中にｐｎ接合を形成し
た後、メサエッチングにより受光領域を規定している。
帯域にあたる１．０〜１．６μｍ帯波長域では、半導体
受光素子の材料としてＩｎＧａＡｓが広く用いられてい
る。このＩｎＧａＡｓ系ｐｉｎ−ＰＤの従来例を第２図
と第３図に示す。第２図はプレーナ型素子の例であり、
半絶縁性ＩｎＰ基板１の上にＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層中ィンド層１１を含む半導体多層膜構造を結晶成
長した後、Ｚｎｎ等型を呈させる不純物を受光領域のみ
に選択的に熱拡散してＩｎＧａＡｓ中にｐｎ接合を形成
しである。一方第３図のメサ型の例では結晶成長時のド
ーピング制御によりＩｎＧａＡｓ中にｐｎ接合を形成し
た後、メサエッチングにより受光領域を規定している。
共にｐ側ポンディングパッドを半絶縁性ＩｎＰ基板１上
に形成する事により素子容量の低減を図り、また光吸収
層の厚層を１〜１．５μｍ程度に薄膜化する事でキャリ
ア走行時間の短縮を図っている。
に形成する事により素子容量の低減を図り、また光吸収
層の厚層を１〜１．５μｍ程度に薄膜化する事でキャリ
ア走行時間の短縮を図っている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら第２図の従来例のプレーナ型素子の場合、
ｐ側電極７はｐ＋−ＩｎＰ１２の一部に接し熱処理を施
されているコンタクト部から、半絶縁性基板１上のポン
ディングパッド部までｎ型エピ層の上にイ色縁膜を介し
て存在する段差配線で結ばれているが、この配線容量が
無視できず低容量化に対する妨げとなっていた。また光
ファイバーの低損失波長にあたる１．５５１１ｍ波長帯
の光に対するＩｎＧａＡｓの吸収係数は６０００〜７０
００ｃｍ 程度と小さく、３〜４μｍの吸収層厚で内
部量子効率９０％程度だったものが、１／ｉｍ程に薄膜
化すると内部量子効率は５０％以下に低下してしまった
。つまり入射光のうちおよそ半分が光吸収層を透過して
、光電変換に寄与しなくなっていた。この無効成分を低
減させ量子効率改善を図るために、裏面反射による透過
光再入射を行って実効的に光吸収層厚を厚膜化する試み
もなされた。
ｐ側電極７はｐ＋−ＩｎＰ１２の一部に接し熱処理を施
されているコンタクト部から、半絶縁性基板１上のポン
ディングパッド部までｎ型エピ層の上にイ色縁膜を介し
て存在する段差配線で結ばれているが、この配線容量が
無視できず低容量化に対する妨げとなっていた。また光
ファイバーの低損失波長にあたる１．５５１１ｍ波長帯
の光に対するＩｎＧａＡｓの吸収係数は６０００〜７０
００ｃｍ 程度と小さく、３〜４μｍの吸収層厚で内
部量子効率９０％程度だったものが、１／ｉｍ程に薄膜
化すると内部量子効率は５０％以下に低下してしまった
。つまり入射光のうちおよそ半分が光吸収層を透過して
、光電変換に寄与しなくなっていた。この無効成分を低
減させ量子効率改善を図るために、裏面反射による透過
光再入射を行って実効的に光吸収層厚を厚膜化する試み
もなされた。
即ち半導体基板裏面を〜１００□ｍ程度迄薄く研磨し鏡
面に仕上げ、絶縁膜／金属膜蒸着を施して裏面での反射
率を高めたものである。しかしこの場合、反射して再び
光吸収層に達した光は基板内を往復する間にビーム径が
発散している為、受光領域（即ちｐｎ接合により空乏化
している領域）以外のＩｎＧａＡｓ中でも広く光吸収が
起こる。ＩｎＧａＡｓ中の正孔の拡散長は数十、ｉｍと
長い為、こうした拡散成分に起因する光電流の遅い成分
は割合としては小さいものの、パルス波形に裾引きを生
じさせ受信感度劣化を招いていた。
面に仕上げ、絶縁膜／金属膜蒸着を施して裏面での反射
率を高めたものである。しかしこの場合、反射して再び
光吸収層に達した光は基板内を往復する間にビーム径が
発散している為、受光領域（即ちｐｎ接合により空乏化
している領域）以外のＩｎＧａＡｓ中でも広く光吸収が
起こる。ＩｎＧａＡｓ中の正孔の拡散長は数十、ｉｍと
長い為、こうした拡散成分に起因する光電流の遅い成分
は割合としては小さいものの、パルス波形に裾引きを生
じさせ受信感度劣化を招いていた。
また一方で第３図のメサ型素子の例では、上記の配線容
量及び拡散電流成分の問題点に関しては解決されるもの
の、結晶表面に露出されるｐｎ接合端がナローバンドギ
ャップなＩｎＧａＡｓ中に位置している為、暗電流が高
くまた長期信頼性にも問題があった。
量及び拡散電流成分の問題点に関しては解決されるもの
の、結晶表面に露出されるｐｎ接合端がナローバンドギ
ャップなＩｎＧａＡｓ中に位置している為、暗電流が高
くまた長期信頼性にも問題があった。
本発明の目的はこの様な従来の欠点を除去し、高速応答
特性を損なう事無く併せて高量子効率特性を有する受光
素子、特にｐｉｎ−ＰＤを提供する事にある。
特性を損なう事無く併せて高量子効率特性を有する受光
素子、特にｐｉｎ−ＰＤを提供する事にある。
（課題を解決するための手段）
本発明の受光素子は、半絶縁性半導体基板上に、第一導
電型のバッファ層と該バッファ層よりバンドギャップの
小さな第一導電型の第一の半導体層と該第一の半導体層
と同じバンドギャップで逆（第二）の導電型の第二の半
導体層とからなる光吸収層と、該光吸収層よりバンドギ
ャップの大きな半絶縁性ウィンド層を少なくとも備える
メサ状の受光領域と、幼少光領域に隣接して形成され前
記受光領域のバッファ層と接続している第一導電型半導
体層と該第一導電型半導体層上の一部に形成された第一
導電型の電極と、前記受光領域の上の一部と電気的に接
続する第二導電型の電極とを備え、前記メサ状の受光領
域の側面では前記第二導電型の電極と前記メサの間に半
絶縁性半導体層が介在することを特徴とする。
電型のバッファ層と該バッファ層よりバンドギャップの
小さな第一導電型の第一の半導体層と該第一の半導体層
と同じバンドギャップで逆（第二）の導電型の第二の半
導体層とからなる光吸収層と、該光吸収層よりバンドギ
ャップの大きな半絶縁性ウィンド層を少なくとも備える
メサ状の受光領域と、幼少光領域に隣接して形成され前
記受光領域のバッファ層と接続している第一導電型半導
体層と該第一導電型半導体層上の一部に形成された第一
導電型の電極と、前記受光領域の上の一部と電気的に接
続する第二導電型の電極とを備え、前記メサ状の受光領
域の側面では前記第二導電型の電極と前記メサの間に半
絶縁性半導体層が介在することを特徴とする。
（作用）
本発明は上述の構成を採る事により従来技術の問題点を
解決した。即ち本発明によるｐｉｎ−ＦＤでは、コンタ
クト部からポンディングパッド部を結ぶ段差配線は半絶
縁性ＩｎＰ上に形成されており、配線容量は無視できる
程に低容量化された。また入射信号光のうち吸収されな
かった透過光成分は基板裏面にて反射され光吸収層に再
入射される為、実質的な光吸収層厚が増し量子効率の増
加が得られるが、この際ＩｎＧａＡｓ光吸収層は受光領
域のみに存在するので、応答劣化を招く拡散電流成分が
発生する事は無くなった。更にナローバンドギャップな
ＩｎＧａＡｓ中に位置しているｐｎ接合端はＩｎＰに覆
われており結晶表面に露出されない為、低暗電流特性及
び高信頼性が実現できた。
解決した。即ち本発明によるｐｉｎ−ＦＤでは、コンタ
クト部からポンディングパッド部を結ぶ段差配線は半絶
縁性ＩｎＰ上に形成されており、配線容量は無視できる
程に低容量化された。また入射信号光のうち吸収されな
かった透過光成分は基板裏面にて反射され光吸収層に再
入射される為、実質的な光吸収層厚が増し量子効率の増
加が得られるが、この際ＩｎＧａＡｓ光吸収層は受光領
域のみに存在するので、応答劣化を招く拡散電流成分が
発生する事は無くなった。更にナローバンドギャップな
ＩｎＧａＡｓ中に位置しているｐｎ接合端はＩｎＰに覆
われており結晶表面に露出されない為、低暗電流特性及
び高信頼性が実現できた。
（実施例）
以下本発明の実施例について、図面を参照して詳紺に説
明する。
明する。
第１図は本発明の一実施例を示すｐｉｎ−ＰＤの断面構
造模式図である。本実施例によれば、半絶縁性ＩｎＰ基
板１上に気相成長法によりｎ＋−ＩｎＰバッファ層２／
（ｎ −ＩｎＧａＡｓ３／ｐ”−ＩｎＧａＡｓ４）光吸
収層を結晶成長した後、選択エツチングによってｎ＋−
ＩｎＰ２及ヒ半絶縁性ＩｎＰ基板１の各々の表面一部を
露出させる。この際受光領域となる３０μｍφの領域の
みにｎ ＋−ＩｎＰ２／ｎ−−ＩｎＧａＡｓ３／ｐ ”
−ＩｎＧａＡｓ４なる層構造が保持されている様に選
択エツチングを施す。しかる後再び気相成長法により半
絶縁性ＩｎＰウィンド層５を全面に結晶成長する。次に
ストライプ状の選択エツチングによる半絶縁性ＩｎＰウ
ィンド層５の一部除去を行ってｎ”−ＩｎＰバッファ層
２の一部を再び露出させ、表面保護膜としてＳｉＮｘ絶
縁膜６を形成した後に、ｎ＋−ＩｎＰバッファ層２上の
絶縁膜６の一部を除去し、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕでｎ
側電極をフォトリソグラフィにより選択的に形成する。
造模式図である。本実施例によれば、半絶縁性ＩｎＰ基
板１上に気相成長法によりｎ＋−ＩｎＰバッファ層２／
（ｎ −ＩｎＧａＡｓ３／ｐ”−ＩｎＧａＡｓ４）光吸
収層を結晶成長した後、選択エツチングによってｎ＋−
ＩｎＰ２及ヒ半絶縁性ＩｎＰ基板１の各々の表面一部を
露出させる。この際受光領域となる３０μｍφの領域の
みにｎ ＋−ＩｎＰ２／ｎ−−ＩｎＧａＡｓ３／ｐ ”
−ＩｎＧａＡｓ４なる層構造が保持されている様に選
択エツチングを施す。しかる後再び気相成長法により半
絶縁性ＩｎＰウィンド層５を全面に結晶成長する。次に
ストライプ状の選択エツチングによる半絶縁性ＩｎＰウ
ィンド層５の一部除去を行ってｎ”−ＩｎＰバッファ層
２の一部を再び露出させ、表面保護膜としてＳｉＮｘ絶
縁膜６を形成した後に、ｎ＋−ＩｎＰバッファ層２上の
絶縁膜６の一部を除去し、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕでｎ
側電極をフォトリソグラフィにより選択的に形成する。
次に受光領域の一部の絶縁膜６と半絶縁性ＩｎＰウィン
ド層５をフォトリソグラフィにより選択的に除去し、Ａ
ｕＺｎ／ＴｉＡｕでｐ側電極を選択的に形成する。最後
に裏面研磨でウェーハ厚を１００／、１ｍ程度以下に薄
くし、鏡面仕上げを施した後に裏面にＳｉＮｘ絶縁膜９
と（Ｔｉ／Ａｕ）反射メタル１０より成る多層反射膜を
形成し、第１図の素子構造を得る。
ド層５をフォトリソグラフィにより選択的に除去し、Ａ
ｕＺｎ／ＴｉＡｕでｐ側電極を選択的に形成する。最後
に裏面研磨でウェーハ厚を１００／、１ｍ程度以下に薄
くし、鏡面仕上げを施した後に裏面にＳｉＮｘ絶縁膜９
と（Ｔｉ／Ａｕ）反射メタル１０より成る多層反射膜を
形成し、第１図の素子構造を得る。
本素子では、コンタクト部からボンデイングパソド部を
結ぶ段差配線は半絶縁性ＩｎＰ１．５上に形成されてお
り、配線容量は無視できる程に低容量化された。また透
過光は基板裏面にて反射してｌｌ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層３に再入射するが、その際ＩｎＧａＡｓは受光領域（
空乏化している領域）にしか存在しナイ為、応答劣化を
誘発する拡散電流成分が発生しなくなった。更にナロー
バンドギャップなＩｎＧａＡｓ中に位置しているｐｎ接
合端は結晶表面に露出される事が無く、低暗電流特性及
び高信頼性が実現できた。
結ぶ段差配線は半絶縁性ＩｎＰ１．５上に形成されてお
り、配線容量は無視できる程に低容量化された。また透
過光は基板裏面にて反射してｌｌ−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層３に再入射するが、その際ＩｎＧａＡｓは受光領域（
空乏化している領域）にしか存在しナイ為、応答劣化を
誘発する拡散電流成分が発生しなくなった。更にナロー
バンドギャップなＩｎＧａＡｓ中に位置しているｐｎ接
合端は結晶表面に露出される事が無く、低暗電流特性及
び高信頼性が実現できた。
（発明の効果）
以上説明した様に、本発明によれば信頼性、量子効率特
性に優れ、且つ低容量で応答特性にも優れた半導体受光
素子が得られる。
性に優れ、且つ低容量で応答特性にも優れた半導体受光
素子が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体受光素子の断面
構造模式図、第２図及び第３図は従来例を示す半導体受
光素子の断面構造模式図である。 図に於て、１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２はｎ＋−１ｎＰ
、３はｎ −ＩｎＧａＡｓ、４はｐ −ＩｎＧａＡ
ｓ、５は半絶縁性ＩｎＰ、６は絶縁膜、７はｐ側電極、
８はｎ側電極、９は絶縁膜、 ｌＯは反射メタル、 １１はｎ−−ＩｎＰ、 １２はｐ＋ ＩｎＰを各々示す。
構造模式図、第２図及び第３図は従来例を示す半導体受
光素子の断面構造模式図である。 図に於て、１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２はｎ＋−１ｎＰ
、３はｎ −ＩｎＧａＡｓ、４はｐ −ＩｎＧａＡ
ｓ、５は半絶縁性ＩｎＰ、６は絶縁膜、７はｐ側電極、
８はｎ側電極、９は絶縁膜、 ｌＯは反射メタル、 １１はｎ−−ＩｎＰ、 １２はｐ＋ ＩｎＰを各々示す。
Claims (1)
- 半絶縁性半導体基板上に、第一導電型のバッファ層と
、該バッファ層よりバンドギャップの小さな第一導電型
の第一の半導体層と該第一の半導体層と同じバンドギャ
ップで逆（第二）の導電型の第二の半導体層とからなる
光吸収層と、該光吸収層よりバンドギャップの大きな半
絶縁性ウィンド層を少なくとも備えるメサ状の受光領域
と、該受光領域に隣接して形成され前記受光領域のバッ
ファ層と接続している第一導電型半導体層と該第一導電
型半導体層上の一部に形成された第一導電型の電極と、
前記受光領域の上の一部と電気的に接続する第二導電型
の電極とを備え、前記メサ状の受光領域の側面では前記
第二導電型の電極と前記メサの間に半絶縁性半導体層が
介在す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 |
|---|---|---|---|
| JP2195561A JPH0480973A (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2195561A JPH0480973A (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0480973A true JPH0480973A (ja) | 1992-03-13 |
Family
ID=16343166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2195561A Pending JPH0480973A (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0480973A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09213988A (ja) * | 1995-02-02 | 1997-08-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ｐｉｎ型受光素子、光電変換回路及び光電変換モジュール |
| JP2006295216A (ja) * | 1995-02-02 | 2006-10-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ｐｉｎ型受光素子およびｐｉｎ型受光素子の製造方法 |
| JP2008047580A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
| WO2023233719A1 (ja) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
-
1990
- 1990-07-24 JP JP2195561A patent/JPH0480973A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09213988A (ja) * | 1995-02-02 | 1997-08-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ｐｉｎ型受光素子、光電変換回路及び光電変換モジュール |
| JP2006295216A (ja) * | 1995-02-02 | 2006-10-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ｐｉｎ型受光素子およびｐｉｎ型受光素子の製造方法 |
| JP2008047580A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
| WO2023233719A1 (ja) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
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