JPH0494579A - 半導体受光装置 - Google Patents

半導体受光装置

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JPH0494579A
JPH0494579A JP2212206A JP21220690A JPH0494579A JP H0494579 A JPH0494579 A JP H0494579A JP 2212206 A JP2212206 A JP 2212206A JP 21220690 A JP21220690 A JP 21220690A JP H0494579 A JPH0494579 A JP H0494579A
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JP
Japan
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layer
conductivity type
region
light
electrode
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JP2212206A
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English (en)
Inventor
Misao Hironaka
美佐夫 廣中
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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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、半導体受光装置に関し、特に暗を流の小さな
フォトダイオード(Photo Diode:以下PD
と略す)に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来のInGaAsブレーナ型PDの代表的な
構造を示す図である。第2図(a)は同図(ロ)の平面
図のAA”断面図である0図中、1はn゛−InP基板
、2は該基板l上に、例えば気相成長法などの結晶成長
法で形成されたドーパントを含まないアンドープ成長層
で、キャリア濃度NTが室温で1×101S〜1×10
1th/cd程度のn−InPバッファ層、3は該ハン
ファ層2上に同様に連続的に形成されたアンドープ成長
層で、キャリア濃度NTがI X 10 ”/ad程度
以下となる様にコントロールされたn−−InGaAs
光吸収層、4は該光吸収層3上に、同様に連続的に形成
されたアンドープ成長層で、キャリア濃度がIX I 
O15〜I X 10′6/C11!程度のn−−In
P窓層、5は該窓層4側から前記光吸収層3側へ約0゜
5μm進入する様、選択的に例えばZnなどのアクセプ
タを拡散し、導電型が結晶成長層のn型からP型へ反転
して得られたP″導電型反転領域、8は前記窓層4およ
び前記導電型反転領域5上に形成され、前記導電型反転
領域5上の一部に形成された受光領域9を除く他の部分
に形成された、例えばシリコン窒化膜などの絶縁体から
なる表面保護層、9は前述した通り、該表面保護1i8
に形成され、前記導電型反転領域5の一部の領域上に部
分的に形成された、光を入射し電流を取り出すだめの受
光領域、10は該受光領域9を介して、前記導電型反転
領域5に接触するn電極、11は前記基板1に接触する
n電極である。
次に動作について説明する。一般的にInP基板l上に
結晶成長され、格子定数がInPに合ったI nGaA
s層のバンドギャップ波長λgはλg”、1.61am
であり、一方rnPではλg”=0.93μmであるの
で、第2図に示したプレーナ型のPDの波長感度はλ=
i、o〜1.6μm帯にある。そこで、入射光の波長が
1. 3μmの場合の動作を説明する。
PDは一般的に無バイアスまたは逆バイアス状態で使用
されるので、前記n電極10は前記n電極11に対して
、印加電圧ゼロ又は負電圧(−5〜−10■)が印加さ
れる。従って前記導電型反転領域5は、前記窓層4、前
記光吸収層3に対して、同電位もしくは逆バイアス状態
となるため、前記導電型反転領域5の周囲のPN接合近
傍には、空乏層が形成される。この空乏層の大きさは、
PN接合の場合、一般的に、キャリア濃度の低い側へ大
きく広がり、前記光吸収層3のキャリア濃度Nアが1×
101S/d以下に低(しであるため、無バイアス状態
でも2〜3μm程度の大きさとなり、前記受光領域9を
介して、前記導電型反転領域5へ入射した光は、主に、
前記光吸収層3へ吸収され、特に前記光吸収層3中の空
乏層へ吸収された光は、電子−正孔対を生じた場合、空
乏層内の空間電荷による電界によってドリフト電流とな
り、前記Pt極10.前記nt極11を介して外部回路
へ光電流として観測されるため、NTを低(して、空乏
層を広くすることで光電変換効率が高いPDを得ること
ができる。
次に周波数特性に関して述べる。一般的にPDの遮断周
波数fcは、 f c=に/2g −1/RC の公式で与えられることが知られている。ここでRはP
N接合両端間の内外部の総合的な抵抗、CはPN接合、
を極、パッケージ等に存在する容量、Kはプロセス定数
で、前記光吸収層5内でのキャリアの拡散定数等で決定
される定数である。上述の公式から明らかな様に、fc
を向上させる、即ち大きくするには抵抗Rを小さく容量
Cを小さくすることが必要であり、具体的にはRを小さ
(するために、前記導電型反転領域5のキャリア濃度を
大きくし抵抗率Pを小さくするか、または厚みを大きく
してバルクの抵抗を下げるか、または前記Pt極lOと
前記導電型反転領域5との間の接触抵抗を下げる等の対
策がなされ、Cを小さくするために、前記導電型反転領
域5の大きさを小さくし、PN接合面積を小さくして、
PN接合の空乏層容量を小さくする等の対策がなされて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のプレーナ型PDは、以上のように
構成されており、周波数特性を向上させるには、Rに関
して見ると、前述のようにキャリア濃度を大きくする、
厚みを大きくする、接触抵抗を小さくする等の対策が行
われるが、現状は以下の様な問題点があって、特性的に
行きづまっている。
すなわち、キャリア濃度に関しては5X10”〜I X
 10”/C111程度が限界であり、これ以上のキャ
リア濃度を得ようとして、拡散温度等を増加させると、
InP表面の分解や、PN接合界面の急峻性が失われ、
特性が悪くなる。厚みに関しては、各種対策の中でも最
も可能性があると考えられるが、あまり大きくすると、
前記受光領域9から入射した光が前記光吸収層3に達す
るまでに前記窓層4にわずかながら吸収されて感度が低
下したり、Zn拡散を深くしなければならず、プロセス
上の制御性が悪くなる等の問題がある。接触抵抗を小さ
くすることに関しては、現状では電極側からのアプロー
チと半導体側にバンドギャップの小さなものを使用する
等のアプローチがなされているが、電極側が前記表面保
護層と密着性の良いものでなければならないという制約
があり、接触抵抗は3〜4X10−’Ωcm程度が現状
である。
本発明は、上述の様な問題点を解消するためになされた
もので、前記導電型反転領域5のキャリア濃度や厚み、
前記P電極10との接触抵抗を現状のままで、結果的に
抵抗成分Rを小さくして、fcを向上させることのでき
る半導体受光装置を得ることを目的としている。
〔課題を解決するための手段] 本発明に係る半導体受光装置は、前記Pt極10の構造
を改善し、前記受光領域9上にも、入射光による遮光率
をあまり下げることのないような細いメソシュ状の電極
を形成したものである。
C作用] 本発明においては、前記導電型反転領域5上の特に前記
受光領域9上に新たに形成された細いメツシュ状の電極
によって、前記導電型反転領域5中のキャリアの移動距
離は大幅に減少され、ちなみに、受光径300μmφの
PDの場合にはメソシュの間隔を仮に10μmとすると
、300/2÷10=15となり、受光部中心で発生し
たキャリアの半導体内での移動距離は15分の1となる
ため、前記導電型反転領域5の抵抗は、実効的に大幅に
小さくなり、fcは向上する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体受光装置を示し
、第1図(a)は同図(b)の平面図のAA’断面図で
ある。図において、■は第1の導電型を有する(n” 
)InP基板、2はn−−InPバッファ層、3はIn
P基板1上にバッファ層2を介して積層されたn−−I
nGaAs光吸収層、4はこの光吸収層3上に積層され
たlnP窓層、5はInP窓層4の表面側から少なくと
も光吸収層3に達するか、もしくはTnP窓層4中に拡
散フロントを有する深さで、InP窓層4の主面の少な
くとも一部分の領域に形成された第2導電型(p”)導
電型反転領域、8は誘電体からなる表面保護膜で、In
P窓層4と反転領域5上でこの反転領域5の一部に形成
された受光領域9を除く領域に形成されている。
また、12は前記受光領域9上に形成したメツシュ状の
Pt電極2aと表面保護膜8上に形成されたワイヤボン
ディング用のボンディング電極12bとからなるP電極
、11はInP基板の裏面に形成されたn1ii極であ
る。
この様なPDにおいても従来のものと同様、前記P電極
12に前記n電極IIに対して印加電圧ゼロもしくは負
電圧を印加し、1.3μm程度の波長の光を前記受光領
域9に入射させることにより、前記光吸収層3に吸収さ
れた光はキャリアを生じ、特にP゛導電型反転領域5と
前記光吸収層3との界面近辺に発生する空乏層内で生じ
たキャリアは空乏層内の電界によるドリフト電流となり
、外部回路に観測される。
そして上記メツシュ状Pt極の幅を例えば1μm、メツ
シュ間隔をLOgmにすると、入射光による遮光率は1
0%程度であるが、抵抗成分は10分の1程度にできる
ため、fcを数倍に向上できる効果を期待できる。
このように、本実施例によれば、前記受光領域9上に形
成されたメツシュ状Pt極12によって実効的に前記導
電型反転領域5の抵抗値が大幅に下がることによって、
f c=に/2x、−1/RCで決定される周波数特性
fcを大きくできる。
また、前記PNFjx12.nt極11 間ニハイ7ス
を印加しない場合、即ち太陽電池モードでPDを使用す
る場合、抵抗値が小さくなることによって、入射光量に
対する光電流の直線性、即ちリニアリティ特性も向上で
きる。
なお、上記実施例ではキャリア濃度や結晶欠陥を改良し
結晶性の向上を図るために、InP基板上にInPnシ
バ2フフ 明したが、原理的にはInP基板上に直接光吸収動作用
のInGaAs光吸収層を形成するようにしてもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明に係る半導体受光装置によれば、
受光部に細いメツシュ状の電極を形成し、表面層の抵抗
を下げるようにしたので、遮断周波数を大きくでき、入
射光線と光電流とのリニアリティーを向上できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体受光装置を示す
図で、第1図(a)は断面図、第1図(b)は平面図、
第2図は従来の半導体受光装置を示す図で、第2図(a
)は断面図、第2図(b)は平面図である。 図中1−よn”−InP基板、2 ’=: n −  
 1 n Pハンファ層、3はn− −InGaAs光
吸収層、4はn−−InP窓層、5はP°導電型反転領
域、8は表面保護層、9は受光領域、1oはP電罹、1
1はn電極、12はp電極、12aはメツシュ状p電極
、12bはボンディング電翫を示す。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の導電型を有するInP基板と、該InP基
    板上に直接もしくは第1の導電型を有するInPバッフ
    ァ層を介して積層された第1の導電型を有する光吸収動
    作用のInGaAs光吸収層と、 該InGaAs光吸収層上に積層された第1の導電型を
    有するInP窓層と、 該InP窓層の表面側から、少なくとも前記InGaA
    s光吸収層に達するか、もしくは前記InP窓層中に拡
    散フロントを有する深さに、前記InP窓層の主面の少
    なくとも一部分の領域に形成された第2の導電型を有す
    る導電型反転領域と、前記InP窓層と前記導電型反転
    領域上で、前記導電型反転領域の一部に形成された受光
    領域を除く領域に形成された誘電体膜からなる表面保護
    膜と、 前記受光領域上に形成されたメッシュ状の構造を有する
    受光部電極と、 前記表面保護膜上に形成されたワイヤボンド用のボンデ
    ィング電極とからなる第1の電極と、前記InP基板の
    裏面に形成されたオーミック性接触となる第2の電極と
    を備えたことを特徴とする半導体受光装置。
JP2212206A 1990-08-10 1990-08-10 半導体受光装置 Pending JPH0494579A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003318435A (ja) * 2002-04-23 2003-11-07 Taiyo Yuden Co Ltd Pn接合フォトダイオード
WO2006033516A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-30 Ls Cable Ltd. Photodiode having electrode structure for large optical signal receiving area
JP2009277862A (ja) * 2008-05-14 2009-11-26 Sony Corp 受光素子、光ピックアップ装置、光ディスク装置および受光装置

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