JPH05218488A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH05218488A JPH05218488A JP4046409A JP4640992A JPH05218488A JP H05218488 A JPH05218488 A JP H05218488A JP 4046409 A JP4046409 A JP 4046409A JP 4640992 A JP4640992 A JP 4640992A JP H05218488 A JPH05218488 A JP H05218488A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板入射型の半導体受光素子において、応答
速度を速くしても量子効率の低下を生じさせないように
する。 【構成】 ＩｎＰなどの半導体基板１上にｐｎ接合８を
有する受光素子の基板と反対側の表面上には、電極５の
下にＳｉＯ2 などの誘電体膜９を部分的に形成した構造
を設ける。これにより、信号光１６が基板１側より入射
した際、光吸収層２を通して電極５に達した非吸収光は
ほとんど１００％の反射率で再び半導体層内に戻され、
その光吸収層２で吸収される。このため、信号光は光吸
収層２を往復することになり、実効的な光吸収層の厚さ
が２倍になった効果が期待でき、応答速度を高速に保ち
つつ量子効率の低下をも防ぐことができる。
速度を速くしても量子効率の低下を生じさせないように
する。 【構成】 ＩｎＰなどの半導体基板１上にｐｎ接合８を
有する受光素子の基板と反対側の表面上には、電極５の
下にＳｉＯ2 などの誘電体膜９を部分的に形成した構造
を設ける。これにより、信号光１６が基板１側より入射
した際、光吸収層２を通して電極５に達した非吸収光は
ほとんど１００％の反射率で再び半導体層内に戻され、
その光吸収層２で吸収される。このため、信号光は光吸
収層２を往復することになり、実効的な光吸収層の厚さ
が２倍になった効果が期待でき、応答速度を高速に保ち
つつ量子効率の低下をも防ぐことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板側から信号光
を入射するいわゆる基板光入射型半導体受光素子に関
し、さらに具体的には高速応答でかつ高感度で動作する
半導体受光素子に関するものである。
を入射するいわゆる基板光入射型半導体受光素子に関
し、さらに具体的には高速応答でかつ高感度で動作する
半導体受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は従来の基板光入射型の半導体受光
素子の模式的な断面構造図である。この受光素子は、図
２に示すように、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１１上に低キャ
リア濃度のＩｎＧａＡｓ光吸収層１２，ｐ型ＩｎＰキャ
ップ層１３が基板側から順次積層された層構造を有して
おり、さらに基板１１上にｎ型電極１４、層１３上にｐ
型電極１５を有している。なお、ｎ型電極１４には信号
光１６が入射するための窓が開けられている。
素子の模式的な断面構造図である。この受光素子は、図
２に示すように、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１１上に低キャ
リア濃度のＩｎＧａＡｓ光吸収層１２，ｐ型ＩｎＰキャ
ップ層１３が基板側から順次積層された層構造を有して
おり、さらに基板１１上にｎ型電極１４、層１３上にｐ
型電極１５を有している。なお、ｎ型電極１４には信号
光１６が入射するための窓が開けられている。
【０００３】つぎに、本受光素子の動作について説明す
る。電極１４，１５間に逆方向のバイアス電圧を印加し
た状態において、１．５５ミクロン波長よりなる信号光
１６を基板１１側より入射する。基板であるＩｎＰ層は
１．５５ミクロン波長光に対して透明であるため、信号
光は光吸収層１２でのみ吸収される。ところで、このよ
うな受光素子の応答速度はフォトダイオードの静電容量
Ｃとフォトダイオードの負荷抵抗Ｒの積で与えられるＣ
Ｒ時定数と入射光によって励起されたキャリアの走行時
間の両者で規定される。このため、応答速度を速くする
ためには、ＣＲ時定数を小さくすると共に走行時間を短
くすることが要請される。走行時間は光吸収層１２の厚
さに比例して増加するため、走行時間を減少して高速応
答を得るためには、光吸収層１２の厚さを薄くする必要
がある。
る。電極１４，１５間に逆方向のバイアス電圧を印加し
た状態において、１．５５ミクロン波長よりなる信号光
１６を基板１１側より入射する。基板であるＩｎＰ層は
１．５５ミクロン波長光に対して透明であるため、信号
光は光吸収層１２でのみ吸収される。ところで、このよ
うな受光素子の応答速度はフォトダイオードの静電容量
Ｃとフォトダイオードの負荷抵抗Ｒの積で与えられるＣ
Ｒ時定数と入射光によって励起されたキャリアの走行時
間の両者で規定される。このため、応答速度を速くする
ためには、ＣＲ時定数を小さくすると共に走行時間を短
くすることが要請される。走行時間は光吸収層１２の厚
さに比例して増加するため、走行時間を減少して高速応
答を得るためには、光吸収層１２の厚さを薄くする必要
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、光吸収層
１２の厚さに関して、応答速度と量子効率とはトレード
・オフの関係にあるため、応答速度を速くするに従って
光吸収層１２は最適な厚さに設定できなくなる。言い替
えれば、高速化に伴って、入射光は光吸収層１２によっ
て完全に吸収されず、量子効率が低下する。
１２の厚さに関して、応答速度と量子効率とはトレード
・オフの関係にあるため、応答速度を速くするに従って
光吸収層１２は最適な厚さに設定できなくなる。言い替
えれば、高速化に伴って、入射光は光吸収層１２によっ
て完全に吸収されず、量子効率が低下する。
【０００５】また、光吸収層１２で吸収できなかった信
号光はＩｎＰ層１３をとおして同層上に設けられた電極
１５に到達する。電極１５はｐ−ＩｎＰ層１３に対する
オーミック電極であり、この半導体層上に蒸着後熱処理
される。これにより、半導体層と電極の界面には合金層
が形成されるため、金属層の平坦性は悪くなり、光に対
する反射率は極めて低くなる。したがって、電極１５に
到達した非吸収光はほとんど散乱されてしまう。このよ
うに従来構造の基板入射型受光素子においては、応答速
度を速くするに従って、量子効率の低下も同時に招くと
いう課題があった。
号光はＩｎＰ層１３をとおして同層上に設けられた電極
１５に到達する。電極１５はｐ−ＩｎＰ層１３に対する
オーミック電極であり、この半導体層上に蒸着後熱処理
される。これにより、半導体層と電極の界面には合金層
が形成されるため、金属層の平坦性は悪くなり、光に対
する反射率は極めて低くなる。したがって、電極１５に
到達した非吸収光はほとんど散乱されてしまう。このよ
うに従来構造の基板入射型受光素子においては、応答速
度を速くするに従って、量子効率の低下も同時に招くと
いう課題があった。
【０００６】本発明は以上の点に鑑み、上記のような課
題を解決するためになされたもので、その目的は、応答
速度を速くしても量子効率の低下を生じない基板入射型
の受光素子を提供することにある。
題を解決するためになされたもので、その目的は、応答
速度を速くしても量子効率の低下を生じない基板入射型
の受光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、半導体基板側から信号光を入射する基板入
射型の半導体受光素子において、平坦性の良好な光に対
する反射率の高い金属電極を受光部に採用することによ
り、非吸収光を再度光吸収層内に導入できるようにした
ものである。具体的には金属電極膜の下に誘電体膜を積
層することによって、高い反射率を得るものである。
め本発明は、半導体基板側から信号光を入射する基板入
射型の半導体受光素子において、平坦性の良好な光に対
する反射率の高い金属電極を受光部に採用することによ
り、非吸収光を再度光吸収層内に導入できるようにした
ものである。具体的には金属電極膜の下に誘電体膜を積
層することによって、高い反射率を得るものである。
【０００８】
【作用】このような構成を有する半導体受光素子におい
ては、前述したように、電極に達した非吸収光はほとん
ど１００％の反射率で再び半導体層内に戻され、光吸収
層で吸収される。したがって、本発明による受光素子で
は実効的な光吸収層の厚さが２倍になった効果が期待で
き、応答速度を高速に保ちつつ量子効率の低下をも防ぐ
ことができる。
ては、前述したように、電極に達した非吸収光はほとん
ど１００％の反射率で再び半導体層内に戻され、光吸収
層で吸収される。したがって、本発明による受光素子で
は実効的な光吸収層の厚さが２倍になった効果が期待で
き、応答速度を高速に保ちつつ量子効率の低下をも防ぐ
ことができる。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の第１の実施例の模式的な断面
構造図を示す。本発明の基板入射型受光素子は以下に記
す構造を有している。すなわち、ｎ+ −ＩｎＰ基板１上
に、キャリア濃度が２×１０15／ｃｍ3 で厚さが１．５
ミクロンのｎ−ＩｎＧａＡｓ層２，キャリア濃度が２×
１０15／ｃｍ3 で厚さが１ミクロンのｎ−ＩｎＰ層３が
積層された層構成において、選択的にｐ型不純物が導入
され、ｐ+ −ＩｎＰ層６，ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ層７，ｐ
ｎ接合８がそれぞれ形成されている。また各層１および
層６上にそれぞれｎ型，ｐ型の電極１４及び電極１５が
構成され、このｎ型電極１４には信号光１６が入射する
ための窓が開けられている。
構造図を示す。本発明の基板入射型受光素子は以下に記
す構造を有している。すなわち、ｎ+ −ＩｎＰ基板１上
に、キャリア濃度が２×１０15／ｃｍ3 で厚さが１．５
ミクロンのｎ−ＩｎＧａＡｓ層２，キャリア濃度が２×
１０15／ｃｍ3 で厚さが１ミクロンのｎ−ＩｎＰ層３が
積層された層構成において、選択的にｐ型不純物が導入
され、ｐ+ −ＩｎＰ層６，ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ層７，ｐ
ｎ接合８がそれぞれ形成されている。また各層１および
層６上にそれぞれｎ型，ｐ型の電極１４及び電極１５が
構成され、このｎ型電極１４には信号光１６が入射する
ための窓が開けられている。
【００１０】ここで、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２は１．５５
ミクロン波長の光信号に対する光吸収層である。各Ｉｎ
Ｐの各層１及び層６は同信号光に対して透明であるた
め、信号光を吸収しない。本受光素子の基板と反対側の
表面部にはＳｉＯ2 などの誘電体絶縁膜９，１０が設け
られている。ここで、誘電体膜１０は良く知られている
ようにｐｎ接合８を保護するいわゆる表面保護膜の役割
をなすものであるが、誘電体膜９は本発明の主要な構成
要素であるため、以下にその役割を詳しく説明する。
ミクロン波長の光信号に対する光吸収層である。各Ｉｎ
Ｐの各層１及び層６は同信号光に対して透明であるた
め、信号光を吸収しない。本受光素子の基板と反対側の
表面部にはＳｉＯ2 などの誘電体絶縁膜９，１０が設け
られている。ここで、誘電体膜１０は良く知られている
ようにｐｎ接合８を保護するいわゆる表面保護膜の役割
をなすものであるが、誘電体膜９は本発明の主要な構成
要素であるため、以下にその役割を詳しく説明する。
【００１１】電極５はｐ−ＩｎＰ層６に対するオーミッ
ク電極であり、この半導体層６上に蒸着後熱処理され
る。これにより、半導体層６上の電極部５ａとの界面に
は合金層が形成される。この合金層の平坦性は非常に悪
いため、光に対する反射率は極めて低い。一方、誘電体
膜９上の電極部つまり金属膜５ｂも同様に熱処理を受け
るが、金属膜と誘電体膜とは全く反応しないため、その
界面の平坦性は全く損なわれることはない。したがっ
て、金属膜５ｂの部分ではほとんど１００％の反射率が
得られる。このように、電極５はＩｎＰ層６上の電極部
５ａにおいては良好なオーミック電極の働きを、また誘
電体膜９上の電極部５ｂにおいては良好な反射膜の働き
をそれぞれなしている。
ク電極であり、この半導体層６上に蒸着後熱処理され
る。これにより、半導体層６上の電極部５ａとの界面に
は合金層が形成される。この合金層の平坦性は非常に悪
いため、光に対する反射率は極めて低い。一方、誘電体
膜９上の電極部つまり金属膜５ｂも同様に熱処理を受け
るが、金属膜と誘電体膜とは全く反応しないため、その
界面の平坦性は全く損なわれることはない。したがっ
て、金属膜５ｂの部分ではほとんど１００％の反射率が
得られる。このように、電極５はＩｎＰ層６上の電極部
５ａにおいては良好なオーミック電極の働きを、また誘
電体膜９上の電極部５ｂにおいては良好な反射膜の働き
をそれぞれなしている。
【００１２】本実施例の受光素子において、そのダイオ
ード部のｐｎ接合８の直径は４０ミクロンであり、５０
オームの負荷抵抗で動作させると２０ＧＨz 以上の周波
数応答特性を有する。また、誘電体膜９の直径は２５ミ
クロン程度であり、残りのオーミック電極部の面積は約
７×１０-6ｃｍ2 となる。このオーミック電極部が有す
るオーミック接触抵抗値は数オーム程度である。このオ
ーミック接触抵抗値は負荷抵抗値に比べて十分小さいた
め、高速応答性を損なうことはない。したがって、電極
５の中央部に非オーミック性の部分を設けても高速応答
性は劣化しない。また、受光部への信号光の結合につい
ては、受光素子の実効的な受光径が誘電体膜９の径に相
当する大きさに減少するが、入射光に対する結合効率を
劣化させることはない。
ード部のｐｎ接合８の直径は４０ミクロンであり、５０
オームの負荷抵抗で動作させると２０ＧＨz 以上の周波
数応答特性を有する。また、誘電体膜９の直径は２５ミ
クロン程度であり、残りのオーミック電極部の面積は約
７×１０-6ｃｍ2 となる。このオーミック電極部が有す
るオーミック接触抵抗値は数オーム程度である。このオ
ーミック接触抵抗値は負荷抵抗値に比べて十分小さいた
め、高速応答性を損なうことはない。したがって、電極
５の中央部に非オーミック性の部分を設けても高速応答
性は劣化しない。また、受光部への信号光の結合につい
ては、受光素子の実効的な受光径が誘電体膜９の径に相
当する大きさに減少するが、入射光に対する結合効率を
劣化させることはない。
【００１３】つぎに、本発明の受光素子の動作について
説明する。電極４に正（＋），電極５に負（負）の極性
で受光素子に逆方向のバイアス電圧を印加する。このと
き、光吸収層２の内部には完全に空乏層が広がる。１．
５５ミクロン波長の信号光１６はＩｎＰ半導体基板１側
から入射され、光吸収層２に達する。この層２の厚さは
前述のように１．５ミクロンであるため、入射信号光を
完全に吸収することができない。吸収されなかった信号
光はＩｎＰ層６を透過後電極５に達する。
説明する。電極４に正（＋），電極５に負（負）の極性
で受光素子に逆方向のバイアス電圧を印加する。このと
き、光吸収層２の内部には完全に空乏層が広がる。１．
５５ミクロン波長の信号光１６はＩｎＰ半導体基板１側
から入射され、光吸収層２に達する。この層２の厚さは
前述のように１．５ミクロンであるため、入射信号光を
完全に吸収することができない。吸収されなかった信号
光はＩｎＰ層６を透過後電極５に達する。
【００１４】ここで、電極部５ａに照射された信号光は
ほとんど散乱されるため、光吸収層２を一方向で通過す
ることになり、量子効率は６４％程度と低いものにな
る。一方、中央の電極部５ｂに照射された信号光はほと
んど１００％の反射率で再度光吸収層２に戻される結
果、この層２を往復し、８７％の量子効率を生じる。前
述のように、信号光を誘電体膜９にのみ集光するように
入射することは容易であるため、全入射信号光に対して
も８７％の量子効率が得られる。
ほとんど散乱されるため、光吸収層２を一方向で通過す
ることになり、量子効率は６４％程度と低いものにな
る。一方、中央の電極部５ｂに照射された信号光はほと
んど１００％の反射率で再度光吸収層２に戻される結
果、この層２を往復し、８７％の量子効率を生じる。前
述のように、信号光を誘電体膜９にのみ集光するように
入射することは容易であるため、全入射信号光に対して
も８７％の量子効率が得られる。
【００１５】このように本実施例の受光素子では、信号
光は光吸収層２を往復することにより、その光吸収層の
厚さが実効的に２倍になった効果が得られる。言い替え
れば、受光素子は構造的には１．５ミクロンの光吸収層
の厚さを有するが、実効的には３ミクロンの光吸収層の
厚さを有するものとみなすことができる。そのため、応
答高速化の観点から光吸収層の薄層化が要請された際に
生じる量子効率の低下を救済することができる。
光は光吸収層２を往復することにより、その光吸収層の
厚さが実効的に２倍になった効果が得られる。言い替え
れば、受光素子は構造的には１．５ミクロンの光吸収層
の厚さを有するが、実効的には３ミクロンの光吸収層の
厚さを有するものとみなすことができる。そのため、応
答高速化の観点から光吸収層の薄層化が要請された際に
生じる量子効率の低下を救済することができる。
【００１６】なお、本発明は図１の実施例に限定される
ものではなく、電極５の下に設ける誘電体膜９を受光径
の大きさに応じて任意の位置に分割して形成したり、あ
るいは半導体基板１もＧａＡｓなどに置き換えたりする
ことなど、幾多の変形が可能である。
ものではなく、電極５の下に設ける誘電体膜９を受光径
の大きさに応じて任意の位置に分割して形成したり、あ
るいは半導体基板１もＧａＡｓなどに置き換えたりする
ことなど、幾多の変形が可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板入射
型の半導体受光素子において、光入射側とは反対側の受
光部領域の表面上に、当該受光部領域の一部分に，ある
いはこの一部分でかつ少なくともその中央部分に誘電体
膜と金属膜がその順序にて積層された電極構造を設ける
ことにより、受光部の光吸収層の厚さを実効的に２倍に
増加させることができる。したがって、応答速度を高速
に保ちつつ量子効率の低下をも防ぐことができるので、
高速応答でかつ高感度の半導体受光素子が得られる効果
がある。
型の半導体受光素子において、光入射側とは反対側の受
光部領域の表面上に、当該受光部領域の一部分に，ある
いはこの一部分でかつ少なくともその中央部分に誘電体
膜と金属膜がその順序にて積層された電極構造を設ける
ことにより、受光部の光吸収層の厚さを実効的に２倍に
増加させることができる。したがって、応答速度を高速
に保ちつつ量子効率の低下をも防ぐことができるので、
高速応答でかつ高感度の半導体受光素子が得られる効果
がある。
【図１】本発明の一実施例による半導体受光素子の模式
的な断面構造図である。
的な断面構造図である。
【図２】従来構造の半導体受光素子の模式的な断面構造
図である。
図である。
１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ３ ｎ型ＩｎＰ層 ４ ｎ型電極 ５ ｐ型電極 ５ａ 電極５のうち半導体層６上の電極部分 ５ｂ 電極５のうち誘電体膜９上の電極部分 ６ ｐ型ＩｎＰ層 ７ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層 ８ ｐｎ接合 ９ 誘電体絶縁膜 １０ 誘電体保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 淳一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板方向から信号光を入射する基
板入射型の半導体受光素子において、光入射側とは反対
側の受光部領域の表面上に、当該受光部領域の一部分に
誘電体膜と金属膜が前記の順序にて積層された高反射率
の電極構造を有することを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 半導体基板方向から信号光を入射する基
板入射型の半導体受光素子において、光入射側とは反対
側の受光部領域の表面上に、当該受光部領域の一部分で
かつ少なくともその中央部分に誘電体膜と金属膜が前記
の順序にて積層された高反射率の電極構造を有すること
を特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4046409A JPH05218488A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4046409A JPH05218488A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218488A true JPH05218488A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=12746357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4046409A Pending JPH05218488A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05218488A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1220325A2 (en) | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device |
| JP2007088496A (ja) * | 2000-12-19 | 2007-04-05 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光装置 |
| JP2011187607A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体受光素子 |
| WO2013088762A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子、その製造方法、光学装置 |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4046409A patent/JPH05218488A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1220325A2 (en) | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device |
| EP1220325A3 (en) * | 2000-12-19 | 2006-12-13 | Eudyna Devices Inc. | Semiconductor photodetection device |
| JP2007088496A (ja) * | 2000-12-19 | 2007-04-05 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光装置 |
| JP2011187607A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体受光素子 |
| WO2013088762A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子、その製造方法、光学装置 |
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