JPH053338A

JPH053338A - 受光素子

Info

Publication number: JPH053338A
Application number: JP3153378A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiro Unno; 恒弘海野; Shoji Kuma; 彰二隈
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2661412B2

Abstract

(57)【要約】【目的】素子表面にフィルタ層を別個に設けない単純な
素子構造で、単波長受光を可能とする。【構成】ｐ型ＧａＡｓ基板１３上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層１２、ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層１１、ｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓウィンドウ層１０を積層してダブルヘテロ構
造のエピタキシャルウェハを形成する。その表裏にｎ側
電極２、ｐ側電極７を設ける。ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層１２はキャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、ＡｌＡｓ混
晶比０．３である。ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層１１はキャ
リア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下、ＡｌＡｓ混晶比０．１
である。ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１０はキャリア
濃度は表面で１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ここでＡｌＡｓ
混晶比はｉ型層１１との界面から表面に向って低くなっ
ていく。ｉ型層１１との界面でＡｌＡｓ混晶比は０．２
５、表面でＡｌＡｓ混晶比は０．１５である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子特に単波長受
光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】受光素子は発光素子とともに光通信を始
めとして広範な分野で使用されている。受光素子には半
導体のｐｎ接合又はｐｉｎ構造からなる固体受光素子が
最も広く用いられている。受光素子特性では受光感度、
応答速度、受光波長域が重要な特性であり、特にこれら
の特性の中で、受光感度が波長域に依存せず一定で広い
ことが望まれていた。これを満たすために、材料として
ＳｉやＩｎＰおよびその混晶系が用いられ、素子表面の
バンドギャップを大きくして幅広い受光波長を得てい
る。

【０００３】ところで、光通信は、その使用分野がます
ます広がりつつあり、その情報伝送量が増えている。こ
れに対処するためには回線の数を増やす方法や伝送速度
を上げる方法がある。しかし回線の数を増やすためには
多額の投資を必要とし、伝送速度を上げることは非常に
難しい。

【０００４】そこで、回線を増やさず、かつ伝送速度を
上げないで容易に情報伝送量を増やす第３の方法とし
て、複数の波長を用いて通信する波長多重方式が提案さ
れ、一部では実用化されている。波長多重方式では、発
光素子に発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザのよ
うな単波長発光素子が用いられる。この単波長の異なる
発光素子を複数用意して個々の情報を複数の波長に振り
分け、これを光ファイバに入れて分割多重伝送してい
る。ここで、光ファイバから出た光は受光素子で受光す
るわけであるが、既述したように受光素子には受光感度
が波長に依存せず一定で広い特性をもたせてあるため、
光ファイバから出た光をそのまま受光しても個々の情報
と取り出すことはできない。このため従来は、光ファイ
バから出た光を高価な回折格子などの分光器又はフィル
タを通して各受光素子に導いて個々の情報を取り出すよ
うにしている。

【０００５】しかし、このような分光器又はフィルタを
用いる従来方式は、光学部品が多くなり、光の損失も大
きく、高価格になるなどの問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来
は、受光素子の開発努力が専ら帯域を広げることのみに
向けられてきたため、帯域を大幅に絞った受光素子はな
かった。このため、単波長発光の可能なＬＥＤや半導体
レーザを使って波長多重方式を実現しようとしても、受
光素子側で帯域の選択ができないため、分光器やフィル
タを用いざるを得ず、そのため光学部品が多くなり、光
の損失も大きく、安価かつ容易に実現することができな
かった。これらを実現するためには単波長受光素子が必
要になる。

【０００７】また、単波長受光素子が開発されると、プ
ラスチックファイバなどに代表される安価な通信方式に
おいては、当然安価な単波長受光素子が要求されること
が予想される。安価な通信方式例の身近なところではリ
モコンやフォトカプラを挙げることができ、これなどは
家庭で何台も使用されており、送る情報量も増えてい
る。そのため装置間の混信を防いだり、より多くの情報
を送るためには波長多重方式が有効である。このような
分野では、単波長受光素子の価格が安いことが特に重要
となる。このようにリモコンやフォトカプラなどで複数
波長利用を広めていくためには、分光器又はフィルタを
用いる本格的な方式は採用することはできず、むしろ安
価な単波長受光素子が望まれ、このためには構造が簡単
かつ製作が容易であり、従来の受光素子とほとんど変ら
ない外観をした単波長受光素子が要求される。

【０００８】本発明の目的は、素子表面にフィルタ層を
一体的に形成することによって、上述した従来技術の欠
点を解消して、単波長の光を受光できる新規な受光素子
を提供することにある。

【０００９】また、本発明の目的は、ウィンドウ層にフ
ィルタ機能をもたせることによって、より構造が簡単で
安価な単波長受光素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】フィルタを一体的に備え
た本発明の受光素子は、化合物半導体基板上にダブルヘ
テロ構造をもつエピタキシャル層を積層し、その上に高
エネルギの光を吸収するフィルタ層を成長することによ
りエピタキシャルウェハを形成し、このエピタキシャル
ウェハ面に電極を形成したものである。

【００１１】また、本発明の受光素子は、化合物半導体
基板上にシングルヘテロ構造をもつエピタキシャル層を
積層し、その上に高エネルギの光を吸収するフィルタ層
を成長することによりエピタキシャルウェハを形成し、
このエピタキシャルウェハ面に電極を形成したものであ
る。

【００１２】また、ダブルヘテロ構造をもつ前記受光素
子は、より具体的には、第１の導電型のＧａＡｓ基板上
に、これと同一導電型のＧａＡｌＡｓクラッド層、ｉ型
ＧａＡｌＡｓ活性層および第１の導電型と反対の第２の
導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層を積層してダブルヘ
テロ構造とし、その上に前記第２の導電型のＧａＡｌＡ
ｓウィンドウ層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第２の導電
型のＧａＡｌＡｓフィルタ層を成長させてエピタキシャ
ルウェハを形成し、このエピタキシャルウェハ面に電極
を形成したものである。

【００１３】また、シングルヘテロ構造をもつ前記受光
素子は、より具体的には、第１の導電型のＧａＡｓ基板
上に、これと同一導電型のＧａＡｌＡｓ活性層および第
１の導電型と反対の第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィン
ドウ層を積層してシングルヘテロ構造とし、その上に前
記第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層よりもＡｌ
Ａｓ混晶比の低い第２の導電型のＧａＡｌＡｓフィルタ
層を成長させてエピタキシャルウェハを形成し、このエ
ピタキシャルウェハ面に電極を形成したものである。

【００１４】また、ウィンドウ層にフィルタ機能をもた
せた本発明の受光素子は、第１の導電型のＧａＡｓ基板
上にこれと同一導電型のＧａＡｌＡｓクラッド層、ｉ型
ＧａＡｌＡｓ活性層および第１の導電型と反対の第２の
導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層のダブルヘテロ構造
をもつエピタキシャルウェハを形成し、このエピタキシ
ャルウェハ面に電極を形成した受光素子において、前記
第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層のＡｌＡｓ混
晶比プロファイルが前記ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層との界
面で高く、表面側で低く形成されているものである。ウ
ィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比プロファイルが界面より表
面で低ければ、ウィンドウ層で吸収された光による電子
・正孔のキャリアが拡散して電流となることを防げるか
らである。また、この場合において、ウィンドウ層を通
過してｉ層で光を吸収させるためにｉ型ＧａＡｌＡｓ層
のＡｌＡｓ混晶比に対しエピタキシャルウェハ表面のＡ
ｌＡｓ混晶比を高くし、その差が０．１以下であること
が望ましい。差が０．１より大きいと広い波長域の光を
吸収し、単波長受光素子にならなくなってしまうからで
ある。

【００１５】また、本発明の受光素子は、第１の導電型
のＧａＡｓ基板上にこれと同一導電型のＧａＡｌＡｓ活
性層、第１の導電型と反対の第２の導電型のＧａＡｌＡ
ｓウィンドウ層のシングルヘテロ構造をもつエピタキシ
ャルウェハを形成し、このエピタキシャル面に電極を形
成した受光素子において、前記第２の導電型のＧａＡｌ
Ａｓ層のＡｌＡｓ混晶比プロファイルが前記第１の導電
型のＧａＡｌＡｓ層との界面で高く、表面側で低く形成
されているものである。この場合も同様に、第１の導電
型のＧａＡｌＡｓ層と第２の導電型のＧａＡｌＡｓ層と
の界面のＡｌＡｓ混晶比に対しエピタキシャルウェハ表
面のＡｌＡｓ混晶比が高く、その差が０．１以下である
ことが望ましい。

【００１６】なお、本発明は、バンドギャップ一定であ
るため受光波長制御が難しいＳｉには適用できないが、
ＧａＡｌＡｓ混晶系の他にＩｎＰ混晶系にも適用可能で
ある。

【００１７】

【作用】ダブルヘテロ構造やシングルヘテロ構造にした
受光素子では、その活性層のバンドギャップエネルギ以
上の光が受光できる。そして、光の入射する表面側にウ
ィンドウ層よりもバンドギャップエネルギの小さなフィ
ルタ層を設けてあると、フィルタ層は高エネルギの光を
吸収するためロウパスフィルタとなる。従って、フィル
タ層と活性層とのバンドギャップエネルギの差による範
囲の光波長を受光することができ、フィルタ層と活性層
のバンドギャップエネルギ、すなわち混晶比を制御する
ことにより単波長の受光が可能となる。単波長受光帯域
を選択してＬＥＤの発光波長と対応させれば、波長多重
伝送が容易になる。

【００１８】なお、フィルタ層がエピタキシャル成長に
よりエピタキシャルウェハに一体的に形成されるため、
受光素子にＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の化合物半導体を
用いた場合には、特にＧａＡｓＩＣやＧａＡｌＡｓ系
レーザと同一基板上にモノリシックに組込むことができ
る。

【００１９】また、ウィンドウ層の混晶比プロファイル
が活性層との界面で高く、表面側で低く形成するように
した受光素子では、ウィンドウ層がフィルタ機能をもつ
ことになるので、フィルタ層を新たに設ける必要がなく
なり、受光素子の構造が簡略化する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２１】第１実施例本実施例を説明するためのｐｉｎ型受光素子構造を図３
（Ａ）に示す。この受光素子は、ｐ型ＧａＡｓ基板７上
に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層６、ｉ型ＧａＡｌＡｓ
活性層５、ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層４、ｎ型Ｇａ
ＡｌＡｓフィルタ層を順次積層してダブルヘテロ構造を
もつエピタキシャルウェハを形成する。このエピタキシ
ャルウェハの表面と裏面に、光の照射で活性層５に発生
するキャリアを電圧または電流として取り出すｎ側電極
２、ｐ側電極８をそれぞれ形成した構造である。ｎ側電
極２は中央に直径５００μｍの穴の開いた形状であり、
ｐ側電極８は全面電極である。

【００２２】また、図３（Ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混
晶比は、ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層３は０．１５、
ｎ型ウィンドウ層４は０．３、ｉ型活性層５は０．０
７、ｐ型クラッド層６は０．３である。

【００２３】この受光素子に入射光１が入射すると、ｎ
型ＧａＡｌＡｓフィルタ層３のバンドギャップエネルギ
よりも大きなエネルギの光は、フィルタ層３で吸収され
電子と正孔に成る。しかし、図４に示すように正孔はｎ
型ウィンドウ層４のヘテロ障壁１７によりウィンドウ層
４側へ拡散できずフィルタ層３内で再吸収される。

【００２４】フィルタ層３のバンドギャップエネルギよ
り小さなエネルギの光は、フィルタ層３を通過し、また
ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層４も通過して活性層５へ
到達する。活性層５へ達した光の中で、活性層５のバン
ドギャップエネルギより高いエネルギの光は、活性層５
に吸収され電子−正孔対を発生させる。活性層５のバン
ドギャップエネルギよりも低いエネルギの光は、活性層
５を通過し、さらにｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層６も通
過して、ｐ型ＧａＡｓ基板７に達する。基板７に達した
光は、基板７のバンドギャップエネルギより高いエネル
ギの光が吸収され、そこで電子−正孔対を発生させる。
しかし電子は、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層６と基板７
との間のヘテロ障壁１８により活性層５方向へ拡散でき
ないため、再び基板７内で再結合する。従って活性層５
内で吸収された光のみが電極２、８から電気として取り
出すことができる。

【００２５】したがって、活性層５で吸収される光のエ
ネルギは、活性層５のバンドギャップエネルギより高
く、フィルタ層３のバンドギャップエネルギより低い範
囲となる。従ってフィルタ層３と活性層５のバンドギャ
ップエネルギを制御することにより受光波長範囲を制御
すること、すなわち単波長受光が可能となる。

【００２６】次に、上記した受光素子の製作方法につい
て述べる。受光素子は図５に示す液相エピタキシャル装
置により製作した。４層成長用のスライドボード２１に
ＧａＡｓ基板２２と次に説明する原料をセットする。第
１層原料溶液溜２３には金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ
多結晶およびｐ型ドーパントとしてＺｎ、第２層原料溶
液溜２４には金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶、第
３層原料溶液溜２５には金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ
多結晶、ｎ型ドーパントとしてＴｅ、第４層原料溶液溜
２６には金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶、ｎ型ド
ーパントとしてＴｅをセットした。このスライドボート
２１を図示しない反応管内にセットし、水素ガスに置換
後８５０℃に昇温する。数時間保持し、原料を均質に溶
かしたら徐冷を開始する。徐冷後、４℃下がったら溶液
ホルダ２７をスライドさせ基板２２と第１層成長用溶液
３３を接触させクラッド層の成長を開始する。８００℃
で第２層溶液３４と接触させ活性層を４分間成長させた
ら、第３層成長用溶液３５を接触させｎ型ウィンドウ層
を成長させる。７５０℃で第４層成長用溶液３６と接触
させｎ型フィルタ層を成長させる。

【００２７】成長させたエピタキシャルウェハの膜厚
は、図３（Ａ）においてｐ型クラッド層６が３０μｍ、
活性層５が３μｍ、ｎ型ウィンドウ層４が３０μｍ、フ
ィルタ層３が５μｍである。ＡｌＡｓ混晶比は、前述し
た通りｐ型クラッド層６が０．３、活性層５が０．０
７、ｎ型ウィンドウ層４が０．３、フィルタ層３が０．
１５である。

【００２８】このエピタキシャルウェハのｎ側表面に７
００μｍ角で中央に直径５００μｍの穴の開いたｎ側電
極２を形成する。また中央の穴部分はＳｉＯ₂膜１６で
保護されている。ｐ側裏面にはｐ側電極８を全面に形成
する。このエピタキシャルウェハを７００μｍ角に切断
してベアチップを製作した。このベアチップをステム上
にダイボンディングにより固定し、ワイヤボンディング
により配線して受光素子を製作した。

【００２９】この受光素子について光源にＬＥＤを用い
てパルス応答を測定した。発光波長８００ｎｍのＬＥＤ
の場合には、この受光素子でパルス応答を明確に確認で
きたが、発光波長６６０ｎｍと９４０ｎｍのＬＥＤにつ
いてはパルス応答は明確に測定できなかった。このこと
から次のことがいえる。

【００３０】（１）本実施例では受光波長が８２０ｎｍ
付近であるが、フィルタ層及び活性層の混晶比を制御す
ることにより、中心受光波長及び受光波長範囲を制御す
ることができる。８２０ｎｍ付近という波長はＳｉ受光
素子とほぼ近いことから、価格的に高価なＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｌＡｓ系の受光素子は、従来単独の素子として用い
られることが少なかったが、このように中心受光波長お
よび受光波長範囲が制御できるようになったので、単独
でも広く用いることが期待できる。

【００３１】（２）ＧａＡｌＡｓ系を用いた場合には、
受光波長が８８０ｎｍ〜６４０ｎｍ程度であるが、この
構造はＩｎＧａＡｓＰ系などにも拡張できる。また他の
材料でも可能である。

【００３２】（３）本受光素子は表面と裏面で電極を取
っているが、一般的なプレーナ構造にすることも可能で
ある。

【００３３】（４）帯域を大幅に絞った受光素子が実現
できるので、単波長発光の可能なＬＥＤや半導体レーザ
を使って波長多重方式を実現する場合、それらのＬＥＤ
や半導体レーザの発光波長に合せた受光帯域波長の選択
が受光素子側でできるので、分光器やフィルタを用いる
必要がなくなり、その結果、光学部品が少なく、光の損
失も小さく、安価かつ容易に実現することができる。

【００３４】図６は第１実施例の変形例であって、図６
（Ａ）は表面にフィルタ層をもつｐｎ型受光素子を示
す。この受光素子はｐ型ＧａＡｓ基板７上にｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ活性層６、ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層４、ｎ
型ＧａＡｌＡｓフィルタ層３を成長させたエピタキシャ
ルウェハの表面と裏面に、ｎ側電極２、ｐ側電極８をそ
れぞれ形成した構造である。

【００３５】図６（Ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混晶比
は、ｎ型フィルタ層３は０．１５、ｎ型ウィンドウ層は
０．２５、そしてｐ型活性層９のＡｌＡｓ混晶比プロフ
ァイルはｐ型基板７との界面で０．２と高く、ｎ型ウィ
ンドウ層４との界面で０．１と低く形成されている。

【００３６】製作方法は前述した受光素子と同じであ
る。この受光素子についての測定結果は、受光する波長
領域において同じであった。しかし、その感度において
ｐｉｎ型に劣っており、今後改善を要するも、ｐｉｎ型
に比べエピタキシャルウェハの量産性がよいことから安
価に生産できる。

【００３７】以上述べたように本実施例によれば、フィ
ルタ層を一体的に形成したことにより単波長受光素子が
安価に生産できる。また、このチップは、従来の受光素
子チップと外観的にはほとんど変更ないところから、従
来の製造設備を用いて製造できる。また、本発明の受光
素子を取り付ける際には、従来と同じ実装でよいため、
幅広く応用することができる。

【００３８】なお、上述した実施例ではいずれもｐ型Ｇ
ａＡｓ基板上に受光素子を形成した場合について説明し
たが、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成するようにしてもよ
い。この場合、実施例のｐ型とｎ型が逆になる。

【００３９】第２実施例上記実施例では、単波長受光素子としてフィルタ層付き
受光素子について説明した。この受光素子を用いること
により、機能面では分光器やフィルタを用いる必要がな
くなるため波長多重方式が容易となる。しかし、製造面
ではｐｎ接合又はｐｉｎ接合の上にフィルタ層を設ける
必要があるため、エピタキシャルウェハの層数が多くな
り、フィルタ層のないものに比して量産性に乏しいエピ
タキシャルウェハ構造となっている。半導体デバイスに
おいて安価に生産できることは、非常に重要である。価
格が安くなることにより、様々な分野で使用されるよう
になるからであり、このためには特性を満足しつつ、よ
り単純な素子構造が要請される。

【００４０】以下、この要請に応える本発明の第２の実
施例を説明する。

【００４１】図１に、本実施例を説明するためのｐｉｎ
型単波長受光素子の構造を示す。この受光素子は１ｍｍ
×１ｍｍの大きさである。この素子はｐ型ＧａＡｓ基板
１３上にｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１２、ｉ型ＧａＡ
ｌＡｓ活性層１１、ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１０
を積層したダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハを
形成し、その表、裏に形成されたｎ側電極２、ｐ側電極
７及び保護膜１６で構成されている。ｐ型ＧａＡｓ基板
１３は、厚さ２５０μｍキャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3
である。ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１２は、膜厚２０
μｍ、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、ＡｌＡｓ混晶比
０．３である。ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層１１は、膜厚３
μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下、ＡｌＡｓ混
晶比０．１である。このｉ型層１１の成長においては、
ドーパントを加えていないがｐ型層１２のドーパントが
拡散し低いｐ型になっていると考えられる。ｎ型ＧａＡ
ｌＡｓウィンドウ層１０は、膜厚３０μｍ、キャリア濃
度は表面で１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ここでＡｌＡｓ混
晶比はｉ型層１１との界面から表面に向って低くなって
いく。ｉ型層１１との界面でＡｌＡｓ混晶比は０．２
５、表面でＡｌＡｓ混晶比は０．１５である。

【００４２】表面から入射した入射光１のうち、ｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓウィンドウ層１０の表面混晶比のバンドギャ
ップエネルギ以上の光は表面で吸収される。それ以下の
光はｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１０を通過しｉ型Ｇ
ａＡｌＡｓ活性層１１に達する。ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性
層１１に到達した光のうち、ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層１
１のバンドギャップエネルギよりも大きなエネルギの光
は、ｉ型層１１で吸収される。ｉ型層１１のバンドギャ
ップエネルギよりも低いエネルギの光は、ｉ型層１１も
通過しｐ型ＧａＡｓ基板１３に到達する。つまりｉ型層
１１で吸収されるのは、ｉ型層１１のバンドギャップエ
ネルギよりも大きく、ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１
０のバンドギャップエネルギよりも小さなエネルギの光
である。したがってｉ型層１１のＡｌＡｓ混晶比とｎ型
層１０表面のＡｌＡｓ混晶比を調整することにより、受
光する波長領域を制御することができる。ｉ型層１１で
光が吸収されると、電子と正孔を発生させ電流が流れ
る。ｎ型層１０表面でも電子−正孔対を発生させるが正
孔はｐ層まで拡散できないため、電流として取り出すこ
とはできない。またｐ型基板１３でも電子正孔を発生す
るが、逆に電子ｎ層まで拡散できず、電流として取り出
すことができない。このため電流として取り出すことが
できるのは、ｉ型層１１で吸収された光だけである。こ
の受光素子の製作方法は、既述したフィルタ層付きダブ
ルヘテロ構造をもつ受光素子の製作方法（図５）におい
て、フィルタ層の工程を除いたものと同じである。ま
た、この成長は従来のダブルヘテロ構造ＬＥＤの成長と
同じである。

【００４３】この受光素子と、発光波長８５０ｎｍ、７
９０ｎｍおよび７３０ｎｍのＬＥＤを用いて実験を行な
った。このＬＥＤをパルス点灯させ、製作した受光素子
で発光し、発生電流を測定した。その結果、８５０ｎｍ
と７３０ｎｍのＬＥＤではほとんど電流が流れなかった
が、７９０ｎｍのＬＥＤでは、明確に電流が流れるのが
確認された。

【００４４】図２は第２実施例の変形例を示し、ウィン
ドウ層にフィルタ機能をもつｐｎ型構造の発光素子を示
す。この素子は、ｐ型ＧａＡｓ基板１３上にｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ活性層１５とｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１４
とによるシングルヘテロ構造をもつエピタキシャルウェ
ハを形成し、その表面と裏面に形成した電極２、８及び
表面に形成した保護膜１６で構成されている。ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板１３は、厚さ２５０μｍ、キャリア濃度１×１
０¹⁹ｃｍ^-3である。ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層１５は、膜
厚２０μｍ、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。こ
のＡｌＡｓ混晶比は、基板１３との界面で０．２、ｎ型
層１４との界面で０．１である。ｎ型ＧａＡｌＡｓウィ
ンドウ層１４は膜厚３０μｍ、キャリア濃度は表面で１
×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ここでＡｌＡｓ混晶比はｐ型層
１５との界面から表面に向って低くなっていく。ｐ型層
１５との界面でＡｌＡｓ混晶比は０．２５、表面でＡｌ
Ａｓ混晶比は０．１５である。製作方法は、前述した受
光素子と同じである。この受光素子についての測定結果
は、受光する波長領域において同じであった。しかし、
その感度において第１の実施例で述べたのと同様にｐｉ
ｎ型に劣っているが、エピタキシャルウェハを量産でき
ることから、ｐｉｎ型に比べ安価に生産できる。

【００４５】以上述べたように第２実施例は、ウィンド
ウ層にフィルタ機能をもたせて、要請される性能をより
単純な素子構造で達成するようにしたものである。ｐｎ
接合又はｐｉｎ接合の上にフィルタ層を設ける必要がな
いので、エピタキシャルウェハの層数が減り量産性に富
むエピタキシャルウェハ構造となっており、半導体デバ
イスを安価に生産でき、様々な分野で使用することがで
きる。例えば、プラスチックファイバなどに代表される
安価な通信方式ないしリモコンやフォトカプラに、従来
の受光素子とほとんど変らない外観をした単波長受光素
子として採用でき、波長多重方式を容易かつ安価に実現
できる。また、この受光素子構造はＬＥＤの構造によく
似ているため、実際、ＬＥＤの生産装置を用いて、エピ
タキシャル層を成長できる。ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系
のＬＥＤの量産技術はもう確立しており、それを用いれ
ばこの単波長受光素子を量産することが容易である。

【００４６】なお、本実施例においても、ＧａＡｓとＧ
ａＡｌＡｓ系の受光素子について述べた。この半導体で
は、９５０ｎｍから６００ｎｍが受光感度領域である。
しかし、バンドギャップエネルギの異なる半導体を用い
れば、同じ考えに基づき、他の波長領域での単波長受光
素子を製作できる。また、ｐ型とｎ型を反転させてもよ
く、さらにはメサ構造ではなくプレーナ型でも同様に製
作できる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば次の効果を発揮する。

【００４８】（１）受光素子にフィルタ層を一体的に形
成した受光素子によれば、フィルタ層と活性層との混晶
比を制御することにより単波長の受光が可能となり、素
子を安価に生産できる。

【００４９】（２）ウィンドウ層にフィルタ層の機能を
もたせた受光素子によれば、フィルタ層を別個に形成す
る必要がなくなるため、フィルタ層付き単波長受光素子
に比べ、エピタキシャル層数の少なくなり、より構造が
簡単で安価な単波長受光素子を製造することがでる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２実施例によるウィンドウ層がフィ
ルタ機能をもつｐｉｎ型単波長受光素子構造の断面図。

【図２】本発明の第２実施例によるウィンドウ層がフィ
ルタ機能をもつｐｎ型単波長受光素子構造の断面図。

【図３】本発明の第１実施例によるフィルタ層をもつｐ
ｉｎ型単波長受光素子構造の断面図および混晶比のプロ
ファイル図。

【図４】図１に示した受光素子のバンド構造図。

【図５】図１に示した受光素子を製造するためのスライ
ド形式液相エピタキシャル装置の概略図。

【図６】本発明の第１実施例によるフィルタ層をもつｐ
ｎ型単波長受光素子構造の断面図および混晶比のプロフ
ァイル図。

【符号の説明】１入射光２ｎ側電極３ｎ型ＧａＡｌＡｓフィルタ層４ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層５ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層６ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層７ｐ型ＧａＡｓ基板８ｐ側電極９ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層１０ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１１ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層１２ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１３ｐ型ＧａＡｓ基板１４ｎ型ＧａＡｌＡｓウィンドウ層１５ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層１６保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造を
もつエピタキシャル層を積層し、その上に高エネルギの
光を吸収するフィルタ層を成長することによりエピタキ
シャルウェハを形成し、このエピタキシャルウェハ面に
電極を形成したことを特徴とする受光素子。
【請求項２】化合物半導体基板上にシングルヘテロ構造
をもつエピタキシャル層を積層し、その上に高エネルギ
の光を吸収するフィルタ層を成長することによりエピタ
キシャルウェハを形成し、このエピタキシャルウェハ面
に電極を形成したことを特徴とする受光素子。
【請求項３】第１の導電型のＧａＡｓ基板上に、これと
同一導電型のＧａＡｌＡｓクラッド層、ｉ型ＧａＡｌＡ
ｓ活性層および第１の導電型と反対の第２の導電型のＧ
ａＡｌＡｓウィンドウ層を積層してダブルヘテロ構造と
し、その上に前記第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンド
ウ層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第２の導電型のＧａＡ
ｌＡｓフィルタ層を成長させてエピタキシャルウェハを
形成し、このエピタキシャルウェハ面に電極を形成した
ことを特徴とする受光素子。
【請求項４】第１の導電型のＧａＡｓ基板上に、これと
同一導電型のＧａＡｌＡｓ活性層および第１の導電型と
反対の第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層を積層
してシングルヘテロ構造とし、その上に前記第２の導電
型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層よりもＡｌＡｓ混晶比の
低い第２の導電型のＧａＡｌＡｓフィルタ層を成長させ
てエピタキシャルウェハを形成し、このエピタキシャル
ウェハ面に電極を形成したことを特徴とする受光素子。
【請求項５】第１の導電型のＧａＡｓ基板上にこれと同
一導電型のＧａＡｌＡｓクラッド層、ｉ型ＧａＡｌＡｓ
活性層および第１の導電型と反対の第２の導電型のＧａ
ＡｌＡｓウィンドウ層のダブルヘテロ構造をもつエピタ
キシャルウェハを形成し、このエピタキシャルウェハ面
に電極を形成した受光素子において、前記第２の導電型
のＧａＡｌＡｓウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比プロファ
イルが前記ｉ型ＧａＡｌＡｓ活性層との界面で高く、表
面側で低く形成されていることを特徴とする受光素子。
【請求項６】第１の導電型のＧａＡｓ基板上にこれと同
一導電型のＧａＡｌＡｓ活性層、第１の導電型と反対の
第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層のシングルヘ
テロ構造をもつエピタキシャルウェハを形成し、このエ
ピタキシャル面に電極を形成した受光素子において、前
記第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層のＡｌＡｓ
混晶比プロファイルが前記第１の導電型のＧａＡｌＡｓ
層との界面で高く、表面側で低く形成されていることを
特徴とする受光素子。
【請求項７】エピタキシャルウェハ表面層を構成する前
記第２の導電型のＧａＡｌＡｓウィンドウ層と接する隣
接層との界面のＡｌＡｓ混晶比に対し、エピタキシャル
ウェハ表面のＡｌＡｓ混晶比が高く、その差が０．１以
下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の受光
素子。