JPH06140658A - 半導体光検出器およびその製造方法 - Google Patents

半導体光検出器およびその製造方法

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JPH06140658A
JPH06140658A JP4289950A JP28995092A JPH06140658A JP H06140658 A JPH06140658 A JP H06140658A JP 4289950 A JP4289950 A JP 4289950A JP 28995092 A JP28995092 A JP 28995092A JP H06140658 A JPH06140658 A JP H06140658A
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和利 加藤
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進 秦
Shinichi Matsumoto
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電容量と寄生抵抗とを同時に低減できる構
造で、高速応答が可能な半導体光検出器を得る。 【構成】 半導体基板101上に設けたpn接合部を、
誘電体膜105で覆われたリッジ状に形成し、上記リッ
ジ側面の周囲に空洞106を設けるように半導体層で埋
め込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量と寄生抵抗と
を同時に低減できる構造の、高速応答可能な半導体光検
出器およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的な半導体光検出器は、信号
光波長が1.55μmの場合を例にとると、図4に示す
ように低キャリア濃度の光吸収層303(図4の場合は
ノンドープInGaAs)の上下に、p型導電層30
4、n型導電層302をそれぞれ配置して形成している
(榊原勝利他、「直列抵抗を低減した高速GaInAs
/InP PINフォトダイオード」1991年春季応
用物理学会学術講演会予稿集、953頁、28p−F−
1)。なお、307はn電極、308はp電極である。
上記半導体光検出器においては、p型導電層304とn
型導電層302との間に逆バイアス電圧を印加して、ノ
ンドープの光吸収層303内に空乏層を形成し、上記空
乏層にかかる高電界を利用して、半導体光検出器上面ま
たは裏面より光吸収層に入射した信号光を光電変換する
ものである。
【0003】ところで、上記半導体光検出器の応答速度
は、CR時定数と光励起キャリアの走行時間とで決定さ
れる。上記光励起キャリアの走行時間を小さくするため
には光吸収層を薄くする必要があるが、上記光吸収層を
薄くすることによる静電容量Cの増加を抑えるため、光
吸収層の面積を小さくしなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記p
型導電層上面の一部にはp型オーミック電極を形成する
必要があるため、従来のように光吸収層の上部だけにp
型導電層を設けた半導体光検出器では、上記光吸収層の
面積を小さくした場合にp型オーミック電極の面積も必
然的に小さくなり、その結果、オーミック抵抗が増加し
てCR時定数が増大し、結局は高速応答ができないとい
う問題があった。
【0005】本発明は、上記従来技術における静電容量
と寄生抵抗との関係を解消し、高速応答が可能な半導体
光検出器を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
上に設けたpn接合を有する半導体光検出器において、
上記pn接合部は側面を誘電体膜で覆ったリッジ状に形
成し、上記リッジ側面の周囲に空洞を形成するようにし
て、上記リッジを半導体層で埋め込んだことにより達成
される。
【0007】
【作用】本発明では、リッジ状のpn接合部の側面およ
び半導体基板上面の一部に形成した誘電体膜マスクを用
いて、pn接合部を半導体層で埋め込むことにより、上
記pn接合部の周囲に空洞を形成している。本発明では
pn接合部をリッジ状に形成するため、光吸収層の面積
とは独立に上部導電層の面積を設定することができ、光
吸収層の面積を小さく保ちながら、広い面積のp型オー
ミック電極を形成することができる。また、上記空洞に
よってn型下部導電層とp型上部導電層とが離されるた
め、下部導電層と上部導電層との間に生じる寄生容量を
低減することができるので、高速応答が可能な半導体光
検出器を得ることができる。
【0008】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図1は本発明による半導体光検出器の第1実施例を
示す構造図、図2(a)〜(d)は上記実施例の製造工
程を示す図、図3は本発明の第2実施例を示す半導体光
検出器の製造工程を示す図である。図1において、10
1は半絶縁性InP基板、102はn型InP下部導電
層、103はノンドープInGaAs光吸収層、104
はp型InP上部導電層、105は誘電体マスク、10
6は空洞、107はn型オーミック電極、108はp型
オーミック電極である。この半導体光検出器はノンドー
プInGaAs光吸収層103を光電変換層とする導波
路型pinホトダイオードの構成になっている。
【0009】上記半導体光検出器の製造は図2(a)〜
(d)に示すつぎの工程により行う。まず図2(a)に
示すように、半絶縁性InP基板101上に厚さ0.2
μmのn型InP下部導電層102と、厚さ0.5μm
のノンドープInGaAs光吸収層103をこの順にエ
ピタキシャル成長する。その後InP基板101が露出
するまで、上記n型InP下部導電層102とノンドー
プInGaAs光吸収層103をリッジ状にエッチング
する。ついで図2(b)に示すように、上記リッジ状に
形成された半導体層及び半絶縁性InP基板101の表
面全面に誘電体膜SiO2105を堆積し、リッジ側面
およびリッジ下部近傍のInP基板101表面だけを残
して、上記誘電体膜SiO2105を図2(c)に示す
ようにエッチングにより除去する。つぎに図2(d)に
示すように、厚さ2μmのp型InP上部導電層104
を選択成長する。この際、上記リッジ側面およびリッジ
下部近傍の誘電体膜SiO2105に覆われた部分に
は、上記上部導電層104が成長しないため、この部分
に空洞106が形成される。その後、上記リッジの一部
をノンドープInGaAs光吸収層103が露出するま
でエッチングし、露出した光吸収層103上にn型オー
ミック電極107を形成し、さらに上記p型InP上部
導電層104上にp型オーミック電極108を形成する
ことにより、図1に示すような半導体光検出器が得られ
る。
【0010】上記p型InP上部導電層104の選択成
長により形成されるエピタキシャル層においては、上面
からの成長だけでなく側面からの成長も促進されるた
め、成長初期にはSiO2膜105によって分離されて
いた上部導電層104は、成長終了時になると図2
(d)に示すように互いにつながり合い、その結果、上
記p型InP上部導電層104は極めて広い面積を有す
ることになる。したがって、光吸収層103の面積を小
さく保ちながら、広い面積のp型オーミック電極108
を形成することが可能になる。また、上記空洞106に
よってn型InP下部導電層102とp型InP上部導
電層104との間が離隔されるため、上記両者間に生じ
る寄生容量を大幅に低減することができる。
【0011】本発明による製造方法を用いて製作した半
導体光検出器においては、幅1μmの光吸収層に対して
幅10μmのp型オーミック電極を形成した結果、寄生
抵抗は5Ωと従来の約10分の1に減少し、また寄生容
量を素子容量に比べて無視できる程度に小さくすること
ができ、応答速度は60GHZと従来の約4倍の性能を
実現することが可能になった。
【0012】本発明の第2実施例である半導体光検出器
を、その製造工程を示す図3により説明する。図3にお
いて、201は半絶縁性InP基板、202はn型In
P下部導電層、203はノンドープInGaAs光吸収
層、204はp型InP上部導電層、205は誘電体マ
スク、206は空洞である。上記半導体光検出器はノン
ドープInGaAs光吸収層203を光電変換層とする
導波路型pinホトダイオードの構成になっている。
【0013】上記半導体光検出器の製造方法を図3
(a)〜(d)に示す工程にしたがって説明する。ま
ず、半絶縁性InP基板201上に厚さ0.2μmのn
型InP下部導電層202および厚さ0.5μmのノン
ドープInGaAs光吸収層203を、この順にエピタ
キシャル成長し、図3(a)に示すように上記下部導電
層202と光吸収層203とを、半絶縁性基板201が
露出するまで逆メサ形リッジ状にエッチングする。つぎ
に図3(b)に示すように、上記リッジ状に形成された
半導体層および半絶縁性InP基板201上の全面に誘
電体膜SiO2205を堆積する。その後、上記半導体
基板上方よりイオンビームを照射して、上記誘電体膜S
iO2205を図3(c)に示すようにリッジの側面お
よび下部近傍を除いてエッチングにより除去する。ここ
で、上記リッジは逆メサ形状をしているため、リッジ側
面およびリッジ下部近傍はリッジの影になりイオンビー
ムが到達しない。そのため、上記リッジ側面およびリッ
ジ下部近傍のSiO2膜205はエッチングされないで
残ることになる。つぎに、図3(d)に示すように、厚
さ2μmのp型InP上部導電層204を選択成長する
が、上記リッジ側面およびリッジ下部近傍のSiO2
部分においては上記InP上部導電層204が成長しな
いため、この部分に空洞206が形成されることにな
る。第1実施例と同様に、上記リッジの一部をノンドー
プInGaAs光吸収層203が露出するまでエッチン
グし、上記吸収層203の表面にn型オーミック電極を
形成するとともに、上記p型InP上部導電層204上
にp型オーミック電極を形成して半導体光検出器を得
る。
【0014】上記半導体基板の上方からイオンビームを
照射してSiO2膜をエッチングにより除去する工程に
おいては、リッジが逆メサ形に形成されているためエッ
チングマスクを用いることなく、リッジ側面およびリッ
ジ下部近傍のSiO2膜205を残すことができるた
め、上記第1実施例に比べて製造の簡素化を行うことが
できるが、同様な効果が得られることはいうまでもな
い。
【0015】上記各実施例は導波路型光検出器を実現し
た例を示したが、本発明を面入射型光検出器に適用する
ことにより、高速応答が可能な面入射型光検出器を実現
することができる。上記実施例では半導体材料としてI
nP基板と格子整合する材料を用いた例を示したが、こ
れらの一部または全部をInPと格子整合しない材料と
しても同様の効果が期待できる。また、信号光波長が
1.55μmの場合についての例を示したが、材料を適
当に選ぶことにより波長1.55μm以外の信号光に対
して、本実施例と同様の効果がある半導体光検出器が実
現できる。さらに、本構造を半導体レーザあるいは半導
体光変調器などの他の光素子に適用することも可能であ
る。
【0016】
【発明の効果】上記のように本発明による半導体光検出
器およびその製造方法は、半導体基板上に設けたpn接
合を有する半導体光検出器において、上記pn接合部は
側面を誘電体膜で覆ったリッジ状に形成し、上記リッジ
側面の周囲に空洞を形成するようにして、上記リッジを
半導体層で埋め込んだことにより、静電容量と寄生抵抗
との互いに相反する関係を解消してこれらを同時に低減
し、かつ、寄生容量が小さく高速応答が可能な半導体光
検出器を実現し、その製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体光検出器の第1実施例を示
す構造図である。
【図2】(a)〜(d)は上記実施例の製造工程をそれ
ぞれ示す図である。
【図3】本発明の第2実施例である半導体検出器で、
(a)〜(d)はそれぞれ製造工程を示す図である。
【図4】従来の半導体光検出器を示す模式図である。
【符号の説明】
101、201 半導体基板 102、202 n型下部導電層 103、203 光吸収層 104、204 p型上部導電層 105、205 誘電体膜 106、206 空洞

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に設けたpn接合を有する半
    導体光検出器において、上記pn接合部は側面を誘電体
    膜で覆ったリッジ状に形成し、上記リッジ側面の周囲に
    空洞を形成するようにして、上記リッジを半導体層で埋
    め込んだことを特徴とする半導体光検出器。
  2. 【請求項2】半導体基板上に設けたpn接合を有する半
    導体光検出器の製造方法において、上記半導体基板上に
    pn接合を有する半導体光検出器層を形成したのち、上
    記半導体光検出器層をリッジ状に形成する工程と、上記
    リッジの側面および下部近傍の基板上面に誘電体膜を堆
    積する工程と、上記リッジを半導体層の成長により埋め
    込む工程とを有することを特徴とする半導体光検出器の
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017183568A1 (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 日本電信電話株式会社 光導波路集積受光素子およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017183568A1 (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 日本電信電話株式会社 光導波路集積受光素子およびその製造方法
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