JPH11274545A

JPH11274545A - 半導体受光装置

Info

Publication number: JPH11274545A
Application number: JP10079809A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoneda; 昌博米田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体受光装置に関し、簡単な手段をとるこ
とで、ｐｉｎフォト・ダイオードの高周波帯域に於ける
出力の周波数レスポンスの安定化と暗電流の急増抑止と
を両立させようとする。【解決手段】ｎ⁺−ＩｎＰ基板１上に順に積層形成さ
れたｎ⁺−ＩｎＰバッファ層２、ｎ⁺−ＩｎＧａＡｓ光
吸収層５、ｎ^-−ＩｎＰキャップ層６と、最上層である
ｎ^-−ＩｎＰキャップ層６の表面からｎ⁺−ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層５に達するように形成された第一のｐ⁺拡散
領域８と、第一のｐ⁺拡散領域８から外れた位置に於け
るｎ⁺−ＩｎＰバッファ層２に形成されてキャリヤをト
ラップする第二のｐ⁺拡散領域４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
用いて好適なｐｉｎフォト・ダイオードを含む半導体受
光装置に関する。

【０００２】ｐｉｎフォト・ダイオードは、量子効率が
高く、また、暗電流が小さいことで知られ、種々な分野
で多用されているが、高周波帯域に於ける周波数レスポ
ンスを安定化させる対策を施すことが困難であり、試み
られた対策では、暗電流が急増するなどの問題が起こる
ので、本発明では、このような問題を解消する一手段を
開示する。

【０００３】

【従来の技術】前記したように、ｐｉｎフォト・ダイオ
ードは、量子効率が高く、且つ、暗電流が小さいことか
ら、動作電流が低い旨の特徴をもち、また、受光径や応
答速度については、大きな自由度をもって設計できるこ
とから、目的に対応した各種の素子を実現することがで
きる。

【０００４】然しながら、ｐｉｎフォト・ダイオード
は、光電流の増幅作用がない為、受信レベルが比較的高
い低中速・近中距離領域に於ける受信用、或いは、ｐｉ
ｎ−ＦＥＴ（ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）として、中高速・中遠距離領域に於ける受信
用、更には、レーザ・ダイオードの光出力モニタ用など
に用いられている。

【０００５】図９は従来のｐｉｎフォト・ダイオードを
表す要部切断側面図であり、（Ａ）は標準的なもの、
（Ｂ）は特開平６−３２６３４４号公報に開示されたも
のであり、１はｎ⁺−ＩｎＰ基板、２はｎ⁺−ＩｎＰバ
ッファ層、５はｎ^-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、６はｎ^-
−ＩｎＰキャップ層、８は第一のｐ⁺拡散領域、９はパ
ッシベーション膜、９Ａは開口、１１はｐ側電極、１２
はｎ側電極をそれぞれ示している。

【０００６】図９（Ａ）に見られるｐｉｎフォト・ダイ
オードに於けるｐ側電極１１及びｎ側電極１２間に逆バ
イアス電圧を印加した状態て光が入射されると、主とし
て光吸収層５で発生した電子と正孔の対は、ｐｎ接合の
拡散電位に起因する電界に依って電子はｎ⁺−ＩｎＰ基
板１へと移動し、正孔は第一のｐ⁺拡散領域８に流れ込
むことになる。

【０００７】第一のｐ⁺拡散領域８とｎ^-−ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層５、ｎ^-−ＩｎＰキャップ層６との界面近傍
に存在する空乏層から離れたところで発生した電子及び
正孔は拡散に依って空乏層に達するのであるが、その到
着までには時間を要し、応答速度の面からは遅い成分と
なる。

【０００８】遅い成分は低周波入力には応答できるが、
高周波入力に対しては応答できないので、ｐｉｎフォト
・ダイオードの出力に於ける周波数レスポンスは高周波
帯域に於いて悪くなる。

【０００９】そこで、図９（Ｂ）に見られるｐｉｎフォ
ト・ダイオードでは、第一のｐ⁺拡散領域８の外側に第
二のｐ⁺拡散領域４を形成し、空乏層の外側にｐｎ接合
を生成させることに依って、ｎ^-−ＩｎＧａＡｓ光吸収
層５側端部分で発生したキャリヤの空乏層への移動を空
乏層外側の第二のｐ⁺拡散領域４でトラップすることに
依って阻止し、出力周波数レスポンスを高周波領域に於
いても安定させると共に暗電流を低減させている。

【００１０】一般に、化合物半導体層に於ける表面（端
面）には、キャリヤが生成され易い箇所や再結合中心が
多く存在し、ここで生成されたキャリヤがｎ^-−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層５及びｎ^-−ＩｎＰキャップ層６の界面
やｎ^-−ＩｎＰキャップ層６及びパッシベーション膜９
の界面に接するチャネルを通って空乏層に流れることか
ら暗電流が発生するのである。

【００１１】そこで、図９（Ｂ）に見られるｐｉｎフォ
ト・ダイオードでは、前記暗電流が流れるチャネルを途
中でｐｎ接合の障壁で切断する構成とし、キャリヤがチ
ャネルを通って空乏層に流れないようにして、暗電流を
低減させているのである。

【００１２】ところで、図９（Ｂ）に見られるｐｉｎフ
ォト・ダイオードに於いて、高周波帯域に於ける出力の
周波数レスポンスを安定化する為には、能動領域である
第一のｐ⁺拡散領域８と外側の第二のｐ⁺拡散領域４と
の間の距離Ｌをできるだけ短くしなければならない。

【００１３】然しながら、パッシベーション膜９を介し
て印加される（−）の電位の為、界面近傍のｎ^-−Ｉｎ
Ｐキャップ層６が空乏層化し、この空乏層化した層は、
逆方向電圧を大きくするにつれて拡がってしまう。

【００１４】また、（−）に帯電し易い窒化シリコン膜
内の電荷が著しく多い場合、又は、表面の汚れなどの為
に多くの（−）電荷がパッシベーション膜９に多くある
場合は、ｎ^-−ＩｎＰキャップ層６の界面近傍がｐ⁺化
することもある。

【００１５】そのような場合において、前記したよう
に、能動領域である第一のｐ⁺拡散領域８と第二のｐ⁺
拡散領域４との間の距離Ｌが短いと、僅かな逆バイアス
電圧の増加やパッシベーション膜９内の（−）電荷の増
加に依って界面で拡がる空乏層が第二のｐ⁺拡散領域４
に達し、急激に空乏層幅即ち空乏層領域が拡がって表面
リーク電流（暗電流）が急増する旨の問題がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明に於いては、簡
単な手段をとることで、ｐｉｎフォト・ダイオードの高
周波帯域に於ける出力の周波数レスポンスを安定化する
こと及び暗電流の急増を防止することを両立させようと
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明が基本とするとこ
ろは、図９（Ｂ）について説明したｐｉｎフォト・ダイ
オード、即ち、第一のｐ⁺拡散領域８の外側に第二のｐ
⁺拡散領域４を形成して、第二のｐｎ接合を生成させ、
ｎ^-−ＩｎＧａＡｓ光吸収層５側端部で発生したキャリ
ヤの空乏層への移動を空乏層外側の第二のｐ⁺拡散領域
４でトラップして阻止する構成をもつｐｉｎフォト・ダ
イオードに関し、その効果である出力周波数レスポンス
を高周波帯域に於いて安定化する点、及び、暗電流の急
増を防止する点について、更に特性向上できるように改
良することである。

【００１８】図１は本発明の原理を説明する為のｐｉｎ
フォト・ダイオードを表す要部切断側面図であり、図９
の（Ａ）及び（Ｂ）に於いて用いた記号と同記号は同部
分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。但し、使
用する半導体材料は特定されない。

【００１９】図１に見られるｐｉｎフォト・ダイオード
が、図９（Ｂ）に見られるｐｉｎフォト・ダイオードと
相違する点は、第一の反対導電型（ここではｐ型）拡散
領域８と対向しないバッファ層２の、しかも、平面で見
て、第一の反対導電型拡散領域８に極近接した部分に第
二の反対導電型拡散領域４を形成したことである。

【００２０】このｐｉｎフォト・ダイオードに光を照射
すると、半導体内で電子・正孔対が生成され、拡散電位
及び逆バイアス電圧に依って空乏層に移動する。空乏層
から離れている一導電型（ここではｎ型）の半導体層に
於いて発生したキャリヤは、応答速度の面で遅い成分と
なるが、前記第二の反対導電型拡散領域４にトラップさ
れ、また、電圧印加時に一導電型キャップ層６の表面に
空乏層化が生じても、前記第一の反対導電型拡散領域８
から拡がる空乏層がキャリヤ・トラップの為の領域であ
る第二の反対導電型拡散領域４に接触することはない。

【００２１】前記したところから、本発明に依る半導体
受光装置に於いては、（１）一導電型第一半導体材料の基板（例えば基板１）
上に順に積層形成された一導電型第一半導体材料の半導
体層（例えばバッファ層２）及び一導電型第二半導体材
料の光吸収層（例えば光吸収層５）及び一導電型第一半
導体材料の半導体層（例えばキャップ層６）と、最上層
である一導電型第一半導体材料の半導体層の表面から光
吸収層に達するように形成された第一の反対導電型不純
物拡散領域（例えば第一のｐ⁺拡散領域８）と、第一の
反対導電型不純物拡散領域から外れた位置に於ける基板
側の一導電型第一半導体材料の半導体層（例えばバッフ
ァ層２）に形成されてキャリヤをトラップする第二の反
対導電型不純物拡散領域（例えば第二のｐ⁺拡散領域
４）とを備えてなることを特徴とするか、或いは、

【００２２】（２）前記（１）に於いて、キャリヤをト
ラップする第二の反対導電型不純物拡散領域（例えば第
二のｐ⁺拡散領域４）の一部が光吸収層（例えば光吸収
層５）内に張り出し形成されてなること（例えば図４参
照）を特徴とするか、或いは、

【００２３】（３）前記（１）又は（２）に於いて、キ
ャリヤをトラップする第二の反対導電型不純物拡散領域
（例えば第二のｐ⁺拡散領域４）がチップ側面に達して
形成されてなること（例えば図５（Ａ）参照）を特徴と
するか、或いは、

【００２４】（４）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、通常動作時に第一の反対導電型不純物拡散領域
から拡がる空乏層に接することなく近接した位置にキャ
リヤをトラップする第二の反対導電型不純物拡散領域が
形成されてなること（例えば図７参照）を特徴とする
か、或いは、

【００２５】（５）前記（１）乃至（４）の何れか１に
於いて、一導電型第一半導体材料の基板とキャリヤをト
ラップする第二の反対導電型不純物拡散領域との界面に
両者を結ぶ電極（例えば電極１４）が形成されてなるこ
とを特徴とするか、或いは、

【００２６】（６）前記（１）乃至（５）の何れか１に
於いて、少なくともキャリヤをトラップする第二の反対
導電型不純物拡散領域にコンタクトした電極を外部と接
続する為に電極からワイヤ（例えばワイヤ１４Ａ）を引
き出してなることを特徴とするか、或いは、

【００２７】（７）前記（１）乃至（６）の何れか１に
於いて、光吸収層は第一の反対導電型不純物拡散領域か
ら外れた部分が薄く形成されてなること（例えば図７参
照）を特徴とするか、或いは、

【００２８】（８）前記１乃至（７）の何れか１に於い
て、第一の反対導電型不純物拡散領域上で入射光の１／
４波長分の厚さをもち且つそれ以外の部分上で入射光の
１／２波長分の厚さをもつパッシベーション膜（例えば
パッシベーション膜９及びパッシベーション膜９＋窒化
シリコン膜７）が形成されてなることを特徴とするか、
或いは、

【００２９】（９）前記（１）乃至（８）の何れか１に
於いて、第一の反対導電型不純物拡散領域にコンタクト
する反対導電型側電極（例えば電極１１）及び中央に受
光窓をもち一導電型第一半導体材料の基板の裏面にコン
タクトする一導電型側電極（例えば電極１２）が形成さ
れてなること（例えば図８参照）を特徴とする。ところ
で、前記（１）〜（９）に依れば、本発明の半導体受光
装置に於ける光吸収層には、一導電型第二半導体材料を
用いているのであるが、その材料は、基板などを構成す
る一導電型第一半導体材料に比較し、エネルギ・バンド
・ギャップが狭い組成をもち、また、格子整合がとれ、
更にまた、低濃度の一導電型不純物を含有するものであ
ることが基礎となっていて、その材料は特定されるもの
ではない。

【００３０】前記手段を採ることに依り、空乏層から離
れたところで発生したキャリヤは良好にトラップするこ
とができるので、高周波帯域に於ける出力周波数レスポ
ンスは安定化され、また、能動領域である不純物拡散領
域近傍に生成される空乏層がキャリヤ・トラップ領域で
ある不純物拡散領域に接触することはないから暗電流の
急増も起こらず、従って、信頼性が高く、且つ、高周波
帯域に於ける出力周波数レスポンスが安定な半導体受光
装置を実現することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図２は図１について説明した半導
体受光装置を製造する工程を説明する為の工程要所に於
ける半導体受光装置を表す要部切断側面図であり、以
下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図１及び図
２に見られる半導体受光装置を実施の形態１とする。

【００３２】図２（Ａ）参照２−（１）有機金属化学気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃ
ｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ：ＭＯＣＶＤ）法を適用することに依り、基板１上に
バッファ層２を成長させる。

【００３３】ここで、半導体部分に関する主要なデータ
を例示すると次の通りである。基板１について材料：ｎ⁺−ＩｎＰバッファ層２について材料：ｎ⁺−ＩｎＰ不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：２．０〔μｍ〕

【００３４】２−（２）化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適用することに依り、バ
ッファ層２上に厚さが約１８００〔ｎｍ〕である窒化シ
リコン膜３を形成する。

【００３５】２−（３）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチャントを（フッ化アンモニウム＋フッ酸）とする
ウエット・エッチング法を適用することに依って、第二
のｐ⁺拡散領域４の形成予定部分上に在る窒化シリコン
膜３をエッチングして開口３Ａを形成する。尚、このエ
ッチングには、適切なエッチング・ガスを用いたドライ
・エッチング法を適用しても良い。

【００３６】２−（４）熱拡散法を適用することに依って、開口３Ａをもつ窒化
シリコン膜３をマスクとし、バッファ層２中にｐ型不純
物であるＺｎを２×１０¹⁸〔cm^-3〕〜３×１０¹⁸〔c
m^-3〕の範囲に導入して第二のｐ⁺拡散領域４を形成す
る。

【００３７】この場合、ｐ型不純物としては、Ｚｎの他
にＣｄ或いはＢｅを用いることができ、また、不純物導
入方法としては、熱拡散法の他にイオン注入法を適用し
ても良い。

【００３８】図２（Ｂ）参照２−（５）窒化シリコン膜３のエッチング・マスクとして用いたレ
ジスト膜及び窒化シリコン膜３を除去してから、再び、
ＭＯＣＶＤ法を適用することに依り、光吸収層５及びキ
ャップ層６を成長させる。

【００３９】ここで、成長させた半導体層に関する主要
なデータを例示すると次の通りである。光吸収層５について材料：ｎ^-−ＩｎＧａＡｓ不純物濃度：２×１０¹⁵〔cm^-3〕厚さ：３．０〔μｍ〕尚、ここでは、光吸収層５の構成材料をｎ^-−ＩｎＧａ
Ａｓを例示したのであるが、それに限られることはな
く、本発明に於いて、一導電型第二半導体材料と呼んで
いる材料で構成されていれば良く、そして、この一導電
型第二半導体材料としては、基板１やバッファ層２を構
成している材料である一導電型第一半導体材料と比較し
た場合、エネルギ・バンド・ギャップが狭い組成をもつ
と共に格子整合できるものであることが必要であり、更
に、基板１やバッファ層２と比較して低い不純物濃度の
一導電型不純物を含むものであることが必要である。キャップ層６について材料：ｎ^-−ＩｎＰ不純物濃度：２×１０¹⁵〔cm^-3〕厚さ：１．４〔μｍ〕

【００４０】２−（６）ＣＶＤ法を適用することに依り、キャップ層６上に厚さ
約１８００〔ｎｍ〕である窒化シリコン膜７を形成す
る。

【００４１】２−（７）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチャントを（フッ化アンモニウム＋フッ酸）とする
ウエット・エッチング法を適用することに依って、第一
のｐ⁺拡散領域８の形成予定部分上に在る窒化シリコン
膜７をエッチングして開口７Ａを形成する。尚、このエ
ッチングは適切なエッチング・ガスを用いたドライ・エ
ッチング法を適用することができる。

【００４２】２−（８）熱拡散法を適用することに依って、開口７Ａをもつ窒化
シリコン膜７をマスクとし、キャップ層６の表面から光
吸収層５中に達するようにｐ型不純物であるＺｎを２×
１０¹⁸〔cm^-3〕〜３×１０¹⁸〔cm^-3〕の範囲に導入する
ことに依って第一のｐ⁺拡散領域８を形成する。

【００４３】この場合、ｐ型不純物としては、第二のｐ
⁺拡散領域４と同様、Ｚｎの他にＣｄ或いはＢｅを用い
ることができ、また、不純物導入方法としては、熱拡散
法の他にイオン注入法を適用しても良い。尚、これ以後
の工程では、図１も合わせて参照する。

【００４４】２−（９）ＣＶＤ法を適用することに依り、全面に窒化シリコンか
らなるパッシベーション膜９を形成する。尚、パッシベ
ーション膜９の厚さを波長λの１／４とすれば、第一の
ｐ⁺拡散領域８に入射する光に対する反射防止膜として
機能させることができ、また、予め窒化シリコン膜７の
厚さを１／４λに選択してあれば、第一のｐ⁺拡散領域
８の外側に於ける全体の膜厚は１／２λとなって、高反
射膜として機能させることができる。

【００４５】このように、反射防止膜及び高反射膜を形
成した構造にすると、空乏層の外側、即ち、受光部分の
外側の半導体層に入射する光の量は少なくなるから、そ
こでのキャリヤの発生は抑制されるので出力の周波数レ
スポンスは向上する。

【００４６】２−（１０）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス並びにエ
ッチング・ガスをＣＦ₃とするドライ・エッチング法を
適用することに依り、窒化シリコンからなるパッシベー
ション膜９のエッチングを行なって、第一のｐ⁺拡散領
域８の周縁近傍に環状の開口９Ａを形成し、開口９Ａ内
に第一のｐ⁺拡散領域８の一部を表出させる。

【００４７】２─（１１）開口９Ａを形成した際のエッチング・マスクとして用い
たレジスト膜を残した状態で、スパッタリング法を適用
することに依り、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜を積層形成す
る。

【００４８】２−（１２）レジスト膜を溶解するリフト・オフ法を適用することに
依り、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜のパターニングを行なっ
てｐ側電極１１を形成する。尚、ｐ側電極１１を形成す
るには、通常のリソグラフィ技術を適用しても良い。

【００４９】２−（１３）スパッタリング法を適用することに依り、ｎ⁺−ＩｎＰ
基板１の裏面にＧｅ膜／Ａｕ膜を積層形成してｎ側電極
１２とする。

【００５０】前記のようにして製造した半導体受光装置
について信頼性試験を行なったところ、キャリヤ・トラ
ップである第二のｐ⁺拡散領域４を図９の（Ｂ）に見ら
れる位置に形成した従来の半導体受光装置で発生したよ
うな暗電流の急増はなく、勿論、出力の周波数レスポン
スも優れていた。

【００５１】図３は本発明に於ける実施の形態２を説明
する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図であり、
図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００５２】実施の形態２の半導体受光装置が実施の形
態１の半導体受光装置と相違するところは、実施の形態
１では、第二のｐ⁺拡散領域４が形成されたバッファ層
２上に光吸収層５が積層形成した構成にするのである
が、実施の形態２では、その間に厚さが例えば０．５
〔μｍ〕であるｎ−ＩｎＰバッファ層１３を介在させて
ある。

【００５３】このような構成にすると、材料を異にする
バッファ層２と光吸収層５との間に薄いバッファ層１３
が存在することで界面の安定化を図ることができる。

【００５４】図４は本発明に於ける実施の形態３を説明
する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図であり、
図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００５５】実施の形態３の半導体受光装置が実施の形
態１の半導体受光装置と相違するところは、実施の形態
１では、第二のｐ⁺拡散領域４はバッファ層２に形成さ
れていて、光吸収層５内に入り込むことはないが、実施
の形態３では、キャップ層６を形成した後、半導体結晶
を昇温し、第二のｐ⁺拡散領域４からｐ型不純物を光吸
収層５に拡散させ、図示されているように、第二のｐ⁺
拡散領域４が光吸収層５内に入り込んだ構成にした点で
ある。

【００５６】このような構成にすると、光が照射されて
キャリヤが生じ易い光吸収層５の空乏層から離れた部分
を少なくすることができ、従って、その部分で生成され
るキャリヤも少ないので、高周波領域のレスポンス特性
は安定になる。

【００５７】図５は本発明に於ける実施の形態４及び５
を説明する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図で
あり、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部
分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、図で
は、（Ａ）が実施の形態４であり、（Ｂ）が実施の形態
５である。

【００５８】実施の形態４の半導体受光装置が実施の形
態１の半導体受光装置と相違するところは、実施の形態
１では、第二のｐ⁺拡散領域４の外側エッジはバッファ
層２の内側に形成されているが、実施の形態４では、第
二のｐ⁺拡散領域４の外側エッジがバッファ層２の外側
側面に表出されるように大きく形成した構造になってい
るものである。

【００５９】このような構成にすると、半導体受光装置
の端面に多く存在する生成・再結合中心で生成されたキ
ャリヤを効率良くトラップすることができる。

【００６０】実施の形態５に於いて、基礎になっている
半導体受光装置は、実施の形態３と同様、第二のｐ⁺拡
散領域４が光吸収層５にまで入り込んだ構造をもち、そ
の第二のｐ⁺拡散領域４に於ける外側エッジが、実施の
形態４と同様、バッファ層２及び光吸収層５の外側側面
に表出されるように大きく形成した構造になっているも
のあり、その効果は実施の形態４と同じである。

【００６１】前記説明した何れの実施の形態に於いて
も、第二のｐ⁺拡散領域４は、光が入射されて空乏層か
ら離れた箇所で生成されたキャリヤをトラップするにつ
れ、飽和状態となって、その機能が低下してしまうの
で、そのような問題に対処するには、次のようにすると
良い。

【００６２】図６は本発明に於ける実施の形態６及び７
を説明する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図で
あり、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部
分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、図で
は、（Ａ）が実施の形態６であり、（Ｂ）が実施の形態
７である。

【００６３】図６（Ａ）に見られる半導体受光装置に於
いては、第二のｐ⁺拡散領域４の側面とｎ⁺−ＩｎＰ基
板１とを結ぶ電極１４を形成し、第二のｐ⁺拡散領域４
に蓄積されたキャリヤをｎ⁺−ＩｎＰ基板１に放出でき
るようにし、第二のｐ⁺拡散領域４に於けるキャリヤ・
トラップ効果の劣化を防止できるようにしてある。

【００６４】この半導体受光装置に於いて、垂直な側面
に電極１４を形成することは容易ではないことから、順
メサを形成して側面を斜面とし、そこに電極１４を形成
している。即ち、各半導体層、第二のｐ⁺拡散領域４、第一のｐ⁺拡
散領域８などを形成してから、表面からｎ⁺−ＩｎＰ基
板１に一部に達するメサ・エッチングを行なって順メサ
を形成する。

【００６５】窒化シリコン膜７及びパッシベーショ
ン膜９を形成してから、第一のｐ⁺拡散領域８の周縁近
傍に環状の開口９Ａを形成する共にｎ⁺−ＩｎＰ基板１
及び第二のｐ⁺拡散領域４に跨がって環状の開口９Ｂを
形成する。

【００６６】スパッタリング法を適用することに依
ってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成し、リソグラフィ技術、
及び、ドライ・エッチング法或いはウエット・エッチン
グ法を適用することに依ってエッチングし、ｐ側電極１
１を形成すると同時に電極１４を形成する。

【００６７】図６（Ｂ）に見られる実施の形態７の半導
体受光装置に於いては、実施の形態６と同様、順メサを
利用するのであるが、第二のｐ⁺拡散領域４の側面にの
みコンタクトする電極１４を形成し、且つ、電極１４か
らワイヤ１４Ａを引き出して外部の適所に接続し、第二
のｐ⁺拡散領域４に蓄積されたキャリヤをワイヤ１４Ａ
を介して適所に放出できるようにした点で実施の形態６
と異なっている。

【００６８】図７は本発明に於ける実施の形態８を説明
する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図であり、
図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、図では、
（Ａ）が完成された半導体受光装置であり、（Ｂ）が工
程要所に於ける半導体受光装置である。

【００６９】図７（Ａ）から明らかなように、この半導
体受光装置では、ｐ⁺拡散領域４の表面が光吸収層５に
大きく入り込んだ構造をもち、従って、キャップ層６ま
での距離が極めて小さくなっている点に特徴がある。

【００７０】図７（Ａ）に見られる半導体受光装置を作
成するには、図７（Ｂ）に見られるように、ｎ⁺−Ｉｎ
Ｐバリヤ層２に第二のｐ⁺拡散領域４を形成した段階
で、その内側をエッチングして凹所２Ａを形成し、第二
のｐ⁺拡散領域４が突出した形状にしてから、後の工程
を実施すれば良い。尚、第二のｐ⁺拡散領域４の形成工
程とｎ⁺−ＩｎＰバリヤ層２に凹所２Ａを形成する工程
の何れを先に実施するかは任意に選択して良い。

【００７１】実施の形態８の半導体受光装置に依れば、
光の照射でキャリヤが発生し易いｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層５が外側で薄くなっている為、空乏層から離れた箇
所で生成されるキャリヤの数が少なくなって、高周波帯
に於ける周波数レスポンス特性を更に安定化することが
できる。

【００７２】図８は本発明に於ける実施の形態９を説明
する為の半導体受光装置を表す要部切断側面図であり、
図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００７３】図から明らかなように、実施の形態９で
は、ｐ側電極１１が第一のｐ⁺拡散領域８の略全面にコ
ンタクトした構造になっていると共にｎ側電極１２は第
一のｐ ⁺拡散領域８と対向する領域に受光窓１２Ａが形
成されてリング状になっている点に特徴があり、従っ
て、この半導体受光装置は、裏面光入射型として使用す
るものである。尚、記号１０は反射防止膜を指示してい
る。

【００７４】本発明に於いては、前記実施の形態に限定
されることなく、他に多くの改変を実現することができ
る。

【００７５】例えば、前記各実施の形態では、主として
ｐ⁺−ｎ^-−ｎ⁺構造の半導体受光装置について説明し
たが、この導電型を逆にした構成にしても、全く同じ効
果が得られることは云うまでもない。

【００７６】また、前記各実施の形態では、半導体材料
として、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓを積層
して用いているが、他に例えばＩｎＰ基板上にＩｎＧａ
ＡｓＰ層を形成したり、また、ＧａＡｓ系を用いること
もでき、要は、第二半導体材料のエネルギ・バンド・ギ
ャップが第一半導体材料に比較して狭く、且つ、格子整
合がとれる組み合わせであればよい。

【００７７】更にまた、パッシベーション膜に窒化シリ
コンを用いたが、特に材料を限定する必要はなく、他に
二酸化シリコンなどの無機材料やポリイミドなどの有機
材料などを用いても良く、また、例えば（ＳｉＮ膜＋Ｓ
ｉＯ₂膜）或いは（ＳｉＮ＋ポリイミド膜）などの複合
膜を用いても良く、それに依って耐環境性、例えば耐湿
性を向上することが可能である。

【００７８】

【発明の効果】本発明に依る半導体受光装置に於いて
は、一導電型第一半導体材料の基板上に順に積層形成さ
れた一導電型第一半導体材料のバッファ層及び一導電型
第二半導体材料の光吸収層及び一導電型第一半導体材料
のキャップ層と、キャップ層の表面から光吸収層に達す
るように形成された第一の反対導電型不純物拡散領域
と、第一の反対導電型不純物拡散領域から外れた位置に
於けるバッファ層に形成されてキャリヤをトラップする
第二の反対導電型不純物拡散領域とを備えた構成が基本
になっている。

【００７９】前記構成を採ることに依り、空乏層から離
れたところで発生したキャリヤは良好にトラップするこ
とができるので、高周波帯域に於ける出力周波数レスポ
ンスは安定化され、また、電圧印加時に一導電型半導体
層表面の空乏層化が生じても能動領域である不純物拡散
領域から拡がる空乏層がキャリヤ・トラップ領域である
不純物拡散領域に接触することはないから暗電流の急増
も起こらず、従って、信頼性が高く、且つ、高周波帯域
に於ける出力周波数レスポンスが安定な半導体受光装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する為のｐｉｎフォト・ダ
イオードを表す要部切断側面図である。

【図２】図１について説明した半導体受光装置を製造す
る工程を説明する為の工程要所に於ける半導体受光装置
を表す要部切断側面図である。

【図３】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の半
導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図４】本発明に於ける実施の形態３を説明する為の半
導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図５】本発明に於ける実施の形態４及び５を説明する
為の半導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図６】本発明に於ける実施の形態６及び７を説明する
為の半導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図７】本発明に於ける実施の形態８を説明する為の半
導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図８】本発明に於ける実施の形態９を説明する為の半
導体受光装置を表す要部切断側面図である。

【図９】従来のｐｉｎフォト・ダイオードを表す要部切
断側面図である。

【符号の説明】

１基板２バッファ層２Ａ凹所３窒化シリコン膜３Ａ開口４第二のｐ⁺拡散領域５光吸収層６キャップ層７窒化シリコン膜７Ａ開口８第一のｐ⁺拡散領域９パッシベーション膜（窒化シリコン膜）９Ａ開口９Ｂ開口１１ｐ側電極１２ｎ側電極１２Ａ受光窓１３バッファ層１４電極１４Ａワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一導電型第一半導体材料の基板上に順に積
層形成された一導電型第一半導体材料の半導体層及び一
導電型第二半導体材料の光吸収層及び一導電型第一半導
体材料の半導体層と、最上層である一導電型第一半導体材料の半導体層の表面
から光吸収層に達するように形成された第一の反対導電
型不純物拡散領域と、第一の反対導電型不純物拡散領域から外れた位置に於け
る基板側の一導電型第一半導体材料の半導体層に形成さ
れてキャリヤをトラップする第二の反対導電型不純物拡
散領域とを備えてなることを特徴とする半導体受光装
置。
【請求項２】キャリヤをトラップする第二の反対導電型
不純物拡散領域の一部が光吸収層内に張り出し形成され
てなることを特徴とする請求項１記載の半導体受光装
置。
【請求項３】キャリヤをトラップする第二の反対導電型
不純物拡散領域がチップ側面に達して形成されてなるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の半導体受光装置。
【請求項４】通常動作時に第一の反対導電型不純物拡散
領域から拡がる空乏層に接することなく近接した位置に
キャリヤをトラップする第二の反対導電型不純物拡散領
域が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３の
何れか１記載の半導体受光装置。
【請求項５】一導電型第一半導体材料の基板とキャリヤ
をトラップする第二の反対導電型不純物拡散領域との界
面に両者を結ぶ電極が形成されてなることを特徴とする
請求項１乃至４の何れか１記載の半導体受光装置。
【請求項６】少なくともキャリヤをトラップする第二の
反対導電型不純物拡散領域にコンタクトした電極を外部
と接続する為に電極からワイヤを引き出してなることを
特徴とする請求項１乃至５の何れか１記載の半導体受光
装置。
【請求項７】光吸収層は第一の反対導電型不純物拡散領
域から外れた部分が薄く形成されてなることを特徴とす
る請求項１乃至６の何れか１記載の半導体受光装置。
【請求項８】第一の反対導電型不純物拡散領域上で入射
光の１／４波長分の厚さをもち且つそれ以外の部分上で
入射光の１／２波長分の厚さをもつパッシベーション膜
が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至７の何
れか１記載の半導体受光装置。
【請求項９】第一の反対導電型不純物拡散領域にコンタ
クトする反対導電型側電極及び中央に受光窓をもち一導
電型第一半導体材料の基板の裏面にコンタクトする一導
電型側電極が形成されてなることを特徴とする請求項１
乃至８の何れか１記載の半導体受光装置。