JPS58161366A - 複合半導体装置 - Google Patents

複合半導体装置

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JPS58161366A
JPS58161366A JP57043757A JP4375782A JPS58161366A JP S58161366 A JPS58161366 A JP S58161366A JP 57043757 A JP57043757 A JP 57043757A JP 4375782 A JP4375782 A JP 4375782A JP S58161366 A JPS58161366 A JP S58161366A
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JP
Japan
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layer
light receiving
indium
receiving element
substrate
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Pending
Application number
JP57043757A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuzo Kagawa
修三 香川
Tatsuaki Shirai
達哲 白井
Takao Kaneda
隆夫 金田
Takashi Mikawa
孝 三川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58161366A publication Critical patent/JPS58161366A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

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】 (a)  発明の技術分野 本発明は、波長1.0μm乃至1.7μmの帯域に対応
する受光素子と、トランジスタとを単一半導体基板上に
形成した複合半導体装置に関する。
(b)  技術の背景 光フアイバ通信方式の実用化によって知られるように、
光フアイバ自身の進歩とともに各種の光デバイス技術が
開発されている。す彦わち、光を導波路内lことし込め
て扱う固体化された元デバイス、例えば半導体レーザな
どの発光装置、フォトダイオードなどの受光装置、元ス
イッチ、光コネクタ等が開発され、これらの元デバイス
によって構成されたシステムは性能はもとより、信頼性
及び経済性が大幅に改善されている。
この元デバイス技術は、単一の機能を有する個別のデバ
イスを提供する段階に止まらず、さらに高性能化、小形
化、高信頼化を進めるために、機能を異にする複数の素
子を複合、集積することを志向している。その−の方向
として、光入力信号音一旦電気信号に変換して、増幅、
波形整形、論理演算もしくは変後調等全行い、更に光出
力信号を制御する場合などに必要とされる元1変換回路
や電子回路全回−基板土に形成することが試みられてい
る。
これらの元デバイスの対象とする光信号の波長としては
、元ファイバの化学気相成長法等による損失低減の結果
、その伝送損失の極小が波長1.55μmへ移行し、1
だ波長1.3μmでは元ファイノくの材料分散が零とな
る特徴を有するために、波長1.0μm乃至1.7μm
程度の範囲の実用化が推進されている。
この波長1.0μm以上の帯域lこおける半導体受光素
子lこは、シリコン(St)よりバンドギャップの狭い
半導体材料が必要となりその候補としてはゲルマニウム
(Ge)やI nGaA s、InGaAsPなどの三
元もしくは四元l−■族化合物半導体があげられる。
前記半導体材料のうち、Geは既にアバランシェ・フォ
トダイオード(APD)として実用化されているが、暗
電流及び雑音の点で材料物性に起因する限界がある。一
方I−v族化合物半導体はその組成lこよって波長域が
選択でき、また表面状態密度も低いことが予想されてい
て受光感度の大きい素子が期待できる。これを実現する
ために、InGaAs、InGaAsP系を主とする化
合物半導体受光素子に関して既に多くの提案がなされて
いる。
更にこれらの波長帯域1.0μm乃至1.7μm程度に
対応する化合物半導体受光素子を含む受光装置の性能を
向上し、小形化、高信頼化を進めるためlこは、先に述
べた如くトランジスタ等の素子を複合・集積することが
望ましい。この目的に対して既に二、三の研究結果が報
告されているが、本発明はこの目的ζこ対して一つの提
案をなすものである。
(c)  発明の目的 本発明は、波長1μm以上の帯域に対応する化合物半導
体受光素子とトランジスタとを、簡明な3− 構成音もって、単一半導体基板上に形成することによっ
て、受光装置の特性全向上し、その小形化。
高信頼化を進める複合半導体装置IグtφII造j法を
提供することを目的とする。
(d)  発明の構成 本発明の前記目的は、第一導電型を有するインジウム・
リン(InP)基板、前記インジウム・リン基板と、当
該基板の一方の主面上に選択的に配設された第二導電型
を有するインジウム・ガリウム・ヒ素eリン(In1−
xGaxAgl−yPysO(x(1,0≦yく1)層
とからなるPN接合から構成される受光素子、及び前記
インジウム・リン基板の前記主面上に互いに離隔して配
設された第2の第二導電型を有するインジウム・ガリウ
ム・ヒ素・リン(In*−zGaxAsl−3’ py
+0(x(1,0≦yく1)層と、当該第2のインジウ
ム・ガリウム・ヒ素・971層上1こ選択的に配設され
たml及び第2の第二導電型を有するインジウム・リン
(InP)層と、前記第1及び第2のインジウム・リン
層間の前記第2のインジウー ル − ム・ガリウム・ヒ素・リン層に配設された第一導電型を
有するゲート領域とを含む複合牛導体装置ζこよって達
成される。
(e)  発明の実施例 以下本発明を実施例1こより、図面を参照して具体的に
説明する。I−V族化合物半導体層をエピタキシャル成
長させる単結晶基板としては、比較的に結晶欠陥の少い
単結晶が得易いI nPe使用する。更薯こ、このIn
P基板にエピタキシャル成長させ得て、最大波長1.6
μm乃至1.7μm程度の光吸収層を構成し得る化合物
子導体としては、In0.53GaO,47As (以
下InGaAsと略称する)があげられ、このInGa
AsはInPよりもキャリアの移動度が大きく、トラン
ジスタの能動層にも適している。
複合されるトランジスタとしては、製作工程数が少ない
電界効果トランジスタ(以下FETと略称する)が適し
ており、本発明においては接合形FETとする。InG
aAsのキャリアの移動度は、電子ではμp= 700
0cf/I/V −See、正孔ではμp=100aA
/V、See程度であって高周波特性の点から前記F’
ETはnチャネル形とすることが有利である。
第1図乃至第3図は不発明の実施例會示す断面図である
第1図に示す如く、キャリア濃度が4XIO”。−8程
度のp十−I nP基板1上に、n−InGaAs層2
及びn+−I n PH3klk4次エピタキシャル成
長させる。本実施例1こおいては、液相エピタキシャル
成長法によって、キャリア濃度5X10”m−”  程
度のn−InGaAs層2を厚さ2乃至3μmlこ、キ
ャリア濃度4 X 10”cm”−” 程度のn+−I
nP層3を厚さ1μm程度lこ成長させる。
尚、液相エピタキシャル成長法の代わりζこ気相エピタ
キシャル成長法もしくは分子線エピタキシャル成長法な
どlこよってもよい。
エピタキシャル成長層2.3を形成1.た後、接合形F
ETのゲートヲ形成すべき領域のn+−InP層3及び
n−InGaAs層2の一部全エッチン次いで第2図に
示す如く前記凹部lこ開口部がパターニングされたマス
ク4全設け、先lこn+−InP層3全3全除去前記ゲ
ートを形成すべき領域に前記マスク4を介して不純物を
拡散してn−InGaAs層2内lこp中領域5を形成
する。
本実施例においては、マスク4としてはプラズマ化学気
相成長法によって形成した窒化シリコン(Si1Nn)
膜を用い、またp中領域5はCdP。
による温度500℃、時間1時間8夏のld拡散によっ
てキャリア濃度を3X10” cIn−j程度とした。
更(こ第3図ζこ示す如く、受光素子部及び接合形FE
T部會それぞれメサ形に分離するエツチング全n−In
P基板1に達する深さまで実施し、6電&を形成する。
本実施例においては受光素子部のn側電極6及び接合形
FETのソース・ドレイン電極9.9′はAuGeで構
成し、p側電極7及びゲート電極8はAuZnで構成す
る。
上記の如くにして形成された受光素子部におい 7− では、n”−InP層3は元透過層及びコンタクト層、
n−InGaAs層2は元吸収層全構成する。電極6及
び7間にPgT要のバイアス電圧を印加することtこよ
り、n−InGaAsJQ12全体に空乏層全延ばし7
て高い蓋子効率を得ることができる。
また接合FET部ζこおいては、n”−InP層3はキ
ャリア濃度が高く、ソース・トレイン電極9.9′のコ
ンタクト層を構成する。またn−InGaAs層2は電
流制御層を構成し、p中領域5の拡散深さ音制御するこ
と等により、所要の特性を与えることができる。なお、
n−InGaAsノー2とp+−I nP基8i1とは
その導電型が反対で凌)るためにその界面付近に空乏層
を形成して、FET部を素子分離することが可能である
次に、本実施例の構造を有する複合装置の動作を説明す
る。第4図は受光素子とFETを組み合わせて光検出器
を形成する場合の結線図である。
同Mに於いて、R,は第1のバイアス抵抗、R1は第2
のバイアス抵抗、R1は負荷抵抗をそれぞれ示す。
 8− 受光素子に元が入射されていない状態では、第1のバイ
アス抵抗R,と第2のバイアス抵抗R8との分圧比に相
当する電圧がゲート電極8に印加されている。しかし、
光が受光素子へ入射されると、受光素子のPN接合部で
光起電力が発生し、受光素子lこキャリアが流れる為、
受光素子での見かけ上の抵抗が下がる。即ち、ゲート電
極8にかかる電圧が低下してFETでの増幅度が低下す
る。
これより、負荷抵抗R3の両端にかかる出力電圧が小さ
くなり、元が受光素子へ入射されたことを検出出来る。
以上の如く受光装置を構成した結果、波長帯域1.0μ
m乃至1.65μmtこおいて良好な性能を有する小形
の受光装置が実現された。
以上の実施例はInO,53Ga0.47As三元化合
物半導体によって活性層全形成したが、この活性層i 
1Jンを含む四元化合物半導体In1−zQaxAs+
−yP)’によって形成することも可能である。
また以上説明した実施例は、接合形FETをnチャネル
形としたが、基板及びエピタキシャル成長層の導電形を
反転しn十領域を形成して、pチャネル形のFET’に
設けた複合半導体装置全構成することも同様に可能であ
る。
(f)  発明の効果 本発明は以上説明した如く、波長帯域10μm乃至1.
7μm程litこ対応した受光素子とトランジスタとの
複合牛導体装置を、InGaAa等の化合物半導体によ
る簡明な構造によって提供するものであって、光フアイ
バ伝送lこおいて最適とされる波長帯域全カバーし、特
性及び信頼性の向上と装置の小型化を可能にするもので
あって、元ファイバ通信の進展lこ大きく寄与するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明の実施例を示す断面図、第4
図は実施例の結線図である。 図において、1はp”−InP基板、2はn−InGa
As層、3はn+−InPJm、4はマスク、5はp十
領域、6はn側電極、7はp側電極、8はゲート電極、
9.9′はソース・ドレイン電極全示す。 11− 夷 1 図 晃 2 図 12−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第一導電型ヲ有するインジウム・リン(InP)基板、
    前記インジウム・リン基板と、当該基板の一方の主面上
    に選択的齋こ配設された第二導電型を有するインジウム
    ・カリウム・ヒ素・リン(Inl−xGaxAsl−y
    py;o<x<1.0≦y<i)ノーとからなるPN接
    合から構成される受光素子、及び前記インジウム・リン
    基板の前記主面上に互いに離隔して配設された第2の第
    二導電型を有すコ るインジウム・カリウム・ヒ素・リン(In承−xGa
     xA sl  ’!P Y + 0<X< 1 、 
    O≦y<1)。 t=と、当該第2のインジウム・ガリウム・ヒ素・リン
    1層上に選択的に配設された第1及び第2の第二導電型
    に!するインジウム・リン(InP)層と、前記第1及
    び第2のインジウム・リン層間の前記第2のインジウム
    ・ガリウム・ヒ素・リン層に配設された第一導電型を有
    するゲート領域とを含むことを特徴とする複合半導体装
    置。
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Cited By (6)

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