JPS5892259A - 複合半導体装置 - Google Patents

複合半導体装置

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JPS5892259A
JPS5892259A JP56190357A JP19035781A JPS5892259A JP S5892259 A JPS5892259 A JP S5892259A JP 56190357 A JP56190357 A JP 56190357A JP 19035781 A JP19035781 A JP 19035781A JP S5892259 A JPS5892259 A JP S5892259A
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JP
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gaas
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JP56190357A
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English (en)
Inventor
Masanori Ito
正規 佐藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 (1)  発明の技術分野 本発明は、単一のGaAs基根上に受光素子と電界効果
トランジスタ(以下FI3Tという)素子とが設けへれ
た複合半導体装置の構成に関す。
(粉 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。すなわち、光を導波路内lことじ込め
て扱う固体化された光デバイス、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、光ス
ィッチ、光コネクタ等が開発され、これらの光デバイス
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。
この光デバイス技術は、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、光入力信号を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復調等を行い、更に光出
力信号を制御する場合などに必要とされる光電変換回路
や電子回路を同一基板上に形成することが試みられてい
る。。
半導体レーザ及びフォトダイオードを構成する半導体と
してはGaAs化合物が従来最も研究されているが、他
方電界効果型トランジスタ(PET)をGaAs系化合
物により構成する技術も最近大きく進歩して、前記の如
き複合半導体装置をGaAs系化合物によりて構成する
ことが可能となりつつある。
(3)  従来技術と問題点 同−GaAs基板上lこ7tトダイオードとFET吟を
形成して皺フォトダイオードより得られる信号電流の増
幅或いは演算処理等を行う電子回路を該FET等により
構成する複合半導体装置が試みられている。
嬉1図は従来技術による該複合半導体装置の一例を示す
断面図である。第1図において、領域人は受光素子部、
領域BはF’ET素子部であって、受光素子は半絶縁性
n−GaAs基板1上に亜鉛(Zn)等を深さ1μm程
度に拡散することにより、p+層2を形成し、骸p+層
2にp側電極3、半絶縁性n  GaAs基板1上にn
9111を極4を設けることにより形成される。又、F
ET素子は半絶縁性n −G a A S基板l上にキ
ャリア濃度がI X 10”cm−”@度のn ” −
GaA1 N13を厚さ0.2μtpb程度に成長せし
め、ソース電極6及びドレイン電極7を金ゲルマニウム
(AuGe)等を用い、又、ゲート電極8をアルミ二ヴ
/人・(八Usを用いて配設することにより形成され、
その後納縁膜及び所要の配線パターンが設けられる。
以上説明した栴造の複合半導体装置においては、半絶縁
性GaAs基板1は受光素子の光吸収層を構成するとと
もに、n側を極4へのNtALの伝導路を構成するため
に電流に対する直列抵抗が大きく、その結釆光を吸収す
る空乏層が伸び難く、かつ、kJ、1図中に9として模
式的に示す如く均一には形成されず歪んでしまう欠点が
ある。従って量子効率が低く、またキャリアの移動が拡
散によるために速kが遅く、応答の遅延が問題となる。
上記問題点を解決することを試みた従来技術による該複
合半導体装置の一例を第2図に断面図によって示す。第
2図において、11はn”−GaAs基板であり、該n
”−GaAs基板11上にn−GaAs層12、rr−
−GaAs層13が受光素子部A、FET累子部Bに共
通に形成されて、受光素子部ではn−−GaAs層13
にZnを拡散して形成されたp+領域14にp側電極1
5が設けられ、n@電極16はn”−GaAs基板11
皇面の広い面積を覆っている。
他方FET素子はn −−G a A s層13上に設
けられたn”−GmAs層17を能動層としてソース電
極18、ドレイン電極19及びゲート電極20により構
成されている。
第2図に示した受光素子においては、p◆領域14、n
−−Ga人1層13及びn−GaAs層12によってp
轟n構造が構成され、n”−GaAs基板11はngs
コンタクト層として機能するもので、先に第1図の例に
ついて述べた欠点を改善している。
しかしながら第2図に示した複合半導体装置のFET素
子部については、能動層であるn+−GaAs層17と
n”−GaAs基板11とは例えば5μ毒程亀・のr4
隔を有す′v6轟で・ありて、基板11に印加される受
光素子バイアス電圧の影譬をうけ、を生谷量も増大し、
又、受光素子とF E T 素子もしくはFETX子相
互間の分離も甚だ困難となる。
(4)発明の目的 本発明は、単一半絶縁性GaAs基板上に受光素子とF
ET素子とが設けられた複合半導体装置において、FE
T素子や素子間分離特性に悪影替を及すことなく、受光
素子の光吸収層を受光範囲の全域にわたって空乏化し且
つその寄生直列抵抗は低減することにより量子効率及び
応答速匿を改善することを目的とする。・ (5)発明の構成 本発明の前記目的は、少くとも該FET素子が設けられ
た領域を除いて、該基板上に皺受光素子中キャリア電子
濃度が最大であるn”G1Ag層を設け、該受光素子の
光吸収層及びn側電極を該n”−()aAs層上に設け
ることにより達成される。
(6)発明の実施例 以下に本発明を実施例により図面を参照して説明する。
第3図は本発明の実施例を示す断面図である。
半絶縁性n−GaAs基板21上の受光素子を形成する
領域Aに選択的にシリコン(Sム)イオンを、加速電圧
300KIV程度においてドース“量lXl0”倒4程
度に注入して熱処理を施してn+イオン注入層22を形
成する。
しかる後に分子ビームエピタキシャル成長法(MBE法
)或いは気相エピタキシャル成長法(vpg法)等によ
り、ノンドープ半絶縁性n−GaAs層23を厚さ3μ
愼程1に、次いでキャリア−1がI X 10” cm
−”程度のn”−GaAs層24を厚さ0.2μS程友
に順次成長させる。ただし、n”−GaAs層24はF
ET素子の能動層とするものであって、受光素子領域大
についてn”−GaAs層24は選択的に除去され、か
つ各FET素子領域に分離される。
次いで受光素子のp中領域25を半絶縁性n−GaAs
層23に形成する。これは例えば二酸化シリコン(St
O,)等をマスクとして、約60OrにおいてZnAs
、による閉管法による拡散を30分間程度行って、Zn
をII[10”乃至10” cm−” 程度、深さ約1
μ倶に拡散することによりて形成される。
FET素子領域Bにおいては、先に述べた如く分離され
た各領域にソース電極26及びドレイン電極27をAu
Ge %により、ゲート電極28をn等により形成する
受光素子のp9111電極29はAuZn等ニヨリp1
領域25面上に形成されるが、net極30はn+イオ
ン注入層22面上にAuGe%により形成される。すな
わち第3図に示す如く、n+イオン注入層22に達する
まで受光素子の周囲の少くとも一部分にエツチングを行
ってn1lllt極を形成する。
なお第3図に示す如く、受光素子の周囲、特にPET領
域B側にエツチングを行って受光素子をメサ型に形成す
ることは受光素子とFET素子との分離改善を目的とす
る。
(7)発明の効果 本実施例のn+イオン注入層22は高キャリア濃度であ
るために、受光素子の空乏層はp+領域25の直下全面
にひろがり、光吸収層である半艶−ぐ 縁n−GaAs層23をn+イオン注入層22との界面
談で空乏化される。この結果受光素子の量子効率が向上
し、曹た光励起キャリアは拡散ではなくドリフトにより
移動するために応答速度が大となる。
詑4図及び第5図は第3図1に示した実施例と、第1図
に示した構造の例との比較を示す図表であって、何れの
図においても、実紐で示した曲線人は第3図に示した実
施例についての、破線で示した曲@Bは駆1図に示した
構造の例についてのデータ例を示す◎ 第4図は量子効率を比較した図表であって、横軸は光入
力信号の波長(単位μm)を、縦軸は量子効率を示し、
本実施例は約15倍の量子効率改善を示している。
又、第5図は矩形波パルス光入力信号に対する応答波形
を比較する図であって、横軸は時間(単位扉S)をJ輔
は各応答波形の波高値を人々1009゜とじた花対値を
示すものであって、本実施例における応答速度の改善は
明白である。
他方FET素子領域Bにおいては、能動層であるn”−
GaAs層24は、半絶縁性n−GaAs層23及び半
絶縁性n −G a A g基板21上に形成されてお
り、FET素子のみからなるGaAs系集積囲路と同等
であって、受光素子を同一基板上に有する複合回路装置
であることによる不利益が解決されている。
以上説明した如く、本発明は単一半絶縁性GaAs基板
上に受光素子とF B T 素子とが設けられた複合半
導体装置において、受光素子領域のみにキャリア電子濃
度が最大であるz+”−GaAs層を設は該受光素子の
光吸収層及びn側電極を該n”−GaAs層上に設ける
ことにより、k’ E T 2子に対して受光素子との
複合による形層を及すことなく、受光素子の量子効率及
び応答速度を改善する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来技術にょる実施例の断面図、第
3図は本発明による実施例の断面図、第4図は受光素子
の童子効率の比較を示す図撤1第5図は矩形波パルス光
入力信号に対する応答波形の比較を示す図である〇 図において、1は半絶縁性n−GmAs基板、2はp中
層、3はp側電極、4はrllil1m極、5はn+1
2はn−GaAs層、13はn−−GaAs層、14は
p+領領域15はpgA電極、16はnl1lI電極、
17はn”−GaAs層、18はソース電極、19ハト
レイン電極、20はゲート電極、21は半絶縁性n−G
aAm基板、22はn+イオン注入層、23は半絶縁性
n−GaAs層、24はn”−GaAs層、25はp今
領域、26はソース電極、27はドレイン電極、28は
ゲート電極、29はp@電極、30はn側電極を示す〇 第1 図 薯2121 /6 1図 第4図 ρ6   47   1.lj    /qII′皮吊
 (1) 第5図 時間(ズσ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単一の半絶縁性GaAs基板上に受光素子と電界効果ト
    ランジスタ素子とが設けられた複合半導体装置において
    、少くとも該電界効果トランジスタ素子が設けられた領
    域を除いて、該基板上に該受光素子中キャリア電子濃度
    が最大であるn”−oaAs層を設け、該受光素子の光
    吸収層及びn1lll電極を9n”−GaAa層上に設
    けてなることを特徴とする複合半導体装置。
JP56190357A 1981-11-27 1981-11-27 複合半導体装置 Pending JPS5892259A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5936263U (ja) * 1982-08-30 1984-03-07 日本電気株式会社 半導体装置
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