JPS60251678A - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JPS60251678A
JPS60251678A JP59108952A JP10895284A JPS60251678A JP S60251678 A JPS60251678 A JP S60251678A JP 59108952 A JP59108952 A JP 59108952A JP 10895284 A JP10895284 A JP 10895284A JP S60251678 A JPS60251678 A JP S60251678A
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JP
Japan
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layer
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energy band
layers
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Pending
Application number
JP59108952A
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Haruo Nagai
治男 永井
Susumu Kondo
進 近藤
Shingo Uehara
上原 信吾
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/041Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L31/00
    • H01L25/043Stacked arrangements of devices
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32135Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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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】 発明の分野 本発明は、半導体受光素子に関するもので、具体的には
、光通信システムの経済化を目的とした波長多重通信方
式等に用いることができる。同時に入射された複数の異
なった波長による独立の光信号を受けてこの複数の信号
を別個に効率よく区別して受信することのできる複数波
長の半導体受光素子の構造に関するものである。
従来の技術 本発明と目的を同一にする半導体2波長受光素子に関す
る発明は従来からもいくつか見受けられる。その構成及
び動作上の原理はいずれも同一でsbその例の一つを次
に述べる。
第1図の構造はT、P、リ−らによってエレクトロニク
ス・レター15巻、13号、688頁に報告されている
ものでおる。
それによればまず、p型1nP基板2上にp型InP層
(Znドープ) 3 、 n ’Jjl InGaAz
P層5. n型InPバッファ層6.n型1nGaAz
P層7.n型!nP層8を順次エピタキシャル成長させ
る。n型1nGaAsP層5の一部分は成長時における
p型1rLP層3からのZnの拡散によりp型InGa
AsP層4に変わるため半導体層のn型1n G aA
 sPPb0内部にpn接合が形成される。n型1nG
aAsP層7内のpn接合は通常のフォトリソ技術およ
びp型不純物の熱拡散技術を用いてp型拡散層11のp
型半導体層を形成することによシ得られる。さらにS 
t B A’4パッシベーション膜9からなる窒化膜、
Aaコンタクト層1および10の電極を形成し、メサ構
造にすることにより、第1図の構造が得られる。
つtb互いにバンドギャップエネルギの大きさの異なる
結晶からなるpn接合ダイオード2個を。
n型結晶層を共通として積層し各々に逆バイアスを印加
する。この構成において光信号は結晶層8の側から入射
されるが感光層である7と5の結晶層のエネルギバンド
ギャップは7の方が5よシ大きくなるよう配慮されてい
る。
今、各々のバンドギャップの大きさをEyy、Eg5と
し、この値に対応する光の波長をそれぞれλE57゜λ
E!15 とする。
この構造の受光素子に対して波長λ1とλ、とからなる
2つの独立な光信号が同時に入射した場合を考えよう。
このときλ1〈λEj17+ λE、7〈λ2〈λE、
5なる関係が成立していればλ1の波長の光信号は感光
層7で受信され、λ2の光信号は感光層7をつきぬけて
感光層5で受信される。こうして原理的にはモノリシッ
クガク波長受光素子が形成されるが現実の製作プロセス
及び動作の点で次のような問題を有する。
1)2つのダイオードの共通n型層を通じた電気的なり
ロストーク。これは主としてこのn型層の導電率が充分
に低くないため2つのダイオードでの電位変動が互いに
影響しあうからである。
2)感光層7で波長λ1の光が完全に吸収されきらず感
光層5に達することによって生ずる光のクロストーク。
これは感光層7の厚みが充分でないために生じる。
6)成長させる結晶層の数が多くまた厚みも要求される
ためにエピタキシャル成長に要する労力が大変である。
本発明はこれらの問題点を除去するべくなされたもので
、従来のモノリシックな2波長受光素子に代えて2つの
別々な受光素子の一方の電極を共通としてつみ重ねて接
着することによシ従来の素子の性能よシもすぐれ、又製
作もかんたんな複数波長受光素子を提供するものである
実施例の説明 第2図は本発明の実施例であって、21はエネルギバン
ドギャップの大きい感光層を有する受光ダイオード、2
2はエネルギバンドギャップの小さい感光層を有する受
光ダイオードであって、12 は、n型1nP基板、1
9はn型1nPバッファ層、7 はn型1nGaAtP
層、5はn型1nGaAvP層、16はAaGe −N
i n側電極、14はSt 3 #4パッシベイション
膜、15はAb Zn NiP側電極、16はAa S
n融着用合金、17は特定波長に対する高反射率膜、1
8は特定波長に対する反射防止膜である。又2(は光の
入射方向をあられす。この構成の実現は次の手順で可能
である。
1) ?+型1nPを基板12として適当な結晶成長手
段によpn型1nPバッファ層19及びn型感光層5又
は7を積層した2種の結晶を得る。このとき感光層とな
る半導体層のエネルギバンドギャップの大きさは互に異
なるよう配慮する。
2)感光層表面にバψシベイション膜14を形成後通常
のフォトリソグラフィ技術で適当な寸法の穴明けを行い
熱拡散又はイオン打込み等の技術でp型領域11を得る
6)研磨等の手段によシ結晶の厚みを調整後p側電極1
5及びn側電極13を第1図の如く形成する。エネルギ
バンドギャップの大きい感光層を有する結晶のn側電極
に形成した窓の部分には特定波長に対して高い反射率を
有しその波長よシ長い波長の光は透過する誘電体多層膜
17を形成する。一方の結晶のn側電極に設けた窓には
ある特定波長の光に対する反射防止膜18を形成する。
前記高反射率膜1反射防止膜は、シリコン。
チタン、シリコン窒化膜、アルミ酸化膜の積層組合せ、
又はこれらの単体膜で構成される。
4)シかる後得られた2つのダイオードのn側電極16
同志をAW Sn合金等の低融点メタル16で接着する
。このとき各電極に設けられた窓が軸ずれしないで互に
見通しのよいよう注意する。
次に具体的数値をもってさらに詳細ガ説明を行う。
ダイオード21及び22とも結晶層の製作には液相成長
法を利用した。基板12としてはSnドープn型1nP
 (100)面ウエノ・を用いた。キャリヤ良度は約3
 ×1018cm−’ である。n型1nPバッファ層
19はSnをドープし605℃からの成長開始、徐冷速
度は0.5℃/rni nで成長時間は12分、成長膜
厚は6μm。
キャリヤ濃度は約7 X I 017cm−’である。
 ダイオード21の感光層7として用いたノンドープI
nGaAzP4元混晶はInPに格子整合しエネルギバ
ンドギャップが1evOものである。成長開始温度は5
09℃。
徐冷速度は0.5℃/min、成長時間は8分、成長膜
厚は6.5μm、n型でキャリヤ濃度は5 ×10” 
am”−”である。ダイオード22の感光層5はやはシ
IルPに格子整合したInGaAtP 4元混晶でエネ
ルギバンドギャップは肌94eVものである。成長条件
は21のものと殆んど同様であるが成長膜厚−は6μm
、n型でキャリヤ濃度は6 X 10111cm−”で
ある。 この後2種の多層結晶の感光層5と7の表面に
プラズマCVD法でSi3N4薄膜を形成した。形成温
度は650℃、膜厚は1500.fである。次にフォト
エツチング技術を利用して感光層7上のSi、N、膜に
直径100μm、5上の5iBN4膜に直径80μmの
円形の窓をあけ、しかる後この窓をとおしてCdを熱拡
散しく550℃/hr深さ約1μmのp型1nGaAz
P領域11を各々形成した。
この後ダイオード22のためにはAtt Zn Ni合
金の蒸着・熱処理によりp側電極15ヲ全面に形成。
ダイオード21のためにはAu−Zn Ni合金のリフ
トオフ法による選択蒸着、熱処理によって5v3N4膜
14の窓と中心を同一にする直径80μmの窓を有する
p側電極15を形成した。次に両結晶ともn型IrLP
基板をメタノールブロム液を用いたメカ/ケミカルポリ
ッシュによシ研磨し全体の厚みを80μm程度とし、ダ
イオード21の場合には12の表面にAu−Gg −N
i 13と、4u−5n16の薄膜葡重ねて蒸着した。
16の厚みは2000416の厚みは6000A であ
る。ダイオード22については12の表面にALLGg
−N i合金を2000,4蒸着した。この後両方の場
合ともp側電極側の窓に中心をあわせて、フォトエツチ
ング技術により ?111111fL極金属に直径80
μmの窓をあけた。次にダイオード21の場合にはn側
電極13の窓の中にリフトオフ法とプラズマCVD法と
を利用し非晶質Siと5iBN4とからなる多層薄膜に
よる波長1.20μmの光に対する高反射率膜(垂直入
射で反射率97%)を形成した。一方ダイオード22の
場合にほやは9電極16の窓の中にプラズマCVD法に
よるS z 3 N4膜で1.30μm の波長の光に
対する反射防止膜(反射率2チ)を形成した。ダイオー
ド22 ’!< 21よシ大きなペレットとしてきりだ
しだ後(22は500μm角、21は600μm角)2
1と22のn (III Iat極を窓の中心をあわせ
て重ね水素気流中で短時間(15秒)加熱することによ
りAa Sn合金16をとかして融着した。こうして得
た複合受光素子をパッケージにマウントシて納め各々の
pn接合に逆電圧10Vを印加した。この状態で光入射
方向20よ多波長1.20μmと1.30//mの光信
号を同時に入射した。(入射パワーは各々15μF)2
つの光信号とも52Mb/Sで強度変調されたものであ
るが1.20μmの信号はダイオード21で、1.30
μmの信号は22で受信され受信信号間のクロストーク
は各々65テシペルであった。
以上説明した如く本発明の素子は、従来のこの種の素子
にくらべて製作が容易であるとともに高性能を発揮する
。その主たる要因は 1)抵抗を充分に低くした共通電極層16での電位変動
に伴う電気的クロストークがない。
2)高反射率膜の利用等に伴い光のクロス)−りが減少
する。
の2点にある。
本実施例においては受光菓子としての機能はいわゆるP
INホトダイオードの例を示したが、これに代えて光伝
導形素子又はアバランシホトダイオードを積層すること
が可能であることは明白である。さらに半導体材料とし
てもGaAs /AItGaAz系。
Ga5h/AβGa5b系等への応用が可能であること
も明らかである。又、この構成において半導体層の伝導
形を逆にすることも当然可能である。
これらに加えて集流側では2つの波長に対する素子を解
説したが1本発明の延長線上にはさらに多数の波長に対
する素子が構成できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の2波長に感度を有する半導体受光素子の
断面図、第2図は本発明の半導体受光素子の一実施例の
断面図である。 1・・・Aaコンタクト層、2・・・p型1nP基板、
3・・・p型1nP層、4−p型1nGaAtP層、5
・n型1nGaArP層、6・・・n型1nPバッファ
層、7・・・n型1nGαAsP層、8−n型1nP層
、9 ・−5i3N4パッシベーション膜、10・・・
Au、コンタクト、11・・・p型拡散層。 12 ・= n型1nP基板、13− ALL−Ge 
−Ni n側電極。 14・・・5cBN6パツシペーシヨン膜、15・・・
Aし−Zn−Ni p側電極、16・・・Art Sn
合金、17・・・誘電体多層高反射率膜、18・・・反
射防止膜、19・・・n型1nPバッファ層、20・・
・光入射方向、21・・・受光ダイオード、22・・受
光ダイオード。 特許出願人 日本電信を話公社 代理人 弁理士玉蟲久五部 (外2名)第1図 第 2 図 0 λ1 λ2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 感光半導体層の組成及びエネルギバンドギャップの大き
    さが異なシ、かつ受光波長感度の異なる2種以上の半導
    体受光素子を隣接する素子の同種の電極面を共通電極に
    するようエネルギバンドギャップの大きい順につみ重ね
    融着して一個の積層構造の素子となし、エネルギバンド
    ギャップの大きい感光半導体層を有する素子の側から2
    つ以上の異った波長からなる独立な複数の光信号を入射
    し、このうち最も波長の短い光信号は最初のエネルギバ
    ンドギャップの最も大きい感光層を有する素子において
    受信し2次に波長の短い光信号は前記の素子をとおりぬ
    けた後2番目にエネルギノくンドギャップの大きい感光
    層を有する次の素子で受信する如く順次複数の極層構造
    素子によシ受信することによシ複数の独立な光信号を次
    々と分離して受信できること全特徴とする半導体受光素
    子。
JP59108952A 1984-05-28 1984-05-28 半導体受光素子 Pending JPS60251678A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318069A (ja) * 1989-06-14 1991-01-25 Matsushita Electron Corp 半導体受光装置
JP2009123921A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Doshisha 波長選択フィルタ付き受光センサ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5084189A (ja) * 1973-11-26 1975-07-07

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