JPS6269687A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPS6269687A JPS6269687A JP60208807A JP20880785A JPS6269687A JP S6269687 A JPS6269687 A JP S6269687A JP 60208807 A JP60208807 A JP 60208807A JP 20880785 A JP20880785 A JP 20880785A JP S6269687 A JPS6269687 A JP S6269687A
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- Japan
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- layer
- thickness
- quantum efficiency
- reflector
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、特に波長１１１ｍ以上の長波長帯光通信に用
いられる化合物半導体受光素子に関する。
いられる化合物半導体受光素子に関する。
現在波長０．８μｍ帯を用いた光フアイバ通信は実用化
の段階を迎えているが、より長距離・大容量の光通信シ
ステムの構築に向けて、ファイバの分散・損失が最低と
なる波長１．３〜１．６声ｍに於て、より高感度・高速
応答の受光素子が求められている。
の段階を迎えているが、より長距離・大容量の光通信シ
ステムの構築に向けて、ファイバの分散・損失が最低と
なる波長１．３〜１．６声ｍに於て、より高感度・高速
応答の受光素子が求められている。
この波長帯における受光素子としては、ＩｎＰ基板に格
子整合するＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰを受光領域と
したｐ−１−ｎ７ｔ）ダイオード（ＰＤと略すｉやアバ
ランシ−・フォトダイオード（ＡＰＤと略す）が盛んに
研究されている。これらは、ＰＮ接合に逆バイアスを印
加して受光領域を空乏化し、ここで光を吸収して発生し
たキャリアを空乏層の電界により輸送して、外部に光電
流として取シ出すものであるが、ＰＤはこの光電流をそ
のまま取多出し、ＡＰＤではこれをＰＮ接合の降伏に併
うなだれ増倍作用によ）増幅して取シ出す。
子整合するＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰを受光領域と
したｐ−１−ｎ７ｔ）ダイオード（ＰＤと略すｉやアバ
ランシ−・フォトダイオード（ＡＰＤと略す）が盛んに
研究されている。これらは、ＰＮ接合に逆バイアスを印
加して受光領域を空乏化し、ここで光を吸収して発生し
たキャリアを空乏層の電界により輸送して、外部に光電
流として取シ出すものであるが、ＰＤはこの光電流をそ
のまま取多出し、ＡＰＤではこれをＰＮ接合の降伏に併
うなだれ増倍作用によ）増幅して取シ出す。
このとき、素子に入射した光は受光領域で吸収されるこ
とにより指数関数的に減少していくのであるが、入射し
た光の９０％以上を空乏層内で吸収するためには、例え
ばＩｎＧａＡｓを受光領域とするとき、受光領域内［３
μｍ以上の空乏層を拡げなければならない。そして、こ
の３μｍの空乏層内をキャリアが移動するためには数ピ
コ秒から数１０ピコ秒の時間を要するが、受光素子によ
り速い応答速度を求めるときＫは、との空乏層内をキャ
リアが移動する時間を無視でき危くなる。
とにより指数関数的に減少していくのであるが、入射し
た光の９０％以上を空乏層内で吸収するためには、例え
ばＩｎＧａＡｓを受光領域とするとき、受光領域内［３
μｍ以上の空乏層を拡げなければならない。そして、こ
の３μｍの空乏層内をキャリアが移動するためには数ピ
コ秒から数１０ピコ秒の時間を要するが、受光素子によ
り速い応答速度を求めるときＫは、との空乏層内をキャ
リアが移動する時間を無視でき危くなる。
また厚い空乏層を必要とすることは、即ち動作電圧が高
いということである。特にＡＰＤではもともと１００ｖ
前後の動作電圧である上に１化合物半導体では充分な効
果を持つガードリングが形成されていない現状では、受
光部の動作電圧が高くなるとガードリングとの耐圧差が
とれＫ＜＜なシ、素子を製作する上での歩留シを制限す
る装置の１つである。
いということである。特にＡＰＤではもともと１００ｖ
前後の動作電圧である上に１化合物半導体では充分な効
果を持つガードリングが形成されていない現状では、受
光部の動作電圧が高くなるとガードリングとの耐圧差が
とれＫ＜＜なシ、素子を製作する上での歩留シを制限す
る装置の１つである。
〔発明の目的〕
本発明は上述した従来の受光素子の欠点を改良したもの
であシ、低電圧動作で高量子効率・高速応答の受光素子
を提供することを目的とする。
であシ、低電圧動作で高量子効率・高速応答の受光素子
を提供することを目的とする。
本発明は、素子の裏面に装着された電極、もしくは低屈
折率層と高屈折率層とをに波長厚ずつ多層積み重ねた分
布ブラック反射器を利用して、素子の一面より入射して
受光領域で吸収されず透過した光を反射して再び受光領
域に入射させることにより、上記の目的を達成させるも
のである。
折率層と高屈折率層とをに波長厚ずつ多層積み重ねた分
布ブラック反射器を利用して、素子の一面より入射して
受光領域で吸収されず透過した光を反射して再び受光領
域に入射させることにより、上記の目的を達成させるも
のである。
本発明によれば、受光領域に必要な厚さを低下させるこ
とができるため、低電圧動作で高量子効率・高速応答の
受光素子を提供することができる。
とができるため、低電圧動作で高量子効率・高速応答の
受光素子を提供することができる。
また分布ブラック反射器を用いた場合は、特定の波長の
光のみを反射するため、受光素子に波長選択性を持たせ
ることもできる。特にＡＰＤＫ本発明を適用した場合に
は、動作電圧を低減できるために受光部とガードリング
との耐圧差が大きくなシ、素子製作上の歩留）を向上さ
せることができる。
光のみを反射するため、受光素子に波長選択性を持たせ
ることもできる。特にＡＰＤＫ本発明を適用した場合に
は、動作電圧を低減できるために受光部とガードリング
との耐圧差が大きくなシ、素子製作上の歩留）を向上さ
せることができる。
第１図に本発明の第１の実施例を示す。同図（ａ）は、
本発明と波長１．５５μｍの受光を目的としたＰＤＫ適
用した例である。ｎ＋−ＩｎＰ基板αη上に、例えば有
機金属気相成長法（ＭＯＯＶＤ法）を用いて、Ｉｎｐと
ＩｎＧａＡｉｐとを交互に２５層程度ずつエピタキシャ
ル成長させ、分布ブラック反射器α２を形成する。この
際ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率ｎはそれぞれ３．２
０ｐ ３．４４であるため、反射光波長λ＝１．５５μ
ｍとする場合、それぞれの層厚ｄはｄ−λ／４ｎよＪ）
、ＩｎＰは１２００Ａ、 ＩｎＧａＡｓＰは１１２５Ａ
とする。続いてｎ −Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層α場、ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰウィンド層ａ４をそれぞれエピタキシ
ャル成長させる。次に通常の方法によＪ）Ｏｄなどを拡
散させてＰ十領域ａ９を形成し、反射防止膜を兼ねた表
面保護膜ａ呻、オーミック電極ａηａｓを装着して、本
発明を適用したＰＤが完成する。
本発明と波長１．５５μｍの受光を目的としたＰＤＫ適
用した例である。ｎ＋−ＩｎＰ基板αη上に、例えば有
機金属気相成長法（ＭＯＯＶＤ法）を用いて、Ｉｎｐと
ＩｎＧａＡｉｐとを交互に２５層程度ずつエピタキシャ
ル成長させ、分布ブラック反射器α２を形成する。この
際ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率ｎはそれぞれ３．２
０ｐ ３．４４であるため、反射光波長λ＝１．５５μ
ｍとする場合、それぞれの層厚ｄはｄ−λ／４ｎよＪ）
、ＩｎＰは１２００Ａ、 ＩｎＧａＡｓＰは１１２５Ａ
とする。続いてｎ −Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層α場、ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰウィンド層ａ４をそれぞれエピタキシ
ャル成長させる。次に通常の方法によＪ）Ｏｄなどを拡
散させてＰ十領域ａ９を形成し、反射防止膜を兼ねた表
面保護膜ａ呻、オーミック電極ａηａｓを装着して、本
発明を適用したＰＤが完成する。
従来光吸収層（１１にＩｎＧａＡｓを用いた場合、通常
そのキャリア濃度は５ Ｘ １０ ”１”程度で層厚は
３ＩＩｎ程度に形成されてきた。しかし本発明によれば
、第３図に示す様に入射光（１）以外に分布ブラック反
射器α２による反射光（２）も光吸収層ａ１で吸収され
るため、光吸収層−〇層厚は従来の半分の１．５μｍ程
度でよい。その結果、従来の約半分の印加電圧で従来と
同等の量子効率と、従来の２倍近い応答速度を持つＦＤ
が得られる。
そのキャリア濃度は５ Ｘ １０ ”１”程度で層厚は
３ＩＩｎ程度に形成されてきた。しかし本発明によれば
、第３図に示す様に入射光（１）以外に分布ブラック反
射器α２による反射光（２）も光吸収層ａ１で吸収され
るため、光吸収層−〇層厚は従来の半分の１．５μｍ程
度でよい。その結果、従来の約半分の印加電圧で従来と
同等の量子効率と、従来の２倍近い応答速度を持つＦＤ
が得られる。
また目的としない波長の光に対しては、分布ブラック反
射器α２が反射をせず透過光（３）となるため量子効率
が低くなシ、波長選択性を持つＰＤとなる。
射器α２が反射をせず透過光（３）となるため量子効率
が低くなシ、波長選択性を持つＰＤとなる。
第１図（ｂ）は、本発明を波長１．５５μｍの受光を目
的とするＡＰＤに適用した例である。ＦＤの実施例と同
様の部分も多いが、ＡＰＤにはＰＤで説明したもの以外
に、エピタキシャル成長され九ｎ −Ｉ ｎＧａＡｓＰ
バッファ一層Ｑυ及びｎ−ＩｎＰ増倍層（２）、ガード
リング効果を高めるためのｎ −ＩｎＰ層（ハ）、そ
してＢｅのイオン注入などによ多形成されたガードリン
クＱ４を必要とする。
的とするＡＰＤに適用した例である。ＦＤの実施例と同
様の部分も多いが、ＡＰＤにはＰＤで説明したもの以外
に、エピタキシャル成長され九ｎ −Ｉ ｎＧａＡｓＰ
バッファ一層Ｑυ及びｎ−ＩｎＰ増倍層（２）、ガード
リング効果を高めるためのｎ −ＩｎＰ層（ハ）、そ
してＢｅのイオン注入などによ多形成されたガードリン
クＱ４を必要とする。
ＡＰＤに於ても、ＰＤと同様本発明により光吸収層（至
）が従来の約半分の厚さで従来と同等の量子効率が得ら
れ、また波長選択性が得られる効果がある。しかし、Ａ
ＰＤでは高速応答を必要とするとき、光吸収層内のキャ
リアの移動時間よりもなだれ増倍時の立上がｐ時間が問
題となる。そのため本発明によれば、応答速度よりもむ
しろ動作電圧を下げられる効果が重要となる。
）が従来の約半分の厚さで従来と同等の量子効率が得ら
れ、また波長選択性が得られる効果がある。しかし、Ａ
ＰＤでは高速応答を必要とするとき、光吸収層内のキャ
リアの移動時間よりもなだれ増倍時の立上がｐ時間が問
題となる。そのため本発明によれば、応答速度よりもむ
しろ動作電圧を下げられる効果が重要となる。
従来ＡＰＤの光吸収層（至）は、ＰＤと同様にキャリア
濃度５Ｘ１０”ｃｍ”程度で厚さ３μｍ程度に形成され
てきたが、これを厚さは半分の１．５μｍ程度としΦヤ
リア濃度を倍の１×１０ｃｒｒｔ程度とする。このとき
ＡＰＤの動作電圧は１０〜２０Ｖ低下し、ガードリング
との耐圧差はその分増加するので、本発明により量子効
率はそのままで、素子製作上の歩留夛は向上する。
濃度５Ｘ１０”ｃｍ”程度で厚さ３μｍ程度に形成され
てきたが、これを厚さは半分の１．５μｍ程度としΦヤ
リア濃度を倍の１×１０ｃｒｒｔ程度とする。このとき
ＡＰＤの動作電圧は１０〜２０Ｖ低下し、ガードリング
との耐圧差はその分増加するので、本発明により量子効
率はそのままで、素子製作上の歩留夛は向上する。
第２の実施例として、素子の裏面電極を反射器として利
用したものを第２図に示す。（ａ）、 （ｂ）はそれぞ
れＰＤ及びＡＰＤＫ適用した例である。ｎ＋−ＩｎＰ基
板０上に液相または気相成長法などによりｎ−ＩｎＰバ
ッファ一層（３１）を成長後、ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ
光吸収層板１は＃！１の実施例と同様である。
用したものを第２図に示す。（ａ）、 （ｂ）はそれぞ
れＰＤ及びＡＰＤＫ適用した例である。ｎ＋−ＩｎＰ基
板０上に液相または気相成長法などによりｎ−ＩｎＰバ
ッファ一層（３１）を成長後、ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ
光吸収層板１は＃！１の実施例と同様である。
素子裏面の電極α樟は、ＩｎＰ基板＋１１１を１５０μ
ｍ以下できれば数十ミクロンまで研磨除去して装着する
。
ｍ以下できれば数十ミクロンまで研磨除去して装着する
。
このとき、 ＩｎＰ基板基板層面は第２図（ａ）の様に
平担でもよいが、受光佃域を透過した光が電極（Ｉｓで
乱反射されて充分な効果が得られないこともあるため、
ＩｎＰ基板基板α層面を１５０μｍ以下の厚さまで研磨
した後、通常発光ダイオードの球面加工に用いられる方
法により球面状もしくは放物面状に加工すると、一層効
果的である。この加工はＪｎＰ基板表面罠始めから球面
もしくは放物面状の凹みをつけておき、液相成長法によ
Ｊ） ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰなどのバッファ一層を厚く
成長させてＩｎＧａＡｓ光吸収層θ撞以下の成長層の界
面を水平にした後、ＩｎＰ基板（１１１をエツチング除
去する方法を用いてもよい。
平担でもよいが、受光佃域を透過した光が電極（Ｉｓで
乱反射されて充分な効果が得られないこともあるため、
ＩｎＰ基板基板α層面を１５０μｍ以下の厚さまで研磨
した後、通常発光ダイオードの球面加工に用いられる方
法により球面状もしくは放物面状に加工すると、一層効
果的である。この加工はＪｎＰ基板表面罠始めから球面
もしくは放物面状の凹みをつけておき、液相成長法によ
Ｊ） ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰなどのバッファ一層を厚く
成長させてＩｎＧａＡｓ光吸収層θ撞以下の成長層の界
面を水平にした後、ＩｎＰ基板（１１１をエツチング除
去する方法を用いてもよい。
この実施例では、素子裏面の電極が球面もしくけ放物面
状に形成されているため、受光領域を透過した光を有効
に受光領域へ再入射させることができ、第１の実施例と
同様の効果を得ることができる。ただし、素子に波長選
択性はない。
状に形成されているため、受光領域を透過した光を有効
に受光領域へ再入射させることができ、第１の実施例と
同様の効果を得ることができる。ただし、素子に波長選
択性はない。
第１の実施例では受光層と分布ブラック反射器が接して
いる例についてのみ説明したが、これらが互いに離れて
いて、間に目的とする波長に対して透明となる物質が挿
入されていても構わない。
いる例についてのみ説明したが、これらが互いに離れて
いて、間に目的とする波長に対して透明となる物質が挿
入されていても構わない。
マ、友、第１，８２の実施例を問わず、受光領域の厚さ
は必ずしも従来の半分に限られるものではなく、受光領
域を従来と同程度に厚くして量子効率をかせぐこともで
きるし、従来の厚ざの半分以下にして量子効率を犠牲に
して波長選択性を高め、かつ応答速度を速めることもで
なる。もちろん、波長及び材料は上に説明したものに限
る必要はな ゛いしｓｐａとｎ型が入れ代わっていても
構わない。
は必ずしも従来の半分に限られるものではなく、受光領
域を従来と同程度に厚くして量子効率をかせぐこともで
きるし、従来の厚ざの半分以下にして量子効率を犠牲に
して波長選択性を高め、かつ応答速度を速めることもで
なる。もちろん、波長及び材料は上に説明したものに限
る必要はな ゛いしｓｐａとｎ型が入れ代わっていても
構わない。
また、光は素子の下面から入射させる形にして本良いこ
とは言うまでもない。
とは言うまでもない。
第１図は本発明の分布ブラック反射器を用いた場合の実
施例を示す図、第２図は素子裏面の電極１・・・入射光
、２・・・反射光、３・・・透過光、１１・・・ＩｎＰ
基板、１２・・・分布ブラック反射器、１３・・・Ｉｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、１４ ・−ＩｎＧａＡｓＰ
ウィンド層、１５・・・ｐ十領域、１６・・・反射防止
膜を兼ねた表面保瞳膜、１７，１８・・・オーミック電
極、２１・・・ＩｎＧａＡｓＰバッファ層、２２ ＝−
ＩｎＰ増倍層、２３− ＩｎＰ層、２４・・・ガードリ
ング、３１・・・ＩｎＰバッファ一層。
施例を示す図、第２図は素子裏面の電極１・・・入射光
、２・・・反射光、３・・・透過光、１１・・・ＩｎＰ
基板、１２・・・分布ブラック反射器、１３・・・Ｉｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、１４ ・−ＩｎＧａＡｓＰ
ウィンド層、１５・・・ｐ十領域、１６・・・反射防止
膜を兼ねた表面保瞳膜、１７，１８・・・オーミック電
極、２１・・・ＩｎＧａＡｓＰバッファ層、２２ ＝−
ＩｎＰ増倍層、２３− ＩｎＰ層、２４・・・ガードリ
ング、３１・・・ＩｎＰバッファ一層。
Claims (4)
- （１）光入射面より見て受光領域より奥に、受光領域を
透過した光を再度受光領域へ入射させるための反射器を
有することを特徴とする半導体受光素子。 - （２）前記反射器は、１／４波長厚の多層半導体による
分布ブラック反射器であることを特徴とする特許請求範
囲第１項記載の半導体受光素子。 - （３）前記反射器には、光入射面と相対する面に装着さ
れた電極を用いたことを特徴とする特許請求範囲第１項
記載の半導体受光素子。 - （４）前記光入射面と相対する面は、球面もしくは放物
面状に加工されていることを特徴とする特許請求範囲第
３項記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60208807A JPS6269687A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60208807A JPS6269687A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6269687A true JPS6269687A (ja) | 1987-03-30 |
Family
ID=16562446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60208807A Pending JPS6269687A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6269687A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6422072A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-25 | Nec Corp | Manufacture of pin type semiconductor photodetector |
| JPH01264273A (ja) * | 1988-04-14 | 1989-10-20 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JPH02178978A (ja) * | 1988-12-29 | 1990-07-11 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JPH06163976A (ja) * | 1992-08-03 | 1994-06-10 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体素子 |
| JPH098339A (ja) * | 1995-06-26 | 1997-01-10 | Hitachi Cable Ltd | 太陽電池 |
| JP2014029940A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Fujitsu Ltd | 光検出器、これを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法 |
-
1985
- 1985-09-24 JP JP60208807A patent/JPS6269687A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6422072A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-25 | Nec Corp | Manufacture of pin type semiconductor photodetector |
| JPH01264273A (ja) * | 1988-04-14 | 1989-10-20 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JPH02178978A (ja) * | 1988-12-29 | 1990-07-11 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JPH06163976A (ja) * | 1992-08-03 | 1994-06-10 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体素子 |
| JPH098339A (ja) * | 1995-06-26 | 1997-01-10 | Hitachi Cable Ltd | 太陽電池 |
| JP2014029940A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Fujitsu Ltd | 光検出器、これを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法 |
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