JPH0964407A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH0964407A JPH0964407A JP8149272A JP14927296A JPH0964407A JP H0964407 A JPH0964407 A JP H0964407A JP 8149272 A JP8149272 A JP 8149272A JP 14927296 A JP14927296 A JP 14927296A JP H0964407 A JPH0964407 A JP H0964407A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光通信用ファイバ網の回線監視用としての半
導体受光素子において、波長１．６５μｍの光に対し、
高い量子効率と、低い暗電流と、高い電流増倍率とを得
ることを目的とする。 【解決手段】 本発明の半導体受光素子は、ＩｎＰ基板
１上にＩｎＰ緩衝層２と、ｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３と、
波長１．８５μｍの歪みＩｎＧａＡｓ光吸収層４と、波
長１．８５μｍから１．６７μｍまで変化させたＩｎＧ
ａＡｓリニアステップ層５と、ＩｎＧａＡｓ中間層６
と、ｎ−ＩｎＰ増倍層７と、ＩｎＰ窓層８とから構成さ
れる。窓層８側から入射した１．６５μｍの光は歪みＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層４内で吸収され光電変換によりキャ
リアとなり外部回路へと流れる。またＩｎＰと歪みＩｎ
ＧａＡｓとの間の格子不整合により生じる暗電流の発生
は、ＩｎＡｓＰ層を間に挟むことで低く抑えることがで
きる。
導体受光素子において、波長１．６５μｍの光に対し、
高い量子効率と、低い暗電流と、高い電流増倍率とを得
ることを目的とする。 【解決手段】 本発明の半導体受光素子は、ＩｎＰ基板
１上にＩｎＰ緩衝層２と、ｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３と、
波長１．８５μｍの歪みＩｎＧａＡｓ光吸収層４と、波
長１．８５μｍから１．６７μｍまで変化させたＩｎＧ
ａＡｓリニアステップ層５と、ＩｎＧａＡｓ中間層６
と、ｎ−ＩｎＰ増倍層７と、ＩｎＰ窓層８とから構成さ
れる。窓層８側から入射した１．６５μｍの光は歪みＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層４内で吸収され光電変換によりキャ
リアとなり外部回路へと流れる。またＩｎＰと歪みＩｎ
ＧａＡｓとの間の格子不整合により生じる暗電流の発生
は、ＩｎＡｓＰ層を間に挟むことで低く抑えることがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光計測や光通信に用
いられる半導体受光素子に関し、特に光通信用ファイバ
網の回線監視用としての半導体受光素子に関する。
いられる半導体受光素子に関し、特に光通信用ファイバ
網の回線監視用としての半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在光通信用回線として光ファイバが使
われている。このような敷設されている光ファイバ網の
保守管理方法として、ＯＴＤＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉ
ｍｅＤｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）があ
る。ＯＴＤＲとは布設されている光ファイバの破断点を
調べる装置であり、その基本原理はファイバ内に入射さ
れたパルス光がファイバ内を伝搬するときに生じるレー
リー散乱光をモニターし、もしファイバ内で破断点が生
じている場合レーリー散乱光は戻らなくなる。このレー
リー散乱光がなくなるまでの時間を距離に換算すること
で破断点の位置を正確に知ることができる。但しこの場
合、通信回線をＯＴＤＲ装置に接続しなければならなく
なり、そのために通信回線が一時遮断されるという問題
がある。そこでこの問題を解決するために、光通信の送
信波長１．３μｍあるいは１．５５μｍと異なる波長
１．６５μｍ帯の光を使い、通信回線を使用しながら同
時に回線の監視を常時行なう方法が考えられている。
われている。このような敷設されている光ファイバ網の
保守管理方法として、ＯＴＤＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉ
ｍｅＤｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）があ
る。ＯＴＤＲとは布設されている光ファイバの破断点を
調べる装置であり、その基本原理はファイバ内に入射さ
れたパルス光がファイバ内を伝搬するときに生じるレー
リー散乱光をモニターし、もしファイバ内で破断点が生
じている場合レーリー散乱光は戻らなくなる。このレー
リー散乱光がなくなるまでの時間を距離に換算すること
で破断点の位置を正確に知ることができる。但しこの場
合、通信回線をＯＴＤＲ装置に接続しなければならなく
なり、そのために通信回線が一時遮断されるという問題
がある。そこでこの問題を解決するために、光通信の送
信波長１．３μｍあるいは１．５５μｍと異なる波長
１．６５μｍ帯の光を使い、通信回線を使用しながら同
時に回線の監視を常時行なう方法が考えられている。
【０００３】このような常時監視用のシステムに用いる
半導体受光素子として、アバランシェ・フォトダイオー
ド（以下、ＡＰＤと称す）が広く使われる。ＡＰＤは素
子自体が増幅機能を有しているため高感度な受光素子と
して広く光計測や光通信に用いられている。中でも大容
量長距離光通信に用いられている波長帯１．３μｍある
いは１．５５μｍに対する半導体受光素子の材料として
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓが使われている。これらの材料を
用いた半導体受光素子の１つの従来例を図４に示す。
半導体受光素子として、アバランシェ・フォトダイオー
ド（以下、ＡＰＤと称す）が広く使われる。ＡＰＤは素
子自体が増幅機能を有しているため高感度な受光素子と
して広く光計測や光通信に用いられている。中でも大容
量長距離光通信に用いられている波長帯１．３μｍある
いは１．５５μｍに対する半導体受光素子の材料として
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓが使われている。これらの材料を
用いた半導体受光素子の１つの従来例を図４に示す。
【０００４】図５はＩｎＧａＡｓを使ったＡＰＤの一従
来例を示す断面図である。ｎ+ −ＩｎＰ基板１上に、キ
ャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚１〜３μ
ｍのｎ−ＩｎＰ緩衝層２と、キャリア濃度１Ｅ１４〜１
Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚１〜５μｍのｎ- −Ｉｎ0.53Ｇａ
0.47Ａｓ光吸収層１７と、キャリア濃度１Ｅ１５〜１Ｅ
１６ｃｍ-3かつ層厚０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層６と、キャリア濃度２Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3
かつ層厚０．８〜４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７と、キ
ャリア濃度１Ｅ１５〜８Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１〜２μ
ｍのｎ+ −ＩｎＰ窓層８とを順次気相成長法により成長
させたエピタキシャル結晶に、受光部としてキャリア濃
度１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ −ＩｎＰ領域１０を
Ｚｎの封止拡散により選択形成し、さらに受光部を囲む
ようにＢｅのイオン注入法によりガードリング９を形成
している。このＩｎＧａＡｓを用いたＡＰＤに逆バイア
スをかけることによって、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ
光吸収層１７内に空乏層が広がる。この時ＩｎＧａＡｓ
層１７のバンドギャップエネルギーに相当する波長１．
６７μｍ以下の光、たとえば１．３μｍの光が入射した
場合、空乏化された光吸収層１７内において光電効果に
よるキャリアが生成される。生成されたキャリアは空乏
層内の２０〜１００ｋＶ／ｃｍの内部電界によって飽和
速度まで加速され、電流として外部回路へ流れることに
なる。
来例を示す断面図である。ｎ+ −ＩｎＰ基板１上に、キ
ャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚１〜３μ
ｍのｎ−ＩｎＰ緩衝層２と、キャリア濃度１Ｅ１４〜１
Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚１〜５μｍのｎ- −Ｉｎ0.53Ｇａ
0.47Ａｓ光吸収層１７と、キャリア濃度１Ｅ１５〜１Ｅ
１６ｃｍ-3かつ層厚０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層６と、キャリア濃度２Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3
かつ層厚０．８〜４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７と、キ
ャリア濃度１Ｅ１５〜８Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１〜２μ
ｍのｎ+ −ＩｎＰ窓層８とを順次気相成長法により成長
させたエピタキシャル結晶に、受光部としてキャリア濃
度１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ −ＩｎＰ領域１０を
Ｚｎの封止拡散により選択形成し、さらに受光部を囲む
ようにＢｅのイオン注入法によりガードリング９を形成
している。このＩｎＧａＡｓを用いたＡＰＤに逆バイア
スをかけることによって、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ
光吸収層１７内に空乏層が広がる。この時ＩｎＧａＡｓ
層１７のバンドギャップエネルギーに相当する波長１．
６７μｍ以下の光、たとえば１．３μｍの光が入射した
場合、空乏化された光吸収層１７内において光電効果に
よるキャリアが生成される。生成されたキャリアは空乏
層内の２０〜１００ｋＶ／ｃｍの内部電界によって飽和
速度まで加速され、電流として外部回路へ流れることに
なる。
【０００５】ここで問題となることは、図５図示の従来
例は光吸収層１７がｎ- −ＩｎＧａＡｓで構成されてい
るために吸収端の波長が１．６７μｍであり、光通信の
送信に用いる１．３μｍまたは１．５５μｍの光には感
度上問題とはならないが、常時監視用の波長１．６５μ
ｍに対しては吸収端近傍に当たるため感度が低く、量子
効率は約２０％となる。このような問題を解決し、より
長い波長の光を受けるために第２の従来例が提案されて
いる。
例は光吸収層１７がｎ- −ＩｎＧａＡｓで構成されてい
るために吸収端の波長が１．６７μｍであり、光通信の
送信に用いる１．３μｍまたは１．５５μｍの光には感
度上問題とはならないが、常時監視用の波長１．６５μ
ｍに対しては吸収端近傍に当たるため感度が低く、量子
効率は約２０％となる。このような問題を解決し、より
長い波長の光を受けるために第２の従来例が提案されて
いる。
【０００６】第２の従来例を図６に示す。ｎ+ −ＩｎＰ
基板１上に、ｎ+ −ＩｎＰ緩衝層２を成長させた後、厚
さ１．５〜２μｍのｎ- −ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光
吸収層１８と、厚さ０．１μｍのｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
層６と、厚さ１．５μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７と、厚
さ１μｍのｐ−ＩｎＰ層１９とを順次成長させた結晶
に、メサエッチングを施したあと、ｐ側電極１３として
ＴｉＰｔＡｕを、ｎ側電極１５としてＡｕＧｅＮｉをそ
れぞれ蒸着して受光素子を形成している。このように光
吸収層をＩｎＡｓとＧａＡｓとの超格子層構造とするこ
とにより吸収端の波長を３．２μｍまで拡大することが
できる。
基板１上に、ｎ+ −ＩｎＰ緩衝層２を成長させた後、厚
さ１．５〜２μｍのｎ- −ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光
吸収層１８と、厚さ０．１μｍのｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
層６と、厚さ１．５μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７と、厚
さ１μｍのｐ−ＩｎＰ層１９とを順次成長させた結晶
に、メサエッチングを施したあと、ｐ側電極１３として
ＴｉＰｔＡｕを、ｎ側電極１５としてＡｕＧｅＮｉをそ
れぞれ蒸着して受光素子を形成している。このように光
吸収層をＩｎＡｓとＧａＡｓとの超格子層構造とするこ
とにより吸収端の波長を３．２μｍまで拡大することが
できる。
【０００７】但しここで問題となることは、上記第２の
従来例の場合、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｓとＧａＡｓとの
超格子を形成する都合上、その界面に格子不整合が生じ
ることになり、その格子欠陥より暗電流が発生する。こ
の暗電流によってノイズが生じるために感度が低下す
る。
従来例の場合、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｓとＧａＡｓとの
超格子を形成する都合上、その界面に格子不整合が生じ
ることになり、その格子欠陥より暗電流が発生する。こ
の暗電流によってノイズが生じるために感度が低下す
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来例のＡＰ
Ｄにおいて、ＩｎＰ上にＩｎＡｓとＧａＡｓの超格子を
形成する都合上、その界面に格子不整合が生じることに
なり、その格子欠陥より暗電流が発生する。この暗電流
によってノイズが生じるために感度が低下するという問
題点がある。
Ｄにおいて、ＩｎＰ上にＩｎＡｓとＧａＡｓの超格子を
形成する都合上、その界面に格子不整合が生じることに
なり、その格子欠陥より暗電流が発生する。この暗電流
によってノイズが生じるために感度が低下するという問
題点がある。
【０００９】そこで、本発明は上記問題点を解消するた
めになされたもので、その目的とするところは、光通信
用ファイバ網の回線監視用としての受光素子において、
波長１．６５μｍの光に対し、高い量子効率と、低い暗
電流と、高い電流増倍率とを得ることにある。
めになされたもので、その目的とするところは、光通信
用ファイバ網の回線監視用としての受光素子において、
波長１．６５μｍの光に対し、高い量子効率と、低い暗
電流と、高い電流増倍率とを得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の基本態様によれば、第一導電型ＩｎＰ基板
上に、第一導電型ＩｎＡｓＰ層と、第一導電型Ｉｎ0.57
Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層（λ＝１．８５μｍ）と、第一導
電型ＩｎＰ増倍層と、第一導電型ＩｎＰ窓層とを順次形
成したヘテロエピタキシャル層構造と、前記窓層内また
は増倍層内に部分的に第二導電型ＩｎＰ領域を設けた構
造と、前記窓層内に設けた前記第二導電型ＩｎＰ領域上
に形成した第二導電型電極と、前記第一導電型ＩｎＰ基
板上に形成した第一導電型電極を有することを特徴とす
る半導体受光素子が提供される。
に、本発明の基本態様によれば、第一導電型ＩｎＰ基板
上に、第一導電型ＩｎＡｓＰ層と、第一導電型Ｉｎ0.57
Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層（λ＝１．８５μｍ）と、第一導
電型ＩｎＰ増倍層と、第一導電型ＩｎＰ窓層とを順次形
成したヘテロエピタキシャル層構造と、前記窓層内また
は増倍層内に部分的に第二導電型ＩｎＰ領域を設けた構
造と、前記窓層内に設けた前記第二導電型ＩｎＰ領域上
に形成した第二導電型電極と、前記第一導電型ＩｎＰ基
板上に形成した第一導電型電極を有することを特徴とす
る半導体受光素子が提供される。
【００１１】上記基本態様における第一導電型Ｉｎ0.57
Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層の層厚が２μｍないし５μｍであ
る。
Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層の層厚が２μｍないし５μｍであ
る。
【００１２】また、上記基本態様における第一導電型Ｉ
ｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層と第一導電型ＩｎＰ増倍層
との間に波長１．８５μｍから１．６７μｍまで連続的
に組成を変化させた層が介装されている。
ｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層と第一導電型ＩｎＰ増倍層
との間に波長１．８５μｍから１．６７μｍまで連続的
に組成を変化させた層が介装されている。
【００１３】
【作用】本発明においては、歪みｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層を挟んで、基板側にｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層を、また
増倍層及び窓層側に波長１．８５μｍから１．６７μｍ
まで変化させたｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層とｎ
−ＩｎＧａＡｓ中間層とを形成したヘテロエピタキシャ
ル層構造とすることによって、吸収端を超長波側へシフ
トさせると共に、格子不整合を抑え、ノイズを低減する
ことができる。その結果、本発明の半導体受光素子は長
波長において高感度を示し、また高い増倍率を得ること
ができる。
収層を挟んで、基板側にｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層を、また
増倍層及び窓層側に波長１．８５μｍから１．６７μｍ
まで変化させたｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層とｎ
−ＩｎＧａＡｓ中間層とを形成したヘテロエピタキシャ
ル層構造とすることによって、吸収端を超長波側へシフ
トさせると共に、格子不整合を抑え、ノイズを低減する
ことができる。その結果、本発明の半導体受光素子は長
波長において高感度を示し、また高い増倍率を得ること
ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付の図面に示し
た実施例に関連して更に詳細に説明する。 実施例１：図１に本発明の半導体受光素子の第１実施例
が示される。
た実施例に関連して更に詳細に説明する。 実施例１：図１に本発明の半導体受光素子の第１実施例
が示される。
【００１５】ｎ+ −ＩｎＰ基板１の表面上に、気相成長
法によりキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層
厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１Ｅ１５
ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ+ −ＩｎＰ緩衝層２と、格子
不整合緩和のためにキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃ
ｍ-3かつ層厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃
度１Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝
層３と、長波長の光吸収層として吸収端波長λ＝１．８
５μｍでキャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層
厚３〜４μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１５
ｃｍ-3かつ層厚４μｍの歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ（λ＝
１．８５μｍ）光吸収層４とを成長させた後、再び格子
不整合緩和のため吸収端波長を１．８５μｍから１．６
７μｍまで順次変化させ、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ
１６ｃｍ-3かつ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、
今回はキャリア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍ
の歪みｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を成長さ
せ、その後、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６ｃｍ-3か
つ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回はキャリ
ア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層６を成長させ、更にその後、増倍層とし
てキャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．
５〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１６ｃ
ｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７を成長
させる。最後に窓層としてキャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ
１５ｃｍ-3かつ層厚１〜２μｍが好ましく、今回はキャ
リア濃度５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ- −Ｉ
ｎＰ窓層８を成長させる。
法によりキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層
厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１Ｅ１５
ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ+ −ＩｎＰ緩衝層２と、格子
不整合緩和のためにキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃ
ｍ-3かつ層厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃
度１Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝
層３と、長波長の光吸収層として吸収端波長λ＝１．８
５μｍでキャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層
厚３〜４μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１５
ｃｍ-3かつ層厚４μｍの歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ（λ＝
１．８５μｍ）光吸収層４とを成長させた後、再び格子
不整合緩和のため吸収端波長を１．８５μｍから１．６
７μｍまで順次変化させ、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ
１６ｃｍ-3かつ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、
今回はキャリア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍ
の歪みｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を成長さ
せ、その後、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６ｃｍ-3か
つ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回はキャリ
ア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層６を成長させ、更にその後、増倍層とし
てキャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．
５〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１６ｃ
ｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７を成長
させる。最後に窓層としてキャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ
１５ｃｍ-3かつ層厚１〜２μｍが好ましく、今回はキャ
リア濃度５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ- −Ｉ
ｎＰ窓層８を成長させる。
【００１６】このような成長が行なわれたエピタキシャ
ルウェハの表面にマスクをＣＶＤ法により成長させ、ガ
ードリング９をたとえばＢｅのイオン注入法により形成
する。次に前記ガードリング９に重なるように拡散マス
クの窓開けを行ない、たとえばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ 領域
１０を選択的に形成する。その後、表面側に通常の方法
でＳｉＮx 膜、ＳｉＯ2 膜等の絶縁膜１１を成長させた
後、前記ｐ+ 領域１０上の絶縁膜１１の一部に穴開けを
行ない、ｐ側コンタクト電極１２をたとえば蒸着法によ
り形成した後、加熱処理を行なう。前記ｐ側コンタクト
電極を覆うようにｐ側電極１３を形成する。
ルウェハの表面にマスクをＣＶＤ法により成長させ、ガ
ードリング９をたとえばＢｅのイオン注入法により形成
する。次に前記ガードリング９に重なるように拡散マス
クの窓開けを行ない、たとえばＺｎの封止拡散により受
光部分に相当する１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ 領域
１０を選択的に形成する。その後、表面側に通常の方法
でＳｉＮx 膜、ＳｉＯ2 膜等の絶縁膜１１を成長させた
後、前記ｐ+ 領域１０上の絶縁膜１１の一部に穴開けを
行ない、ｐ側コンタクト電極１２をたとえば蒸着法によ
り形成した後、加熱処理を行なう。前記ｐ側コンタクト
電極を覆うようにｐ側電極１３を形成する。
【００１７】続いてｎ+ −ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側コ
ンタクト電極１４をたとえば蒸着法により形成した後、
加熱処理を行ない、最後にｎコンタクト電極１４を覆う
ようにｎ側電極１５を形成する。
ンタクト電極１４をたとえば蒸着法により形成した後、
加熱処理を行ない、最後にｎコンタクト電極１４を覆う
ようにｎ側電極１５を形成する。
【００１８】このようにして製作した歪みＩｎＧａＡｓ
−ＡＰＤの分光感度特性を図２に示す。このＡＰＤに
１．６５μｍの光を入射すると、光は窓層８側からｐ+
拡散領域１０内に入射され、増倍層７、中間層６、歪み
ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を透過した後、歪みｎ
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収
された光によって生成されたキャリアは、ｐ側電極１３
とｎ側電極１５間に印加された電界により加速されｐ側
電極１３に流れ、外部回路へと吐き出され光電流とな
る。
−ＡＰＤの分光感度特性を図２に示す。このＡＰＤに
１．６５μｍの光を入射すると、光は窓層８側からｐ+
拡散領域１０内に入射され、増倍層７、中間層６、歪み
ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を透過した後、歪みｎ
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収
された光によって生成されたキャリアは、ｐ側電極１３
とｎ側電極１５間に印加された電界により加速されｐ側
電極１３に流れ、外部回路へと吐き出され光電流とな
る。
【００１９】このような構造をとることにより、１．６
５μｍの光を７０％以上の高い効率で吸収することがで
きる。また前記歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とｎ
+ −ＩｎＰ基板１との間にｎ−ＩｎＰ緩衝層２とｎ−Ｉ
ｎＡｓＰ緩衝層３とを挟むことで、格子不整合を抑える
ことができるため、１００ｎＡ以下の低い暗電流特性が
得られる。
５μｍの光を７０％以上の高い効率で吸収することがで
きる。また前記歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とｎ
+ −ＩｎＰ基板１との間にｎ−ＩｎＰ緩衝層２とｎ−Ｉ
ｎＡｓＰ緩衝層３とを挟むことで、格子不整合を抑える
ことができるため、１００ｎＡ以下の低い暗電流特性が
得られる。
【００２０】図４にＩｎx Ｇａ1-x Ａｓのｘの値と暗電
流の関係を示す。これによりｘ＝０．５７を越えると暗
電流が高くなり、ＯＴＤＲとして用いることができない
ことがわかる。
流の関係を示す。これによりｘ＝０．５７を越えると暗
電流が高くなり、ＯＴＤＲとして用いることができない
ことがわかる。
【００２１】また、上記の効果により歪みｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電界により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電界により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
【００２２】本発明においては、ＩｎＧａＡｓＰ系のヘ
テロエピタキシャル層を用いているが、他の材料系のヘ
テロエピタキシャル層では、このような特性を得ること
はできなかった。
テロエピタキシャル層を用いているが、他の材料系のヘ
テロエピタキシャル層では、このような特性を得ること
はできなかった。
【００２３】上記効果は気相成長法によるエピタキシャ
ルウェハ以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、
ＡＬＥ法によるエピタキシャルウェハにおいても同じ効
果が得られる。 実施例２：図３には本発明の半導体受光素子の第２実施
例が示される。
ルウェハ以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、
ＡＬＥ法によるエピタキシャルウェハにおいても同じ効
果が得られる。 実施例２：図３には本発明の半導体受光素子の第２実施
例が示される。
【００２４】ｎ+ −ＩｎＰ基板１の裏面上に気相成長法
によりキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚
１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１Ｅ１５ｃ
ｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＰ緩衝層２と、格子不整
合緩和のためにキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3
かつ層厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１
Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３
と、長波長の光吸収層として吸収端波長λ＝１．８５μ
ｍでキャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚３
〜４μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１５ｃｍ
-3かつ層厚４μｍの歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ（λ＝１．
８５μｍ）光吸収層４とを成長させた後、再び格子不整
合緩和のため吸収端波長を１．８５μｍから１．６７μ
ｍまで順次変化させ、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６
ｃｍ-3かつ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回
はキャリア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍの歪
みｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を成長させた
後、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚
０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回はキャリア濃度
１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層６を成長させ、その後、増倍層としてキャリア
濃度１Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５〜３μｍ
が好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１６ｃｍ-3かつ層
厚１．４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７を成長させる。最
後に窓層としてキャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５ｃｍ-3
かつ層厚１〜２μｍが好ましく、今回はキャリア濃度５
Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ- −ＩｎＰ窓層８
を成長させる。
によりキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚
１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１Ｅ１５ｃ
ｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＰ緩衝層２と、格子不整
合緩和のためにキャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ-3
かつ層厚１〜３μｍが好ましく、今回はキャリア濃度１
Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚２μｍのｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３
と、長波長の光吸収層として吸収端波長λ＝１．８５μ
ｍでキャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚３
〜４μｍが好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１５ｃｍ
-3かつ層厚４μｍの歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ（λ＝１．
８５μｍ）光吸収層４とを成長させた後、再び格子不整
合緩和のため吸収端波長を１．８５μｍから１．６７μ
ｍまで順次変化させ、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６
ｃｍ-3かつ層厚０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回
はキャリア濃度１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍの歪
みｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層５を成長させた
後、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚
０．０３〜０．５μｍが好ましく、今回はキャリア濃度
１Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層６を成長させ、その後、増倍層としてキャリア
濃度１Ｅ１６〜４Ｅ１６ｃｍ-3かつ層厚０．５〜３μｍ
が好ましく、今回はキャリア濃度３Ｅ１６ｃｍ-3かつ層
厚１．４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層７を成長させる。最
後に窓層としてキャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５ｃｍ-3
かつ層厚１〜２μｍが好ましく、今回はキャリア濃度５
Ｅ１５ｃｍ-3かつ層厚１．４μｍのｎ- −ＩｎＰ窓層８
を成長させる。
【００２５】このような成長が行なわれたエピタキシャ
ルウェハの裏面にマスクをＣＶＤ法により成長し、ガー
ドリング９をたとえばＢｅのイオン注入法により形成す
る。次に前記ガードリング９に重なるように拡散マスク
の窓開けを行ない、たとえばＺｎの封止拡散により受光
部分に相当する１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ 領域１
０を選択的に形成する。その後、裏面側に通常の方法で
絶縁膜１１を成長させた後、前記ｐ+ 領域１０上の絶縁
膜１１の一部に穴開けを行ないｐ側コンタクト電極１２
をたとえば蒸着法により形成した後、加熱処理を行な
う。前記ｐ側コンタクト電極を覆うようにｐ側電極１３
を形成する。
ルウェハの裏面にマスクをＣＶＤ法により成長し、ガー
ドリング９をたとえばＢｅのイオン注入法により形成す
る。次に前記ガードリング９に重なるように拡散マスク
の窓開けを行ない、たとえばＺｎの封止拡散により受光
部分に相当する１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ-3のｐ+ 領域１
０を選択的に形成する。その後、裏面側に通常の方法で
絶縁膜１１を成長させた後、前記ｐ+ 領域１０上の絶縁
膜１１の一部に穴開けを行ないｐ側コンタクト電極１２
をたとえば蒸着法により形成した後、加熱処理を行な
う。前記ｐ側コンタクト電極を覆うようにｐ側電極１３
を形成する。
【００２６】続いて、ｎ+ −ＩｎＰ基板１の表面に化学
的方法にてエッチングを行ない半径１２０μｍないし１
５０μｍの凸型形状を形成しレンズとする。このレンズ
の表面に反射防止膜１６を形成する。レンズを囲むよう
にｎ+ −ＩｎＰ基板１の表面にｎ側コンタクト電極１４
をたとえば蒸着法により形成した後、加熱処理を行な
い、最後にｎコンタクト電極１４を覆うようにｎ側電極
１５を形成する。
的方法にてエッチングを行ない半径１２０μｍないし１
５０μｍの凸型形状を形成しレンズとする。このレンズ
の表面に反射防止膜１６を形成する。レンズを囲むよう
にｎ+ −ＩｎＰ基板１の表面にｎ側コンタクト電極１４
をたとえば蒸着法により形成した後、加熱処理を行な
い、最後にｎコンタクト電極１４を覆うようにｎ側電極
１５を形成する。
【００２７】このようにして製作した裏面入射型歪みＩ
ｎＧａＡｓ−ＡＰに１．６５μｍの光を入射すると、光
は表面のレンズからｎ+ −ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ緩衝層
２、ｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３を透過した後、歪みｎ- −
ＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収さ
れた光によって生成されたキャリアは、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓリニアステップ層５、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層６、
ｎ+ −ＩｎＰ増倍層７、ｎ- −ＩｎＰ窓層８、Ｐ+ −Ｉ
ｎＰ層１０をへてｐ側電極１３から外部回路へと流れ
る。
ｎＧａＡｓ−ＡＰに１．６５μｍの光を入射すると、光
は表面のレンズからｎ+ −ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ緩衝層
２、ｎ−ＩｎＡｓＰ緩衝層３を透過した後、歪みｎ- −
ＩｎＧａＡｓ光吸収層４にて吸収される。ここで吸収さ
れた光によって生成されたキャリアは、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓリニアステップ層５、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層６、
ｎ+ −ＩｎＰ増倍層７、ｎ- −ＩｎＰ窓層８、Ｐ+ −Ｉ
ｎＰ層１０をへてｐ側電極１３から外部回路へと流れ
る。
【００２８】このような構造をとることにより、１．６
５μｍの光を７０％以上の高い効率で吸収することがで
きる。また前記歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とｎ
+ −ＩｎＰ基板１との間にｎ−ＩｎＰ緩衝層２とｎ−Ｉ
ｎＡｓＰ緩衝層３を挟むことで、格子不整合を抑えるこ
とができるため、１００ｎＡ以下の低い暗電流特性が得
られる。
５μｍの光を７０％以上の高い効率で吸収することがで
きる。また前記歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層４とｎ
+ −ＩｎＰ基板１との間にｎ−ＩｎＰ緩衝層２とｎ−Ｉ
ｎＡｓＰ緩衝層３を挟むことで、格子不整合を抑えるこ
とができるため、１００ｎＡ以下の低い暗電流特性が得
られる。
【００２９】また、上記の効果により歪みｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電界により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電界により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
【００３０】上記効果は気相成長法によるエピタキシャ
ルウェハ以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、
ＡＬＥ法によるエピタキシャルウェハにおいても同じ効
果が得られる。
ルウェハ以外に、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、
ＡＬＥ法によるエピタキシャルウェハにおいても同じ効
果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層内で１．６５μｍの光
を７０％以上の高い効率で吸収することができる。また
格子不整合を抑えることができるため、１００ｎＡ以下
の低い暗電流特性が得られる。また、歪みｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電荷により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
歪みｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層内で１．６５μｍの光
を７０％以上の高い効率で吸収することができる。また
格子不整合を抑えることができるため、１００ｎＡ以下
の低い暗電流特性が得られる。また、歪みｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層４にて生成されたキャリアはｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層７に印加された電荷により３０倍以上の高い増
倍率が得られる。
【図１】本発明の実施例１の半導体受光素子の断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の実施例１の半導体受光素子の感度分布
である。
である。
【図３】本発明の実施例２の半導体受光素子の断面図で
ある。
ある。
【図４】Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのｘの値と暗電流特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】従来例を示す半導体受光素子の断面図である。
【図６】別の従来例を示す半導体受光素子の断面図であ
る。
る。
１ ｎ+ −ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 ３ ｎ- −ＩｎＡｓＰ緩衝層 ４ 歪みｎ- −Ｉｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層 ５ ｎ−ＩｎＧａＡｓリニアステップ層 ６ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層 ７ ｎ+ −ＩｎＰ増倍層 ８ ｎ- −ＩｎＰ窓層 ９ ガードリング １０ ｐ+ 領域 １１ 絶縁膜 １２ ｐ側コンタクト電極 １３ ｐ側電極 １４ ｎ側コンタクト電極 １５ ｎ側電極 １６ 反射防止膜 １７ ｎ−Ｉｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光吸収層 １８ ｎ−ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ超格子光吸収層 １９ ｐ+ −ＩｎＰ層
Claims (6)
- 【請求項１】 第一導電型ＩｎＰ基板上に、第一導電型
ＩｎＡｓＰ層と、第一導電型Ｉｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光吸
収層（λ＝１．８５μｍ）と、第一導電型ＩｎＰ増倍層
と、第一導電型ＩｎＰ窓層とを順次形成したヘテロエピ
タキシャル層構造と、前記窓層内または増倍層内に部分
的に第二導電型ＩｎＰ領域を設けた構造と、前記窓層内
に設けた前記第二導電型ＩｎＰ領域上に形成した第二導
電型電極と、前記第一導電型ＩｎＰ基板上に形成した第
一導電型電極とを有することを特徴とする半導体受光素
子。 - 【請求項２】 前記第一導電型Ｉｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光
吸収層の層厚が２μｍないし５μｍであることを特徴と
する請求項１記載の半導体受光素子。 - 【請求項３】 前記第一導電型Ｉｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ光
吸収層と前記第一導電型ＩｎＰ増倍層との間に波長１．
８５μｍから１．６７μｍまで連続的に組成を変化させ
た層を介装した構造としたことを特徴とする請求項１記
載の半導体受光素子。 - 【請求項４】 第一導電型ＩｎＰ基板上に、第一導電型
ＩｎＰ緩衝層を有し、前記第一導電型ＩｎＰ緩衝層上に
第一導電型ＩｎＡｓＰ緩衝層を有し、前記第一導電型Ｉ
ｎＡｓＰ緩衝層上に第一導電型のＩｎＧａＡｓ光吸収層
を有し、前記第一導電型のＩｎＧａＡｓ光吸収層上に第
一導電型の歪みリニアステップＩｎＧａＡｓ層を有し、
前記第一導電型の歪みリニアステップＩｎＧａＡｓ層上
に第一導電型ＩｎＧａＡｓＰ中間層を有し、前記第一導
電型ＩｎＧａＡｓＰ中間層上に第一導電型ＩｎＰ増倍層
を有し、前記第一導電型ＩｎＰ増倍層上に第一導電型Ｉ
ｎＰ窓層を有し、前記ＩｎＰ窓層上に第二導電型領域を
有し、前記第二導電型領域上及び前記第一導電型ＩｎＰ
基板下にそれぞれ電極を有することを特徴とする半導体
受光素子。 - 【請求項５】 前記第一導電型のＩｎＧａＡｓ光吸収層
がＩｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ層からなることを特徴とする請
求項４記載の半導体受光素子。 - 【請求項６】 前記第一導電型の歪みリニアステップＩ
ｎＧａＡｓ層がＩｎ0.57Ｇａ0.43ＡｓからＩｎ0.53Ｇａ
0.47Ａｓへと変化する歪みリニアステップ層からなるこ
とを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8149272A JPH0964407A (ja) | 1995-06-14 | 1996-06-11 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-147330 | 1995-06-14 | ||
| JP14733095 | 1995-06-14 | ||
| JP8149272A JPH0964407A (ja) | 1995-06-14 | 1996-06-11 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964407A true JPH0964407A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=26477912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8149272A Pending JPH0964407A (ja) | 1995-06-14 | 1996-06-11 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964407A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160050574A (ko) * | 2014-10-30 | 2016-05-11 | 한국과학기술연구원 | 포토다이오드 및 포토다이오드 제조 방법 |
| WO2019189700A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出器 |
| EP3955321A4 (en) * | 2019-04-09 | 2022-12-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | SEMICONDUCTOR LIGHT RECEIVER |
-
1996
- 1996-06-11 JP JP8149272A patent/JPH0964407A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160050574A (ko) * | 2014-10-30 | 2016-05-11 | 한국과학기술연구원 | 포토다이오드 및 포토다이오드 제조 방법 |
| WO2019189700A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出器 |
| CN111937151A (zh) * | 2018-03-30 | 2020-11-13 | 松下知识产权经营株式会社 | 光检测器 |
| JPWO2019189700A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出器 |
| US11888003B2 (en) | 2018-03-30 | 2024-01-30 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photodetector |
| US12113078B2 (en) | 2018-03-30 | 2024-10-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photodetector |
| EP3955321A4 (en) * | 2019-04-09 | 2022-12-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | SEMICONDUCTOR LIGHT RECEIVER |
| US12034090B2 (en) | 2019-04-09 | 2024-07-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor light receiving element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990706 |