JP2003163364A - 半導体受光素子およびその駆動方法 - Google Patents
半導体受光素子およびその駆動方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 光吸収層を有する受光素子において、動作波
長帯域を長波長側に拡大する。 【解決手段】 アバランシェフォトダイオードにおい
て、光吸収層４３の厚さｄ［ｍ］を、光吸収層に印加さ
れる電圧をＶとして、関係１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7［Ｖ／
ｍ］を満足するように設定し、あるいは受光素子を、光
吸収層中における電界が１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7［Ｖ／
ｍ］の範囲に収まるような条件下で駆動する。
長帯域を長波長側に拡大する。 【解決手段】 アバランシェフォトダイオードにおい
て、光吸収層４３の厚さｄ［ｍ］を、光吸収層に印加さ
れる電圧をＶとして、関係１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7［Ｖ／
ｍ］を満足するように設定し、あるいは受光素子を、光
吸収層中における電界が１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7［Ｖ／
ｍ］の範囲に収まるような条件下で駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に光半導体装置
に係り、特に伝送速度が１０Ｇｂｐｓあるいは４０Ｇｂ
ｐｓ以上の高速・大容量光ファイバ通信システムにおい
て使われる高速半導体受光素子に関する。
に係り、特に伝送速度が１０Ｇｂｐｓあるいは４０Ｇｂ
ｐｓ以上の高速・大容量光ファイバ通信システムにおい
て使われる高速半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来の基板入射型でフリップチ
ップ実装型のアバランシェフォトダイオード２０の概略
的な断面構造図を示す。また図２は、図１中、破線領域
を詳細に示す拡大断面図である。
ップ実装型のアバランシェフォトダイオード２０の概略
的な断面構造図を示す。また図２は、図１中、破線領域
を詳細に示す拡大断面図である。
【０００３】図１，２を参照するに、アバランシェフォ
トダイオード２０はｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されてお
り、前記基板１上に形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２
と、前記バッファ層２上に形成された低キャリア濃度の
ＩｎＧａＡｓ光吸収層３と、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層１３を介して
形成されたｎ型ＩｎＰ増倍層４とを含み、前記グレーデ
ッド層１３は前記光吸収層３と増倍層４との間において
エネルギバンドの不連続を補間する。
トダイオード２０はｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されてお
り、前記基板１上に形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２
と、前記バッファ層２上に形成された低キャリア濃度の
ＩｎＧａＡｓ光吸収層３と、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層１３を介して
形成されたｎ型ＩｎＰ増倍層４とを含み、前記グレーデ
ッド層１３は前記光吸収層３と増倍層４との間において
エネルギバンドの不連続を補間する。
【０００４】前記ＩｎＰ増倍層４上には図示しないＳｉ
Ｎなどの絶縁膜が形成され、これをパターニングして形
成したリング状の窓を介して選択的にｐ型不純物元素を
イオン注入を行うことにより、前記増倍層４中にガード
リング１４が形成される。さらに、前記ＳｉＮ膜を除去
し、図２に示す別のＳｉＮ膜５−１を形成し、かかるＳ
ｉＮ膜５−１中の窓を介してｐ型不純物元素をイオン注
入することにより、前記ＩｎＰ増倍層４中に前記ガード
リング１４に囲まれるように、ｐ型ＩｎＰ領域６が形成
される。
Ｎなどの絶縁膜が形成され、これをパターニングして形
成したリング状の窓を介して選択的にｐ型不純物元素を
イオン注入を行うことにより、前記増倍層４中にガード
リング１４が形成される。さらに、前記ＳｉＮ膜を除去
し、図２に示す別のＳｉＮ膜５−１を形成し、かかるＳ
ｉＮ膜５−１中の窓を介してｐ型不純物元素をイオン注
入することにより、前記ＩｎＰ増倍層４中に前記ガード
リング１４に囲まれるように、ｐ型ＩｎＰ領域６が形成
される。
【０００５】さらに図１を参照しながらｐ側電極の詳細
を説明すると、前記ＩｎＰ領域６上には例えばＡｕ／Ｚ
ｎアロイ層よりなるｐ側オーミック電極７が形成されて
おり、前記ｐ側オーミック電極７は、前記ＳｉＮ膜５−
１および前記ｐ側電極７とＳｉＮ膜５−１との間に形成
されたＩｎＰ増倍層４のリング状露出部を覆うように形
成された別のＳｉＮ膜５−２により、周辺部が覆われて
いる。
を説明すると、前記ＩｎＰ領域６上には例えばＡｕ／Ｚ
ｎアロイ層よりなるｐ側オーミック電極７が形成されて
おり、前記ｐ側オーミック電極７は、前記ＳｉＮ膜５−
１および前記ｐ側電極７とＳｉＮ膜５−１との間に形成
されたＩｎＰ増倍層４のリング状露出部を覆うように形
成された別のＳｉＮ膜５−２により、周辺部が覆われて
いる。
【０００６】さらに前記ｐ側オーミック電極７上には、
前記ＳｉＮ膜５−２中にｐ側オーミック電極７を露出す
るように形成されたコンタクト窓において前記ｐ側オー
ミック電極７とコンタクトするように、例えばＴｉ／Ｐ
ｔ積層構造を有するバリアメタル層９が形成され、前記
バリアメタル層９上には、Ａｕピラー１０が形成され
る。さらに前記Ａｕピラー１０上には、半田バンプ１１
が形成されている。前記バリアメタル層９は、前記ｐ側
オーミック電極７とＡｕピラー１０との間において、Ａ
ｕの拡散を抑制する。
前記ＳｉＮ膜５−２中にｐ側オーミック電極７を露出す
るように形成されたコンタクト窓において前記ｐ側オー
ミック電極７とコンタクトするように、例えばＴｉ／Ｐ
ｔ積層構造を有するバリアメタル層９が形成され、前記
バリアメタル層９上には、Ａｕピラー１０が形成され
る。さらに前記Ａｕピラー１０上には、半田バンプ１１
が形成されている。前記バリアメタル層９は、前記ｐ側
オーミック電極７とＡｕピラー１０との間において、Ａ
ｕの拡散を抑制する。
【０００７】さらに図１に示すように、前記ガードリン
グ１４の周囲には、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層２を露出
する溝が形成され、前記溝には、前記バッファ層２とコ
ンタクトするｎ側オーミック電極８が、前記溝側壁面に
沿って前記ｎ型ＩｎＰ層４の表面にまで到達するように
形成されている。前記ＩｎＰ層４上において、前記ｎ側
オーミック電極８上には、前記バリアメタル層９と同様
なバリアメタル層９Ａと、前記Ａｕピラー１０と同様な
Ａｕピラー１０Ａと、前記半田バンプ１１と同様な半田
バンプ１１Ａとが形成されている。また、前記溝におい
て露出側壁部および前記ｎ側オーミック電極８は、前記
ＳｉＮ膜５−１および５−２よりなる保護絶縁膜５によ
り覆われている。
グ１４の周囲には、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層２を露出
する溝が形成され、前記溝には、前記バッファ層２とコ
ンタクトするｎ側オーミック電極８が、前記溝側壁面に
沿って前記ｎ型ＩｎＰ層４の表面にまで到達するように
形成されている。前記ＩｎＰ層４上において、前記ｎ側
オーミック電極８上には、前記バリアメタル層９と同様
なバリアメタル層９Ａと、前記Ａｕピラー１０と同様な
Ａｕピラー１０Ａと、前記半田バンプ１１と同様な半田
バンプ１１Ａとが形成されている。また、前記溝におい
て露出側壁部および前記ｎ側オーミック電極８は、前記
ＳｉＮ膜５−１および５−２よりなる保護絶縁膜５によ
り覆われている。
【０００８】また図１の受光素子２０では、基板１の裏
面にマイクロレンズ１５がエッチングにより形成されて
おり、さらに前記基板１の裏面は反射防止膜１２により
覆われている。
面にマイクロレンズ１５がエッチングにより形成されて
おり、さらに前記基板１の裏面は反射防止膜１２により
覆われている。
【０００９】次に、図１〜２の受光素子２０の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１０】動作時には、前記ｐ側オーミック電極７と
ｎ側オーミック電極８との間に逆バイアスを印加し、こ
の状態において光ファイバ通信システムで使われる１３
００ｎｍ近傍あるいは１４５０〜１６５０ｎｍの波長範
囲の信号光を、前記基板１の側から供給する。
ｎ側オーミック電極８との間に逆バイアスを印加し、こ
の状態において光ファイバ通信システムで使われる１３
００ｎｍ近傍あるいは１４５０〜１６５０ｎｍの波長範
囲の信号光を、前記基板１の側から供給する。
【００１１】基板１を構成するＩｎＰ結晶は、前記波長
の入射光に対して透明であり、このため信号光は前記光
吸収層３に途中で吸収されることなく到達し、光吸収層
３においてのみ吸収される。
の入射光に対して透明であり、このため信号光は前記光
吸収層３に途中で吸収されることなく到達し、光吸収層
３においてのみ吸収される。
【００１２】ところで、このような受光素子の応答速度
は、素子の静電容量Ｃと負荷抵抗Ｒとの積で与えられる
ＣＲ時定数と、入射光により励起されたキャリアの走行
時間によって定義される。そこで、１０Ｇｂｐｓあるい
は４０Ｇｂｐｓの伝送速度に対応して受光素子の応答速
度を向上させようとすると、ＣＲ時定数とならんでキャ
リアの走行時間をも短縮する必要がある。キャリア走行
時間は光吸収層３の厚さに比例して増加するため、キャ
リア走行時間を減少して応答速度を向上させるために
は、光吸収層３の厚さを減少させる必要がある。しか
し、高速化のために光吸収層３の厚さを減少させると、
入射光が光吸収層３によって完全に吸収されなくなり、
量子効率、すなわち受光感度が低下する。このように受
光素子の応答速度と量子効率（受光感度）とはトレード
オフの関係にあり、高速応答する受光素子を設計しよう
としても、光吸収層の最適な膜厚を設定することができ
なかった。
は、素子の静電容量Ｃと負荷抵抗Ｒとの積で与えられる
ＣＲ時定数と、入射光により励起されたキャリアの走行
時間によって定義される。そこで、１０Ｇｂｐｓあるい
は４０Ｇｂｐｓの伝送速度に対応して受光素子の応答速
度を向上させようとすると、ＣＲ時定数とならんでキャ
リアの走行時間をも短縮する必要がある。キャリア走行
時間は光吸収層３の厚さに比例して増加するため、キャ
リア走行時間を減少して応答速度を向上させるために
は、光吸収層３の厚さを減少させる必要がある。しか
し、高速化のために光吸収層３の厚さを減少させると、
入射光が光吸収層３によって完全に吸収されなくなり、
量子効率、すなわち受光感度が低下する。このように受
光素子の応答速度と量子効率（受光感度）とはトレード
オフの関係にあり、高速応答する受光素子を設計しよう
としても、光吸収層の最適な膜厚を設定することができ
なかった。
【００１３】これに対し、本発明の発明者は、図１ある
いは２のｎ型ＩｎＰ層４上にミラーを形成し、光吸収層
で吸収されなかった信号光をかかるミラーで光吸収層に
戻す構成の高速受光素子３０を提案した。
いは２のｎ型ＩｎＰ層４上にミラーを形成し、光吸収層
で吸収されなかった信号光をかかるミラーで光吸収層に
戻す構成の高速受光素子３０を提案した。
【００１４】図３は、上記先の提案による高速受光素子
３０の構成を示す。ただし図３中、先に説明した部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２と同様
に、図３は図１のアバランシェフォトダイオードの破線
で囲んだ部分に対応する構造の断面図である。
３０の構成を示す。ただし図３中、先に説明した部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２と同様
に、図３は図１のアバランシェフォトダイオードの破線
で囲んだ部分に対応する構造の断面図である。
【００１５】図３を参照するに、受光素子３０では前記
ｐ型領域６上にＳｉＮパターン５−２Ａが、前記ＳｉＮ
膜５−２のパターニングにより形成されており、前記ｐ
側電極７の代わりに、前記ＳｉＮパターン５−２ＡとＳ
ｉＮ膜５−２との間のリング状開口部に、Ａｕ／Ｚｎア
ロイ層よりなるリング状のｐ側電極７Ａが形成されてい
る。
ｐ型領域６上にＳｉＮパターン５−２Ａが、前記ＳｉＮ
膜５−２のパターニングにより形成されており、前記ｐ
側電極７の代わりに、前記ＳｉＮパターン５−２ＡとＳ
ｉＮ膜５−２との間のリング状開口部に、Ａｕ／Ｚｎア
ロイ層よりなるリング状のｐ側電極７Ａが形成されてい
る。
【００１６】前記リング状ｐ側オーミック電極７Ａ上に
は、Ｔｉ／Ｐｔ積層構造を有するリング状のバリアメタ
ルパターン９Ａが、前記リング状ｐ側オーミック電極７
Ａを覆うように、また前記ＳｉＮパターン５−２Ａの周
辺部およびＳｉＮパターン５−２の前記リング状開口部
に沿った周辺部を覆うように形成されており、前記バリ
アメタルパターン９Ａ上には、中央開口部において前記
ＳｉＮパターン５−２Ａとコンタクトするように、Ａｕ
ピラー１０が形成されている。Ａｕピラー１０上には、
図１，２の構成と同様な半田バンプ１１が形成されてい
る。
は、Ｔｉ／Ｐｔ積層構造を有するリング状のバリアメタ
ルパターン９Ａが、前記リング状ｐ側オーミック電極７
Ａを覆うように、また前記ＳｉＮパターン５−２Ａの周
辺部およびＳｉＮパターン５−２の前記リング状開口部
に沿った周辺部を覆うように形成されており、前記バリ
アメタルパターン９Ａ上には、中央開口部において前記
ＳｉＮパターン５−２Ａとコンタクトするように、Ａｕ
ピラー１０が形成されている。Ａｕピラー１０上には、
図１，２の構成と同様な半田バンプ１１が形成されてい
る。
【００１７】図３の受光素子３０では、前記基板１に入
射した入射光は前記ＳｉＮパターン５−２ＡおよびＡｕ
ピラー１０よりなる高反射率ミラーで反射され、光吸収
層３に戻される。このため、受光素子３０は光吸収層１
３の厚さを減少させても十分な量子効率を実現すること
が可能である。
射した入射光は前記ＳｉＮパターン５−２ＡおよびＡｕ
ピラー１０よりなる高反射率ミラーで反射され、光吸収
層３に戻される。このため、受光素子３０は光吸収層１
３の厚さを減少させても十分な量子効率を実現すること
が可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】一方、図１〜３に示す
受光素子２０あるいは３０では、受光感度に大きな影響
を与える光吸収層３の吸収端波長λｅが約１．７μｍで
あるため、Ｃバンドと呼ばれる１５５０ｎｍ付近の波長
では十分な吸収係数が確保されるものの、Ｌバンドと呼
ばれる１５８０ｎｍ以上の長波長域においては吸収係数
が急激に低下する問題が生じる。これに伴い、いくら前
記ミラーの反射率を向上させたとしても、また反射率の
波長依存性を抑制したとしても、Ｌバンドにおける受光
感度の大幅な低下を回避することができない。
受光素子２０あるいは３０では、受光感度に大きな影響
を与える光吸収層３の吸収端波長λｅが約１．７μｍで
あるため、Ｃバンドと呼ばれる１５５０ｎｍ付近の波長
では十分な吸収係数が確保されるものの、Ｌバンドと呼
ばれる１５８０ｎｍ以上の長波長域においては吸収係数
が急激に低下する問題が生じる。これに伴い、いくら前
記ミラーの反射率を向上させたとしても、また反射率の
波長依存性を抑制したとしても、Ｌバンドにおける受光
感度の大幅な低下を回避することができない。
【００１９】そこで本発明は上記の課題を解決した、新
規で有用な高速受光素子を提供することを概括的課題と
する。
規で有用な高速受光素子を提供することを概括的課題と
する。
【００２０】本発明のより具体的な課題は、高速応答性
を維持しつつ、しかも高い受光感度を実現し、かつ波長
多重化光通信システムで使われる広い波長範囲の信号光
に対しても十分な感度を維持できる受光素子を提供する
ことにある。
を維持しつつ、しかも高い受光感度を実現し、かつ波長
多重化光通信システムで使われる広い波長範囲の信号光
に対しても十分な感度を維持できる受光素子を提供する
ことにある。
【００２１】本発明のその他の課題は、光吸収層の吸収
係数が急激に低下するＬバンド領域においても十分な感
度を維持できる高速受光素子を提供することにある。
係数が急激に低下するＬバンド領域においても十分な感
度を維持できる高速受光素子を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、バンドギャップがＥｇ（ｅ
Ｖ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半
導体受光素子において、吸収係数αが下記の式
請求項１に記載したように、バンドギャップがＥｇ（ｅ
Ｖ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半
導体受光素子において、吸収係数αが下記の式
【００２３】
【数３】
で与えられる時、前記光吸収層の層厚ｄ（ｍ）を、前記
光吸収層に印加される電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０7 （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子によ
り、または請求項２に記載したように、前記半導体受光
素子は、前記光吸収層を挟んで光入射面と対向する側に
入射光を反射する反射領域を備えることを特徴とする請
求項１記載の半導体受光素子により、または請求項３に
記載したように、前記半導体受光素子は、表面側と裏面
側に設けられた電極によって電界が印加されることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項４に記載したように、前記半導体受光素子は、表
面側に設けられた複数の電極によって電界が印加される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項５に記載したように、前記半導体受光
素子は、表面入射型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により、または請求項６に記載した
ように、前記半導体受光素子は裏面入射型であることを
特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、また
は請求項７に記載したように、前記半導体受光素子は、
増倍層を備えたアバランシェフォトダイオードであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、
または請求項８に記載したように、前記半導体受光素子
は、ＰＩＮ構造を有するＰＩＮフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項９に記載したように、前記半導体受光
素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ
Ｖ族の一元系材料または多元系材料からなることを特徴
とする請求項１記載の半導体受光素子により、または請
求項１０に記載したように、バンドギャップがＥｇ（ｅ
Ｖ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半
導体受光素子の駆動方法であって、吸収係数αが下記の
式
光吸収層に印加される電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０7 （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子によ
り、または請求項２に記載したように、前記半導体受光
素子は、前記光吸収層を挟んで光入射面と対向する側に
入射光を反射する反射領域を備えることを特徴とする請
求項１記載の半導体受光素子により、または請求項３に
記載したように、前記半導体受光素子は、表面側と裏面
側に設けられた電極によって電界が印加されることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項４に記載したように、前記半導体受光素子は、表
面側に設けられた複数の電極によって電界が印加される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項５に記載したように、前記半導体受光
素子は、表面入射型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により、または請求項６に記載した
ように、前記半導体受光素子は裏面入射型であることを
特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、また
は請求項７に記載したように、前記半導体受光素子は、
増倍層を備えたアバランシェフォトダイオードであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、
または請求項８に記載したように、前記半導体受光素子
は、ＰＩＮ構造を有するＰＩＮフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項９に記載したように、前記半導体受光
素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ
Ｖ族の一元系材料または多元系材料からなることを特徴
とする請求項１記載の半導体受光素子により、または請
求項１０に記載したように、バンドギャップがＥｇ（ｅ
Ｖ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半
導体受光素子の駆動方法であって、吸収係数αが下記の
式
【００２４】
【数４】
で与えられる時、前記光吸収層に電界Ｅ（Ｖ／ｍ）を、
１０6≦Ｅ≦１０7 （範囲Ｄ）
の範囲に設定して印加することを特徴とする半導体受光
素子の駆動方法により、解決する。
素子の駆動方法により、解決する。
【００２５】本発明によれば、バンドギャップＥｇ（ｅ
Ｖ）（吸収端波長λｅ（μｍ））の光吸収層を有する受
光素子において、吸収係数αが前記式（Ａ）〜（Ｃ）で
与えられる時、前記範囲（Ｄ）内で定めた層厚ｄの光吸
収層を導入することにより、あるいは前記範囲（Ｄ）で
定めた電圧Ｖを光吸収層に印加することにより、特にＬ
バンド帯域における受光感度の急激な低下を抑制するこ
とが可能になる。その結果、波長多重化光伝送システム
の使用波長範囲を拡大することが可能になる。
Ｖ）（吸収端波長λｅ（μｍ））の光吸収層を有する受
光素子において、吸収係数αが前記式（Ａ）〜（Ｃ）で
与えられる時、前記範囲（Ｄ）内で定めた層厚ｄの光吸
収層を導入することにより、あるいは前記範囲（Ｄ）で
定めた電圧Ｖを光吸収層に印加することにより、特にＬ
バンド帯域における受光感度の急激な低下を抑制するこ
とが可能になる。その結果、波長多重化光伝送システム
の使用波長範囲を拡大することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】［第１実施例］図４は、本発明の
第１実施例による半導体受光素子４０の要部の構成を示
す。ただし図４中、先に説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４は、図
１のアバランシェフォトダイオードの破線で囲んだ部分
に相当する。
第１実施例による半導体受光素子４０の要部の構成を示
す。ただし図４中、先に説明した部分に対応する部分に
は同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４は、図
１のアバランシェフォトダイオードの破線で囲んだ部分
に相当する。
【００２７】図４を参照するに、受光素子４０は先に図
３で説明した半導体受光素子３０と同様な構成を有する
が、前記光吸収層３の代わりに、光吸収層に印加される
電圧Ｖに対してＶ／ｄ＝２．５×１０6［Ｖ／ｍ］の関
係を満足するように厚さｄを設定されたＧａＩｎＡｓ光
吸収層４３を有する。
３で説明した半導体受光素子３０と同様な構成を有する
が、前記光吸収層３の代わりに、光吸収層に印加される
電圧Ｖに対してＶ／ｄ＝２．５×１０6［Ｖ／ｍ］の関
係を満足するように厚さｄを設定されたＧａＩｎＡｓ光
吸収層４３を有する。
【００２８】図５は、図４の受光素子４０においてＳｉ
Ｎパターン５−２ＡとＡｕピラー１０とにより形成され
るミラーの、１５００〜１６５０ｎｍ、すなわちＣバン
ドとＬバンドを含む波長範囲における反射スペクトルを
示す。
Ｎパターン５−２ＡとＡｕピラー１０とにより形成され
るミラーの、１５００〜１６５０ｎｍ、すなわちＣバン
ドとＬバンドを含む波長範囲における反射スペクトルを
示す。
【００２９】図５を参照するに、図４の構成によれば、
広い波長範囲においてほぼ１００％の非常に高い反射率
が実現されていることがわかる。同様な反射率は、図３
の構成の受光素子３０においても得られる。比較のた
め、図５中には、図２の構成の受光素子２０における反
射スペクトルを示す。この場合は、１５００〜１６５０
ｎｍの全波長帯域にわたり、３０％程度の反射率しか得
られないことがわかる。
広い波長範囲においてほぼ１００％の非常に高い反射率
が実現されていることがわかる。同様な反射率は、図３
の構成の受光素子３０においても得られる。比較のた
め、図５中には、図２の構成の受光素子２０における反
射スペクトルを示す。この場合は、１５００〜１６５０
ｎｍの全波長帯域にわたり、３０％程度の反射率しか得
られないことがわかる。
【００３０】図６は、図４の受光素子４０において、す
なわち光吸収層４３への印加電圧Ｖに対する層厚ｄを、
関係式Ｖ／ｄ＝２．５×１０6［Ｖ／ｍ］を満足するよ
うに設定した場合の、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４３の吸収
係数を、電界吸収効果が存在しない場合のＩｎＧａＡｓ
層の吸収係数と比較して示す。
なわち光吸収層４３への印加電圧Ｖに対する層厚ｄを、
関係式Ｖ／ｄ＝２．５×１０6［Ｖ／ｍ］を満足するよ
うに設定した場合の、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４３の吸収
係数を、電界吸収効果が存在しない場合のＩｎＧａＡｓ
層の吸収係数と比較して示す。
【００３１】図６を参照するに、受光素子４０では光吸
収層４３の光吸収係数αが、光吸収層４３中に誘起され
た電界Ｅ（＝Ｖ／ｄ）の効果により波長と共に振動し、
特に電界Ｅの値を上記のように設定した場合、１．６ｎ
ｍ近傍の波長において、従来の受光素子の光吸収係数を
上回る光吸収係数αが得られるのがわかる。
収層４３の光吸収係数αが、光吸収層４３中に誘起され
た電界Ｅ（＝Ｖ／ｄ）の効果により波長と共に振動し、
特に電界Ｅの値を上記のように設定した場合、１．６ｎ
ｍ近傍の波長において、従来の受光素子の光吸収係数を
上回る光吸収係数αが得られるのがわかる。
【００３２】図７は、前記受光素子４０の受光感度特性
を、１５１０〜１６３０ｎｍの波長範囲について示す。
比較のため、図７には、図１の受光素子２０の受光感度
特性を示す。
を、１５１０〜１６３０ｎｍの波長範囲について示す。
比較のため、図７には、図１の受光素子２０の受光感度
特性を示す。
【００３３】図７を参照するに、受光素子４０において
は、波長多重化光通信システムで使われる１５１０〜１
６３０ｎｍの波長範囲において大幅な感度特性の向上が
得られており、特に従来の受光素子２０において見られ
る、１５８０ｎｍより長波長側における受光感度特性の
急激な低下が解消されていることがわかる。
は、波長多重化光通信システムで使われる１５１０〜１
６３０ｎｍの波長範囲において大幅な感度特性の向上が
得られており、特に従来の受光素子２０において見られ
る、１５８０ｎｍより長波長側における受光感度特性の
急激な低下が解消されていることがわかる。
【００３４】図８は、図４の受光素子４０に対して−４
０〜８５℃の範囲で行った、熱サイクル試験の結果を示
す。ただし図８の試験では、受光素子４０に対して１１
５回の温度サイクルを与えている。
０〜８５℃の範囲で行った、熱サイクル試験の結果を示
す。ただし図８の試験では、受光素子４０に対して１１
５回の温度サイクルを与えている。
【００３５】図８を参照するに、このような温度サイク
ルを行っても、受光素子４０の受光感度特性は、全波長
帯域でほとんど変化しておらず、非常に優れた信頼性が
実現されていることがわかる。
ルを行っても、受光素子４０の受光感度特性は、全波長
帯域でほとんど変化しておらず、非常に優れた信頼性が
実現されていることがわかる。
【００３６】図９は、図４の受光素子４０において、光
吸収層４３に印加される電界Ｅを0０．９×１０6Ｖ／ｍ
に設定した場合の、光吸収層４３が示す光吸収係数αの
波長依存性を示す。
吸収層４３に印加される電界Ｅを0０．９×１０6Ｖ／ｍ
に設定した場合の、光吸収層４３が示す光吸収係数αの
波長依存性を示す。
【００３７】図９を参照するに、先に図６で見られてい
た吸収係数αの変動幅が、電界強度Ｖ／ｄを１０6Ｖ／
ｍよりも小さくすると減少してしまい、長波長帯域にお
ける吸収係数αの増大効果が従来のものと比べてほとん
ど得られないのがわかる。
た吸収係数αの変動幅が、電界強度Ｖ／ｄを１０6Ｖ／
ｍよりも小さくすると減少してしまい、長波長帯域にお
ける吸収係数αの増大効果が従来のものと比べてほとん
ど得られないのがわかる。
【００３８】これに対し図１０は、図４の受光素子４０
において、光吸収層４３に印加される電界Ｅを１．１×
１０7Ｖ／ｍに設定した場合の、光吸収層４３が示す光
吸収係数αの波長依存性を示す。
において、光吸収層４３に印加される電界Ｅを１．１×
１０7Ｖ／ｍに設定した場合の、光吸収層４３が示す光
吸収係数αの波長依存性を示す。
【００３９】図１０を参照するに、このように光吸収層
中の電界強度Ｖ／ｄを１０7Ｖ／ｍよりも大きく設定す
ると、光吸収係数αは従来のものよりも減少してしま
い、かえって好ましくない結果になってしまうのがわか
る。
中の電界強度Ｖ／ｄを１０7Ｖ／ｍよりも大きく設定す
ると、光吸収係数αは従来のものよりも減少してしま
い、かえって好ましくない結果になってしまうのがわか
る。
【００４０】以上の結果から、図４の受光素子４０にお
いて、受光感度を１５１０〜１６３０ｎｍの波長域にお
いて得るためには、前記光吸収層４３の厚さｄを、光吸
収層４３中の電界強度Ｖ／ｄが１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7の
範囲に収まるように設定するのが好ましいことが結論さ
れる。あるいは、前記受光素子を、光吸収層中の電界強
度が上記の半に収まるように、前記オーミック電極７と
オーミック電極８（図１参照）との間に印加される駆動
電圧を制御するのが好ましい。 ［第２実施例］図１１は、本発明の第２実施例による受
光素子５０の要部の構成を示す。ただし図１１中、先に
説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図１１の構造は、図１のアバラン
シェフォトダイオードの破線で囲んだ部分に相当する。
いて、受光感度を１５１０〜１６３０ｎｍの波長域にお
いて得るためには、前記光吸収層４３の厚さｄを、光吸
収層４３中の電界強度Ｖ／ｄが１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7の
範囲に収まるように設定するのが好ましいことが結論さ
れる。あるいは、前記受光素子を、光吸収層中の電界強
度が上記の半に収まるように、前記オーミック電極７と
オーミック電極８（図１参照）との間に印加される駆動
電圧を制御するのが好ましい。 ［第２実施例］図１１は、本発明の第２実施例による受
光素子５０の要部の構成を示す。ただし図１１中、先に
説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図１１の構造は、図１のアバラン
シェフォトダイオードの破線で囲んだ部分に相当する。
【００４１】図１１を参照するに、本実施例においては
前記ｎ型ＩｎＰ層４がガードリング１４の外側において
前記光吸収層３が露出するようにエッチングされ、メサ
構造が形成される。
前記ｎ型ＩｎＰ層４がガードリング１４の外側において
前記光吸収層３が露出するようにエッチングされ、メサ
構造が形成される。
【００４２】このようにして露出された光吸収層３に
は、前記ｎ側オーミック電極８と同様なｎ側オーミック
電極１８が形成され、前記オーミック電極１８上には、
前記Ａｕピラー１０と同じ高さまで延在する別のＡｕピ
ラー１０Ｂが形成され、前記Ａｕピラー１０Ｂ上には別
の半田バンプ１１Ｂが形成される。
は、前記ｎ側オーミック電極８と同様なｎ側オーミック
電極１８が形成され、前記オーミック電極１８上には、
前記Ａｕピラー１０と同じ高さまで延在する別のＡｕピ
ラー１０Ｂが形成され、前記Ａｕピラー１０Ｂ上には別
の半田バンプ１１Ｂが形成される。
【００４３】図１１の受光素子５０では、前記ｐ側オー
ミック電極７および図１に示すｎ側オーミック電極８の
他に、前記ｎ側オーミック電極１８が形成されており、
従って受光素子５０は三端子素子を形成する。
ミック電極７および図１に示すｎ側オーミック電極８の
他に、前記ｎ側オーミック電極１８が形成されており、
従って受光素子５０は三端子素子を形成する。
【００４４】このような三端子素子では、前記オーミッ
ク電極７と８との間に所望の逆バイアス電圧を印加し、
この状態で前記オーミック電極１８に前記光吸収層４３
中の電界強度が先の範囲に収まるような制御電圧を印加
することにより、受光素子の長波長帯域における受光感
度を、図７〜８と同様に向上させることが可能になる。
ク電極７と８との間に所望の逆バイアス電圧を印加し、
この状態で前記オーミック電極１８に前記光吸収層４３
中の電界強度が先の範囲に収まるような制御電圧を印加
することにより、受光素子の長波長帯域における受光感
度を、図７〜８と同様に向上させることが可能になる。
【００４５】図１１の受光素子では、前記半田バンプ１
１，１１Ａおよび１１Ｂの高さがそろっており、基板上
へのフリップチップ実装に適している。 ［第３実施例］本発明は、アバランシェフォトダイオー
ドのみならず、ＰＩＮフォトダイオードに対しても適用
可能である。
１，１１Ａおよび１１Ｂの高さがそろっており、基板上
へのフリップチップ実装に適している。 ［第３実施例］本発明は、アバランシェフォトダイオー
ドのみならず、ＰＩＮフォトダイオードに対しても適用
可能である。
【００４６】図１２は、本発明の第３実施例による裏面
入射型ＰＩＮフォトダイオード６０の構成を示す。
入射型ＰＩＮフォトダイオード６０の構成を示す。
【００４７】図１２を参照するに、ＰＩＮフォトダイオ
ード６０はｎ型ＩｎＰ基板６１上に形成されており、前
記ｎ型ＩｎＰ基板６１上に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓ
光吸収層６２と、前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６２上
に形成されたｎ型ＩｎＰ層６３とを含み、前記ｎ型Ｉｎ
Ｐ層６の一部にはｐ型ＩｎＰ領域６４が形成されてい
る。また前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６２中にも、前
記ｐ型ＩｎＰ領域６４に対応してｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
６５が形成されている。
ード６０はｎ型ＩｎＰ基板６１上に形成されており、前
記ｎ型ＩｎＰ基板６１上に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓ
光吸収層６２と、前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６２上
に形成されたｎ型ＩｎＰ層６３とを含み、前記ｎ型Ｉｎ
Ｐ層６の一部にはｐ型ＩｎＰ領域６４が形成されてい
る。また前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６２中にも、前
記ｐ型ＩｎＰ領域６４に対応してｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
６５が形成されている。
【００４８】前記ＩｎＰ層６３上には、前記ｐ型ＩｎＰ
領域６４に対応して先の実施例のＳｉＮパターン５−２
Ａに相当するＳｉＮパターン６６が形成されており、前
記ＩｎＰ層６３上には前記ＳｉＮ膜５−１および５−２
に相当するＳｉＮ保護膜６６Ａ，６６Ｂが形成されてお
り、前記ＳｉＮパターン６６とＳｉＮ保護膜６６Ｂとの
間のリング状開口部には、前記ｐ型ＩｎＰ領域６４にコ
ンタクトするようにリング状のｐ側オーミック電極６７
が形成されている。また、前記リング状オーミック電極
６７上にはＴｉ／Ｐｔ積層構造のリング状電極６８が形
成され、さらに前記リング状電極６８上には、Ａｕピラ
ー６９が形成されている。
領域６４に対応して先の実施例のＳｉＮパターン５−２
Ａに相当するＳｉＮパターン６６が形成されており、前
記ＩｎＰ層６３上には前記ＳｉＮ膜５−１および５−２
に相当するＳｉＮ保護膜６６Ａ，６６Ｂが形成されてお
り、前記ＳｉＮパターン６６とＳｉＮ保護膜６６Ｂとの
間のリング状開口部には、前記ｐ型ＩｎＰ領域６４にコ
ンタクトするようにリング状のｐ側オーミック電極６７
が形成されている。また、前記リング状オーミック電極
６７上にはＴｉ／Ｐｔ積層構造のリング状電極６８が形
成され、さらに前記リング状電極６８上には、Ａｕピラ
ー６９が形成されている。
【００４９】また前記基板６１の下主面上にはリング状
のｎ側オーミック電極７０が形成され、また前記オーミ
ック電極７０が形成する開口部には、前記ＩｎＰ基板６
１の下主面を覆うように反射防止膜７１が形成されてい
る。
のｎ側オーミック電極７０が形成され、また前記オーミ
ック電極７０が形成する開口部には、前記ＩｎＰ基板６
１の下主面を覆うように反射防止膜７１が形成されてい
る。
【００５０】かかる構成のＰＩＮフォトダイオード６０
においても、前記光吸収層６２の膜厚ｄを最適化し、電
界Ｖ／ｄを１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7の範囲に設定すること
により、１５８０ｎｍ以上の長波長帯域においても優れ
た受光感度を実現することが可能になる。 ［第４実施例］図１３は、本発明の第４実施例による表
面入射型ＰＩＮフォトダイオードの構成を示す。
においても、前記光吸収層６２の膜厚ｄを最適化し、電
界Ｖ／ｄを１０6≦Ｖ／ｄ≦１０7の範囲に設定すること
により、１５８０ｎｍ以上の長波長帯域においても優れ
た受光感度を実現することが可能になる。 ［第４実施例］図１３は、本発明の第４実施例による表
面入射型ＰＩＮフォトダイオードの構成を示す。
【００５１】図１３を参照するに、ｎ型ＩｎＰ基板８１
上にはｎ型ＩｎＰバッファ層８２が形成されており、前
記バッファ層８２上にはｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層８３
が形成されている。さらに前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収
層８３上にはｎ型ＩｎＰ層８４が形成され、前記ｎ型Ｉ
ｎＰ層８４の一部にはｐ型領域８５が形成されている。
また前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層８３中には、前記ｐ
型領域８５に対応してｐ型領域８６が形成されている。
上にはｎ型ＩｎＰバッファ層８２が形成されており、前
記バッファ層８２上にはｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層８３
が形成されている。さらに前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収
層８３上にはｎ型ＩｎＰ層８４が形成され、前記ｎ型Ｉ
ｎＰ層８４の一部にはｐ型領域８５が形成されている。
また前記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層８３中には、前記ｐ
型領域８５に対応してｐ型領域８６が形成されている。
【００５２】前記ｎ型ＩｎＰ層８４は、前記ｐ型領域８
５に対応した開口部を有するＳｉＮ膜８７により覆わ
れ、さらに前記ｐ型領域８５上には、先のＳｉＮパター
ン５−２Ａに対応するＳｉＮパターン８８が形成されて
いる。また前記ＳｉＮ膜８７は先のＳｉＮ膜５−２に対
応し前記ＳｉＮパターン８８を露出する開口部を有する
ＳｉＮ膜８９により覆われており、前記ＳｉＮパターン
８８と前記ＳｉＮ膜８９の開口部との間に形成されるリ
ング状の開口部には、リング状のｐ型オーミック電極９
０が、前記ｐ型ＩｎＰ領域８５とコンタクトして形成さ
れている。さらに前記リング状オーミック電極９０上に
はＴｉ／Ｐｔ積層構造を有するリング状のバリア電極９
１が形成されている。
５に対応した開口部を有するＳｉＮ膜８７により覆わ
れ、さらに前記ｐ型領域８５上には、先のＳｉＮパター
ン５−２Ａに対応するＳｉＮパターン８８が形成されて
いる。また前記ＳｉＮ膜８７は先のＳｉＮ膜５−２に対
応し前記ＳｉＮパターン８８を露出する開口部を有する
ＳｉＮ膜８９により覆われており、前記ＳｉＮパターン
８８と前記ＳｉＮ膜８９の開口部との間に形成されるリ
ング状の開口部には、リング状のｐ型オーミック電極９
０が、前記ｐ型ＩｎＰ領域８５とコンタクトして形成さ
れている。さらに前記リング状オーミック電極９０上に
はＴｉ／Ｐｔ積層構造を有するリング状のバリア電極９
１が形成されている。
【００５３】さらに前記ＰＩＮフォトダイオード９０で
は前記ＩｎＰ基板８１の下主面上にリング状の開口部を
有するＳｉＮ膜９２が形成されており、前記リング状開
口部には前記ＩｎＰ基板８１にコンタクトするｎ側オー
ミック電極９３が形成されている。
は前記ＩｎＰ基板８１の下主面上にリング状の開口部を
有するＳｉＮ膜９２が形成されており、前記リング状開
口部には前記ＩｎＰ基板８１にコンタクトするｎ側オー
ミック電極９３が形成されている。
【００５４】さらに前記ＳｉＮ膜９２上には前記オーミ
ック電極９３にコンタクトするようにＴｉ／Ｐｔ積層構
造のバリア電極９４が形成されており、前記バリア電極
９４上にはＡｕ反射電極９５が形成される。また前記Ａ
ｕ反射電極９５上には半田バンプ９６が形成される。
ック電極９３にコンタクトするようにＴｉ／Ｐｔ積層構
造のバリア電極９４が形成されており、前記バリア電極
９４上にはＡｕ反射電極９５が形成される。また前記Ａ
ｕ反射電極９５上には半田バンプ９６が形成される。
【００５５】図１３の表面入射型ＰＩＮフォトダイオー
ド８０では、前記ＳｉＮパターン８８は反射防止膜とし
て作用し、前記ＳｉＮパターン８８を通過して入射した
入射光は光吸収層８３に入射する。その際前記光吸収層
８３により吸収されなかった入射光成分は、前記ＩｎＰ
基板８１底部においてＳｉＮ膜９２とＡｕ反射電極９５
とにより形成されるミラーにより反射され、再び光吸収
層８３に戻される。
ド８０では、前記ＳｉＮパターン８８は反射防止膜とし
て作用し、前記ＳｉＮパターン８８を通過して入射した
入射光は光吸収層８３に入射する。その際前記光吸収層
８３により吸収されなかった入射光成分は、前記ＩｎＰ
基板８１底部においてＳｉＮ膜９２とＡｕ反射電極９５
とにより形成されるミラーにより反射され、再び光吸収
層８３に戻される。
【００５６】本実施例においても、前記光吸収層８３の
膜厚ｄを、印加電圧Ｖに対して１０ 6≦Ｖ／ｄ≦１０7の
範囲に収まるように設定することにより、ＰＩＮフォト
ダイオード８０の動作波長帯域を１５８０ｎｍよりも長
い側に拡大することが可能になる。
膜厚ｄを、印加電圧Ｖに対して１０ 6≦Ｖ／ｄ≦１０7の
範囲に収まるように設定することにより、ＰＩＮフォト
ダイオード８０の動作波長帯域を１５８０ｎｍよりも長
い側に拡大することが可能になる。
【００５７】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。
【００５８】
【発明の効果】 本発明によれば、光吸収係数αが先の
式（Ａ）〜（Ｃ）で与えられる受光素子において光吸収
層の厚さｄを、印加電圧Ｖに対して１０6≦Ｖ／ｄ≦１
０7の範囲に設定することにより、受光素子の動作波長
帯域を従来の限界の１５８０ｎｍよりも長波長側に拡大
することが可能になる。
式（Ａ）〜（Ｃ）で与えられる受光素子において光吸収
層の厚さｄを、印加電圧Ｖに対して１０6≦Ｖ／ｄ≦１
０7の範囲に設定することにより、受光素子の動作波長
帯域を従来の限界の１５８０ｎｍよりも長波長側に拡大
することが可能になる。
【図１】従来の裏面入射型アバランシェフォトダイオー
ドの構成を示す図である。
ドの構成を示す図である。
【図２】図２の一部を拡大して示す図である。
【図３】先に提案された裏面入射型アバランシェフォト
ダイオードの要部を示す図である。
ダイオードの要部を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例による裏面入射型アバラン
シェフォトダイオードの要部を示す図である。
シェフォトダイオードの要部を示す図である。
【図５】図４のアバランシェフォトダイオードの反射特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図６】図４のアバランシェフォトダイオードにおける
光吸収層の光吸収特性を、従来のものと比較して示す図
である。
光吸収層の光吸収特性を、従来のものと比較して示す図
である。
【図７】図４のアバランシェフォトダイオードの受光感
度を示す図である。
度を示す図である。
【図８】図４のアバランシェフォトダイオードについて
行った熱サイクル試験の結果を示す図である。
行った熱サイクル試験の結果を示す図である。
【図９】図４のアバランシェフォトダイオードにおいて
光吸収層中に誘起される電界の下限を説明する図であ
る。
光吸収層中に誘起される電界の下限を説明する図であ
る。
【図１０】図４のアバランシェフォトダイオードにおい
て光吸収層中に誘起される電界の上限を説明する図であ
る。
て光吸収層中に誘起される電界の上限を説明する図であ
る。
【図１１】本発明の第２実施例による裏面入射型アバラ
ンシェフォトダイオードの構成を示す図である。
ンシェフォトダイオードの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例による裏面入射型ＰＩＮ
フォトダイオードの構成を示す図である。
フォトダイオードの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例による表面入射型ＰＩＮ
フォトダイオードの構成を示す図である。
フォトダイオードの構成を示す図である。
１，６１，８１ ｎ型ＩｎＰ基板
２，８２ ｎ型ＩｎＰバッファ層
３，４３，６２，８３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
４，６３，８４ ｎ型ＩｎＰ層
５ 誘電体膜
５−１．５−２，６６Ａ，６６Ｂ，８７，８９，９２
ＳｉＮ膜 ５−２Ａ，６６，８８ ＳｉＮパターン ６，６４，８５ ｐ型ＩｎＰ領域 ７，７Ａ，６７，９０ ｐ側オーミック電極 8，１８，７０，９３ ｎ側オーミック電極 ９，９Ａ，６８，９１，９４ バリアメタル層 １０，１０Ａ、１０Ｂ，６９，９５ Ａｕピラー １１，１１Ａ，１１Ｂ，９６ 半田バンプ １２，７１ 反射防止膜 １３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層 １４ ガードリング ２０，３０，４０，５０ アバランシェフォトダイオー
ド ６０，８０ フォトダイオード ６５，８６ ｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
ＳｉＮ膜 ５−２Ａ，６６，８８ ＳｉＮパターン ６，６４，８５ ｐ型ＩｎＰ領域 ７，７Ａ，６７，９０ ｐ側オーミック電極 8，１８，７０，９３ ｎ側オーミック電極 ９，９Ａ，６８，９１，９４ バリアメタル層 １０，１０Ａ、１０Ｂ，６９，９５ Ａｕピラー １１，１１Ａ，１１Ｂ，９６ 半田バンプ １２，７１ 反射防止膜 １３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層 １４ ガードリング ２０，３０，４０，５０ アバランシェフォトダイオー
ド ６０，８０ フォトダイオード ６５，８６ ｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月８日（２００２．１１．
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【数１】
で与えられる時、
前記光吸収層の層厚ｄ（ｍ）を、前記光吸収層に印加さ
れる電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子。
れる電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子。
【数２】
で与えられる時、
前記光吸収層に、電界Ｅ（Ｖ／ｍ）を、
１０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ）
の範囲に設定して印加することを特徴とする半導体受光
素子の駆動方法。
素子の駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】図１，２を参照するに、アバランシェフォ
トダイオード２０はｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されてお
り、前記基板１上に形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２
と、前記バッファ層２上に形成された低キャリア濃度の
ＩｎＧａＡｓ光吸収層３と、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層１３を介して
形成されたｎ型ＩｎＰ層４とを含み、前記グレーデッド
層１３は前記ＩｎＧａＡｓ層３とＩｎＰ層４との間にお
いてエネルギバンドの不連続を補間する。
トダイオード２０はｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されてお
り、前記基板１上に形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２
と、前記バッファ層２上に形成された低キャリア濃度の
ＩｎＧａＡｓ光吸収層３と、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層１３を介して
形成されたｎ型ＩｎＰ層４とを含み、前記グレーデッド
層１３は前記ＩｎＧａＡｓ層３とＩｎＰ層４との間にお
いてエネルギバンドの不連続を補間する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】前記ＩｎＰ層４上には図示しないＳｉＮな
どの絶縁膜が形成され、これをパターニングして形成し
たリング状の窓を介して選択的にｐ型不純物元素をイオ
ン注入を行うことにより、前記ＩｎＰ層４中にガードリ
ング１４が形成される。さらに、前記ＳｉＮ膜を除去
し、図２に示す別のＳｉＮ膜５−１を形成し、かかるＳ
ｉＮ膜５−１中の窓を介してｐ型不純物元素をイオン注
入することにより、前記ＩｎＰ層４中に前記ガードリン
グ１４に囲まれるように、ｐ型ＩｎＰ領域６が形成され
る。ここでｎ型ＩｎＰ層４においてｐ型ＩｎＰ領域６の
直下には増倍領域４−１が形成されたことになる。
どの絶縁膜が形成され、これをパターニングして形成し
たリング状の窓を介して選択的にｐ型不純物元素をイオ
ン注入を行うことにより、前記ＩｎＰ層４中にガードリ
ング１４が形成される。さらに、前記ＳｉＮ膜を除去
し、図２に示す別のＳｉＮ膜５−１を形成し、かかるＳ
ｉＮ膜５−１中の窓を介してｐ型不純物元素をイオン注
入することにより、前記ＩｎＰ層４中に前記ガードリン
グ１４に囲まれるように、ｐ型ＩｎＰ領域６が形成され
る。ここでｎ型ＩｎＰ層４においてｐ型ＩｎＰ領域６の
直下には増倍領域４−１が形成されたことになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】さらに図１を参照しながらｐ側電極の詳細
を説明すると、前記ＩｎＰ領域６上には例えばＡｕ／Ｚ
ｎアロイ層よりなるｐ側オーミック電極７が形成されて
おり、前記ｐ側オーミック電極７は、前記ＳｉＮ膜５−
１および前記ｐ側電極７とＳｉＮ膜５−１との間に形成
されたＩｎＰ層４のリング状露出部を覆うように形成さ
れた別のＳｉＮ膜５−２により、周辺部が覆われてい
る。
を説明すると、前記ＩｎＰ領域６上には例えばＡｕ／Ｚ
ｎアロイ層よりなるｐ側オーミック電極７が形成されて
おり、前記ｐ側オーミック電極７は、前記ＳｉＮ膜５−
１および前記ｐ側電極７とＳｉＮ膜５−１との間に形成
されたＩｎＰ層４のリング状露出部を覆うように形成さ
れた別のＳｉＮ膜５−２により、周辺部が覆われてい
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】
【数３】
で与えられる時、前記光吸収層の層厚ｄ（ｍ）を、前記
光吸収層に印加される電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子によ
り、または請求項２に記載したように、前記半導体受光
素子は、前記光吸収層を挟んで光入射面と対向する側に
入射光を反射する反射領域を備えることを特徴とする請
求項１記載の半導体受光素子により、または請求項３に
記載したように、前記半導体受光素子は、表面側と裏面
側に設けられた電極によって電界が印加されることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項４に記載したように、前記半導体受光素子は、表
面側に設けられた複数の電極によって電界が印加される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項５に記載したように、前記半導体受光
素子は、表面入射型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により、または請求項６に記載した
ように、前記半導体受光素子は裏面入射型であることを
特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、また
は請求項７に記載したように、前記半導体受光素子は、
増倍領域を備えたアバランシェフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項８に記載したように、前記半導体受光
素子は、ＰＩＮ構造を有するＰＩＮフォトダイオードで
あることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子に
より、または請求項９に記載したように、前記半導体受
光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、
ＩＶ族の一元系材料または多元系材料からなることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項１０に記載したように、バンドギャップがＥｇ
（ｅＶ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有す
る半導体受光素子の駆動方法であって、吸収係数αが下
記の式
光吸収層に印加される電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子によ
り、または請求項２に記載したように、前記半導体受光
素子は、前記光吸収層を挟んで光入射面と対向する側に
入射光を反射する反射領域を備えることを特徴とする請
求項１記載の半導体受光素子により、または請求項３に
記載したように、前記半導体受光素子は、表面側と裏面
側に設けられた電極によって電界が印加されることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項４に記載したように、前記半導体受光素子は、表
面側に設けられた複数の電極によって電界が印加される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項５に記載したように、前記半導体受光
素子は、表面入射型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により、または請求項６に記載した
ように、前記半導体受光素子は裏面入射型であることを
特徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、また
は請求項７に記載したように、前記半導体受光素子は、
増倍領域を備えたアバランシェフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子によ
り、または請求項８に記載したように、前記半導体受光
素子は、ＰＩＮ構造を有するＰＩＮフォトダイオードで
あることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子に
より、または請求項９に記載したように、前記半導体受
光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、
ＩＶ族の一元系材料または多元系材料からなることを特
徴とする請求項１記載の半導体受光素子により、または
請求項１０に記載したように、バンドギャップがＥｇ
（ｅＶ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有す
る半導体受光素子の駆動方法であって、吸収係数αが下
記の式
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】
【数４】
で与えられる時、
前記光吸収層に電界Ｅ（Ｖ／ｍ）を、
１０6≦Ｖ／ｄ≦１０７ （範囲Ｄ）
の範囲に設定して印加することを特徴とする半導体受光
素子の駆動方法により、解決する。
素子の駆動方法により、解決する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】図９は、図４の受光素子４０において、光
吸収層４３に印加される電界Ｅを０．９×１０6Ｖ／ｍ
に設定した場合の、光吸収層４３が示す光吸収係数αの
波長依存性を示す。
吸収層４３に印加される電界Ｅを０．９×１０6Ｖ／ｍ
に設定した場合の、光吸収層４３が示す光吸収係数αの
波長依存性を示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】図１１を参照するに、本実施例においては
前記ｎ型ＩｎＰ層４がガードリング１４の外側において
前記光吸収層４３が露出するようにエッチングされ、メ
サ構造が形成される。
前記ｎ型ＩｎＰ層４がガードリング１４の外側において
前記光吸収層４３が露出するようにエッチングされ、メ
サ構造が形成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】さらに前記ＰＩＮフォトダイオード８０で
は前記ＩｎＰ基板８１の下主面上にリング状の開口部を
有するＳｉＮ膜９２が形成されており、前記リング状開
口部には前記ＩｎＰ基板８１にコンタクトするｎ側オー
ミック電極９３が形成されている。
は前記ＩｎＰ基板８１の下主面上にリング状の開口部を
有するＳｉＮ膜９２が形成されており、前記リング状開
口部には前記ＩｎＰ基板８１にコンタクトするｎ側オー
ミック電極９３が形成されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】
１，６１，８１ ｎ型ＩｎＰ基板
２，８２ ｎ型ＩｎＰバッファ層
３，４３，６２，８３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
４，６３，８４ ｎ型ＩｎＰ層４−１ 増倍領域
５ 誘電体膜
５−１．５−２，６６Ａ，６６Ｂ，８７，８９，９２
ＳｉＮ膜 ５−２Ａ，６６，８８ ＳｉＮパターン ６，６４，８５ ｐ型ＩｎＰ領域 ７，７Ａ，６７，９０ ｐ側オーミック電極 8，１８，７０，９３ ｎ側オーミック電極 ９，９Ａ，６８，９１，９４ バリアメタル層 １０，１０Ａ、１０Ｂ，６９，９５ Ａｕピラー １１，１１Ａ，１１Ｂ，９６ 半田バンプ １２，７１ 反射防止膜 １３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層 １４ ガードリング ２０，３０，４０，５０ アバランシェフォトダイオー
ド ６０，８０ フォトダイオード ６５，８６ ｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
ＳｉＮ膜 ５−２Ａ，６６，８８ ＳｉＮパターン ６，６４，８５ ｐ型ＩｎＰ領域 ７，７Ａ，６７，９０ ｐ側オーミック電極 8，１８，７０，９３ ｎ側オーミック電極 ９，９Ａ，６８，９１，９４ バリアメタル層 １０，１０Ａ、１０Ｂ，６９，９５ Ａｕピラー １１，１１Ａ，１１Ｂ，９６ 半田バンプ １２，７１ 反射防止膜 １３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰグレーデッド層 １４ ガードリング ２０，３０，４０，５０ アバランシェフォトダイオー
ド ６０，８０ フォトダイオード ６５，８６ ｐ型ＩｎＧａＡｓ領域
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F049 MA04 MA08 MB02 MB07 NA10
NB01 QA20
Claims (10)
- 【請求項１】 バンドギャップがＥｇ（ｅＶ）で吸収端
波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半導体受光素子
において、 吸収係数αが下記の式 【数１】 で与えられる時、前記光吸収層の層厚ｄ（ｍ）を、前記
光吸収層に印加される電圧Ｖ（Ｖ）に対して、 １０6≦Ｖ／ｄ≦１０7 （範囲Ｄ） の範囲に設定したことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 前記半導体受光素子は、前記光吸収層を
挟んで光入射面と対向する側に入射光を反射する反射領
域を備え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】 前記半導体受光素子は、表面側と裏面側
に設けられた電極によって電界が印加されることを特徴
とする請求項１記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】 前記半導体受光素子は、表面側に設けら
れた複数の電極によって電界が印加されることを特徴と
する請求項１記載の半導体受光素子。 - 【請求項５】 前記半導体受光素子は、表面入射型であ
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６】 前記半導体受光素子は裏面入射型である
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７】 前記半導体受光素子は、増倍層を備えた
アバランシェフォトダイオード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８】 前記半導体受光素子は、ＰＩＮ構造を有
するＰＩＮフォトダイオード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９】 前記半導体受光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化
合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族の一元系材料または
多元系材料からな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１０】 厚さがｄ、バンドギャップがＥｇ（ｅ
Ｖ）で吸収端波長がλｅ（μｍ）の光吸収層を有する半
導体受光素子の駆動方法であって、 吸収係数αが下記の式 【数２】 で与えられる時、 前記光吸収層に、電界Ｅ（Ｖ／ｍ）を、 １０6≦Ｅ≦１０7 （範囲Ｄ） の範囲に設定して印加することを特徴とする半導体受光
素子の駆動方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360040A JP4157698B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 半導体受光素子およびその駆動方法 |
| EP02257832A EP1315217B1 (en) | 2001-11-26 | 2002-11-13 | Photodetector and method to operate it |
| DE60218606T DE60218606T2 (de) | 2001-11-26 | 2002-11-13 | Photodetektor und sein Betriebsverfahren |
| TW091133294A TW580774B (en) | 2001-11-26 | 2002-11-13 | Photodetector having improved photoresponsitivity over a broad wavelength region |
| US10/294,898 US6831265B2 (en) | 2001-11-26 | 2002-11-15 | Photodetector having improved photoresponsitivity over a broad wavelength region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360040A JP4157698B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 半導体受光素子およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163364A true JP2003163364A (ja) | 2003-06-06 |
| JP4157698B2 JP4157698B2 (ja) | 2008-10-01 |
Family
ID=19170933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001360040A Expired - Lifetime JP4157698B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 半導体受光素子およびその駆動方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6831265B2 (ja) |
| EP (1) | EP1315217B1 (ja) |
| JP (1) | JP4157698B2 (ja) |
| DE (1) | DE60218606T2 (ja) |
| TW (1) | TW580774B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007088496A (ja) * | 2000-12-19 | 2007-04-05 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光装置 |
| JP2013541860A (ja) * | 2010-11-22 | 2013-11-14 | インテル・コーポレーション | モノリシック三端子フォトディテクタ |
| US8940573B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-01-27 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Method of manufacturing semiconductor light-receiving element |
| CN104576806A (zh) * | 2014-08-12 | 2015-04-29 | 深圳市芯思杰联邦国际科技发展有限公司 | 侧入光式pin光电探测器芯片及其制作方法 |
| JP2015153899A (ja) * | 2014-02-14 | 2015-08-24 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子の制御方法 |
| JP2017059601A (ja) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 日本電信電話株式会社 | ゲルマニウム受光器 |
| JP2019216242A (ja) * | 2017-11-17 | 2019-12-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050161695A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-07-28 | Sae Magnetics (H.K.) Ltd. | Systems and methods having a metal-semiconductor-metal (MSM) photodetector with buried oxide layer |
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