JPH0786630A - Single wavelength photo-detector - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To receive light having a single wavelength in low noises, and to provide a single wavelength photo-detector at low cost. CONSTITUTION:In a photo-detector manufactured by forming an epitaxial wafer by laminating an epitaxial layer having a double hetero structure on a compound semiconductor substrate and growing a filter layer 14 absorbing light having high energy on the epitaxial layer and by forming electrodes 15, 16 on the surface of the epitaxial wafer, the thickness of the filter layer 14 reaches (ln500)/alpha or more when an absorption coefficient to the absorption-edge wavelength light of the filter layer 14 is represented by alphacm<-1>.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子に関し、特に
単一波長の光を受光する単一波長受光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element, and more particularly to a single wavelength light receiving element that receives light of a single wavelength.

【０００２】[0002]

【従来の技術】受光素子と発光ダイオード（ＬＥＤ）、
レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子とを組み合わせ
たデバイスは、光通信を始めとして広範囲な分野で利用
されている。受光素子には半導体のｐｎ接合又はｐｉｎ
構造からなる固体受光素子が最も多く用いられている。
受光素子特性においては応答速度、放射感度、感度波長
範囲が重要である。特に感度波長範囲に関しては用途に
応じ、受光感度が波長域に依存せず広い波長範囲で一定
であることが望まれる場合と、ごく狭い波長域で感度を
有することが望まれる場合とがある。2. Description of the Related Art A light receiving element and a light emitting diode (LED),
A device combined with a light emitting element such as a laser diode (LD) is used in a wide range of fields including optical communication. The light receiving element has a semiconductor pn junction or pin.
The solid-state light receiving element having a structure is most often used.
The response speed, radiation sensitivity, and sensitivity wavelength range are important in the characteristics of the light receiving element. In particular, regarding the sensitivity wavelength range, depending on the application, there are cases where it is desired that the light receiving sensitivity is constant over a wide wavelength range without depending on the wavelength range, and cases where it is desired to have sensitivity within a very narrow wavelength range.

【０００３】広い波長域に感度を有する受光素子には、
例えばＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ系発光素子に対してはＳ
ｉ系受光素子があり、ＩｎＰやその混晶系発光素子に対
してはＩｎＰ及びその混晶系が材料に用いられ、受光面
に対するｐｎ接合の位置を調整することにより広い感度
波長域を得ている。For a light receiving element having sensitivity in a wide wavelength range,
For example, for GaAs and AlGaAs light emitting devices, S
There is an i-type light receiving element, and for InP and its mixed crystal type light emitting element, InP and its mixed crystal type are used as materials, and a wide sensitivity wavelength range can be obtained by adjusting the position of the pn junction with respect to the light receiving surface. There is.

【０００４】一方、ごく狭い波長域に感度を有する受光
素子には、化合物半導体のダブルへテロ構造あるいはシ
ングルヘテロ構造の表面に５μｍ程度のフィルタ層をエ
ピタキシャル成長させ、単一波長受光を可能とした構造
が提案されている。On the other hand, in a light receiving element having a sensitivity in a very narrow wavelength region, a filter layer of about 5 μm is epitaxially grown on the surface of a compound semiconductor double hetero structure or a single hetero structure to enable single wavelength light reception. Is proposed.

【０００５】図１１は従来の単一波長受光素子の断面図
である。同図に示す受光素子は、キャリア濃度が１×１
０¹⁹ｃｍ^-3で、厚さが３００μｍのｐ型ＧａＡｓ基板１
の一方の表面（図では上側の表面）に、ＡｌＡｓ混晶比
が０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層２、ＡｌＡｓ混晶
比が０．０３、キャリア濃度が５×１０¹⁴ｃｍ^-3、厚さ
が２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３、ＡｌＡｓ混晶比
が０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層４、ＡｌＡｓ混晶
比が０．１、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが
５μｍのフィルタ層５をこの順番で成長させたエピタキ
シャルウェーハの表面にカソード電極６を形成し、ｐ型
ＧａＡｓ基板１の他方の表面（図では下側の表面）にア
ノード電極７を形成したものである。FIG. 11 is a sectional view of a conventional single wavelength light receiving element. The light receiving element shown in the figure has a carrier concentration of 1 × 1.
P-type GaAs substrate 1 having a thickness of 0 ¹⁹ cm ^-3 and a thickness of 300 μm 1
On one surface (upper surface in the figure), a p-type AlGaAs barrier layer 2 having an AlAs mixed crystal ratio of 0.3, a carrier concentration of 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ and a thickness of 0.2 μm, and an AlAs mixed crystal. Ratio is 0.03, carrier concentration is 5 × 10 ¹⁴ cm ⁻³ , p-type AlGaAs active layer 3 having a thickness of 2 μm, AlAs mixed crystal ratio is 0.3, carrier concentration is 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , thickness -Type AlGaAs barrier layer 4 having a thickness of 0.2 μm, an AlAs mixed crystal ratio of 0.1, a carrier concentration of 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , and an epitaxial wafer in which a filter layer 5 having a thickness of 5 μm is grown in this order. The cathode electrode 6 is formed on the surface of, and the anode electrode 7 is formed on the other surface (lower surface in the figure) of the p-type GaAs substrate 1.

【０００６】このような受光素子のエピタキシャルウェ
ーハ側から光を入射させると、カソード電極６及びアノ
ード電極７から電流が取り出される。When light is incident from the epitaxial wafer side of such a light receiving element, a current is taken out from the cathode electrode 6 and the anode electrode 7.

【０００７】ところで、光通信はその使用分野がますま
す広がりつつあり、その情報伝送量が増えている。これ
に対処するためには回線の数を増やす方法や伝送速度を
上げる方法がある。By the way, the field of use of optical communication is expanding more and more, and the amount of information transmission thereof is increasing. In order to deal with this, there are a method of increasing the number of lines and a method of increasing the transmission speed.

【０００８】しかし、回線数を増やすには多額の投資を
必要とし、また伝送速度を上げることは非常に難しい。However, a large amount of investment is required to increase the number of lines, and it is very difficult to increase the transmission speed.

【０００９】そこで、回線数を増やさず、かつ伝送速度
を上げないで容易に情報伝送量を増やす方法として、複
数の波長を用いて通信する波長分割多重方式が提案さ
れ、一部では実用化されている。波長分割多重方式で
は、光源にＬＥＤやＬＤのような単色光を発光する素子
が用いられる。発光波長の異なる発光素子を複数個用意
して個々の情報を複数の波長に振り分け、これを光ファ
イバに入れて分割多重伝送している。Therefore, as a method for easily increasing the amount of information transmission without increasing the number of lines and without increasing the transmission speed, a wavelength division multiplexing system for communicating using a plurality of wavelengths has been proposed, and partly put to practical use. ing. In the wavelength division multiplexing method, an element such as an LED or LD that emits monochromatic light is used as a light source. A plurality of light emitting elements having different light emission wavelengths are prepared, individual information is distributed to a plurality of wavelengths, and this is put in an optical fiber for division multiplexing transmission.

【００１０】ここで、光ファイバから出た光は、受光素
子で受光されるが、前述のように一般的な受光素子は広
い波長域で感度を有するため、光ファイバから出た光を
そのまま受光しても個々の情報として取出すことはでき
ない。このため従来は、光ファイバから出た光を高価な
回折格子等の分光器またはフィルタを通して各受光素子
に導き個々の情報を取出すようにしている。さらに、受
光側での回折格子やフィルタを不要とし、波長分割多重
方式の伝送系を安価に実現する目的で、前述した単一波
長受光素子を用いた方式が提案されている。Here, the light emitted from the optical fiber is received by the light receiving element, but since the general light receiving element has sensitivity in a wide wavelength range as described above, the light emitted from the optical fiber is directly received. However, it cannot be retrieved as individual information. Therefore, conventionally, the light emitted from the optical fiber is guided to each light receiving element through a spectroscope or a filter such as an expensive diffraction grating or the like, and individual information is taken out. Further, a method using the above-mentioned single wavelength light receiving element has been proposed for the purpose of realizing a wavelength division multiplexing transmission system at low cost by eliminating the need for a diffraction grating or a filter on the light receiving side.

【００１１】しかし、最近では、波長分割多重方式に対
するさらなる多波長化や高信頼化の要求が高まり、受光
素子で発生する雑音のレベルを従来の−１０ｄＢから−
２０ｄＢに低減させる必要が生じている。この要求に対
応すべく、より高精度な回折格子やフィルタを用いたシ
ステムが検討されると共に、単一波長受光素子では所望
波長域以外の波長光に対する感度の低減が検討されてい
る。However, recently, there has been an increasing demand for a wavelength division multiplexing system to have more wavelengths and higher reliability, so that the level of noise generated in the light receiving element is reduced from the conventional level of -10 dB to-.
There is a need to reduce it to 20 dB. In order to meet this demand, systems using higher-precision diffraction gratings and filters are being studied, and reduction in sensitivity to light of wavelengths other than the desired wavelength region is being studied in single-wavelength light receiving elements.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高精度
な分光器やフィルタを用いる方式は、光学系部品が多く
なり、光の損失も大きく、高価になるなどの問題があ
り、波長分割多重伝送を安価かつ容易に実現することが
できなかった。また、従来提案されている単一波長受光
素子の構造では、雑音のレベルを−２０ｄＢに抑えるこ
とは困難であり、これが大容量で高信頼性の波長分割多
重方式への適用を阻害していた。特に、単一波長受光素
子の雑音レベルを低減させるためには、フィルタ層の厚
さの設計が重要であり、−２０ｄＢ以下に雑音を抑える
ための明確な設計基準がなかった。However, the method using a high-precision spectroscope and a filter has a problem that the number of optical system components is large, the loss of light is large, and the cost is high. It was not possible to realize it cheaply and easily. In addition, it is difficult to suppress the noise level to -20 dB in the structure of the single wavelength light receiving element that has been conventionally proposed, and this hinders the application to the large-capacity and highly reliable wavelength division multiplexing system. . Particularly, in order to reduce the noise level of the single-wavelength light receiving element, the design of the thickness of the filter layer is important, and there is no clear design standard for suppressing the noise to -20 dB or less.

【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、単一波長の光を低雑音で受光することができ、しか
も安価な単一波長受光素子を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to solve the above problems and provide a low cost single wavelength light receiving element capable of receiving light of a single wavelength with low noise.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造を
有するエピタキシャル層を積層し、エピタキシャル層の
上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成長させ
ることによりエピタキシャルウェーハを形成し、エピタ
キシャルウェーハの表面に電極を形成することにより作
製される受光素子において、フィルタ層の厚さが、フィ
ルタ層の吸収端波長光に対する吸収係数をαｃｍ^-1とし
たときに（ｌｎ５００）／α以上であるものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a filter layer for laminating an epitaxial layer having a double hetero structure on a compound semiconductor substrate and absorbing high energy light on the epitaxial layer. In the light-receiving element manufactured by forming an epitaxial wafer by growing the film and forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, the thickness of the filter layer is such that the absorption coefficient of the filter layer at the absorption edge wavelength is α cm ^−1. Is (ln500) / α or more.

【００１５】また、本発明は、化合物半導体基板上にシ
ングルヘテロ構造を有するエピタキシャル層を積層し、
エピタキシャル層の上に高エネルギーの光を吸収するフ
ィルタ層を成長させることによりエピタキシャルウェー
ハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面に電極を形
成することにより作製される受光素子において、フィル
タ層の厚さが、フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収
係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上で
あるものである。In the present invention, an epitaxial layer having a single hetero structure is laminated on a compound semiconductor substrate,
An epitaxial wafer is formed by growing a filter layer that absorbs high-energy light on the epitaxial layer, and in a light-receiving element manufactured by forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, the thickness of the filter layer is It is (ln500) / α or more when the absorption coefficient for the absorption edge wavelength light of the filter layer is αcm ⁻¹ .

【００１６】本発明は、第一の導電型のＧａＡｓ基板上
に、基板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ第一障壁層、ｉ型
ＧａＡｓ又はｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型
のＡｌＧａＡｓ第二障壁層を成長させてダブルヘテロ構
造とし、ダブルヘテロ構造の上に第二の導電型の第二Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の導
電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキシ
ャルウェーハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面
に電極を形成することにより作製される受光素子におい
て、第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の厚さが、
ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光に対する吸収波
長係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上
であるものである。According to the present invention, an AlGaAs first barrier layer of the same conductivity type as the substrate, an i-type GaAs or i-type AlGaAs active layer, and a second conductivity type AlGaAs second barrier are provided on a GaAs substrate of the first conductivity type. A layer is grown to a double heterostructure, and a second conductivity type second A is formed on the double heterostructure.
In a light-receiving element manufactured by growing an AlGaAs filter layer of a second conductivity type having a lower AlAs mixed crystal ratio than the lGaAs barrier layer to form an epitaxial wafer and forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, The thickness of the conductivity type AlGaAs filter layer of
It is (ln500) / α or more when the absorption wavelength coefficient for the absorption edge wavelength light of the AlGaAs filter layer is αcm ⁻¹ .

【００１７】さらに本発明は、第一の導電型のＧａＡｓ
基板上に、基板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ活性層及び
第二の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させてシング
ルヘテロ構造とし、シングルヘテロ構造の上に第二の導
電型のＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い
第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエ
ピタキシャルウェーハを形成し、エピタキシャルウェー
ハの表面に電極を形成することにより作製される受光素
子において、第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光におけ
る吸収係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α
以上であるものである。The present invention further relates to GaAs of the first conductivity type.
An AlGaAs active layer of the same conductivity type as that of the substrate and an AlGaAs barrier layer of the second conductivity type are grown on the substrate to form a single hetero structure, and AlAs is formed on the single hetero structure more than the AlGaAs barrier layer of the second conductivity type. A light-receiving element manufactured by growing a second conductivity type AlGaAs filter layer having a low mixed crystal ratio to form an epitaxial wafer and forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer. The layer thickness is (ln500) / α when the absorption coefficient of the AlGaAs filter layer at the absorption edge wavelength light is αcm ^−1.
That is all.

【００１８】本発明は上記構成に加えてさらに、ｐｎ接
合がメサ分離され、かつ、該メサ分離で形成されたメサ
分離溝の側壁が遮光性の膜で覆われているものである。In addition to the above structure, the present invention is such that the pn junction is mesa-isolated and the side wall of the mesa isolation groove formed by the mesa isolation is covered with a light-shielding film.

【００１９】本発明は、化合物半導体のｐｎ接合あるい
はｐｉｎ接合と、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合よりも光
の入射面側に配置されたフィルタ層と、フィルタ層で光
励起されたキャリアがｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合に拡
散するのを防止する障壁層とを有する受光素子におい
て、フィルタ層を、高エネルギーの光を吸収する化合物
半導体基板で形成し、その基板上にｐｎ接合あるいはｐ
ｉｎ接合のエピタキシャル層を成長させて受光素子を形
成したものである。According to the present invention, a pn junction or pin junction of a compound semiconductor, a filter layer arranged on the light incident surface side of the pn junction or pin junction, and carriers photoexcited in the filter layer are pn junction or pin junction. In a light-receiving element having a barrier layer for preventing diffusion to the inside, a filter layer is formed of a compound semiconductor substrate that absorbs high-energy light, and a pn junction or p is formed on the substrate.
A light-receiving element is formed by growing an in-junction epitaxial layer.

【００２０】本発明は、フィルタ層となるｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも大きなｎ型
ＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも小さ
なｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャル
ウェーハを形成し、エピタキシャルウェーハの表面に電
極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取
り入れるようにしたものである。The present invention uses n-type AlGa as a filter layer.
An n-type AlGaAs barrier layer having a larger AlAs mixed crystal ratio than the substrate and a p-type AlGaAs active layer having a smaller AlAs mixed crystal ratio than the substrate are stacked on an As substrate to form an epitaxial wafer, and electrodes are formed on the surface of the epitaxial wafer. Is formed and light is taken in from the n-type AlGaAs substrate side.

【００２１】本発明は、フィルタ層となる第一の導電型
のＡｌＧａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも
大きな第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混
晶比がＡｌＧａＡｓ基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ
活性層を積層させてエピタキシャルウェーハを形成し、
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるようにした
ものである。According to the present invention, a first conductivity type AlGaAs barrier layer having a higher AlAs mixed crystal ratio than the substrate and an AlAs mixed crystal ratio higher than that of the AlGaAs substrate are formed on the first conductivity type AlGaAs substrate serving as a filter layer. Small p-type AlGaAs
By stacking active layers to form an epitaxial wafer,
Forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, and
The light is taken in from the n-type AlGaAs substrate side.

【００２２】本発明は、フィルタ層となる第一の導電型
のＡｌＧａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が基板よりも
大きな第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混
晶比が基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、Ａｌ
Ａｓ混晶比がｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層よりも大きな第二
の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が０．
００５〜０．１で、第二の導電型のＡｌＧａＡｓ層を積
層させてエピタキシャルウェーハを形成し、エピタキシ
ャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ基板側から光を取り入れるようにしたものであ
る。According to the present invention, the first conductivity type AlGaAs barrier layer having a larger AlAs mixed crystal ratio than the substrate and the AlAs mixed crystal ratio smaller than the substrate are formed on the first conductivity type AlGaAs substrate to be the filter layer. p-type AlGaAs active layer, Al
A second conductivity type AlGaAs barrier layer having a larger As mixed crystal ratio than the p-type AlGaAs active layer, and an AlAs mixed crystal ratio of 0.
005 to 0.1, a second conductivity type AlGaAs layer is laminated to form an epitaxial wafer, electrodes are formed on the surface of the epitaxial wafer, and n-type AlG
The light is taken in from the aAs substrate side.

【００２３】[0023]

【作用】ダブルヘテロ構造やシングルヘテロ構造を有す
る受光素子は、その活性層のバンドギャップエネルギー
以上の光を受光することができる。そして、光の入射す
る表面側に、バンドギャップエネルギーが障壁層よりも
小さなフィルタ層を設けると、フィルタ層は高エネルギ
ーの光を吸収するためのカットフィルタとなる。従っ
て、フィルタ層及び活性層のバンドギャップエネルギー
の差による範囲の波長光を受光することができる。しか
し、フィルタ層での高エネルギー光の遮光が不十分であ
ると、この光は活性層に到達し所望の波長域以外に感度
が生じる。すなわち、雑音が発生するわけである。この
ような雑音の発生を抑えるためには、フィルタ層の吸収
端波長光に対する吸収係数を把握し、その波長光がフィ
ルタ層で吸収されるのに必要な厚さを確保することが必
要である。A light-receiving element having a double hetero structure or a single hetero structure can receive light having a bandgap energy higher than that of its active layer. Then, when a filter layer having a bandgap energy smaller than that of the barrier layer is provided on the surface side on which light is incident, the filter layer becomes a cut filter for absorbing high energy light. Therefore, it is possible to receive light in a wavelength range depending on the difference in bandgap energy between the filter layer and the active layer. However, if the high-energy light is not sufficiently shielded by the filter layer, this light reaches the active layer, and sensitivity is generated outside the desired wavelength range. That is, noise is generated. In order to suppress the generation of such noise, it is necessary to grasp the absorption coefficient for the absorption edge wavelength light of the filter layer and to secure the thickness necessary for the wavelength light to be absorbed by the filter layer. .

【００２４】一般に、物質に入射した直後の光の強度を
Ｉ₀ 、その物質の入射光に対する吸収係数をαとすれ
ば、物質中を距離ｄだけ進行した光の強度Ｉは数１で表
される。In general, when the intensity of light immediately after entering a substance is I ₀ and the absorption coefficient of the substance for incident light is α, the intensity I of light that has traveled a distance d in the substance is expressed by Equation 1. It

【００２５】[0025]

【数１】Ｉ＝Ｉ₀ ｅｘｐ（−αｄ） 数１からＩとＩ₀ との比は数２で表される。[Number 1] ratio of I = I ₀ exp (-αd) a few 1 I and I ₀ is represented by the number 2.

【００２６】[0026]

【数２】Ｉ／Ｉ₀ ＝ｅｘｐ（−αｄ） 今、Ｉ₀ をフィルタ層に入射した直後のフィルタ層の吸
収端波長光の強度（単位：Ｗ）に、吸収係数αをその波
長光に対するフィルタ層の吸収係数（単位：ｃｍ^-1）に
距離ｄをフィルタ層の厚さにそれぞれ置き換えると数２
は数３で表される。[Number 2] _{I / I 0 = exp (-αd} ) Now, I ₀ the intensity of the absorption edge wavelength of the filter layer immediately after entering the filter layer (unit: W), the relative absorption coefficient α that wavelength light If the distance d is replaced by the thickness of the filter layer in the absorption coefficient (unit: cm ⁻¹ ) of the filter layer, the result is 2
Is expressed by Equation 3.

【００２７】[0027]

【数３】Ｉ／Ｉ₀ ＝Ｃｅｘｐ（−αｄ） 数３におけるＣは、実際に形成されるフィルタ層の膜厚
のばらつきや、層内における構成元素組成のばらつきを
考慮した係数であり、実験的に定められるべきものであ
る。ＧａＡｓ及びその混晶系やＩｎＰ及びその混晶系を
材料とした場合には、Ｃの値は約５とするのが適当であ
る。C in Equation 3] _{I / I 0 = Cexp (-αd} ) Number 3 actually and thickness variations of the filter layer to be formed, a coefficient considering the variation of the constituent elements composition in the layer, experimental It should be determined in a specific way. When GaAs and its mixed crystal system or InP and its mixed crystal system are used as materials, it is appropriate that the value of C is about 5.

【００２８】さらに、単一波長受光素子の雑音Ｎ（単
位：ｄＢ）を数４で定義する。Further, the noise N (unit: dB) of the single-wavelength light receiving element is defined by Equation 4.

【００２９】[0029]

【数４】Ｎ＝１０ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｐ） ここに、Ｒａはフィルタ層の吸収端波長（λｆ）光に対
する単一波長受光素子の感度（単位：Ａ／Ｗ）、Ｒｐは
単一波長受光素子のピーク感度である。前述したように
ピーク感度波長λｐは、フィルタ層の吸収端波長λｆと
活性層の吸収端波長λａの間に存在する。数４から単一
波長受光素子の雑音を−２０ｄＢ以下に抑える条件とし
て数５が導かれる。## EQU00004 ## N = 10 log (Ra / Rp) where Ra is the sensitivity (unit: A / W) of the single-wavelength light receiving element to the absorption edge wavelength (.lambda.f) light of the filter layer, and Rp is the single-wavelength light receiving element. Is the peak sensitivity of. As described above, the peak sensitivity wavelength λp exists between the absorption edge wavelength λf of the filter layer and the absorption edge wavelength λa of the active layer. From Equation 4, Equation 5 is derived as a condition for suppressing the noise of the single-wavelength light receiving element to −20 dB or less.

【００３０】[0030]

【数５】Ｒａ／Ｒｐ≦１／１００ フィルタ層が無い受光素子では、波長λｆとλｐとの間
での感度は略一定とみなせる。従って、単一波長受光素
子に波長λｆとλｐの光が同一強度で入射した場合に、
フィルタ層を透過した波長λｆの光強度が入射直後の値
に比べて１／１００となればよい。すなわち、数３と数
５とから数６が導かれる。## EQU00005 ## Ra / Rp.ltoreq.1 / 100 In a light receiving element without a filter layer, the sensitivity between wavelengths .lamda.f and .lamda.p can be regarded as substantially constant. Therefore, when light of wavelengths λf and λp enter the single-wavelength light receiving element with the same intensity,
The light intensity of the wavelength λf transmitted through the filter layer may be 1/100 of the value immediately after the incidence. That is, Equation 6 is derived from Equation 3 and Equation 5.

【００３１】[0031]

【数６】Ｉ／Ｉ₀ ＝Ｃｅｘｐ（−αｄ）≦１／１００ この数６をｄについて解き、Ｃ＝５を代入すると数７と
なる。## EQU6 ## I / I ₀ = Cexp (−αd) ≦ 1/100 Solving this equation 6 for d and substituting C = 5 gives equation 7.

【００３２】[0032]

【数７】ｄ≧（ｌｎ５００）／α フィルタ層の厚さが数７の条件を満たすときに単一波長
受光素子の雑音は−２０ｄＢ以下となる。## EQU7 ## When the thickness of the filter layer satisfies the condition of d.gtoreq. (Ln500) /. Alpha., The noise of the single wavelength light receiving element becomes -20 dB or less.

【００３３】λｆよりも波長の短い光に対しては、フィ
ルタ層の吸収係数がαよりも大きくなるため、この層の
厚さが数７を満たす限りλｆよりも波長の短い光が活性
層に到達することはない。波長がλｆよりも長くなる
と、フィルタ層での吸収係数は急激に減少し、活性層に
光が到達し感度が生じる。波長がさらに長くなりλａを
超えると、活性層の光吸収係数が急激に減少し、感度が
無くなる。For light having a wavelength shorter than λf, the absorption coefficient of the filter layer becomes larger than α, so that light having a wavelength shorter than λf is transmitted to the active layer as long as the thickness of this layer satisfies Equation 7. Never reach. When the wavelength becomes longer than λf, the absorption coefficient in the filter layer sharply decreases, light reaches the active layer, and sensitivity is generated. When the wavelength becomes longer and exceeds λa, the light absorption coefficient of the active layer sharply decreases and the sensitivity is lost.

【００３４】[0034]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【００３５】図１（ａ）は本発明の単一波長受光素子の
一実施例の断面図である。FIG. 1A is a sectional view of an embodiment of the single wavelength light receiving element of the present invention.

【００３６】図１（ａ）に示すように受光素子はｐｉｎ
型受光素子構造を有しており、ｐ型ＧａＡｓ基板１０の
一方の表面（図では上側）に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障
壁層１１、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層１２、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第二障壁層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４
をこの順番でエピタキシャル成長させてダブルへテロ構
造を有するエピタキシャルウェーハが形成され、このエ
ピタキシャルウェーハの表面にカソード電極１５が形成
され、ｐ型ＧａＡｓ基板の他方の表面（図では下側）に
アノード電極１６が略一様に形成されている。As shown in FIG. 1A, the light receiving element is a pin.
And a p-type GaAs substrate 10 having one surface (upper side in the drawing), a p-type AlGaAs first barrier layer 11, an i-type AlGaAs active layer 12, and an n-type AlGa.
As second barrier layer 13, n-type AlGaAs filter layer 14
Are epitaxially grown in this order to form an epitaxial wafer having a double hetero structure, a cathode electrode 15 is formed on the surface of this epitaxial wafer, and an anode electrode 16 is formed on the other surface (lower side in the figure) of the p-type GaAs substrate. Are formed substantially uniformly.

【００３７】カソード電極１５は、中央に約４００μｍ
×４００μｍの大きさの穴が形成された略枠状の電極で
ある。フィルタ層１４の表面にはシリコンナイトライド
反射防止膜１７が形成されている。The cathode electrode 15 has a center of about 400 μm.
It is a substantially frame-shaped electrode in which a hole having a size of 400 μm is formed. A silicon nitride antireflection film 17 is formed on the surface of the filter layer 14.

【００３８】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した各結晶
層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であり、縦軸は深
さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶比を示してい
る。図２は図１（ａ）に示した受光素子のバンド構造図
である。FIG. 1B is a diagram showing the relationship between each crystal layer shown in FIG. 1A and the AlAs mixed crystal ratio, where the vertical axis represents the length in the depth direction and the horizontal axis. The AlAs mixed crystal ratio is shown. FIG. 2 is a band structure diagram of the light receiving element shown in FIG.

【００３９】ＡｌＡｓ混晶比は、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィ
ルタ層１４が約０．０９であり、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二
障壁層１３が約０．３であり、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層
１２が約０．０２であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障壁層
１１が約０．３である。The AlAs mixed crystal ratio is about 0.09 for the n-type AlGaAs filter layer 14, about 0.3 for the n-type AlGaAs second barrier layer 13, and about 0.02 for the i-type AlGaAs active layer 12. And the p-type AlGaAs first barrier layer 11 has a thickness of about 0.3.

【００４０】このような混晶比を有する受光素子に光Ｌ
が入射すると、入射した光Ｌがフィルタ層１４のバンド
ギャップエネルギーよりも大きなエネルギーを有してい
るときは、フィルタ層１４で吸収されて電子と正孔とに
なる。しかし図２に示すように正孔は、第二障壁層１３
のヘテロ障壁１８により第二障壁層１３側へ拡散できず
フィルタ層１４内で電子と再結合する。Light L is applied to the light receiving element having such a mixed crystal ratio.
When the incident light L has an energy larger than the bandgap energy of the filter layer 14, the incident light L is absorbed by the filter layer 14 and becomes an electron and a hole. However, as shown in FIG.
Cannot be diffused to the second barrier layer 13 side by the hetero barrier 18 and is recombined with electrons in the filter layer 14.

【００４１】これに対して受光素子に入射した光Ｌがフ
ィルタ層１４のバンドギャップエネルギーよりも小さな
エネルギーを有しているときは、フィルタ層１４を透過
し、さらに第二障壁層１３も透過して活性層１２へ到達
する。活性層１２へ到達した光の中で、活性層１２のバ
ンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーの光は、
活性層１２内で吸収され電子−正孔対を発生させる。活
性層１２のバンドギャップエネルギーより低いエネルギ
ーの光は、活性層１２を透過しさらに第一障壁層１１も
透過して、ｐ型ＧａＡｓ基板１０へ到達する。基板１０
に到達した光の中で、基板１０のバンドギャップエネル
ギーよりも高いエネルギーの光は、基板１０内で吸収さ
れ電子−正孔対を発生させる。On the other hand, when the light L incident on the light receiving element has energy smaller than the band gap energy of the filter layer 14, the light passes through the filter layer 14 and further through the second barrier layer 13. Reach the active layer 12. Of the light reaching the active layer 12, the light having an energy higher than the band gap energy of the active layer 12 is
It is absorbed in the active layer 12 to generate electron-hole pairs. Light having an energy lower than the bandgap energy of the active layer 12 passes through the active layer 12 and further passes through the first barrier layer 11 and reaches the p-type GaAs substrate 10. Board 10
Of the light that has reached, the light having an energy higher than the band gap energy of the substrate 10 is absorbed in the substrate 10 to generate an electron-hole pair.

【００４２】しかし電子は第一障壁層１１と基板１０と
の間のヘテロ障壁１９により活性層１２方向へ拡散でき
ないため、基板１０内で正孔と再結合する。従って活性
層１２内で励起されたキャリアのみがカソード電極１５
及びアノード電極１６から電流として取り出される。However, since the electrons cannot diffuse toward the active layer 12 due to the hetero barrier 19 between the first barrier layer 11 and the substrate 10, they recombine with holes in the substrate 10. Therefore, only the carriers excited in the active layer 12 are
And, it is taken out as a current from the anode electrode 16.

【００４３】すなわち、活性層１２で吸収される光のエ
ネルギーは、活性層１２のバンドギャップエネルギーよ
りも高く、フィルタ層１４のバンドギャップエネルギー
よりも低い範囲となる。That is, the energy of light absorbed by the active layer 12 is higher than the bandgap energy of the active layer 12 and lower than the bandgap energy of the filter layer 14.

【００４４】従ってフィルタ層１４及び活性層１２のバ
ンドギャップエネルギーを制御することにより受光波長
範囲を制御すること、すなわち単一波長受光が可能とな
る。Therefore, by controlling the bandgap energies of the filter layer 14 and the active layer 12, it becomes possible to control the light receiving wavelength range, that is, single wavelength light reception becomes possible.

【００４５】次に、上述した受光素子の製造方法につい
て述べる。Next, a method of manufacturing the above-mentioned light receiving element will be described.

【００４６】受光素子を構成するエピタキシャル層は、
図示しないスライドボートを用いた液晶エピタキシャル
（ＬＰＥ）法により成長させる。４層成長用のスライド
ボートにＧａＡｓ基板と原料とをセットする。第一層用
原料として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶及びド
ーパントである亜鉛Ｚｎをセットし、第二層用原料とし
て金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶をセットする。
第三層用原料として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結
晶及びドーパントであるＴｅをセットし、第四層用原料
として金属Ｇａ、金属Ａｌ、ＧａＡｓ多結晶及びドーパ
ントであるＴｅをセットする。The epitaxial layer forming the light receiving element is
It is grown by a liquid crystal epitaxial (LPE) method using a slide boat (not shown). A GaAs substrate and a raw material are set on a slide boat for growing four layers. Metal Ga, metal Al, GaAs polycrystal and zinc Zn, which is a dopant, are set as the first layer raw material, and metal Ga, metal Al, GaAs polycrystal are set as the second layer raw material.
Metal Ga, metal Al, GaAs polycrystal and Te as a dopant are set as the third layer raw material, and metal Ga, metal Al, GaAs polycrystal and Te as a dopant are set as the fourth layer raw material.

【００４７】スライドボートを石英製の炉心管の中にセ
ットし、炉心管内を真空ポンプで排気した後水素を流し
ながら約８５０℃まで昇温させ、この温度で数時間放置
し均質な溶液を作製する。その後、徐冷を開始し、約４
℃下がった時点で、基板ホルダをスライドさせて第一層
成長用溶液に基板を接触させ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一障
壁層を成長させる。その後、第二層、第三層及び第四層
の各成長溶液に基板を所定の時間順次接触させていくこ
とにより、ｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層１２、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第二障壁層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４
をこの順番で成長させる。The slide boat was set in a quartz core tube, the interior of the core tube was evacuated by a vacuum pump, the temperature was raised to about 850 ° C. while flowing hydrogen, and the mixture was left at this temperature for several hours to prepare a homogeneous solution. To do. After that, slow cooling was started and about 4
When the temperature decreases, the substrate holder is slid to bring the substrate into contact with the first layer growth solution to grow the p-type AlGaAs first barrier layer. After that, the i-type AlGaAs active layer 12 and the n-type AlGa active layer 12 and the n-type AlGa are formed by sequentially contacting the substrate with the growth solutions of the second layer, the third layer and the fourth layer for a predetermined time.
As second barrier layer 13, n-type AlGaAs filter layer 14
Grow in this order.

【００４８】成長させたエピタキシャル層の厚さは、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ第一障壁層１１が約３０μｍ、ｉ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層１２が約２μｍ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二
障壁層１３が約２μｍである。ｎ型ＡｌＧａＡｓフィル
タ層１４に関しては、厚さが約５．８μｍ、６．９μ
ｍ、７．９μｍ及び８．２μｍの４種類のエピタキシャ
ルウェーハを成長させた。The thickness of the grown epitaxial layer is p
Type AlGaAs first barrier layer 11 is about 30 μm, i type Al
The GaAs active layer 12 is about 2 μm, and the n-type AlGaAs second barrier layer 13 is about 2 μm. The thickness of the n-type AlGaAs filter layer 14 is about 5.8 μm and 6.9 μm.
m, 7.9 μm and 8.2 μm, four types of epitaxial wafers were grown.

【００４９】尚、フィルタ層１４の吸収係数αは、フィ
ルタ層１４の吸収端波長λｆの光に対するものであり、
このλｆは数８及び数９により定めた。The absorption coefficient α of the filter layer 14 is for light of the absorption edge wavelength λf of the filter layer 14,
This λf is defined by Equations 8 and 9.

【００５０】[0050]

【数８】λｆ＝ｈｃ／（（1.424 ＋1.247 ｘ）ｅ） （０≦ｘ≦0.45）[Formula 8] λf = hc / ((1.424 +1.247 x) e) (0 ≦ x ≦ 0.45)

【００５１】[0051]

【数９】 λｆ＝ｈｃ／（（1.424 ＋1.247 ｘ＋1.147 （ｘ−0.45）² ）ｅ） （0.45≦ｘ≦1.0 ）ここに、ｈはプランク定数、ｃは真
空中の光の速さ、ｘはＡｌＡｓ混晶比、ｅは電気素量で
ある。前述したｎ型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４のＡｌ
Ａｓ混晶比は約０．０９であるから、数８からλｆの値
は約８０８ｎｍと計算される。この波長におけるフィル
タ層１４の吸収係数αの測定値は約８．０×１０³ ｃｍ
^-1となった。## EQU9 ## λf = hc / ((1.424 +1.247 x + 1.147 (x-0.45) ² ) e) (0.45 ≦ x ≦ 1.0) where h is Planck's constant and c is the speed of light in vacuum. , X is an AlAs mixed crystal ratio, and e is an elementary amount of electricity. Al of the n-type AlGaAs filter layer 14 described above.
Since the As mixed crystal ratio is about 0.09, the value of λf is calculated from Equation 8 to be about 808 nm. The measured value of the absorption coefficient α of the filter layer 14 at this wavelength is about 8.0 × 10 ³ cm.
It became ^-1 .

【００５２】この吸収係数αを数７に代入すると数１０
となる。Substituting this absorption coefficient α into equation 7 yields equation 10
Becomes

【００５３】[0053]

【数１０】 （ｌｎ５００）／α＝６．２１４６／８．０×１０⁵ ｍ^-1 ＝７．７６８×１０^-6ｍ ＝７．７７μｍ これら４種類のエピタキシャルウェーハのｎ型フィルタ
層１４の表面に、フォトリソグラフィ法を用い、約４２
０μｍ×４２０μｍの大きさでその中央に約４００μｍ
×４００μｍの穴を有する略枠型の形状のカソード電極
１５を形成した後、基板１０の他方の面全面にアノード
電極１６を形成しアロイを行った。そして、フォトリソ
グラフィ法によりメサ分離を施し、さらにフィルタ層１
４の表面に反射防止膜１７としてプラズマＣＶＤ法によ
り屈折率が約１．９、厚さが約１０８ｎｍのシリコンナ
イトライド膜を形成した。後でワイヤボンディングを施
してカソード電極１５の表面のシリコンナイトライド膜
はフォトリソグラフィにより予め除去する。このエピタ
キシャルウェーハをダイシングソウを用いて約５５０μ
ｍ×５５０μｍのサイズに切断してベアチップが形成さ
れる。さらにこのベアチップをステム上に実装し、ワイ
ヤボンディングにより配線することにより受光素子が形
成される。(Ln500) /α=6.2146/8.0×10 ⁵ m ⁻¹ = 7.768 × 10 ⁻⁶ m = 7.77 μm The surface of the n-type filter layer 14 of these four types of epitaxial wafers Using a photolithography method,
0μm x 420μm with about 400μm in the center
After forming the substantially frame-shaped cathode electrode 15 having a hole of × 400 μm, the anode electrode 16 was formed on the entire other surface of the substrate 10 and alloyed. Then, the mesa separation is performed by the photolithography method, and the filter layer 1
As the antireflection film 17, a silicon nitride film having a refractive index of about 1.9 and a thickness of about 108 nm was formed on the surface of No. 4 by the plasma CVD method. After that, wire bonding is performed and the silicon nitride film on the surface of the cathode electrode 15 is previously removed by photolithography. Approximately 550μ of this epitaxial wafer using a dicing saw
A bare chip is formed by cutting into a size of m × 550 μm. Further, the bare chip is mounted on a stem and wired by wire bonding to form a light receiving element.

【００５４】これら４種類の受光素子について、約２５
℃における分光感度特性を測定した。About these four types of light receiving elements, about 25
The spectral sensitivity characteristics at ° C were measured.

【００５５】光源にはキセノンランプを用い、分光器で
分光した後光ファイバにより受光素子に導いた。このと
き分光器と光ファイバとの間に透過率可変のＮＤフィル
タを設け、受光素子に照射する光の放射束が一定となる
ように調整した。また、分光感度の測定は、３００ｎｍ
から１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みで実施した。A xenon lamp was used as a light source, and after being dispersed by a spectroscope, it was guided to a light receiving element by an optical fiber. At this time, an ND filter having a variable transmittance was provided between the spectroscope and the optical fiber, and the radiant flux of the light with which the light receiving element was irradiated was adjusted to be constant. Moreover, the measurement of the spectral sensitivity is 300 nm.
To 1000 nm in steps of 2 nm.

【００５６】図３は７００ｎｍから１０００ｎｍにおけ
る４種類の受光素子の分光感度の測定結果であり、横軸
が波長を示し、縦軸が放射感度を示している。FIG. 3 shows the measurement results of the spectral sensitivities of the four types of light receiving elements in the range of 700 nm to 1000 nm. The horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents radiation sensitivity.

【００５７】同図よりピーク感度波長は８２８ｎｍ付近
にあり、ピーク放射感度は約０．４Ａ／Ｗであることが
わかる。ピーク放射感度の１／２（−３ｄＢ）以上の感
度が得られる波長域は８２０ｎｍから８３６ｎｍであ
り、その幅は１６ｎｍであった。また、ピーク放射感度
の１／１００（−２０ｄＢ）における感度波長域は、フ
ィルタ層１４の厚さｄが７．９μｍ及び８．２μｍの受
光素子は８１２ｎｍから８５５ｎｍであり、この波長幅
（４３ｎｍ）はフィルタ層１４及び活性層１２の吸収端
波長（８０８ｎｍ、８５６ｎｍ）で決まる波長幅（４８
ｎｍ）と略同じであった。From the figure, it can be seen that the peak sensitivity wavelength is around 828 nm and the peak radiation sensitivity is about 0.4 A / W. The wavelength range in which a sensitivity of ½ (−3 dB) or more of the peak radiation sensitivity was obtained was 820 nm to 836 nm, and its width was 16 nm. In the sensitivity wavelength range at 1/100 (−20 dB) of the peak radiation sensitivity, the light receiving elements with the filter layer 14 having the thickness d of 7.9 μm and 8.2 μm are 812 nm to 855 nm, and this wavelength width (43 nm). Is a wavelength width (48 nm) determined by the absorption edge wavelengths (808 nm, 856 nm) of the filter layer 14 and the active layer 12.
nm).

【００５８】一方、厚さｄが約６．９μｍの素子の−２
０ｄＢにおける感度波長幅は約１１２μｍであり、厚さ
ｄが約５．８μｍの素子では感度波長幅は約１３６μｍ
であった。尚、図示した波長範囲以外での放射感度はい
ずれも０．００１２Ａ／Ｗ（−２５．２ｄＢ）以下であ
った。この測定結果から以下のことがいえる。On the other hand, the element of which the thickness d is about 6.9 μm is -2.
The sensitivity wavelength width at 0 dB is about 112 μm, and the sensitivity wavelength width is about 136 μm for an element having a thickness d of about 5.8 μm.
Met. In addition, the radiation sensitivities other than the illustrated wavelength range were all 0.0012 A / W (-25.2 dB) or less. The following can be said from this measurement result.

【００５９】(1) 本実施例では、ピーク感度波長が８２
８ｎｍ付近であるが、フィルタ層１４及び活性層１２の
混晶比を制御することにより、ピーク感度波長及び感度
波長域を制御することができる。この場合、ピーク放射
感度としてＳｉ受光素子と同等以上の０．４Ａ／Ｗが確
保できる。さらに、フィルタ層１４の厚さを（ｌｎ５０
０）／α以上とすることにより、フィルタ層１４及び活
性層１２の吸収端波長で決まる波長域以外での放射感度
（雑音）をピーク放射感度の−２０ｄＢ以下に抑えるこ
とができる。ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系受光素子は、Ｓ
ｉ系受光素子に比べて高価なため、従来単独の素子とし
て用いられることが少なくなかったが、このようにピー
ク感度波長及び感度波長域が制御でき、かつ、低雑音化
が達成されるので、単独でも広く用いられることが期待
できる。(1) In this embodiment, the peak sensitivity wavelength is 82
Although it is around 8 nm, the peak sensitivity wavelength and the sensitivity wavelength region can be controlled by controlling the mixed crystal ratio of the filter layer 14 and the active layer 12. In this case, a peak radiation sensitivity of 0.4 A / W, which is equal to or higher than that of the Si light receiving element, can be secured. Further, the thickness of the filter layer 14 is set to (ln50
By setting the ratio to be 0) / α or more, the radiation sensitivity (noise) in a wavelength region other than the wavelength range determined by the absorption edge wavelengths of the filter layer 14 and the active layer 12 can be suppressed to -20 dB or less of the peak radiation sensitivity. The AlGaAs / GaAs light receiving element is S
Since it is more expensive than the i-type light receiving element, it has been often used as a single element in the related art. However, since the peak sensitivity wavelength and the sensitivity wavelength range can be controlled and the noise reduction can be achieved, It can be expected to be widely used by itself.

【００６０】(2) ＡｌＧａＡｓ系を用いた場合には、感
度波長域が６４０ｎｍから８８０ｎｍ程度であるが、こ
の構造はＩｎＧａＡｓＰ系等にも応用できる。また、他
の材料でも可能である。(2) When the AlGaAs type is used, the sensitivity wavelength range is about 640 nm to 880 nm, but this structure can also be applied to the InGaAsP type and the like. Also, other materials are possible.

【００６１】(3) 感度波長域を大幅に絞り、しかも感度
波長域以外の波長光に対する雑音が−２０ｄＢ以下と低
雑音の受光素子が実現できるので、単色光発光のＬＤや
ＬＥＤを使って波長分割多重方式を実現する場合、それ
らのＬＤやＬＥＤの発光波長に合わせた感度波長域の選
択が受光素子側で行える。このため、分光器やフィルタ
を用いる必要がなくなり、その結果、光学部品が少な
く、光の損失も小さく、安価かつ容易に実現することが
できる。(3) Since it is possible to realize a light-receiving element that significantly narrows the sensitivity wavelength range and has a noise of -20 dB or less for light of wavelengths other than the sensitivity wavelength range, use a monochromatic light emitting LD or LED When the division multiplexing method is realized, the light receiving element side can select the sensitivity wavelength range according to the emission wavelengths of the LD and LED. Therefore, it is not necessary to use a spectroscope or a filter, and as a result, the number of optical components is small, the loss of light is small, and it can be realized easily at low cost.

【００６２】図４（ａ）は本発明の単一受光素子の他の
実施例の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示
した各結晶層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であ
り、縦軸は深さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶
比を示している。尚、図１に示した結晶と同様の結晶に
は同一の符号を用いた。FIG. 4A is a sectional view of another embodiment of the single light receiving element of the present invention. FIG. 4B is a diagram showing the relationship between each crystal layer shown in FIG. 4A and the AlAs mixed crystal ratio, in which the vertical axis represents the length in the depth direction and the horizontal axis represents the AlAs mixed crystal. The ratio is shown. The same reference numerals are used for the same crystals as those shown in FIG.

【００６３】図１に示した実施例との相違点は、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１０の一方（図の上側）の表面に、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層２０、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層１３、ｎ
型ＡｌＧａＡｓフィルタ層１４をこの順番で成長させた
エピタキシャルウェーハを形成し、このエピタキシャル
ウェーハの表面にアノード電極１６を形成し、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板１０の他方の表面（図の下側）にカソード電極
１５を形成した点である。The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that p-type G
On the surface of one side (upper side of the drawing) of the aAs substrate 10, p-type Al
GaAs active layer 20, n-type AlGaAs barrier layer 13, n
An epitaxial wafer in which the AlGaAs filter layer 14 is grown in this order is formed, and the anode electrode 16 is formed on the surface of this epitaxial wafer.
The point is that the cathode electrode 15 is formed on the other surface (the lower side of the drawing) of the As substrate 10.

【００６４】図４（ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混晶比
は、ｎ型フィルタ層１４は約０．０９、ｎ型障壁層１３
は約０．３、そしてｐ型活性層２０の混晶比プロファイ
ルは、ｐ型ＧａＡｓ基板１０との界面で約０．１２と高
く、ｎ型障壁層１３との界面で約０．０２と低く形成さ
れている。As shown in FIG. 4B, the AlAs mixed crystal ratio is about 0.09 for the n-type filter layer 14 and the n-type barrier layer 13.
Is about 0.3, and the mixed crystal ratio profile of the p-type active layer 20 is as high as about 0.12 at the interface with the p-type GaAs substrate 10 and as low as about 0.02 at the interface with the n-type barrier layer 13. Has been formed.

【００６５】製造方法は図１に示した受光素子と同じで
ある。この受光素子についての測定結果は、感度波長域
において同じであった。ｐｉｎ構造に比べてエピタキシ
ャルウェーハの量産性がよいので安価に生産できる。The manufacturing method is the same as that of the light receiving element shown in FIG. The measurement results of this light receiving element were the same in the sensitivity wavelength range. Since the mass productivity of the epitaxial wafer is better than that of the pin structure, it can be manufactured at a low cost.

【００６６】図５は本発明の単一受光素子の他の実施例
の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of another embodiment of the single light receiving element of the present invention.

【００６７】図１に示した実施例との相違点は、メサ分
離溝の側壁を遮光性の膜で覆った点である。The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the side wall of the mesa separation groove is covered with a light-shielding film.

【００６８】本実施例では遮光性の膜としてＴｉ膜２１
を用いた。Ｔｉ膜２１の形成は真空蒸着法で行い、その
膜厚は約０．２μｍとした。所望の位置にＴｉ膜２１を
形成するための手段として、フォトリソグラフィ法によ
るリフト法を用いた。また、Ｔｉ膜２１はシリコンナイ
トライド膜上に形成されており、結晶層と直接接触しな
い構造となっている。さらにＴｉ膜２１はカソード電極
１５とも分離されている。この遮光膜の材料はＴｉに限
るものではなく、他の金属あるいは樹脂でもよい。In this embodiment, the Ti film 21 is used as a light-shielding film.
Was used. The Ti film 21 was formed by the vacuum evaporation method, and the film thickness was set to about 0.2 μm. As a means for forming the Ti film 21 at a desired position, a lift method by photolithography was used. Further, the Ti film 21 is formed on the silicon nitride film and has a structure that does not directly contact the crystal layer. Further, the Ti film 21 is also separated from the cathode electrode 15. The material of the light-shielding film is not limited to Ti, but may be another metal or resin.

【００６９】遮光膜は、光源からの光を光ファイバを介
さずに直接受光させた場合（例えば空間伝送）などに、
メサ周囲の側壁から光が散乱光として入射するのを防
ぎ、これにより雑音の発生を防止する効果がある。The light-shielding film is used when light from a light source is directly received without passing through an optical fiber (for example, spatial transmission).
Light is prevented from entering as scattered light from the side wall around the mesa, and this has an effect of preventing the generation of noise.

【００７０】尚、上述した実施例ではいずれもｐ型Ｇａ
Ａｓ基板１０上に受光素子を形成した場合について説明
したが、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成してもよい。但し、
この場合には各結晶のｐ型とｎ型が逆になる。また、エ
ピタキシャル成長の方法はＬＰＥ法に限るものではなく
他の方法でもよい。In each of the above embodiments, p-type Ga is used.
Although the case where the light receiving element is formed on the As substrate 10 has been described, it may be formed on the n-type GaAs substrate. However,
In this case, the p-type and n-type of each crystal are reversed. The epitaxial growth method is not limited to the LPE method, and other methods may be used.

【００７１】以上において、本実施例によれば、フィル
タ層の吸収端波長光に対する吸収係数をαｃｍ^-1とした
ときに（ｌｎ５００）／α以上であるので、所望の波長
光以外の波長光がフィルタ層で吸収されるのに必要な厚
さが確保され、単一波長の光を低雑音（−２０ｄＢ以
下）で受光することができ、しかも安価な単一波長受光
素子を実現することができる。In the above, according to the present embodiment, when the absorption coefficient for the absorption edge wavelength light of the filter layer is (cm 500 ⁻¹ ), it is (ln500) / α or more, so that the wavelength light other than the desired wavelength light is A thickness required for absorption by the filter layer is secured, light of a single wavelength can be received with low noise (-20 dB or less), and an inexpensive single wavelength light receiving element can be realized. .

【００７２】また、フィルタ層を一体的に形成した受光
素子のメサ分離溝周囲の側壁を、遮光性の膜で覆ったの
で、拡散光の入射に対しても雑音の発生が減少する。Further, since the side wall around the mesa separation groove of the light receiving element integrally formed with the filter layer is covered with the light shielding film, the generation of noise is reduced even when the diffused light is incident.

【００７３】図６（ａ）は本発明の単一波長受光素子の
実施例の断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）に示し
た各結晶層とＡｌＡｓ混晶比との関係を示す図であり、
縦軸は深さ方向の長さを示し、横軸はＡｌＡｓ混晶比を
示している。FIG. 6A is a sectional view of an embodiment of the single-wavelength light receiving element of the present invention. FIG. 6B is a diagram showing a relationship between each crystal layer shown in FIG. 6A and the AlAs mixed crystal ratio,
The vertical axis represents the length in the depth direction, and the horizontal axis represents the AlAs mixed crystal ratio.

【００７４】図１に示した実施例との相違点は、化合物
半導体の基板上に活性層、障壁層等のエピタキシャル層
を形成し、さらにその基板自体を高エネルギーの光を遮
断するためのフィルタ層として用い、フィルタ層及び活
性層のバンドギャップエネルギーの差による範囲の波長
光を受光する点である。The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that an epitaxial layer such as an active layer and a barrier layer is formed on a substrate of a compound semiconductor, and the substrate itself is a filter for blocking high energy light. It is used as a layer and receives light having a wavelength in the range due to the difference in bandgap energy between the filter layer and the active layer.

【００７５】図６（ａ）において、この受光素子は、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ基板３０の一方の表面（図では下側の表
面）に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３１、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ活性層３２をこの順番でエピタキシャル成長させてエ
ピタキシャルウェーハを形成し、このエピタキシャルウ
ェーハのエピタキシャル層側（図では下側）の表面にア
ノード電極３３を形成し、基板３０の他方の表面（図で
は上側の表面）にカソード電極３４を形成したものであ
る。In FIG. 6A, this light receiving element is
On one surface (lower surface in the figure) of the n-type AlGaAs substrate 30, the n-type AlGaAs barrier layer 31 and the p-type AlGaA are formed.
The s active layer 32 is epitaxially grown in this order to form an epitaxial wafer, and the anode electrode 33 is formed on the surface of this epitaxial wafer on the epitaxial layer side (lower side in the figure), and the other surface of the substrate 30 (upper side in the figure). The cathode electrode 34 is formed on the surface).

【００７６】カソード電極３４は、中央に約４００μｍ
×４００μｍの穴を有する略枠状の形状を有している。
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３２のアノード電極３３で被覆
されている部分以外の表面及びｐｎ接合のメサ分離溝３
５の側面は酸化シリコン膜３６が形成されている。The cathode electrode 34 has a center of about 400 μm.
It has a substantially frame-like shape having a hole of × 400 μm.
Mesa separation groove 3 on the surface other than the portion of the p-type AlGaAs active layer 32 covered with the anode electrode 33 and the pn junction
A silicon oxide film 36 is formed on the side surface of No. 5.

【００７７】また、図６（ｂ）に示すようにＡｌＡｓ混
晶比は、基板３０が約０．１であり、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
障壁層３１が約０．３であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
３２が約０．０３である。Further, as shown in FIG. 6B, the AlAs mixed crystal ratio is about 0.1 for the substrate 30 and n-type AlGaAs.
The barrier layer 31 is about 0.3, and the p-type AlGaAs active layer 32 is about 0.03.

【００７８】この受光素子に光Ｌが入射すると、基板３
０のバンドギャップエネルギーよりも大きなエネルギー
の光は、基板３０で吸収され電子と正孔になる。しか
し、図７に示すように正孔は、ｎ型障壁層３１のヘテロ
障壁３７により障壁層３１側へ拡散できず基板３０内で
電子と再結合する。尚、図７は図６（ａ）に示した受光
素子のバンド構造図である。When the light L enters the light receiving element, the substrate 3
Light having an energy larger than the band gap energy of 0 is absorbed by the substrate 30 to become electrons and holes. However, as shown in FIG. 7, holes cannot diffuse toward the barrier layer 31 side due to the hetero barrier 37 of the n-type barrier layer 31, and recombine with electrons in the substrate 30. Incidentally, FIG. 7 is a band structure diagram of the light receiving element shown in FIG.

【００７９】基板３０のバンドギャップエネルギーより
も小さなエネルギーの光は、基板３０を透過し、さらに
障壁層３１も透過して活性層３２へ到達する。活性層３
２へ到達した光の中で、活性層３２のバンドギャップエ
ネルギーより高いエネルギーの光は、活性層３２内で吸
収され電子−正孔対を発生させる。活性層３２のバンド
ギャップエネルギーより低いエネルギーの光は活性層３
２を透過する。従って活性層３２内で励起されたキャリ
アのみがアノード電極３３及びカソード電極３４から電
流として取り出される。Light having an energy smaller than the band gap energy of the substrate 30 passes through the substrate 30 and further passes through the barrier layer 31 and reaches the active layer 32. Active layer 3
Among the light reaching 2, the light having energy higher than the band gap energy of the active layer 32 is absorbed in the active layer 32 to generate electron-hole pairs. Light having an energy lower than the bandgap energy of the active layer 32 is emitted from the active layer 3
Through 2. Therefore, only the carriers excited in the active layer 32 are extracted as current from the anode electrode 33 and the cathode electrode 34.

【００８０】すなわち、活性層３２で吸収される光のエ
ネルギーは、活性層３２のバンドギャップエネルギーよ
りも高く、基板３０のバンドギャップエネルギーよりも
低い範囲となる。従って基板３０及び活性層３２のバン
ドギャップエネルギーを制御することにより受光波長範
囲を制御することが可能となる。That is, the energy of light absorbed by the active layer 32 is in a range higher than the bandgap energy of the active layer 32 and lower than the bandgap energy of the substrate 30. Therefore, the light receiving wavelength range can be controlled by controlling the band gap energy of the substrate 30 and the active layer 32.

【００８１】ここで、受光素子の感度波長範囲を制御す
るためには、基板３０及び活性層３２のバンドギャップ
エネルギーを制御する必要がある。活性層３２はエピタ
キシャル層であり、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶ
ＰＥ）法、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法、分子線エピ
タキシー法等の手段を用いることにより、バンドギャッ
プエネルギーの制御が容易に行える。Here, in order to control the sensitivity wavelength range of the light receiving element, it is necessary to control the band gap energy of the substrate 30 and the active layer 32. The active layer 32 is an epitaxial layer, and metalorganic vapor phase epitaxy (MOV
The band gap energy can be easily controlled by using means such as PE) method, liquid phase epitaxy (LPE) method, and molecular beam epitaxy method.

【００８２】一方、基板３０にはＡｌＧａＡｓのような
三元混晶系やＩｎＧａＡｓＰのような四元混晶系を用い
てそのバンドギャップエネルギーを制御することができ
る。このような、三元混晶系や四元混晶系の基板を得る
方法は、まず、ＧａＡｓやＩｎＰの基板上にＡｌＧａＡ
ｓやＩｎＧａＡｓＰをエピタキシャル成長させる。この
成長手段としてはＬＰＥ法が適している。これはエピタ
キシャル成長の速度が大きく取れ、かつ、多数枚の同時
成長が容易にできるからである。その後、下地のＧａＡ
ｓ基板やＩｎＰ基板を研磨やエッチング等の手段で除去
し、得られたＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰの層を受光
素子を製造するための基板として用いる。もちろん、Ｇ
ａＡｓやＩｎＰの基板を除去する前に、受光素子を形成
しその後にＧａＡｓやＩｎＰの基板を除去してもよい。On the other hand, the band gap energy of the substrate 30 can be controlled by using a ternary mixed crystal system such as AlGaAs or a quaternary mixed crystal system such as InGaAsP. To obtain such a ternary mixed crystal or quaternary mixed crystal substrate, first, AlGaA is formed on a GaAs or InP substrate.
s and InGaAsP are epitaxially grown. The LPE method is suitable as this growth means. This is because the epitaxial growth rate can be increased and a large number of wafers can be grown simultaneously. After that, the underlying GaA
The s substrate or InP substrate is removed by means such as polishing or etching, and the obtained AlGaAs or InGaAsP layer is used as a substrate for manufacturing a light receiving element. Of course, G
It is also possible to form a light receiving element before removing the aAs or InP substrate and then remove the GaAs or InP substrate.

【００８３】受光素子の製造に用いるＡｌＧａＡｓやＩ
ｎＧａＡｓＰの基板の厚さとしては、１５０μｍ以上で
あることが望ましい。これよりも厚さが薄いと基板の機
械的強度が低下し、受光素子を製造する工程で破壊して
しまう。AlGaAs and I used for manufacturing the light receiving element
The thickness of the nGaAsP substrate is preferably 150 μm or more. If the thickness is smaller than this, the mechanical strength of the substrate is lowered and the substrate is destroyed in the process of manufacturing the light receiving element.

【００８４】ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系を用いた場合
は、感度波長範囲を６４０ｎｍ〜８８０ｎｍの間で制御
できる。またこの構造は、ＩｎＧａＡｓＰ系やＳｉ−Ｇ
ｅ系に応用できる。When the AlGaAs / GaAs system is used, the sensitivity wavelength range can be controlled between 640 nm and 880 nm. In addition, this structure is based on InGaAsP and Si-G.
It can be applied to e system.

【００８５】次に上述した受光素子の製造方法について
述べる。Next, a method of manufacturing the above-mentioned light receiving element will be described.

【００８６】受光素子を構成するエピタキシャル層はＭ
ＯＣＶＤ法により成長させる。ＡｌＡｓ混晶比が約０．
１、キャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ基板３０を石英製反応管内のサセプタ上にセット
し、反応管内を真空ポンプで排気した後、水素を流しな
がら約８２０℃まで昇温させ、この温度で安定させた。
その後、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム、アルシンを原料として、ＡｌＧａＡｓ層を成長させ
る。この時、ｎ型ドーパントとしてはシリコンＳｉを選
択し、この原料としてはジシランが用いられる。ｐ型ド
ーパントとしてはＺｎを選択し、この原料としてはジエ
チルジンクが用いられる。第一層目のｎ型ＡｌＧａＡｓ
障壁層３１は、キャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の結
晶層を約０．２μｍ成長させる。第二層目のｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層３２はキャリア濃度が５×１０¹⁴ｃｍ^-3の
結晶層を約６μｍ成長させる。The epitaxial layer forming the light receiving element is M
It is grown by the OCVD method. The AlAs mixed crystal ratio is about 0.
1. n-type AlGa with carrier concentration of about 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3
The As substrate 30 was set on a susceptor in a quartz reaction tube, the inside of the reaction tube was evacuated by a vacuum pump, and then the temperature was raised to about 820 ° C. while flowing hydrogen and was stabilized at this temperature.
After that, an AlGaAs layer is grown using trimethylgallium, trimethylaluminum, and arsine as raw materials. At this time, silicon Si is selected as the n-type dopant, and disilane is used as the raw material. Zn is selected as the p-type dopant, and diethyl zinc is used as the raw material. First layer n-type AlGaAs
As the barrier layer 31, a crystal layer having a carrier concentration of about 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ is grown by about 0.2 μm. Second layer p-type AlG
As the aAs active layer 32, a crystal layer having a carrier concentration of 5 × 10 ¹⁴ cm ⁻³ is grown by about 6 μm.

【００８７】得られたエピタキシャルウェーハのエピタ
キシャル層側の表面にフォトレジストパターンを形成
し、このフォトレジストパターンをマスクとしてメサ分
離溝を形成する。この後メサ分離溝の表面に酸化シリコ
ン膜を形成する。酸化シリコン膜の形成は、モノシラン
を酸素とを原料とした常圧ＣＶＤ法で行う。酸化シリコ
ン膜を形成した後フォトリソグラフィ法により、基板３
０の他方の表面にカソード電極３４を形成し、活性層３
２の表面にアノード電極３３を形成する。カソード電極
３４は前述と同様約４２０μｍ×４２０μｍの大きさ
で、その中央に約４００μｍ×４００μｍの穴を有する
略枠型の形状を有している。アノード電極３３のサイズ
は約３００μｍ×３００μｍである。両電極３３、３４
を形成した後ウェーハをダイシングソウで切断し、受光
素子のチップを形成する。チップサイズは約５５０μｍ
×５５０μｍである。このチップをステム上に実装し、
さらに金線を用いたワイヤボンディングにより配線して
受光素子が形成される。A photoresist pattern is formed on the surface of the obtained epitaxial wafer on the epitaxial layer side, and a mesa separation groove is formed using this photoresist pattern as a mask. After that, a silicon oxide film is formed on the surface of the mesa separation groove. The silicon oxide film is formed by atmospheric pressure CVD using monosilane as a raw material. After forming the silicon oxide film, the substrate 3 is formed by photolithography.
The cathode electrode 34 is formed on the other surface of the active layer 3
The anode electrode 33 is formed on the surface of 2. The cathode electrode 34 has a size of about 420 μm × 420 μm as described above, and has a substantially frame shape having a hole of about 400 μm × 400 μm in the center. The size of the anode electrode 33 is about 300 μm × 300 μm. Both electrodes 33, 34
After forming, the wafer is cut with a dicing saw to form a chip of the light receiving element. Chip size is about 550 μm
× 550 μm. Mount this chip on the stem,
Further, a light receiving element is formed by wiring by wire bonding using a gold wire.

【００８８】このようにして製造した受光素子につい
て、約２５℃における分光感度特性を測定した。The spectral sensitivity characteristics of the light-receiving element thus manufactured were measured at about 25 ° C.

【００８９】光源にはキセノンランプを用い、分光器で
分光した後、散乱板を通して受光素子に照射した。この
とき分光器と散乱板との間に透過率可変のＮＤフィルタ
を設け、受光素子に照射する光の放射束が一定となるよ
うに調整する。また、分光感度の測定は３００ｎｍから
１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みで実施した。この受光素
子のピーク感度波長は８２０ｎｍ付近にあり、ピーク放
射感度の１／２（−３ｄＢ）以上の感度が得られる波長
範囲は８１２ｎｍから８２８ｎｍまでの間でその幅は１
６ｎｍであった。また、ピーク放射感度の１／１００
（−２０ｄＢ）における感度波長範囲は８０２ｎｍ〜８
４６ｎｍであり、この範囲は、ＡｌＧａＡｓ基板のバン
ドギャップエネルギーによる波長８０１ｎｍとｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層のバンドギャップエネルギーによる波長
８４９ｎｍで決まる範囲とほぼ一致した。また、８０２
ｎｍ〜８４６ｎｍの波長範囲以外に−２０ｄＢ以上の感
度が発生する波長域はなかった。この測定結果から以下
のことがいえる。A xenon lamp was used as a light source, and after being dispersed by a spectroscope, it was irradiated to a light receiving element through a scattering plate. At this time, an ND filter having a variable transmittance is provided between the spectroscope and the scattering plate, and the radiant flux of the light with which the light receiving element is irradiated is adjusted to be constant. Further, the measurement of the spectral sensitivity was carried out between 300 nm and 1000 nm in steps of 2 nm. The peak sensitivity wavelength of this light receiving element is in the vicinity of 820 nm, and the wavelength range in which the sensitivity of 1/2 (-3 dB) or more of the peak radiation sensitivity is obtained is from 812 nm to 828 nm and the width is 1
It was 6 nm. Also, 1/100 of the peak radiation sensitivity
The sensitivity wavelength range at (−20 dB) is 802 nm to 8
46 nm, and this range is 801 nm due to the band gap energy of the AlGaAs substrate and p-type Al.
It almost coincided with the range determined by the wavelength of 849 nm due to the band gap energy of the GaAs active layer. Also, 802
Other than the wavelength range of nm to 846 nm, there was no wavelength range in which the sensitivity of -20 dB or more occurred. The following can be said from this measurement result.

【００９０】(1) 本実施例ではピーク感度波長が８２０
ｎｍ付近であるが、ＡｌＧａＡｓ基板と活性層との混晶
比を制御することにより、ピーク感度波長及び感度波長
範囲を制御することができる。さらに、散乱光の入射に
対してもＡｌＧａＡｓ基板及び活性層のバンドギャップ
エネルギーで決まる波長範囲以外での放射感度（雑音）
をピーク放射感度の−２０ｄＢ以下に抑えることができ
る。ＡｌＧａＡｓ・ＧａＡｓ系受光素子は、Ｓｉ系受光
素子に比べ価格的に高価なため、単独の素子として用い
られることが少なかったが、このようにピーク感度波長
及び感度波長域を制御することができ、かつ散乱光に対
しても低雑音化が達成されたので、単独でも広く用いら
れることが期待できる。(1) In this embodiment, the peak sensitivity wavelength is 820
Although it is in the vicinity of nm, the peak sensitivity wavelength and the sensitivity wavelength range can be controlled by controlling the mixed crystal ratio of the AlGaAs substrate and the active layer. Furthermore, the radiation sensitivity (noise) to the incident of scattered light is outside the wavelength range determined by the band gap energy of the AlGaAs substrate and the active layer.
Can be suppressed to a peak radiation sensitivity of −20 dB or less. The AlGaAs / GaAs light receiving element is rarely used as a single element because it is more expensive than the Si light receiving element, but the peak sensitivity wavelength and the sensitivity wavelength region can be controlled in this way. Moreover, since noise reduction has been achieved even for scattered light, it can be expected to be widely used alone.

【００９１】(2) ＡｌＧａＡｓ系を用いた場合には、感
度波長範囲が６４０ｍｍから８８０ｎｍ程度であるが、
この構造はＩｎＧａＡｓＰ系やＳｉ−Ｇｅ系にも応用で
きる。また他の材料でも可能である。(2) When the AlGaAs system is used, the sensitivity wavelength range is from 640 mm to 880 nm.
This structure can also be applied to InGaAsP and Si-Ge systems. Other materials are also possible.

【００９２】(3) 感度波長域を大幅に絞り、しかも散乱
光の入射に対しても雑音が−２０ｄＢ以下と低雑音の受
光素子が実現できるので、単色光発光のＬＥＤを用いて
空間光伝送を実現する場合、そのＬＥＤの発光波長に合
わせた感度波長範囲の選択が受光素子側でできる。この
ため、高価なフィルタを用いる必要がなくなって光学部
品が少なくなり、光損失が小さくなり、伝送距離の長い
システムを安価かつ容易に実現することができる。(3) Since it is possible to realize a light receiving element having a significantly narrowed sensitivity wavelength range and low noise of -20 dB or less even when scattered light enters, spatial light transmission using an LED emitting monochromatic light. In order to realize the above, the light receiving element side can select the sensitivity wavelength range according to the emission wavelength of the LED. Therefore, it is not necessary to use an expensive filter, the number of optical components is reduced, the optical loss is reduced, and a system with a long transmission distance can be easily realized at low cost.

【００９３】図８は本発明の単一波長受光素子の他の実
施例の断面図である。尚、図６に示した結晶と同様の結
晶には同一の符号を用いた。FIG. 8 is a sectional view of another embodiment of the single-wavelength light receiving element of the present invention. The same reference numerals are used for the same crystals as those shown in FIG.

【００９４】図６に示した実施例との相違点は、ＡｌＡ
ｓ混晶比が約０．１のｎ型ＡｌＧａＡｓ基板３０の一方
（図の下側）の面上に、ＡｌＡｓ混晶比が約０．３、キ
ャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが約０．２μｍ
のｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３１、ＡｌＡｓ混晶比が約
０．０３、キャリア濃度が５×１０^-14 ｃｍ^-3、厚さが
約２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３２、ＡｌＡｓ混晶
比が約０．３、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ
が約１μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３８をこの順番で
成長させたエピタキシャルウェーハを用いて製造する点
である。また、製造方法は前述と同様である。The difference from the embodiment shown in FIG. 6 is that AlA
On one surface (lower side of the figure) of the n-type AlGaAs substrate 30 having an s mixed crystal ratio of about 0.1, the AlAs mixed crystal ratio is about 0.3, and the carrier concentration is about 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . Thickness is about 0.2 μm
N-type AlGaAs barrier layer 31, AlAs mixed crystal ratio of about 0.03, carrier concentration of 5 × 10 ⁻¹⁴ cm ⁻³ , thickness of about 2 μm p-type AlGaAs active layer 32, AlAs mixed crystal ratio of about 0. .3 is that the carrier concentration is prepared using the epitaxial wafer grown 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3, thickness of about 1 [mu] m p-type AlGaAs barrier layer 38 in this order. The manufacturing method is the same as described above.

【００９５】この受光素子についての測定結果は、図６
に示した実施例と比べ、感度波長範囲においては同じで
あるが、ピーク放射感度は約４倍に向上した。これは、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層３８を設けることにより、この
障壁層３８と、活性層３２との界面での電子−正孔の再
結合速度が低減されるためである。The measurement result of this light receiving element is shown in FIG.
Although the same in the sensitivity wavelength range, the peak radiation sensitivity was improved by about 4 times as compared with the example shown in FIG. this is,
This is because by providing the p-type AlGaAs barrier layer 38, the recombination rate of electrons and holes at the interface between the barrier layer 38 and the active layer 32 is reduced.

【００９６】図９は本発明の単一波長受光素子の他の実
施例の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of another embodiment of the single-wavelength light receiving element of the present invention.

【００９７】図６に示した実施例との相違点は、図８に
示した受光素子の障壁層３８の上に、さらにＡｌＡｓ混
晶比が約０．０５、キャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3、
厚さが０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層３９を形成した
点である。The difference from the embodiment shown in FIG. 6 is that the AlAs mixed crystal ratio is about 0.05 and the carrier concentration is 1 × 10 ¹⁹ cm on the barrier layer 38 of the light receiving element shown in FIG. ^-3 ,
The point is that the p-type AlGaAs layer 39 having a thickness of 0.5 μm is formed.

【００９８】この受光素子についての測定結果は、感度
波長範囲、ピーク放射感度については図８に示した実施
例の受光素子と同じであるが、パルス光に対する応答速
度が著しく改善された。具体的には、立上がり時間及び
立下がり時間が約６０％となり、高速応答性が向上し
た。これは接触抵抗が低減され、結果として素子のイン
ピーダンスが低減されたためである。The measurement result of this light receiving element is the same as the light receiving element of the embodiment shown in FIG. 8 in terms of the sensitivity wavelength range and peak radiation sensitivity, but the response speed to pulsed light is remarkably improved. Specifically, the rise time and fall time are about 60%, and the high speed response is improved. This is because the contact resistance is reduced and, as a result, the impedance of the element is reduced.

【００９９】尚、このｐ型ＡｌＧａＡｓ層３９のＡｌＡ
ｓ混晶比は、約０．００５〜０．１とすることが望まし
い。これはＧａＡｓ層よりも、ＡｌＧａＡｓ層の方がエ
ピタキシャル層表面を平滑に成長させることができ、電
極剥がれ等の不良が減るからである。平滑な表面を得る
ためには、０．００５以上のＡｌＡｓ混晶比とすること
が望ましい。またＡｌＡｓ混晶比が０．１を超えると、
高キャリア濃度のＡｌＧａＡｓエピタキシャル層を成長
させるのが難しくなるため、ＡｌＡｓ混晶比は０．１以
下とするのが望ましい。The AlA of the p-type AlGaAs layer 39 is
The s mixed crystal ratio is preferably about 0.005 to 0.1. This is because the AlGaAs layer allows the epitaxial layer surface to grow more smoothly than the GaAs layer, and defects such as electrode peeling are reduced. In order to obtain a smooth surface, the AlAs mixed crystal ratio is preferably 0.005 or more. When the AlAs mixed crystal ratio exceeds 0.1,
Since it is difficult to grow an AlGaAs epitaxial layer having a high carrier concentration, it is desirable that the AlAs mixed crystal ratio be 0.1 or less.

【０１００】高キャリア濃度のｐ型ＡｌＧａＡｓ層をエ
ピタキシャル成長させる際に、Ｚｎをドーパントに用い
ると、このＺｎがｐ型ＡｌＧａＡｓ障壁層やｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層に拡散し、これらの層のキャリア濃度が上
昇するため、受光素子の応答特性や暗電流特性が劣化す
ることがある。この場合は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層のドー
パントとして、炭素ＣやマグネシウムＭｇを用いること
が望ましい。ＣやＭｇはＺｎと比べ、ＧａＡｓ中やＡｌ
ＧａＡｓ中で拡散しにくく、隣接するエピタキシャル層
のキャリア濃度に影響を与えることが非常に少ない。When Zn is used as a dopant when epitaxially growing a p-type AlGaAs layer having a high carrier concentration, the Zn is used as a p-type AlGaAs barrier layer or p-type AlG.
Since it diffuses into the aAs active layer and the carrier concentration of these layers increases, the response characteristics and dark current characteristics of the light receiving element may deteriorate. In this case, it is desirable to use carbon C or magnesium Mg as a dopant for the p-type AlGaAs layer. Compared to Zn, C and Mg are in GaAs and Al
Difficult to diffuse in GaAs and very little influence on the carrier concentration of the adjacent epitaxial layer.

【０１０１】尚、上述した各実施例ではｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ基板を用いたが、ｐ型ＡｌＧａＡｓ基板を用いること
もできる。この場合、ＡｌＧａＡｓ障壁層及び高キャリ
ア濃度ＡｌＧａＡｓ層の導電型が逆になる。In each of the above embodiments, n-type AlGaA is used.
Although the s substrate is used, a p-type AlGaAs substrate can also be used. In this case, the conductivity types of the AlGaAs barrier layer and the high carrier concentration AlGaAs layer are reversed.

【０１０２】ここで、光源からの光を光ファイバを介さ
ずに、例えば空間伝送のように直接受光させた場合に、
受光素子の側壁から入射する散乱光が分光感度特性に与
える影響について述べる。Here, when the light from the light source is directly received without passing through an optical fiber, as in the case of spatial transmission,
The effect of scattered light incident from the side wall of the light receiving element on the spectral sensitivity characteristic will be described.

【０１０３】図１０は、散乱光を照射した場合の図９に
示した本発明の受光素子、図１に示した本発明の受光素
子及び図１１に示した従来の受光素子のそれぞれの分光
感度特性を示す図である。FIG. 10 shows the respective spectral sensitivities of the light receiving element of the present invention shown in FIG. 9, the light receiving element of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional light receiving element shown in FIG. 11 when scattered light is irradiated. It is a figure which shows a characteristic.

【０１０４】測定用の光源にはキセノンランプを用い、
分光器で分光した後散乱板を通して受光素子に照射し
た。このとき分光器と散乱板との間に透過率可変のＮＤ
フィルタを設け、受光素子に照射する光の放射束が一定
となるように調整した。また、分光感度の測定は３００
ｎｍから１０００ｎｍの間で２ｎｍ刻みに実施した。
尚、曲線Ｌ₁ （一点鎖線）は図１１の受光素子の分光感
度特性、曲線Ｌ₂ （破線）は図１の受光素子においてフ
ィルタ層の厚さを８．２μｍとした場合の分光感度特
性、曲線Ｌ₃ は図９の受光素子の分光感度特性を示す。A xenon lamp is used as a light source for measurement,
After the light was separated by a spectroscope, the light receiving element was irradiated through the scattering plate. At this time, an ND having variable transmittance between the spectroscope and the scattering plate.
A filter was provided and adjustment was performed so that the radiant flux of the light with which the light receiving element was irradiated was constant. Also, the measurement of spectral sensitivity is 300
The measurement was performed in 2 nm increments between nm and 1000 nm.
The curve L ₁ (dashed line) is the spectral sensitivity characteristic of the light receiving element of FIG. 11, and the curve L ₂ (dashed line) is the spectral sensitivity characteristic when the filter layer thickness is 8.2 μm in the light receiving element of FIG. A curve L ₃ shows the spectral sensitivity characteristic of the light receiving element of FIG.

【０１０５】これら三つの受光素子のピーク感度波長は
８２０ｎｍ付近にあり、ピーク放射感度は約０．４Ａ／
Ｗであった。ピーク放射感度の１／２（−３ｄＢ）以上
の感度が得られる波長範囲はほぼ８１２ｎｍから８２８
ｎｍの間でその幅は１６ｎｍであった。曲線Ｌ₂ の感度
波長範囲が曲線Ｌ₃ よりも１ｎｍ程度長波長側にシフト
しているが、これはこの素子のフィルタ層と活性層のＡ
ｌＡｓ混晶比が図９に示した受光素子のＡｌＡｓ混晶比
より若干小さかったためと考えられる。また、図１１の
受光素子と図９の受光素子とは、各層のＡｌＡｓ結晶比
が等しいため、曲線Ｌ₁ と曲線Ｌ₃ とは波長８００ｎｍ
よりも長波長側でラップしており、そのラップした部分
の曲線Ｌ₁ （一点鎖線）は省略してある。The peak sensitivity wavelength of these three light receiving elements is around 820 nm, and the peak radiation sensitivity is about 0.4 A /
It was W. The wavelength range in which the sensitivity of 1/2 (-3 dB) or more of the peak radiation sensitivity is obtained is approximately 812 nm to 828.
The width was 16 nm between nm. The sensitivity wavelength range of the curve L ₂ is shifted to the long wavelength side by about 1 nm from the curve L _3, but this is due to A of the filter layer and the active layer of this element.
It is considered that the 1As mixed crystal ratio was slightly smaller than the AlAs mixed crystal ratio of the light receiving element shown in FIG. In addition, since the light receiving element of FIG. 11 and the light receiving element of FIG. 9 have the same AlAs crystal ratio of each layer, the curve L ₁ and the curve L ₃ have a wavelength of 800 nm
The curve L ₁ (dotted line) of the overlapped portion is omitted on the longer wavelength side.

【０１０６】ピーク放射感度の１／１００（−２０ｄ
Ｂ）における感度波長範囲は図９に示した受光素子の場
合８０２ｎｍ〜８４６ｎｍであり、この範囲はＡｌＧａ
Ａｓ基板のバンドギャップエネルギーによる波長８０１
ｎｍとｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層のバンドギャップエネル
ギーによる波長８４９ｎｍで決まる範囲とほぼ一致し
た。また、８０２ｎｍ〜８４６ｎｍの波長範囲以外に−
２０ｄＢ以上の感度が発生する波長域はなかった。1/100 of the peak radiation sensitivity (-20d
The sensitivity wavelength range in B) is 802 nm to 846 nm in the case of the light receiving element shown in FIG. 9, and this range is AlGa.
Wavelength 801 due to bandgap energy of As substrate
nm and the range determined by the wavelength of 849 nm depending on the band gap energy of the p-type AlGaAs active layer. In addition to the wavelength range of 802 nm to 846 nm,
There was no wavelength region where a sensitivity of 20 dB or higher was generated.

【０１０７】図１の受光素子では図３と比較して明らか
なように、散乱光により雑音が発生したことがわかる。As is clear from the comparison with FIG. 3, in the light receiving element of FIG. 1, it can be seen that noise is generated by scattered light.

【０１０８】一方、従来構造の受光素子では６５０ｎｍ
〜８００ｎｍの間で−２０ｄＢ以上の雑音が発生した。
この雑音が散乱光の入射によることを確かめるために、
分光器から出た光を光ファイバを用いて直接受光素子に
導き分光感度を測定した。この測定では、従来構造の受
光素子の特性は曲線Ｌ₄ となり、雑音が散乱光の影響で
あることがわかった。もちろん図９に示した受光素子の
特性にも変化はなかった。On the other hand, in the light receiving element of the conventional structure, 650 nm
Noise of −20 dB or more was generated in the range of up to 800 nm.
To confirm that this noise is due to the incidence of scattered light,
The light emitted from the spectroscope was guided directly to the light receiving element using an optical fiber, and the spectral sensitivity was measured. In this measurement, the characteristic of the light receiving element having the conventional structure is the curve L ₄ , and it was found that the noise is an influence of scattered light. Of course, there was no change in the characteristics of the light receiving element shown in FIG.

【０１０９】このように図９に示した受光素子によれ
ば、図５に示した受光素子のように側壁に遮光膜を形成
しなくても、散乱光の影響をほとんど受けることがな
く、この効果は図６及び図８に示す受光素子においても
同様に達成される。As described above, according to the light receiving element shown in FIG. 9, unlike the light receiving element shown in FIG. 5, even if the light shielding film is not formed on the side wall, the light receiving element is hardly affected by the scattered light, and The effect is similarly achieved in the light receiving element shown in FIGS.

【０１１０】以上において、図６、図８及び図９に示し
た本実施例によれば、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板上に、この
基板よりもＡｌＡｓ混晶比が大きなｎ型ＡｌＧａＡｓ障
壁層、ＡｌＡｓ混晶比がＡｌＧａＡｓ基板よりも小さな
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャルウ
ェーハを形成し、このエピタキシャルウェーハの表面に
電極を形成し、かつ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を
取り入れるようにしたので、ＡｌＧａＡｓ基板と活性層
との間の混晶比を制御することにより、感度波長範囲を
制御できると共に、散乱光の入射に対しても、雑音を−
２０ｄＢ以下に低減した受光素子を安価に生産できる。As described above, according to the present embodiment shown in FIGS. 6, 8 and 9, an n-type AlGaAs barrier layer and an AlAs mixed crystal having a larger AlAs mixed crystal ratio than this substrate are formed on the n-type AlGaAs substrate. The p-type AlGaAs active layer having a smaller ratio than the AlGaAs substrate is laminated to form an epitaxial wafer, electrodes are formed on the surface of this epitaxial wafer, and light is introduced from the n-type AlGaAs substrate side. By controlling the mixed crystal ratio between the substrate and the active layer, the sensitivity wavelength range can be controlled, and noise can be reduced even when the scattered light is incident.
It is possible to inexpensively produce a light receiving element whose amount is reduced to 20 dB or less.

【０１１１】また、受光素子の活性層と電極との間に、
ＡｌＧａＡｓ障壁層を設けたので、感度波長範囲が制御
でき、散乱光の入射に対しても雑音の発生が極度に少な
く、かつ、放射感度が極めて高い受光素子を安価に製造
することができる。Further, between the active layer of the light receiving element and the electrode,
Since the AlGaAs barrier layer is provided, the sensitivity wavelength range can be controlled, noise is extremely reduced even when scattered light is incident, and a light receiving element having extremely high radiation sensitivity can be manufactured at low cost.

【０１１２】さらに受光素子の障壁層と電極との間に、
高キャリア濃度のＡｌＧａＡｓ層を設けた受光素子によ
れば、感度波長範囲が制御でき、散乱光の入射に対して
も雑音の発生が極度に少なく、放射感度が極めて高く、
かつ、応答速度が速い受光素子を安価に製造することが
できる。Further, between the barrier layer of the light receiving element and the electrode,
According to the light receiving element provided with the high carrier concentration AlGaAs layer, the sensitivity wavelength range can be controlled, the generation of noise is extremely small even when the scattered light is incident, and the radiation sensitivity is extremely high.
In addition, a light receiving element having a fast response speed can be manufactured at low cost.

【０１１３】[0113]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【０１１４】(1) 受光素子にフィルタ層を一体的に形成
するときにそのフィルタ層の膜厚を（ｌｎ５００）／α
以上とし、フィルタ層と活性層との混晶比を制御するこ
とにより、単一波長の光を受光することができると共
に、雑音を−２０ｄＢ以下に低減することができる受光
素子を安価に製造することができる。(1) When the filter layer is integrally formed on the light receiving element, the film thickness of the filter layer is set to (ln500) / α
As described above, by controlling the mixed crystal ratio of the filter layer and the active layer, light having a single wavelength can be received, and a light receiving element that can reduce noise to −20 dB or less can be manufactured at low cost. be able to.

【０１１５】(2) 受光素子にフィルタ層を一体的に形成
した受光素子のメサ分離溝周囲の側壁を遮光性の膜で覆
ったので、拡散光の入射に対しても雑音の発生が極度に
少ない受光素子を安価に製造することができる。(2) Since the side wall around the mesa separation groove of the light receiving element in which the filter layer is integrally formed on the light receiving element is covered with the light shielding film, noise is extremely generated even when the diffused light is incident. A small number of light receiving elements can be manufactured at low cost.

【０１１６】(3) ＡｌＧａＡｓ基板と活性層との混晶比
を制御することにより、感度波長範囲を制御できると共
に、散乱光の入射に対しても雑音を−２０ｄＢ以下に低
減した受光素子を安価に製造することができる。(3) By controlling the mixed crystal ratio of the AlGaAs substrate and the active layer, the sensitivity wavelength range can be controlled, and the light receiving element in which noise is reduced to -20 dB or less even when the scattered light is incident is inexpensive. Can be manufactured.

【０１１７】(4) 受光素子の活性層と電極との間に、Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層を設けたので、感度波長範囲を制御で
き、散乱光の入射に対しても雑音の発生が極度に少な
く、放射感度が極めて高い受光素子を安価に製造するこ
とができる。(4) Between the active layer of the light receiving element and the electrode, A
Since the 1GaAs barrier layer is provided, the sensitivity wavelength range can be controlled, noise is extremely small even when scattered light is incident, and a light receiving element having extremely high radiation sensitivity can be manufactured at low cost.

【０１１８】(5) 受光素子の障壁層と電極との間に、高
キャリア濃度のＡｌＧａＡｓ層を設けたので、感度波長
範囲が制御でき、散乱光の入射に対しても雑音の発生が
極度に少なく、放射感度が極めて高く、かつ応答速度が
速い受光素子を安価に製造することができる。(5) Since the AlGaAs layer having a high carrier concentration is provided between the barrier layer and the electrode of the light receiving element, the sensitivity wavelength range can be controlled, and noise is extremely generated even when the scattered light is incident. It is possible to inexpensively manufacture a light receiving element which has a small amount, an extremely high radiation sensitivity, and a high response speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】（ａ）は本発明の単一波長受光素子の一実施例
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各結晶層とＡ
ｌＡｓ混晶比との関係を示す図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of an example of a single-wavelength light receiving element of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing each crystal layer and A shown in FIG.
It is a figure which shows the relationship with 1As mixed crystal ratio.

【図２】図１（ａ）に示した受光素子のバンド構造図で
ある。FIG. 2 is a band structure diagram of the light receiving element shown in FIG.

【図３】７００ｎｍから１０００ｎｍにおける４種類の
受光素子の分光感度の測定結果である。FIG. 3 shows measurement results of spectral sensitivities of four types of light receiving elements in 700 nm to 1000 nm.

【図４】（ａ）は本発明の単一受光素子の他の実施例の
断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した各結晶層とＡ
ｌＡｓ混晶比との関係を示す図である。FIG. 4A is a cross-sectional view of another embodiment of the single light receiving element of the present invention, and FIG. 4B is a diagram showing each crystal layer and A of FIG.
It is a figure which shows the relationship with 1As mixed crystal ratio.

【図５】本発明の単一受光素子の他の実施例の断面図で
ある。FIG. 5 is a sectional view of another embodiment of the single light receiving element of the present invention.

【図６】（ａ）は本発明の単一波長受光素子の実施例の
断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各結晶層とＡｌ
Ａｓ混晶比との関係を示す図である。FIG. 6A is a cross-sectional view of an example of a single-wavelength light receiving element of the present invention, and FIG.
It is a figure which shows the relationship with As mixed crystal ratio.

【図７】図６（ａ）に示した受光素子のバンド構造図で
ある。FIG. 7 is a band structure diagram of the light receiving element shown in FIG.

【図８】本発明の単一波長受光素子の他の実施例の断面
図である。FIG. 8 is a sectional view of another embodiment of the single-wavelength light receiving element of the present invention.

【図９】本発明の単一波長受光素子の他の実施例の断面
図である。FIG. 9 is a sectional view of another embodiment of the single-wavelength light receiving element of the present invention.

【図１０】図９に示した受光素子の分光感度特性と図１
１に示した従来の受光素子の分光感度特性とを示す図で
ある。10 is a diagram showing the spectral sensitivity characteristics of the light receiving element shown in FIG. 9 and FIG.
It is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic of the conventional light receiving element shown in FIG.

【図１１】従来の単一波長受光素子の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a conventional single-wavelength light receiving element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１４ フィルタ層 １５ （カソード）電極 １６ （アノード）電極 14 Filter Layer 15 (Cathode) Electrode 16 (Anode) Electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 化合物半導体基板上にダブルヘテロ構造
を有するエピタキシャル層を積層し、該エピタキシャル
層の上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成長
させることによりエピタキシャルウェーハを形成し、該
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成することに
より作製される受光素子において、前記フィルタ層の厚
さが、前記フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収係数
をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上である
ことを特徴とする単一波長受光素子。1. An epitaxial wafer is formed by laminating an epitaxial layer having a double hetero structure on a compound semiconductor substrate and growing a filter layer absorbing high energy light on the epitaxial layer. In the light-receiving element produced by forming an electrode on the surface of the filter layer, the thickness of the filter layer is (ln500) / α or more when the absorption coefficient for the absorption edge wavelength light of the filter layer is αcm ^−1. A single-wavelength light-receiving element characterized by being present. 【請求項２】 化合物半導体基板上にシングルヘテロ構
造を有するエピタキシャル層を積層し、該エピタキシャ
ル層の上に高エネルギーの光を吸収するフィルタ層を成
長させることによりエピタキシャルウェーハを形成し、
該エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成すること
により作製される受光素子において、前記フィルタ層の
厚さが、前記フィルタ層の吸収端波長光に対する吸収係
数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／α以上であ
ることを特徴とする単一波長受光素子。2. An epitaxial wafer is formed by laminating an epitaxial layer having a single hetero structure on a compound semiconductor substrate and growing a filter layer absorbing high energy light on the epitaxial layer,
In a light-receiving element produced by forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, the thickness of the filter layer is (ln500) / when the absorption coefficient of the filter layer for absorption edge wavelength light is αcm ^−1. A single-wavelength light receiving element characterized by being α or more. 【請求項３】 第一の導電型のＧａＡｓ基板上に、該基
板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ第一障壁層、ｉ型ＧａＡ
ｓ又はｉ型ＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型のＡｌ
ＧａＡｓ第二障壁層を成長させてダブルヘテロ構造と
し、該ダブルヘテロ構造の上に前記第二の導電型の第二
ＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の
導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキ
シャルウェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの
表面に電極を形成することにより作製される受光素子に
おいて、前記第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、該ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光に対
する吸収波長係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５０
０）／α以上であることを特徴とする単一波長受光素
子。3. A first conductivity type GaAs substrate, an AlGaAs first barrier layer of the same conductivity type as the substrate, and an i-type GaA.
s or i type AlGaAs active layer and second conductivity type Al
A GaAs second barrier layer is grown to form a double heterostructure, and a second conductivity type AlGaAs filter layer having a lower AlAs mixed crystal ratio than the second conductivity type second AlGaAs barrier layer is formed on the double heterostructure. In a light-receiving element produced by growing an epitaxial wafer and forming electrodes on the surface of the epitaxial wafer, the thickness of the second conductivity type AlGaAs filter layer is equal to the absorption of the AlGaAs filter layer. When the absorption wavelength coefficient for edge wavelength light is α cm ⁻¹ (ln50
0) / α or more, a single-wavelength light receiving element. 【請求項４】 第一の導電型のＧａＡｓ基板上に、該基
板と同一導電型のＡｌＧａＡｓ活性層及び第二の導電型
のＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させてシングルヘテロ構造
とし、該シングルヘテロ構造の上に前記第二の導電型の
ＡｌＧａＡｓ障壁層よりもＡｌＡｓ混晶比の低い第二の
導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層を成長させてエピタキ
シャルウェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの
表面に電極を形成することにより作製される受光素子に
おいて、前記第二の導電型のＡｌＧａＡｓフィルタ層の
厚さが、該ＡｌＧａＡｓフィルタ層の吸収端波長光にお
ける吸収係数をαｃｍ^-1としたときに（ｌｎ５００）／
α以上であることを特徴とする単一波長受光素子。4. A single hetero structure is formed by growing an AlGaAs active layer of the same conductivity type and a second conductivity type AlGaAs barrier layer on the GaAs substrate of the first conductivity type to form a single hetero structure. A second conductivity type AlGaAs filter layer having a lower AlAs mixed crystal ratio than the second conductivity type AlGaAs barrier layer is grown thereon to form an epitaxial wafer, and an electrode is formed on the surface of the epitaxial wafer. In the light-receiving element manufactured by (1), the thickness of the second conductivity type AlGaAs filter layer is (ln500) / when the absorption coefficient of the AlGaAs filter layer at the absorption edge wavelength light is α cm ^−1.
A single-wavelength light receiving element characterized by being α or more. 【請求項５】 ｐｎ接合がメサ分離され、かつ、該メサ
分離で形成されたメサ分離溝の側壁が遮光性の膜で覆わ
れていることを特徴とする請求項１から請求項４までの
いずれか一項記載の単一波長受光素子。5. The pn junction is mesa-separated, and the side wall of the mesa separation groove formed by the mesa separation is covered with a light-shielding film. The single-wavelength light-receiving element according to any one of items. 【請求項６】 化合物半導体のｐｎ接合あるいはｐｉｎ
接合と、該ｐｎ接合あるいは該ｐｉｎ接合よりも光の入
射面側に配置されたフィルタ層と、該フィルタ層で光励
起されたキャリアが前記ｐｎ接合あるいは前記ｐｉｎ接
合に拡散するのを防止する障壁層とを有する受光素子に
おいて、前記フィルタ層を、高エネルギーの光を吸収す
る化合物半導体基板で形成し、その基板上にｐｎ接合あ
るいはｐｉｎ接合のエピタキシャル層を成長させて受光
素子を形成したことを特徴とする単一波長受光素子。6. A pn junction or pin of a compound semiconductor
A junction, a filter layer disposed on the light incident surface side of the pn junction or the pin junction, and a barrier layer for preventing carriers photoexcited in the filter layer from diffusing to the pn junction or the pin junction. In the light receiving element having, the filter layer is formed of a compound semiconductor substrate that absorbs high-energy light, and a pn junction or pin junction epitaxial layer is grown on the substrate to form the light receiving element. A single-wavelength light receiving element. 【請求項７】 フィルタ層となるｎ型ＡｌＧａＡｓ基板
上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きなｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が前記基板よりも小さな
ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を積層させてエピタキシャルウ
ェーハを形成し、該エピタキシャルウェーハの表面に電
極を形成し、かつ、前記ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光
を取り入れるようにしたことを特徴とする単一波長受光
素子。7. An n-type AlGb substrate having an AlAs mixed crystal ratio larger than that of the substrate on the n-type AlGaAs substrate to be a filter layer.
An epitaxial wafer is formed by laminating an aAs barrier layer and a p-type AlGaAs active layer having a smaller AlAs mixed crystal ratio than the substrate, and an electrode is formed on the surface of the epitaxial wafer. A single-wavelength light receiving element characterized in that 【請求項８】 フィルタ層となる第一の導電型のＡｌＧ
ａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きな
第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が
前記ＡｌＧａＡｓ基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活
性層を積層させてエピタキシャルウェーハを形成し、該
エピタキシャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、
前記ｎ型ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるように
したことを特徴とする単一波長受光素子。8. A first conductivity type AlG serving as a filter layer.
An epitaxial wafer is formed by laminating a first conductivity type AlGaAs barrier layer having a larger AlAs mixed crystal ratio than the substrate and a p-type AlGaAs active layer having a smaller AlAs mixed crystal ratio than the AlGaAs substrate on the aAs substrate. Forming an electrode on the surface of the epitaxial wafer, and
A single wavelength light receiving element characterized in that light is taken in from the n-type AlGaAs substrate side. 【請求項９】 フィルタ層となる第一の導電型のＡｌＧ
ａＡｓ基板上に、ＡｌＡｓ混晶比が該基板よりも大きな
第一の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が
前記基板よりも小さなｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ＡｌＡ
ｓ混晶比が該ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層よりも大きな第二
の導電型のＡｌＧａＡｓ障壁層、ＡｌＡｓ混晶比が０．
００５〜０．１で、第二の導電型のＡｌＧａＡｓ層を積
層させてエピタキシャルウェーハを形成し、該エピタキ
シャルウェーハの表面に電極を形成し、かつ、前記ｎ型
ＡｌＧａＡｓ基板側から光を取り入れるようにしたこと
を特徴とする単一波長受光素子。9. A first conductivity type AlG to be a filter layer.
On the aAs substrate, a first conductivity type AlGaAs barrier layer having a higher AlAs mixed crystal ratio than the substrate, a p-type AlGaAs active layer having a smaller AlAs mixed crystal ratio than the substrate, and AlA.
A second conductivity type AlGaAs barrier layer having a larger s mixed crystal ratio than the p-type AlGaAs active layer, and an AlAs mixed crystal ratio of 0.
005 to 0.1, a second conductivity type AlGaAs layer is laminated to form an epitaxial wafer, electrodes are formed on the surface of the epitaxial wafer, and light is taken in from the n-type AlGaAs substrate side. A single wavelength light receiving element characterized by the above.