JPS63187671A - １．３μｍ帯半導体受光素子 - Google Patents
１．３μｍ帯半導体受光素子Info
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- JPS63187671A JPS63187671A JP62019796A JP1979687A JPS63187671A JP S63187671 A JPS63187671 A JP S63187671A JP 62019796 A JP62019796 A JP 62019796A JP 1979687 A JP1979687 A JP 1979687A JP S63187671 A JPS63187671 A JP S63187671A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、１．３−帯波長用半導体受光素子の構造に関
する。
する。
現在、１−帯光通信用受光素子はｆｎＰ系の半導体によ
り（１４成されている。その光吸収層として禁制帯１Ｌ
Ｖ７０．７＋ｅＶのＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ又はＩ ｎ
ＧａＡＳＰを用いた半導体受光素子は、光波長で最長１
．７−の波長領域まで感度を有し、光ファイバの光Ｉｎ
失の低い１．３−帯および１．５５μｍ帯の波長を用い
た光通信システムで広く使用可能である。
り（１４成されている。その光吸収層として禁制帯１Ｌ
Ｖ７０．７＋ｅＶのＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ又はＩ ｎ
ＧａＡＳＰを用いた半導体受光素子は、光波長で最長１
．７−の波長領域まで感度を有し、光ファイバの光Ｉｎ
失の低い１．３−帯および１．５５μｍ帯の波長を用い
た光通信システムで広く使用可能である。
第１図は従来のｌ−帯光通信用受光七子の一例を示すも
のである。第１図において、（Ｉ）１よｎ側電礪、（２
）は、例えば、ｎ型１ｎＰからなる半？、１体基板、（
３）は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなるバッファ層、（４
）は、例えば、禁制帯中約０．７：＋ｅＶのｎ型ＩｎＧ
ａＡｓからなる光吸収層、（５）は、例えば、ｎ型［ｎ
Ｐからなる窓層、（６）は窓層の表面↓こ設けられた
ＳｉＯ□等からなる表面保護膜、（８）は、例えば、Ｚ
ｎの拡散等により窓層（５）中に設けられたＰ型受光領
域、（９）はｐ（！ＩＩＩ電極である。また、（７）は
本素子を△１〕Ｄ（アバランシェ・フォトダイオード）
として用いる場合に、窓層（５）中に設けられろＰ壁領
域からなるガードリングである。本構造では、光吸収層
として、禁制帯巾約０．７５ｅＶＯｎ型ＩｎＧａＡｓ層
を用いているため、この例による素子は、波長１．１〜
１．７−の広い波長範囲において良好な感度を有し、１
−帯の光通信用受光素子として巾広く使用可能である。
のである。第１図において、（Ｉ）１よｎ側電礪、（２
）は、例えば、ｎ型１ｎＰからなる半？、１体基板、（
３）は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなるバッファ層、（４
）は、例えば、禁制帯中約０．７：＋ｅＶのｎ型ＩｎＧ
ａＡｓからなる光吸収層、（５）は、例えば、ｎ型［ｎ
Ｐからなる窓層、（６）は窓層の表面↓こ設けられた
ＳｉＯ□等からなる表面保護膜、（８）は、例えば、Ｚ
ｎの拡散等により窓層（５）中に設けられたＰ型受光領
域、（９）はｐ（！ＩＩＩ電極である。また、（７）は
本素子を△１〕Ｄ（アバランシェ・フォトダイオード）
として用いる場合に、窓層（５）中に設けられろＰ壁領
域からなるガードリングである。本構造では、光吸収層
として、禁制帯巾約０．７５ｅＶＯｎ型ＩｎＧａＡｓ層
を用いているため、この例による素子は、波長１．１〜
１．７−の広い波長範囲において良好な感度を有し、１
−帯の光通信用受光素子として巾広く使用可能である。
また、この例による素子は、ｐ−ｎ接合を禁制帯中が約
１．３４ｅＶと比較的大きなＩｎＰ窓層（５）中に設け
ているため、バイアス電圧印加時のｐ−ｎ接合部におけ
るリーク電流が極めて小さく保持され、従って、暗電流
の小さい、低雑音の優れた受光素子となる。
１．３４ｅＶと比較的大きなＩｎＰ窓層（５）中に設け
ているため、バイアス電圧印加時のｐ−ｎ接合部におけ
るリーク電流が極めて小さく保持され、従って、暗電流
の小さい、低雑音の優れた受光素子となる。
しかしながら、本構造をもつ受光素子には、第２図に示
すような欠点がある。すなわち、禁制帯中１．３４ｅＶ
のＩｎＰ窓層（５）と禁制帯中０．７５ｅＶのＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層（４）とのへテロ接合面において、価電子
帯にΔＥｖの不連続が生しる。このΔＥｖが、光照射時
に生じる電子〜正孔対のうち、正孔に対してエネルギー
障壁として働き、正札のドリフトを妨げるため、素子の
高速動作が著しくそこなわれるという問題が生じる。ま
た、本構造をもつ素子の製作工程においては、結晶成長
時に、１ｎＧａＡｓ光吸収層上にＩｎＰ窓層の成長を行
う必要がある。この場合に、結晶成長法として、例えば
、従来広く用いられている液相エピクキシャル成長法（
ＬＰＥ？去）を用いると、ｌｎＰ成長用のメルトにＩｎ
ＧａＡｓが１容融しやすいため、ｌｎＰ窓層成長時に１
ｎＧａＡｓ光吸収層が溶けだす、いわゆる゛メルトバッ
ク°の問題が生し、７１９層の制御が困難になるととも
に、Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎＧａΔＳ界面の結晶性が著
しく低下するという欠点がある。
すような欠点がある。すなわち、禁制帯中１．３４ｅＶ
のＩｎＰ窓層（５）と禁制帯中０．７５ｅＶのＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層（４）とのへテロ接合面において、価電子
帯にΔＥｖの不連続が生しる。このΔＥｖが、光照射時
に生じる電子〜正孔対のうち、正孔に対してエネルギー
障壁として働き、正札のドリフトを妨げるため、素子の
高速動作が著しくそこなわれるという問題が生じる。ま
た、本構造をもつ素子の製作工程においては、結晶成長
時に、１ｎＧａＡｓ光吸収層上にＩｎＰ窓層の成長を行
う必要がある。この場合に、結晶成長法として、例えば
、従来広く用いられている液相エピクキシャル成長法（
ＬＰＥ？去）を用いると、ｌｎＰ成長用のメルトにＩｎ
ＧａＡｓが１容融しやすいため、ｌｎＰ窓層成長時に１
ｎＧａＡｓ光吸収層が溶けだす、いわゆる゛メルトバッ
ク°の問題が生し、７１９層の制御が困難になるととも
に、Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎＧａΔＳ界面の結晶性が著
しく低下するという欠点がある。
第；３図は、上記の問題を解決するために考案された半
導体受光素子の一例を示している。同図において、θ０
）は第１図の光吸収層（４）と窓層（５）の間に設けら
れた、例えば禁制帯中１． ＩｅＶのＩｎＧａＡｓＰか
らなる中間層である。中間ＪＶ ０１ｌ）を設けること
により、第１図の素子構造で問題とされた価電子帯の不
連続ΔＥｖは緩和され、従って、しゃ新円波数５００Ｍ
Ｈｚ以上の高速動作可能な受光素子が実現される。また
、Ｉ ｎ、 Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐがアンチ・メルトバッ
ク層として作用するため、前述した結晶成長時における
゛メルトバック″による思影響も著しく軽減される。
導体受光素子の一例を示している。同図において、θ０
）は第１図の光吸収層（４）と窓層（５）の間に設けら
れた、例えば禁制帯中１． ＩｅＶのＩｎＧａＡｓＰか
らなる中間層である。中間ＪＶ ０１ｌ）を設けること
により、第１図の素子構造で問題とされた価電子帯の不
連続ΔＥｖは緩和され、従って、しゃ新円波数５００Ｍ
Ｈｚ以上の高速動作可能な受光素子が実現される。また
、Ｉ ｎ、 Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐがアンチ・メルトバッ
ク層として作用するため、前述した結晶成長時における
゛メルトバック″による思影響も著しく軽減される。
〔発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、上記第３図に示す素子構造には、製作工
程上に問題があることが判明した。すなわち、ＩｎＧａ
ＡｓＰ中間層００）の厚みや不純物濃度の変動は素子の
特性に大きな影響を及ぼし、例えば、不適当な厚みや不
純物濃度は素子の感度低下や暗電流の増加をもたらす。
程上に問題があることが判明した。すなわち、ＩｎＧａ
ＡｓＰ中間層００）の厚みや不純物濃度の変動は素子の
特性に大きな影響を及ぼし、例えば、不適当な厚みや不
純物濃度は素子の感度低下や暗電流の増加をもたらす。
従って、良好な特性の素子を歩留りよく作製するために
は、中間層の厚みや不純物濃度を最適化し、かつ均一性
を良好にすることが必要であるが、従来のＬＰＥ法等の
結晶成長技術では、このような条件の素子を製作するこ
とは極めて困難である。また、１．３−帯の受光素子を
製作するためには、光吸収層をＩｎＧａＡｓなどの禁制
帯１〕の狭い半導体層を用いて、製作工程を複雑にする
必要は全くない。
は、中間層の厚みや不純物濃度を最適化し、かつ均一性
を良好にすることが必要であるが、従来のＬＰＥ法等の
結晶成長技術では、このような条件の素子を製作するこ
とは極めて困難である。また、１．３−帯の受光素子を
製作するためには、光吸収層をＩｎＧａＡｓなどの禁制
帯１〕の狭い半導体層を用いて、製作工程を複雑にする
必要は全くない。
本発明はこのような点にかんがみてなされたもので、１
．３−帯の波長領域で実用上良好な感度を有し、暗電流
が小さく、周波数特性が良好で、かつ簡単な工程で歩留
りよく製作できる半導体受光素子の構造を提供すること
を目的としている。
．３−帯の波長領域で実用上良好な感度を有し、暗電流
が小さく、周波数特性が良好で、かつ簡単な工程で歩留
りよく製作できる半導体受光素子の構造を提供すること
を目的としている。
〔問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明による１、３−帯半導
体受光素子は、光吸収層である第１の半導体層と、該第
１の半導体層上に隣接して形成され、第１の半導体層の
禁制帯中より大きな禁制帯中をもら、かつ、層中にｐ−
ｎ接合を有する第２の゛ト導体層とよりなる半導体受光
素子において、上記第１の半導体層の禁制帯ｒｌ’ｌＥ
ｇを０．８０≦Ｅｇ≦０．９５ｅＶ としたことを特徴とする。
体受光素子は、光吸収層である第１の半導体層と、該第
１の半導体層上に隣接して形成され、第１の半導体層の
禁制帯中より大きな禁制帯中をもら、かつ、層中にｐ−
ｎ接合を有する第２の゛ト導体層とよりなる半導体受光
素子において、上記第１の半導体層の禁制帯ｒｌ’ｌＥ
ｇを０．８０≦Ｅｇ≦０．９５ｅＶ としたことを特徴とする。
次に、本発明の作用を、一実施例を示す第４図により説
明する。
明する。
第４図において、（１１）は禁制帯０．９０ｅＶのＩ
ｎ Ｇ ａＡｓＰＡｓ状層である。従って、ＬＰＥ法に
より結晶成長を行う際、ＩｎＧａＡｓと異なり、ＩｎＰ
窓層成長時に“メルトバック゛の問題は生しない。Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐは、Ａｓが増加しＰが残少すると禁制帯
中は小さくなる。実験によれば、Ａｓが増加しＰが減少
しても、禁制帯中が０．８０ｅν程度まてのｌ ｎＧａ
Ａｓ Ｐ四元結晶は、特に重大な°メルトバック“の問
題を生じないことがＩＩ＋明した。また、禁制帯中が０
．７５ｅνであるＩ ｎＧａＡｓを光吸収層に用いると
、価電子帯の不連続によるヘテロ障壁が応答速度の低下
をもたらすが、禁制帯中が０．８０ｅν以上になると、
応答速度は改善され、ヘテロ障壁は高速応答特性に重大
な悪影響を与えない。第５図は、本発明による構造素子
の周波数特性が第１図に示す従来構造素子の周波数特性
より（Ｍれていることを示している。
ｎ Ｇ ａＡｓＰＡｓ状層である。従って、ＬＰＥ法に
より結晶成長を行う際、ＩｎＧａＡｓと異なり、ＩｎＰ
窓層成長時に“メルトバック゛の問題は生しない。Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐは、Ａｓが増加しＰが残少すると禁制帯
中は小さくなる。実験によれば、Ａｓが増加しＰが減少
しても、禁制帯中が０．８０ｅν程度まてのｌ ｎＧａ
Ａｓ Ｐ四元結晶は、特に重大な°メルトバック“の問
題を生じないことがＩＩ＋明した。また、禁制帯中が０
．７５ｅνであるＩ ｎＧａＡｓを光吸収層に用いると
、価電子帯の不連続によるヘテロ障壁が応答速度の低下
をもたらすが、禁制帯中が０．８０ｅν以上になると、
応答速度は改善され、ヘテロ障壁は高速応答特性に重大
な悪影響を与えない。第５図は、本発明による構造素子
の周波数特性が第１図に示す従来構造素子の周波数特性
より（Ｍれていることを示している。
以上により、光吸収層として、禁制帯１１が０．８０ｅ
Ｖ （波長１．５５−）から０．９５ｅＶ （１，３−
）までのｌ ｎＧａＡｓ Ｐを用いることにより、第３
図に示すような中間層を設ける必要がなく、簡単な製造
工程で、歩留りよく、高速応答特性の優れた受光素子を
得ることができる。
Ｖ （波長１．５５−）から０．９５ｅＶ （１，３−
）までのｌ ｎＧａＡｓ Ｐを用いることにより、第３
図に示すような中間層を設ける必要がなく、簡単な製造
工程で、歩留りよく、高速応答特性の優れた受光素子を
得ることができる。
なお、本実施例では、バイアス電圧を５■とした場合、
暗電流は１ｎＡ以下、感度は０．１Ａ／Ｗ以上、波長１
．ｌｌｒ＋ｎ高速変調光にぞ１するしゃ新円波数は５０
０Ｍ］ｌｚ以上であり、特性的にも極めて良好であるこ
とが４１認された。
暗電流は１ｎＡ以下、感度は０．１Ａ／Ｗ以上、波長１
．ｌｌｒ＋ｎ高速変調光にぞ１するしゃ新円波数は５０
０Ｍ］ｌｚ以上であり、特性的にも極めて良好であるこ
とが４１認された。
［実施例］
第４凹は、本発明の一実施例を示す図である。
（１） １．： ｎ型電極、（２）はｎ型１ｎＰからな
る半導体基板、（３）はｎ型１ｎＰからなるバッファ層
、（ｌ ｌ）は禁制帯ｔｌＯ，９０ｅνのＩ ｎ Ｇ
ａΔｓＰ光吸収層、（５）はｎ型１ｎＰ窓層、（６）は
ＳｉＯ２からなる表面保護膜、（８）はＺｎ拡散により
窓層（５）中に設けられたｐ型受光領域、（９）はｎ型
電極である。（７）は窓層（５）中に設けられたｐ型ガ
ードリングである。
る半導体基板、（３）はｎ型１ｎＰからなるバッファ層
、（ｌ ｌ）は禁制帯ｔｌＯ，９０ｅνのＩ ｎ Ｇ
ａΔｓＰ光吸収層、（５）はｎ型１ｎＰ窓層、（６）は
ＳｉＯ２からなる表面保護膜、（８）はＺｎ拡散により
窓層（５）中に設けられたｐ型受光領域、（９）はｎ型
電極である。（７）は窓層（５）中に設けられたｐ型ガ
ードリングである。
本発明は上記実施例に限定されることなく、■・ｎ々変
形して実施し得るものである。例えば、上記実施例では
、ｐ−ｎ！妾合をＺｎの拡散によって形成した、いわゆ
るプレーナ型について説明したが、これば例えば、ｌ
ｎ Ｐ窓層をｎ型１ｎＰ、ｐ型Ｉ ｒ＋ Ｐの二層構造
としてメサ型としたものでも同様な効果が期待される。
形して実施し得るものである。例えば、上記実施例では
、ｐ−ｎ！妾合をＺｎの拡散によって形成した、いわゆ
るプレーナ型について説明したが、これば例えば、ｌ
ｎ Ｐ窓層をｎ型１ｎＰ、ｐ型Ｉ ｒ＋ Ｐの二層構造
としてメサ型としたものでも同様な効果が期待される。
また、上記実施例では、光をエピタキシャル成長層イ；
すから入射する構造を示したが、ｎ型１ｒ＋Ｐ基板側か
ら入射させてもよい。また、本実施例では窓層をＩｎＰ
としたが、光吸収層より禁制帯中が広い材料であれば、
ｌｎＰ以外の材料でも一向に差し支えない。光吸収層材
料としては、禁制帯中０．８０〜０．９５ｅＶという限
定がつくだけで、超格子構造などをも含めて、Ｉ ｎＧ
ａＡｓ Ｐ以外の（オ料であっても実施可能であること
は言うまでもない。
すから入射する構造を示したが、ｎ型１ｒ＋Ｐ基板側か
ら入射させてもよい。また、本実施例では窓層をＩｎＰ
としたが、光吸収層より禁制帯中が広い材料であれば、
ｌｎＰ以外の材料でも一向に差し支えない。光吸収層材
料としては、禁制帯中０．８０〜０．９５ｅＶという限
定がつくだけで、超格子構造などをも含めて、Ｉ ｎＧ
ａＡｓ Ｐ以外の（オ料であっても実施可能であること
は言うまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、１．３μ・：１
：の波長領域で実用上良好な感度を有し、ｆｆ＆’Ｅ流
が小さく、周波数特性が良好な半導体受光素子が提供さ
れる。特に、素子構造が筒中化されているため、本発明
は簡単な工程で歩留りよく装作することが可能になると
いう大きな効果を存している。
：の波長領域で実用上良好な感度を有し、ｆｆ＆’Ｅ流
が小さく、周波数特性が良好な半導体受光素子が提供さ
れる。特に、素子構造が筒中化されているため、本発明
は簡単な工程で歩留りよく装作することが可能になると
いう大きな効果を存している。
・１． 図面の簡Ｑ’ｔな説明
第１６は従来の半導体受光素子の構造を示す要部断面図
、第２図は第１図の構造の受光素子の問題点を説明する
半導体のエネルギーバンド図、第３図は第１図の構造を
改良した従来の受光素子の構造を示す要部断面図、第４
図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第５図は本発
明による＋構造素子の周波数特性を示す図である。
、第２図は第１図の構造の受光素子の問題点を説明する
半導体のエネルギーバンド図、第３図は第１図の構造を
改良した従来の受光素子の構造を示す要部断面図、第４
図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第５図は本発
明による＋構造素子の周波数特性を示す図である。
１ ： ｎイ、１１電）兎、 ２ ： ｎ型 １ｎ
Ｐ基（反、 ３ ： ｎ型１ ｎ Ｐ ハフフッ層、
４：ｎ型１ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、 ５．ｎ型
ＩｎＰ窓層、 ６：表面保護膜、 ７：ｐ型ガードリ
ング、 ８：ｐ苧受光領域、 ９；Ｐ側′改桟、 ｌ
ｏ：ｒ＋梨型１ｎＧａＡｓＰ中
Ｐ基（反、 ３ ： ｎ型１ ｎ Ｐ ハフフッ層、
４：ｎ型１ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、 ５．ｎ型
ＩｎＰ窓層、 ６：表面保護膜、 ７：ｐ型ガードリ
ング、 ８：ｐ苧受光領域、 ９；Ｐ側′改桟、 ｌ
ｏ：ｒ＋梨型１ｎＧａＡｓＰ中
Claims (2)
- （１）光吸収層である第１の半導体層と、該第１の半導
体層上に隣接して形成され、第１の半導体層の禁制帯巾
より大きな禁制帯巾をもち、かつ、層中にｐ−ｎ接合を
有する第２の半導体層とよりなる半導体受光素子におい
て、上記第１の半導体層の禁制帯巾Ｅｇを ０．８０≦Ｅｇ≦０．９５ｅＶ としたことを特徴とする半導体受光素子。 - （２）前記第１の半導体層がＩｎＧａＡｓＰであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019796A JPS63187671A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | １．３μｍ帯半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019796A JPS63187671A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | １．３μｍ帯半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63187671A true JPS63187671A (ja) | 1988-08-03 |
Family
ID=12009309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62019796A Pending JPS63187671A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | １．３μｍ帯半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63187671A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304824A (en) * | 1990-08-31 | 1994-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photo-sensing device |
| JP2006237186A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP62019796A patent/JPS63187671A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304824A (en) * | 1990-08-31 | 1994-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photo-sensing device |
| JP2006237186A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子およびその製造方法 |
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