JP2000223685A - 光電気集積回路およびヘテロ接合ホトトランジスタ - Google Patents

光電気集積回路およびヘテロ接合ホトトランジスタ

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JP2000223685A
JP2000223685A JP11019460A JP1946099A JP2000223685A JP 2000223685 A JP2000223685 A JP 2000223685A JP 11019460 A JP11019460 A JP 11019460A JP 1946099 A JP1946099 A JP 1946099A JP 2000223685 A JP2000223685 A JP 2000223685A
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Yutaka Matsuoka
松岡  裕
Hideki Fukano
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光感度と動作速度との間のトレードオフを
解消できる光電気集積回路およびヘテロ接合ホトトラン
ジスタを提供する。 【解決手段】 基板101上に第一〜四コレクタ層10
2〜105、ベース層106、エミッタ層107を積層
されて、コレクタ電極109、ベース電極110、エミ
ッタ電極111を有するヘテロ接合バイポーラトランジ
スタと、基板101上に上記コレクタ層102〜10
5、ベース層106と共通する第一〜五半導体層102
a〜106aを有すると共に、上記電極109,110
と同時に形成されたn側電極109a、p側電極110
aを有するフォトダイオード(PD)とを備え、PDに
入射した信号光1を電気信号に変換処理して出力する光
電気集積回路において、基板101のPD側の側端面に
基板101の厚さ方向内側ほど窪んだ傾斜状となる逆メ
サ112を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における光
信号受信に用いられる光電気集積回路およびヘテロ接合
ホトトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】高速大容量の光通信システムを安価に実
現させるためのデバイスとして、一チップで超高速光信
号を電気信号に変換して当該電気信号を増幅させる機能
を有する光電気集積回路(以下「OEIC」という。)
や、一素子で上記機能を有するヘテロ接合ホトトランジ
スタ(以下「HPT」という。)が開発されている。H
PTは、増幅機能を持つため、光電気集積回路としての
一部の機能を持つとみなすことができ、さらに、電子デ
バイスと集積化してOEICを形成する際の受光デバイ
スの一つとしてみなすことができる。受信OEICとし
ては、超高速光信号を電気信号に変換して当該電気信号
にデジタル処理を行うOEICもその機能が確認されて
いる。
【0003】受信OEICは、同一の基板上に受光デバ
イスと電子デバイスとを集積して構成される。受光デバ
イスとしては、フォトダイオード(以下「PD」とい
う。)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下「H
BT」という。)や金属−半導体−金属の構造を有する
素子などが採用され、また、電子デバイスとしては、H
BTやヘテロ接合電界効果トランジスタなどが採用され
ている。なかでも、PDとHBTとを集積化したOEI
C(以下「PD−HBT OEIC」という。)および
HPTとHBTとを集積化したOEIC(以下「HPT
−HBT OEIC」という。)は、受光デバイスと電
子デバイスとを構成する半導体層構造や製作工程を共通
化することができるので、OEICを製作するための結
晶成長やプロセスを大幅に簡略化することができる(例
えば特開平6−326120号公報等参照)。
【0004】このような従来のOEICやHPTを図
3,4を用いて次に説明する。
【0005】[PD−HBT OEIC]図3に示すよ
うに、半絶縁性のInPの基板301上には、n型不純
物を高濃度でドープしたInGaAsのサブコレクタ層
である第一コレクタ層302および第一半導体層302
aが積層されている。第一コレクタ層302上には、ア
ンドープまたはn型不純物を低濃度でドープしたInP
の第二コレクタ層303が積層されると共に、コレクタ
電極309が設けられている。第一半導体層302a上
には、アンドープまたはn型不純物を低濃度でドープし
たInPの第二半導体層303aが積層されると共に、
n側電極309aが設けられている。
【0006】前記第二コレクタ層303上には、アンド
ープのInGaAsPとn型不純物をドープしたInG
aAsPとの二層からなる第三コレクタ層304が積層
されている。第二半導体層303a上には、アンドープ
のInGaAsPとn型不純物をドープしたInGaA
sPとの二層からなる第三半導体層304aが積層され
ている。第三コレクタ層304上には、アンドープのI
nGaAsの第四コレクタ層305が積層されている。
第三半導体層304a上には、アンドープのInGaA
sの第四半導体層305aが積層されている。
【0007】ここで、第三コレクタ層304は、第二コ
レクタ層303と第四コレクタ層305との伝導帯不連
続によるキャリアブロッキング効果を低減するため、第
二コレクタ層303と第四コレクタ層305との間に介
在し、第三半導体層304aは、第二半導体層303a
と第四半導体層305aとの伝導帯不連続によるキャリ
アブロッキング効果を低減するため、第二半導体層30
3aと第四半導体層305aとの間に介在している。な
お、本例では、第二〜四コレクタ層303〜305など
によりコレクタ層を構成している。
【0008】前記第四コレクタ層305上には、p型不
純物を高濃度でドープしたInGaAsのベース層30
6が積層されている。第四半導体層305a上には、p
型不純物を高濃度でドープしたInGaAsの第五半導
体層306aが積層されている。ベース層306上に
は、n型不純物をドープしたInPのエミッタ層307
が積層されると共に、ベース電極310が設けられてい
る。第五半導体層306a上には、p側電極310aが
設けられている。エミッタ層307上には、n型不純物
を高濃度にドープしたInGaAsのエミッタキャップ
層308が積層されている。エミッタキャップ層308
上には、エミッタ電極311が積層されている。また、
PD側のp側電極310aには、信号光1の入射窓31
2が形成されている。
【0009】つまり、HBTの第一〜四コレクタ層30
2〜305および前記電極309,310とPDの第一
〜四半導体層302a〜305aおよび前記電極309
a,310aとは、層構造および製作工程を共通として
いる、言い換えれば、PDは、HBTの第一〜四コレク
タ層302〜305と共通する第一〜四半導体層302
a〜305aを有すると共に、HBTの前記電極30
9,310と同時に形成された前記電極309a,31
0aを有しているのである。
【0010】このようなPD−HBT OEICでは、
信号光1が入射窓312から入射すると、当該入射光1
が積層方向に進行して、第五半導体層306aおよび第
四半導体層305aが当該信号光1を吸収し、PD側が
受光デバイスとして作用して、HBT側が電子デバイス
として作用するようになっている。
【0011】[HPT]図4に示すように、半絶縁性の
InPの基板401上には、n型不純物を高濃度でドー
プしたInGaAsのサブコレクタ層である第一コレク
タ層402が積層されている。第一コレクタ層402上
には、アンドープまたはn型不純物を低濃度でドープし
たInPの第二コレクタ層403が積層されると共に、
コレクタ電極409が設けられている。第二コレクタ層
403上には、アンドープのInGaAsPとn型不純
物をドープしたInGaAsPとの二層からなる第三コ
レクタ層404が積層されている。第三コレクタ層40
4上には、アンドープのInGaAsの第四コレクタ層
405が積層されている。
【0012】ここで、第三コレクタ層404は、第二コ
レクタ層403と第四コレクタ層405との伝導帯不連
続によるキャリアブロッキング効果を低減するため、第
二コレクタ層403と第四コレクタ層405との間に介
在している。なお、本例では、第二〜四コレクタ層40
3〜405などによりコレクタ層を構成している。
【0013】前記第四コレクタ層405上には、p型不
純物を高濃度でドープしたInGaAsのベース層40
6が積層されている。ベース層406上には、n型不純
物をドープしたInPのエミッタ層407が積層される
と共に、ベース電極410が設けられている。エミッタ
層407上には、n型不純物を高濃度にドープしたIn
GaAsのエミッタキャップ層408が積層されてい
る。エミッタキャップ層408上には、エミッタ電極4
11が設けられている。エミッタ電極411には、信号
光1の入射窓412が形成されている。
【0014】このようなHPTでは、信号光1が入射窓
412から入射すると、当該入射光1が積層方向に通過
して、ベース層406および第四コレクタ層405が当
該信号光1を吸収し、受光デバイスとして作用する。
【0015】[HPT−HBT OEIC]HPT−H
BT OEICは、図3に示したPD−HBT OEI
CのPD部分を、図4に示したHPTに変更した構造を
なし、前述した場合と同様に作用する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】前述したような従来の
HPT、PD−HBT OEIC、HPT−HBT O
EICでは、受光デバイスとしての最適な層構造と電子
デバイスとしての最適な層構造とが異なるため、受光感
度と動作速度との間にトレードオフが存在してしまい、
高性能化が妨げられてしまっていた。特に、PDの出力
信号をデジタルICに直接入力させてデジタル信号の処
理を行うデジタル直結型のOEICでは、PDからの電
気信号出力としてデジタルICを駆動するのに十分な出
力が必要であるものの、受光デバイスの感度が従来のも
のだと低過ぎてしまい、OEICとして実用レベルの感
度および動作速度を得ることが極めて困難であった。
【0017】より具体的に説明すると、第一の問題点
は、信号光1が吸収層(PD−HBTOEICでは第
四,五半導体層305a,306a、HPTではベース
層406や第四コレクタ層405)を通過する距離が短
いためにその感度が低いということである。ここで、上
記吸収層を厚くすることにより感度を増大させることが
考えられる。ところが、HBT等の電子デバイス側の動
作速度を高速にするためには、高い電流密度で動作させ
ることが必要であるものの、このような動作条件下では
空間電荷の影響が現れやすくなり、しかもその影響がコ
レクタ空乏層を厚くするほど顕著になるため、PD等の
受光デバイス側を高感度とするように前記吸収層を厚く
してしまうと、HBT等の電子デバイス側の動作速度が
大幅に低下してしまう。
【0018】第二の問題点は、前記電極310a,41
1に入射光1の入射窓312,412を形成しているた
め、前記電極310a,411側の寄生抵抗が大きいと
いうことである。HBT等の電子デバイス側の動作速度
を高速にするためには、第五半導体層306やベース層
406を薄くした方が望ましく、p型不純物を高濃度で
ドープして得られる現実的なシート抵抗が単位面積当た
り数百Ω程度であるため、前記電極310a,411に
入射窓312,412を形成することによる抵抗の増大
は極めて大きい。
【0019】第三の問題点は、第五半導体層306やベ
ース層406にp型不純物が積層方向に均一に高濃度で
ドープされているため、当該第五半導体層306やベー
ス層406で光励起された電子が第一半導体層302a
側または第一コレクタ層402側に引き抜かれるのが遅
くなってしまい、電気信号の時間応答波形に裾引きが現
れてしまうということである。
【0020】以上のような問題点を鑑み、本発明は、受
光感度と動作速度との間のトレードオフを解消すること
ができる光電気集積回路およびヘテロ接合ホトトランジ
スタを提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、第一番目の発明による光電気集積回路は、基板
上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層およびエミ
ッタ層を積層されて、コレクタ電極、ベース電極および
エミッタ電極を有するヘテロ接合バイポーラトランジス
タと、当該基板上に前記ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの前記サブコレクタ層、前記コレクタ層および前記
ベース層と共通する各半導体層を有して、前記ヘテロ接
合バイポーラトランジスタの前記コレクタ電極および前
記ベース電極と同時に形成された各電極を有するフォト
ダイオードとを備え、当該フォトダイオードに入射した
信号光を電気信号に変換処理して出力する光電気集積回
路において、信号光を入射させる入射窓を前記基板の前
記フォトダイオード側の側端面に当該基板の厚さ方向内
側ほど窪んだ傾斜状となるように設けることにより、当
該入射窓から入射する信号光を屈折させて、前記フォト
ダイオードの前記半導体層内に積層方向に対して斜めに
通過させるようにしたことを特徴とする。
【0022】第二番目の発明による光電気集積回路は、
第一番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘテロ
接合バイポーラトランジスタの前記ベース電極と同時に
形成された前記フォトダイオードの前記電極がノンアロ
イオーミックであることを特徴とする。
【0023】第三番目の発明による光電気集積回路は、
第一,二番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの前記ベース層と共通
する前記フォトダイオードの前記半導体層の不純物濃度
またはバンドギャップエネルギが、前記ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの前記コレクタ層と共通する前記フ
ォトダイオードの前記半導体層側ほど段階的または連続
的に減少していることを特徴とする。
【0024】第四番目の発明による光電気集積回路は、
第一〜三番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの前記サブコレクタ層
と共通する前記フォトダイオードの前記半導体層のバン
ドギャップエネルギが信号光の波長に対応するエネルギ
よりも大きいことを特徴とする。
【0025】第五番目の発明による光電気集積回路は、
基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層および
エミッタ層を積層されて、コレクタ電極、ベース電極お
よびエミッタ電極を有するヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタと、当該基板上に前記ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの前記サブコレクタ層、前記コレクタ層、前記
ベース層および前記エミッタ層と共通するサブコレクタ
層、コレクタ層、ベース層およびエミッタ層を有して、
前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの前記コレクタ
電極、前記ベース電極および前記エミッタ電極と同時に
形成されたコレクタ電極、ベース電極およびエミッタ電
極を有するヘテロ接合ホトトランジスタとを備え、当該
ヘテロ接合ホトトランジスタに入射した信号光を電気信
号に変換処理して出力する光電気集積回路において、信
号光を入射させる入射窓を前記基板の前記ヘテロ接合ホ
トトランジスタ側の側端面に当該基板の厚さ方向内側ほ
ど窪んだ傾斜状となるように設けることにより、当該入
射窓から入射する信号光を屈折させて、前記ヘテロ接合
ホトトランジスタの前記層内に積層方向に対して斜めに
通過させるようにしたことを特徴とする。
【0026】第六番目の発明による光電気集積回路は、
第五番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘテロ
接合ホトトランジスタの前記エミッタ電極がノンアロイ
オーミックであることを特徴とする。
【0027】第七番目の発明による光電気集積回路は、
第五,六番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘ
テロ接合ホトトランジスタの前記ベース層の不純物濃度
またはバンドギャップエネルギが当該ヘテロ接合ホトト
ランジスタの前記コレクタ層側ほど段階的または連続的
に減少していることを特徴とする。
【0028】第八番目の発明による光電気集積回路は、
第五〜七番目の発明の光電気集積回路において、前記ヘ
テロ接合ホトトランジスタの前記サブコレクタ層のバン
ドギャップエネルギが信号光の波長に対応するエネルギ
よりも大きいことを特徴とする。
【0029】また、前述した課題を解決するための、第
九番目の発明によるヘテロ接合ホトトランジスタは、基
板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層およびエ
ミッタ層を積層されて、コレクタ電極、ベース電極およ
びエミッタ電極を有するヘテロ接合バイポーラトランジ
スタからなり、当該ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
に入射した信号光を電気信号として取り出すヘテロ接合
ホトトランジスタにおいて、信号光を入射させる入射窓
を前記基板の側端面に当該基板の厚さ方向内側ほど窪ん
だ傾斜状となるように設けることにより、当該入射窓か
ら入射する信号光を屈折させて、前記ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの前記層内に積層方向に対して斜めに
通過させるようにしたことを特徴とする。
【0030】第十番目の発明によるヘテロ接合ホトトラ
ンジスタは、第九番目の発明のヘテロ接合ホトトランジ
スタにおいて、前記エミッタ電極がノンアロイオーミッ
クであることを特徴とする。
【0031】第十一番目の発明によるヘテロ接合ホトト
ランジスタは、第九,十番目の発明のヘテロ接合ホトト
ランジスタにおいて、前記ベース層の不純物濃度または
バンドギャップエネルギが前記コレクタ層側ほど段階的
または連続的に減少していることを特徴とする。
【0032】第十二番目の発明によるヘテロ接合ホトト
ランジスタは、第九〜十一番目の発明のヘテロ接合ホト
トランジスタにおいて、前記サブコレクタ層のバンドギ
ャップエネルギが信号光の波長に対応するエネルギより
も大きいことを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】本発明による光電気集積回路(以
下「OEIC」という。)およびヘテロ接合ホトトラン
ジスタ(以下「HPT」という。)の実施の形態を以下
に説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定され
るものではない。
【0034】[PD−HBT OEIC]本発明による
OEICをPD−HBT OEICに応用した場合の実
施の形態を図1を用いて説明する。なお、図1は、その
概略構成図である。
【0035】図1に示すように、半絶縁性のInPの基
板101上には、n型不純物を高濃度でドープしたIn
Pのサブコレクタ層である第一コレクタ層102および
第一半導体層102aが積層されている。第一コレクタ
層102上には、アンドープまたはn型不純物を低濃度
でドープしたInPの第二コレクタ層103が積層され
ると共に、コレクタ電極109が積層されている。第一
半導体層102a上には、アンドープまたはn型不純物
を低濃度でドープしたInPの第二半導体層103aが
積層されると共に、n側電極109aが設けられてい
る。
【0036】前記第二コレクタ層103上には、アンド
ープのInGaAsPとn型不純物をドープしたInG
aAsPとの二層からなる第三コレクタ層104が積層
されている。第二半導体層103a上には、アンドープ
のInGaAsPとn型不純物をドープしたInGaA
sPとの二層からなる第三半導体層104aが積層され
ている。第三コレクタ層104上には、アンドープのI
nGaAsの第四コレクタ層105が積層されている。
第三半導体層104a上には、アンドープのInGaA
sの第四半導体層105aが積層されている。
【0037】ここで、第三コレクタ層104は、第二コ
レクタ層103と第四コレクタ層105との伝導帯不連
続によるキャリアブロッキング効果を低減するため、第
二コレクタ層103と第四コレクタ層105との間に介
在し、第三半導体層104aは、第二半導体層103a
と第四半導体層105aとの伝導帯不連続によるキャリ
アブロッキング効果を低減するため、第二半導体層10
3aと第四半導体層105aとの間に介在している。な
お、本例では、第二〜四コレクタ層103〜105など
によりコレクタ層を構成している。
【0038】前記第四コレクタ層105上には、基板1
01側ほどp型不純物を高濃度とするようにドープした
InGaAsのベース層106が積層されている。第四
半導体層105a上には、基板101側ほどp型不純物
を高濃度とするようにドープしたInGaAsの第五半
導体層106aが積層されている。ベース層106上に
は、n型不純物をドープしたInPのエミッタ層107
が積層されると共に、ベース電極110が設けられてい
る。第五半導体層106a上には、p側電極110aが
積層されている。エミッタ層107上には、n型不純物
を高濃度にドープしたInGaAsのエミッタキャップ
層108が積層されている。エミッタキャップ層108
上には、エミッタ電極111が設けられている。
【0039】前記電極109〜113は、その材質がす
べてPt/Ti/Pt/Auであり、ノンアロイでオー
ミックコンタクトを得ることができるようになってい
る。
【0040】つまり、HBTの第一〜四コレクタ層10
2〜105および前記電極109,110とPDの第一
〜四半導体層102a〜105aおよび前記電極109
a,110aとは、層構造および製作工程を共通として
いる、言い換えれば、PDは、HBTの第一〜四コレク
タ層102〜105と共通する第一〜四半導体層102
a〜105aを有すると共に、HBTの前記電極10
9,110と同時に形成された前記電極109a,11
0aを有しているのである。
【0041】基板101のPD側の側面には、当該基板
101の内部側ほど窪むように内側に傾斜した入射窓で
あるいわゆる逆メサ112が形成されている。この逆メ
サ112は、例えば、ブロムメタノールなどのような結
晶面選択性のあるウエットエッチング液を用いることに
より、容易に形成することができる。
【0042】このようなPDにおいては、第四,五半導
体層105a,106aが1.55μm帯の信号光1に
対する吸収層として作用する。ここで、HBTが高電流
密度で動作したとき、急峻な電界が第一半導体層102
にかかるものの、第二半導体層103が第一半導体層1
02側にあるので、高電界がかかっても動作を安定させ
る、すなわち、耐圧を増大させることができる。
【0043】このようなPD−HBT OEICでは、
1.55μm帯の信号光1が基板101の表面に沿う方
向で前記逆メサ112側から入射されると、当該信号光
1が逆メサ112の入射端面で屈曲し、基板101およ
びPD側の前記層102a〜104aを積層方向に対し
て斜めに通過して第四,五半導体層105a,106a
で吸収される。当該層105a,106aで吸収されき
れずに当該層105a,106aを通過してしまった信
号光1は、p側電極110aにおいて反射して上記層1
05a,106aで再度吸収される。
【0044】すなわち、信号光1を逆メサ112から入
射させることにより、信号光1を入射時点で屈折させて
積層方向に対して斜めに通過させて通過距離を長くする
と共に、n型不純物を高濃度にドープしたInPの第一
半導体層102aを適用することにより、信号光1の波
長に対応するエネルギよりもバンドギャップエネルギを
大きくして、入射光1の第一半導体層102aでの吸収
を抑制し、第四,五半導体層105a,106aでの入
射光1の吸収量を増大させ、さらに、p側電極110a
をノンアロイとすることにより、電極界面の平坦性を高
め、第四,五半導体層105a,106aで吸収しきれ
なかった信号光1をp側電極110aで反射して第四,
五半導体層105a,106aに再び斜めに通過させる
ようにしたのである。
【0045】このため、第四,五半導体層105a,1
06aを通過する信号光1の距離が増大するので、第
四,五半導体層105a,106aを厚くしなくても、
PDの感度の増大を図ることができる。
【0046】また、信号光1を逆メサ112から入射さ
せることにより、p側電極110aに入射窓を形成する
必要がなく、p側電極110aで第五半導体層106a
を全面的に覆うことができるので、抵抗を大幅に低減す
ることができる。
【0047】また、第五半導体層106aにドープする
p型不純物を基板101側ほど高濃度とすることによ
り、この領域で光励起された電子を内部電界によって前
記コレクタ層側に加速することができるので、電気信号
の時間応答波形に裾引きが現れることはない。
【0048】したがって、このようなPD−HBT O
EICによれば、受光感度と動作速度との間のトレード
オフを解消することができる。
【0049】[HPT]本発明によるHPTの実施の形
態を図2を用いて説明する。なお、図2は、その概略構
成図である。ただし、前述した実施の形態の場合と同様
な部材については、前述した実施の形態の説明で用いた
符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略
する。
【0050】図2に示すように、半絶縁性のInPの基
板201上には、n型不純物を高濃度でドープしたIn
Pのサブコレクタ層である第一コレクタ層202が積層
されている。第一コレクタ層202上には、アンドープ
またはn型不純物を低濃度でドープしたInPの第二コ
レクタ層203が積層されると共に、コレクタ電極20
9が設けられている。第二コレクタ層203上には、ア
ンドープのInGaAsPとn型不純物をドープしたI
nGaAsPとの二層からなる第三コレクタ層204が
積層されている。第三コレクタ層204上には、アンド
ープのInGaAsの第四コレクタ層205が積層され
ている。
【0051】ここで、第三コレクタ層204は、第二コ
レクタ層203と第四コレクタ層205との伝導帯不連
続によるキャリアブロッキング効果を低減するため、第
二コレクタ層203と第四コレクタ層205との間に介
在している。なお、本例では、第二〜四コレクタ層20
3〜205などによりコレクタ層を構成している。
【0052】前記第四コレクタ層205上には、基板1
01側ほどp型不純物を高濃度とするようにドープした
InGaAsのベース層206が積層されている。ベー
ス層206上には、n型不純物をドープしたInPのエ
ミッタ層207が積層されると共に、ベース電極210
が設けられている。エミッタ層207上には、n型不純
物を高濃度にドープしたInGaAsのエミッタキャッ
プ層208が積層されている。エミッタキャップ層20
8上には、エミッタ電極211が設けられている。
【0053】前記電極209〜211は、その材質がP
t/Ti/Pt/Auであり、ノンアロイでオーミック
コンタクトを得ることができるようになっている。
【0054】基板201の側面には、当該基板201の
内部側ほど窪むように内側に傾斜した入射窓であるいわ
ゆる逆メサ212が形成されている。この逆メサ212
は、例えば、ブロムメタノールなどのような結晶面選択
性のあるウエットエッチング液を用いることにより、容
易に形成することができる。
【0055】このようなHPTでは、1.55μm帯の
信号光1が基板201の表面に沿う方向で前記逆メサ2
12側から入射されると、当該信号光1が逆メサ212
の入射端面で屈曲し、基板201および前記層202〜
204を積層方向に対して斜めに通過して第四コレクタ
層205およびベース層206で吸収される。当該層2
05,206で吸収されきれずに当該層205,206
を通過してしまった信号光1は、エミッタキャップ層2
08で一部吸収されるものの、その大部分がエミッタ電
極211において反射して第四コレクタ層205および
ベース層206に吸収される。
【0056】すなわち、前述した実施の形態のPD−H
BT OEICの場合と同様に、信号光1を逆メサ21
2から入射させることにより、信号光1を入射時点で屈
折させて積層方向に対して斜めに通過させて通過距離を
長くすると共に、n型不純物を高濃度にドープしたIn
Pの第一コレクタ層202を適用することにより、信号
光1の波長に対応するエネルギよりもバンドギャップエ
ネルギを大きくして、入射光1の第一コレクタ層202
での吸収を抑制し、第四コレクタ層205およびベース
層206での入射光1の吸収量を増大させ、さらに、エ
ミッタ電極211をノンアロイとすることにより、電極
界面の平坦性を高め、第四コレクタ層205およびベー
ス層206で吸収しきれなかった信号光1をエミッタ電
極211で反射して第四コレクタ層205およびベース
層206に再び斜めに通過させるようにしたのである。
【0057】このため、前述した実施の形態のPD−H
BT OEICの場合と同様に、第四コレクタ層205
およびベース層206を通過する信号光1の距離が増大
するので、これら層205,206を厚くしなくても、
受光デバイス側の感度の増大を図ることができる。
【0058】また、前述した実施の形態のPD−HBT
OEICの場合と同様に、信号光1を逆メサ212か
ら入射させることにより、エミッタ電極211に入射窓
を形成する必要がなく、エミッタ電極211でエミッタ
層207およびエミッタキャップ層208を全面的に覆
うことができるので、エミッタ抵抗を低減することがで
き、微細化も容易になる。
【0059】また、前述した実施の形態のPD−HBT
OEICの場合と同様に、ベース層206にドープす
るp型不純物を基板201側ほど高濃度とすることによ
り、この領域で光励起された電子を内部電界によって前
記コレクタ層側に加速することができるので、電気信号
の時間応答波形に裾引きが現れることはない。
【0060】したがって、このようなHPTによれば、
前述したPD−HBT OEICの場合と同様に、受光
感度と動作速度との間のトレードオフを解消することが
できる。
【0061】[HPT−HBT OEIC]本発明によ
るOEICをHPT−HBT OEICに応用すると、
図1に示したPD−HBT OEICのPD部分を、図
2に示したHPTに変更した構造となり、前述した実施
の形態の場合と同様な作用効果を発現するようになるの
で、その説明を省略する。
【0062】なお、前述した各実施の形態では、第五半
導体層106やベース層206の不純物濃度に勾配をも
たせることにより、光励起された電子を第一〜第四半導
体層102〜105側や第一〜四コレクタ層202〜2
05側に早く引き抜いて応答速度を上げるようにした
が、例えば、積層方向に連続的または段階的に組成を変
化させたInGaAsPを第五半導体層やベース層に用
いることにより、当該層のバンドギャップエネルギを基
板側ほど減少させることも可能である。
【0063】また、PDのp側電極110aやHPTの
エミッタ電極210には、WSiなどのような高融点の
ノンアロイの材料を適用することも可能である。
【0064】また、エミッタキャップ層209にInG
aAsPを適用することにより、信号光1の吸収を防止
することも可能である。
【0065】このように、上記層構造は、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で適宜選択変更しても何ら支障を来す
ことはない。
【0066】
【発明の効果】本発明の光電気集積回路およびヘテロ接
合ホトトランジスタによれば、吸収層を厚くすることな
く吸収感度を増大することができ、しかも、信号光の入
射する窓を電極に形成する必要がないので、受光デバイ
スの寄生抵抗を低減することができ、素子の微細化を容
易に行うことができる。したがって、受光デバイスの受
光感度と電子デバイスの動作速度との間のトレードオフ
を克服し、高性能化を図ることができる。その結果、例
えば、フォトダイオードの出力信号をデジタルICに直
接入力させてデジタル信号の処理を行う光電気集積回路
においても、実用的なレベルの感度および動作速度を得
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光電気集積回路をPD−HBT
OEICに応用した場合の実施の形態の概略構成図であ
る。
【図2】本発明によるヘテロ接合ホトトランジスタの実
施の形態の概略構成図である。
【図3】従来の光電気集積回路の一例のPD−HBT
OEICの概略構成図である。
【図4】従来のヘテロ接合ホトトランジスタの概略構成
図である。
【符号の説明】
1 信号光 101,201 基板 102,202 第一コレクタ層 102a 第一半導体層 103,203 第二コレクタ層 103a 第二半導体層 104,204 第三コレクタ層 104a 第三半導体層 105,205 第四コレクタ層 105a 第四半導体層 106,206 ベース層 106a 第五半導体層 107,207 エミッタ層 108,208 エミッタキャップ層 109,209 コレクタ電極 109a p側極 110,210 ベース電極 110a n側極 111,211 エミッタ電極 112,212 逆メサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/73 31/10 Fターム(参考) 4M118 AA01 AB05 BA02 CA09 CA15 CA40 FC09 FC15 FC16 5F003 BA21 BA27 BB01 BC04 BF06 BG06 BH08 BH99 BJ12 BM03 5F049 MA03 MA13 MB07 NA01 NA03 NB01 PA14 RA06 SE05 SE12 SE16 SE20 SS04 SS09 WA01 5F082 AA06 BC20 CA02 DA09

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、
    ベース層およびエミッタ層を積層されて、コレクタ電
    極、ベース電極およびエミッタ電極を有するヘテロ接合
    バイポーラトランジスタと、当該基板上に前記ヘテロ接
    合バイポーラトランジスタの前記サブコレクタ層、前記
    コレクタ層および前記ベース層と共通する各半導体層を
    有して、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの前記
    コレクタ電極および前記ベース電極と同時に形成された
    各電極を有するフォトダイオードとを備え、当該フォト
    ダイオードに入射した信号光を電気信号に変換処理して
    出力する光電気集積回路において、信号光を入射させる
    入射窓を前記基板の前記フォトダイオード側の側端面に
    当該基板の厚さ方向内側ほど窪んだ傾斜状となるように
    設けることにより、当該入射窓から入射する信号光を屈
    折させて、前記フォトダイオードの前記半導体層内に積
    層方向に対して斜めに通過させるようにしたことを特徴
    とする光電気集積回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光電気集積回路におい
    て、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの前記ベー
    ス電極と同時に形成された前記フォトダイオードの前記
    電極がノンアロイオーミックであることを特徴とする光
    電気集積回路。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の光電気集積回
    路において、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの
    前記ベース層と共通する前記フォトダイオードの前記半
    導体層の不純物濃度またはバンドギャップエネルギが、
    前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの前記コレクタ
    層と共通する前記フォトダイオードの前記半導体層側ほ
    ど段階的または連続的に減少していることを特徴とする
    光電気集積回路。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の光電
    気集積回路において、前記ヘテロ接合バイポーラトラン
    ジスタの前記サブコレクタ層と共通する前記フォトダイ
    オードの前記半導体層のバンドギャップエネルギが信号
    光の波長に対応するエネルギよりも大きいことを特徴と
    する光電気集積回路。
  5. 【請求項5】 基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、
    ベース層およびエミッタ層を積層されて、コレクタ電
    極、ベース電極およびエミッタ電極を有するヘテロ接合
    バイポーラトランジスタと、当該基板上に前記ヘテロ接
    合バイポーラトランジスタの前記サブコレクタ層、前記
    コレクタ層、前記ベース層および前記エミッタ層と共通
    するサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層およびエミ
    ッタ層を有して、前記ヘテロ接合バイポーラトランジス
    タの前記コレクタ電極、前記ベース電極および前記エミ
    ッタ電極と同時に形成されたコレクタ電極、ベース電極
    およびエミッタ電極を有するヘテロ接合ホトトランジス
    タとを備え、当該ヘテロ接合ホトトランジスタに入射し
    た信号光を電気信号に変換処理して出力する光電気集積
    回路において、信号光を入射させる入射窓を前記基板の
    前記ヘテロ接合ホトトランジスタ側の側端面に当該基板
    の厚さ方向内側ほど窪んだ傾斜状となるように設けるこ
    とにより、当該入射窓から入射する信号光を屈折させ
    て、前記ヘテロ接合ホトトランジスタの前記層内に積層
    方向に対して斜めに通過させるようにしたことを特徴と
    する光電気集積回路。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の光電気集積回路におい
    て、前記ヘテロ接合ホトトランジスタの前記エミッタ電
    極がノンアロイオーミックであることを特徴とする光電
    気集積回路。
  7. 【請求項7】 請求項5または6に記載の光電気集積回
    路において、前記ヘテロ接合ホトトランジスタの前記ベ
    ース層の不純物濃度またはバンドギャップエネルギが当
    該ヘテロ接合ホトトランジスタの前記コレクタ層側ほど
    段階的または連続的に減少していることを特徴とする光
    電気集積回路。
  8. 【請求項8】 請求項5から7のいずれかに記載の光電
    気集積回路において、前記ヘテロ接合ホトトランジスタ
    の前記サブコレクタ層のバンドギャップエネルギが信号
    光の波長に対応するエネルギよりも大きいことを特徴と
    する光電気集積回路。
  9. 【請求項9】 基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、
    ベース層およびエミッタ層を積層されて、コレクタ電
    極、ベース電極およびエミッタ電極を有するヘテロ接合
    バイポーラトランジスタからなり、当該ヘテロ接合バイ
    ポーラトランジスタに入射した信号光を電気信号として
    取り出すヘテロ接合ホトトランジスタにおいて、信号光
    を入射させる入射窓を前記基板の側端面に当該基板の厚
    さ方向内側ほど窪んだ傾斜状となるように設けることに
    より、当該入射窓から入射する信号光を屈折させて、前
    記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの前記層内に積層
    方向に対して斜めに通過させるようにしたことを特徴と
    するヘテロ接合ホトトランジスタ。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載のヘテロ接合ホトトラ
    ンジスタにおいて、前記エミッタ電極がノンアロイオー
    ミックであることを特徴とするヘテロ接合ホトトランジ
    スタ。
  11. 【請求項11】 請求項9または10に記載のヘテロ接
    合ホトトランジスタにおいて、前記ベース層の不純物濃
    度またはバンドギャップエネルギが前記コレクタ層側ほ
    ど段階的または連続的に減少していることを特徴とする
    ヘテロ接合ホトトランジスタ。
  12. 【請求項12】 請求項9から11のいずれかに記載の
    ヘテロ接合ホトトランジスタにおいて、前記サブコレク
    タ層のバンドギャップエネルギが信号光の波長に対応す
    るエネルギよりも大きいことを特徴とするヘテロ接合ホ
    トトランジスタ。
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