JPH01194352A - 受光素子及び集積化受信器 - Google Patents
受光素子及び集積化受信器Info
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- JPH01194352A JPH01194352A JP63018391A JP1839188A JPH01194352A JP H01194352 A JPH01194352 A JP H01194352A JP 63018391 A JP63018391 A JP 63018391A JP 1839188 A JP1839188 A JP 1839188A JP H01194352 A JPH01194352 A JP H01194352A
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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】
〔概要〕
長波長帯の光を受光して光電変換する受光素子及びその
受光素子と増幅素子とが同一基板に形成された集積化受
信器に関し、 長波長帯の入射光に対してよりW電流の少ない充電変換
信号を得ることを目的とし、 受光素子は半絶縁性化合物半導体基板の上方に形成され
たI nGaASによる光吸収層と、1nGaAsと格
子整合のある材質により、該光吸収層の両側に夫々成長
された第1及び第2のグレーデッド層と、該光吸収層に
対して光入射側に位置する該第2のグレーデッド層上に
形成されたAe l nAsI!Ifと、該A[I n
As1i!上に形成された電極とより構成し、集積化受
信器は半絶縁性化合物半導体基板上に形成されており、
第1のグレーデッド層と同一組成の第3のグレーデッド
層と、該第3のグレーデッド層上に形成されたI nG
aAs1iWと、該InGaAs1上に形成されたAl
1InAs層と、該AlnAs1l上に形成された電極
とよりなるトランジスタが、該半絶縁性化合物半導体基
板上に前記受光素子と共に、かつ、互いに分離して形成
するよう構成する。
受光素子と増幅素子とが同一基板に形成された集積化受
信器に関し、 長波長帯の入射光に対してよりW電流の少ない充電変換
信号を得ることを目的とし、 受光素子は半絶縁性化合物半導体基板の上方に形成され
たI nGaASによる光吸収層と、1nGaAsと格
子整合のある材質により、該光吸収層の両側に夫々成長
された第1及び第2のグレーデッド層と、該光吸収層に
対して光入射側に位置する該第2のグレーデッド層上に
形成されたAe l nAsI!Ifと、該A[I n
As1i!上に形成された電極とより構成し、集積化受
信器は半絶縁性化合物半導体基板上に形成されており、
第1のグレーデッド層と同一組成の第3のグレーデッド
層と、該第3のグレーデッド層上に形成されたI nG
aAs1iWと、該InGaAs1上に形成されたAl
1InAs層と、該AlnAs1l上に形成された電極
とよりなるトランジスタが、該半絶縁性化合物半導体基
板上に前記受光素子と共に、かつ、互いに分離して形成
するよう構成する。
本発明は受光素子及び集積化受信器に係り、特に長波長
帯の光を受光して光電変換する受光素子及びその受光素
子と増幅素子とが同一基板に形成された集積化受信器に
関する。
帯の光を受光して光電変換する受光素子及びその受光素
子と増幅素子とが同一基板に形成された集積化受信器に
関する。
受光素子として従来より第7図に示す如き断面構造のp
inフォトダイオード(PD)が知られている。このも
のは、電極1上にn+層2,1層3゜P” ff14及
び電極5が順次に形成された構造であり、ili!3が
光吸収層を構成している。
inフォトダイオード(PD)が知られている。このも
のは、電極1上にn+層2,1層3゜P” ff14及
び電極5が順次に形成された構造であり、ili!3が
光吸収層を構成している。
P+層4に入射された光はiW3により吸収され、ここ
でキャリア(正孔と電子)を発生し、電極1.5間に光
電流を流す。従って、1層3のルさd+が小なる程キャ
リア走行時間が短くなるので、高速動作が可能となる。
でキャリア(正孔と電子)を発生し、電極1.5間に光
電流を流す。従って、1層3のルさd+が小なる程キャ
リア走行時間が短くなるので、高速動作が可能となる。
ところが、1ff13による光の吸収は厚さdlが大な
る程よく、効率の点からみるとdlは大なる程よい。従
って、ilE!3の厚さd、は効率と速度の兼ね合いか
ら成る値に制限され、しかも、CR積による速度劣化を
防ぐためにはP” 124の径を小さくしなければなら
ず、その製迄が困難であることもあり、^連化は困難で
あった。
る程よく、効率の点からみるとdlは大なる程よい。従
って、ilE!3の厚さd、は効率と速度の兼ね合いか
ら成る値に制限され、しかも、CR積による速度劣化を
防ぐためにはP” 124の径を小さくしなければなら
ず、その製迄が困難であることもあり、^連化は困難で
あった。
そこで、従来より高速動作可能な受光素子として、第8
図に示す如き構造のMSM (metal sem−i
COnduCtOr metal)フォトダイオード(
PD)が知られている。このものは、半絶縁性と化ガリ
ウム(S、I−GaAs)基板6上に光吸収層としてノ
ンドーブヒ化ガリウム(i−GaAs)17を形成し、
更にその上にアルミニウム(Anによる電極8及び9を
形成した構造である。
図に示す如き構造のMSM (metal sem−i
COnduCtOr metal)フォトダイオード(
PD)が知られている。このものは、半絶縁性と化ガリ
ウム(S、I−GaAs)基板6上に光吸収層としてノ
ンドーブヒ化ガリウム(i−GaAs)17を形成し、
更にその上にアルミニウム(Anによる電極8及び9を
形成した構造である。
このMSMフォトダイオードは、入射光により発生され
るキャリアはr −caAs層7の電極8と9との間で
走行するので、信号伝送速度は1−GaASI7の厚さ
dlに依存せず、電極8及び9の間隔に依存する。この
ため、厚さdlを厚くすることができる。
るキャリアはr −caAs層7の電極8と9との間で
走行するので、信号伝送速度は1−GaASI7の厚さ
dlに依存せず、電極8及び9の間隔に依存する。この
ため、厚さdlを厚くすることができる。
また、MSMフォトダイオードはブレーナ型のため、電
極8.9の面積やpn接合の面積を小さくできるので、
受光面も広くできると共に容量も小さくできる。以上の
ことから、MSMフォトダイオードは萌記pinフォト
ダイオードに比し、はるかに高速で動作することができ
る。
極8.9の面積やpn接合の面積を小さくできるので、
受光面も広くできると共に容量も小さくできる。以上の
ことから、MSMフォトダイオードは萌記pinフォト
ダイオードに比し、はるかに高速で動作することができ
る。
しかし、このMSMフォトダイオードは、0.8μ鋤程
度の短波長帯の光に対しては有効であるが、光ファイバ
の減衰が最も少ないといわれる1、6μ−程度までの長
波長帯の光を受光することはできなかった。
度の短波長帯の光に対しては有効であるが、光ファイバ
の減衰が最も少ないといわれる1、6μ−程度までの長
波長帯の光を受光することはできなかった。
そこで、本出願人は先に特願昭62−243620号に
て第9図に示す如き構造の長波長用受光素子を提案した
。すなわら、半絶縁性1nP(5,1,−InP)W板
11上に1−in GaO,470,53 ASM112,1−1nvGa+ −vAslfM13
(ただし、0≦Y≦0.47 )及びi −GaAsF
r414を順次積層し、更に1−GaAs層14上にア
ルミニウム(A4 )電極15及び16を形成した受光
素子で、光吸収層にInGaAsを使用することで長波
長帯の光を光電変換する構成としたものである。
て第9図に示す如き構造の長波長用受光素子を提案した
。すなわら、半絶縁性1nP(5,1,−InP)W板
11上に1−in GaO,470,53 ASM112,1−1nvGa+ −vAslfM13
(ただし、0≦Y≦0.47 )及びi −GaAsF
r414を順次積層し、更に1−GaAs層14上にア
ルミニウム(A4 )電極15及び16を形成した受光
素子で、光吸収層にInGaAsを使用することで長波
長帯の光を光電変換する構成としたものである。
この本出願人の受光素子によれば、そのエネルギーバン
ド図は第10図に示す如くになり、ノンドープのGaA
s層14によりショットキー障壁の高さφBとしてI
nGaAsのそれの約0.2evに比しかなり人なる0
、8eVを得ることができるので、暗電流が小さくでき
るという特長がある。
ド図は第10図に示す如くになり、ノンドープのGaA
s層14によりショットキー障壁の高さφBとしてI
nGaAsのそれの約0.2evに比しかなり人なる0
、8eVを得ることができるので、暗電流が小さくでき
るという特長がある。
また、本出願人は先に特願昭62−243619号にて
例えば第11図に示す如き構造の長波長用集積化受信器
を提案した。同図中、第9図と同一構成部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。
例えば第11図に示す如き構造の長波長用集積化受信器
を提案した。同図中、第9図と同一構成部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。
第11図に示す集積化受信器は、第9図に示した構造の
MSM−PDI 7と同一の3.1−1nP基板11上
方の1−GaASlii14上に、更にn−GaAS層
18層形8し、その上に電極19゜20及び21を形成
することにより、電界効果トランジスタ(FET)22
を構成したものである。
MSM−PDI 7と同一の3.1−1nP基板11上
方の1−GaASlii14上に、更にn−GaAS層
18層形8し、その上に電極19゜20及び21を形成
することにより、電界効果トランジスタ(FET)22
を構成したものである。
このFET22はMSM−PDl7により長波長光を光
電変換して得られた電気信号を増幅して出力するための
ものである。
電変換して得られた電気信号を増幅して出力するための
ものである。
この集積化受信器によれば、FET22の大部分の層構
造がMSM−PDl7のぞれと同じなので、製造が容易
であり、またFET22にGaAsを用いているので高
速である等の特長がある。
造がMSM−PDl7のぞれと同じなので、製造が容易
であり、またFET22にGaAsを用いているので高
速である等の特長がある。
しかるに、上記の第9図、第11図に夫々示した本出願
人の提案になる受光素子及び集積化受信器によれば、光
吸収層として用いられているInGaAs層12.13
上にr−GaAsm14を設けているが、両者は格子不
整合であるため、MSM−PDl 7における@電流の
低減効果が不十分であるという問題点があった。また、
上記の本出願人の提案では、i −GaAs層14の代
りにi −AJ!x Ga+ −x As層を設けたも
のも開示しているが、これも同様にInGaAs層と格
子不整合の関係にあった。
人の提案になる受光素子及び集積化受信器によれば、光
吸収層として用いられているInGaAs層12.13
上にr−GaAsm14を設けているが、両者は格子不
整合であるため、MSM−PDl 7における@電流の
低減効果が不十分であるという問題点があった。また、
上記の本出願人の提案では、i −GaAs層14の代
りにi −AJ!x Ga+ −x As層を設けたも
のも開示しているが、これも同様にInGaAs層と格
子不整合の関係にあった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、長波長帯の
入射光に対してより暗電流の少ない光電変換信号を得る
ことができる受光素子及び集積化受信器を提供すること
を目的とする。
入射光に対してより暗電流の少ない光電変換信号を得る
ことができる受光素子及び集積化受信器を提供すること
を目的とする。
(問題点を解決するための手段)
第1A図は本発明になる受光素子の原理構造図を示す。
同図中、25は半絶縁性化合物半導体基板、26は第1
のグレーデッド層、27は光吸収層、28は第2のグレ
ーデッド層、29はAl1nAs層、30は電極である
。
のグレーデッド層、27は光吸収層、28は第2のグレ
ーデッド層、29はAl1nAs層、30は電極である
。
光吸収層27はInGaAsよりなり、その両側に第1
のグレーデッド層26と第2のグレーデッド層28とが
形成されている。電極30はAI!、InAs1m29
上に形成されている。
のグレーデッド層26と第2のグレーデッド層28とが
形成されている。電極30はAI!、InAs1m29
上に形成されている。
また、第1B図は本発明になる集積化量4n器の原理構
造図を示す。同図中、第1A図と同一構成部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。
造図を示す。同図中、第1A図と同一構成部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。
第1B図において、31は第3のグレーデッド層、32
はInGaAs層、33はA[I nAs層、3C35
及び36は夫々電極であり、これらはトランジスタを構
成し、前記受光素子と同一の半絶縁性化合物半導体基板
25上に、受光素子と分離して形成されている。
はInGaAs層、33はA[I nAs層、3C35
及び36は夫々電極であり、これらはトランジスタを構
成し、前記受光素子と同一の半絶縁性化合物半導体基板
25上に、受光素子と分離して形成されている。
なお、少なくとも第2のグレーデッド層28はAlGa
I nAs中のAtの組成の割合が光吸収層27方向
に近付くにつれて漸次小となり、かつ、Gaの組成の割
合が漸次大となるようにされた、多段階の組成変化構造
である。
I nAs中のAtの組成の割合が光吸収層27方向
に近付くにつれて漸次小となり、かつ、Gaの組成の割
合が漸次大となるようにされた、多段階の組成変化構造
である。
(作用)
受光素子の光吸収層27は長波長帯材料であるるI n
GaAsが用いられる。しかし、この1nGaAsはシ
ョットキー障壁の高さφBが約0.2evと低く暗電流
が問題となるので、ショットキー障壁の高さφBを高く
し、かつ、I nGaAsと格子整合性を確保するため
にφBが約0.6e V〜0.8ev程度のAt1 n
Asによる層を光吸収層(InGaAs)27上に形成
する。
GaAsが用いられる。しかし、この1nGaAsはシ
ョットキー障壁の高さφBが約0.2evと低く暗電流
が問題となるので、ショットキー障壁の高さφBを高く
し、かつ、I nGaAsと格子整合性を確保するため
にφBが約0.6e V〜0.8ev程度のAt1 n
Asによる層を光吸収層(InGaAs)27上に形成
する。
ただし、InGaAs光吸収層上に直接AflInAs
層を設けた場合は、第12図のエネルギーバンド図に示
すように、2つの層の電子親和りの差から伝導帯の底の
ポテンシャルECと価電子帯の頂上のポテンシャルEv
に夫々ポテンシャルの不連続へEC,へEVが夫々生ず
るので、■フォトキャリア(光励起キャリア)のパイル
・アップ効果のため、速度劣化を生じ、かつ、■2次元
キャリアがAl1InAs層と1nGaAs光吸収層と
の界面で生じる。
層を設けた場合は、第12図のエネルギーバンド図に示
すように、2つの層の電子親和りの差から伝導帯の底の
ポテンシャルECと価電子帯の頂上のポテンシャルEv
に夫々ポテンシャルの不連続へEC,へEVが夫々生ず
るので、■フォトキャリア(光励起キャリア)のパイル
・アップ効果のため、速度劣化を生じ、かつ、■2次元
キャリアがAl1InAs層と1nGaAs光吸収層と
の界面で生じる。
すなわち、第12図に示すように、フォトキャリアは小
エネルギーのものがΔEC,ΔEVにより走行が遮ぎら
れるので、速度劣化を生じ、また界面にキャリアの一部
が蓄憤される。
エネルギーのものがΔEC,ΔEVにより走行が遮ぎら
れるので、速度劣化を生じ、また界面にキャリアの一部
が蓄憤される。
上記の■の現象は受光素子では入射光が無くてもキャリ
アの走行をもたらし、暗電流の増加という問題を生じさ
せてしまう。
アの走行をもたらし、暗電流の増加という問題を生じさ
せてしまう。
そこで、本発明になる受光素子は前記本出願人の問題点
を解決すると共に、上記■及び■の問題も除去するため
に、光吸収1!27の両側に光吸収1127と格子整合
のある材質で第1及び第2のグレーデッド!26及び2
8を設けたものである。
を解決すると共に、上記■及び■の問題も除去するため
に、光吸収1!27の両側に光吸収1127と格子整合
のある材質で第1及び第2のグレーデッド!26及び2
8を設けたものである。
第2のグレーデッド層28によりEC,EVが光吸収層
27よりAl11 nAsg!29にかけて漸次変化す
るので、光吸収層27とA乏1nAs層29との界面の
八EC,ΔEVは実効的に無視される。また、第1及び
第2のグレーデッド層26及び28により、2次元キャ
リアが光吸収層26の基板25側との界面に形成される
現象を実質上無くすことができる。
27よりAl11 nAsg!29にかけて漸次変化す
るので、光吸収層27とA乏1nAs層29との界面の
八EC,ΔEVは実効的に無視される。また、第1及び
第2のグレーデッド層26及び28により、2次元キャ
リアが光吸収層26の基板25側との界面に形成される
現象を実質上無くすことができる。
また、本発明の集積化受信器は本発明になる受光素子と
同様の構造のトランジスタを、受光素子と組み合わせて
集積化したものであり、受光素子とトランジスタとの秦
子表面間の段差は極めて小にできる。
同様の構造のトランジスタを、受光素子と組み合わせて
集積化したものであり、受光素子とトランジスタとの秦
子表面間の段差は極めて小にできる。
(実施例)
第2図は本発明になる受光素子の一実施例の構造断面図
を示す。同図中、40は半絶縁細化合物半導体基板25
の一例としてのS、l−1nP基板、41はAl1nA
SI!、42は八eGa [nASの組成変化によるグ
レーデッド層、43は光吸収層27に相当するInGa
AsWJ、44は第2のグレーデッド層28に相当する
グレーデッド層で、グレーデッド1i42と同一構造と
されている。更に、45はAl1InA5l!629に
相当するAl1nAsli、46及び47は夫々電極で
ある。
を示す。同図中、40は半絶縁細化合物半導体基板25
の一例としてのS、l−1nP基板、41はAl1nA
SI!、42は八eGa [nASの組成変化によるグ
レーデッド層、43は光吸収層27に相当するInGa
AsWJ、44は第2のグレーデッド層28に相当する
グレーデッド層で、グレーデッド1i42と同一構造と
されている。更に、45はAl1InA5l!629に
相当するAl1nAsli、46及び47は夫々電極で
ある。
Al1I nAs層41とグレーデッド層42により前
記第1のグレーデッド1!26が構成されている。
記第1のグレーデッド1!26が構成されている。
S、l−1nPI板40上に分子線エピタキシャル成長
(M 3 E : a+olecular beaai
Hitaxialgrowth)法により、バッファ
の役目のAlnAS層41を約411μmの護りに成長
させた侵、その上にAlGa I nAsの組成比が深
さ方向に漸次異なる第1のグレーデッド層42を例えば
2000人の厚さに形成する。なお、At I nAS
層41の代りに、InPliWを用いてもよい。
(M 3 E : a+olecular beaai
Hitaxialgrowth)法により、バッファ
の役目のAlnAS層41を約411μmの護りに成長
させた侵、その上にAlGa I nAsの組成比が深
さ方向に漸次異なる第1のグレーデッド層42を例えば
2000人の厚さに形成する。なお、At I nAS
層41の代りに、InPliWを用いてもよい。
次にグレーデッド層42上にInGaAsJi?i43
を形成する。このl nGaAs層43の膜厚は効率を
上げるため、例えば1.5μ量と厚くする(吸収係数は
約lX10’1:II−’)。
を形成する。このl nGaAs層43の膜厚は効率を
上げるため、例えば1.5μ量と厚くする(吸収係数は
約lX10’1:II−’)。
次に、MBE法によりグレーデッドFW42と同一構造
のグレーデッドff44を2000人の膜厚で成長させ
た後、Ae I nAsFgf45を700人のgl厚
で形成する。以上の各層41〜45はすべてアンドープ
等によって低キャリアla度(〜10 I5am−3以
下)とされている。
のグレーデッドff44を2000人の膜厚で成長させ
た後、Ae I nAsFgf45を700人のgl厚
で形成する。以上の各層41〜45はすべてアンドープ
等によって低キャリアla度(〜10 I5am−3以
下)とされている。
最後にAl電極46及び47を夫々At1nAs層45
上に3000人の厚さで蒸着する。このAl電極46及
び47は第3図の平面図に示す如く、櫛歯状の電極部を
有し、かつ、それらが互い違いになるように配置されて
いる。第3図に示す電極部の良さLは一例として100
μm、電極の幅之と電極間隔Sは夫々2μ■である。光
遮蔽を防ぐためには乏を小(例えば0,5μm)、Sを
大(例えば2μs)とすればよい。なお、第3図中、■
−■線に沿う断面図が第2図である。
上に3000人の厚さで蒸着する。このAl電極46及
び47は第3図の平面図に示す如く、櫛歯状の電極部を
有し、かつ、それらが互い違いになるように配置されて
いる。第3図に示す電極部の良さLは一例として100
μm、電極の幅之と電極間隔Sは夫々2μ■である。光
遮蔽を防ぐためには乏を小(例えば0,5μm)、Sを
大(例えば2μs)とすればよい。なお、第3図中、■
−■線に沿う断面図が第2図である。
次に本発明実施例の要部をなすグレーデッド層42及び
44について更に耳組に説明する。グレーデッドX14
4は第2図及び第4図(B)に示す如<AelnAsl
i45とl nGa八Sへ;!N3との間に形成されて
いるが、エネルギーギャップEQ (=Ec−Ev)は
第4図(ARM示す如くA[I nAs145で大きく
、l nGaAsff43で小となっている。
44について更に耳組に説明する。グレーデッドX14
4は第2図及び第4図(B)に示す如<AelnAsl
i45とl nGa八Sへ;!N3との間に形成されて
いるが、エネルギーギャップEQ (=Ec−Ev)は
第4図(ARM示す如くA[I nAs145で大きく
、l nGaAsff43で小となっている。
そこで、グレーデッド層44はl nGaAsと格子整
合性のあるAeGa I nASを用い、かつ、その中
のAeの組成比がAe I nAsFti45からI
nGaAsm43方向へ進むにつれて小となり、かつ、
Gaの組成比が順次大となるように段階的に変化せしめ
られ、エネルギーギャップEgを第4図(A)に示す如
く段階的に変化させる。この段階の数は、各段階におけ
るΔEC(>△EV)が0.1eV以下となるようにす
るため、7段階以上とされている。なお、グレーデッド
層42゜44は実際には夫々A4 I nAs/Ga
I nAs超格子層である。
合性のあるAeGa I nASを用い、かつ、その中
のAeの組成比がAe I nAsFti45からI
nGaAsm43方向へ進むにつれて小となり、かつ、
Gaの組成比が順次大となるように段階的に変化せしめ
られ、エネルギーギャップEgを第4図(A)に示す如
く段階的に変化させる。この段階の数は、各段階におけ
るΔEC(>△EV)が0.1eV以下となるようにす
るため、7段階以上とされている。なお、グレーデッド
層42゜44は実際には夫々A4 I nAs/Ga
I nAs超格子層である。
上記のAl1Ga I nAS中のA4及びGaの組成
の割合を変化させるには、MBE装置のAe。
の割合を変化させるには、MBE装置のAe。
Ga、In、Asが別々に入っている各るつぼの前面に
配置された機械的シャッタの開閉の割合を夫々適宜可変
することなどにより可能である。
配置された機械的シャッタの開閉の割合を夫々適宜可変
することなどにより可能である。
上記のグレーデッドFJ44により、本実施例の要部の
エネルギーバンド図は第5図に示す如くになる。第5図
かられかるように、グレーデッド層44におけるエネル
ギーギャップEaはAl2InAs層45からInGa
As層43に至るにつれて漸次小となり、実質的にΔE
V、八ECへ無視できるようになる。
エネルギーバンド図は第5図に示す如くになる。第5図
かられかるように、グレーデッド層44におけるエネル
ギーギャップEaはAl2InAs層45からInGa
As層43に至るにつれて漸次小となり、実質的にΔE
V、八ECへ無視できるようになる。
従って、InGaAs層43に発生したフオi・キャリ
アは速度劣化が殆ど生ぜす、AlInAS層45との界
面に2次元キアリアが殆ど形成されないようにすること
ができる。しかも、グレーデッド層44及び42はl
nGaAsとの格子整合がとれていることとも相まって
、本実施例によれば、暗電流が極めて少ないフオトダイ
オードを(7ることができる。
アは速度劣化が殆ど生ぜす、AlInAS層45との界
面に2次元キアリアが殆ど形成されないようにすること
ができる。しかも、グレーデッド層44及び42はl
nGaAsとの格子整合がとれていることとも相まって
、本実施例によれば、暗電流が極めて少ないフオトダイ
オードを(7ることができる。
一例として、本出願人の試作実験結束によれば、A4m
極線幅1μm、間隔1.5μm 、受光′?rJbAl
0μI角のフォトダイオードにおいて、印加電圧5■で
暗電流は数nAが得られ、また容Mは65fFが得られ
、更に波長1.3μmの入射光に対して数十GHzの高
周波数まで平坦な充電流特性が得られた。
極線幅1μm、間隔1.5μm 、受光′?rJbAl
0μI角のフォトダイオードにおいて、印加電圧5■で
暗電流は数nAが得られ、また容Mは65fFが得られ
、更に波長1.3μmの入射光に対して数十GHzの高
周波数まで平坦な充電流特性が得られた。
次に本発明になる集積化受信器の一実施例について第6
図と共に説明する。同図中、第2図と同一構成部分には
同一符号を付し、その説明は省略する。
図と共に説明する。同図中、第2図と同一構成部分には
同一符号を付し、その説明は省略する。
第6図中、48及び50は夫々A[InAs層、49は
グレーデッド層、51は前記第1B図のAelnAs層
33に相当するAe I nAs層、52及び54は夫
々前記電極34及び36に相当するオーミック電極、5
3は前記電極35に相当するショットキー電極である。
グレーデッド層、51は前記第1B図のAelnAs層
33に相当するAe I nAs層、52及び54は夫
々前記電極34及び36に相当するオーミック電極、5
3は前記電極35に相当するショットキー電極である。
Al1 nAs層48とグレーデッドWJ49が前記第
3のグレーデッド層31に相当する。また、オーミック
電極52及び54は例えばAUGeNiからなり、ショ
ットキー電極53は例えばAeからなる。
3のグレーデッド層31に相当する。また、オーミック
電極52及び54は例えばAUGeNiからなり、ショ
ットキー電極53は例えばAeからなる。
上記の集積化受信器は、まず、S、l−1nP基板40
上全面に亘って第2図に示した構成のフォトダイオード
(受光素子)を前記した方法で形成した後(ただし、こ
のとぎはまだ電極46及び47は形成されていない)、
トランジスタを形成すべき領域のフォトダイオード部分
を基板40を残してエツチング除去する。
上全面に亘って第2図に示した構成のフォトダイオード
(受光素子)を前記した方法で形成した後(ただし、こ
のとぎはまだ電極46及び47は形成されていない)、
トランジスタを形成すべき領域のフォトダイオード部分
を基板40を残してエツチング除去する。
次にフォトダイオードとなるべき残った部分にS!3N
4111などを保護膜として被覆形成した後、 ・
基板40上にMBEによりフォトダイオードと同様構造
となるようAeInAs層48、グレーデッド層49、
l nGaAs層50を順次エピタキシャル成長する。
4111などを保護膜として被覆形成した後、 ・
基板40上にMBEによりフォトダイオードと同様構造
となるようAeInAs層48、グレーデッド層49、
l nGaAs層50を順次エピタキシャル成長する。
次に、MBEでInGaAs1i50上にAlInAS
層51を100人の膜厚でエピタキシャル成長する。A
乏InAS層51はシリコン(S i )などのn形ド
ーパントが1 x 1018an’ ff1度の濃度に
ドーピングされる。
層51を100人の膜厚でエピタキシャル成長する。A
乏InAS層51はシリコン(S i )などのn形ド
ーパントが1 x 1018an’ ff1度の濃度に
ドーピングされる。
最後に、前記フォトダイオード上の保護膜を除去した後
、電極46.47.53を蓄積形成し、また電極52.
54を周知の合金化法で形成する。
、電極46.47.53を蓄積形成し、また電極52.
54を周知の合金化法で形成する。
上記の各層48〜51と電極52〜54はAl1nAs
層51とI nGaAs150とのへテロ接合界面に形
成される2次元電子ガス(2DEG)層をチャネル層に
使用する高電子移動度トランジスタ(1−I E M
T )であり、電極52,53.54は夫々ドレイン、
ゲート、ソースの各電極として使用される。
層51とI nGaAs150とのへテロ接合界面に形
成される2次元電子ガス(2DEG)層をチャネル層に
使用する高電子移動度トランジスタ(1−I E M
T )であり、電極52,53.54は夫々ドレイン、
ゲート、ソースの各電極として使用される。
このように、S、l−1nP基板40上に集積化された
MSM−PDとl−(EMTよりなる集積化受信器は、
MSM−PDに入射された長波長帯の光を光電変換した
後、HEMTにより増幅して出力するよう動作し、信号
伝送速度数Gb/s以上で超高速動作する。
MSM−PDとl−(EMTよりなる集積化受信器は、
MSM−PDに入射された長波長帯の光を光電変換した
後、HEMTにより増幅して出力するよう動作し、信号
伝送速度数Gb/s以上で超高速動作する。
本実施例の1!1化受信器は、素子はブレーナ型で、か
つ、画素子表面間の段差は極めて小さい(約3000人
)ので、配線パターニングされるレジストの膜厚を薄く
することができ、よってこのレジス1−をマスクどして
形成される電極46.47゜52〜54の幅を夫々細く
でき、また製作が容易である。
つ、画素子表面間の段差は極めて小さい(約3000人
)ので、配線パターニングされるレジストの膜厚を薄く
することができ、よってこのレジス1−をマスクどして
形成される電極46.47゜52〜54の幅を夫々細く
でき、また製作が容易である。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、その他種々の変形例を包含するものである。例えば、
第1のグレーデッド層26としてはI nGaASPの
組成を変化させたグレーデッド構造としてもよく、また
集積化受信器中のトランジスタはHEMT以外の構造の
FETでもよい。
、その他種々の変形例を包含するものである。例えば、
第1のグレーデッド層26としてはI nGaASPの
組成を変化させたグレーデッド構造としてもよく、また
集積化受信器中のトランジスタはHEMT以外の構造の
FETでもよい。
また、受光素子や集積化受信器の製造に際しては有機金
1KcVD (MOCVD : metal orga
nicchelcal vapor depositi
on )法を適用することもできる。
1KcVD (MOCVD : metal orga
nicchelcal vapor depositi
on )法を適用することもできる。
上述の如く、本発明によれば、長波長帯材料を用、いた
光吸収層の両側に光吸収層と格子整合性のある材質で第
1及び第2のグレーデッド層を形成するようにしたので
、暗電流が極めて小さい(1μA以下)良好な特性を得
ることができ、またΔEV、ΔEcの影響が実質上無視
できるので光励起キャリアのトラップが防止されて超高
速応答(10GHz以上)特性を得ることができ、更に
低容量で、受光領域を大にすることが可能であり、また
更に集積化受信器は受光素子部と増幅素子部との表面の
段差が極めて小さく製作が容易で、電極幅も小にするこ
とができる等の特長を有するものである。
光吸収層の両側に光吸収層と格子整合性のある材質で第
1及び第2のグレーデッド層を形成するようにしたので
、暗電流が極めて小さい(1μA以下)良好な特性を得
ることができ、またΔEV、ΔEcの影響が実質上無視
できるので光励起キャリアのトラップが防止されて超高
速応答(10GHz以上)特性を得ることができ、更に
低容量で、受光領域を大にすることが可能であり、また
更に集積化受信器は受光素子部と増幅素子部との表面の
段差が極めて小さく製作が容易で、電極幅も小にするこ
とができる等の特長を有するものである。
第1A図は本発明受光素子の原理構造図、第1B図は本
発明集積化受信器の原理#I構造図第2図は本発明受光
素子の一実施例の構造断面図、 第3図は第2図中の電極の一例の平面図、第4図は第2
図の要部の構成説明図、 第5図は本発明の一実施例のエネルギーバンド図、 第6図は本発明の集積化受信器の一実施例の構造断面図
、 第7図はp1nフォトダイオードの一例の断面構造図、 第8図はMSMフォl〜ダイオードの一例の構造断面図
、 第9図は本出願人が先に提案した受光系子の一例の構造
断面図、 第10図は第9図のエネルギーバンド図、第11図は本
出願人が先に提案した集積化受信器の一例の構造断面図
、 第12図はl nGaAs層上にAfllnAs層を設
けた場合の受光素子のエネルギーバンド図である。 図において、 25は半絶縁性化合物半導体基板、 26は第1のグレーデッド層、 27はI nGaAs光吸収層、 28は第2のグレーデッド層 29.33はA[I nAsL?f 30.34〜3Gは電極、 31は第3のグレーデッド層、 32は1nGaΔs15. 40は半絶縁性rnpM板、 42.44.49はAJ!Ga1nAsによるグレーデ
ッド層 を示す。 本発明受光素子の原理構造図 第1A図 本発明集積化受信器の原理構造図 第18図 本発明受光素子の一実施例の構造断面図第2図 第2図の要部の構成説明図 本発明の一実施例のエネルプーバンド図第5図 本発明の集積化受信器の一実施例の構造断面図第6図 第7図 第8図 ΔI 本出願人が先に提案した受光素子の 一例の構造断面図 第9図 第9図のエネルイーバンド図 第10図
発明集積化受信器の原理#I構造図第2図は本発明受光
素子の一実施例の構造断面図、 第3図は第2図中の電極の一例の平面図、第4図は第2
図の要部の構成説明図、 第5図は本発明の一実施例のエネルギーバンド図、 第6図は本発明の集積化受信器の一実施例の構造断面図
、 第7図はp1nフォトダイオードの一例の断面構造図、 第8図はMSMフォl〜ダイオードの一例の構造断面図
、 第9図は本出願人が先に提案した受光系子の一例の構造
断面図、 第10図は第9図のエネルギーバンド図、第11図は本
出願人が先に提案した集積化受信器の一例の構造断面図
、 第12図はl nGaAs層上にAfllnAs層を設
けた場合の受光素子のエネルギーバンド図である。 図において、 25は半絶縁性化合物半導体基板、 26は第1のグレーデッド層、 27はI nGaAs光吸収層、 28は第2のグレーデッド層 29.33はA[I nAsL?f 30.34〜3Gは電極、 31は第3のグレーデッド層、 32は1nGaΔs15. 40は半絶縁性rnpM板、 42.44.49はAJ!Ga1nAsによるグレーデ
ッド層 を示す。 本発明受光素子の原理構造図 第1A図 本発明集積化受信器の原理構造図 第18図 本発明受光素子の一実施例の構造断面図第2図 第2図の要部の構成説明図 本発明の一実施例のエネルプーバンド図第5図 本発明の集積化受信器の一実施例の構造断面図第6図 第7図 第8図 ΔI 本出願人が先に提案した受光素子の 一例の構造断面図 第9図 第9図のエネルイーバンド図 第10図
Claims (3)
- (1)半絶縁性化合物半導体基板(25)の上方に形成
されたInGaAsによる光吸収層(27)と、 InGaAsと格子整合のある材質により、該光吸収層
(27)の両側に夫々成長された第1及び第2のグレー
デッド層(26、28)と、該光吸収層(27)に対し
て光入射側に位置する該第2のグレーデッド層(28)
上に形成されたAlInAs層(29)と、 該AlInAs層(29)上に形成された電極(30)
とよりなることを特徴とする受光素子。 - (2)少なくとも該第2のグレーデッド層(28)は、
AlGaInAs中のAl及びGaのうちAlの組成の
割合が該光吸収層(27)方向に近付くにつれて漸次小
となり、かつ、Gaの組成の割合が漸次大となる、多段
階の組成変化構造であることを特徴とする請求項1記載
の受光素子。 - (3)半絶縁性化合物半導体基板(25)上に形成され
ており、前記第1のグレーデッド層(26)と同一組成
の第3のグレーデッド層(31)と、該第3のグレーデ
ッド層(31)上に形成されたInGaAs層(32)
と、 該InGaAs層(32)上に形成された AeInAs層(33)と、 該AlInAs層(33)上に形成された電極(34、
35、36)とよりなるトランジスタが、該半絶縁性化
合物半導体基板(25)上に請求項1記載の受光素子と
共に、かつ、互いに分離して形成されてなることを特徴
とする集積化受信器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63018391A JPH01194352A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 受光素子及び集積化受信器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63018391A JPH01194352A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 受光素子及び集積化受信器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01194352A true JPH01194352A (ja) | 1989-08-04 |
Family
ID=11970411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63018391A Pending JPH01194352A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 受光素子及び集積化受信器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01194352A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5107318A (en) * | 1990-04-16 | 1992-04-21 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having light receiving diode element with capacitance |
| US5185272A (en) * | 1990-04-16 | 1993-02-09 | Fujitsu Limited | Method of producing semiconductor device having light receiving element with capacitance |
| JP2006229156A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Ntt Electornics Corp | フォトダイオード |
| WO2008026536A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5320881A (en) * | 1976-08-11 | 1978-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photo semiconductor device |
| JPS5984417A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-16 | Nec Corp | 3−5族混晶半導体装置 |
| JPS61276314A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-06 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体の液相エピタキシヤル成長方法 |
| JPS62159477A (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-15 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
-
1988
- 1988-01-28 JP JP63018391A patent/JPH01194352A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5320881A (en) * | 1976-08-11 | 1978-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photo semiconductor device |
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| JP2006229156A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Ntt Electornics Corp | フォトダイオード |
| WO2008026536A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
| JP2008060161A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出器及び光検出器の製造方法 |
| US8101940B2 (en) | 2006-08-29 | 2012-01-24 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
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