JPH02228080A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH02228080A JPH02228080A JP1048334A JP4833489A JPH02228080A JP H02228080 A JPH02228080 A JP H02228080A JP 1048334 A JP1048334 A JP 1048334A JP 4833489 A JP4833489 A JP 4833489A JP H02228080 A JPH02228080 A JP H02228080A
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- Japan
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- conductivity type
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は構造改良された半導体受光素子に関す〔従来の
技術〕 Ｉ ｎＧａＡｓを光吸収層とする半導体受光素子は、波
長１．７μ近（まで高い受光感度があるため、１−帯波
長光通信に広く用いられている。その構造は、例えば第
２図に示すように、ｎ”−１ｎＰ基板（１）上に、ｎ−
−１ｎＰバッファ層（２）、ｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収
層（４）およびｎ−−１ｎＰ窓層（５）が順次積層され
、次に、ｎ−−１ｎＰ窓層（５）表面から選択的にＺｎ
を拡散して、ｐ” −Ｚｎ導電層（６）が形成されてい
る。ｎ−〜ＩｎＰ窓層（５）の表面には、ＳｉＮｘ表面
保護膜（７）がｐ” −Ｚｎ導電層（６）の周端部と非
拡散部に形成されている。（８）は受光領域のｐ” −
Ｚｎ導電層（６）の端部とＳｉＮｘ表面保護膜（７）上
に形成されたｐ電極、（９）はｎｏ−ＩｎＰ基板（］）
裏面に形成されたｎ電極である。
技術〕 Ｉ ｎＧａＡｓを光吸収層とする半導体受光素子は、波
長１．７μ近（まで高い受光感度があるため、１−帯波
長光通信に広く用いられている。その構造は、例えば第
２図に示すように、ｎ”−１ｎＰ基板（１）上に、ｎ−
−１ｎＰバッファ層（２）、ｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収
層（４）およびｎ−−１ｎＰ窓層（５）が順次積層され
、次に、ｎ−−１ｎＰ窓層（５）表面から選択的にＺｎ
を拡散して、ｐ” −Ｚｎ導電層（６）が形成されてい
る。ｎ−〜ＩｎＰ窓層（５）の表面には、ＳｉＮｘ表面
保護膜（７）がｐ” −Ｚｎ導電層（６）の周端部と非
拡散部に形成されている。（８）は受光領域のｐ” −
Ｚｎ導電層（６）の端部とＳｉＮｘ表面保護膜（７）上
に形成されたｐ電極、（９）はｎｏ−ＩｎＰ基板（］）
裏面に形成されたｎ電極である。
上記構造では、Ｅ ｎＧａＡｓ Ｐ系の光吸収層上に光
吸収層よりも禁止帯中が広く、光を透過する窓層が設け
られ、ｐｎ接合部が窓層に形成されている。従って、低
バイアスで光吸収層を完全に空乏化するために、窓層の
キャリア濃度も光吸収層なみに高純度化している。各層
は高純度のエピタキシャル層であること、ｒｎＧａＡｓ
層上に直接ＩｎＰ層を成長できること、および、拡散に
よりｐｎ接合を形成するために必要な膜厚の均一性に優
れている事などから、気相成長法により上記構造の半導
体受光素子が製作されている６表面保護膜は、窓層表面
のｐｎ接合部の保護、表面酸化による暗電流増加を防ぐ
ため、酸化膜のかわりにＳｉＮｘを用いている。
吸収層よりも禁止帯中が広く、光を透過する窓層が設け
られ、ｐｎ接合部が窓層に形成されている。従って、低
バイアスで光吸収層を完全に空乏化するために、窓層の
キャリア濃度も光吸収層なみに高純度化している。各層
は高純度のエピタキシャル層であること、ｒｎＧａＡｓ
層上に直接ＩｎＰ層を成長できること、および、拡散に
よりｐｎ接合を形成するために必要な膜厚の均一性に優
れている事などから、気相成長法により上記構造の半導
体受光素子が製作されている６表面保護膜は、窓層表面
のｐｎ接合部の保護、表面酸化による暗電流増加を防ぐ
ため、酸化膜のかわりにＳｉＮｘを用いている。
しかしながら、上記構造の半導体受光素°子には次のよ
うな問題点がある。すなわち、 イ）ダブルへテロ構造界面の欠陥は、発光素子のように
高いキャリア濃度（Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−’以上）では補
償されているが、上記半導体受光素子のように高純度エ
ピタキシャル層を成長させる場合には、素子特性に大き
な影響を及ぼす、特に気相成長法では、界面に変成層が
できやすいため、それがトラップとなって暗電流を増大
させる。
うな問題点がある。すなわち、 イ）ダブルへテロ構造界面の欠陥は、発光素子のように
高いキャリア濃度（Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−’以上）では補
償されているが、上記半導体受光素子のように高純度エ
ピタキシャル層を成長させる場合には、素子特性に大き
な影響を及ぼす、特に気相成長法では、界面に変成層が
できやすいため、それがトラップとなって暗電流を増大
させる。
口）高純度エピタキシャル層上に表面保護膜として誘電
体膜を積層すると、誘電体膜自体の持つ電荷（ＳｉＮｘ
ならば負）により、誘電体膜直下に空乏層が生じてチャ
ンネル化したり、あるいは、誘電体膜と半導体界面に界
面準位が生じたりして、表面リーク電流が大きくなる。
体膜を積層すると、誘電体膜自体の持つ電荷（ＳｉＮｘ
ならば負）により、誘電体膜直下に空乏層が生じてチャ
ンネル化したり、あるいは、誘電体膜と半導体界面に界
面準位が生じたりして、表面リーク電流が大きくなる。
本発明は以上のような点にかんがみてなされたもので、
その目的とするところは、暗電流の小さい半導体受光素
子を提供することにある。
その目的とするところは、暗電流の小さい半導体受光素
子を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は次の通りである。す
なわち、本発明は第１導電型の半導体基板上に、第１導
電型のバッファ層、光吸収層および窓層が順次積層され
、該窓層の表面より層内部に向けて第２導電型領域が選
択的に形成され、窓層表面の第１導電型碩域と第２導電
型領域の境界領域上に第１導電型領域と第２導°電型領
域にまたがって表面保護膜が形成されている半導体受光
素子において、パンフ１層および窓層の光吸収層に面す
る界面にはＳｅ、Ｓ、Ｓｔなどの不純物がドーピングさ
れていることを第１発明とし、窓層の光入射側の表面に
は不純物がドーピングされていることを第２発明とする
ものである。
なわち、本発明は第１導電型の半導体基板上に、第１導
電型のバッファ層、光吸収層および窓層が順次積層され
、該窓層の表面より層内部に向けて第２導電型領域が選
択的に形成され、窓層表面の第１導電型碩域と第２導電
型領域の境界領域上に第１導電型領域と第２導°電型領
域にまたがって表面保護膜が形成されている半導体受光
素子において、パンフ１層および窓層の光吸収層に面す
る界面にはＳｅ、Ｓ、Ｓｔなどの不純物がドーピングさ
れていることを第１発明とし、窓層の光入射側の表面に
は不純物がドーピングされていることを第２発明とする
ものである。
気相成長法によりｎ−−１ｎＰバッファ層（２）上にｎ
−−１ｎＣａＡｓ光吸収層を成長させる場合、加熱によ
りｎ−−１ｎＰバッファ層のＰが抜けてバッファ層の光
吸収層側界面に欠陥による変成層が生じる。同様にｎ−
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層（４）上に１１−−１１１ ｐ
ｇ層（５ンを成長させると、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層
（４）のＡｓが抜けて、光吸収層の窓層（５）側界面に
欠陥が生じる６本発明では、光吸収層（４）に面するバ
ッファ層（２）および窓層（５）の界面に不純物をドー
ピングして上記欠陥をキャリアで補償している。その結
果、バイアス電圧の印加により、空乏層が窓層（５）か
らバッファＦＪ （２）到り、光吸収層（４）の両側界
面を含む範囲にわたっても、欠陥やトラップによる発生
電流を防ぐことができる。また、窓層（５）の光入射側
の表面に不純物をドーピングすると、誘電体からなる表
面保護膜（７）の電荷により窓層（５）表面にチャンネ
ルが形成されることを防ぐことができ、表面リークを流
を抑えることができる。上記のバッファ層（２）および
窓Ｎ（５）の界面に形成される不純物をドーピングした
層は、キャリア濃度が５．ＯＸｌ０ＩＳｅ１１−’ 〜
１．ＯＸＩＯ”ＣＩ−’の範囲であり、厚さが０．１〜
０．３μであることが望ましい、その理由は、キャリア
濃度が１．０Ｘ１０”ＣＩ−’以上、あるいは厚さが０
．３−以上になると、トンネル現象による暗電流が増加
する。また、キャリア濃度が５Ｘ１０”ａｍ−’以下、
あるいは厚さが０．１−以下になると、トラップ欠陥を
補償できないからである。
−−１ｎＣａＡｓ光吸収層を成長させる場合、加熱によ
りｎ−−１ｎＰバッファ層のＰが抜けてバッファ層の光
吸収層側界面に欠陥による変成層が生じる。同様にｎ−
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層（４）上に１１−−１１１ ｐ
ｇ層（５ンを成長させると、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層
（４）のＡｓが抜けて、光吸収層の窓層（５）側界面に
欠陥が生じる６本発明では、光吸収層（４）に面するバ
ッファ層（２）および窓層（５）の界面に不純物をドー
ピングして上記欠陥をキャリアで補償している。その結
果、バイアス電圧の印加により、空乏層が窓層（５）か
らバッファＦＪ （２）到り、光吸収層（４）の両側界
面を含む範囲にわたっても、欠陥やトラップによる発生
電流を防ぐことができる。また、窓層（５）の光入射側
の表面に不純物をドーピングすると、誘電体からなる表
面保護膜（７）の電荷により窓層（５）表面にチャンネ
ルが形成されることを防ぐことができ、表面リークを流
を抑えることができる。上記のバッファ層（２）および
窓Ｎ（５）の界面に形成される不純物をドーピングした
層は、キャリア濃度が５．ＯＸｌ０ＩＳｅ１１−’ 〜
１．ＯＸＩＯ”ＣＩ−’の範囲であり、厚さが０．１〜
０．３μであることが望ましい、その理由は、キャリア
濃度が１．０Ｘ１０”ＣＩ−’以上、あるいは厚さが０
．３−以上になると、トンネル現象による暗電流が増加
する。また、キャリア濃度が５Ｘ１０”ａｍ−’以下、
あるいは厚さが０．１−以下になると、トラップ欠陥を
補償できないからである。
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。
。
第１図は本発明にかかる半導体受光素子の一実施例の要
部断面図であり、ｎ”−１ｎＰ基板（１）上に気相成長
法によりｎ−−１ｎＰバッファ層（２ａ）、ｎ−１ｎＰ
ド一ピング層（２ｂ）、ｎ−−１ｎＧａＡＳ光吸収Ｎ（
４）、ｎ−１ｎＰド一ピング層（５ｂ）、ｎ−ＩｎＰ窓
層（５ａ）、ｎ−１ｎＰド一ピング層（５ｃ）を順次成
長させる。バッファ１ｉｔ（２ａ）および窓層（５ａ）
は不純物濃度が１．０Ｘ１０”ｃｍ−”、厚さ２．０−
１ｎ−１ｎＰド一ピング層（２ｂ）、（５ｂ）、（５Ｃ
）は不純物濃度が７．０Ｘ１０”ＣＩ−”、厚さ０．２
ｎ、光吸収層（４）は不純物濃度が５．０Ｘ１０”ｅｌ
ｌ−’、厚さが２６５−である、窓層（５ａ）の表面に
はＺｎ、Ｃｄ、Ｍｇの熱拡散、あるいは、Ｂｅ、Ｍｇの
イオン打込みによりｐ型の導電層（６）を選択的に形成
し、窓層（５ａ）内にｐｎ接合部を形成し、ドーピング
層（５Ｃ）上には、ＳｉＮｘからなる誘電体の表面保！
！膜（７）を形成する。（８）はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ
／ Ａ ｕのｎ電極、（９）はＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ
ｔ極、００）は受光径１００−φの受光部を被うＡＲ膜
である。本実施例の半導体受光素子に５■のバイアス電
圧を印加すると、空乏層端はバッファ層（２ａ）に達し
、光吸収層（４）は完全に空乏化した。その状態で光を
入射すると、受光面の反射および光吸収層（４）とドー
ピング層（２ｂ）、（５ｂ）との界面による反射および
キャリアの再結合による低下はあるものの、９０％以上
の量子効率が得られた。また、５■のバイアス電圧下に
おいて、暗電流は１ｎＡ以下、周波数応答はＩＧＨｚ以
上という結果をえた。因に、本実施例におけるドーピン
グ層のない場合には、量子効率は７０％であり、暗電流
は１０ｎＡ以上に、周波数応答は５００ＭＨｚであった
。
部断面図であり、ｎ”−１ｎＰ基板（１）上に気相成長
法によりｎ−−１ｎＰバッファ層（２ａ）、ｎ−１ｎＰ
ド一ピング層（２ｂ）、ｎ−−１ｎＧａＡＳ光吸収Ｎ（
４）、ｎ−１ｎＰド一ピング層（５ｂ）、ｎ−ＩｎＰ窓
層（５ａ）、ｎ−１ｎＰド一ピング層（５ｃ）を順次成
長させる。バッファ１ｉｔ（２ａ）および窓層（５ａ）
は不純物濃度が１．０Ｘ１０”ｃｍ−”、厚さ２．０−
１ｎ−１ｎＰド一ピング層（２ｂ）、（５ｂ）、（５Ｃ
）は不純物濃度が７．０Ｘ１０”ＣＩ−”、厚さ０．２
ｎ、光吸収層（４）は不純物濃度が５．０Ｘ１０”ｅｌ
ｌ−’、厚さが２６５−である、窓層（５ａ）の表面に
はＺｎ、Ｃｄ、Ｍｇの熱拡散、あるいは、Ｂｅ、Ｍｇの
イオン打込みによりｐ型の導電層（６）を選択的に形成
し、窓層（５ａ）内にｐｎ接合部を形成し、ドーピング
層（５Ｃ）上には、ＳｉＮｘからなる誘電体の表面保！
！膜（７）を形成する。（８）はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ
／ Ａ ｕのｎ電極、（９）はＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ
ｔ極、００）は受光径１００−φの受光部を被うＡＲ膜
である。本実施例の半導体受光素子に５■のバイアス電
圧を印加すると、空乏層端はバッファ層（２ａ）に達し
、光吸収層（４）は完全に空乏化した。その状態で光を
入射すると、受光面の反射および光吸収層（４）とドー
ピング層（２ｂ）、（５ｂ）との界面による反射および
キャリアの再結合による低下はあるものの、９０％以上
の量子効率が得られた。また、５■のバイアス電圧下に
おいて、暗電流は１ｎＡ以下、周波数応答はＩＧＨｚ以
上という結果をえた。因に、本実施例におけるドーピン
グ層のない場合には、量子効率は７０％であり、暗電流
は１０ｎＡ以上に、周波数応答は５００ＭＨｚであった
。
なお、窓層およびバッファ層は光吸収層に格子整合し、
かつ禁制帯巾が光吸収層より広い材料ならばよく、上記
実施例におけるＩ ｎＧａＡｓ光吸収層に対しては、Ｉ
ｎＰ以外にＩ ｎＧａＡｓ Ｐを用いてもよい、また、
本発明は、Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系以外のＧａＳｂ系など
の化合物半導体にも適用することができる。さらに、上
記実施例はプレーナー型ＰＩＮフォトダイオードについ
てであったが、本発明はメサ型でも実施可能であり、ま
た、アバランシェフォトダイオードでも実施可能である
。光吸収層はバルク半導体に限定されることなく、量子
井戸構造でも実施可能であることはいうまでもない。
かつ禁制帯巾が光吸収層より広い材料ならばよく、上記
実施例におけるＩ ｎＧａＡｓ光吸収層に対しては、Ｉ
ｎＰ以外にＩ ｎＧａＡｓ Ｐを用いてもよい、また、
本発明は、Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系以外のＧａＳｂ系など
の化合物半導体にも適用することができる。さらに、上
記実施例はプレーナー型ＰＩＮフォトダイオードについ
てであったが、本発明はメサ型でも実施可能であり、ま
た、アバランシェフォトダイオードでも実施可能である
。光吸収層はバルク半導体に限定されることなく、量子
井戸構造でも実施可能であることはいうまでもない。
以上説明したように本発明によれば、バッファ層および
窓層の光吸収層に面する界面、および窓層の光入射側の
表面には不純物がドーピングされているため、発生′ｒ
！１２ｉｔおよび表面リーク電流を低く抑えることがで
き、暗電流の小さな良好な半導体受光素子を得ることが
できるという優れた効果がある。
窓層の光吸収層に面する界面、および窓層の光入射側の
表面には不純物がドーピングされているため、発生′ｒ
！１２ｉｔおよび表面リーク電流を低く抑えることがで
き、暗電流の小さな良好な半導体受光素子を得ることが
できるという優れた効果がある。
第１図は本発明にかかる半導体受光素子の一実施例の要
部断面図、第２図は一従来例の要部断面図である。 １・・・基板、 ２，２ａ・・・バッファ層、 ２ｂ、
５ｂ５ｃ・・・ドーピング層、 ４・・・光吸収層
、 ５．５ａ・・・窓層、 ６・・・導電層、 ７・
・・表面保護膜、 ８・・・ｎ電極、 ９・・・ｎ電
極、 １０・・・ＡＲ膜。 第２図
部断面図、第２図は一従来例の要部断面図である。 １・・・基板、 ２，２ａ・・・バッファ層、 ２ｂ、
５ｂ５ｃ・・・ドーピング層、 ４・・・光吸収層
、 ５．５ａ・・・窓層、 ６・・・導電層、 ７・
・・表面保護膜、 ８・・・ｎ電極、 ９・・・ｎ電
極、 １０・・・ＡＲ膜。 第２図
Claims (2)
- （１）第１導電型の半導体基板上に、第１導電型のバッ
ファ層、光吸収層および窓層が順次積層され、該窓層の
表面より層内部に向けて第２導電型領域が選択的に形成
され、窓層表面の第１導電型領域と第２導電型領域の境
界領域上に第１導電型領域と第２導電型領域にまたがっ
て表面保護膜が形成されている半導体受光素子において
、バッファ層および窓層の光吸収層に面する界面には、
不純物がドーピングされていることを特徴とする半導体
受光素子。 - （２）窓層の光入射側の表面には、不純物がドーピング
されていることを特徴とする請求項１記載の半導体受光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048334A JPH02228080A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048334A JPH02228080A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228080A true JPH02228080A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12800514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1048334A Pending JPH02228080A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228080A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7368750B2 (en) | 2002-09-20 | 2008-05-06 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor light-receiving device |
| WO2016139970A1 (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および半導体装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5391685A (en) * | 1976-12-31 | 1978-08-11 | Philips Nv | Semiconductor |
| JPS59161082A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-11 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP1048334A patent/JPH02228080A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5391685A (en) * | 1976-12-31 | 1978-08-11 | Philips Nv | Semiconductor |
| JPS59161082A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-11 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7368750B2 (en) | 2002-09-20 | 2008-05-06 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor light-receiving device |
| WO2016139970A1 (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および半導体装置 |
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