JPH02231775A - 化合物半導体受光素子 - Google Patents

化合物半導体受光素子

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JPH02231775A
JPH02231775A JP1051787A JP5178789A JPH02231775A JP H02231775 A JPH02231775 A JP H02231775A JP 1051787 A JP1051787 A JP 1051787A JP 5178789 A JP5178789 A JP 5178789A JP H02231775 A JPH02231775 A JP H02231775A
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JP
Japan
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inp
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ingaas
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JP1051787A
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English (en)
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Shuzo Kagawa
修三 香川
Isao Ogawa
功 小川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 InGaAs/InP  P I Nフォトダイオード
に関し,短波長から長波長までの広い波長範囲にわたり
連続して感度が得られるようにすることを目的とし. 高濃度にドープされた一導電型のInP基板上に.In
GaAs光吸収層およびInPキャップ層が順次積層さ
れ,InPキャップ層の表面からI nGaAs光吸収
層に到達する,高濃度にドープされた反対導電型の拡散
領域が形成された化合物半導体受光素子において.{n
Pキャップ層の厚さをO.lμm以下にする,と共に,
拡散領域の深さを0.7μm以下にするように構成する
. 〔産業上の利用分野〕 杢允明は.化合物半導体受光素子,特にInGaAs/
InP  PINフォトダイオードに関する.光通信に
用いられる光波長帯には,主に.次の3つがある. ■0.7〜0.8μm帯.これは.コンパクトディスク
(CD)用に開発された安価な半導体レーザを用いた,
近距離・中低速光通信システムに用いられる. ■1.3μm帯.これは,光ファイバーの材料分散が零
に近くなる波長帯で,長距離・大容量光通信システムに
用いられる. ■1.55μm帯.これは.光ファイバーの伝送損失が
最も小さくなる波長帯で.長距離・大容量光通信システ
ムに用いられる. 従来.0.7〜0.8μmの短波長帯には, S+を用
いた受光素子が使用され,1.3μmあるいは1.55
μmの長波長帯には. GeあるいはInPを用いた受
光素子が使用されている. 近年,同一の光ファイバーの中を短波長から長波長まで
の波長の異なった光を伝送させる光多重通信の実用化が
進められるのに伴って.同一の素子により短波長から長
波長までの全ての光を受けることのできる受光素子が望
まれている.また,計測用の受光素子についても,短波
長から長波長まで広い波長範囲にわたり連続して惑度の
得られるものが望まれている。
〔従来の技術〕
(従来例1) 第3図は,従来のInGaAs/ In P  P I
 Nフォトダイオードを示す図である. 同図において,11はn’−1nP基板.12は厚さ5
〜8μmのn−−1nPバッファ層,13は厚さ2〜3
μmのn−−InGaAs光吸収層.14は厚さ約lμ
mのn−1nPキ+7プ層,15はSiN膜,16はn
−1nPキャップ層l4の表面がらn− InGaAs
光吸収層13に到達するp゛拡敗領域,17は反射防止
膜.18および19ぱ電極である。
第3図に示す構造のInGaAs/InP  P I 
Nフォトダイオードにおいて,1.3μmおよび1.5
5μmの光は,  n−1nPキャップ層14を透過し
.ほぼ空乏領域となっているn− −1nGaAs光吸
収層13で吸収されるので,大きな量子効率が得られる
しかし,  0.7 〜0.8,umの光は,  n−
1nPキャンプ層14中で吸収されてしまい,光により
発生したフォトキャリアは.空乏領域まで拡散して行く
間に死んでしまうため,量子効率(感度)が悪い,とい
う問題点がある. (従来例2) 従来例1の問題点を解決するために考えられたのが,第
4図に示すInGaAs/InP  P I Nフォト
ダイオードである。
第4図において.21はn”−1nP基板,22は厚さ
2〜3μmのn−−InPバッファ層,23は厚さ2〜
3μmのn−−1nGaAs光吸収層,24はSiN膜
,25はp4拡散領域,26は反射防止膜,27および
28は電極である。
この例のInGaAs/ In P  P I Nフォ
トダイオードは.第3図に示したInGaAs/ In
 P  P I Nフォトダイオードから.0.7〜0
.8μmの光を吸収してしまい.この波長帯の光に対す
る量子効率を悪くしていたn−1nPキャップ層を取り
除いた構造をしている. このような構造にすれば,0.7〜0.8μm帯の光に
対する量子効率は向上するが,バンドギャップの狭いn
− −InGaAs光吸収層23が表面にさらされSi
N膜24と界面を形成するために,表面準位密度が大き
くなり.暗電流が増大する.という問題が生じる. 〔発明が解決しようとする課題〕 従来例1のInGaAs/ In P  P I Nフ
ォトダイオードには,  n−InPキャンプ層が0.
9μm以下の光を吸収してしまい,この波長帯の光に対
する量子効率が悪い,という問題があった。
また,従来例1の問題点を解決した従来例2のInGa
As/InP  P I Nフォトダイオードには.バ
ンドギャップの狭いn− −InGaAs光吸収層が半
導体表面となりSiN膜と界面を形成するために,表面
準位密度が大きくなり.暗電流が増大する,という問題
があった. 本発明は,これらの問題点を解決して,短波長から長波
長までの広い波長範囲にわたり連続して感度が得られる
ようにした化合物半導体受光素子.特にInGaAs/
 In P  P I Nフォトダイオードを提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために,本発明に係る受光素子は
,高濃度にドープされた一導電型のInP基板上に, 
InGaAs光吸収層およびInPキャップ層が順次積
層され,InPキャンプ層の表面からInGaAs光吸
収層に到達する,高濃度にドープされた反対導電型の拡
散領域が形成された化合物半導体受光素子において,I
nPキャンプ層の厚さを0. 1μm以下にする,と共
に.拡散領域の深さを0.7μm以下にするように構成
する。
〔作用〕
本発明は,InPキャップ層が0.9μm以下の光を吸
収してしまい,この波長帯の光に対する量子効率が悪い
,という従来例1の問題点,および.バンドギャップの
狭いInGaAs光吸収層が半導体表面となりSiN膜
と界面を形成するために.表面準位密度が大きくなり,
暗電流が増大する.という従来例2の問題点を同時に解
決するためになされたものであり,そのポイントは,I
nPキャップ層を付けたままでも.0.9μm以下の光
がInGaAs光吸収層に到達することのできる構造条
件を解明する点にある. そのために.本発明者らは,InPキャップ層の厚さを
0.1μm,0.2#mおよび0.35,c+mとし,
それぞれに対して拡散領域の深さを0.7μmおよび1
.3μmとした計6種類のサンプルについて,0.78
,iImの光に対する量子効率を測定した.その結果を
次の表に示す。
(以下余白) 7mる A:InPキャンプ層の厚さ(μm) B:拡散領域の深さ(μm) (不純物濃度I X 1 0 ”C!m−”以上のIn
Pモニタ・ウェハによる値) この表から.InPキャップ層が薄くなるほど.また.
拡散領域の深さが浅くなるほど,0.78μm光に対す
る量子効率が大きくなることがわかる。
実用的な量子効率を75%以上とすると, InPキャ
ップ層の厚さは0.1μm以下に,また.拡散領域の深
さは0.7μm以下にすればよい,ということになる。
本発明は,以上の知見に基づいてなされたものであり,
高濃度にドープされた一導電型のInP基板上に, I
nGaAs光吸収層およびInPキャップ層が順次積層
され.InPキャップ層の表面からInGaAs光吸収
層に到達する,高濃度にドープされた反対導電型の拡散
領域が形成された化合物半導体受光素子において.In
Pキャップ層の厚さを0.1μm以下にする.と共に.
拡散領域の深さを0.7μm以下にするように構成する
. このように構成することにより.0.7〜0.8μmの
短波長から1.3μmおよび1.55μmの長波長まで
の広い波長範囲にわたり連続して感度の得られるInG
aAs/InP  P I Nフォトダイオードを得る
ことができる。
〔実施例〕
第1図は.本発明の一実施例構成であるInGaAs/
InP  PINフォトダイオードを示す図である。
第1図において,1はn”−InP基板.2はn−In
Pバッファ層,3はn− −1nGaAs光吸収層,4
はn−4nPキ+7プ層,5はSiN膜,6はp9拡散
領域,7は反射防止膜.8および9は電極である。
以下.第1図に示すInGaAs/ In P  P 
I Nフォトダイオードの作製方法を説明する。
素子の作製には.クロライドVPE法により成長させた
In P / InGaAs/ In Pのダブル・ヘ
テロ構造のエビタキシャル・ウェハを用いた。成長温度
は,670℃である。
n−−1nPバッファ層2は不純物濃度8X1014e
ll − ’で厚さ2.5 μn,  n− −1nG
aAs光吸収層3は不純物濃度2X I Q ”a++
−”で厚さ1.7μm,n 一InPキャップ層4は不
純物濃度6 X 1 0 ”cm−’で厚さ0.11μ
mである.このうち,  n−1nPキャンプ層4は.
素子作製の際に0.05μm全面エッチングするため,
チップ状態における最終の厚さは0.06μmである。
その後,プラズマCVD法によりパフシベーシッン膜と
してのSiN膜5を形成し,受光部を穴開けし, Zn
拡散を行って,p0拡敗領域6を形成する, Zn拡散
は,ZnPzをソースとし,500℃.7分以下により
行う。これを不純物濃度1×10Ithal− ’以上
のInPモニタ・ウェハにより測定したところ,p゛拡
散領域6の拡散深さは.0.7μmであった. 次いで.プラズマCVD法によりSiNを堆積させて.
反射防止膜7を形成する。本実施例の反射防止膜7は,
屈折率1.82で膜厚l200人の単層膜である。これ
により,0.78μm光に対しては98.7%の透過率
が得られ.1.3μm光に対しては91.6%の透過率
が得られる。
最後に. Ti/Pt/^Uなどの電極8およびAu/
Ge/Niなどの電極9を形成する。
以上の工程により得られた本実施例のInGaAs/I
nP  PINフォトダイオードの暗電流特性を第2図
に示す。通常の動作電圧5Vにおける暗電流は約30p
Aであり.従来のInGaAs/ In P  P I
Nフォトダイオードと比べても同じように小さい。
暗電流がバイアス電圧5v近傍で大きく増加している.
これは, n− −1nGaAs光吸収層中の電界が1
.5 X 1 0’ V/3以上となり,トンネル電流
が発生しているためである,と考えられる。
量子効率は逆バイアス電圧領域においてほぼ一定で.0
.78μm光に対しては76%,1.3μm光に対して
は81%の値が得られた. 〔発明の効果〕 本発明によれば,0.7〜0.8μmの短波長から1.
3μmおよび1.55μmの長波長までの広い波1長範
囲にわたり連続して感度の得られるInGaAs/In
P  PINフォトダイオードを得ることができる. 1 : n” −1nP基板 2= n− −1nPバソファ層 3 : n− −1nGaAs光吸収層4:n−1nP
キャップ層 5:SiN膜 6:p゛拡散領域 7:反射防止膜 aria極 9:電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 高濃度にドープされた一導電型のInP基板(1)上に
    、InGaAs光吸収層(3)およびInPキャップ層
    (4)が順次積層され、InPキャップ層(4)の表面
    からInGaAs光吸収層(3)に到達する、高濃度に
    ドープされた反対導電型の拡散領域(6)が形成された
    化合物半導体受光素子において。 InPキャップ層(4)の厚さを0.1μm以下にする
    、と共に、拡散領域(6)の深さを0.7μm以下にし
    た ことを特徴とする化合物半導体受光素子。
JP1051787A 1989-03-03 1989-03-03 化合物半導体受光素子 Pending JPH02231775A (ja)

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