JPH03185771A - 受光素子 - Google Patents

受光素子

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JPH03185771A
JPH03185771A JP1325660A JP32566089A JPH03185771A JP H03185771 A JPH03185771 A JP H03185771A JP 1325660 A JP1325660 A JP 1325660A JP 32566089 A JP32566089 A JP 32566089A JP H03185771 A JPH03185771 A JP H03185771A
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Morio Wada
守夫 和田
Masahito Seko
世古 雅人
Yoichi Sekiguchi
関口 陽一
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は■−V族半導体結晶のへテロ接合を用いた受光
素子に利用する。特に、分光感度特性の改善に関する。
〔概 要〕
本発明は、■−V族半導体結晶のへテロ接合を用い、受
光面にキャップ層および反射防止膜が設けられた受光素
子において、 受光領域のInPキャップ層の厚さを電極形成領域より
薄くすることにより、 電極形成の信頼性を損ねることなく分光感度特性を改善
するものである。
〔従来の技術〕
従来から、近赤外など波長の比較的長い光を受光するた
めには、特殊な場合を除き、ゲルマニウムGeやガリウ
ム・インジウム・ヒ素リンGa1nAsPを材料とする
受光素子が用いられてきた。特にGa、+111−xA
syP+−y (ただしX%yは混晶比〉は、その混晶
比を適当に選択することにより、格子定数がInP結晶
に一致するようにして、バンドギャップエネルギを変化
させることができる。これにより、はぼ1〜1.7μm
の波長帯域において、必要な分光感度波長帯域の光吸収
層をInP結晶基板上にエピタキシャル成長させること
ができる。さらにこのGajr+1−JSyP I−7
層上にInPキャップ層を形成した受光素子も公知であ
る。また最近では、暗電流、周波数応答特性、増倍雑音
特性などの電気的特性や約1.5μmより長波長側の分
光感度特性の点で、Ge受光素子より優れたGa1nA
sP受光素子が製造されている。詳しくは、酒井士部 
他、電子通信学会論文誌、第J62−C巻、第10号、
’ 79/10に示されている。
第5図は従来例受光素子の断面図を示す。
この受光素子は、n+形[nP基板l5InPバッファ
層2、n−形Ga1nAs光吸収層3およびn形1nP
キャップ層4がエピタキシャルに形成された構造をもつ
。キャップ層4から光吸収層3にかけては、Zn拡散に
よりp゛領域5が形成される。p+領域5の表面にはp
゛側電極6が設けられ、基板1の裏面にはn1側電極7
が設けられる。キャップ層4の表面には、反射防止膜と
してSi、N、膜8およびSi口、膜9が設けられる。
Gajnl −JsyP l−yのうち特に混晶比がx
 =0.47、y=1のもの、すなわちGao、 <t
lno、 ss八へは、格子定数がInPに一致するも
ののうち、バンドギャップエネルギが室温で0.75e
Vと最も小さい。したがってこれを光吸収層3として用
いると、約0.9〜1.7μmの分光感度波長が得られ
る。
第6図はこの受光素子の分光感度特性の理論計算値を示
す。
この特性は、伊藤良−監修、「化合物半導体デバイスハ
ンドブック」、昭和31年9日20日、サイエンスフォ
ーラム社刊に示された理論計算方法により求めたもので
あり、キャップN4の厚さを1μmとした。また、キャ
ップ層4を基板とする反射防止膜の透過率対波長特性が
第7図に示した曲線を描くものとした。
第6図に示した特性において、短波長側、すなわち1μ
m以下の分光感度の低下は、キャップN4の光吸収によ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の受光素子では、二つの大きな問題がある
。
第一の問題点は、InPキャップ層が約1〜1.7μm
の波長帯で透明な窓となるため、反射防止膜が実際には
Sl[12膜、Si、N4膜および]nPキャップ層の
三層構造となることである。このため、入射光の反射お
よび干渉が生じる。
第8図に分光感度特性の一例を示す。横軸は波長であり
、縦軸は外部量子効率を示す。外部量子効率の値は、5
102膜、Si、N、膜およびlnPキャップ層の厚さ
をそれぞれ0.14μm、0.13μCI、0.9μm
とし、Ga1nAs光吸収層の厚さを1.3μmとした
ときの測定値および計算値を示す。実線が測定値であり
、破線が計算値である。この計算値は、上述した酒井等
の論文に示されている。外部量子効率η。0は、 η。1=分光感度/絶対分光感度 により求められ、理論計算値とほぼ一致する。
第8図に示したように、波長的1〜1.7μmの分光感
度は、5102膜、513NJ膜および1nPキャップ
層の三層構造により入射光の反射および干渉が生じるた
め、緩やかな凹凸を生じてしまう。
反射防止膜としてSi3N、膜だけを用いた場合でも、
Si3N、膜とInPキャップ層との二層構造により同
様に分光感度特性の凹凸が生じる。
同一波長を同一条件で受光する場合には、分光感度が波
長により変動しても問題となることはない。しかし、例
えば受光素子の温度が変動すると、特性が波長方向に移
動し、入射光強度が同じでも受光出力が変動してしまう
。したがって、分光感度はフラットであることが望まし
い。
第二の問題点は、InPは波長約1μm以下における吸
収係数が大きく、InPキャップ層による入射光の吸収
が生じて分光感度が低下することである。
これを解決するには、InPキャーツブ層を薄くすれば
よい。しかし、InPキャップ層を薄くすると、電極形
成時の熱処理(シンタリング〉による電極金属の拡散が
生じ、その後の経時変化により素子の信頼性が低下する
などの問題が生じる。
本発明は、以上の課題を解決し、■−V族半導体結晶の
へテロ接合を用いた受光素子の電極形成時の信頼性を損
なうことなく、受光波長帯域が広く平坦な分光感度特性
をもつ受光素子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〕
本発明の受光素子は、キャップ層の受光領域が電極の形
成された領域に比較して薄く形成されたことを特徴とす
る。
〔作 用〕
キャリアの表面再結合の影響が大きくなって分光感度が
低下し′ない程度にキャップ層を薄くすることにより、
分光感度特性が平坦となり、しかも波長約1μm以下に
おける分光感度の低下を抑えることができる。また、電
極が形成される領域については厚くし、電極金属の拡散
の影響が受光素子の接合部に達しないようにする。
〔実施例〕
第1図は本発明第一実施例受光素子の断面図を示す。
この受光素子は、入射光を吸収して電気信号に変換する
n−形Ga1nAs光吸収層3と、この光吸収層3の入
射側に設けられたn形1nPキャップ層4および反射防
止膜と、キャップ層4に接して形成されたp゛側電極6
とを備え、キャップ層4は光吸収N3よりバンドギャッ
プの大きい材料で形成される。
光吸収層3は、n゛形1nP基板1上に、InPバッフ
ァ層2を介して形成される。キャップ層4から光吸収層
3にかけては、Zn拡散によりp+領域5が形成される
。基板1の裏面にはn゛側電極7が設けられる。反射防
止膜としては、SI3N4膜8および5I02膜9の二
層構造を用いる。
ここで本実施例の特徴とするところは、キャップ層4の
厚さに変化が設けられ、受光領域が電極6の形成された
領域(以下「電極形成領域」という)に比較して薄く形
成されたことにある。受光領域の厚さは、例えば0.1
μm以下にするー。また、電極形成領域の厚さは、例え
ば1μm以上にする。
第2図は入射光波長に対する透過率の計算値の一例を示
す。破線はSi3N4膜8および5i02膜9からなる
反射防止膜の透過率を示し、四つの実線はキャップ層4
を透過して光吸収層3に達する透過率を示す。
この例では、反射防止膜の反射率が波長1.5μmの入
射光に対して最小となるように、Si、N、膜8の厚さ
を0.13μm、 5I02膜9の厚さを0.lhmと
した。
反射防止膜を透過した入射光は、0.9μm以上の波長
の光に対して透明なInPのキャップ層4を通って、光
吸収層3に導入される。このとき、キャップN4でも光
の干渉が生じ、光吸収層3への透過率が変化する。第2
図には、キャップ層4の膜厚が0.05μm、 0.1
 μm、0.5.cc+++および1μmの場合につい
て、光吸収層3への透過率を示した。図示したように、
キャップ層4の膜厚が増加するにつれて、透過率が大き
く変動するようになる。特にキャップ層4の膜厚が1μ
mを越える場合には、素子の分光感度波長帯域で透過率
が大きく変化することになる。これに対して膜厚を0.
5μm以下に薄くした場合には、透過率の変化が小さく
緩やかになる。
第3図はキャップ層4の膜厚を変化させたときの分光感
度特性の計算値を示す。横軸は波長であり、縦軸は外部
量子効率を示す。
キャップ層4を薄くすると光吸収も小さくなり、光吸収
層3に達する波長0.9μm以下の光が増加する。これ
により、分光感度波長領域が短波長側にも拡張される。
キャップ層4の電極形成領域は、電極形成時のシンタリ
ングその他の熱処理によって電極金属が拡散しても接合
に達しないように、受光領域より厚くなっている。これ
により、従来の素子と同等の信頼性を保つことができる
。
本実施例の素子を製造するには、例えばキャップ層4を
選択的にエツチングして薄くしてもよく、電極形成領域
のみを選択的にエピタキシャル成長させてもよい。
第4図は本発明第二実施例受光素子の断面図を示す。
この実施例は、キャップ層4と電極6との間に、接触抵
抗を小さくするためのGalnAs層10が形成された
ことが第一実施例と異なる。このGaInAs層10は
電極のオーム性接合の抵抗を下げる効果があり、電極形
成領域だけに設けられ、受光領域には設けられていない
。この実施例の場合にも、電極形成領域が受光領域より
厚く形成される。
以上の実施例では、反射防止膜としてSi、N、膜と5
in2膜との二層構造を用いた例を示したが、他の膜、
例えばSi3N4の単層膜を用いた場合でも本発明を同
様に実施できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の受光素子は、受光領域の
InPキャップ層の厚さを電極形成領域より薄くするこ
とにより、電極形成の信頼性を損ねることなく分光感度
特性を改善できる効果がある。
また、本発明の受光素子は、従来の素子に比較して受光
領域の選択的エツチングまたは電極形成領域の選択的エ
ピタキシャル成長が必要となるが、素子の製造は容易で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明第一実施例受光素子の断面図。 第2図は入射光波長に対する透過率の計算値の一例を示
す図。 第3図はキャップ層の膜厚を変化させたときの分光感度
特性の計算値を示す図。 第4図は本発明第二実施例受光素子の断面図。 第5図は従来例受光素子の断面図を示す。 第6図はこの受光素子の分光感度特性の理論計算値を示
す図。 第7図は反射防止膜の透過率対波長特性を示す図。 第8図はキャップ層がある場合の分光感度特性の一例を
示す図。 1・・・基板、2・・・バッファ層、3・・・光吸収層
、4・・・キャップ層、5・・・p゛領域6.7・・・
電極、8・Si、N、膜、9−5iO□膜、1O−Ga
TnAs層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入射光を吸収して電気信号に変換する光吸収層と、 この光吸収層の入射側に設けられたキャップ層および反
    射防止膜と、 前記キャップ層に接して形成された電極と を備え、 上記キャップ層は上記光吸収層よりバンドギャップの大
    きい材料で形成された 受光素子において、 上記キャップ層の受光領域が電極の形成された領域に比
    較して薄く形成された ことを特徴とする受光素子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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