JPH04263474A - 半導体受光素子の製造方法 - Google Patents
半導体受光素子の製造方法Info
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- JPH04263474A JPH04263474A JP3024232A JP2423291A JPH04263474A JP H04263474 A JPH04263474 A JP H04263474A JP 3024232 A JP3024232 A JP 3024232A JP 2423291 A JP2423291 A JP 2423291A JP H04263474 A JPH04263474 A JP H04263474A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理等
に於て用いられる半導体受光素子に関するものである。
に於て用いられる半導体受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年化合物半導体受光素子は、光通信或
いは光情報処理用の高感度受光器として活発に研究開発
並びに実用化が進められている。特にｐｉｎフォトダイ
オード（以下ｐｉｎ−ＰＤと記す）は、アバランシェフ
ォトダイオード（ＡＰＤ）に比べて内部電流利得を持た
ない為受信感度の点では若干劣るものの、ＡＰＤで見ら
れる様なアバランシェ立ち上がり時間に起因する利得帯
域幅積（ＧＢ積）制限が無い。従って広帯域化に有利で
あり、高速光信号検出器としてｐｉｎ−ＰＤが注目され
ている。また低バイアスで使用する為、信頼性に優れ、
集積化にも適している。特に信頼性、更には取り扱い易
さの点から表面入射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤが実用
性に優れている。
いは光情報処理用の高感度受光器として活発に研究開発
並びに実用化が進められている。特にｐｉｎフォトダイ
オード（以下ｐｉｎ−ＰＤと記す）は、アバランシェフ
ォトダイオード（ＡＰＤ）に比べて内部電流利得を持た
ない為受信感度の点では若干劣るものの、ＡＰＤで見ら
れる様なアバランシェ立ち上がり時間に起因する利得帯
域幅積（ＧＢ積）制限が無い。従って広帯域化に有利で
あり、高速光信号検出器としてｐｉｎ−ＰＤが注目され
ている。また低バイアスで使用する為、信頼性に優れ、
集積化にも適している。特に信頼性、更には取り扱い易
さの点から表面入射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤが実用
性に優れている。
【０００３】光通信用として注目を集めている光ファイ
バーの低損失帯域にあたる１．０〜１．６μｍ帯波長域
では、光吸収層の材料としてＩｎ０．５３Ｇａ０．４７
Ａｓが広く用いられている。このＩｎＧａＡｓ系表面入
射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤの従来例の基本構造を図
２に示す。ＩｎＰ基板１の上にＩｎＧａＡｓ光吸収層３
、ＩｎＰキャップ層５を含む半導体多層膜構造を結晶成
長した後、Ｚｎ等ｐ型を呈させる不純物を熱拡散してｐ
ｎ接合を得、受光領域を形成している。
バーの低損失帯域にあたる１．０〜１．６μｍ帯波長域
では、光吸収層の材料としてＩｎ０．５３Ｇａ０．４７
Ａｓが広く用いられている。このＩｎＧａＡｓ系表面入
射型プレーナ構造ｐｉｎ−ＰＤの従来例の基本構造を図
２に示す。ＩｎＰ基板１の上にＩｎＧａＡｓ光吸収層３
、ＩｎＰキャップ層５を含む半導体多層膜構造を結晶成
長した後、Ｚｎ等ｐ型を呈させる不純物を熱拡散してｐ
ｎ接合を得、受光領域を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら素子の応
答特性に大きく影響するこの熱拡散工程の制御が難しい
為、歩留り低下の一因となっていた。即ち、拡散深さが
足りなくｐｎ接合がＩｎＰキャップ層５中に止まってい
ると、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロ接合ＡＰＤの場合
と同様に価電子帯でのバンド不連続で正孔がトラップさ
れる事に起因する応答劣化が発生した。
答特性に大きく影響するこの熱拡散工程の制御が難しい
為、歩留り低下の一因となっていた。即ち、拡散深さが
足りなくｐｎ接合がＩｎＰキャップ層５中に止まってい
ると、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロ接合ＡＰＤの場合
と同様に価電子帯でのバンド不連続で正孔がトラップさ
れる事に起因する応答劣化が発生した。
【０００５】従ってｐｎ接合は光吸収層中に形成する必
要があるが、ＩｎＧａＡｓ中では異常拡散が起こり易い
為、拡散時間の若干の増加で一気にＩｎＧａＡｓ全体が
ｐ− 化してしまう事があった。この場合にはｐｎ接合
は光吸収層中基板側、即ち信号光が入射して来る面とは
反対側よりに位置する事になる。光吸収は吸収係数に応
じて距離と共に指数関数的に減少する吸収分布に従う為
、素子内電界強度分布と光の入射方向とが、高強度光を
受光した際の空間電荷効果の効き方に大きく影響する。 前述の従来例の場合には図３（ａ）の光吸収層でのキャ
リア対発生分布Ａ（ｘ）及び内部電界強度Ｅ（ｘ）の分
布を示す図の様に、空乏層端近傍の低電界領域にて大部
分の光吸収／キャリア対生成が起こる事になり、空間電
荷効果の影響で空乏層を縮退させ拡散電流成分を誘発さ
せ易かった。
要があるが、ＩｎＧａＡｓ中では異常拡散が起こり易い
為、拡散時間の若干の増加で一気にＩｎＧａＡｓ全体が
ｐ− 化してしまう事があった。この場合にはｐｎ接合
は光吸収層中基板側、即ち信号光が入射して来る面とは
反対側よりに位置する事になる。光吸収は吸収係数に応
じて距離と共に指数関数的に減少する吸収分布に従う為
、素子内電界強度分布と光の入射方向とが、高強度光を
受光した際の空間電荷効果の効き方に大きく影響する。 前述の従来例の場合には図３（ａ）の光吸収層でのキャ
リア対発生分布Ａ（ｘ）及び内部電界強度Ｅ（ｘ）の分
布を示す図の様に、空乏層端近傍の低電界領域にて大部
分の光吸収／キャリア対生成が起こる事になり、空間電
荷効果の影響で空乏層を縮退させ拡散電流成分を誘発さ
せ易かった。
【０００６】本発明の目的はこの様な従来の欠点を除去
し、拡散時間の制御性を向上させる事により、高速応答
特性を有するｐｉｎ−ＰＤを高い歩留りで製造する方法
を提供する事にある。
し、拡散時間の制御性を向上させる事により、高速応答
特性を有するｐｉｎ−ＰＤを高い歩留りで製造する方法
を提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の問題点を解決する
為に本発明の半導体受光素子の製造方法は、少なくとも
、第一の導電型を呈するバンドギャップＥ１なる光吸収
層と、バンドギャップＥ２でかつ光吸収層と同導電型の
中間層と、バンドギャップＥ３（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）で
かつ光吸収層と同導電型のキャップ層を少なくとも有す
る半導体層構造を、半導体基板表面上にほぼ格子整合さ
せて結晶成長する工程と、該半導体層のキャップ層側よ
り逆の導電型を呈させる不純物の選択熱拡散を施して受
光領域を形成する工程とを備える事を特徴とする。中間
層は複数の層であってもよく、バンドギャップが光吸収
層とキャップ層の中間の値で、光吸収層からキャップ層
に向かって除々にバンドギャップが大きくなるよう製作
すればよい。また、中間層は受光する波長の光に対して
透明であることを特徴とする。
為に本発明の半導体受光素子の製造方法は、少なくとも
、第一の導電型を呈するバンドギャップＥ１なる光吸収
層と、バンドギャップＥ２でかつ光吸収層と同導電型の
中間層と、バンドギャップＥ３（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）で
かつ光吸収層と同導電型のキャップ層を少なくとも有す
る半導体層構造を、半導体基板表面上にほぼ格子整合さ
せて結晶成長する工程と、該半導体層のキャップ層側よ
り逆の導電型を呈させる不純物の選択熱拡散を施して受
光領域を形成する工程とを備える事を特徴とする。中間
層は複数の層であってもよく、バンドギャップが光吸収
層とキャップ層の中間の値で、光吸収層からキャップ層
に向かって除々にバンドギャップが大きくなるよう製作
すればよい。また、中間層は受光する波長の光に対して
透明であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は上述の構成を採る事により従来技術の
問題点を解決した。即ち本発明によるｐｉｎ−ＰＤでは
、ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＰキャップ層との間にバ
ンドギャップエネルギーが両者の中間の値であるＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層を挿入したエピタキシャル層構造に選択
拡散を施す。ＩｎＧａＡｓＰ中ではＺｎの拡散速度が遅
くｐ＋ 高濃度層を形成し易い為拡散時間の制御性が向
上し、ＩｎＧａＡｓ光吸収層中キャップ層側界面近傍に
急峻なｐｎ接合が形成できる。この中間層は受光する光
を吸収しないウィンドウ層となるようバンドギャップを
選べばよい。この構造では図３（ｂ）に示した光吸収層
でのキャリア対発生分布Ａ（ｘ）と内部電界強度Ｅ（ｘ
）の分布の図の様に入射光が光吸収層中の高電界側にて
ほとんど吸収される為、空間電荷効果による内部電界低
下の影響を受け難く、従って大光量入射時にも高速応答
を維持できる。
問題点を解決した。即ち本発明によるｐｉｎ−ＰＤでは
、ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＰキャップ層との間にバ
ンドギャップエネルギーが両者の中間の値であるＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層を挿入したエピタキシャル層構造に選択
拡散を施す。ＩｎＧａＡｓＰ中ではＺｎの拡散速度が遅
くｐ＋ 高濃度層を形成し易い為拡散時間の制御性が向
上し、ＩｎＧａＡｓ光吸収層中キャップ層側界面近傍に
急峻なｐｎ接合が形成できる。この中間層は受光する光
を吸収しないウィンドウ層となるようバンドギャップを
選べばよい。この構造では図３（ｂ）に示した光吸収層
でのキャリア対発生分布Ａ（ｘ）と内部電界強度Ｅ（ｘ
）の分布の図の様に入射光が光吸収層中の高電界側にて
ほとんど吸収される為、空間電荷効果による内部電界低
下の影響を受け難く、従って大光量入射時にも高速応答
を維持できる。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の波長１．
５μｍ帯の光を受信するための半導体受光素子製造方法
を説明する為の、各工程に於ける断面構造を示す模式図
である。本実施例によれば、まず図１（ａ）に示す様に
ｎ＋ −ＩｎＰ基板１上に気相成長法により順次ｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２（厚さ約１μｍ）、ｎ− −ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層３（厚さ約１．８μｍ）、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（バンドギャップ波長１．３μｍ）中間層４（厚さ
約５０００Ａ（オングストローム））、ｎ−ＩｎＰキャ
ップ層５（厚さ約１μｍ）、をほぼ格子整合させて結晶
成長する。しかる後、受光領域及びｐ側コンタクト領域
たる領域にＺｎ３ Ｐ２ をソースとした封管拡散法に
より、拡散温度５３０℃にて選択熱拡散を施してｐ＋
領域６を形成し、図１（ｂ）に示すように、ｐｎ接合を
形成する。
て詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の波長１．
５μｍ帯の光を受信するための半導体受光素子製造方法
を説明する為の、各工程に於ける断面構造を示す模式図
である。本実施例によれば、まず図１（ａ）に示す様に
ｎ＋ −ＩｎＰ基板１上に気相成長法により順次ｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２（厚さ約１μｍ）、ｎ− −ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層３（厚さ約１．８μｍ）、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（バンドギャップ波長１．３μｍ）中間層４（厚さ
約５０００Ａ（オングストローム））、ｎ−ＩｎＰキャ
ップ層５（厚さ約１μｍ）、をほぼ格子整合させて結晶
成長する。しかる後、受光領域及びｐ側コンタクト領域
たる領域にＺｎ３ Ｐ２ をソースとした封管拡散法に
より、拡散温度５３０℃にて選択熱拡散を施してｐ＋
領域６を形成し、図１（ｂ）に示すように、ｐｎ接合を
形成する。
【００１０】続いて図１（ｃ）に示すように表面保護膜
７としてＳｉＮｘ 膜を形成し、更にｐ側電極８を形成
する。その後、裏面研磨及びｎ側電極９の形成を行なっ
て図１（ｄ）（あるいは図４、図４は図１（ｄ）と同じ
である。）に示した素子構造を得る。
７としてＳｉＮｘ 膜を形成し、更にｐ側電極８を形成
する。その後、裏面研磨及びｎ側電極９の形成を行なっ
て図１（ｄ）（あるいは図４、図４は図１（ｄ）と同じ
である。）に示した素子構造を得る。
【００１１】本発明の製造方法によれば、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中ではＺｎの拡散速度が遅くｐ＋ 高濃度層を形成し
易い為拡散時間の制御性が非常に高くなり、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層中のキャップ層側界面近傍に急峻なｐ＋ ｎ
− 接合を形成する事が容易になった。従って接合位置
が浅過ぎてヘテロ界面のバンド不連続で正孔トラップが
起きたり、また逆に深過ぎて空間電荷効果の影響が大き
くなったりという不良が生じなくなった。
Ｐ中ではＺｎの拡散速度が遅くｐ＋ 高濃度層を形成し
易い為拡散時間の制御性が非常に高くなり、ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層中のキャップ層側界面近傍に急峻なｐ＋ ｎ
− 接合を形成する事が容易になった。従って接合位置
が浅過ぎてヘテロ界面のバンド不連続で正孔トラップが
起きたり、また逆に深過ぎて空間電荷効果の影響が大き
くなったりという不良が生じなくなった。
【００１２】本実施例では中間層は一層としたが、多層
でもよい。例えば中間層４の代りに光吸収層３とキャッ
プ層５の間に光吸収層側から順にバンドギャップ１．３
μｍ組式のＩｎＧａＡｓＰと、１．２μｍ組式のＩｎＧ
ａＡｓＰを入れるとよい。このようにすると、一層拡散
の制御が精度良くでき、接合位置を設計通りに作製でき
る。
でもよい。例えば中間層４の代りに光吸収層３とキャッ
プ層５の間に光吸収層側から順にバンドギャップ１．３
μｍ組式のＩｎＧａＡｓＰと、１．２μｍ組式のＩｎＧ
ａＡｓＰを入れるとよい。このようにすると、一層拡散
の制御が精度良くでき、接合位置を設計通りに作製でき
る。
【００１３】本実施例では１．５μｍ帯用受光素子を例
にしたが、波長１．３μｍ帯、０．８μｍ、０．６μｍ
帯等についても材料を変えて製作すればよいことはいう
までもない。
にしたが、波長１．３μｍ帯、０．８μｍ、０．６μｍ
帯等についても材料を変えて製作すればよいことはいう
までもない。
【００１４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の受光素子の
製造方法によれば応答特性に優れたｐｉｎ−ＰＤが高い
歩留りで製造出来る。
製造方法によれば応答特性に優れたｐｉｎ−ＰＤが高い
歩留りで製造出来る。
【図１】本発明の半導体受光素子の製造方法の一実施例
を説明する為の、各工程での素子断面構造の模式図。
を説明する為の、各工程での素子断面構造の模式図。
【図２】従来例を示す半導体受光素子の断面構造模式図
である。
である。
【図３】本発明の効果を説明する為の説明図である。
（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の場合を示す。
【図４】本発明の製造方法の一実施例の一工程を示す断
面模式図である。
面模式図である。
１ ｎ＋ −ＩｎＰ基板
２ ｎ−ＩｎＰバッファ層
３ ｎ− −ＩｎＧａＡｓ光吸収層
４ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層
５ ｎ−ＩｎＰキャップ層
６ ｐ＋ 領域
７ 表面保護膜
８ ｐ側電極
９ ｎ側電極
Claims (1)
- 第一の導電型を呈するバンドギャップＥ１なる光吸収層
と、バンドギャップＥ２でかつ光吸収層と同導電型の中
間層と、バンドギャップＥ３（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）でか
つ光吸収層と同導電型のキャップ層を少なくとも有する
半導体層構造を、半導体基板表面上に結晶成長する工程
と、該半導体層のキャップ層側より逆の導電型を呈させ
る不純物の選択熱拡散を施して受光領域を形成する工程
とを備えることを特徴とする半導体受光素子の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024232A JPH04263474A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024232A JPH04263474A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263474A true JPH04263474A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=12132514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024232A Pending JPH04263474A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04263474A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007080920A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
| JP2008078651A (ja) * | 2006-09-18 | 2008-04-03 | Commiss Energ Atom | アバランシェフォトダイオード |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3024232A patent/JPH04263474A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007080920A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
| JP2008078651A (ja) * | 2006-09-18 | 2008-04-03 | Commiss Energ Atom | アバランシェフォトダイオード |
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