JPH0443675A - 光電子集積装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分前〕 本発明は先デバイスと電子デバイスとが同一の半導体基
板上に集積化される光電子集積２置に関するしのである
。

〔従来の技術〕

光７に子集積装置は、光受信器および光送信器の高性能
化、低価格化並びに高信頼性化が図れるデバイスとして
大きな期待が寄せられている。しかし、光デバイスと電
子デバイスという機能も構造も全く異なるデバイスを集
積しなければならないことから、まだ、実用化レベルに
達していない。

このため、結晶成長技術、光デバイス構造、電子デバイ
ス構造および集積化構造等に関して技術的な革新が望ま
れている。

このため、様々な光電子デバイスの開発が行われており
、例えば、昭和６３年１０月の電子情報逍信学会研究報
告（光・量子エレクトロニクス。

光通信システム研究会）、ｒＯＭＶＰＥ法を用いたＰ　
Ｉ　Ｎ−ＨＥＭＴアンプ受信０ＥＩＣＪにこの種の技術
が開示されている。つまり、この文献には、ＰＩＮホト
ダイオードとＨＥＭＴ　（高電子移動度トランジスタ）
とが積層されて集積された構造の受信用光電子集積装置
が示されている。また、この他にもＰＩＮホトダイオー
ドとＨＥＭＴとが別々に結晶成長して集積化された構造
の受信用光電子集積装置もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のＰＩＮホトダイオードとＨＥ
ＭＴとが積層された構造や、別々に結晶成長した構造の
光電子集積デバイスは、結晶成長プロセスのみが複雑に
なるばかりではな（、装置全体の製造プロセスも複雑に
なっていた。このため、デバイスの製造歩留まりが低下
する要因になっていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、半絶縁性１ｎＰまたはｐ　形（ｐ）１ｎＰからなる
半導体基板と、この半導体基板、」二に形成されｐ−１
ｎＰまたはｐ−ＡＮＩｎＡｓからなるホトダイオードを
構成するｐ層と、このｐ層上に形成され真性（ｉ−）Ｉ
ｎＧａＡｓからなるホトダイオードを構成する吸収層と
、この吸収層上に形成されｎ形（ｎ）ＩｎＰまたはｎ−
Ａｌ　ＩｎＡｓからなるホトダイオードを構成するｎ層
と、半導体基板上に形成されｐ層と同じ材料からなるＨ
ＥＭＴを構成するバッファ層と、このバッファ層上に形
成され吸収層と同じ材料からなるＨＥＭＴを構成するチ
ャネル層と、このチャネル層上に形成されｎ層と同じ材
料からなるＨＥＭＴを構成する電子供給層とを備えて形
成されたものである。

また、ＨＥＭＴを構成する電子供給層とチャネル層との
間に１−１ｎＰまたはｉ　−Ａ、Ｑ　ＩｎＡｓからなる
スペーサ層を形成したものである。

〔作用〕

同−材料からなるｐ層およびバッファ層、同−１月から
なる吸収層およびチャネル層、並びに同−材料からなる
□層および電子供給層は同一プロセスにおいて製造され
る。

また、ＨＥ　Ｍ　Ｔの電子供給層とチャネル層との間に
スベーガ層をＪ１ツ成することにより、ＨＥＭＴの電子
−輸送特性は向上する。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例による長波長帯用（１３〜１，
５５１１ｍ）の受信用光電子集積装置（ＯＥＩＣ）につ
いて説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例にょる０ＥＩＣの構造
を示す断面図である。この０ＥＩＣは半導体基板１にｐ
−−１ｎＰを使用したものであり、まず第２図（ａ）に
示される構造に各層がエピタキシャル成長法によって形
成される。つまり、り　　−１ｎＰからなる半導体基板
１上に、ｐ　−ＩｎＰまたはｐ−Ａ、Ｑ　ＩｎＡｓから
なる層２がエピタキシャル成長法によって形成される。

この層２上には、１−ＩｎＧａＡｓからなる層３がエピ
タキシャル成長法によって形成される。この層３」二に
は、ｎ−１ｎ　Ｐまたはｎ−ＡΩ　Ｉ　ｎＡｓからなる
層４がエピタキシャル成長法により”ｉ：形成される。

さらに、このように形成された層２〜４の一部は選択的
に除去され、層２〜４は２分される（同図（ｂ）参ｊｊ
４０゜２分された一方はダブルへテロルミｎホトダイオ
ードを形成し、他方はＨＥＭＴを形成するものとなる。

これら各素子間には第１図に示されるように、バソシベ
ーンヨンおよび平坦化のためにボリイミ１−層７が形成
される。

ｐｌｎホトダイオード５を形成する層２は０層８を構成
し、層３は吸収層９を構成し、層４は０層１０を構成し
ている。吸収層９に格子整合した０層８および０層１ｏ
は夏ｎＰまたはＡｇ１ｎＡｓによって形成されているた
め、１．３〜１．５５μｍｎの長波長帯の光信号に対し
て感応しない。また、ＨＥＭＴ６を形成する層２はバッ
ファ層１１１層３はチャネル層１２１層４は電子供給層
１３を構成している。ｎ−１ｎＰまたはｎ　−Ａ、Ｑｌ
ｎＡｓからなる電子供給層１３と１−ＩｎＧａＡｓから
なるチャネル層１２との界面には比較的大きな伝導帯の
不連続が生じている。ＨＥＭＴ６は、このような特性を
有するＩ　ｎ　Ｐ　／　Ｉ　ｎＧａＡｓまたはＡＩ　Ｉ
ｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓのへテロ接合を利用して形成され
ている。

また、ｐｉｎホトダイオード５の０層１０上にはｎ電極
１４が形成され、半導体基板１の裏面にはこのｎｔｓ極
に対応するｎ電極１５が形成される。

また、ＨＥＭＴ６の電子供給層１３」二にはドレイン電
極１６．ソース電極１７およびゲート電極１８が形成さ
れる。以上の各工程を経ることにより、受光用光電子集
積デバイスが形成されることになる。

このデバイスの等価回路は第３図に示される。

ｐｉｎホトダイオード５のカソードとＨＥＭＴ６のゲー
ト電極１８とは図示しない配線金属によって接続されて
いる。また、ｐｉｎホトダイオード５のカソードおよび
ＨＥＭＴ６のドレイン電極１６には図示しない抵抗１９
．２０が接続されている。

このような構成において、ｐｉｎホトダイオード５を逆
バイアスし、ＨＥＭＴ６のドレイン・ソース間に適当な
バイアスをかけておく。この状態でｐｉｎホトダイオー
ド５に光信号が受信されるとこの光信号は電気信号に変
換され、この電気信号はＨＥＭＴ６によって増幅されて
復調される。

なお、ＨＥＭＴ６のチャネル層１２１１バッファ層１１
間は逆バイアス状態になっているため、ｐｉｎホトダイ
オード５とＨＥＭＴ６とは直流的にアイソレートされた
状態になっている。

本実施例による０ＥＩＣは、２層８およびバッファ層１
１、吸収層９およびチャネル層１２、並びに０層１０お
よび電子供給層１３は共に同じ材料から形成されている
。従って、２層８およびバッファ層１１、吸収層９およ
びチャネル層１２、並びに０層１０および電子供給層１
３は、上述したように同一プロセスの同一エピタキシャ
ル成長によって形成することが可能になる。

第４図は本発明の第２の実施例による０ＥＩＣの構造を
示す断面図であり、第１図と同一部分または相当する部
分については同符号を用いる。

この０ＥＩＣは半導体基板２】に半絶縁性１　ｎＰを使
用したものである。その製造に際しては、」−述した第
１の実施例と同様に半導体基板２１上に各層２〜４がエ
ピタキシャル成長法によって積層される（第２図（ａ）
参照）。次に、積層された層２〜４が選択的に除去され
て２分され、ｐｉｎホトダイオード５か形成される側と
、ＨＥ　Ｍ　Ｔ６が形成される側とに分けられる。この
際、ｐｌｎｌｎホトダイオード形成される側の積層構造
は層３，４が層２を残して除去され、さらに、２分され
た状態に形成される。ｐｉｎホトダイオード５側で２分
された一方の積層構造は、後述するｎ電極２３を形成す
るために用いられるものである。

ｐｉｎホトダイオード５を形成する層２，３゜４は上記
の第１の実施例と同様に２層８．吸収層９．０層１０を
構成し、ＨＥＭＴ６を形成する層２．３．４はバッファ
層１１．チャネル層１２゜７ヒ子供給層］３を構成して
いる。次に、これら積層構造上に絶縁膜２２か形成され
、必要部分が選択的に除去される。そして、ｐｌｎｌｎ
ホトダイオ’　５土の絶縁膜２２の除去部分にｎ電極］
４が形成され、また、このｎ電極に対応するｎ電極２３
が２層８を残して２分された一方の積層構造上に形成さ
れる。また、ＨＥ　Ｍ　Ｔ　６１の絶縁膜２２の除ノに
部分にドレイン電極１６．ソース電極１７およびゲート
電極〕８が形成される。最後に、各積層構造間に重Ｈｉ
化およびバッンベーションのためにポリイミド７が形成
される。

この第２の実施例の構造は、第１の実施例の構造に比較
してｐ　ｉ　ｎホ）・ダイオード′５のｎ電極２３を形
成する構造が異なるだけである。これは、半導体基板２
１に半絶縁性の材料を用いていることに起因する。従っ
て、デバイスの等価回路は上記の第］の実施例と同様に
第３図に示され、回路動作も同様である。また、本実施
例においても、２層８およびバッファ層１１、吸収層９
およびチャネル層１２、並びに１１層１０および電子供
給層１３は同一材料から形成されているため、同一の製
造プロセスにおいて製造することが可能である。

上記各実施例による構造の０ＥＩＣによれば、製造時に
おける結晶成長プロセスは簡略化したものとなり、また
、ブレーナ構造を有する装置を得ることが可能になる。

また、」二連したエピタキシャル構造をとることにより
、イオン注入技術や不純物拡散技術を用いることなく光
電子デバイスを形成することが可能になる。従って、製
造プロセス全体を通してもプロセスが簡略化される。

また、上記各実施例において、ＨＥＭＴ６を構成する電
子供給層】３とチャネル層１２との間に１−１ｎＰまた
はｉ　−ＡΩ１ｎＡｓからなるスペーサ層を形成するこ
とにより、ＨＥＭＴ６の電子輸送特性は向上し、動作速
度はより高くなる。

なお、ＨＥＭＴ６を構成する電子供給層１３の材料にＩ
　ｎＰを用いる場合には、この電子供給層１３上に１−
ＡｊＪＩｎＡｓ層またはＩ　　Ａ、ＱＧａＩｎＡｓ層を
形成することか好ましい。これは、これら各層」二に形
成されるゲート電極１８のショットキ特性が向上するか
らである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、同一材料からなる
ｐ層およびバッファ層、同一材料からなる吸収層および
チャネル層、並びに同一材料からなる【】層および電子
供給層は同一プロセスにおいて製造される。このため、
光電子集積装置の結晶成長プロセスが簡略化されるばか
りでなく、製造プロセス全体が簡略化される。この結果
、高い製造歩留まりをもって、長距離光通信用の光電子
集積装置に適した材料構造を提供することが可能になる
。

マタ、ＨＥＭＴの電子供給層とチャネル層との＋４Ｊに
スペーサ層を形成することにより、ＨＥＭＴの電子輸送
特性が向上し、装置の動作速度は高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による受信用光電子集積
装置を示す断面図、第２図は第１図に示された光電子集
積装置の製造プロセスにおける装置の断面図、第３図は
第１図に示された装置の等化回路図、第４図は本発明の
第２の実施例による光電ｒ−集積装置を小す断面図であ
る。 〕・１）　　−１１１Ｐからなる十導体基板、５・・ダ
ブルへテロｐ　ｉ　ｎホトダイオード、６・・・ＨＥＭ
Ｔ、８・・ｐ層、９　吸収層、１０・・【】層、１１・
・・バッファ層、１２・・チャネル層、］３・・電子供
給層、２　］　、、、　、′１’絶縁性１ｎＰ。 】４ ＋７　　１８　　　１６ （１′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性ＩｎＰまたはｐ＾−形のＩｎＰからなる半
   導体基板と、この半導体基板上に形成されｐ形のＩｎＰ
   またはｐ形のＡｌＩｎＡｓからなるホトダイオードを構
   成するｐ層と、このｐ層上に形成され真性のＩｎＧａＡ
   ｓからなるホトダイオードを構成する吸収層と、この吸
   収層上に形成されｎ形のＩｎＰまたはｎ形のＡｌＩｎＡ
   ｓからなるホトダイオードを構成するｎ層と、前記半導
   体基板上に形成され前記ｐ層と同じ材料からなるＨＥＭ
   Ｔを構成するバッファ層と、このバッファ層上に形成さ
   れ前記吸収層と同じ材料からなるＨＥＭＴを構成するチ
   ャネル層と、このチャネル層上に形成され前記ｎ層と同
   じ材料からなるＨＥＭＴを構成する電子供給層とを備え
   て形成された光電子集積装置。 ２、ＨＥＭＴを構成する電子供給層とチャネル層との間
   に真性のＩｎＰまたは真性のＡｌＩｎＡｓからなるスペ
   ーサ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の光電
   子集積装置。