JPH05275729A - 半導体光検出素子 - Google Patents

半導体光検出素子

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JPH05275729A
JPH05275729A JP4066192A JP6619292A JPH05275729A JP H05275729 A JPH05275729 A JP H05275729A JP 4066192 A JP4066192 A JP 4066192A JP 6619292 A JP6619292 A JP 6619292A JP H05275729 A JPH05275729 A JP H05275729A
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JP
Japan
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light
diffusion region
diffusion
layer
conductivity type
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Application number
JP4066192A
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English (en)
Inventor
Masahiko Kobayashi
雅彦 小林
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数応答特性の劣化の少ない半導体光検出
素子を供する。 【構成】 一導電型の基板1上の低不純物濃度層2〜4
に反対導電型の拡散領域5を形成し、その拡散領域5に
上部電極7を接合させて設けた半導体光検出素子におい
て、上部電極7を、低不純物濃度層2〜4の光吸収層3
におけるキャリアの拡散長と同等の範囲lに亘り拡散領
域5の境界面10の外側を覆うように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光検出素子、特に
半導体のpn接合により光を電流に変換するフォトダイ
オードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に、従来のpinフォトダイオード
の一例を示す。これは、長波長帯用の化合物半導体系フ
ォトダイオードであり、n+ −InP基板層1上にn−
InPバッファ層2、n−InGaAs光吸収層3、n
−InP窓層4を層状に設け、このn−InP窓層4に
p型不純物を選択的に拡散してp−InP層5を形成し
た構成となっている。p−InP層5の表面即ち受光面
5aには反射防止膜6が形成され、その膜6の周辺部と
基板層1の裏面には電流を取り出すための上部電極7及
び下部電極8が形成されている。なお、9は上部電極7
を絶縁するためのパッシベーション膜である。
【0003】このフォトダイオードにおいて、電極7、
8間に逆バイアス電圧が印加されていると、フォトダイ
オードの上面側より入射された光は、光吸収層3におい
て吸収され、正孔・電子対を発生し、これがドリフト電
流となって電極7,8より取り出される。このようなド
リフト電流は応答速度が十分速いので、上記構造のフォ
トダイオードは高速の光通信用等に広く使用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フ
ォトダイオードでは、その使用に際し入射光との光軸調
整を直流的に行った場合、実際の信号帯域における変換
利得が低下したり、出力波形に歪が生じるという問題が
ある。すなわち、受光面直下の電界が有効に印加されて
いる領域では、前述したように、発生したキャリアはド
リフト電流として迅速に応答するが、その周囲に光が入
射した場合は、電界が有効に印加されないために、発生
したキャリアは拡散により移動する。このような拡散に
よる移動はドリフトに比べて非常に遅いので、周波数応
答は図4のように2つのカットオフ周波数をもつ特性と
なる。このうち低い方のカットオフ周波数は拡散電流に
より定まるものであり、この周波数特性の劣化より実際
の信号帯域における変換利得が低下したり、あるいは波
形が歪んでしまうことになる。
【0005】なお、前述のような拡散電流の影響を防ぐ
ためには、図5に示すように、受光面以外の領域を全て
上部電極7により覆い、周囲への入射光を遮る方法が考
えられるが、この場合も、電極面積の増大に伴い寄生容
量が増え、周波数応答特性を劣化させることとなる。
【0006】本発明の目的は、前述した従来技術の欠点
を解決し、周波数応答特性の劣化の少ない新規な半導体
光検出素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一導電型の基板上の低不純物濃度層に反対
導電型の拡散領域を形成し、その拡散領域に上部電極を
接合させて設けた半導体光検出素子において、前記上部
電極を、低不純物濃度層の光吸収部におけるキャリアの
拡散長とほぼ同等の範囲に亘り前記拡散領域の境界面の
外側を覆うように形成したものである。
【0008】また、一導電型の基板上の低不純物濃度層
に反対導電型の拡散領域を形成し、その上に拡散領域の
表面を露出させてパッシベーション膜を形成した半導体
光検出素子において、前記パッシベーション膜を互いに
屈折率の異なる2層以上の多層誘電体膜により構成し、
該多層誘電体膜の各層の厚みを入射光の波長帯において
全反射条件を満たすように設定したものである。
【0009】
【作用】拡散領域に接合される上部電極を、その拡散領
域の境界面の外側を覆うように形成することにより、受
光面の周辺部からの光入射を遮り、キャリアの拡散移動
による影響を防ぐことができる。しかも、この電極を光
吸収部におけるキャリアの拡散長とほぼ同等の範囲で境
界面の外側を覆うことで、電極の寸法を必要最小限と
し、寄生容量の増加を抑えることもできる。
【0010】また、パッシベーション膜を多層誘電体膜
構造とし、その多層誘電体膜の各層の厚みを入射光の波
長帯において全反射条件を満たすように設定すること
で、このパッシベーション膜により受光面周辺へ入射さ
れる光を反射させ、内部への透過を防ぐことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説
明する。なお、従来例と同じ箇所は同一の符号を付して
説明を省略する。
【0012】図1に、半導体光検出素子の一実施例を示
す。この半導体光検出素子の基本的な構成は、従来例と
同じであり、n−InP窓層4に受光部領域を定めるp
−InP層5が形成され、その上にp−InP層5の表
面即ち受光面5aを露出させてパッシベーション膜9が
形成されている。パッシベーション膜9上には、さらに
環状の上部電極7が絶縁状態で設けられ、その電極7の
内周部が受光面5aに接合されている。本実施例にあっ
ては、受光面5a周辺からの光入射を遮るために、上部
電極7の外周部が膜9上で外側に延出されて、遮光部7
aとされている。この遮光部7aは、p−InP層5の
拡散フロント(層4,5の境界面)10に対して長さl
だけ周辺に広がっており、その長さlは光吸収層3にお
けるキャリアの拡散長とほぼ同じ長さに設定されてい
る。
【0013】通常、化合物半導体系のフォトダイオード
においては、キャリアのライフタイムは短く、光吸収層
3での拡散長も短いものとなる。すなわち、光吸収層3
の本来の受光部のみならず、その周辺に光が入射した場
合でも、受光部から離れている場所で発生したキャリア
は拡散途中で再結合して消滅し、信号電流として取り出
されることはない。このため、応答特性に悪影響を及ぼ
す領域は、受光部周辺のごく一部に限られるといえる。
そこで、この領域の受光部からの広がりを拡散長と称
し、前記上部電極7の遮光部7aを拡散フロント10に
対してその拡散長Lと同程度の長さl (l=L) だけ外
側に延出させて受光面5aの周辺部を覆うようにすれ
ば、キャリアの拡散による影響を十分阻止することがで
きる。
【0014】例えば、光吸収層3がInGaAsの場
合、上記拡散長Lはキャリアの濃度によって決定される
が、おおよそ数μm 〜数十μm 程度の値となる。従っ
て、遮光部7aの長さlも拡散長Lとほぼ等しくすれば
キャリアの拡散による影響を阻止できる。
【0015】このように本実施例によれば、上部電極7
の遮光部7aの長さlを光吸収層3におけるキャリアの
拡散長Lとほぼ同程度としたので、電極7の寸法 (寄生
容量の増加) を必要最小限に抑えて、受光部周辺への光
入射を有効に遮ることができ、周波数応答特性の劣化を
確実に防ぐことができる。従って、使用に際してフォト
ダイオードと入射光との光軸調整を直流的に行っても、
実際の信号伝送時には変換利得の低下や波形の歪を防止
することができる。しかも、このように受光部周辺への
入射光を遮ることで、直流的に光軸調整をする場合の受
光部周辺に入射する光による誤った調整を防ぐこともで
きる。さらに、電極7の形状を変更するという非常に簡
単な構成で上記の効果を達成できる。
【0016】図2には、半導体光検出素子の他の実施例
を示す。
【0017】この実施例は、パッシベーション膜9を使
用波長に対して全反射条件を満たす構造にして、受光面
周辺への光入射を防ぐようにしたものである。このよう
なパッシベーション膜9としては、屈折率の異なる2種
類の誘電体層9a,9b(例えば、SiO2 とSi
X )を交互に積み重ね、2層以上の多層膜とすること
で得られる。すなわち、各層9a,9bの膜厚を、使用
波長帯において全反射条件を満たすような値に設定する
ことにより、容易に使用波長帯に対して高い反射係数を
実現することができる。
【0018】このようにパッシベーション膜9を多層誘
電体膜構造とすることにより、受光部周辺に入射した光
は、その大部分がパッシベーション膜9において反射さ
れ、内部へ透過する光量はわずかになる。
【0019】従って、この実施例においても、寄生容量
を全く増加させることなく、前述と同様、周波数応答特
性の劣化等の問題を防ぐことができる。
【0020】なお、本発明は、上述したInGaAs/
InPフォトダイオードに限らず、勿論、他のフォトダ
イオードとして構成してもよい。
【0021】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のごと
く優れた効果を発揮する。
【0022】(1) 受光部の周囲に入射する光を有効に遮
り、受光出力の周波数応答特性の劣化を防ぐことができ
る。
【0023】(2) 直流的に光軸調整をする場合に、受光
部周辺に入射する光による誤った調整を防ぐことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体光検出素子の一実施例を示す断
面図である。
【図2】本発明の半導体光検出素子の他の実施例を示す
断面図である。
【図3】従来の半導体光検出素子の一例を示す断面図で
ある。
【図4】従来の半導体光検出素子における出力電流の周
波数応答特性を示す特性図である。
【図5】従来の半導体光検出素子の他の例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 n+ −InP基板層 2 n−InPバッファ層2 3 n−InGaAs光吸収層 4 n−InP窓層 5 p−InP層 (拡散領域) 5a 受光面 7 上部電極 7a 遮光部 9 パッシベーション膜 9a,9b 誘電体層 10 境界面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の基板上の低不純物濃度層に反
    対導電型の拡散領域を形成し、その拡散領域に上部電極
    を接合させて設けた半導体光検出素子において、前記上
    部電極を、低不純物濃度層の光吸収部におけるキャリア
    の拡散長とほぼ同等の範囲に亘り前記拡散領域と境界面
    の外側を覆うように形成したことを特徴とする半導体光
    検出素子。
  2. 【請求項2】 一導電型の基板上の低不純物濃度層に反
    対導電型の拡散領域を形成し、その上に拡散領域の表面
    を露出させてパッシベーション膜を形成した半導体光検
    出素子において、前記パッシベーション膜を互いに屈折
    率の異なる2層以上の多層誘電体膜により構成し、該多
    層誘電体膜の各層の厚みを入射光の波長帯において全反
    射条件を満たすように設定したことを特徴とする半導体
    光検出素子。
JP4066192A 1992-03-24 1992-03-24 半導体光検出素子 Pending JPH05275729A (ja)

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