JPH05304279A - 光・電子集積回路 - Google Patents

光・電子集積回路

Info

Publication number
JPH05304279A
JPH05304279A JP4131781A JP13178192A JPH05304279A JP H05304279 A JPH05304279 A JP H05304279A JP 4131781 A JP4131781 A JP 4131781A JP 13178192 A JP13178192 A JP 13178192A JP H05304279 A JPH05304279 A JP H05304279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
region
photodiode
light absorption
multilayer film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4131781A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuo Sasaki
信夫 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP4131781A priority Critical patent/JPH05304279A/ja
Publication of JPH05304279A publication Critical patent/JPH05304279A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォトダイオードと電界効果トランジスタを
OEIC構造とし、広帯域化、高感度化、小型化、そし
て低消費電力化を実現する。 【構成】 半導体基板17上に、半導体多層膜反射鏡1
2を形成し、その上に、光吸収層11、チャネル層10
を形成する。PD領域Aではチャネル層10も光吸収層
として作用する。FET領域Bの光吸収層11はバッフ
ァ層として働く。入射光4が半導体多層膜反射鏡12で
反射され、再び、光吸収層11、チャネル層10で吸収
され、感度を高くできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、高速情報処
理、並列情報処理などの分野に用いられる光・電子集積
回路(以下、OEICという。)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来のフォトダイオードからの信
号出力回路のブロック図である。フォトダイオード21
には、抵抗22を介してバイアス電源から逆電圧が印加
され、その出力が前置増幅回路23で増幅され、リミッ
タ回路24を通して出力信号が得られるように光受信器
が構成されている。
【0003】このような、従来の光受信器における構成
は、個別部品型のフォトダイオードと増幅器等の周辺電
子回路が別々に作られ、例えば、ハイブリッド結合によ
り接続されている。光素子および電子素子を個別に組み
合わせたハイブリッド形式の場合、パッケージやボンデ
ィングワイヤなどが持つ寄生容量や寄生インダクタンス
が大きく、そのために高速信号波形が劣化し、帯域や受
信感度などが制限されるという問題がある。さらに、小
型化、低消費電力化にも限界がある。
【0004】光受信器における受光素子と電子素子の従
来のハイブリッド結合についての問題を解決するため
に、受光素子と電子素子とのモノリシック集積技術が考
案され、現在、開発されつつあるが、フォトダイオード
と電子素子をそれぞれ独立して最適化しようとする場
合、従来型の受光OEICでは、フォトダイオードと電
界効果トランジスタなどの電子素子の間に段差が生じ、
それがOEIC製作の歩留まりを低下させ、結果的に高
性能化及び低コスト化を阻害している。
【0005】一方、受光OEICにおいて、上記の段差
が生じないような結晶構造では、プロセスが簡単にな
り、製作歩留まりが向上するが、フォトダイオードにお
ける光吸収層を厚くできないために受光感度が小さくな
るという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、OEIC構造を
採用することにより、寄生容量や寄生インダクタンスを
排除し、半導体多層膜反射鏡を有するエピタキシャル結
晶上にフォトダイオードと電子素子を段差なく集積化す
ることにより、小型、広帯域そして高感度の光受信器を
低価格で提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、光・電子集積
回路において、半導体基板上に、下層に半導体多層膜反
射鏡、中層にフォトダイオード領域においては光吸収層
となり、電界効果トランジスタ領域においてはバッファ
層とチャネル層となるエピタキシャル層、上層にキャッ
プ層を形成したエピタキシャル構造であって、その結晶
上にフォトダイオード領域と電界効果トランジスタ領域
とが集積されていることを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明の光・電子集積回路によれば、フォトダ
イオード領域と電界効果トランジスタ領域の結晶構造が
共通であるために、フォトダイオード領域と電界効果ト
ランジスタ領域との間に段差が生じていない。
【0009】しかし、単に結晶構造を共通としただけの
構造では、FETのチャネル層の下部にPDの光吸収層
があるために、感度を上げるために光吸収層を厚くした
場合、この層内での電流リークのためピンチオフ電圧が
大きくなってしまう。
【0010】本発明では、半導体基板上に半導体多層反
射鏡を設置することによって、光吸収層内での光路長を
2倍にして受光感度の増大を図ることができる。したが
って、光吸収層をあまり厚くしなくても、受光感度を高
くすることができる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の光・電子集積回
路を説明するための断面図である。図中、左側のA領域
がフォトダイオード(以下、PDという)の領域、右側
のB領域が電界効果トランジスタ(以下、FETとい
う)の領域であり、1は配線金属(または、ボンディン
グ・パッド)、2は表面保護膜、3はn側電極、4は入
射光、5は受光窓、6はp+ 領域、7は光の経路、8は
p側電極、9はn型InP層、10,11はn型InG
aAs層、12は半導体多層膜反射鏡、13はドレイン
電極、14はゲート電極、15はソース電極、16はp
+ 領域、17は半絶縁性のInP基板、18はPD領域
とFET領域とを電気的に分離するための分離溝であ
る。
【0012】結晶層構造は、PD領域とFET領域に対
して共通である。したがって、集積化素子作製のための
結晶は、PD層およびFET層を連続して1回の結晶成
長で作製することができる。
【0013】PD領域Aについて説明する。最下層の半
導体多層膜反射鏡12は、後述するように入射光を反射
させるためのものである。同時に、半導体多層膜反射鏡
12は、半絶縁性のInP基板17から、光吸収層とし
て作用するn型InGaAs層11への転位の伝播を防
ぐためのバッファ層としても作用する。次のn型InG
aAs層11と、それに続くn型InGaAs層10
は、光吸収層である。InGaAs層10は、この実施
例においてFET領域のチャネル層として設けた層であ
るが、PDにとっては、光吸収層として作用する。n型
InP層9はキャップ層として作用する。
【0014】1/4波長厚の半導体多層膜の一例を説明
する。InGaAsP(バンドギャップ対応波長がλg
=1.3μm)とInPで形成した場合、両者の屈折率
は、λ=1.5μmにおいてそれぞれ3.36と3.1
5であるから、その厚さを、それぞれ1120Åと11
90Åに選べば、いずれもλ/4の厚さとなり、半導体
多層膜からなる多層膜反射鏡が得られる。入射側と出射
側の層を共にInPとした場合について、層対数が35
対で約90%の反射率が得られている。
【0015】FET領域Bについて説明する。最下層の
半導体多層膜反射鏡12、および、PDの光吸収層とし
て設けられたn型InGaAs層11は、ここでは、バ
ッファ層として働く。これらバッファ層は、FETの能
動層に流れる電流が基板側に漏れるのをブロックする役
目を持ち、ドレイン電流−電圧特性において良好な飽和
特性を得るために重要である。n型InGaAs層10
は、電流の通路となる層であり、能動層あるいはチャネ
ル層と呼ばれ、高移動度の材料で不純物をドープしたエ
ピタキシャル層である。その上のn型InP層9は、バ
ンドギャップが大きいエピタキシャル層でキャップ層と
して作用する。ゲート接合を形成するためのP+ 領域1
6は、n型InP層9の内部に形成され、そのフロント
は、n型InGaAs層10の能動層に入り込んでい
る。n型InP層9の表面保護膜2は、ドレイン電極1
3およびソース電極15の部分においては、エッチング
により除去されており、FETの性能に重大な影響を及
ぼすオーミック抵抗の低減のために、ドレイン電極13
およびソース電極15が、n型InGaAs層10の表
面上に直接設置されている。
【0016】動作について説明する。PD領域Aの受光
窓5よりの入射光4は、チャネル層として設けられたn
型InGaAs層10および光吸収層であるn型InG
aAs層11で吸収され、半導体多層膜反射鏡12で反
射されて、光の経路7で示すように、再度、n型InG
aAs層10および11で吸収される。この光吸収によ
り、n型InGaAs層10および11内に電子−正孔
対が生成され、それが内部電界により分離されて、p側
電極8およびn側電極3の方向へ走行することで光電流
が発生する。
【0017】この光電流は、抵抗を介して接続されたF
ET領域Bのゲート電極14の電位を変化させ、そのた
めにゲート接合を形成するp+ 領域16によりFET領
域のチャネル層であるn型InGaAs層10のに形成
されている空乏層の幅が変化するためにチャネル層内を
流れる電流が制御される。
【0018】次に、図1で説明した実施例の光・電子集
積回路の製作工程の一例を簡単に説明する。 まず、半絶縁性InP基板17上に、1/4波長厚
の半導体多層膜反射鏡12,n型InGaAs層11、
n型InGaAs層10,そしてn型InP層9を、有
機金属気相成長法(MOVPE法)、あるいは、分子線
エピタキシャル成長法(MBE法)などを用いて、図1
に示す結晶層構造を有するエピタキシャル結晶を作製す
る。 n型InP層9の上部表面に形成したSiN膜を拡
散マスクとして、これを通して、Znの選択拡散によ
り、P+ 領域6および16を形成する。 SiN膜拡散マスクを除去した後、素子分離のため
の分離溝18を化学エッチング法等を用いたメサ・エッ
チングにより、PD領域AとFET領域Bとを電気的に
分離した後、さらにエピタキシャル結晶表面上に、プラ
ズマCVD法などにより、表面保護膜2を形成する。 フォトワークおよび蒸着により、PD領域における
n側電極3、FET領域におけるドレイン電極13,ソ
ース電極15を同時に形成する。この実施例では、n側
電極3は円環状にパターニングされる。 PD領域に、p側電極8のためのコンタクトホール
を形成する。この実施例では、p側電極のためのコンタ
クトホールも円環状にパターニングされる。FET領域
には、ゲート電極14のためのコンタクトホールを形成
する。 PD領域におけるp側電極、FET領域におけるゲ
ート電極、そして、配線金属・ボンディングパッドを同
時に形成する。 以上、フォトダイオードとして、InGaAs系のもの
について説明したが、他の系のフォトダイオードにも本
発明が適用できることは明らかである。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次の効果が期待できる。 フォトダイオードと電界効果トランジスタとを同一
基板上に集積しているために、寄生インダクタンス及び
寄生容量が低減化され、光受信器の広帯域化及び高感度
化が可能である。 フォトダイオードと電界効果トランジスタの動作に
必要なエピタキシャル層として、共通の層を用いている
から、フォトダイオードと電界効果トランジスタ間に段
差が生じないため、製作歩留まりが高く、低コスト化が
期待できる。 半導体基板上に半導体多層膜反射鏡を設置している
ためにフォトダイオードの高受光感度化が期待できる。 集積化素子の作製に必要な結晶が、1回の結晶成長
で作製可能な結晶層構造となっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光・電子集積回路を説明す
るための断面図である。
【図2】従来のフォトダイオードからの信号出力回路の
ブロック図である。
【符号の説明】
A フォトダイオード(PD)領域 B 電界効果トランジスタ(FET)領域 1 配線金属 2 表面保護膜 3 n側電極 4 入射光 5 受光窓 6 p+ 領域 7 光の経路 8 p側電極 9 n型InP層 10 n型InGaAs層 11 n型InGaAs層 12 半導体多層膜反射鏡 13 ドレイン電極 14 ゲート電極 15 ソース電極 16 p+ 領域 17 半絶縁性のInP基板 18 分離溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、下層に半導体多層膜反
    射鏡、中層にフォトダイオード領域においては光吸収層
    となり、電界効果トランジスタ領域においてはバッファ
    層とチャネル層となるエピタキシャル層、上層にキャッ
    プ層を形成したエピタキシャル構造であって、その結晶
    上にフォトダイオード領域と電界効果トランジスタ領域
    とが集積されていることを特徴とする光・電子集積回
    路。
JP4131781A 1992-04-24 1992-04-24 光・電子集積回路 Pending JPH05304279A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4131781A JPH05304279A (ja) 1992-04-24 1992-04-24 光・電子集積回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4131781A JPH05304279A (ja) 1992-04-24 1992-04-24 光・電子集積回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05304279A true JPH05304279A (ja) 1993-11-16

Family

ID=15066002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4131781A Pending JPH05304279A (ja) 1992-04-24 1992-04-24 光・電子集積回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05304279A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8399945B2 (en) 2009-09-25 2013-03-19 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor light receiving element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8399945B2 (en) 2009-09-25 2013-03-19 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor light receiving element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9276162B2 (en) Semiconductor photodetector and method for manufacturing the same
US5880489A (en) Semiconductor photodetector
US5185272A (en) Method of producing semiconductor device having light receiving element with capacitance
US5107318A (en) Semiconductor device having light receiving diode element with capacitance
US6909083B2 (en) Photodetector and unit mounted with photodetector
Wada et al. Monolithic four-channel photodiode/amplifier receiver array integrated on a GaAs substrate
US8105866B2 (en) Method of making PIN-type photo detecting element with a controlled thickness of window semiconductor layer
EP1204148A2 (en) Planar resonant cavity enhanced photodetector
JPH04111478A (ja) 受光素子
JPH0567769A (ja) 3次元光電子集積回路装置
US20070057299A1 (en) Systems and methods having a metal-semiconductor-metal (msm) photodetector with buried oxide layer
JPH05304279A (ja) 光・電子集積回路
JP2002344002A (ja) 受光素子及び受光素子実装体
JPH05102513A (ja) 半導体受光素子
JPH0272679A (ja) 光導波路付き半導体受光素子
JP2570424B2 (ja) 半導体受光素子
JPH0529646A (ja) フオトダイオード
JPH0316275A (ja) 半導体受光素子の製造方法
JP2841876B2 (ja) 半導体受光素子
KR100444820B1 (ko) 광검출기와 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 집적된 장파장 반도체 광수신 칩
JPH0582827A (ja) 半導体受光素子
JPH0480973A (ja) 半導体受光素子
JP2005086028A (ja) 半導体受光装置
JPH02199876A (ja) 半導体受光素子
US20230253516A1 (en) Photodetector