半导体受光元件制造技术

本发明专利技术涉及半导体受光元件。得到制造容易、受光灵敏性较高且不从外部施加偏置电压就能够高速动作的半导体受光元件。在ｎ型ＩｎＰ衬底（１１）（第一导电型的半导体衬底）上依次形成有ＩｎＧａＡｓ光吸收层（１２）（第一光吸收层）、Ｐ型ＩｎＰ层（１３）（第一个第二导电型半导体层）、ｎ型ＩｎＰ层（１４）（第一个第一导电型半导体层）、ＩｎＧａＡｓ光吸收层（１５）（第二光吸收层）及ｐ型区域（１７）（第二个第二导电型半导体层）。阳极电极（１８）（第一电极）与Ｐ型区域（１７）连接，阴极电极（１９）（第二电极）与ｎ型ＩｎＰ衬底（１１）连接。金属电极（２３）（第三电极）将ｎ型ＩｎＰ层（１４）和ｐ型ＩｎＰ层（１３）电连接。阳极电极（１８）、阴极电极（１９）及金属电极（２３）分别电独立。金属电极（２３）形成在受光区域的外侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造容易、受光灵敏性高并且不从外部施加偏置电压就 能够进行高速动作的半导体受光元件。
技术介绍
为了接收光信号并得到电流信号，使用光电二极管(PD)。特别是， 为了接收以高速进行调制后的光信号并得到以高速进行调制后的电流 信号，需要从外部向PD施加0.5V以上的反向偏压。利用反向偏压使光 吸收层耗尽化，对耗尽层施加电场，因此可以使电子和空穴快速移动。 此外，通过使耗尽层扩展，电容与耗尽层的厚度成反比例地下降，能够 进一步进行高速动作。专利文献l.'特开2000- 164916号公报专利文献2:特开昭63 - 127586号公4艮专利文献3:特开昭64 - 59966号7>净艮专利文献4:特开平4 - 252080号公报专利文献5:特开平4- 230081号公才艮具有如下的应用利用PD对在光纤中传播的光信号进行光电转换， 变为电信号，不通过功率放大器而以原来状态作为电波进行发射。此时， 为了从外部向PD施加反向偏压，需要设置供电线。但是，即使不从外 部施加反向偏置电压，若使用进行高速动作的PD,则不需要设置供电 线。作为这样的半导体受光元件,考虑层叠两个PD并在偏压发生时使 用一个PD。提出不是作为高速动作用、但是将两个以上的PD进行层叠的半导 体受光元件(例如，参照专利文献1-5)。在专利文献1中记载了 pinnip 结的半导体受光元件。在该半导体受光元件中，在pin-PD和nip-PD中 产生的反方向的电流抵消，所以，不适于高速动作。在专利文献2-5中记载了反复层叠pin结的半导体受光元件。但是， 在层叠的pin结和pin结的中央所形成的叩结妨碍直流电流的流过，因 此PD不进行动作。因此，在专利文献4中，提出在pin结和pin结之间插入由非晶硅、铬、铝、ITO等构成的欧姆层。但是，在将光通信中所 使用的InGaAs作为吸收层的pin-PD的层叠构造之间，不能结晶生长 如上所述的欧姆层。此外，即使插入欧姆层，由于欧姆层不使光通过且 电阻较高，因此受光灵敏性较低，不能够实现高速动作。
技术实现思路
本专利技术是为了解决如上所述的技术问题而进行的，其目的在于得到 制造容易、受光灵敏性较高且不从外部施加偏置电压就能够进行高速动 作的半导体受光元件。本专利技术的半导体受光元件，具备第一导电型的半导体衬底；在所 述半导体衬底上依次形成的第一光吸收层、第一个第二导电型半导体层、第一个第一导电型半导体层、第二光吸收层及第二个第二导电型半 导体层；与所述第二个第二导电型半导体层连接的第一电极；与所述半导体衬底连接的第二电极；将所述笫一个第一导电型半导体层和所述第 一个第二导电型半导体层电连接的第三电极，其中，笫一电极、第二电极以及第三电极分别电独立，所述第三电极形成在接收光信号的受光区 域的外侧。本专利技术的其他特征在以下可知。根据本专利技术，能够实现制造容易、受光灵敏性较高并且不从外部施 加偏置电压就能够进行高速动作。附图说明图1是表示本专利技术实施方式1的半导体受光元件的剖面图。图2是表示图1的半导体受光元件的等价电路的图。图3是表示无偏置电压时的频率响应特性的测定结果的图。图4是表示量子效率的上部PD的吸收层的厚度依赖性的图。图5是表示本专利技术实施方式2的半导体受光元件的剖面图。图6是表示图5的半导体受光元件的等价电路的图。图7是表示本专利技术实施方式3的半导体受光元件的剖面图。图8是表示本专利技术实施方式4的半导体受光元件的剖面图。图9是表示本专利技术实施方式5的半导体受光元件的剖面图。图10是表示本专利技术实施方式6的半导体受光元件的剖面图。图11是表示本专利技术实施方式7的半导体受光元件的剖面图。图12是表示本专利技术实施方式8的半导体受光元件的剖面图。 图13是表示本专利技术实施方式9的半导体受光元件的剖面图。 图14是表示本专利技术实施方式10的半导体受光元件的剖面图。具体实施方式 实施方式1图1是表示本专利技术实施方式1的半导体受光元件的剖面图。在n型 InP衬底ll (第一导电型的半导体衬底)上，依次形成非掺杂(低载流 子浓度)的InGaAs光吸收层12 (第一光吸收层)、p型InP层13 (第 一个第二导电型半导体层)、n型InP层14 (第一个第一导电型半导体 层)、非掺杂(低载流子浓度)的InGaAs光吸收层15 (第二光吸收层)、 非掺杂(低载流子浓度)的n型InP层16。在接收光的受光区域，在n型InP层16的一部分上形成有将锌等p 型掺杂剂进行选择性地扩散的p型区域17 (第二个笫二导电型半导体 层)。阳极(p侧)电极18 (第一电极)与该p型区域17连接，阴极 (n侧)电极19 (第二电极)与n型InP衬底11的下表面连接。在n 型InP层16上形成有兼作防反射膜和表面保护膜的SiN等的绝缘膜20。形成从n型InP层16到达n型InP衬底11的沟槽21。由绝缘膜20 覆盖该沟槽21。在接收光信号的受光区域的外侧，形成从n型InP层16 到n型InP层14的沟槽22。在沟槽22的底部，金属电极23(第三电极) 将n型InP层14和p型InP层13电连接(欧姆接合部24 )。阳极电极 18、阴极电极19及金属电极23不直接连接而是电气独立。图2是表示图1的半导体受光元件的等价电路的图。上部PD和下 部PD串连连接。上部PD由p型区域17、 InGaAs光吸收层15及n型 InP层14构成，下部PD由p型InP层13、 InGaAs光吸收层12及n型 InP衬底ll构成。当光射入到上部PD时，#1 InGaAs光吸收层15吸收。未^皮吸收而 透射的光^皮下部PD的InGaAs光吸收层12吸收，并产生电流。利用在 下部PD中产生的电流，产生相当于InGaAs光吸收层12的固有电位的 +0.75V的电动势。在从下部PD产生的光电流比在上部PD中产生的光 电流大的情况下，欧姆接合部24成为+0.75V。因此，对上部PD施加 0.75V的反向偏置电压，耗尽层扩展，所以能够进行高速动作。此外，下部PD起到向上部PD施加偏置电压的DC电源用PD的作用，所以， 不需要从外部施加偏置电压。在欧姆接合部24处成为pin-金属-pin结，因此容易通过直流电 流。但是，对于经由欧姆接合部24的电流路径来说，电阻较高，所以 不适于高速动作。另一方面，由n型InP层14和p型InP层13构成的 叩结相当于电容较大的电容器，不流过直流电流，但是，高频电流容易 流过。因此，高频电流流过np结，直流电流流过电阻4吏高的欧姆接合 部24。这样，区分高频电流的路径和直流电流的路径，从而可以进行高 速动作。此外，金属电极23形成在受光区域的外侧，不遮挡射入的光，因 此能够得到较高的受光灵敏性。并且，现有的欧姆层的结晶生长是困难 的，但是，金属电极23的形成简单。此外，对于DC电源用的下部PD来说，需要电容较大，使得在高 频的光信号射入时不产生调制信号电流。因此，优选使上部PD的p型 区域17的面积比下部PD的p型InP层13的面积小，使得下部PD的 pn结直径比高速动作用的上部PD大。或者，优选使金属电极23的面 积变大，增加电极电容。为了使本实施方式的半导体受光元件不依赖于动作条件而在无偏 压下进行动作，始终需要下部PD的产生电流比上部PD的产生电流多。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体受光元件，其特征在于，　具备：第一导电型的半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成的第一光吸收层、第一个第二导电型半导体层、第一个第一导电型半导体层、第二光吸收层及第二个第二导电型半导体层；与所述第二个第二导电型半导体层连接的 第一电极；与所述半导体衬底连接的第二电极；将所述第一个第一导电型半导体层和所述第一个第二导电型半导体层电连接的第三电极，　所述第三电极形成在接收光信号的受光区域的外侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：石村荣太郎，中路雅晴，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]