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JP7588028B2 - Semiconductor photodetector - Google Patents
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本発明は、半導体受光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light receiving element.

高速光通信に適用される半導体受光素子として、使用状態のバイアス電圧印加時に空乏化し、光ファイバからの光信号に対して吸収層として作用するアンドープの半導体層を、p型とn型の半導体層で挟んだPIN型のフォトダイオードが使われている。特許文献1には、受光感度と高速応答性の両立のために、吸収層がp型ドーピングされた半導体層とアンドープ半導体層からなる構成が報告されている。また、特許文献2には、高光入力に対して低電圧でも高速応答が可能な構造として、N層とP層の間にある吸収層が、N層との接合面から内側に向かって徐々に濃度を減ずるn型不純物を含む層と、P層の接合面から内側に向かって徐々に濃度を減ずるp型不純物を含む層からなる半導体受光素子が開示されている。 As a semiconductor light receiving element applied to high-speed optical communication, a PIN type photodiode is used in which an undoped semiconductor layer that is depleted when a bias voltage is applied in use and acts as an absorption layer for optical signals from an optical fiber is sandwiched between p-type and n-type semiconductor layers. Patent Document 1 reports a configuration in which the absorption layer is made of a p-type doped semiconductor layer and an undoped semiconductor layer in order to achieve both light receiving sensitivity and high-speed response. Patent Document 2 also discloses a semiconductor light receiving element as a structure that enables high-speed response to high optical input even at low voltage, in which the absorption layer between the N layer and the P layer is made of a layer containing n-type impurities whose concentration gradually decreases from the junction surface with the N layer toward the inside, and a layer containing p-type impurities whose concentration gradually decreases from the junction surface with the P layer toward the inside.

特開2019-160900Patent Publication 2019-160900 特開平3-38887号公報Japanese Patent Application Publication No. 3-38887

半導体受光素子の高速化には素子容量の低減が有効である。素子容量はPN接合部の容量と寄生容量からなるが、PN接合部の容量は空乏層を厚くすることにより低減可能である。例えば特許文献1の構成において、アンドープ吸収層を厚くすることが有効である。しかしアンドープ吸収層を厚くしても、使用条件において印加されるバイアス電圧にてアンドープ吸収層全てが空乏化できなければ、実質的な空乏層は狭くなり、期待された容量低減効果が得られない。一定のバイアス電圧では、キャリア濃度が低いほど空乏化領域が広くなる。従って、アンドープ吸収層が完全にキャリアが含まれていない真性半導体層であるならば、低い電圧であっても全てを空乏化することは容易である。 Reducing the element capacitance is effective in increasing the speed of semiconductor light receiving elements. The element capacitance is composed of the capacitance of the PN junction and the parasitic capacitance, but the capacitance of the PN junction can be reduced by thickening the depletion layer. For example, in the configuration of Patent Document 1, thickening the undoped absorption layer is effective. However, even if the undoped absorption layer is thickened, if the undoped absorption layer cannot be entirely depleted by the bias voltage applied under the operating conditions, the actual depletion layer will be narrow, and the expected capacitance reduction effect will not be obtained. At a constant bias voltage, the lower the carrier concentration, the wider the depleted region. Therefore, if the undoped absorption layer is an intrinsic semiconductor layer that does not contain any carriers, it is easy to completely deplete it even at a low voltage.

しかし、アンドープ吸収層には実際には低濃度のキャリアが含まれる。アンドープ吸収層は、例えばMOCVD法やMBE法を用いて結晶成長することで形成される。この結晶成長の際に、吸収層には意図的にp型もしくはn型のキャリアをドーピングしないことでアンドープ吸収層は形成される。しかし、実際は有限のバックグランドレベルのキャリアが吸収層に含まれ、完全な意味での真性半導体層にはならない。この意図せずに含まれるキャリア(バックグラウンドレベルで含まれるキャリア)の濃度は、成長装置と成長条件に依存するが、例えばn型で2×10^15/cm^3程度である。従って、実際のアンドープ吸収層を用いた場合は、一定電圧下において、含まれるキャリア濃度に応じて空乏化が可能な領域は制限されることになる。つまり、単にアンドープ吸収層を厚くしただけでは実使用条件において空乏層の厚さを十分に確保することができない場合がある。 However, the undoped absorption layer actually contains a low concentration of carriers. The undoped absorption layer is formed by crystal growth using, for example, MOCVD or MBE. During this crystal growth, the absorption layer is formed by not intentionally doping p-type or n-type carriers. However, in reality, a finite background level of carriers is contained in the absorption layer, and it does not become an intrinsic semiconductor layer in the complete sense. The concentration of these unintentionally contained carriers (carriers contained at the background level) depends on the growth device and growth conditions, but is, for example, about 2 x 10^15/cm^3 for n-type. Therefore, when an actual undoped absorption layer is used, the region that can be depleted under a certain voltage is limited depending on the carrier concentration contained. In other words, simply thickening the undoped absorption layer may not be enough to ensure the thickness of the depletion layer under actual usage conditions.

上述したようにアンドープ吸収層を用いても、実際には低濃度のキャリアが含まれるために、空乏化できる領域は制限される。ここで印可するバイアス電圧を大きくすれば、同じキャリア濃度であっても空乏化できる領域は広がり、容量を低減することが可能となる。しかし、半導体受光素子に印可可能なバイアス電圧は、消費電力の観点から有限となり、十分なバイアス電圧を得ることができない場合がある。従って、より低電圧で空乏化できる領域の大きい半導体受光素子が実使用においては望ましい。 As mentioned above, even if an undoped absorption layer is used, the region that can be depleted is limited because it actually contains a low concentration of carriers. If the bias voltage applied here is increased, the region that can be depleted will expand even with the same carrier concentration, making it possible to reduce the capacitance. However, the bias voltage that can be applied to a semiconductor light-receiving element is limited from the perspective of power consumption, and there are cases in which a sufficient bias voltage cannot be obtained. Therefore, in practical use, a semiconductor light-receiving element that has a large region that can be depleted at a lower voltage is desirable.

本発明は、空乏化できる領域が大きく、低容量で高速応答性に優れた半導体受光素子を提供することが目的である。 The objective of the present invention is to provide a semiconductor light-receiving element that has a large area that can be depleted, is low-capacity, and has excellent high-speed response.

本発明に係る半導体受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、前記第2導電型低濃度層の上に接して形成された第2導電型高濃度層と、を備え、前記第1導電型低濃度層および前記第2導電型低濃度層のキャリア濃度は1×10^16/cm^3未満であり、前記第1導電型高濃度層は前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、前記第2導電型高濃度層は前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、前記第1導電型高濃度層と前記第2導電型高濃度層のキャリア濃度は1×10^17/cm^3以上であり、前記第1導電型低濃度層もしくは前記第2導電型低濃度層の少なくとも一方は、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含む、ことを特徴とする。 The semiconductor light receiving element according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a first conductive type high concentration layer formed on the semiconductor substrate, a first conductive type low concentration layer formed on and in contact with the first conductive type high concentration layer, a second conductive type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductive type low concentration layer, and a second conductive type high concentration layer formed on and in contact with the second conductive type low concentration layer, wherein the carrier concentrations of the first conductive type low concentration layer and the second conductive type low concentration layer are less than 1×10^16/cm^3, the first conductive type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductive type low concentration layer, the second conductive type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductive type low concentration layer, the carrier concentrations of the first conductive type high concentration layer and the second conductive type high concentration layer are 1×10^17/cm^3 or more, and at least one of the first conductive type low concentration layer or the second conductive type low concentration layer includes an absorption layer having a band gap that absorbs incident light.

本発明により、低容量で高速応答性に優れた半導体受光素子を提供できる。 This invention provides a semiconductor light-receiving element that is low-capacity and has excellent high-speed response.

本発明の第1の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。1 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。4 is a graph showing the electric field intensity of the semiconductor light receiving element according to the first embodiment of the present invention. 比較例に係る半導体受光素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a comparative example. 比較例に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。1 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a comparative example. 比較例に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。11 is a graph showing the electric field intensity of a semiconductor light receiving element according to a comparative example. 本発明の第2の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。4 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。6 is a graph showing the electric field intensity of the semiconductor light receiving element according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。11 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。10 is a graph showing the electric field intensity of a semiconductor light receiving element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。11 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。10 is a graph showing the electric field intensity of a semiconductor light receiving element according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の変形例に係る半導体受光素子の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element according to a modified example of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の変形例に係る半導体受光素子のバンドダイヤグラムである。13 is a band diagram of a semiconductor light receiving element according to a modified example of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の変形例に係る半導体受光素子の電界強度を示すグラフである。13 is a graph showing an electric field intensity of a semiconductor light receiving element according to a modified example of the fourth embodiment of the present invention.

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。 The following describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings. In all drawings used to explain the embodiment, components having the same function are given the same reference numerals, and repeated explanations will be omitted. Note that the drawings shown below are merely for explaining examples of the embodiment, and the size of the drawings does not necessarily match the scale described in this example.

[第1の実施形態]
図1(A)は本発明の第1の実施形態にかかる半導体受光素子10の断面図である。本半導体受光素子10は、例えばマルチモードファイバにて伝送される波長840nm~950nmの光信号を受信可能な表面入射型半導体受光素子である。半導体受光素子10は、Feドーピングされた半絶縁性InP基板11上に、Siを5×10^18/cm^3の濃度でドーピングした厚さ1μmのn型InPコンタクト層12、厚さWnのn型低濃度InGaAs吸収層13、厚さWpでBeを2×10^15/cm^3の濃度でドーピングしたp型低濃度InGaAs吸収層14、Beを5×10^19/cm^3の濃度でドーピングした厚さ0.1μmのp型InGaAsコンタクト層16が順次積層された半導体多層を有する。ここでn型低濃度InGaAs吸収層13は、多層成長においてはアンドープとして形成したが、結果としてキャリア密度が2×10^15/cm^3であるn型半導体層となっている。なお、多層成長において意図的にSi等をドーピングして所望のキャリア濃度となるように作成しても構わない。またn型低濃度InGaAs吸収層13、p型低濃度InGaAs吸収層14、およびp型InGaAsコンタクト層16は、入射される光を吸収できるバンドギャップを備えている層である。本実施形態ではWn=0.9μm、Wp=0.9μmとした。ここでn型InPコンタクト層12はInPに限定されない。同様にp型InGaAsコンタクト層16も他の材料で形成された半導体層であっても構わない。
[First embodiment]
1A is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element 10 according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor light receiving element 10 is a surface-illuminated type semiconductor light receiving element capable of receiving an optical signal having a wavelength of 840 nm to 950 nm transmitted, for example, through a multimode fiber. The semiconductor light receiving element 10 has a semiconductor multilayer structure in which an n-type InP contact layer 12 having a thickness of 1 μm and doped with Si at a concentration of 5×10^18/cm^3, an n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 having a thickness of Wn, a p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 having a thickness of Wp and doped with Be at a concentration of 2×10^15/cm^3, and a p-type InGaAs contact layer 16 having a thickness of 0.1 μm and doped with Be at a concentration of 5×10^19/cm^3 are sequentially stacked on an Fe-doped semi-insulating InP substrate 11. Here, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 is formed as an undoped layer in the multi-layer growth, but as a result, it is an n-type semiconductor layer with a carrier density of 2×10^15/cm^3. Note that it is acceptable to intentionally dope Si or the like in the multi-layer growth to create a desired carrier concentration. The n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13, the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14, and the p-type InGaAs contact layer 16 are layers having a band gap capable of absorbing incident light. In this embodiment, Wn=0.9 μm, Wp=0.9 μm. Here, the n-type InP contact layer 12 is not limited to InP. Similarly, the p-type InGaAs contact layer 16 may be a semiconductor layer formed of another material.

n型低濃度InGaAs吸収層13、p型低濃度InGaAs吸収層14、およびp型InGaAsコンタクト層16は円柱形状にエッチング加工されており、受光メサ部を構成している。また受光メサ部の上部に、リング形状のp型電極17がp型InGaAsコンタクト層16に電気的に接続されている。さらに、n型電極18がn型InPコンタクト層12に電気的に接続されている。p型電極17、n型電極18の部分を除く表面は、窒化シリコン膜19で被膜されている。n型InPコンタクト層12、n型低濃度InGaAs吸収層13、p型低濃度InGaAs吸収層14、p型InGaAsコンタクト層16はInP基板11と格子整合している。窒化シリコン膜19は、リング形状のp型電極17の内部において、入射する光の波長に対して反射率が1%以下となる反射膜として機能している。 The n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13, the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14, and the p-type InGaAs contact layer 16 are etched into a cylindrical shape to form a light-receiving mesa. A ring-shaped p-type electrode 17 is electrically connected to the p-type InGaAs contact layer 16 on the top of the light-receiving mesa. Furthermore, an n-type electrode 18 is electrically connected to the n-type InP contact layer 12. The surface except for the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 is coated with a silicon nitride film 19. The n-type InP contact layer 12, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13, the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14, and the p-type InGaAs contact layer 16 are lattice-matched with the InP substrate 11. The silicon nitride film 19 functions as a reflective film with a reflectance of 1% or less for the wavelength of incident light inside the ring-shaped p-type electrode 17.

半導体受光素子10は、p型電極17とn型電極18の間に逆バイアス電圧を印加した状態において、n型低濃度InGaAs吸収層13とp型低濃度InGaAs吸収層14が空乏化し、p型電極17のリング形状内部に入射された波長840nm~950nmの信号光に対して吸収層として作用する。なお、p型InGaAsコンタクト層16も入射光を吸収することが可能なバンドギャップを有しているが、高濃度のドーピングがされているために、実使用レベルの電圧では空乏化せずに、実質的には吸収層として機能しない。キャリア濃度と空乏化の関係は後述する。 When a reverse bias voltage is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 10, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 become depleted and act as an absorption layer for signal light with a wavelength of 840 nm to 950 nm that is incident inside the ring-shaped p-type electrode 17. The p-type InGaAs contact layer 16 also has a band gap capable of absorbing incident light, but since it is highly doped, it does not become depleted at the voltage level of practical use and does not actually function as an absorption layer. The relationship between carrier concentration and depletion will be described later.

図1(B)は、p型電極17とn型電極18の間に逆バイアス電圧を印加した状態における半導体受光素子10のバンドダイヤグラムを示す図である。 Figure 1 (B) shows a band diagram of the semiconductor light receiving element 10 when a reverse bias voltage is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18.

図2は、p型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示すグラフである。図2の横軸は、PN接合界面を0とした時の各層の厚さを示している。図2において+(プラス)方向はPN接合界面よりn型電極18側を示し、-(マイナス)方向はp型電極17側を示す。また縦軸は電界強度を示す。n型低濃度InGaAs吸収層13、p型低濃度InGaAs吸収層14の界面がPN接合であり、電界強度が最大となり、PN接合界面から離れるほど電界強度は低下する。PN接合界面の電界強度をE0(V/m)とすると、n型低濃度InGaAs吸収層13内の電界強度En(V/m)は、数式4で表される。

Figure 0007588028000001
2 is a graph showing the electric field strength when a reverse bias voltage of 2V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the thickness of each layer when the PN junction interface is set to 0. In FIG. 2, the + (plus) direction indicates the n-type electrode 18 side from the PN junction interface, and the - (minus) direction indicates the p-type electrode 17 side. The vertical axis indicates the electric field strength. The interface between the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 is the PN junction, where the electric field strength is maximum, and the electric field strength decreases as it moves away from the PN junction interface. If the electric field strength at the PN junction interface is E0 (V/m), the electric field strength En (V/m) in the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 is expressed by Equation 4.
Figure 0007588028000001

ここでqは素電荷(=1.6×10^19(C))、εnはn型低濃度InGaAs吸収層13の誘電率である。ここでは、InGaAsの誘電率(=1.23×10^-10(F/m))となる。Nnはn型低濃度InGaAs吸収層13のキャリア密度で2×10^15/cm^3である。DnはPN接合界面からの距離である。電界強度EnがゼロとなるPN接合界面からの距離をDn0とすると、E0は数式5で表される。

Figure 0007588028000002
Here, q is the elementary charge (=1.6×10^19 (C)), and εn is the dielectric constant of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13. Here, the dielectric constant of InGaAs is (=1.23×10^-10 (F/m)). Nn is the carrier density of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13, which is 2×10^15/cm^3. Dn is the distance from the PN junction interface. If the distance from the PN junction interface at which the electric field intensity En becomes zero is Dn0, E0 is expressed by Equation 5.
Figure 0007588028000002

同様に、p型低濃度InGaAs吸収層14内の電界強度Ep(V/m)は、数式6で表される。

Figure 0007588028000003
Similarly, the electric field strength Ep (V/m) in the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 is expressed by Equation 6.
Figure 0007588028000003

εpはp型低濃度InGaAs吸収層14の誘電率である。ここではInGaAsの誘電率(=1.23×10^-10(F/m))となる。またNpはp型低濃度InGaAs吸収層14のキャリア密度で2×10^15/cm^3、DpはPN接合界面からの距離である。電界強度EpがゼロとなるPN接合界面からの距離をDp0とすると、E0は数式7で表される。

Figure 0007588028000004
εp is the dielectric constant of the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14. Here, it is the dielectric constant of InGaAs (=1.23×10^-10 (F/m)). Np is the carrier density of the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14, which is 2×10^15/cm^3, and Dp is the distance from the PN junction interface. If the distance from the PN junction interface at which the electric field intensity Ep becomes zero is Dp0, E0 is expressed by Equation 7.
Figure 0007588028000004

逆バイアス電圧をVr、n型低濃度InGaAs吸収層13とp型低濃度InGaAs吸収層14の界面におけるビルトインポテンシャルをVbとすると、電界強度EnをPN接合界面からDn0まで積分した値と電界強度EpをPN接合界面からDp0まで積分した値の合計が(Vr+Vb)(V)となるため、以下の数式8が成立する。

Figure 0007588028000005
If the reverse bias voltage is Vr and the built-in potential at the interface between the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 is Vb, the sum of the value obtained by integrating the electric field intensity En from the PN junction interface to Dn0 and the value obtained by integrating the electric field intensity Ep from the PN junction interface to Dp0 is (Vr+Vb) (V), and therefore the following formula 8 is established.
Figure 0007588028000005

数式5、数式7及び式数8より、数式1、数式2及び数式3が導き出される。

Figure 0007588028000006
Figure 0007588028000007
Figure 0007588028000008
From the formulas 5, 7, and 8, the formulas 1, 2, and 3 are derived.
Figure 0007588028000006
Figure 0007588028000007
Figure 0007588028000008

光通信に用いられる光モジュール(光トランシーバ)は、3.3V単一電源で駆動されることが多い。この時、光モジュールに内蔵される半導体受光素子10に印可される電圧は、光モジュールの内部回路(例えばトランスインピーダンス増幅回路)内の電圧降下の影響から、最小で2V程度となる。またビルトインポテンシャルは半導体材料により決定され、ここではInGaAs層同士のPN接合であるため0.54Vとなる。ここで数式1にVr=2V、Vb=0.54Vを代入すると、Dp0=0.988μmとなる。また数式2及び数式3よりDn0=0.988μmとなる。すなわちn型低濃度InGaAs吸収層13とp型低濃度InGaAs吸収層14のキャリア濃度が2×10^15/cm^3である場合、2Vの電圧を印可した場合は、0.988μmの幅まで空乏化することが可能であることが分かる。本実施形態においては、Wn=0.9μm、Wp=0.9μmであるため、n型低濃度InGaAs吸収層13およびp型低濃度InGaAs吸収層14の全領域が空乏化する。つまり、半導体受光素子10は空乏化する幅(厚み)は1.8μmとなる。 Optical modules (optical transceivers) used in optical communications are often driven by a single 3.3V power supply. At this time, the voltage applied to the semiconductor light receiving element 10 built into the optical module is a minimum of about 2V due to the effect of the voltage drop in the internal circuit (e.g., the transimpedance amplifier circuit) of the optical module. The built-in potential is determined by the semiconductor material, and in this case, it is 0.54V because it is a PN junction between InGaAs layers. Here, if Vr = 2V and Vb = 0.54V are substituted into formula 1, Dp0 = 0.988μm. Furthermore, from formulas 2 and 3, Dn0 = 0.988μm. In other words, if the carrier concentration of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14 is 2×10^15/cm^3, it can be seen that it is possible to deplete to a width of 0.988μm when a voltage of 2V is applied. In this embodiment, Wn = 0.9 μm and Wp = 0.9 μm, so the entire region of the low-concentration n-type InGaAs absorption layer 13 and the low-concentration p-type InGaAs absorption layer 14 is depleted. In other words, the width (thickness) of the semiconductor light receiving element 10 that is depleted is 1.8 μm.

本発明は吸収層が低濃度のp型半導体層と低濃度のn型半導体層で構成されていることに特徴がある。ここで低濃度とは、実際に使用される数Vの電圧印可時において十分に空乏化することが可能な程度の濃度を示す。具体的にはキャリア濃度が1×10^16/cm^3未満であることが好ましい。p型InGaAsコンタクト層16のBeは5×10^19/cm^3であり、数Vでは空乏化せず実質的には吸収層としては機能しない。低濃度のp型半導体層とn型半導体層により吸収層を構成することで、あるバイアス電圧印可時において空乏層領域を大きくできる。これにより、低容量化を実現し、高速応答性に優れた半導体受光素子を提供することができる。 The present invention is characterized in that the absorption layer is composed of a low-concentration p-type semiconductor layer and a low-concentration n-type semiconductor layer. Here, low concentration refers to a concentration that can be sufficiently depleted when a voltage of several volts is applied, which is actually used. Specifically, it is preferable that the carrier concentration is less than 1 x 10^16/cm^3. The Be of the p-type InGaAs contact layer 16 is 5 x 10^19/cm^3, and it is not depleted at several volts and does not actually function as an absorption layer. By forming the absorption layer from a low-concentration p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, the depletion layer region can be enlarged when a certain bias voltage is applied. This makes it possible to provide a semiconductor light receiving element that achieves low capacitance and has excellent high-speed response.

ここで本発明の効果を比較例を用いて説明する。図3(A)は、比較例に係る半導体受光素子30の断面図である。本実施形態にかかる半導体受光素子10との違いは、吸収層の構成であり、その他の構成は同じである。半導体受光素子30の吸収層は、厚さWncのn型低濃度InGaAs吸収層33で構成されている。本実施形態のn型低濃度InGaAs吸収層13と同様に、バックグラウンドレベルで含まれるn型キャリア濃度が2×10^15/cm^3であるn型半導体層となっている。またWncは1.8μmとした。つまり吸収層は、半導体受光素子10と同じ濃度で、同じ厚みである。異なる点は、すべての吸収層がn型となっている点のみである。図3(B)は、半導体受光素子30の逆バイアス印可時のバンドダイヤグラムである。 Here, the effect of the present invention will be described using a comparative example. FIG. 3A is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element 30 according to the comparative example. The difference from the semiconductor light receiving element 10 according to the present embodiment is the configuration of the absorption layer, and the other configurations are the same. The absorption layer of the semiconductor light receiving element 30 is composed of an n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 with a thickness Wnc. As with the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 of the present embodiment, it is an n-type semiconductor layer with an n-type carrier concentration of 2×10^15/cm^3 contained at the background level. Wnc is set to 1.8 μm. That is, the absorption layer has the same concentration and thickness as the semiconductor light receiving element 10. The only difference is that all the absorption layers are n-type. FIG. 3B is a band diagram of the semiconductor light receiving element 30 when a reverse bias is applied.

図4は、比較例において、半導体受光素子30のp型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示す。図2同様に横軸はPN接合界面を0としている。n型低濃度InGaAs吸収層33とp型InGaAsコンタクト層16の界面がPN接合である。n型低濃度InGaAs吸収層33内の電界強度はPN接合界面が最大となり、PN接合界面から離れるほど低下する。PN接合界面の電界強度をE0(V/m)とすると、n型低濃度InGaAs吸収層33内の電界強度En(V/m)は、数式4で表される。同様に電界強度EnがゼロとなるPN接合界面からの距離をDn0とすると、E0は数式5で表される。 Figure 4 shows the electric field strength in a comparative example when a reverse bias voltage of 2 V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 30. As in Figure 2, the horizontal axis is set to 0 at the PN junction interface. The interface between the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 and the p-type InGaAs contact layer 16 is the PN junction. The electric field strength in the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 is maximum at the PN junction interface and decreases with distance from the PN junction interface. If the electric field strength at the PN junction interface is E0 (V/m), the electric field strength En (V/m) in the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 is expressed by Equation 4. Similarly, if the distance from the PN junction interface at which the electric field strength En becomes zero is Dn0, E0 is expressed by Equation 5.

逆バイアス電圧をVr、n型InGaAs吸収層33とp型InGaAsコンタクト層16の界面におけるビルトインポテンシャルをVbとすると、電界強度EをPN接合界面からDn0まで積分したものが(Vr+Vb)(V)となるため、Dn0は、数式9で表される。

Figure 0007588028000009
If the reverse bias voltage is Vr and the built-in potential at the interface between the n-type InGaAs absorption layer 33 and the p-type InGaAs contact layer 16 is Vb, the integration of the electric field intensity E from the PN junction interface to Dn0 is (Vr+Vb) (V), and therefore Dn0 is expressed by Equation 9.
Figure 0007588028000009

数式9にVr=2V、Vb=0.54(V)を代入すると、Dn0=1.397μmとなる。つまり、n型低濃度InGaAs吸収層33は1.8μmの厚みがあるが、実際に2Vを印可した際は1.397μmしか空乏化しない。 When Vr = 2 V and Vb = 0.54 (V) are substituted into Equation 9, Dn0 = 1.397 μm. In other words, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 has a thickness of 1.8 μm, but when 2 V is actually applied, only 1.397 μm is depleted.

本実施形態に係る半導体受光素子10はn型低濃度InGaAs吸収層13およびp型低濃度InGaAs吸収層14で吸収層を構成し、その厚みは1.8μmである。そして2V印可時においてすべて空乏化する。一方、比較例に係る半導体受光素子30はn型低濃度InGaAsのみで構成された吸収層であり、その厚みは1.8μmである。しかし2V印可時においては1.397μmしか空乏化しない。そのため、本実施形態に係る半導体受光素子10は半導体受光素子30と比較して容量が小さく、高速応答性に優れた半導体受光素子である。また、本実施形態の半導体受光素子10は、比較例の半導体受光素子30と比較して、同じ空乏化する領域を得るための電圧を小さくすることができると言える。そのため、同じ容量、つまり同程度の高速応答性を得るために必要な電圧が絶対値で小さくてよく、低消費電力に優れた半導体受光素子と言える。本特性は、吸収層を空乏化できるキャリア濃度がそれぞれ1×10^16/cm^3未満であるp型低濃度吸収層とn型低濃度吸収層とを組み合わせたことにより得られる。 The semiconductor light receiving element 10 according to this embodiment has an absorption layer composed of an n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 and a p-type low-concentration InGaAs absorption layer 14, and the thickness of the absorption layer is 1.8 μm. When 2 V is applied, all of the absorption layers are depleted. On the other hand, the semiconductor light receiving element 30 according to the comparative example has an absorption layer composed only of n-type low-concentration InGaAs, and the thickness of the absorption layer is 1.8 μm. However, when 2 V is applied, only 1.397 μm is depleted. Therefore, the semiconductor light receiving element 10 according to this embodiment has a smaller capacity than the semiconductor light receiving element 30, and is a semiconductor light receiving element with excellent high-speed response. In addition, it can be said that the semiconductor light receiving element 10 according to this embodiment can reduce the voltage required to obtain the same depleted region compared to the semiconductor light receiving element 30 of the comparative example. Therefore, the voltage required to obtain the same capacity, that is, the same level of high-speed response, can be smaller in absolute value, and it can be said to be a semiconductor light receiving element with excellent low power consumption. This characteristic is achieved by combining a p-type low-concentration absorption layer and an n-type low-concentration absorption layer, each of which has a carrier concentration capable of depleting the absorption layer of less than 1 x 10^16/cm^3.

特許文献2に、N層との接合面から内側に向かって徐々に濃度を減ずるn型不純物を含む層と、P層の接合面から内側に向かって徐々に濃度を減ずるp型不純物を含む層からなる半導体受光素子が示されている。n型不純物層とp型不純物層の界面においては、両者の濃度は0となっている。この構造では、p型InGaAs吸収層とn型InGaAs吸収層は双方とも、これらに接するP型層又はN型層との接合面が1×10^16/cm^3以上の高濃度であり、接合面から内部に向かって徐々に濃度を減ずる構造である。そのためn型不純物層およびp型不純物層のすべては空乏化せずに、キャリア濃度が1×10^16/cm^3未満の領域のみが空乏化する。特許文献2は、不純物層各々における濃度勾配で内部電界を発生させ、低電圧時でもキャリアの移動速度を低下させないことが目的である。そのため、不純物層全体のキャリア濃度を1×10^16/cm^3未満にすることは想定されていない。また、n型不純物層の中で、キャリア濃度は1×10^16/cm^3付近においても徐々に濃度が変わる。そのため、実際に空乏化する領域にきっちりと電界がかからず、空乏化領域と空乏化しない領域との界面がぼやける。その結果、キャリアの移動速度が十分に得られず高速応答性の観点ではデメリットとなる。本実施形態に係る半導体受光素子10では、n型低濃度InGaAs吸収層13は5×10^18/cm^3という自身の濃度と比較して10倍以上の高濃度にドーピングされたn型InPコンタクト層12と接している。そのため、n型低濃度InGaAs吸収層13には電界がきっちりとかかり、キャリアの吐き出し性に優れた高速応答が可能な半導体受光素子となっている。空乏層領域に電界を十分に印可するためには、低濃度層に接する層のキャリア濃度は1×10^17/cm^3以上が好ましい。 Patent Document 2 shows a semiconductor light receiving element consisting of a layer containing n-type impurities whose concentration gradually decreases from the junction surface with the N layer toward the inside, and a layer containing p-type impurities whose concentration gradually decreases from the junction surface with the P layer toward the inside. At the interface between the n-type impurity layer and the p-type impurity layer, the concentration of both is 0. In this structure, the junction surface with the P-type layer or N-type layer in contact with both the p-type InGaAs absorption layer and the n-type InGaAs absorption layer has a high concentration of 1×10^16/cm^3 or more, and the concentration gradually decreases from the junction surface toward the inside. Therefore, the entire n-type impurity layer and the p-type impurity layer are not depleted, and only the regions with a carrier concentration of less than 1×10^16/cm^3 are depleted. Patent Document 2 aims to generate an internal electric field with a concentration gradient in each impurity layer, and not to reduce the carrier movement speed even at low voltage. Therefore, it is not assumed that the carrier concentration of the entire impurity layer will be less than 1×10^16/cm^3. In addition, in the n-type impurity layer, the carrier concentration gradually changes even at a concentration of about 1×10^16/cm^3. Therefore, the electric field is not applied exactly to the region that is actually depleted, and the interface between the depleted region and the non-depleted region becomes blurred. As a result, the carrier movement speed is not obtained sufficiently, which is a disadvantage in terms of high-speed response. In the semiconductor light receiving element 10 according to this embodiment, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13 is in contact with the n-type InP contact layer 12 that is doped at a concentration of 5×10^18/cm^3, which is 10 times higher than its own concentration. Therefore, the electric field is applied exactly to the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 13, and the semiconductor light receiving element is capable of high-speed response with excellent carrier discharge properties. In order to apply a sufficient electric field to the depletion layer region, the carrier concentration of the layer in contact with the low-concentration layer is preferably 1×10^17/cm^3 or more.

[第2の実施形態]
図5(A)は本発明の第2の実施形態にかかる半導体受光素子50の断面図である。図5(B)は半導体受光素子50に逆バイアス電圧を印加した状態におけるバンドダイヤグラムを示す。第1の実施形態に示した半導体受光素子10との違いは、n型低濃度InGaAs吸収層13,53とp型低濃度InGaAs吸収層14,54の濃度と厚みの違いである。本実施形態では、n型低濃度InGaAs吸収層53は3×10^15/cm^3の濃度で厚みは0.6μmである。一方、p型低濃度InGaAs吸収層54は、2×10^15/cm^3の濃度で厚みは0.9μmである。すなわち、n型低濃度InGaAs吸収層53はp型低濃度InGaAs吸収層54よりも薄く形成され、吸収層全体の厚みは1.5μmである。その他の構成は半導体受光素子10と同じである。
Second Embodiment
FIG. 5A is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element 50 according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5B shows a band diagram in a state where a reverse bias voltage is applied to the semiconductor light receiving element 50. The difference from the semiconductor light receiving element 10 shown in the first embodiment is the difference in concentration and thickness of the n-type low concentration InGaAs absorption layers 13, 53 and the p-type low concentration InGaAs absorption layers 14, 54. In this embodiment, the n-type low concentration InGaAs absorption layer 53 has a concentration of 3×10^15/cm^3 and a thickness of 0.6 μm. On the other hand, the p-type low concentration InGaAs absorption layer 54 has a concentration of 2×10^15/cm^3 and a thickness of 0.9 μm. That is, the n-type low concentration InGaAs absorption layer 53 is formed thinner than the p-type low concentration InGaAs absorption layer 54, and the thickness of the entire absorption layer is 1.5 μm. The other configurations are the same as those of the semiconductor light receiving element 10.

図6は、半導体受光素子50のp型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示すグラフである。図2同様に横軸はPN接合界面を0としている。空乏化できる領域、すなわち電界強度が0となるPN接合界面からの距離Dn0およびDp0は、数式1、数式2及び数式3より求めることができる。Vr=2V、Vb=0.54(V)をそれぞれ数式1、数式2及び数式3に代入すると、Dp0=1.082μm、Dn0=0.721μmとなる。つまり、厚みが0.9μmであるp型低濃度InGaAs吸収層54も、厚みが0.6μmであるn型低濃度InGaAs吸収層53もすべて空乏化できることを示している。またn型低濃度InGaAs吸収層53およびp型低濃度InGaAs吸収層54のキャリア濃度が上記の値の場合、最大空乏層厚はDp0+Dn0=1.803μmとなる。これは本実施形態では吸収層の厚みは1.5μmとしたが、1.803μmとしてもすべて空乏化させることが可能であることを示している。 Figure 6 is a graph showing the electric field strength when a reverse bias voltage of 2V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 50. As in Figure 2, the horizontal axis is set to 0 at the PN junction interface. The depleted region, that is, the distances Dn0 and Dp0 from the PN junction interface where the electric field strength is 0, can be calculated from Formulas 1, 2, and 3. Substituting Vr = 2V and Vb = 0.54 (V) into Formulas 1, 2, and 3, respectively, results in Dp0 = 1.082 μm and Dn0 = 0.721 μm. In other words, it shows that both the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 54 with a thickness of 0.9 μm and the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 53 with a thickness of 0.6 μm can be depleted. Furthermore, when the carrier concentrations of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 53 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 54 are the above values, the maximum depletion layer thickness is Dp0 + Dn0 = 1.803 μm. This shows that although the absorption layer thickness is 1.5 μm in this embodiment, it is possible to completely deplete the absorption layer even if it is 1.803 μm.

一方、例えば比較例において、n型低濃度InGaAs吸収層33の濃度を、本実施形態のn型低濃度InGaAs吸収層53と同じ3×10^15/cm^3とした場合、最大空乏化領域の幅は1.14μmとなる。従って、同じキャリア濃度であっても本実施形態で示したようにp型低濃度吸収層とn型低濃度吸収層を組み合わせることで、最大空乏化領域の幅を広くすることが可能となる。また数式1、数式2及び数式3より明らかなように、あるバイアス電圧において最大の空乏化領域を得るためにはp型低濃度吸収層とn型低濃度吸収層のキャリア濃度が同じ濃度の場合である。 On the other hand, for example, in the comparative example, if the concentration of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 33 is set to 3×10^15/cm^3, the same as that of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 53 of this embodiment, the width of the maximum depletion region is 1.14 μm. Therefore, even with the same carrier concentration, it is possible to widen the width of the maximum depletion region by combining a p-type low-concentration absorption layer and an n-type low-concentration absorption layer as shown in this embodiment. Also, as is clear from Equation 1, Equation 2, and Equation 3, in order to obtain the maximum depletion region at a certain bias voltage, the carrier concentrations of the p-type low-concentration absorption layer and the n-type low-concentration absorption layer must be the same.

光吸収により、電子と正孔(ホール)対が生成される。そしてホールはp型InGaAsコンタクト層16側に移動し、電子はn型InPコンタクト層12側に移動する。光吸収は吸収層全体で行われ、n型InPコンタクト層12に近い側で発生したホールはp型InGaAsコンタクト層16に近い側で発生したホールと比較して長い距離を移動する必要がある。ホールは電子と比較して重いために移動するのに時間がかかる。高周波駆動においては、ホールを早く空乏層領域から移動させることで高速応答性を向上させることが可能となる。本実施形態では電界強度が最大となるPN接合界面は、吸収層全体でみるとn側に寄っている。従って、より長い距離を移動しなければならないn型低濃度吸収層InGaAs53で生成されたホールには強い電界がかかる。そのため、これらのホールは強い電界により加速され、p型InGaAsコンタクト層16側に早く移動することが可能となる。その結果、より高速応答性に優れた半導体受光素子を提供することが可能となる。 Light absorption generates electron-hole pairs. The holes then move to the p-type InGaAs contact layer 16 side, and the electrons move to the n-type InP contact layer 12 side. Light absorption occurs throughout the absorption layer, and holes generated near the n-type InP contact layer 12 must move a longer distance than holes generated near the p-type InGaAs contact layer 16 side. Holes are heavier than electrons, so they take longer to move. In high-frequency driving, it is possible to improve high-speed response by quickly moving holes from the depletion layer region. In this embodiment, the PN junction interface where the electric field strength is maximum is closer to the n-side when viewed from the entire absorption layer. Therefore, a strong electric field is applied to the holes generated in the n-type low-concentration absorption layer InGaAs 53, which must move a longer distance. Therefore, these holes are accelerated by the strong electric field, and can move quickly to the p-type InGaAs contact layer 16 side. As a result, it is possible to provide a semiconductor light-receiving element with superior high-speed response.

[第3の実施形態]
図7(A)は本発明の第3の実施形態にかかる半導体受光素子60の断面図である。図7(B)は半導体受光素子60に逆バイアス電圧を印加した状態におけるバンドダイヤグラムを示す。第1の実施形態に示した半導体受光素子10との違いは、n型低濃度InGaAs吸収層13,63とp型低濃度InGaAs吸収層14,64の濃度と厚みである。本実施形態では、n型低濃度InGaAs吸収層63は2×10^15/cm^3の濃度で厚みは0.9μmである。一方、p型低濃度InGaAs吸収層64は、3×10^15/cm^3の濃度で厚みは0.6μmである。すなわち、n型低濃度InGaAs吸収層63とp型低濃度InGaAs吸収層64のうち、光が入射する面に近い方(p型低濃度InGaAs吸収層64)が他方(n型低濃度InGaAs吸収層63)よりも薄く形成され、吸収層全体の厚みは1.5μmである。その他の構成は半導体受光素子10と同じである。
[Third embodiment]
7A is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element 60 according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7B shows a band diagram in a state where a reverse bias voltage is applied to the semiconductor light receiving element 60. The difference from the semiconductor light receiving element 10 shown in the first embodiment is the concentration and thickness of the n-type low concentration InGaAs absorption layers 13, 63 and the p-type low concentration InGaAs absorption layers 14, 64. In this embodiment, the n-type low concentration InGaAs absorption layer 63 has a concentration of 2×10^15/cm^3 and a thickness of 0.9 μm. On the other hand, the p-type low concentration InGaAs absorption layer 64 has a concentration of 3×10^15/cm^3 and a thickness of 0.6 μm. That is, of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64, the one closer to the light incident surface (the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64) is formed thinner than the other (the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63), and the thickness of the entire absorption layer is 1.5 μm. The other configurations are the same as those of the semiconductor light receiving element 10.

図8は、半導体受光素子60のp型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示すグラフである。図2同様に横軸はPN接合界面を0としている。空乏化できる領域、すなわち電界強度が0となるPN接合界面からの距離Dn0およびDp0は、数式1、数式2、数式3より求めることができる。Vr=2V、Vb=0.54(V)をそれぞれ数式1、数式2、数式3に代入すると、Dp0=0.721μm、Dn0=1.082μmとなる。つまり、厚みが0.6μmであるp型低濃度InGaAs吸収層64も、厚みが0.9μmであるn型低濃度InGaAs吸収層63もすべて空乏化できることを示している。またn型低濃度InGaAs吸収層63およびp型低濃度InGaAs吸収層64のキャリア濃度が上記の値の場合、最大空乏層厚はDp0+Dn0=1.803μmとなる。これは本実施形態では吸収層の厚みは1.5μmとしたが、1.803μmとしてもすべて空乏化させることが可能であることを示している。 Figure 8 is a graph showing the electric field strength when a reverse bias voltage of 2V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 60. As in Figure 2, the horizontal axis is set to 0 at the PN junction interface. The depleted region, that is, the distances Dn0 and Dp0 from the PN junction interface where the electric field strength is 0, can be calculated from Formulas 1, 2, and 3. Substituting Vr = 2V and Vb = 0.54 (V) into Formulas 1, 2, and 3, respectively, results in Dp0 = 0.721 μm and Dn0 = 1.082 μm. In other words, it shows that both the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64 with a thickness of 0.6 μm and the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63 with a thickness of 0.9 μm can be depleted. Furthermore, when the carrier concentrations of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63 and the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64 are the above values, the maximum depletion layer thickness is Dp0 + Dn0 = 1.803 μm. This shows that although the absorption layer thickness is 1.5 μm in this embodiment, it is possible to completely deplete the absorption layer even if it is 1.803 μm.

一方、例えば比較例において、n型低濃度InGaAs吸収層33の濃度を、本実施形態のn型低濃度InGaAs吸収層63と同じ×10^15/cm^3とした場合、最大空乏化領域の幅は1.14μmとなる。従って、同じキャリア濃度であっても本実施形態で示したようにp型低濃度吸収層とn型低濃度吸収層を組み合わせることで、最大空乏化領域の幅を広くすることが可能となる。 On the other hand, for example, in the comparative example, when the concentration of the low-concentration n-type InGaAs absorption layer 33 is set to 2 ×10^15/cm^3, which is the same as that of the low-concentration n-type InGaAs absorption layer 63 of this embodiment, the width of the maximum depletion region is 1.14 μm. Therefore, even with the same carrier concentration, it is possible to increase the width of the maximum depletion region by combining a low-concentration p-type absorption layer and a low-concentration n-type absorption layer as shown in this embodiment.

半導体受光素子60は表面入射型光半導体受光素子であり、受信した光信号はp型InGaAsコンタクト層16を通過してp型低濃度InGaAs吸収層64に入光する。入光した光信号は、p型低濃度InGaAs吸収層64で吸収されながらn型低濃度InGaAs吸収層63に到達し、そこでも吸収される。そのため、p型低濃度InGaAs吸収層64で吸収される光の量はn型低濃度InGaAs吸収層63で吸収される光の量より多い。従って、光吸収によって生成されるホールと電子の対もp型低濃度InGaAs吸収層64の領域の方が多い。多く発生したキャリアを高速に移動させるためには強い電界がかかることが好ましい。本実施形態においては、光吸収が多いp型低濃度InGaAs吸収層64の方により高い電界強度を印加することが可能となり、効率的にキャリアを移動させることが可能である。 The semiconductor light receiving element 60 is a surface-incident type optical semiconductor light receiving element, and the received optical signal passes through the p-type InGaAs contact layer 16 and enters the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64. The entered optical signal is absorbed by the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64 and reaches the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63, where it is also absorbed. Therefore, the amount of light absorbed by the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64 is greater than the amount of light absorbed by the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63. Therefore, the number of hole-electron pairs generated by light absorption is also greater in the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64. It is preferable to apply a strong electric field in order to move the large number of carriers generated at high speed. In this embodiment, it is possible to apply a higher electric field strength to the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 64, which has a large amount of light absorption, and it is possible to move the carriers efficiently.

第2の実施形態で説明したように、n型低濃度InGaAs吸収層63の電界強度を強めたほうがいい場合もある。例えば表面入射型の場合は、p側で多く生成されるキャリアを速く移動させるために第3の実施形態の半導体受光素子60が好ましい。一方、裏面入射型半導体受光素子の場合は光吸収量が多いのはn型低濃度InGaAs吸収層63であり、第2の実施形態の半導体受光素子50の方が高速応答性に優れる。また表面入射型半導体受光素子であっても、p側で多く生成されるキャリアの引き出し性とn側のホールの引き出し性のどちらが全体としての高速応答性に影響するかは、入射する光強度、印可する電圧、さらに吸収層の厚さや濃度等によって変わる。そのため全体の設計として、p型低濃度吸収層とn型低濃度吸収層の厚さや濃度を決定することが好ましい。 As explained in the second embodiment, there are cases where it is better to strengthen the electric field strength of the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63. For example, in the case of a front-illuminated type, the semiconductor light receiving element 60 of the third embodiment is preferable in order to move carriers generated in large quantities on the p-side quickly. On the other hand, in the case of a back-illuminated type semiconductor light receiving element, the n-type low-concentration InGaAs absorption layer 63 absorbs a large amount of light, and the semiconductor light receiving element 50 of the second embodiment has a superior high-speed response. Even in the case of a front-illuminated type semiconductor light receiving element, whether the ability to extract carriers generated in large quantities on the p-side or the ability to extract holes on the n-side affects the overall high-speed response depends on the incident light intensity, the applied voltage, and the thickness and concentration of the absorption layer. Therefore, it is preferable to determine the thickness and concentration of the p-type low-concentration absorption layer and the n-type low-concentration absorption layer as an overall design.

[第4の実施形態]
図9(A)は本発明の第4の実施形態にかかる半導体受光素子70の断面図である。図7(B)は半導体受光素子70に逆バイアス電圧を印加した状態におけるバンドダイヤグラムを示す。第1の実施形態に示した半導体受光素子10との違いは、n型低濃度InGaAs吸収層13が、キャリア濃度が1×10^15/cm^3のn型低濃度InPワイドバンドギャップ層73となっている点と、p型低濃度InGaAs吸収層74の厚みが0.8μmとなっている点である。p型低濃度InGaAs吸収層74のキャリア濃度は、第1の実施形態と同じ2×10^15/cm^3である。なお、n型低濃度InPワイドバンドギャップ層73のキャリアは意図的にドーピングした場合もバックグラウンドで含まれる場合のいずれであっても構わない。n型低濃度InPワイドバンドギャップ層73の厚みは、1.5μmとした。つまり吸収層はp型低濃度InGaAs吸収層74のみであり、その厚みは0.9μmである。その他の構成は半導体受光素子10と同じである。
[Fourth embodiment]
FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor light receiving element 70 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7B shows a band diagram in a state where a reverse bias voltage is applied to the semiconductor light receiving element 70. The difference from the semiconductor light receiving element 10 shown in the first embodiment is that the n-type low concentration InGaAs absorption layer 13 is an n-type low concentration InP wide band gap layer 73 with a carrier concentration of 1×10^15/cm^3, and the thickness of the p-type low concentration InGaAs absorption layer 74 is 0.8 μm. The carrier concentration of the p-type low concentration InGaAs absorption layer 74 is 2×10^15/cm^3, which is the same as that of the first embodiment. The carriers of the n-type low concentration InP wide band gap layer 73 may be either intentionally doped or included in the background. The thickness of the n-type low concentration InP wide band gap layer 73 is 1.5 μm. In other words, the absorption layer is only the p-type low concentration InGaAs absorption layer 74 , and its thickness is 0.9 μm. The other configurations are the same as those of the semiconductor light receiving element 10.

n型低濃度InPワイドバンドギャップ層73は、InPのバンドギャップ波長が入射光の波長840nm~950nmより短いため、吸収層として作用しない。しかしキャリア濃度は1×10^16/cm^3未満であるため、空乏化する層である。p型低濃度InGaAs吸収層74で発生したキャリアのうち電子のみが内部電界により高速でドリフトすることが可能である。このようにキャリア移動時間の増大を抑制しつつ素子容量を低減する構造となっている。半導体受光素子の高速応答性を向上させるためには、容量低減と共にキャリアがどれだけ早く吸収層から抜けるかも重要である。本構造は後者の観点において優れた構造である。なお、入射する光の波長に対してワイドバンドギャップとなる層であればInPに限定はされず、例えばInAlAs層やInAlGaAs層であっても構わない。 The n-type low-concentration InP wide band gap layer 73 does not act as an absorption layer because the band gap wavelength of InP is shorter than the wavelength of the incident light, 840 nm to 950 nm. However, since the carrier concentration is less than 1×10^16/cm^3, it is a depleted layer. Only electrons among the carriers generated in the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 74 can drift at high speed due to the internal electric field. In this way, the structure reduces the element capacitance while suppressing the increase in carrier movement time. In order to improve the high-speed response of the semiconductor light receiving element, it is important not only to reduce the capacitance but also how quickly the carriers escape from the absorption layer. This structure is excellent in the latter respect. Note that the layer is not limited to InP as long as it has a wide band gap for the wavelength of the incident light, and may be, for example, an InAlAs layer or an InAlGaAs layer.

図10は、半導体受光素子70のp型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示すグラフである。図2同様に横軸はPN接合界面を0としている。空乏化できる領域、すなわち電界強度が0となるPN接合界面からの距離Dn0およびDp0は、数式1、数式2及び数式3より求めることができる。本実施形態に置いてはPN接合界面はInGaAs層とInP層との界面となるため、Vbは0.59Vとなる。またInPの誘電率は、1.11×10^-10(F/m)である。数式1、数式2及び数式3にVr=2V、Vb=0.59(V)をそれぞれ代入すると、Dp0=0.844μm、Dn0=1.517μmとなる。つまり、厚みが0.8μmであるp型低濃度InGaAs吸収層74も、厚みが1.5μmであるn型低濃度InPワイドバンドギャップ層73もすべて空乏化できることを示している。つまり半導体受光素子70は2V印可時において空乏層厚は2.3μmと大きいため容量が小さく、さらにn型低濃度InPワイドバンドギャップ層73によりキャリアの吐き出し性に優れ、高速応答が可能な素子である。なお、本実施形態ではn型低濃度層をワイドバンドギャップ層としたが、逆にp型低濃度層をInPワイドバンドギャップ層とし、n型低濃度層をn型InGaAs吸収層としても、本実施形態同様に広い空乏層を得ることができる。 Figure 10 is a graph showing the electric field strength when a reverse bias voltage of 2V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 70. As in Figure 2, the horizontal axis is set to 0 at the PN junction interface. The depleted region, that is, the distances Dn0 and Dp0 from the PN junction interface where the electric field strength is 0, can be calculated from Formulas 1, 2, and 3. In this embodiment, the PN junction interface is the interface between the InGaAs layer and the InP layer, so Vb is 0.59V. The dielectric constant of InP is 1.11 x 10^-10 (F/m). Substituting Vr = 2V and Vb = 0.59 (V) into Formulas 1, 2, and 3, respectively, gives Dp0 = 0.844μm and Dn0 = 1.517μm. In other words, both the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 74 with a thickness of 0.8 μm and the n-type low-concentration InP wide band gap layer 73 with a thickness of 1.5 μm can be depleted. In other words, the semiconductor light receiving element 70 has a small capacity because the depletion layer thickness is large at 2.3 μm when 2 V is applied, and furthermore, the n-type low-concentration InP wide band gap layer 73 has excellent carrier discharge properties and is an element capable of high-speed response. Note that, although the n-type low-concentration layer is a wide band gap layer in this embodiment, a wide depletion layer can be obtained similarly to this embodiment even if the p-type low-concentration layer is an InP wide band gap layer and the n-type low-concentration layer is an n-type InGaAs absorption layer.

第4の実施形態に示したように、低濃度層は必ずしも入射する光を吸収できるバンドギャップを備える材料のみで構成する必要はなく、キャリア濃度が1×10^16/cm^3未満のp型低濃度層とn型低濃度層によりPN界面を形成する構成とすることで空乏層を大きくすることが可能となる。 As shown in the fourth embodiment, the low concentration layer does not necessarily have to be made of only materials with a band gap capable of absorbing incident light, and it is possible to enlarge the depletion layer by forming a PN interface with a p-type low concentration layer and an n-type low concentration layer with a carrier concentration of less than 1 x 10^16/cm^3.

[変形例]
本発明の第4の実施形態にかかる半導体受光素子70の変形例について説明する。図11(A)は変形例にかかる半導体受光素子90の断面図である。図11(B)は半導体受光素子90に逆バイアス電圧を印加した状態におけるバンドダイヤグラムを示す。図12は、半導体受光素子90のp型電極17とn型電極18の間に2Vの逆バイアス電圧を印加した状態における電界強度を示すグラフである。第の実施形態に示した半導体受光素子70との違いは、p型低濃度InGaAs吸収層74とp型InGaAsコンタクト層16との間にp型高濃度InGaAs吸収層99が挟まれている点である。p型高濃度InGaAs吸収層99はBeを1×10^18/cm^3の濃度でドーピングした厚さ0.6μmの層である。p型高濃度InGaAs吸収層99はキャリア濃度が1×10^16/cm^3以上のため数V程度の電圧では空乏化しない。そのため、本層があることによる容量低減の効果は得られない。しかし、入射する光を吸収するバンドギャップを有しているため受光感度を向上させることに有効である。半導体受光素子90の空乏化領域は第4の実施形態で示した半導体受光素子70と同じである。なおp型高濃度InGaAs吸収層99は濃度勾配があってもよい。但し最も濃度が低い領域でも使用条件において印加されるバイアス電圧印加時に空乏化しない濃度である。具体的には1×10^17/cm^3以上の濃度が好ましい。さらにp型低濃度InGaAs吸収層74とn型低濃度InPワイドバンドギャップ層73との間に、第1の実施形態同様にn型低濃度InGaAs吸収層を挟んでも構わない。
[Modification]
A modified example of the semiconductor light receiving element 70 according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11A is a cross-sectional view of the semiconductor light receiving element 90 according to the modified example. FIG. 11B shows a band diagram in a state where a reverse bias voltage is applied to the semiconductor light receiving element 90. FIG. 12 is a graph showing an electric field intensity in a state where a reverse bias voltage of 2 V is applied between the p-type electrode 17 and the n-type electrode 18 of the semiconductor light receiving element 90. The difference from the semiconductor light receiving element 70 shown in the fourth embodiment is that a p-type high-concentration InGaAs absorption layer 99 is sandwiched between the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 74 and the p-type InGaAs contact layer 16. The p-type high-concentration InGaAs absorption layer 99 is a layer with a thickness of 0.6 μm doped with Be at a concentration of 1×10^18/cm^3. The p-type high-concentration InGaAs absorption layer 99 is not depleted by a voltage of several volts because the carrier concentration is 1×10^16/cm^3 or more. Therefore, the effect of reducing the capacitance due to the presence of this layer cannot be obtained. However, since it has a band gap that absorbs incident light, it is effective in improving the light receiving sensitivity. The depletion region of the semiconductor light receiving element 90 is the same as that of the semiconductor light receiving element 70 shown in the fourth embodiment. The p-type high-concentration InGaAs absorption layer 99 may have a concentration gradient. However, even the lowest concentration region has a concentration that does not cause depletion when a bias voltage is applied under the usage conditions. Specifically, a concentration of 1×10^17/cm^3 or more is preferable. Furthermore, an n-type low-concentration InGaAs absorption layer may be sandwiched between the p-type low-concentration InGaAs absorption layer 74 and the n-type low-concentration InP wide band gap layer 73 as in the first embodiment.

なお、空乏化させたい層を数式1、数式2及び数式3より導き出される厚みとして作成することが最も低容量、高速応答性に優れるが、数式1、数式2及び数式3より導き出される空乏化可能な層厚より10%程度まで厚い層として低濃度層を構成しても良い。この場合、p型低濃度層の内、p型高濃度層との界面付近や、n型低濃度層の内、n型高濃度層との界面付近においては空乏化しない層が存在する。しかしその層は厚くないために、キャリアの吐き出し性の劣化への影響は大きくなく、実用できるレベルである。 In addition, the layer to be depleted is created to have a thickness derived from Formula 1, Formula 2, and Formula 3, which is the most excellent in terms of low capacity and high-speed response, but the low-concentration layer may be configured as a layer up to about 10% thicker than the depletable layer thickness derived from Formula 1, Formula 2, and Formula 3. In this case, there are layers that are not depleted in the p-type low-concentration layer near the interface with the p-type high-concentration layer, and in the n-type low-concentration layer near the interface with the n-type high-concentration layer. However, since the layers are not thick, they do not have a large effect on the deterioration of the carrier discharge property, and are at a practical level.

上記実施形態で説明した構造をそれぞれの実施形態と組み合わせても本願発明の効果が得られることは言うまでもない。すなわち、n型低濃度層とp型低濃度層のうち少なくとも一方が入射する光を吸収する吸収層を含んでいれば、n型低濃度層とp型低濃度層は吸収層とワイドバンドギャップ層の2層で構成されてもよいし一方のみで構成されてもよい。さらに、n型低濃度層とp型低濃度層は同じ厚みであってもよいし、n型低濃度層がp型低濃度層よりも厚くてもよいし、n型低濃度層がp型低濃度層よりも薄くてもよい。また波長840nm~950nmの光信号を受信可能な表面入射型半導体受光素子について説明したが、その他の波長帯、例えば1.3μm帯や1.55μm帯の光信号を受信可能な表面入射型半導体受光素子であってもよいし、裏面入射型半導体受光素子であっても構わない。さらに光信号が入力されるファイバはシングルモードファイバであってもよい。また上記実施形態ではInP基板側に近いほうがn型とした構造で説明したが、これに限らず極性が反対、つまりInP基板側に近いほうをp型とした構成であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに半絶縁性のInP基板ではなく導電型の半導体基板であっても構わない。 Needless to say, the effects of the present invention can be obtained by combining the structures described in the above embodiments with each other. That is, if at least one of the n-type low concentration layer and the p-type low concentration layer includes an absorption layer that absorbs incident light, the n-type low concentration layer and the p-type low concentration layer may be composed of two layers, an absorption layer and a wide band gap layer, or only one of them. Furthermore, the n-type low concentration layer and the p-type low concentration layer may be the same thickness, the n-type low concentration layer may be thicker than the p-type low concentration layer, or the n-type low concentration layer may be thinner than the p-type low concentration layer. In addition, although the above description is of a front-illuminated semiconductor light receiving element capable of receiving optical signals of wavelengths of 840 nm to 950 nm, the front-illuminated semiconductor light receiving element capable of receiving optical signals of other wavelength bands, for example, the 1.3 μm band or the 1.55 μm band, or the back-illuminated semiconductor light receiving element may be used. Furthermore, the fiber to which the optical signal is input may be a single mode fiber. In the above embodiment, the structure was described in which the side closer to the InP substrate was n-type, but it goes without saying that the same effect can be obtained even if the polarity is reversed, that is, the side closer to the InP substrate is p-type. Furthermore, a conductive semiconductor substrate may be used instead of a semi-insulating InP substrate.

10 半導体受光素子、11 InP基板、12 n型InPコンタクト層、13 n型低濃度InGaAs吸収層、14 p型低濃度InGaAs吸収層、16 p型InGaAsコンタクト層、17 p型電極、18 n型電極、19 窒化シリコン膜、30 半導体受光素子、33 n型低濃度InGaAs吸収層、50 半導体受光素子、53 n型低濃度InGaAs吸収層、54 p型低濃度InGaAs吸収層、60 半導体受光素子、63 n型低濃度InGaAs吸収層、64 p型低濃度InGaAs吸収層、70 半導体受光素子、73 n型低濃度InPワイドバンドギャップ層、74 p型低濃度InGaAs吸収層、90 半導体受光素子、99 p型高濃度InGaAs吸収層。

10 semiconductor light receiving element, 11 InP substrate, 12 n-type InP contact layer, 13 n-type low-concentration InGaAs absorption layer, 14 p-type low-concentration InGaAs absorption layer, 16 p-type InGaAs contact layer, 17 p-type electrode, 18 n-type electrode, 19 silicon nitride film, 30 semiconductor light receiving element, 33 n-type low-concentration InGaAs absorption layer, 50 semiconductor light receiving element, 53 n-type low-concentration InGaAs absorption layer, 54 p-type low-concentration InGaAs absorption layer, 60 semiconductor light receiving element, 63 n-type low-concentration InGaAs absorption layer, 64 p-type low-concentration InGaAs absorption layer, 70 semiconductor light receiving element, 73 n-type low-concentration InP wide band gap layer, 74 p-type low-concentration InGaAs absorption layer, 90 semiconductor light receiving element, 99 p-type high concentration InGaAs absorption layer.

Claims (18)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、
前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、
前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、
前記第2導電型低濃度層の上に接して形成された第2導電型高濃度層と、を備え、
前記第1導電型高濃度層は、前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第2導電型高濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層の一方または両方は、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含み、
前記第1導電型低濃度層の厚みは、数式1、数式2及び数式3により定義される厚みDn0の1.1倍以下であり、
前記第2導電型低濃度層の厚みは、数式1、数式2及び数式3により定義される厚みDp0の1.1倍以下である、
半導体受光素子。
Figure 0007588028000010
Figure 0007588028000011
Figure 0007588028000012
Vr:外部より印可されるバイアス電圧
Vb:ビルトインポテンシャル
q :素電荷
εp:第2導電型低濃度層の誘電率
εn:第1導電型低濃度層の誘電率
A semiconductor substrate;
a first conductivity type high concentration layer formed on the semiconductor substrate;
a first conductivity type low concentration layer formed on and in contact with the first conductivity type high concentration layer;
a second conductivity type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductivity type low concentration layer;
a second conductivity type high concentration layer formed on and in contact with the second conductivity type low concentration layer,
the first conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductivity type low concentration layer,
the second conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer,
one or both of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer include an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
The thickness of the first conductivity type low concentration layer is 1.1 times or less a thickness Dn0 defined by Equation 1, Equation 2, and Equation 3,
The thickness of the second conductive type low concentration layer is 1.1 times or less the thickness Dp0 defined by the formula 1, the formula 2, and the formula 3.
Semiconductor photodetector.
Figure 0007588028000010
Figure 0007588028000011
Figure 0007588028000012
Vr: bias voltage applied from the outside Vb: built-in potential q: elementary charge εp: dielectric constant of the second conductivity type low concentration layer εn: dielectric constant of the first conductivity type low concentration layer
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層の厚みは、前記Dn0以下であり、
前記第2導電型低濃度層の厚みは、前記Dp0以下である、
半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
the thickness of the first conductivity type low concentration layer is equal to or less than Dn0,
The thickness of the second conductivity type low concentration layer is equal to or less than Dp0.
Semiconductor photodetector.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、
前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、
前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、
前記第2導電型低濃度層の上に接して形成された第2導電型高濃度層と、を備え、
前記第1導電型高濃度層は、前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第2導電型高濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層の一方または両方は、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含み、
前記第1導電型高濃度層は、第1導電型コンタクト層であり、
前記第2導電型高濃度層は、第2導電型コンタクト層であり、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層の両方は、入射する光を吸収するバンドギャップを有する吸収層を含み、
前記第1導電型低濃度層及び前記第2導電型低濃度層のそれぞれにおいて、前記吸収層は、低濃度InGaAs吸収層である、半導体受光素子。
A semiconductor substrate;
a first conductivity type high concentration layer formed on the semiconductor substrate;
a first conductivity type low concentration layer formed on and in contact with the first conductivity type high concentration layer;
a second conductivity type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductivity type low concentration layer;
a second conductivity type high concentration layer formed on and in contact with the second conductivity type low concentration layer,
the first conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductivity type low concentration layer,
the second conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer,
one or both of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer include an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
the first conductivity type high concentration layer is a first conductivity type contact layer,
the second conductive type high concentration layer is a second conductive type contact layer,
each of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer includes an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
the absorption layer in each of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer is a low concentration InGaAs absorption layer.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、
前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、
前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、
前記第2導電型低濃度層の上に接して形成された第2導電型高濃度層と、を備え、
前記第1導電型高濃度層は、前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第2導電型高濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く
記第1導電型高濃度層は、第1導電型コンタクト層であり、
前記第1導電型低濃度層は、入射する光を吸収しないバンドギャップを有する第1導電型低濃度ワイドバンドギャップ層であり、
前記第2導電型高濃度層は第2導電型コンタクト層であり、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層のうちの一方が、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含み、
前記一方は、前記第2導電型低濃度層である、半導体受光素子。
A semiconductor substrate;
a first conductivity type high concentration layer formed on the semiconductor substrate;
a first conductivity type low concentration layer formed on and in contact with the first conductivity type high concentration layer;
a second conductivity type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductivity type low concentration layer;
a second conductivity type high concentration layer formed on and in contact with the second conductivity type low concentration layer,
the first conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductivity type low concentration layer,
the second conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer ,
the first conductivity type high concentration layer is a first conductivity type contact layer,
the first conductivity type low concentration layer is a first conductivity type low concentration wide band gap layer having a band gap that does not absorb incident light,
the second conductive type high concentration layer is a second conductive type contact layer,
one of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer includes an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
the one of the first and second conductive types being a low concentration layer of the second conductive type.
請求項4に記載の半導体受光素子であって、
前記吸収層は、低濃度InGaAs吸収層である、半導体受光素子。
5. The semiconductor light receiving element according to claim 4,
The semiconductor light receiving element, wherein the absorption layer is a low-concentration InGaAs absorption layer.
請求項4に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度ワイドバンドギャップ層は、InP、InAlAs、InAlGaAsのいずれかで形成される、半導体受光素子。
5. The semiconductor light receiving element according to claim 4,
The first conductivity type low concentration wide band gap layer is made of any one of InP, InAlAs, and InAlGaAs.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、
前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、
前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、
前記第2導電型低濃度層の上に形成された第2導電型高濃度層と、を備え、
前記第1導電型高濃度層は、前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第2導電型高濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く
記第1導電型高濃度層は、第1導電型コンタクト層であり、
前記第1導電型低濃度層は、入射する光を吸収しないバンドギャップを有する第1導電型低濃度ワイドバンドギャップ層であり、
前記第2導電型高濃度層は、第2導電型コンタクト層であり、かつ、第1の第2導電型高濃度層であり、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層のうちの一方が、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含み、
前記一方は、第2導電型低濃度層であり、
さらに、前記第1の第2導電型高濃度層と前記第2導電型低濃度層との間に、前記第1の第2導電型高濃度層と接して形成された第2の第2導電型高濃度層を含む、半導体受光素子。
A semiconductor substrate;
a first conductivity type high concentration layer formed on the semiconductor substrate;
a first conductivity type low concentration layer formed on and in contact with the first conductivity type high concentration layer;
a second conductivity type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductivity type low concentration layer;
a second conductivity type high concentration layer formed on the second conductivity type low concentration layer,
the first conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductivity type low concentration layer,
the second conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer ,
the first conductivity type high concentration layer is a first conductivity type contact layer,
the first conductivity type low concentration layer is a first conductivity type low concentration wide band gap layer having a band gap that does not absorb incident light,
the second conductivity type high concentration layer is a second conductivity type contact layer and a first second conductivity type high concentration layer;
one of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer includes an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
the one is a second conductivity type low concentration layer,
the semiconductor light receiving element further including a second second conductivity type high concentration layer formed between the first second conductivity type high concentration layer and the second conductivity type low concentration layer in contact with the first second conductivity type high concentration layer.
請求項7に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度ワイドバンドギャップ層は、InP、InAlAs、InAlGaAsのいずれかで形成される、半導体受光素子。
8. The semiconductor light receiving element according to claim 7,
The first conductivity type low concentration wide band gap layer is made of any one of InP, InAlAs, and InAlGaAs.
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型である、半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
The first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型高濃度層と、
前記第1導電型高濃度層の上に接して形成された第1導電型低濃度層と、
前記第1導電型低濃度層とPN接合界面を形成する第2導電型低濃度層と、
前記第2導電型低濃度層の上に接して形成された第2導電型高濃度層と、を備え、
前記第1導電型高濃度層は、前記第1導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第2導電型高濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高く、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層の一方または両方は、入射する光を吸収するバンドギャップを備えた吸収層を含み、
前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であり、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりも薄い、半導体受光素子。
A semiconductor substrate;
a first conductivity type high concentration layer formed on the semiconductor substrate;
a first conductivity type low concentration layer formed on and in contact with the first conductivity type high concentration layer;
a second conductivity type low concentration layer forming a PN junction interface with the first conductivity type low concentration layer;
a second conductivity type high concentration layer formed on and in contact with the second conductivity type low concentration layer,
the first conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the first conductivity type low concentration layer,
the second conductivity type high concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer,
one or both of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer include an absorption layer having a band gap for absorbing incident light;
the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type;
The first conductivity type low concentration layer is thinner than the second conductivity type low concentration layer.
請求項10に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が高い、半導体受光素子。
11. The semiconductor light receiving element according to claim 10,
The first conductivity type low concentration layer has a higher carrier concentration than the second conductivity type low concentration layer.
請求項9に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりも厚い、半導体受光素子。
10. The semiconductor light receiving element according to claim 9,
The first conductivity type low concentration layer is thicker than the second conductivity type low concentration layer.
請求項12に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層よりキャリア濃度が低い、半導体受光素子。
13. The semiconductor light receiving element according to claim 12,
The first conductivity type low concentration layer has a carrier concentration lower than that of the second conductivity type low concentration layer.
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層と厚さが異なる、半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
The first conductivity type low concentration layer has a thickness different from that of the second conductivity type low concentration layer.
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層は、前記第2導電型低濃度層とキャリア濃度が異なる、半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
The first conductivity type low concentration layer has a carrier concentration different from that of the second conductivity type low concentration layer.
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層のキャリア濃度は、それぞれ1×1016/cm未満である、半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
a carrier concentration of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer is less than 1×10 16 /cm 3 ;
請求項1に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型高濃度層と前記第2導電型高濃度層のキャリア濃度は、それぞれ1×1016/cm以上である、半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1,
the first conductivity type high concentration layer and the second conductivity type high concentration layer each have a carrier concentration of 1×10 16 /cm 3 or more.
請求項17に記載の半導体受光素子であって、
前記第1導電型低濃度層と前記第2導電型低濃度層のキャリア濃度は、それぞれ1×1016/cm未満である、半導体受光素子。
18. The semiconductor light receiving element according to claim 17,
a carrier concentration of the first conductivity type low concentration layer and the second conductivity type low concentration layer is less than 1×10 16 /cm 3 ;
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