(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅドープＩｎＰ基板上に、高濃度（低抵抗）ｎ＋−ＩｎＰのバッファ層を形成し、その上にｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層を形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上にｎ−ＩｎＰキャップ層を設け、ｎ−ＩｎＰキャップ層とｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上方から内部に向かってＺｎ拡散によってｐ型領域とｐｎ接合を選択的に形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をバッファ層に至るまで除去し、ｐ電極はキャップ層上部のｐ型領域に形成し、ｎ電極は高濃度ｎ＋−ＩｎＰバッファ層に形成し、ｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層の側面を覆い、ｐ電極と同じ高さにｐ電極を囲むように引き出し、ＩｎＰ基板の裏面に光透過用窓を設け裏面入射型としたことを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
さらに高純度ｎ−ＩｎＰバッファ層を、高濃度バッファ層と受光層の間に形成した事を特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に光通信に用いる受光素子にかかるものである。特に小型・低価格の表面実装型に最適な裏面入射型の受光素子を提供するものである。受光素子（ＰＤ）には、光線の入射方向によって分類すると、上面入射型、裏面入射型、端面入射型などに分けられる。上面というのはｐｎ接合のある面を言う。簡単のためｎ型基板にｎ型層をエピ成長させ、上方中心部分にｐ型領域を作ることによってｐｎ接合を形成するようにしたＰＤを例にとる。上方というのはｐ型領域のある方で、下方とか裏面というのはｎ型基板の方を指す。
【０００２】
上面入射型というと、ｐ型領域から光が入るようにしたＰＤである。ｐ電極はリング状になっており、リングの開口部から信号光が入る。端面入射型はさらに幾つかの種類に分けることができる。面に平行な導波路型の受光部を有するＰＤであって側方から受光部にめがけて信号光が入るようにしたものが一つである（導波路型ＰＤとも言う）。これはＰＤ構造自体が特殊なものである。ｎ型基板・ｎ型層の上方中央部にｐ型領域を形成したＰＤの側面を斜めに削り、ここから光を入れ屈折させて上方受光部に導くようにしたものもある。裏面入射型というのはｎ型基板・ｎ型層の上方中央部にｐ型領域を作るのであるが、ｎ側電極をリング状としてｎ型基板の方から光を導入するようにしたものである。
【０００３】
上面入射型、導波路型ＰＤの場合、入射光は基板を通過しない。しかし裏面入射型の場合、入射光は基板を透過して初めて受光部（ｐ型領域との境界）に至る。だから基板の透明性、あるいは吸収損失というものが問題になる。
【０００４】
【従来の技術】
裏面入射型ＰＤ（フォトダイオード）は、例えば図１のような構成で、表面実装型の小型・低価格の受光素子を提供できるものである。裏面入射型ＰＤ１は、広いｎ型部分２と狭いｐ型領域３を含む。境界がｐｎ接合４である。ｎ型部分２というのはｎ型基板とｎ型エピ層を含む。ｐ型領域３の上に穴のないｐ電極が形成される。底面にはリング状のｎ電極が設けられる。
【０００５】
Ｓｉベンチ５は表面実装型の素子にするために用いられる矩形状の板である。中央軸線にそってＶ溝６が形成してある。これは異方性エッチングによって形成できる。Ｖ溝６に光ファイバ７を載せて固定する。先ほどの裏面入射型ＰＤの底面のリング状ｎ電極をＳｉベンチ５に取り付ける。上面のｐ電極はワイヤボンディングによって（図示しない）前置増幅器（図示しない）に接続される。
【０００６】
光ファイバ７からの受信光（入射光）８はＶ溝６を進行して突き当たりのミラー面１１に反射してリング状ｎ電極を通りｎ型部分２からｐｎ接合４へと進み、ここで光電流を発生する。
【０００７】
このタイプのＰＤは裏面１０から光が入ることによる利点を持つ。受光径を狭くしても、ｐ側電極をその上の表面９に直接形成できる。ｐ電極をリング状にしなくてよく盲板にできるからである。ｐ型領域を狭く、つまりｐｎ接合の面積を狭くできる。つまり光を受光する充分な面積を保ちつつ、ｐｎ接合の接合容量を小さくできる。接合容量が小さいので高感度で、かつ高速で応答できる。また、裏面から光を入れるので表面実装には最適である。つまり、このようなＶ溝の終端部の上に上向きにＰＤを固定し底面から光を導入するような構造にできる。
【０００８】
図２に最近の光通信で最もよく用いられるＩｎＧａＡｓを受光層としたｐ−ｉ−ｎ−ＰＤの断面図を示す。ｎ−ＩｎＰ基板１２の上にｎ−ＩｎＰバッファ層１３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層１４、ｎ−ＩｎＰ窓層１５をエピ成長させる。窓層１５の方から中央部と周辺部にｐ型不純物を拡散してｐ型領域３と拡散遮蔽層１６を作る。ｐ型領域とｎ型領域の境界がｐｎ接合４である。ｐｎ接合４を保護するため上面にはパッシベーション膜１７が設けられる。中央のｐ型領域３の上には穴のないｐ電極１９が形成される。裏面のｎ−ＩｎＰ基板１２の底面にはリング状のｎ電極１８が形成される。裏面入射のため、ｎ電極１８の中央は入射光８が入る開口部となっている。開口部には反射防止膜２０が被覆してある。
【０００９】
この構造は、表面が平坦（ｐｌａｎａｒ；プレーナ構造）で特性が安定しており、最もよく使われるＰＤ構造である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、光通信が発展するにつれて、より高感度で、より使いやすい受光素子が必要とされるようになってきた。特に図１の表面実装タイプの受光素子は有用で、その高感度化、高速化、低コスト化が望まれている。裏面入射型のものは基板を光が透過するという事情がある。ｎ型ＩｎＰの透過率は必ずしも良くない。
【００１１】
基板の光透過率の低さがＰＤの感度を制限している。そのようなことは本発明者が初め気付いたことである。これまで感度と基板透過率を関連付けて論じた文献は、本発明者の知る限り存在しない。
【００１２】
本発明者は裏面入射型ＰＤをより高感度化するためには、ｎ−ＩｎＰ基板の透過率を少しでも高くする必要がある、と考える。ｎ型の基板としては、錫（Ｓｎ）や硫黄（Ｓ）を３×１０１８ｃｍ−３〜１０×１０１８ｃｍ−３添加したＩｎＰ基板がよく用いられる。しかし、これらの基板は１０％〜２０％の光を吸収する。ｎ型基板は抵抗が高くてはいけないので、これらのｎ型不純物をかなりの濃度でドープしなければならない。するとｎ型不純物による吸収が顕著になって基板の吸収が増大するのである。１×１０１８ｃｍ−３以下までＳ濃度を下げると透過率がかなり良くなるが、基板の抵抗値が上がるとか、結晶欠陥が増える傾向になるというような欠点がある。
【００１３】
図３に３５０μｍ厚さのｎ−ＩｎＰ基板の、波長１０００ｎｍ〜１６００ｎｍの光に対する透過率を示す。横軸は光の波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（Transmittance）である。ｎ型ドーパントとして硫黄（Ｓ）の場合を示す。不純物濃度が多いほど吸収が大きい。これは光の吸収が主に不純物によって起こっているからである。波長が長いほど吸収は減少する傾向にある。しかし不純物濃度（硫黄濃度）が下がると、１．３μｍ付近に吸収の極小が移動する。
【００１４】
例えば６．５×１０１８ｃｍ−３の高濃度ドープの場合、１．３μｍ光に対して０．７５程度の透過率である。３．３×１０１８ｃｍ−３の濃度の場合、１．３μｍに対して透過率は０．８７程度である。ドープ量が１．０×１０１８ｃｍ−３の場合で、透過率は０．９６になる。つまり０．０４の吸収が存在する。これらに反して、鉄ドープの場合は１．３μｍ光に対して、吸収は０．０２程度であり極めて小さい。
【００１５】
Ｓｉ系のＰＤでもＧａＡｓ系、ＩｎＰ系のＰＤでも基板は通常低抵抗ｎ型あるいは低抵抗ｐ型結晶であった。基板の底面に一方の電極を付けるから基板を光電流が通り抜ける。基板が高抵抗だと光電流が流れにくく応答速度も遅くなる。だから基板はｎ型、ｐ型の低抵抗結晶でなければならなかった。
【００１６】
これは疑いようもないことである。Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰいずれも低抵抗のｎ型結晶を簡単に作れるから、多くの場合、ｎ型基板を使ってＰＤを作るということが行われる。目的によっては低抵抗ｐ型基板を使ってＰＤを作るということもなされた。
【００１７】
ところがＦｅはＩｎＰ結晶において浅い順位を作るｎ型不純物でない。浅い順位を作るｐ型不純物でもない。端的に言えば、Ｆｅはｎ型、ｐ型不純物でないということである。
【００１８】
ＦｅはＩｎＰ結晶において禁制帯の中に深い順位を作る。この深い順位が電子を捕獲し自由に運動できる電子の密度を減少させる。だからＦｅをドープしたＩｎＰ結晶は逆に抵抗率が高くなる。つまりＦｅドープ基板は半絶縁性である。だから基板底面に電極を設けることができない、という問題がある。だから、これまで鉄ドープ基板がＰＤの基板としては殆ど利用されなかったのである。例えば、M.Makiuchi, H.Hamaguchi, O.Wada, and T.Mikawa, "Monolithic GaInAs Quad-p-i-n Photodiodes for Polarization-Diversity Optical Receivers", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.3, NO.6, JUNE 1991, p535-536  があるが、４つの素子よりなり、単独のものでない。このタイプは単独のものとしては実用化されていない。
【００１９】
本発明者はＦｅの透明性に着目し裏面入射型ＰＤにおいてＦｅドープ基板を使ってＰＤを作製したいと考える。しかし、これまでそのようなＰＤが殆ど製作されなかったというのは困難な問題があるからである。もしも鉄ドープ結晶を基板とすれば光の吸収が減り透過は良くなるという利点があるが、それ以上に基板が高抵抗となることによる不利益が現れる。
【００２０】
基板が半絶縁性（ＳＩ；semi-insulating）であるから、基板を通して光電流を流すことはできない。つまり通常のＰＤのように基板の底面にｎ電極を形成するというようなことが不可能である。そこでＦｅ基板の上にｎ型、ｐ型エピ層を設け、Ｆｅ基板の上にｎ電極を設けるということが考えられよう。
【００２１】
Ｆｅドープ基板のＰＤの場合やむをえず上面に電極を設ける必要がある。ｐ電極とｎ電極の両方を上面に設けるということになる。
【００２２】
これを従来の上下面電極型のＰＤと明確に区別するため「上面電極型」ＰＤと呼ぶことにしよう。上面電極にするといってもどのような電極構造とするのか？これが問題である。ｐ電極は従来通りでよいとしてもｎ電極をどうするのか？図２のような上下電極型のｎ型基板ＰＤを上面電極型に改変したとすると例えば図４、図５のようなものになろうか？これらは矩形形状のものにできるという利点がある。
【００２３】
［仮想例１（図４：裏面入射型；上面電極；ｎ＋−ＩｎＰ基板）］
図４は仮想例であって実際にこのような素子が存在するのではない。しかし本発明を説明するに先だって、このような仮想例を述べることによって問題点がより明白に浮かび上がるであろう。
【００２４】
高濃度ｎ−ＩｎＰ基板１２の上に、高濃度ｎ−ＩｎＰバッファ層１３、低濃度ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層１４、低濃度ｎ−ＩｎＰキャップ層（窓層）１５をエピ成長させる。このエピウエハに、Ｚｎ拡散などによって中央にｐ型領域３を形成する。ｐ型領域３の上にｐ電極１９を形成する。ｐｎ接合４をＳｉＮパッシベーション膜１７によって保護する。ｎ−ＩｎＰ基板１２の底面には、リング状のメタライズ層２１を付ける。中央の開口部にはＡＲコ−ティング層（反射防止膜）２０を形成する。ここまでは図２のものとよく似ている。それに加えて図４では低濃度ｎ−ＩｎＰキャップ層１５の上方周辺部にｎ電極２２を形成している。
【００２５】
底面のメタライズ層２１は配線パターンに半田付けするためのものでｎ電極ではない。ｎ電極は上方周辺部のリング状の電極２２である。これはｎ−ＩｎＰ基板を使っており裏面入射型ＰＤであるから、底面にｎ電極を形成でき、図４のようにする必要はさらさらない。しかし、ここでは仮想のｎ電極を考えている。図４の場合でもｐｎ接合に逆バイアスがかかるように見えるが、これは良くない。ｎ電極というものは高濃度ｎ−ＩｎＰに付けて初めて低接触抵抗の良い電極になる。キャップ層１５はｎ型であるが不純物濃度が低い。純度の高いキャップ層の上に設けたｎ電極は接触抵抗が高く劣悪な電極になってしまう。とても高速伝送系の受光素子には使えない。
【００２６】
［仮想例２（図５：裏面入射型；上面電極；ｎ＋−ＩｎＰ基板；拡散遮蔽層）］
図５はｎ型ＩｎＰキャップ層（窓層）１５の周辺部にｐ型拡散遮蔽層１６を形成し、その上にｎ電極２２を付けたものである。拡散遮蔽層１６は図２の上下電極型ＰＤにもあって、周辺部に入射した光によって信号歪、信号遅れが引き起こされるのを防止するものである。
【００２７】
図４との違いはｐ型拡散遮蔽層の上にｎ電極を作ったということである。それはよりいっそうの困難がある。ｐ型領域の上にｎ電極を作ったのであるから、ｐ電極、ｎ電極間の半導体層構造は、ｐ−ｎ−ｎ−ｐという関係になってしまう。ｐ電極をマイナスに、ｎ電極をプラスにするよう電圧をかけ（逆バイアス）てＰＤを作動させるが、拡散遮蔽（ｐ型領域）層１６とｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層１４の間が順方向になり順方向の電圧下降０．６Ｖ〜０．８Ｖがここで生ずる。電源電圧の大部分が順方向電圧降下で食われるので、低電圧動作ができない。高速動作にも不適である。低電圧、高速動作を必須とする光通信の受光素子としては不適格である。
【００２８】
図４、図５は従来通りの高濃度ｎ−ＩｎＰ基板を使うＰＤだから、ことさら上面にｎ電極を設ける必要はない。単に思考実験として図４、図５の上面電極ＰＤを想定したのである。これによって上面電極、特にｎ電極形成の困難が理解できよう。つまり上面に電極を作るとして、ｎ電極をどのようにするのか？これが問題である。
【００２９】
以上のように高感度の裏面入射型ＰＤを実現するには、ｎ側電極を最適化しないといけないという大きな技術的課題が存在する。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体受光素子は、Ｆｅドープ単結晶を基板として用い、半絶縁性基板の上に高濃度のｎ型バッファ層、低濃度受光層を積層し、上方中央にｐ型領域を設け、ｐ型領域上にｐ電極を設け、ｎ型バッファ層の一部を露呈するようにエッチングし、ｎ型バッファ層にｎ電極を作製したものである。
【００３１】
つまり端的に言えばバッファ層の一部を露呈しバッファ層にｎ電極を付けたというところに本発明の特徴がある。バッファ層というのは従来例の図２、仮想例の図４、図５でも現れるものである。また、高濃度ｎ−ＩｎＰ基板のすぐ上に結晶性を改善するために設けられる高濃度ｎ−ＩｎＰ薄膜である。受光層との結晶整合性を高めるために基板と受光層の間に介在する層である。光電流が流れるので低抵抗（高濃度ドープ）である。通常はそれだけのものである。しかし本発明では目立たないこのバッファ層というものを有効に利用する。ｎ電極をバッファ層に付けるのである。そのままでは付けられないから、バッファ層の一部を露呈するように、受光層、窓層など上方の層の一部を除去する。本発明の特徴はだから、
【００３２】
１．半絶縁性のＦｅドープ結晶を基板とする。
２．バッファ層が一部露呈するように上層（受光層など）を除去する。
３．バッファ層にｎ電極を製作する。
という点にある。
【００３３】
Ｆｅドープ基板を使うから光の吸収が少ない。裏面入射型ＰＤの場合基板を信号光が通過するので基板による光の吸収がほとんどないということは有利である。感度を向上することができる。本発明の利点はここにある。Ｆｅドープ基板を使うためにｎ電極の困難が発生する。ｎ電極の困難をどう解決するか？という問題に対してはバッファ層にｎ電極を設けるということで応えている。斬新な技術である。これまでバッファ層に電極を付けるというような受光素子は存在しなかった。
【００３４】
【発明の実施の形態】
【実施例】
［実施例１（メサ型；Ｆｅドープ基板；裏面入射型；上面電極；図６、図７）］
図６、図７に第１の実施例を示す。図６の平面図でハッチンが入っているがこれは断面を示すものではない。リング状ｎ電極と周辺の拡散遮蔽層を区別するためにハッチンを付けたのである。
【００３５】
両面研磨されたＦｅ（１０１８ｃｍ−３）添加ＩｎＰ基板（ＳＩ−ＩｎＰ基板；ｄ＝３００μｍ）３２の上にクロライドＶＰＥ法により低抵抗のバッファ層としてｎ＋−ＩｎＰ層（Ｓ添加；１０１８ｃｍ−３）３３を厚さ４μｍに成長させ、次に受光層としてｎ−ＩｎＧａＡｓ層（１０１５ｃｍ−３）３４を厚さ４μｍに成長させ、さらにその上にｎ−ＩｎＰ（１０１５ｃｍ−３）のキャップ層３５（窓層とも言う）を２μｍ成長させた。
【００３６】
このキャップ層３５は、バンドギャップの広い層でｐｎ接合をパッシベーションすることによって暗電流の低い、信頼性の高い受光素子を提供することができる。キャップ層（窓層）によって受光層を被覆したＰＤの構造は公知である。
【００３７】
しかし必ずしも低い暗電流が必要でない場合は、図９のような形態（実施例２）でもよい。図９は図７のＰＤと類似した構造を有するがｎ型−ＩｎＰキャップ層３５を省いている。実施例２については後に説明する。
【００３８】
次に直径１００μｍの開口を有するＳｉＮパターン膜（マスク）を通して受光部にＺｎを３〜１０×１０１８ｃｍ−３添加して拡散させｐ型領域３６を形成する。ｎ型領域（キャップ層３５と受光層３４）との間にｐｎ接合４が形成される。ｐ型領域は中央部だけに形成してもよい。しかしＺｎ拡散を中央部と周辺部の両方に同時に行っても良い。中央部のｐ型領域３６と区別するため、周辺部のｐ型領域を拡散遮蔽層３７と呼ぶ。この時周辺部の拡散遮蔽層（ｐ型領域）３７は受信信号の遅れによる裾引き防止という作用がある。
【００３９】
次に、拡散遮蔽部３７の周辺部もしくはその一部を高濃度のｎ＋−ＩｎＰバッファ層３３が表面に露出するまでの深さに、エッチングにより削除する。同心の隆起部と周辺の低地からなるメサ型の素子になる。上層をエッチング除去して得られたｎ＋−ＩｎＰバッファ層３３の表面にｎ型の電極材料を蒸着若しくはスパッタリングしてｎ電極３８を形成する。
【００４０】
一方中央の受光部分（ｐ型領域３６）の表面には、ｐ型の電極材料として、Ａｕ／Ｔｉを蒸着する。これによってｐ電極３９を形成する。ｎ電極３８は高濃度（低抵抗）のｎ型バッファ層に接触し、ｐ電極３９は上頂部のｐ型領域３６に接触する。ｐｎ接合４は中央のｐ型領域３６、拡散遮蔽層３７と、ｎ型領域の間に生ずる。ｎ−ＩｎＰバッファ層３３は低抵抗だから、ｐ電極、ｎ電極間に逆バイアスを掛けるとｐｎ接合間に殆どの逆電圧がかかるようになる。つまり基板底部にｎ電極を付けた従来のＰＤと逆バイアスの生成については変わらない。
【００４１】
Ｆｅ−ＩｎＰ基板３２の裏面には、受光部面積より充分に広い開口部を有するメタライズ４０を施す。メタライズ４０は基板に半田付けできるようにするために付けるのである。ｎ電極ではない。
【００４２】
裏面中央開口部にはＳｉＯＮ膜で反射防止膜４１を形成する。裏面入射型であるから裏面から入る光が反射されると損失になってしまう。裏面での反射を減らすために反射防止膜４１を設ける。もちろん波長依存性があり特定の波長の光だけ反射を防ぐことができる。
【００４３】
この裏面のメタライズ４０は省略する事もできる。メタライズを省略した場合は、銀（Ａｇ）ペーストのような導電性接着剤によって基板に固定すればよい。ｐ電極３９、ｎ電極３８とパッケージの配線、リード間はＡｕ線によって接続する。このＰＤチップはどのようなパッケージに収容することもできる。普及している金属カンパッケージにも、図１のような表面実装型のＳｉベンチにも実装できる。性能を調べるため表面実装型のモジュールとした。
【００４４】
こうして作ったＰＤチップを図１の構成で動作させた。従来の硫黄（Ｓ）添加（３．３×１０１８ｃｍ−３添加）基板（ｎ＋−ＩｎＰ基板）の場合は波長１．３μｍに対して、０．８０Ａ／Ｗの感度であったが、Ｆｅ基板（ＳＩ−ＩｎＰ基板）を用いる本発明のＰＤでは０．９０Ａ／Ｗの感度が得られた。約１０％も感度が増強された。その原因は基板による信号光の吸収が少ないということに起因する。感度の増大は信頼性を向上させるという顕著な効果をもたらす。
【００４５】
素子の抵抗の大きさを示す順方向電圧は、Ｓ添加基板を使った従来品（上下面電極型）では、５０ｍＡの電流を順方向に流した時で、０．７５Ｖであった。
【００４６】
図４の上面電極型仮想例１のように、上面のキャップ層１５にｎ電極２２を設けた場合、順方向電流は５０ｍＡで２Ｖになった。これはｐ型領域・受光層・バッファ層・基板という往きの電流経路と、基板・バッファ層・受光層・キャップ層という帰りの電流経路の二つを流れなければならないからである。特にＺｎを拡散されていない受光層は抵抗が大きくて電流を制限し順方向電圧降下を大きくしてしまう。
【００４７】
しかし本発明では、５０ｍＡでの順方向電圧降下は前者と同様の、０．７５Ｖという値を得た。バッファ層にｎ電極を付けているから受光層・キャップ層、特に受光層での電圧降下が少なくなるのである。順方向電圧降下が少なく、経路の抵抗が小さいから、本発明のＰＤは高速応答性が良い。わずか２Ｖ印加時（逆バイアス）でも、遮断周波数は１．５ＧＨｚであった。
【００４８】
図８は実施例１の改良型を示す。ｎ電極３８をより上方まで広げたものである。ｎ電極３８の底面は、ｎ−ＩｎＰバッファ層３３に接触する。しかし側面は、バッファ層４２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３４、ｎ−ＩｎＰキャップ層３５の側面をも覆うようになっている。そのようにすると側面に露呈した部分をｎ電極自身によって保護する事ができる。ｎ電極、ｐ電極のボンディングも同じ高さにおいて行うことができる。これらが改良型の利点である。
【００４９】
キャップ層３５と受光層３４の中央にＺｎを拡散してｐ型領域３６を形成した点は実施例１と同様である。ｐ型領域３６の上にｐ電極３９を形成する。
【００５０】
ｎ電極３８が側面を覆うようにすると、短絡が気になるところである。しかしｐｎ接合４は、隆起部の側面と底面（バッファ層４２と３３の境界面）から、中央のｐ型領域を遮断しているから短絡のおそれはないのである。
【００５１】
キャップ層３５からｐ型領域３６に向けて横向きの逆バイアスがかかるがキャップ層の抵抗が大きいから横向きの電流は微弱である。多くの光電流は、ｐｎ接合を下から上へと突き抜ける。だから図７のようにｎ電極をバッファ層だけに付けた場合と同様である。
【００５２】
［実施例２（メサ型；キャップ層がない；裏面入射型；上面電極；図９）］
これは前段で説明したＩｎＰキャップ層のない場合である。キャップ層がないからより簡便に作る事ができる。図９において、ＦｅドープＩｎＰ基板３２の上に、バッファ層３３、４２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３４をエピタキシャル成長させる。受光層３４とバッファ層４２、３３の周辺部をエッチングによって除去する。バッファ層４２、３３が中間部まで露呈している。バッファ層３３は低抵抗層（高濃度ドープ）であり、ここにｎ電極３８を形成する。
【００５３】
ｐ型不純物を拡散して、中央、周辺にｐ型領域３６、拡散遮蔽層３７を作る。ｐ型領域３６にはｐ電極３９を付ける。二つのｐｎ接合４が表面に露呈するからパッシベーション膜４４によってｐｎ接合４の端を保護するようになっている。
この実施例２はキャップ層（窓層）がない。暗電流を防ぐためにキャップ層を付けるのであるが、暗電流が問題にならない場合はこのような簡易型のものでもよい。
【００５４】
［実施例３（メサ型；高純度バッファ層の追加；裏面入射型；上面電極；図１０）］
これは高濃度ＩｎＰバッファ層３３の上にさらに高純度（低濃度）ＩｎＰバッファ層４３を２．５μｍ積み、高濃度バッファ層３３のドーパント（ｎ型不純物）が高純度の受光層３４に拡散するのを防ぐものである。高純度バッファ層４３が介在すると順方向の抵抗が増大するが、熱などによって、高濃度（低抵抗）バッファ層４３のドーパント（例えば硫黄Ｓ）が、低濃度ＩｎＧａＡｓ受光層３４まで拡散するのを防ぐことができる。利点も欠点もあるが、各層の純度や格子整合度の関係を勘案して高純度バッファ層を挿入する。
【００５５】
［実施例４（拡散遮蔽層がない；図１１）］
拡散遮蔽層は、周辺部に入った光が電子・正孔対を生成して、それが再結合して光電流に寄与しないようにするためのものである。だから拡散遮蔽層はｐｎ接合の中央部にだけ光が照射される時には、必ずしも必要でない。図１１は拡散遮蔽層を省いたＰＤの実施例を示す。
【００５６】
ＦｅドープＩｎＰ基板３２の上に、高濃度ｎ＋−ＩｎＰバッファ層３３、バッファ層４２、低濃度ｎ−−ＩｎＧａＡｓ受光層３４、ｎ−ＩｎＰキャップ層３５をエピタキシャル成長させる。上面の中央部だけｐ型領域３６をＺｎ拡散によって形成する。周辺部の拡散遮蔽層がない。ｐ型領域３６にｐ電極３９を設ける。キャップ層３５、受光層３４の周辺部をエッチング除去して、高濃度バッファ層３３を露呈する。バッファ層３３、４２は切断面による区別にすぎず同じものを示す。
この場合、拡散遮蔽層がなくても、ｐｎ接合４のできるだけ近傍まで受光層３４を除去すると、周辺光による裾引きが防止できる。
【００５７】
［実施例５（上面入射型；図１２）］
以上は裏面入射型の場合のみ述べたが、この上面ｐ／ｎ電極構造は、従来の上面入射型の場合にも適用できる。両方上面から電極をとれるということは、実装上の自由度を増やし、非常に好都合である。そのような実施例を図１２によって説明する。ＦｅドープＩｎＰ基板３２の上に、高濃度ドープＩｎＰバッファ層３３、４２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３４、ｎ−ＩｎＰキャップ層３５をエピタキシャル成長させる。
【００５８】
上面に同心状にｐ型不純物を拡散して、中央のｐ型領域３６、周辺部の拡散遮蔽層３７を設ける。キャップ層と受光層の周辺部をエッチング除去し中心部だけを残す。バッファ層が露呈する。上面から光が入るように、中央のｐ型領域３６にリング状のｐ電極３９を設ける。ｐｎ接合４が表面に現れる部位を保護するためにＳｉＮ、ＳｉＯ２などによるパッシベーション膜４４を形成する。上面中央の開口部には反射防止膜４５を被覆する。
【００５９】
一段下のバッファ層３３にはｎ電極３８を設ける。ＦｅドープＩｎＰ基板３２の底面には開口部はなくて全面をメタライズ４０が覆っている。メタライズ４０はｎ電極でない。パッケージに半田付けするための金属層である。目的によってはメタライズをはぶき接着剤によってパッケージに固定することもできる。
【００６０】
信号光（受信光）は上面の開口部で反射防止膜４５のある部分から入ってくる。信号光がＦｅドープ基板を通過しないから基板の透明性は感度に影響しない。だからＦｅドープ基板でなくてもよいのである。その点従来のｎ−ＩｎＰ基板と変わらない。しかし、これはｎ電極、ｐ電極ともに上面にあるから、用途によっては便利な形態である。
【００６１】
［実施例の材料構成］
以上はＩｎＰとＩｎＧａＡｓを例にとって説明してきたが、これらの材料に限定されるものではない。
【００６２】
受信すべき光の波長によってＩｎＧａＡｓＰの組成を変えて受光層としたり、バッファ層としたり、ＩｎＰとも組み合わせる事ができる。つまり受光層を四元化合物のＩｎＧａＡｓＰとすれば感受する波長の範囲を変えることができる。バッファ層自体をＩｎＰでなくてＩｎＧａＡｓＰとすると、吸収・透過する波長の選択性がＩｎＰの場合とは違うようにできる。
【００６３】
ＦｅドープのＩｎＰ基板を採用したのは、もともと光の吸収が少なくて感度が高くなるからである。しかし本発明はそのような初期の目的を離れて、高濃度バッファ層の一部を露呈して、そこに電極を設けるというように一般化することができる。つまりｎ電極もｐ電極も上面に設けたメサ型をしたＰＤということもできる。ＧａＡｓ型の受光層にも適用することができる。ＳｉやＧｅのような材料であってもよい。
【００６４】
［従来例との比較］
それでは本発明はメサ型のＰＤを提案しているのか？メサ型の素子は従来からたくさんあるが、という疑問がおこるであろう。確かにメサ型のＰＤは従来から幾つもある。しかし、そのようなものと本発明のＰＤは明白に違う。しかし、そのようなものと本発明が明白に区別できることを説明する必要があるように思える。そこで以下にＰＤの形状について簡単に振り返ってみよう。
【００６５】
［従来形式１（プレーナ型；上面入射型；上下面電極；図１３）］
一般的なＰＤの形式はプレーナ型である。Yoshiharu Yamauchi, Nobuhiko Susa and Hiroshi Kanbe, "GROWTH OF VPE InP/InGaAs ON InP FOR PHOTODIODE APPLICATION", Journal of Crystal Growth 56 (1982) 402-409, North-Holland Publishing Companyの図１３に示すように、ｎ＋−ＩｎＰ基板５０の上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５１、ｎ−ＩｎＰ窓層５２をエピタキシャル成長させる。上面中央にｐ型領域５３を拡散によって形成する。ｐｎ接合を覆うパッシベーション膜５４と、リング状ｐ電極５６、中央開口を覆う反射防止膜５５を上面に設けている。下面にはｎ電極５７を全面に付けている。ｐ電極はＡｕＺｎＮｉ層である。ｎ電極５７はＡｕＧｅＮｉである。これはメサ型ではない。
【００６６】
［従来形式２（メサ型；上面入射型；上下面電極；図１４）］
図１４にはメサ型ＰＤの一例である、Nobuhiko Susa, Yoshiharu Yamauchi, and Hiroshi Kanbe, "Punch-Through Type InGaAs Photodetector Fabricated by Vapor-Phase Epitaxy", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. QE-16, No.5, May 1980, p542-543を示す。ｎ＋−ＩｎＰ基板６０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層６１がエピタキシャル成長によって作られる。上方からＺｎ拡散によって、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層６２が作られる。ｐ型領域と受光層の上方部分をエッチング除去してメサ型（台形型）にしている。ｐ型領域６２の一部にＡｇ−Ｚｎよりなるｐ電極６３が形成してある。上面入射型なので邪魔にならないように小さいｐ電極６３となっている。ｎ＋−ＩｎＰ基板６０の裏面の全体にはＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉよりなるｎ電極６４が形成される。横軸を逆バイアスにして光電流と暗電流が書かれている。メサ型に周辺部を切っているから、ｐｎ接合が皿型にならず平面となる。メサにするのはｐｎ接合の静電容量を減らし高速応答性を高めるためである。
【００６７】
このようなＰＤもメサ型をしている。しかし電極は上下面にある。ｎ電極が底面、ｐ電極が上面にある。電極構造が異なる。上面に電極がまとまっている本発明とは判然と区別できる。それは本発明で言っている「メサ」は通常の「メサ」とは異なるということである。
通常の「メサ」では、従来形式２、３等で書かれているようにメサにすることによってｐｎ接合端が露出してしまう。それに対して、本発明のメサではｐｎ接合よりも外側をメサエッチングするのでｐｎ接合端が露出することはない。通常の「メサ」のようにｐｎ接合端が露出すると、リークするなどの色々な不都合がでてくる。本発明ではその心配がない。
【００６８】
［従来形式３（メサ型；裏面入射型；上下面電極；図１５）］
図１５に示すのは、メサ型ＰＤの裏面に直接に光ファイバを取り付けたもので、T.P.Lee, C.A.Burrus, A.Y.Cho, K.Y.Cheng, and D.D.Manchon,Jr., "Zn-diffused back-illuminated p-i-n photodiodes in InGaAs/InP grown by molecular beam epitaxy", Appl.Phys.Lett. 37(8), 15 October 1980, p730 である。ｎ−ＩｎＰ基板７０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓ層７１を成長させ、上部にＺｎを拡散してｐ−ＩｎＧａＡｓ層７２に転換したものである。拡散だから皿型断面のｐ型領域ができるが周辺部を除去してメサ型にしているから平坦なｐｎ接合７７となっている。ｐｎ接合の周囲を除去するのは接合面積を減らして容量を減らし高速性を高めるためである。
【００６９】
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層７２の上にｐ電極７３が設けられる。ｎ−ＩｎＰ基板７０の底面にリング上のｎ電極７４が形成される。中央の開口部に対向するように光ファイバ７５の先端がエポキシ樹脂７６によって固定される。信号光７８は光ファイバ７５からｎ−ＩｎＰ基板７０に入りｐｎ接合７７に至る。
【００７０】
これもメサ型であるが、それは接合容量を減らすため余分な部分を除いたからメサになったのである。ｎ電極は基板の底面にあり通常のＰＤと異ならない。本発明のＰＤと明確に区別できる。
【００７１】
次の、従来形式４〜６を示す図１６〜図１８は、Kent W. Carey, Shih-Yuan Wang, James S.C.Chang and K.Nauka, "LEAKAGE CURRENT IN GaInAs/InP PHOTODIODES GROWN BY OMVPE", Journal of Crystal Growth 98(1989), p90-97, North-Holland, Amsterdamで紹介されている。
［従来形式４（メサ型；上面入射型；上下面電極；図１６）］
図１６のメサ型ＰＤは、層構造は下から
ｎ＋−ＩｎＰ基板  ８０
ｎ−−ＩｎＰ層  ８１  （厚み０．１μｍ）
ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層  ８２（厚み３．５μｍ）
ｐｎ接合  ８３
ｐ＋−ＧａＩｎＡｓ層  ８４（厚み０．４μｍ）
【００７２】
よりなっている。基板が薄いように見えるが、これは描法が不正確だからである。実際には基板は厚いが簡便に描いている。
【００７３】
これもメサにしているのは接合容量を減少させるためである。接合面積が狭いと容量が減り、逆バイアスした時の接合容量が小さくなるから応答速度が速くなる。ｐ型領域８４にはｐ電極を、ｎ−ＩｎＰ基板８０の底面にはｎ電極を付ける。これもメサであるが、電極は上下面にあり本発明とは異なる。このようにメサＰＤは数多いが、いずれも接合容量を低減するのがメサ化することの目的である。
【００７４】
［従来形式５（メサ型；上面入射型；上下面電極；図１７）］
図１７のメサ型ＰＤは、下からの層構造が
ｎ＋−ＩｎＰ基板  ９０
ｎ−−ＩｎＰ層  ９１  （厚み０．７μｍ）
ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層  ９２（厚み３．５μｍ）
ｐｎ接合  ９３
ｐ＋−ＩｎＰ層  ９４（厚み１．０μｍ）
【００７５】
となっている。最上層のｐ−ＩｎＰ層９４とその直下のＧａＩｎＡｓ層９２の間にｐｎ接合９３がありヘテロ接合構造となっている。ｐ−ＩｎＰ層９４が台形のＧａＩｎＡｓ層９２を被覆している。これもｐｎ接合を狭窄にして接合容量を減らしている。ｐ電極はｐ型領域の上へ作り、ｎ電極はｎ−ＩｎＰ基板の底面に作る。上下電極構造であり本発明とは截然と相違する。
【００７６】
［従来形式６（メサ型；上面入射型；上下面電極；図１８）］
図１８のメサ型ＰＤは、下からの層構造が
ｎ＋−ＩｎＰ基板  １００
ｎ−−ＩｎＰ層  １０１  （厚み０．２μｍ）
ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層  １０２（厚み３．２μｍ）
ｎ−−ＩｎＰ層  １０３（厚み１．４μｍ）
ｐｎ接合  １０４
ｐ＋−ＩｎＰ層  １０５（厚み０．７μｍ）
【００７７】
となっている。最上層のｐ−ＩｎＰ層１０５とその直下のｎ−ＩｎＰ層１０３の間にｐｎ接合１０４が生じる。これもメサであるが接合容量を減らす為のメサである。上部にｐ電極が、基板下面（裏面）にｎ電極が形成される。
【００７８】
［従来形式７（メサ型；上面入射型；上下面電極；図１９）］
G.R.Antell and R.F.Murison, "InGaAs/InP MESA PHOTODETECTOR PASSIVATED WITH SILICON DIOXIDE", ELECTRONICS LETTERS 25th October 1984, Vol.20, No.22, p919-920で紹介されている図１９のメサ型ＰＤは、下からの層構造が
ｎ＋基板  １１０
ｎ−−ＩｎＰ層  １１１
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層  １１２
ｐｎ接合  １１３
ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層  １１４
ＳｉＯ２層  １１６
【００７９】
となっている。ＳｉＯ２層１１６の一部にＴｉＡｕのｐ電極１１５を形成している。ｐｎ接合が破線で示されている。これはメサとは言えないかも知れない。ｎ電極は基板の裏面から取るようになっている。
【００８０】
［従来形式８（３山連峰型；裏面入射型；上面電極；図２０、図２１）］
図２０の３山連峰型ＰＤは、"ULTRA-LOW-CAPACITANCE FLIP-CHIP-BONDED GaInAs PIN PHOTODETECTOR FOR LONG-WAVELENGTH HIGH-DATA-RATE FIBRE-OPTIC SYSTEMS", ELECTRONICS LETTERS, 4th July 1985, Vol.21, No.14, p593-594で紹介されている。
下からの層構造が
反射防止膜１２９
ｎ＋−ＩｎＰ基板  １２０
ｎ−−ＩｎＰバッファ層  １２１
ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層  １２２
ｐｎ接合  １２７
ｐ＋−ＧａＩｎＡｓ層  １２３
Ｃｒ／Ａｕ  １２４（ｎ電極１２６の一部）、ｐ電極  １２８
Ａｕ  １２５（ｎ電極１２６、ｐ電極１２８の一部）
ｐ電極１２８
【００８１】
よりなっている。ｎ＋−ＩｎＰ基板１２０の底面にはｎ電極でなくて反射防止膜１２９を付ける。アンドープＧａＩｎＡｓ層とＩｎＰバッファ層の一部を上から切って３つの山に分離している。中央の山がメサ形状であるからここに挙げている。中央の山はＺｎ拡散によって上半がｐ型領域（ｐ＋−ＧａＩｎＡｓ１２３）になっている。その上にＴｉ、Ａｕなどｐ電極材料を載せＡｕをかぶせてｐ電極１２８としている。左右の山はｎ−ＧａＩｎＡｓ１２２のままである。これにはＣｒ／Ａｕ１２４などｎ電極材料を載せ合金化してＡｕ１２５をかぶせている。これがｎ電極１２６となっている。ｎ＋−ＩｎＰ基板１２０の裏面にはＡＲコ−ティング（反射防止膜）１２９が形成される。光は裏面から入る。
【００８２】
これは矩形状に伸びた素子であって、絶縁のためにＧａＩｎＡｓ１２２とバッファ層１２１をエッチングして切り込んでいる。順方向電流はｐ電極１２８→ｐ型領域１２３→ｐｎ接合１２７→ｎ−ＧａＩｎＡｓ層１２２→ｎ−ＩｎＰバッファ層１２１→アンドープＧａＩｎＡｓ１２２→ｎ電極１２６というように流れる。
【００８３】
直線上にｎ電極１２６、ｐ電極１２８、ｎ電極１２６が並ぶ。これは図２１のような基板に裏向けに付けるためにそのような構造にしているのである。
【００８４】
図２１において矩形基板１３０の上にコの字型のメタライズパターン１３２と、これの開口部に入り込んだ線形パターン１３３を蒸着、印刷、スパッタリングなどによって設ける。図２０のチップを裏返しにしてｐ電極１２８を、基板１３０の線形パターン１３３の八角形パッド１３４に半田付けする。両側のｎ電極１２６、１２６はコの字型のメタライズパターン１３２の両側点１３５、１３６に半田付けする。チップの上に透明板１３１を取り付ける。透明板１３１は反射防止膜１２９に固着される。透明板１３１と反射防止膜１２９を通して信号光が入る。これも裏面入射型であり、基板１２０側から光が入ってｐｎ接合１２７にいたる。
【００８５】
これは基板１３０のメタライズパターン１３２、１３３にｎ電極、ｐ電極を直接に半田付けしたいがために、このような複雑な形状のメサになっているのである。平面に両方の電極を半田付けできるためには高さを揃える必要がある。だから３つ山構造となっている。
【００８６】
中央がメサになっているのは、中央のメサと、両側の山を電気的に絶縁する必要があるからである。それと高速応答性のためにｐｎ接合を狭くするためである。これは電流の流路として高抵抗のアンドープＧａＩｎＡｓ１２２が含まれる、という欠点がある。そのために順方向電圧降下が大きい。逆バイアスで使った時も抵抗が高いから時定数ＣＲが大きくなって、やはり応答性に劣るということになる。メサということで紹介した。本発明とは判然と区別できるものである。
【００８７】
［従来形式９（プレーナ型；導波路型；上面電極；図２２）］
Hiroyasu Mawatari, Mitsuo Fukuda, Kazutoshi Kato, Tatsuya Takeshita, Masahiro Yuda, Atsuo Kozen, and Hiromu Toba, "Reliability of Planar Waveguide Photodiodes for Optical Subscriber Systems", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.16, NO.12, DECEMBER 1998, p2428 に紹介されている、プレーナ形状の導波路型ＰＤを図２２に示す。下からの層構造が
ＳＩ−ＩｎＰ基板  １４０
ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰ層（λｇ＝１．２μｍ）  １４１
ｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ層（λｇ＝１．４μｍ）  １４２
ｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ層（λｇ＝１．２μｍ）  １４３
ｐ領域（Ｚｎ拡散）  １４４
ｐ電極  １４５（ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの上）
ｎ電極  １４６（ｎ−ＩｎＧａＡｓＰの上）
【００８８】
となっている。ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層の一部にＺｎ拡散によって皿型断面のｐ型領域を形成している。皿型ｐｎ接合１４７ができる。ｐ型領域にｐ電極１４５を、ｎ型領域にｎ電極１４６を設けている。これは電極１４５、１４６が二つとも上面にある。電極が二つとも上面にあるから、ここで紹介する。しかし全体の形状はメサではない。単純な矩形状のチップである。光１４７は端面から入る。導波路型であり、３つのＩｎＧａＡｓＰ層１４１、１４２、１４３はλｇ（バンドギャップ波長）と屈折率が違う。これは導波路構造を形成するためである。基板はＳＩ−ＩｎＰであるが、これは透明性のためではない。基板には光が通らない。
【００８９】
ｎ電極１４６はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ１４３の上に形成される。ｎ電極、ｐ電極ともに上面にある。それで、ここで関連技術として挙げたが、光の進行方向が違う（導波路型）し、ｎ電極の取付位置も違う。それにｎ−−ＩｎＧａＡｓＰを通って電流が流れるから抵抗が大きい。時定数ＣＲを大きくし応答遅れをもたらす。本発明とは截然と区別できる。
【００９０】
［従来形式１０（基板一体型；導波路型；上面電極；図２３、図２４）］
Takeshi Takeuchi, Takeshi Nakata, Kiyoshi Fukuchi, Kikuo Makita, and Kenko Taguchi, "A High-Efficiency Waveguide Photodiode for 40-Gb/s Optical Receivers", IEICE TRANS. ELECTRON., VOL.E82-C, NO.8, AUGUST 1999, p1502-1505で紹介されているメサ形状の導波路型ＰＤを図２３に示す。下からの層構造が
ＳＩ−ＩｎＰ基板  １５０
ｎ＋−ＩｎＰ層  １５１
ｎ＋−ＩｎＡｌＧａＡｓ層  １５２
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層  １５３
ｐ＋−ＩｎＡｌＧａＡｓ層  １５４
ｐ＋−ＩｎＰ層  １５５
ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層  １５６
ｐ電極  １５７（ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層１５６の上）
ｎ電極  １５８（ｎ＋−ＩｎＰ層の上）
ＳｉＮｘ層  １５９（エピタキシャル層を覆う）
【００９１】
導波路を水平に作製するために屈折率の異なる層を上下に組み合わせている。高い屈折率の層をより低い屈折率の層によって挟むようにしている。これによってコアを囲むクラッド構造が水平に形成されている。熱拡散でなく、エピタキシャル成長によってｐ型層が作られる。
【００９２】
ｎ電極がｎ−ＩｎＰ層１５１の上に形成されているからここに挙げた。しかし、これは信号光の伝搬方向が水平方向で導波路に平行である。底面から入射する裏面入射型でない。導波路型であって基板を光が通過しない。図２４は素子部分を取り付けた基板の全体構造を示す。基板１６０の前端の僅かな部分に、素子が取り付けられる。その後ろには広いｎ電極１６１、ｐ電極１６２が広がっている。信号光１６３は素子部分の導波路１６４へ水平に入射する。ｎ電極はｎ−ＩｎＰ層１５１の両側に付けられているから、基板面でｎ電極が後方へも伸びている。
【００９３】
後方でワイヤボンディングによって他の素子へと接続することができる。ここで上面電極型になっているのは電極パターンとの接続を簡単にするためである。図２４のような基板にのせるのだから底面からｎ電極をとるようにもできるが、そうするとｐ電極パターンとｎ電極パターンが薄い層を隔てて上下に向かうことになり、大きい静電容量を発生する。それはＣＲを巨大化して応答遅れを引き起こす。それで電極パターンが上下にならないように上部電極としているのである。
【００９４】
形状は横広がりで、光の方向は水平方向であって上下でない。やはり判然と本発明と区別できる。
【００９５】
［従来形式１１（傾斜入力型；上面電極；図２５）］
Hideki Fukano, Atsuo Kozen, Kazutoshi Kato, and Osaake Nakajima, "High-Responsivity and Low-Operation-Voltage Edge-Illuminated Refracting-Facet Photodiodes with Large Alignment Tolerance for Single-Mode Fiber", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.15, NO.5, MAY 1997, p894-896で紹介されている傾斜入力型ＰＤを図２５に示す。下からの層構造が
ＳＩ−ＩｎＰ基板  １７０
ｎ＋−ＩｎＰバッファ層  １７１
ｎ＋−ＩｎＰコンタクト層  １７２
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層  １７３
ｎ−ＩｎＰ層  １７４
ｐ＋−ＩｎＰ層  １７５
ｐ電極  １７６
ｎ電極  １７７（ＩｎＰコンタクト層１７２の上）
【００９６】
となっている。不均整のチップ形状で、ｎ−ＩｎＰ１７４とｎ−ＩｎＧａＡｓ１７３の一部がエッチング除去され露呈したＩｎＰコンタクト層１７２にｎ電極１７７が形成されている。上層のｎ−ＩｎＰ１７４の矩形状の一部がＺｎ拡散によってｐ−ＩｎＰ１７５となっている。ｐ電極１７６はｐ−ＩｎＰ１７５の上に形成される。基板の端面が下向きの傾斜面１７９となっている。下向き傾斜面１７９に水平に入射光１７８が当たる。端面で上向きに屈折し屈折光１８０としてｐｎ接合に至る。これも端面入射であるが導波路型と少し違う。受光層（ｐｎ接合近傍）より下に光を当てて上向きに屈折させて受光層に導く。これはメサ型ではない。上面電極だから、ここに挙げて説明している。裏面入射型でもなく端面入射型である。
【００９７】
［従来形式１２（メサ型；上面入射型；上下面電極；図２６）］
表面入射型メサタイプＰＤの従来方式１２を図２６に示す。本出願人によるアメリカ特許５，３９１，９１０によって提案されたものである。下からの層構造が
ｎ電極  １９８
ｎ＋−ＩｎＰ基板  １９０
ｎ＋−ＩｎＰバッファ層  １９１
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ受光層  １９２
ｎ−ＩｎＰキャップ層（窓層）  １９３
ｐ型領域  １９４
リング状ｐ電極  １９５
パッシベーション膜  １９６
反射防止膜  １９７
【００９８】
となっている。ｐ型領域１９４の外側のｎ−ＩｎＰキャップ層１９３周辺部が削られてメサ型となっている。ｎ−ＩｎＰキャップ層１９３の周辺部に光が入ると、ここで電子・正孔対を作るが電界がかかっていないからドリフト速度が遅く信号がテイルを引くようになるので、ｎ−ＩｎＰキャップ層１９３周辺部を除去して周辺部へ光が入らないようにしている。拡散遮蔽層を用いる前のタイプのものである。
【００９９】
このように従来のＰＤもメサ型のもの、上下電極型のものは存在する。それはいくつもあるのであるが、本発明とは目的も違い構成も異なる。多くの場合メサにするのは接合容量を減らすためである。本発明のように電極を取る都合でメサにしているのではない。また上面電極（ｎ電極が上面にある）のＰＤも幾つもあるが、それは上面から配線をしたいという強烈な要求があるか、ワイヤボンディングをなくすためとか電極配置に対する特殊な選好性からそのようになっているのである。感度を上げるため低吸収のＳＩ−ＩｎＰ基板を使うというものも存在しなかった。そのように、本発明は幾多の変形ＰＤと明確に区別ができるものである。
【０１００】
【発明の効果】
本発明のＰＤは、絶縁性基板の上に低抵抗（高濃度ドープ）バッファ層、受光層を形成し、受光層に及ぶように、反対の導電性の領域を形成し、バッファ層まで一部を除去して、反対導電性の領域と、バッファ層に電極を形成している。２種類の電極が上面にあって、中央部が隆起したメサ構造となっている。
【０１０１】
鉄ドープＩｎＰ基板は、ｎ型不純物、ｐ型不純物をドープしたＩｎＰ基板より透明性が高く吸収が少ない。裏面入射型の場合基板による信号光の吸収によって感度が落ちる。本発明のＰＤはＦｅドープ絶縁基板（ＳＩ−基板）を用いるから裏面入射でも基板による信号光の吸収がない。だから感度がより高いということになる。約１０％程度感度が高揚するという利点がある。これは高速信号伝送の光通信系に採用された場合に威力を発揮する。
【０１０２】
段々があって一方の電極は段上に、一方の電極は段下にあるという異形の電極構造となるが、上面に電極があるからかえって配線に好都合だということもある。斬新で有用なＰＤである。Ｆｅドープ基板の透明性が高いということは、ＧａＡｓ基板でも同様の事が言える。つまりＧａＡｓ系のＰＤにも適用できる。Ｓｉ−ＰＤ、Ｇｅ−ＰＤでも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 裏面入射型ＰＤを用いた従来例にかかる表面実装型受光モジュールの断面図。
【図２】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とする従来例にかかるプレーナタイプ裏面入射型ＰＤの断面図。
【図３】 ３５０μｍの厚みを有するＦｅドープＳＩ−ＩｎＰ基板、硫黄ドープｎ−ＩｎＰ基板の透過率と波長の関係を示すグラフ。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率である。
【図４】 高濃度ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板としｎ−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰ窓層を設け上方中央にｐ型領域を形成し、ここにｐ電極を、ｎ−ＩｎＰ窓層周辺部にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした上面電極型ＰＤの仮想例１を示す縦断面図。
【図５】 高濃度ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板としｎ−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰ窓層を設け上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、中央ｐ型領域にｐ電極を、周辺部ｐ型領域にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした上面電極型ＰＤの仮想例２を示す縦断面図。
【図６】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板としｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＰキャップ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例１を示す平面図。
【図７】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板としｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＰキャップ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例１を示す縦断面図。
【図８】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板としｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、上方中央にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＰキャップ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層からｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層の側面を覆うようにｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例１の改良を示す縦断面図。
【図９】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板としｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層をエピタキシャル成長し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例２を示す縦断面図。
【図１０】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とし高濃度ｎ＋−ＩｎＰバッファ層、高純度ｎ−−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例３を示す縦断面図。
【図１１】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とし高濃度ｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上方にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面にはリング状メタライズと反射防止膜を形成し、上面中央ｐ型領域にｐ電極を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例４を示す縦断面図。
【図１２】 Ｆｅドープ半絶縁性ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とし高濃度ｎ＋−ＩｎＰバッファ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層、ｎ−ＩｎＰキャップ層をエピタキシャル成長し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の上方中央と周辺にｐ型領域を形成し、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層の周辺部をｎ−ＩｎＰバッファ層まで除去してメサ型とし、Ｆｅドープ基板の裏面には一様なメタライズを形成し、上面中央ｐ型領域にリング状ｐ電極と反射防止膜を、露出した周辺部ｎ−ＩｎＰバッファ層にｎ電極を設ける事によって、上面にｐ電極、ｎ電極を有するようにした本発明の実施例５を示す縦断面図。
【図１３】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型プレーナタイプの従来形式１にかかるＰＤの縦断面図。
【図１４】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型メサタイプの従来形式２にかかるＰＤの縦断面図と光電流・暗電流の逆バイアス依存性を示すグラフ。
【図１５】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした裏面入射型メサタイプのＰＤの裏面に光ファイバを対向させた従来形式３にかかるＰＤの縦断面図。
【図１６】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型メサタイプの従来形式４にかかるＰＤの縦断面図。
【図１７】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型メサタイプの従来形式５にかかるＰＤの縦断面図。
【図１８】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型メサタイプの従来形式６にかかるＰＤの縦断面図。
【図１９】 ｎ＋基板の上面入射型メサタイプの従来形式７にかかるＰＤの縦断面図。
【図２０】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板としたフリップチップボンディングのための裏面入射型３山タイプの従来形式８にかかるＰＤの縦断面図。
【図２１】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板としたフリップチップボンディングのための裏面入射型３山タイプの従来形式８にかかるＰＤを取り付けるための基板構造を示す斜視図。
【図２２】 ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とした導波路型プレーナタイプの従来形式９にかかるＰＤの斜視図。
【図２３】 ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とした導波路型基板一体タイプの従来形式１０にかかるＰＤの縦断面図。
【図２４】 ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とした導波路型基板一体タイプの従来形式１０にかかるＰＤを取り付けた基板構造の斜視図。
【図２５】 ＳＩ−ＩｎＰ結晶を基板とした傾斜入力型の従来形式１１にかかるＰＤの斜視図。
【図２６】 ｎ＋−ＩｎＰ結晶を基板とした上面入射型メサタイプの従来形式１２にかかるＰＤの縦断面図。
【符号の説明】
１  裏面入射型ＰＤ
２  ｎ型部分
３  ｐ型領域
４  ｐｎ接合
５  Ｓｉベンチ
６  Ｖ溝
７  光ファイバ
８  入射光
９  表面
１０  裏面
１１  ミラー面
１２  ｎ−ＩｎＰ基板
１３  ｎ−ＩｎＰバッファ層
１４  ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層
１５  ｎ−ＩｎＰ窓層
１６  拡散遮蔽層
１７  パッシベーション膜
１８  ｎ電極
１９  ｐ電極
２０  反射防止膜
２１  メタライズ層
２２  ｎ電極
３２  ＦｅドープＩｎＰ基板
３３  ｎ＋−ＩｎＰバッファ層
３４  ＩｎＧａＡｓ受光層
３５  ｎ−ＩｎＰキャップ層
３６  ｐ型領域
３７  拡散遮蔽層
３８  ｎ電極
３９  ｐ電極
４０  メタライズ
４１  ＡＲコ−ティング（反射防止膜）
４２  バッファ層
４３  高純度バッファ層
４４  パッシベーション膜
５０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
５１  ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層
５２  ｎ−ＩｎＰ窓層
５３  ｐ＋−ＩｎＰ層
５４  パッシベーション膜
５５  反射防止膜
５６  ｐ電極
５７  ｎ電極
６０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
６１  ｎ−ＩｎＧａＡｓ
６２  ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ
６３  ｐ電極
６４  ｎ電極
７０  ｎ−ＩｎＰ基板
７１  ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
７２  ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
７３  ｐ電極
７４  ｎ電極
７５  光ファイバ
７６  エポキシ樹脂
７７  ｐｎ接合
７８  信号光
８０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
８１  ｎ−−ＩｎＰ層
８２  ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層
８３  ｐｎ接合
８４  ｐ＋−ＧａＩｎＡｓ層
９０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
９１  ｎ−−ＩｎＰ層
９２  ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層
９３  ｐｎ接合
９４  ｐ＋−ＩｎＰ層
１００  ｎ＋−ＩｎＰ基板
１０１  ｎ−−ＩｎＰ層
１０２  ｎ−−ＧａＩｎＡｓ層
１０３  ｎ−ＩｎＰ層
１０４  ｐｎ接合
１０５  ｐ＋−ＩｎＰ層
１１０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
１１１  ｎ−−ＩｎＰ層
１１２  ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層
１１３  ｐｎ接合
１１４  ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層
１１５  ｐ電極
１１６  ＳｉＯ２
１２０  ｎ＋−ＩｎＰ基板
１２１  ｎ−−ＩｎＰ層
１２２  ｎ−−（アンドープ）ＩｎＧａＡｓ層
１２３  ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層
１２４  Ｃｒ／Ａｕ
１２５  Ａｕ
１２６  ｎ電極
１２７  ｐｎ接合
１２８  ｐ電極
１２９  ＡＲコ−ティング（反射防止膜）
１３０  基板
１３１  透明板
１３２  コの字型メタライズパターン
１３３  線形パターン
１３４  パッド
１３５  パッド
１３６  パッド
１４０  ＳＩ−ＩｎＰ基板
１４１  ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰ層
１４２  ｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ層
１４３  ｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ層
１４４  ｐ型領域
１４５  ｐ電極
１４６  ｎ電極
１４７  ｐｎ接合
１５０  ＳＩ−ＩｎＰ基板
１５１  ｎ＋−ＩｎＰ層
１５２  ｎ＋−ＩｎＡｌＧａＡｓ層
１５３  ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層
１５４  ｐ＋−ＩｎＡｌＧａＡｓ層
１５５  ｐ＋−ＩｎＰ
１５６  ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層
１５７  ｐ電極
１５８  ｎ電極
１５９  ＳｉＮｘ層
１６０  基板
１６１  ｎ電極パターン
１６２  ｐ電極パターン
１６３  信号光
１６４  導波路
１７０  ＳＩ−ＩｎＰ基板
１７１  ｎ−ＩｎＰバッファ層
１７２  ｎ−ＩｎＰコンタクト層
１７３  ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
１７４  ｎ−ＩｎＰ層
１７５  ｐ−ＩｎＰ層
１７６  ｐ電極
１７７  ｎ電極
１７８  入射光
１７９  傾斜面
１８０  屈折光
１９０  ｎ−ＩｎＰ基板
１９１  ｎ−ＩｎＰバッファ層
１９２  ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層
１９３  ｎ−ＩｎＰ窓層
１９４  ｐ型領域
１９５  ｐ電極
１９６  パッシベーション膜
１９７  反射防止膜
１９８  ｎ電極
【図１】
0003994655.tif 000002
【図２】
0003994655.tif 000003
【図３】
0003994655.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003994655.tif 000006
【図６】
0003994655.tif 000007
【図７】
0003994655.tif 000008
【図８】
0003994655.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003994655.tif 000011
【図１１】
0003994655.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003994655.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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