半导体光接收元件的制作方法

1.本公开涉及半导体光接收元件。


背景技术：

2.一种用于高速光通信的半导体光接收元件可以包括pin型光电二极管，其中未掺杂的半导体层被夹在p型和n型半导体层之间，当在使用状态下施加偏置电压时，该半导体层被耗尽，并且用作来自光纤的光信号的吸收层。在一些情况下，为了实现光接收灵敏度和高速响应性，可以使用吸收层由p型掺杂半导体层和未掺杂半导体层形成的配置。在其他情况下，为了实现对高光输入的高速响应，即使在低电压下，半导体光接收元件也可以包括位于n层和p层之间的吸收层，该吸收层可以由包含n型杂质的层和包含p型杂质的层形成，n型杂质的浓度从具有n层的结表面(junction surface)向内逐渐降低，而p型杂质的浓度从具有p层的结表面向内逐渐降低。
3.在某些情况下，为了提高半导体光接收元件的频率响应速度，减小元件电容是有效的。元件电容由pn结电容和寄生电容组成，并且pn结电容可以通过使耗尽层加厚来减小。例如，可以加厚未掺杂的吸收层。然而，即使当未掺杂的吸收层变厚时，除非在使用条件下施加的偏置电压下整个未掺杂的吸收层可以被耗尽，否则实际的耗尽层变薄，并且不能获得期望的电容减小效果。在恒定的偏置电压下，随着载流子浓度变低，实际的耗尽层变厚。因此，当未掺杂的吸收层是完全没有载流子的本征半导体层时，即使在低电压下也容易耗尽所有未掺杂的吸收层。
4.然而，在许多情况下，未掺杂的吸收层实际上包含低浓度的载流子。未掺杂的吸收层通过外延生长形成，例如使用mocvd方法或mbe方法。在外延生长期间，吸收层有意不掺杂p型或n型载流子以形成未掺杂的吸收层。然而，吸收层实际上包含非零背景水平的载流子，并且没有真正形成本征半导体层。无意包含的载流子(在背景水平包含的载流子)的浓度取决于生长装置和生长条件，但是例如对于n型大约为2
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/cm3。因此，当使用实际的未掺杂吸收层时，取决于恒定电压下包含的载流子浓度，可以耗尽的面积会受到限制。换句话说，在实际使用条件下，简单地增厚未掺杂的吸收层可能不足以确保耗尽层的足够厚度。
5.即使如上所述使用未掺杂的吸收层，实际上也存在低浓度的载流子，因此可以耗尽的面积是有限的。当施加的偏置电压增加时，可以耗尽的面积增加，并且即使载流子浓度相同，电容也可以减小。然而，从功耗的角度来看，可以施加到半导体光接收元件的偏置电压是有限的，并且不可能获得足够的偏置电压。因此，在实际使用中希望半导体光接收元件具有可以用较低电压而耗尽的大面积。


技术实现要素：

6.在一些实施方式中，半导体光接收元件具有可以耗尽的大面积、低电容和优异的高速响应性。
7.在一些实施方式中，半导体光接收元件包括:半导体衬底；第一导电类型的高浓度
层，形成在半导体衬底上；第一导电类型的低浓度层，形成在第一导电类型的高浓度层上并与第一导电类型的高浓度层接触；第二导电类型的低浓度层，被配置为与第一导电类型的低浓度层一起形成pn结界面；和第二导电类型的高浓度层，形成在第二导电类型的低浓度层上并与第二导电类型的低浓度层接触，其中:第一导电类型的低浓度层和第二导电类型的低浓度层各自具有小于1
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/cm3的载流子浓度，第一导电类型的高浓度层具有比第一导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，第二导电类型的高浓度层具有比第二导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，所述第一导电类型的高浓度层和所述第二导电类型的高浓度层各自具有1
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/cm3或更高的载流子浓度，并且第一导电类型的低浓度层或第二导电类型的低浓度层中的至少一个包括具有用于吸收入射光的带隙的吸收层。
8.在一些实施方式中，半导体光接收元件具有低电容，因此可以获得优异的高速响应性。
附图说明
9.图1a是根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
10.图1b是根据第一示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
11.图2是示出根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
12.图3a是根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的截面图。
13.图3b是根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
14.图4是示出根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
15.图5a是根据第二示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
16.图5b是根据第二示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
17.图6是示出根据第二示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
18.图7a是根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
19.图7b是根据第三示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
20.图8是示出根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
21.图9a是根据第四示例性实施例的半导体光接收元件的截面图。
22.图9b是根据第四示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
23.图10是示出根据第四示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
24.图11a是根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的截面图。
25.图11b是根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的能带图。
26.图12是示出根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
具体实施方式
27.下面参考附图具体描述一些实施方式。在附图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且具有相同或等同的功能，并且省略其重复描述。图形的大小不一定与放大倍数一致。
28.图1a是根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10的截面图。半导体光接收元件10可以是顶部照射(top illuminated)的半导体光接收元件，其能够接收波长在840纳
米(nm)到950nm之间的光信号，并且该光信号例如通过多模光纤传输。半导体光接收元件10包括通过在掺杂有铁(例如)的半绝缘磷化铟(inp)衬底11上依次生长掺杂有浓度为5
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/cm3的硅(si)的厚度为1微米(μm)的n型inp接触层12、厚度为wn的n型低浓度砷化铟镓(ingaas)吸收层13，厚度为wp并且掺杂有浓度为2
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/cm3的铍(be)的p型低浓度ingas吸收层14，以及掺杂有浓度为5
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/cm3的铍的厚度为0.1μm的p型ingas接触层16。这里，n型低浓度ingaas吸收层13可以在多层生长中形成为未掺杂的，但是也可以形成为载流子密度为2
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/cm3的n型半导体层。在多层生长中有意掺杂si和/或其他元素可以用来获得期望的载流子浓度。此外，n型低浓度ingas吸收层13、p型低浓度ingas吸收层14和p型ingas接触层16可以是具有能够吸收入射光的带隙的层。在第一示例性实施例中，wn＝0.9μm，wp＝0.9μm。n型inp接触层12可以不限于inp。类似地，p型ingaas接触层16也可以是由另一种材料制成的半导体层。
29.n型低浓度ingas吸收层13、p型低浓度ingas吸收层14和p型ingas接触层16可以被蚀刻成圆柱形，以形成光接收台面。此外，在光接收台面的顶部，环形p型电极17可以电连接到p型ingaas接触层16。另外，n型电极18可以电连接到n型磷化铟接触层12。除了p型电极17和n型电极18的一些部分之外的表面可以涂覆有氮化硅膜19。n型inp接触层12、n型低浓度ingas吸收层13、p型低浓度ingas吸收层14和p型ingas接触层16可以与inp衬底11晶格匹配。氮化硅膜19可以用作抗反射膜，并且对于环形p型电极17内部的入射光波长可以具有1％或更小的反射率。
30.在半导体光接收元件10中，当在p型电极17和n型电极18之间施加反向偏置电压时，n型低浓度ingas吸收层13和p型低浓度ingas吸收层14可以被耗尽，以用作已经进入p型电极17的环形内部的、波长在840nm和950nm之间的信号光的吸收层。p型ingaas接触层16也可以具有能够吸收入射光的带隙，但是由于高浓度掺杂，在使用电压下可能不会耗尽，并且可能不会起到吸收层的作用。本文描述了载流子浓度和耗尽之间的关系。
31.图1b示出了当在p型电极17和n型电极18之间施加反向偏置电压时半导体光接收元件10的能带图。
32.图2是示出当在p型电极17和n型电极18之间施加2伏(v)的反向偏置电压时电场强度的曲线图。图2的水平轴线表示当pn结界面设置为0时的层厚度。在图2中，+(正)方向表示pn结界面的n型电极18侧，而-(负)方向表示pn结界面的p型电极17侧。此外，竖直轴线表示电场强度。n型低浓度ingas吸收层13和p型低浓度ingas吸收层14之间的界面可以是pn结，在该界面处电场强度可以最大，并且电场强度可以随着厚度变得远离pn结界面而降低。当pn结界面处的电场强度由e0(v/m)表示时，n型低浓度ingaas吸收层13中的电场强度en(v/m)可以由等式4表示。
33.[等式4]
[0034]
en(v/m)＝e0-(q/εn)
·
nn
·
dn
[0035]
在等式4中，q是基本电荷(＝1.6
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(c))，εn是n型低浓度ingaas吸收层13的介电常数，在这种情况下是ingaas的介电常数(＝1.23
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(f/m))。nn是n型低浓度ingaas吸收层13的载流子密度，为2
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/cm3。dn是距pn结界面的距离。当距电场强度en变为零的pn结界面的距离由dn0表示时，e0可以由等式5表示。
[0036]
[等式5]
的be，因此在几伏时不会耗尽，并且实际上不起吸收层的作用。利用由低浓度p型半导体层和低浓度n型半导体层形成的吸收层，当施加某一偏置电压时，可以扩大耗尽层面积。结果，提供了一种半导体光接收元件，其实现了减小的电容并具有优异的高速响应性。
[0056]
图3a是用于说明根据比较示例性实施例的半导体光接收元件30的截面图。与根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10的不同之处在于吸收层的配置，并且其他配置是相同的。半导体光接收元件30的吸收层可以由具有厚度wnc的n型低浓度ingaas吸收层33形成。与第一示例性实施方式中的n型低浓度ingaas吸收层13一样，n型半导体层具有以2
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/cm3的背景水平包含的n型载流子浓度。此外，wnc可以是1.8μm。换句话说，吸收层可以具有与半导体光接收元件10相同的浓度和相同的厚度。唯一的区别可以是所有的吸收层都是n型的。图3b是当施加反向偏置电压时半导体光接收元件30的能带图。
[0057]
图4在比较示例性实施例中示出了当在半导体光接收元件30的p型电极17和n型电极18之间施加2v的反向偏置电压时的电场强度。如图2所示，在水平轴线上，pn结界面设置为0。n型低浓度ingaas吸收层33和p型ingaas接触层16之间的界面可以是pn结。n型低浓度ingaas吸收层33中的电场强度在pn结界面处可以最大，并且可以随着厚度变得远离pn结界面而减小。当pn结界面处的电场强度由e0(v/m)表示时，n型低浓度ingaas吸收层33中的电场强度en(v/m)可以由等式4表示。类似地，当距电场强度en变为零的pn结界面的距离由dn0表示时，e0可以由等式5表示。
[0058]
当反向偏置电压由vr表示，并且n型ingas吸收层33和p型ingas接触层16之间的界面处的内置电势由vb表示时，通过对从pn结界面到dn0的电场强度e进行积分而获得的值是(vr+vb)(v)，因此dn0可以由等式9表示。
[0059]
[等式9]
[0060][0061]
当将vr＝2v和vb＝0.54v代入方程9时，得到dn0＝1.397μm。换句话说，尽管n型低浓度ingaas吸收层33具有1.8μm的厚度，但是当实际施加2v时，n型低浓度ingaas吸收层33仅耗尽1.397μm。
[0062]
在根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10中，n型低浓度ingas吸收层13和p型低浓度ingas吸收层14形成厚度为1.8μm的吸收层。此外，当施加2v时，整个吸收层被耗尽。相反，在根据比较示例性实施例的半导体光接收元件30中，吸收层仅由n型低浓度ingaas制成，并且具有1.8μm的厚度。然而，当施加2v时，仅1.397μm的厚度被耗尽。因此，与半导体光接收元件30相比，根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10是具有小电容和优异高速响应性的半导体光接收元件。此外，对于根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10，与根据比较示例性实施方式的半导体光接收元件30相比，用于获得相同耗尽区的电压更小。因此，根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10是这样的半导体光接收元件，利用该半导体光接收元件，获得相同电容(即，相同水平的高速响应性)所需的电压绝对值小，并且在低功耗方面优异。该特性是通过p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层的组合获得的，p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层各自具有小于1
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/cm3的载流子浓度，利用载流子浓度，吸收层可以被耗尽。
[0063]
在一些情况下，半导体光接收元件可以由包含n型杂质的层和包含p型杂质的层组成，n型杂质的浓度从具有n层的结表面向内逐渐降低，p型杂质的浓度从具有p层的结表面向内逐渐降低。在n型杂质层和p型杂质层之间的界面处，n型杂质和p型杂质的浓度为0。利用这种结构，p型ingas吸收层和n型ingas吸收层都具有这样的结构，其中具有p型层或n型层(其可以与p型ingas吸收层或n型ingas吸收层接触)的结表面具有1
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10
16
/cm3或更高的高浓度，并且浓度从结表面向内逐渐降低。因此，不是所有的n型杂质层和p型杂质层都被耗尽，只有载流子浓度小于1
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10
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/cm3的区域被耗尽。其他情况涉及通过每个杂质层中的浓度梯度产生内部电场，并且即使在低电压下也能防止载流子移动速度的降低。因此，不假设将整个杂质层的载流子浓度设定为小于1
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10
16
/cm3。此外，在n型杂质层中，即使浓度在1
×
10
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/cm3左右，载流子浓度也逐渐变化。因此，电场没有被适当地施加到实际耗尽的区域，并且实际耗尽层和非耗尽区域之间的界面模糊。结果，不能获得足够的载体移动速度，这在高速响应性方面是不利的。
[0064]
相反，在根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10中，n型低浓度ingas吸收层13与n型inp接触层12接触，并且掺杂到等于或大于n型低浓度ingas吸收层13的浓度的10倍的高浓度，其为5
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/cm3。因此，电场被适当地施加在n型低浓度ingaas吸收层13上，导致半导体光接收元件能够以优异的载流子分离性能(carrier splitting performance)做出高速响应。为了向耗尽层区域充分施加电场，与低浓度层接触的层的载流子浓度优选为1
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/cm3或更高。
[0065]
图5a是根据第二示例性实施方式的半导体光接收元件50的截面图。图5b示出了当反向偏置电压施加到半导体光接收元件50时的能带图。与第一示例性实施方式中描述的半导体光接收元件10的不同之处在于n型低浓度ingas吸收层13和53与p型低浓度ingas吸收层14和54之间的浓度和厚度的差异。在第二示例性实施例中，n型低浓度ingaas吸收层53具有3
×
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/cm3的浓度和0.6μm的厚度。p型低浓度ingaas吸收层54具有2
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/cm3的浓度和0.9μm的厚度。换句话说，n型低浓度ingaas吸收层53可以形成为比p型低浓度ingaas吸收层54薄，并且吸收层的厚度整体上可以是1.5μm。其他配置与半导体光接收元件10相同。
[0066]
图6是示出了当在半导体光接收元件50的p型电极17和n型电极18之间施加2v的反向偏置电压时电场强度的曲线图。如图2所示，在水平轴线上，pn结界面设置为0。可以被耗尽的区域(即距离电场强度为0的pn结界面的距离dn0和dp0)可以基于等式1、等式2和等式3来确定。当将vr＝2v和vb＝0.54v代入方程1、方程2和方程3，得到dp0＝1.082μm和dn0＝0.721μm。换句话说，厚度为0.9μm的p型低浓度ingaas吸收层54和厚度为0.6μm的n型低浓度ingaas吸收层53都可以耗尽。此外，当n型低浓度ingas吸收层53和p型低浓度ingas吸收层54的载流子浓度具有上述值时，最大耗尽层厚度为dp0+dn0＝1.803μm。这表明尽管在第二示例性实施例中吸收层的厚度可以是1.5μm，但是即使当厚度为1.803μm时，吸收层也可以全部耗尽。
[0067]
同时，在比较示例性实施例中，例如，当n型低浓度ingaas吸收层33的浓度被设置为3
×
10
15
/cm3时，其与第二示例性实施例中的n型低浓度ingaas吸收层53的浓度相同，最大耗尽区的宽度变为1.14μm。因此，即使具有相同的载流子浓度，通过如第二示例性实施例中所述的p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层的组合，最大耗尽区的宽度可以加宽。此外，从等式1、等式2和等式3可以看出，当p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层具有相同的载流子
浓度时，可以在特定偏置电压下获得最大耗尽区。
[0068]
通过光吸收，产生一对电子和一个空穴。然后，空穴向p型ingaas接触层16侧移动，电子向n型inp接触层12侧移动。光在整个吸收层中被吸收，与在靠近p型ingaas接触层16的一侧产生的空穴相比，在靠近n型inp接触层12的一侧产生的空穴需要移动很长的距离。与电子相比，空穴很重，因此需要时间移动。在高频驱动中，可以允许空穴从耗尽层区域快速移动，以增加高速响应性。在第二示例性实施例中，当吸收层被视为整体时，电场强度最大化的pn结界面更靠近n侧。因此，在n型低浓度ingaas吸收层53中产生的、需要移动更长距离的空穴被施加更强的电场。因此，这些空穴被强电场加速，并因此被允许更快地移动到p型ingaas接触层16侧。结果，可以提供具有更优越的高速响应性的半导体光接收元件。
[0069]
图7a是根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件60的截面图。图7b示出了当反向偏置电压施加到半导体光接收元件60时的能带图。与第一示例性实施方式中描述的半导体光接收元件10的不同之处在于n型低浓度ingas吸收层13和63与p型低浓度ingas吸收层14和64之间的浓度和厚度的差异。在第三示例性实施例中，n型低浓度ingaas吸收层63具有2
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15
/cm3的浓度和0.9μm的厚度。p型低浓度ingaas吸收层64具有3
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10
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/cm3的浓度和0.6μm的厚度。换句话说，n型低浓度ingaas吸收层63和更靠近光进入表面的p型低浓度ingaas吸收层64中的一个(p型低浓度ingaas吸收层64)可以形成为比另一个(n型低浓度ingaas吸收层63)更薄，并且整个吸收层的厚度可以是1.5μm。其他配置与半导体光接收元件10相同。
[0070]
图8是示出当在半导体光接收元件60的p型电极17和n型电极18之间施加2v的反向偏置电压时电场强度的曲线图。如图2所示，在水平轴线上，pn结界面设置为0。可以被耗尽的区域(即距离电场强度为0的pn结界面的距离dn0和dp0)可以基于等式1、等式2和等式3来确定。当将vr＝2v和vb＝0.54v代入方程1、方程2和方程3，得到dp0＝0.721μm和dn0＝1.082μm。换句话说，厚度为0.6μm的p型低浓度ingaas吸收层64和厚度为0.9μm的n型低浓度ingaas吸收层63都可以被耗尽。此外，当n型低浓度ingas吸收层63和p型低浓度ingas吸收层64的载流子浓度具有上述值时，最大耗尽层厚度为dp0+dn0＝1.803μm。这表明尽管在第三示例性实施例中吸收层的厚度可以是1.5μm，但是即使当厚度为1.803μm时，吸收层也可以全部耗尽。
[0071]
同时，在比较示例性实施例中，例如，当n型低浓度ingaas吸收层33的浓度被设置为2
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/cm3时，其与第三示例性实施例中的n型低浓度ingaas吸收层63的浓度相同，最大耗尽区的宽度变为1.14μm。因此，即使具有相同的载流子浓度，通过如第三示例性实施例中所述的p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层的组合，可以加宽最大耗尽区的宽度。
[0072]
半导体光接收元件60可以是顶部照射的光学半导体光接收元件，并且接收的光信号可以通过p型ingaas接触层16进入p型低浓度ingaas吸收层64。光信号可以在被p型低浓度ingas吸收层64吸收的同时到达n型低浓度ingas吸收层63，并且也可以被吸收到n型低浓度ingas吸收层63吸中。因此，p型低浓度ingas吸收层64中吸收的光量可以大于n型低浓度ingas吸收层63中吸收的光量。因此，在p型低浓度ingaas吸收层64的区域中，由光吸收产生的空穴和电子对的数量也可以更大。为了允许所差生的大量载流子高速移动，优选施加强电场。在第三示例性实施例中，可以在具有较大量光吸收的p型低浓度ingaas吸收层64上施加较高的电场强度，并且允许载流子有效地移动。
[0073]
如第二示例性实施例中所述，在一些情况下，增加n型低浓度ingaas吸收层63的电场强度可能更好。例如，在顶部照射型的情况下，根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件60可以是优选的，以便允许在p侧产生的更大量的载流子移动。相反，在背部照射(back illuminated)的半导体光接收元件的情况下，可以是n型低浓度ingaas吸收层63吸收更大量的光，并且根据第二实施方式的半导体光接收元件50可以在高速响应性方面更好。此外，即使在顶部照射的半导体光接收元件中，导致p侧上大量产生的载流子的可提取性和n侧上的空穴的可提取性中的哪一个整体上影响高速响应性，也取决于入射光强度、施加的电压以及例如吸收层的厚度和浓度。因此，作为整体设计的一部分，优选确定p型低浓度吸收层和n型低浓度吸收层的厚度和浓度。
[0074]
图9a是根据第四示例性实施例的半导体光接收元件70的截面图。图7b示出了当反向偏置电压施加到半导体光接收元件70时的能带图。与第一示例性实施方式中描述的半导体光接收元件10的不同之处在于，n型低浓度ingaas吸收层13由载流子浓度为1
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10
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/cm3的n型低浓度inp宽带隙层73代替，并且p型低浓度ingaas吸收层74具有0.8μm的厚度。p型低浓度ingaas吸收层74具有与第一示例性实施方式中相同的载流子浓度2
×
10
15
/cm3。n型低浓度inp宽带隙层73的载流子可以被有意地掺杂或包含在背景中。n型低浓度inp宽带隙层73具有1.5μm的厚度。换句话说，吸收层仅是p型低浓度ingaas吸收层74，并且具有0.9μm的厚度。其他配置与半导体光接收元件10相同。
[0075]
n型低浓度inp宽带隙层73具有比入射光的840纳米至950纳米的波长更短的inp带隙波长，因此不充当吸收层。然而，载流子浓度可能小于1
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/cm3，因此可能是耗尽层。在p型低浓度ingaas吸收层74中产生的载流子中，只有电子被内部电场允许高速漂移。以这种方式，该结构减小了元件电容，同时抑制了载流子移动时间的增加。为了增加半导体光接收元件的高速响应性，除了电容的减小之外，载流子能够多快地离开吸收层也很重要。从后一种观点来看，这种结构可能更好。只要该层用作入射光波长的宽带隙，本文描述的注入可以不限于inp层，并且例如可以使用inalas层或inalgaas层。
[0076]
图10是示出当在半导体光接收元件70的p型电极17和n型电极18之间施加2v的反向偏置电压时电场强度的曲线图。如图2所示，在水平轴线上，pn结界面设置为0。可以被耗尽的区域(即距电场强度变为0的pn结界面的距离dn0和dp0)可以基于等式1、等式2和等式3来确定。在第四示例性实施例中，pn结界面可以是ingaas层和inp层之间的界面，因此vb可以是0.59v。此外，inp的介电常数可以是1.11
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10-10
(f/m)。当将vr＝2v和vb＝0.59v代入方程1、方程2和方程3，得到dp0＝0.844μm和dn0＝1.517μm。换句话说，厚度为0.8μm的p型低浓度ingaas吸收层74和厚度为1.5μm的n型低浓度inp宽带隙层73都可以被耗尽。换句话说，半导体光接收元件70具有小电容，当施加2v时，耗尽层的厚度大至2.3μm，并且由于n型低浓度inp宽带隙层73，半导体光接收元件70是能够以优异的载流子分离性能进行高速响应的元件。在第四示例性实施例中，n型低浓度层可以是宽带隙层。然而，即使当p型低浓度层是inp宽带隙层，而n型低浓度层是n型ingaas吸收层时，与第四实施方式中的情况相反，也可以获得宽耗尽层。
[0077]
如在第四示例性实施例中所描述的，不总是需要仅由具有能够吸收入射光的带隙的材料制成低浓度层，并且通过采用各自具有小于1
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/cm3的载流子浓度的p型低浓度层和n型低浓度层形成pn界面的配置，可以扩大耗尽层。
[0078]
描述了根据第四示例性实施例的半导体光接收元件70的修改示例性实施例。图11a是根据修改示例的半导体光接收元件90的截面图。图11b示出了当反向偏置电压施加到半导体光接收元件90时的能带图。图12是示出当在半导体光接收元件90的p型电极17和n型电极18之间施加2v的反向偏置电压时电场强度的曲线图。与第四示例性实施方式中描述的半导体光接收元件70的不同之处在于，p型高浓度ingas吸收层99可以插入在p型低浓度ingas吸收层74和p型ingas接触层16之间。p型高浓度ingaas吸收层99可以是掺杂有浓度为1
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/cm3的be的、厚度为0.6μm的层。p型高浓度ingas吸收层99可以具有1
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/cm3或更高的载流子浓度，因此不会在大约几伏的电压下耗尽。因此，没有获得通过提供该p型高浓度ingas吸收层99来减小电容的效果。然而，p型高浓度ingaas吸收层99具有吸收入射光的带隙，因此有效地增加了光接收灵敏度。半导体光接收元件90的实际耗尽层可以与第四示例性实施例中描述的半导体光接收元件70的耗尽层相同。p型高浓度ingaas吸收层99可以具有浓度梯度。然而，应该注意的是，即使是具有最低浓度的区域，当施加了在使用条件下施加的偏置电压时，其浓度也不会耗尽。具体而言，1
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/cm3或更高的浓度可能是优选的。此外，如在第一示例性实施方式中，n型低浓度ingas吸收层可以插入在p型低浓度ingas吸收层74和n型低浓度inp宽带隙层73之间。
[0079]
生成具有从等式1、等式2和等式3导出的厚度的待耗尽层在低电容和高速响应性方面可能更好，但是低浓度层可以形成为比从等式1、等式2和等式3得到的可被耗尽的层厚度厚大约10％的层。在这种情况下，在具有p型高浓度层的界面附近存在一层未耗尽的p型低浓度层，或者在具有n型高浓度层的界面附近存在一层n型低浓度层。然而，这些层并不厚，因此对载流子分离性能的退化没有显著影响，并且处于实用水平。
[0080]
当上述示例性实施例中描述的结构彼此组合时，可以获得本文描述的一些实施方式的效果。换句话说，只要n型低浓度层或p型低浓度层中的至少一个包括吸收入射光的吸收层，则n型低浓度层和p型低浓度层可以由两层形成:吸收层和宽带隙层，或者仅由其中一层形成。此外，n型低浓度层和p型低浓度层可以具有相同的厚度，n型低浓度层可以比p型低浓度层厚，或者n型低浓度层可以比p型低浓度层薄。此外，已经描述了能够接收波长为840纳米至950纳米的光信号的顶部照射半导体光接收元件。然而，可以采用能够接收另一波长带(例如，1.3μm带或1.55μm带)的光信号的顶部照射半导体光接收元件或背部照射半导体光接收元件。此外，输入光信号的光纤可以是单模光纤。此外，在上述实施方式中，已经描述了其中n型更靠近inp衬底侧的结构。然而，本文描述的一些实现不限于此，并且即使当极性相反的结构，即p型可以位于更靠近inp衬底侧时，也可以获得类似的效果。此外，可以采用导电半导体衬底代替半绝缘inp衬底。
[0081]
前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实现都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实现不能被组合的理由。
[0082]
即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求组中
的每个其他权利要求。如这里所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。
[0083]
除非明确描述，否则这里使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此外，如本文所用，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”等意在是开放式术语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“下”、“下方”、“上”、“上方”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且这里使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。
[0084]
相关应用的交叉引用
[0085]
本技术要求享有2021年5月6日提交的日本技术jp2021-078578的优先权，该日本技术要求享有2021年1月26日提交的日本技术jp2021-010676的优先权，其内容通过引用明确结合于此。