JP2001308366A - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JP2001308366A JP2001308366A JP2000119368A JP2000119368A JP2001308366A JP 2001308366 A JP2001308366 A JP 2001308366A JP 2000119368 A JP2000119368 A JP 2000119368A JP 2000119368 A JP2000119368 A JP 2000119368A JP 2001308366 A JP2001308366 A JP 2001308366A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度を向上させることができる信頼性の高い
フォトダイオード、及び感度を低下させる事なく高速化
が可能な信頼性の高いフォトダイオードを提供する。 【解決手段】 光を吸収してキャリアを発生する光吸収
層を含む半導体成長層の一部に形成された受光領域と、
受光領域を透過した光を受光領域に反射させる反射面又
は反射層とを備えたフォトダイオードにおいて、反射面
又は反射層は、反射した光を受光領域に集光させるよう
に曲率が設定されている。
フォトダイオード、及び感度を低下させる事なく高速化
が可能な信頼性の高いフォトダイオードを提供する。 【解決手段】 光を吸収してキャリアを発生する光吸収
層を含む半導体成長層の一部に形成された受光領域と、
受光領域を透過した光を受光領域に反射させる反射面又
は反射層とを備えたフォトダイオードにおいて、反射面
又は反射層は、反射した光を受光領域に集光させるよう
に曲率が設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速応答が可能で
かつ高い量子効率を有する主として光通信用のフォトダ
イオードに関するものである
かつ高い量子効率を有する主として光通信用のフォトダ
イオードに関するものである
【０００２】
【従来の技術】図３は、例えば特開昭６１−２２９３７
１号公報に示された従来のフォトダイオードを模式的に
示す断面図である。図３のフォトダイオードは、ｎ+−
ＩｎＰ半導体基板１の上に所定の半導体成長層２を成長
させ、その半導体成長層２の一部に光電変換機能を有す
る受光領域３を形成した後、その受光領域３の下に位置
するｎ+−ＩｎＰ半導体基板１を除去して受光領域３の
半導体成長層２の下面を露出させその下面に金属反射層
５１を形成することにより構成される。尚、この従来例
のフォトダイオードの素子サイズは、例えば３００μm
であり、基板１の厚みは１５０μm、半導体成長層２の
厚みは５μmである。
１号公報に示された従来のフォトダイオードを模式的に
示す断面図である。図３のフォトダイオードは、ｎ+−
ＩｎＰ半導体基板１の上に所定の半導体成長層２を成長
させ、その半導体成長層２の一部に光電変換機能を有す
る受光領域３を形成した後、その受光領域３の下に位置
するｎ+−ＩｎＰ半導体基板１を除去して受光領域３の
半導体成長層２の下面を露出させその下面に金属反射層
５１を形成することにより構成される。尚、この従来例
のフォトダイオードの素子サイズは、例えば３００μm
であり、基板１の厚みは１５０μm、半導体成長層２の
厚みは５μmである。
【０００３】以上のように構成された従来例のフォトダ
イオードにおいて、被検出光４は受光領域３に入射され
てその領域３で吸収されてキャリアを発生してフォト電
流として検出される。この時、吸収されずに受光領域３
を透過した光は平坦な金属反射層５１によって反射さ
れ、再度受光領域３において吸収されるので、受光領域
３における光吸収効率を向上させる事ができる。また、
高速・高感度なフォトダイオードを実現するためには、
上述のようにして光吸収効率を向上させその分だけ光吸
収層を薄くする事により、光吸収効率を劣化させること
なく、高速性を確保する。
イオードにおいて、被検出光４は受光領域３に入射され
てその領域３で吸収されてキャリアを発生してフォト電
流として検出される。この時、吸収されずに受光領域３
を透過した光は平坦な金属反射層５１によって反射さ
れ、再度受光領域３において吸収されるので、受光領域
３における光吸収効率を向上させる事ができる。また、
高速・高感度なフォトダイオードを実現するためには、
上述のようにして光吸収効率を向上させその分だけ光吸
収層を薄くする事により、光吸収効率を劣化させること
なく、高速性を確保する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，受光領
域部分には半導体成長層のみが存在しその厚みは、上述
のように５μｍ程度、また厚くてもせいぜい１０μm程
度であるために、受光領域３の部分において割れが生じ
やすいという問題点があった。また基板を除去すること
なく、基板裏面に反射層を形成すると光吸収層から離れ
て形成されることになり、効果的に反射させることがで
きないので、受光効率を十分高くすることが困難であっ
た。
域部分には半導体成長層のみが存在しその厚みは、上述
のように５μｍ程度、また厚くてもせいぜい１０μm程
度であるために、受光領域３の部分において割れが生じ
やすいという問題点があった。また基板を除去すること
なく、基板裏面に反射層を形成すると光吸収層から離れ
て形成されることになり、効果的に反射させることがで
きないので、受光効率を十分高くすることが困難であっ
た。
【０００５】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解決し、感度を向上させることができる信頼性の高いフ
ォトダイオード、及び感度を低下させる事なく高速化が
可能な信頼性の高いフォトダイオードを提供することを
目的とする。
解決し、感度を向上させることができる信頼性の高いフ
ォトダイオード、及び感度を低下させる事なく高速化が
可能な信頼性の高いフォトダイオードを提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフォトダイ
オードは、光を吸収してキャリアを発生する光吸収層を
含む半導体成長層の一部に形成された受光領域と、該受
光領域を透過した光を上記受光領域に反射させる反射面
又は反射層とを備えたフォトダイオードにおいて、上記
反射面又は反射層は、反射した光を上記受光領域に集光
させるように曲率が設定されたことを特徴とする。これ
により、受光領域において吸収されずに透過した光を再
度上記受光領域に集光して、上記受光領域で吸収するこ
とができる。
オードは、光を吸収してキャリアを発生する光吸収層を
含む半導体成長層の一部に形成された受光領域と、該受
光領域を透過した光を上記受光領域に反射させる反射面
又は反射層とを備えたフォトダイオードにおいて、上記
反射面又は反射層は、反射した光を上記受光領域に集光
させるように曲率が設定されたことを特徴とする。これ
により、受光領域において吸収されずに透過した光を再
度上記受光領域に集光して、上記受光領域で吸収するこ
とができる。
【０００７】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記反射面を、金属膜の表面により構成するよう
にしてもよい。
いて、上記反射面を、金属膜の表面により構成するよう
にしてもよい。
【０００８】さらに、本発明に係るフォトダイオードに
おいて、上記反射面を、半導体面により構成してもよ
い。
おいて、上記反射面を、半導体面により構成してもよ
い。
【０００９】またさらに、本発明に係るフォトダイオー
ドにおいて、上記反射層を、多重周期構造よりなる分布
反射層により構成してもよい。
ドにおいて、上記反射層を、多重周期構造よりなる分布
反射層により構成してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態について説明する。図１は、本発明に
係る実施の形態の半導体アバランシェフォトダイオード
の構成を模式的に示す断面図である。尚、本実施の形態
は、１．３〜１．６μm帯の光に対応する表面入射型素
子であるフォトダイオードを示しており、素子サイズ
は、例えば、３００μmであり、基板１の厚みは１５０
μm、半導体成長層２の厚みは５μmである。本実施の形
態のフォトダイオードは、図３の従来例のフォトダイオ
ードにおいて、受光領域３の下に位置するｎ+−ＩｎＰ
半導体基板１を除去する代わりに、ｎ+−ＩｎＰ半導体
基板１の下面に上記受光領域３と対向する曲面１ａを形
成しその曲面１ａに金属膜５を形成した以外は、図３の
従来例のフォトダイオードと同様に構成される。尚、図
１において図３と同様のものには同様の符号を付して示
している。
に係る実施の形態について説明する。図１は、本発明に
係る実施の形態の半導体アバランシェフォトダイオード
の構成を模式的に示す断面図である。尚、本実施の形態
は、１．３〜１．６μm帯の光に対応する表面入射型素
子であるフォトダイオードを示しており、素子サイズ
は、例えば、３００μmであり、基板１の厚みは１５０
μm、半導体成長層２の厚みは５μmである。本実施の形
態のフォトダイオードは、図３の従来例のフォトダイオ
ードにおいて、受光領域３の下に位置するｎ+−ＩｎＰ
半導体基板１を除去する代わりに、ｎ+−ＩｎＰ半導体
基板１の下面に上記受光領域３と対向する曲面１ａを形
成しその曲面１ａに金属膜５を形成した以外は、図３の
従来例のフォトダイオードと同様に構成される。尚、図
１において図３と同様のものには同様の符号を付して示
している。
【００１１】図２は、図１の実施の形態のフォトダイオ
ードの構成を半導体成長層２の詳細構成及び電極配置を
含めて示す断面図である。以下、図２を参照しながら本
実施の形態のフォトダイオードの構成を詳細に説明す
る。実施の形態の半導体アバランシェフォトダイオード
では、ｎ+−ＩｎＰ半導体基板１の上（表面）にｎ+−Ｉ
ｎＰバッファー層６を介してｎ-−ＧａＩｎＡｓ光吸収
層７、ＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y 単層あるいは複数層よ
りなる遷移層８、ｎ-−ＩｎＰ層９が順次積層されて半
導体成長層２が形成される。そして、その半導体成長層
２のｎ-−ＩｎＰ層９の一部分にｐ型不純物を拡散ある
いはイオン注入することによりｐ導電領域１２が形成さ
れ、さらにｐ導電領域１２の周りには、電界の集中を緩
和するための、例えばＢｅが拡散又はイオン注入されて
なるガードリング１３が形成されて受光領域３が構成さ
れる。そして、ｐコンタクト電極１５はｐ導電領域１２
の周辺部上にｐ+−ＧａＩｎＡｓコンタクト層１４を介
して形成される。また、ｐ導電領域１２の表面を含むｎ
-−ＩｎＰ層５の表面にはＳｉＮ無反射膜１１が形成さ
れる。
ードの構成を半導体成長層２の詳細構成及び電極配置を
含めて示す断面図である。以下、図２を参照しながら本
実施の形態のフォトダイオードの構成を詳細に説明す
る。実施の形態の半導体アバランシェフォトダイオード
では、ｎ+−ＩｎＰ半導体基板１の上（表面）にｎ+−Ｉ
ｎＰバッファー層６を介してｎ-−ＧａＩｎＡｓ光吸収
層７、ＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y 単層あるいは複数層よ
りなる遷移層８、ｎ-−ＩｎＰ層９が順次積層されて半
導体成長層２が形成される。そして、その半導体成長層
２のｎ-−ＩｎＰ層９の一部分にｐ型不純物を拡散ある
いはイオン注入することによりｐ導電領域１２が形成さ
れ、さらにｐ導電領域１２の周りには、電界の集中を緩
和するための、例えばＢｅが拡散又はイオン注入されて
なるガードリング１３が形成されて受光領域３が構成さ
れる。そして、ｐコンタクト電極１５はｐ導電領域１２
の周辺部上にｐ+−ＧａＩｎＡｓコンタクト層１４を介
して形成される。また、ｐ導電領域１２の表面を含むｎ
-−ＩｎＰ層５の表面にはＳｉＮ無反射膜１１が形成さ
れる。
【００１２】実施の形態２のフォトダイオードにおい
て、ｎ+−ＩｎＰ半導体基板１の下面のｐ導電領域１２
と対向する部分に、受光領域３を透過した光を反射して
受光領域３に集光させるような曲率を有する曲面１ａを
形成し、その曲面１ａに金属膜５を形成する。
て、ｎ+−ＩｎＰ半導体基板１の下面のｐ導電領域１２
と対向する部分に、受光領域３を透過した光を反射して
受光領域３に集光させるような曲率を有する曲面１ａを
形成し、その曲面１ａに金属膜５を形成する。
【００１３】以上のように構成された実施の形態のフォ
トダイオードは、入射される被検出光４を受光領域３で
吸収することによりキャリアを発生させ、その発生する
キャリアに応じた電流を出力することにより、光信号を
電気信号に変換する。本実施の形態のフォトダイオード
では特に、入射される被検出光４のうち受光領域３で吸
収されずに透過した光を曲率を有する曲面１ａに形成さ
れた金属膜５の表面で受光領域３に集光されるように反
射されて受光領域３に再入力されて受光領域３で吸収さ
れる。これにより、本実施の形態のフォトダイオードで
は、金属膜５によって反射される光の大半（実質的に全
て）の光を受光領域３に集中させて入射することができ
るので、受光領域３に接して直接金属反射層を設けた場
合と同様の高い反射効率が得られ、光吸収層において従
来例と同様の高い吸収率が得られる。
トダイオードは、入射される被検出光４を受光領域３で
吸収することによりキャリアを発生させ、その発生する
キャリアに応じた電流を出力することにより、光信号を
電気信号に変換する。本実施の形態のフォトダイオード
では特に、入射される被検出光４のうち受光領域３で吸
収されずに透過した光を曲率を有する曲面１ａに形成さ
れた金属膜５の表面で受光領域３に集光されるように反
射されて受光領域３に再入力されて受光領域３で吸収さ
れる。これにより、本実施の形態のフォトダイオードで
は、金属膜５によって反射される光の大半（実質的に全
て）の光を受光領域３に集中させて入射することができ
るので、受光領域３に接して直接金属反射層を設けた場
合と同様の高い反射効率が得られ、光吸収層において従
来例と同様の高い吸収率が得られる。
【００１４】また、以上のように構成された実施の形態
のフォトダイオードは、基板１を除去することなく金属
膜５を形成しているので、受光領域３の破損を防止する
ことができ、素子の信頼性を高くできる。また、本実施
の形態のフォトダイオードでは、曲率を有する曲面１ａ
に形成された金属膜５の表面で、受光領域３を透過した
光が受光領域３に集光されるように反射されるので、受
光領域以外に反射される光を実質的に無くすことができ
る。従って、反射面を受光領域３から離れて形成した場
合に、受光領域以外に反射される光による素子特性の劣
化が問題となるが、本実施の形態のフォトダイオードで
は、そのような素子特性の劣化を防止できる。
のフォトダイオードは、基板１を除去することなく金属
膜５を形成しているので、受光領域３の破損を防止する
ことができ、素子の信頼性を高くできる。また、本実施
の形態のフォトダイオードでは、曲率を有する曲面１ａ
に形成された金属膜５の表面で、受光領域３を透過した
光が受光領域３に集光されるように反射されるので、受
光領域以外に反射される光を実質的に無くすことができ
る。従って、反射面を受光領域３から離れて形成した場
合に、受光領域以外に反射される光による素子特性の劣
化が問題となるが、本実施の形態のフォトダイオードで
は、そのような素子特性の劣化を防止できる。
【００１５】以上の実施の形態では、アバランシェフォ
トダイオードについて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、ｐｎあるいはｐｉｎ型のフォトダイオードであって
も本実施の形態と同様の作用効果が得られる。また、本
実施の形態では、１．３〜１．６μm帯のアバランシェ
フォトダイオードについて説明したが、本願はその波長
のフォトダイオードに限定されるものではない。
トダイオードについて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、ｐｎあるいはｐｉｎ型のフォトダイオードであって
も本実施の形態と同様の作用効果が得られる。また、本
実施の形態では、１．３〜１．６μm帯のアバランシェ
フォトダイオードについて説明したが、本願はその波長
のフォトダイオードに限定されるものではない。
【００１６】また、実施の形態のフォトダイオードで
は、金属膜５を形成してその表面を反射面としたが、本
発明はこれに限られるものではなく、金属膜５を設ける
ことなく、曲面１ａにおけるｎ＋−ＩｎＰと空気層との
界面における反射を利用し、曲面１ａそのものの表面を
反射面としてもよいし、金属膜５に代えて例えば誘電体
多層膜又は半導体多層膜等からなる分布反射層を形成す
るようにしてもよい。このようにしても、上述の実施の
形態と同様の作用効果を有する。また、本発明に係るフ
ォトダイオードにおいて、上記反射層を、多重周期構造
よりなる分布反射層により構成することにより、所定の
波長の光を選択的に反射させることができるので、所望
の波長の光に対する感度を選択的に高くできる。
は、金属膜５を形成してその表面を反射面としたが、本
発明はこれに限られるものではなく、金属膜５を設ける
ことなく、曲面１ａにおけるｎ＋−ＩｎＰと空気層との
界面における反射を利用し、曲面１ａそのものの表面を
反射面としてもよいし、金属膜５に代えて例えば誘電体
多層膜又は半導体多層膜等からなる分布反射層を形成す
るようにしてもよい。このようにしても、上述の実施の
形態と同様の作用効果を有する。また、本発明に係るフ
ォトダイオードにおいて、上記反射層を、多重周期構造
よりなる分布反射層により構成することにより、所定の
波長の光を選択的に反射させることができるので、所望
の波長の光に対する感度を選択的に高くできる。
【００１７】また、実施の形態のフォトダイオードにお
いて、レーザ光に代表されるガウス型のビーム形状を含
む種々のビーム形状の光を検出することができ、そのビ
ーム形状に対応して曲面１ａの曲率を設定することによ
り実施の形態のフォトダイオードと同様の作用効果を得
ることができる。
いて、レーザ光に代表されるガウス型のビーム形状を含
む種々のビーム形状の光を検出することができ、そのビ
ーム形状に対応して曲面１ａの曲率を設定することによ
り実施の形態のフォトダイオードと同様の作用効果を得
ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係るフォトダイオードは、反射面又は反射層が
反射した光を受光領域に集光させるように曲率が設定さ
れているので、受光領域において吸収されずに透過した
光を再度上記受光領域に集光して、上記受光領域で吸収
することができる。したがって、本発明によれば、感度
を向上させることができる信頼性の高いフォトダイオー
ド、及び感度を低下させる事なく高速化が可能な信頼性
の高いフォトダイオードを提供することができる。
本発明に係るフォトダイオードは、反射面又は反射層が
反射した光を受光領域に集光させるように曲率が設定さ
れているので、受光領域において吸収されずに透過した
光を再度上記受光領域に集光して、上記受光領域で吸収
することができる。したがって、本発明によれば、感度
を向上させることができる信頼性の高いフォトダイオー
ド、及び感度を低下させる事なく高速化が可能な信頼性
の高いフォトダイオードを提供することができる。
【００１９】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記反射面を、金属膜の表面により構成すること
により反射率をより高くできるので、感度をより高くで
きる。
いて、上記反射面を、金属膜の表面により構成すること
により反射率をより高くできるので、感度をより高くで
きる。
【００２０】さらに、本発明に係るフォトダイオードに
おいて、上記反射面を、半導体面により構成することに
より簡単に反射面を構成できるので、安価に製造でき
る。
おいて、上記反射面を、半導体面により構成することに
より簡単に反射面を構成できるので、安価に製造でき
る。
【００２１】またさらに、本発明に係るフォトダイオー
ドにおいて、上記反射層を、多重周期構造よりなる分布
反射層により構成することにより、所定の波長の光を選
択的に反射させることができるので、所望の波長の光に
対する感度を選択的に高くできる。
ドにおいて、上記反射層を、多重周期構造よりなる分布
反射層により構成することにより、所定の波長の光を選
択的に反射させることができるので、所望の波長の光に
対する感度を選択的に高くできる。
【図１】 本発明に係る実施の形態のフォトダイオード
の特徴を説明するための模式的な断面図である。
の特徴を説明するための模式的な断面図である。
【図２】 実施の形態のフォトダイオードの構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】 従来例のフォトダイオードの概要を示す模式
的な断面図である。
的な断面図である。
１ ｎ+−ＩｎＰ半導体基板、１ａ 曲面、２ 半導体
成長層、３ 受光領域、４ 被検出光、５ 金属膜、６
ｎ+−ＩｎＰバッファー層、７ n--ＧａＩｎＡｓ光吸
収層、８ 遷移層、９ ＩｎＰ層、１１ ＳｉＮ無反射
コーティング膜、１２ ｐ導電領域、１３ ガードリン
グ、１４ ＧａＩｎＡｓコンタクト層、１５ ｐコンタ
クト電極、１６ ｎコンタクト電極。
成長層、３ 受光領域、４ 被検出光、５ 金属膜、６
ｎ+−ＩｎＰバッファー層、７ n--ＧａＩｎＡｓ光吸
収層、８ 遷移層、９ ＩｎＰ層、１１ ＳｉＮ無反射
コーティング膜、１２ ｐ導電領域、１３ ガードリン
グ、１４ ＧａＩｎＡｓコンタクト層、１５ ｐコンタ
クト電極、１６ ｎコンタクト電極。
Claims (4)
- 【請求項１】 光を吸収してキャリアを発生する光吸収
層を含む半導体成長層の一部に形成された受光領域と、
該受光領域を透過した光を上記受光領域に反射させる反
射面又は反射層とを備えたフォトダイオードにおいて、 上記反射面又は反射層は、反射した光を上記受光領域に
集光させるように曲率が設定されたことを特徴とするフ
ォトダイオード。 - 【請求項２】 上記反射面が、金属膜の表面により構成
されている請求項１記載のフォトダイオード。 - 【請求項３】 上記反射面が、半導体面よりなることを
特徴とする請求項１記載のフォトダイオード。 - 【請求項４】 上記反射層が，多重周期構造よりなる分
布反射層からなる請求項１記載のフォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000119368A JP2001308366A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000119368A JP2001308366A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001308366A true JP2001308366A (ja) | 2001-11-02 |
Family
ID=18630358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000119368A Pending JP2001308366A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001308366A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP2013171920A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| WO2019150533A1 (ja) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | 株式会社京都セミコンダクター | 半導体受光素子 |
-
2000
- 2000-04-20 JP JP2000119368A patent/JP2001308366A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| US8129213B2 (en) | 2008-08-26 | 2012-03-06 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
| US8896037B2 (en) | 2008-08-26 | 2014-11-25 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
| JP2013171920A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| WO2019150533A1 (ja) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | 株式会社京都セミコンダクター | 半導体受光素子 |
| US11145770B2 (en) | 2018-02-01 | 2021-10-12 | Kyoto Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor light receiving element |
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