JP2009124145A - 前面照射型アバランシェ・フォトダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前面照射型APDは、基板および基板の前面に配置された層スタックを含む半導体材料のAPD本体を備える。層スタックは、吸収層、増倍層、および電界制御層を含む。有利なことには、APD本体の背面は機械的および化学的に研磨され、吸収波長帯域で90%を超える反射率を有する反射体がAPD本体の背面に配置されている。したがって、最初の吸収層通過で吸収されない入射光は、2回目の吸収層通過のために反射体で反射され、前面照射型APDの固有応答度を高める。
【選択図】図3
Description
301、401、701、801、1101、1201 APD本体
310、1110 基板
320、420、720、820 層スタック
321 吸収層
322、422 増倍層
323、423 電界制御層
324、424 拡散領域
325 バッファ層
326 グレーディング層
330、530 反射体
340 前面コンタクト
350 反射防止層
360 保護層
427 窓層
570 背面コンタクト
728、828 エッチング停止層
780 背部トレンチ
1190、1290 前部メサ
Claims (25)
- 前面照射型アバランシェ・フォトダイオード(APD)であって、
前記前面照射型APDが、半導体材料のAPD本体を備え、
前記APD本体が、基板、および前記基板の前面に配置された層スタックを含み、
前記層スタックが、
吸収波長帯域の光を吸収して光電流を生成するための吸収層と、
アバランシェ増倍によって前記光電流を増すための増倍領域を含む増倍層と、
前記吸収層および前記増倍層の中の電界を制御するための電界制御層と
を備え、前記APD本体の背面が機械的および化学的に研磨されているものであり、および
前記前面照射型APDが、前記吸収波長帯域の光を前記吸収層の方へ反射するための、前記APD本体の背面に配置された前記吸収波長帯域で90%を超える反射率を有する反射体を備える、前面照射型APD。 - 前記層スタックが、さらに、前記基板と前記層スタックの間の格子不整合を調整するためのバッファ層、および前記吸収層と前記増倍層の間の電流の流れを容易にするためのグレーディング層を備え、前記増倍層が、さらに、前記増倍領域を画定しさらにp−n接合を形成するための拡散領域を含む、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記層スタックが、さらに、前記基板と前記層スタックの間の格子不整合を調整するためのバッファ層、および前記吸収波長帯域の光を前記吸収層へ透過させるための窓層を含み、前記窓層が、前記増倍領域を画定しさらにp−n接合を形成するための拡散領域を含む、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記反射体が、前記APD本体の背面全体に配置されている、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記前面照射型APDへまたは前記前面照射型APDから電流を流すための、前記APD本体の背面の環状コンタクト領域に配置された金属材料の環状背面コンタクトをさらに備え、前記背面コンタクトの内周が前記APD本体の背面の円形反射体領域を画定し、さらに、前記反射体が、前記APD本体の背面の前記反射体領域に配置されている、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記反射体が、前記APD本体の背面の前記反射体領域だけに配置されている、請求項5に記載の前面照射型APD。
- 前記APD本体が、さらに、前記基板の中および前記吸収層も前記増倍層も前記電界制御層も含まない前記層スタックの後ろ部分の中に配置された、前記吸収層と前記反射体の間の光路を短くするための背部トレンチを備える、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記APD本体が、さらに、前記吸収層、前記増倍層および前記電界制御層を含む前記層スタックの前部分を含む、前面コンタクト形成を可能にするための前部メサを備える、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記層スタックが、さらに、前記層スタックの部分のエッチングを防ぐためのエッチング停止層を備える、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記APD本体が、さらに、前記APD本体の背面が前記エッチング停止層の背面の反射体領域を含むような具合に前記基板の中および前記エッチング停止層の後ろの前記層スタックの後ろ部分の中に配置された、前記吸収層と前記反射体の間の光路を短くするための背部トレンチを備える、請求項9に記載の前面照射型APD。
- 前記APD本体が、さらに、前記APD本体の前面が前記エッチング停止層の前面のコンタクト領域を含むような具合に前記エッチング停止層の前の前記層スタックの前部分を含む、前面コンタクト形成を可能にするための前部メサを含み、さらに、前記前面照射型APDへまたは前記前面照射型APDから電流を流すための、前記エッチング停止層の前面の前記コンタクト領域に配置された金属材料の背面コンタクトを備える、請求項9に記載の前面照射型APD。
- 前記吸収層の厚さが、1μm未満である、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記反射体が、貴金属の層または貴金属の合金の層を含む、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前記反射体が、さらに、誘電体化合物の1つまたは複数の層を含む、請求項13に記載の前面照射型APD。
- 前記反射体が、誘電体化合物の1つまたは複数の層を含む、請求項1に記載の前面照射型APD。
- 前面照射型APDを製造する方法であって、
i)半導体材料のAPD本体を形成するステップを備え、前記i)のステップが、
a)基板を準備するステップと、
b)前記基板の前面に層スタックをエピタキシャル成長するステップとを含み、前記b)のステップが、
吸収波長帯域の光を吸収して光電流を生成するための吸収層をエピタキシャル成長するステップと、
アバランシェ増倍によって前記光電流を増すための増倍領域を含む増倍層をエピタキシャル成長するステップと、
前記吸収層および前記増倍層の中の電界を制御するための電界制御層をエピタキシャル成長するステップとを含み、
ii)前記APD本体の背面を機械的および化学的に研磨するステップを備え、および
iii)前記吸収波長帯域で90%を超える反射率を有する反射体を前記APD本体の背面に堆積させるステップを備える、前面照射型APDを製造する方法。 - ib)が、さらに、
前記基板と前記層スタックの間の格子不整合を調整するためのバッファ層をエピタキシャル成長するステップと、
前記吸収層と前記増倍層の間の電流の流れを容易にするためのグレーディング層をエピタキシャル成長するステップと、
前記増倍領域を画定しさらにp−n接合を形成するための拡散領域を前記増倍層の前部分に形成するように前記増倍層中へドーパントを拡散させるステップを備える、請求項16に記載の方法。 - ib)が、さらに、
前記基板と前記層スタックの間の格子不整合を調整するためのバッファ層をエピタキシャル成長するステップと、
前記吸収波長帯域の光を前記吸収層の方へ透過させるための窓層をエピタキシャル成長するステップと、
前記増倍領域を画定しさらにp−n接合を形成するための拡散領域を前記窓層中に形成するように前記窓層中へドーパントを拡散させるステップを備える、請求項16に記載の方法。 - iii)が、前記APD本体の背面全体に前記反射体を堆積させるステップを備える、請求項16に記載の方法。
- 前記APD本体の背面の環状コンタクト領域を露出させるように前記反射体をエッチングするステップ、および、
前記前面照射型APDへまたは前記前面照射型APDから電流を流すための金属材料の環状背面コンタクトを前記APD本体の背面の前記コンタクト領域に堆積させるステップをさらに備える、請求項16に記載の方法。 - i)が、さらに、前記基板と、前記吸収層も前記増倍層も前記電界制御層も含まない前記層スタックの後ろ部分とをエッチングして、前記吸収層と前記反射体の間の光路を短くするための背部トレンチを形成するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- i)が、さらに、前記吸収層、前記増倍層および前記電界制御層を含む前記層スタックの前部分をエッチングして、前面コンタクト形成を可能にするための前部メサを形成するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- ib)が、さらに、前記層スタックの部分のエッチングを防ぐためのエッチング停止層をエピタキシャル成長するステップを備える、請求項16に記載の方法。
- i)が、さらに、前記基板と、前記エッチング停止層の後ろの前記層スタックの後ろ部分とをエッチングして、前記吸収層と前記反射体の間の光路を短くするための背部トレンチを形成し、さらに、前記APD本体の背面が前記エッチング停止層の背面の反射体領域を含むような具合に前記エッチング停止層の背面の前記反射体領域を露出させるステップを含む、請求項23に記載の方法。
- i)が、さらに、前記エッチング停止層の前の前記層スタックの前部分をエッチングして、前面コンタクト形成を可能にするための前部メサを形成し、さらに、前記APD本体の前面が前記エッチング停止層の前面のコンタクト領域を含むような具合に前記エッチング停止層の前面の前記コンタクト領域を露出させるステップを含み、さらに、前記エッチング停止層の前面の前記コンタクト領域に環状背面コンタクトを堆積させるステップを含む、請求項23に記載の方法。
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