JP2657480B2 - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光通信などに用いられ、アバランシ
ェ・フォト・ダイオード（avalanche photo diode:AP
D）と呼ばれている半導体受光装置の改良に関する。
ェ・フォト・ダイオード（avalanche photo diode:AP
D）と呼ばれている半導体受光装置の改良に関する。
一般に、光通信などで１〔μｍ〕波長帯の光を検出す
るのに、InGaAs（Ｐ）系APDを用いている。
るのに、InGaAs（Ｐ）系APDを用いている。
このAPDでは、低暗電流化及び低増倍雑音化の為、InG
aAs（Ｐ）光吸収層とIuPなだれ増倍層からなる吸収層・
増倍層分離構造となし、また、信頼性を向上さる為、プ
レーナ構造にしてあり、更にまた、前記プレーナ構造を
採っていることから、所望の部分でのみ確実になだれ増
倍を発生させる為のガード・リングを形成する必要があ
る。
aAs（Ｐ）光吸収層とIuPなだれ増倍層からなる吸収層・
増倍層分離構造となし、また、信頼性を向上さる為、プ
レーナ構造にしてあり、更にまた、前記プレーナ構造を
採っていることから、所望の部分でのみ確実になだれ増
倍を発生させる為のガード・リングを形成する必要があ
る。
ところで、現在のAPDに於いて、その特性を左右する
重要事項は、前記ガード・リングの形成である。
重要事項は、前記ガード・リングの形成である。
従来、このガード・リングを形成するに際して考慮さ
れている原理は次のようである。
れている原理は次のようである。
（１） pn接合のなだれ増倍部とガード・リング部とを
禁制帯幅を異にする半導体中に形成し、降伏電界強度の
禁制帯幅に依る差を利用してガード・リング部の耐圧を
大にする。
禁制帯幅を異にする半導体中に形成し、降伏電界強度の
禁制帯幅に依る差を利用してガード・リング部の耐圧を
大にする。
（２） pn接合の中央部と周辺部をキャリヤ濃度を異に
する同一半導体中に形成し、キャリヤ濃度の差により降
伏電圧の差異を利用して周辺部分に於ける耐圧を大にす
る。
する同一半導体中に形成し、キャリヤ濃度の差により降
伏電圧の差異を利用して周辺部分に於ける耐圧を大にす
る。
第７図は前記原理に従って製造されたAPDの要部切断
側面図である。
側面図である。
図に於いて、１はInP基板、２はｎ型InGaAs光吸収
層、３はｎ型InPなだれ増倍層、４はn-型InPガード・リ
ング用半導体層、５はｐ型受光領域、ABはなだれ増倍
部、GRはガード・リング部をそれぞれ示している。
層、３はｎ型InPなだれ増倍層、４はn-型InPガード・リ
ング用半導体層、５はｐ型受光領域、ABはなだれ増倍
部、GRはガード・リング部をそれぞれ示している。
このAPDで、なだれ増倍層３とガード・リング用半導
体層４とは、図示のように、なだれ増倍層３のキャリヤ
濃度を高く、そして、ガード・リング用半導体層４のそ
れを低くするか、或いは、なだれ増倍層３を構成する半
導体の禁制帯幅を狭く、そして、ガード・リング用半導
体層４のそれを広くするかの何れかである。
体層４とは、図示のように、なだれ増倍層３のキャリヤ
濃度を高く、そして、ガード・リング用半導体層４のそ
れを低くするか、或いは、なだれ増倍層３を構成する半
導体の禁制帯幅を狭く、そして、ガード・リング用半導
体層４のそれを広くするかの何れかである。
前記の原理を適用して製造された第７図に見られる半
導体受光装置に於けるガード・リング構造は有効である
かの如くに思われるが、実際には、なだれ増倍部AB及び
ガード・リング部GRを構成している、禁制帯幅を異にす
る或いはキャリヤ濃度を異にする、各半導体の界面に於
けるpn接合の連接形状について何等の考慮も払っていな
い為、これが大きな欠点になっている。
導体受光装置に於けるガード・リング構造は有効である
かの如くに思われるが、実際には、なだれ増倍部AB及び
ガード・リング部GRを構成している、禁制帯幅を異にす
る或いはキャリヤ濃度を異にする、各半導体の界面に於
けるpn接合の連接形状について何等の考慮も払っていな
い為、これが大きな欠点になっている。
即ち、pn接合を得る為のｐ型受光領域５の形成は、不
純物拡散法、イオン注入法、エピタキシャル成長法の何
れを採用しても高温の熱処理工程を必要とすることは明
らかであり、この為、導入された不純物は該熱処理で拡
散されることになるが、その場合の不純物拡散の速さ
は、同じ格子定数を有する半導体であれば禁制帯幅が大
である半導体に於ける方が速く、且つ、この拡散に依り
形成される実際のpn接合の位置は同一の半導体中であっ
てもキャリヤ濃度が低いものの方が深くなる。
純物拡散法、イオン注入法、エピタキシャル成長法の何
れを採用しても高温の熱処理工程を必要とすることは明
らかであり、この為、導入された不純物は該熱処理で拡
散されることになるが、その場合の不純物拡散の速さ
は、同じ格子定数を有する半導体であれば禁制帯幅が大
である半導体に於ける方が速く、且つ、この拡散に依り
形成される実際のpn接合の位置は同一の半導体中であっ
てもキャリヤ濃度が低いものの方が深くなる。
従って、第７図に見られるように、なだれ増倍部ABと
ガード・リング部GRとの界面に於けるpn接合の連接形状
は階段状になってしまう。
ガード・リング部GRとの界面に於けるpn接合の連接形状
は階段状になってしまう。
このような半導体受光装置を動作させた場合、前記階
段状の部分に局所的な電界集中を生じ、その結果、そこ
でブレイク・ダウンを起こすことになる。
段状の部分に局所的な電界集中を生じ、その結果、そこ
でブレイク・ダウンを起こすことになる。
換言すると、pn接合の中央部と周辺部では耐圧差が得
られるが、中央部と周辺部の間で局所降伏を生ずるもの
であり、従って、前記ガード・リングは確実の効果を奏
するとは言い難い。
られるが、中央部と周辺部の間で局所降伏を生ずるもの
であり、従って、前記ガード・リングは確実の効果を奏
するとは言い難い。
本発明は、なだれ増倍部ABとガード・リング部GRとの
界面に於ける構造に簡単な改良を施すことに依り、確実
なガード・リング効果が得られるようにする。
界面に於ける構造に簡単な改良を施すことに依り、確実
なガード・リング効果が得られるようにする。
本発明に依る半導体受光装置に於いては、基板側から
順に積層形成され且つ周辺に電界集中を緩和する為の緩
斜面をもつメサ形状をなしているなだれ増倍部を構成す
る高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層及び受光領域
を構成する半導体層と前記なだれ増倍部を構成する半導
体層及び受光領域を構成する半導体層からなるメサの周
囲を埋めるように形成されガード・リング部を構成する
半導体層とを備えて、前記なだれ増倍部を構成する半導
体層と受光領域を構成する半導体層とで生成されたpn接
合面の周縁及びガード・リング部を構成する半導体層に
於けるpn接合面の周縁が前記メサ形状の緩斜面で終端し
ていることが特徴となっている。
順に積層形成され且つ周辺に電界集中を緩和する為の緩
斜面をもつメサ形状をなしているなだれ増倍部を構成す
る高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層及び受光領域
を構成する半導体層と前記なだれ増倍部を構成する半導
体層及び受光領域を構成する半導体層からなるメサの周
囲を埋めるように形成されガード・リング部を構成する
半導体層とを備えて、前記なだれ増倍部を構成する半導
体層と受光領域を構成する半導体層とで生成されたpn接
合面の周縁及びガード・リング部を構成する半導体層に
於けるpn接合面の周縁が前記メサ形状の緩斜面で終端し
ていることが特徴となっている。
第６図は前記〔問題点を解決するための手段〕に記述
された構造を有する半導体受光装置の原理を説明する為
の要部切断側面図であり、第７図に関して説明した部分
と同部分は同記号で指示してある。
された構造を有する半導体受光装置の原理を説明する為
の要部切断側面図であり、第７図に関して説明した部分
と同部分は同記号で指示してある。
図から明らかなように、なだれ増倍部を構成する半導
体層である増倍層３とガード・リング部を構成する半導
体層であるガード・リング用半導体層４との界面JSはpn
接合面に対して、ガード・リング部方向に向かって低下
する緩斜面をなしている。
体層である増倍層３とガード・リング部を構成する半導
体層であるガード・リング用半導体層４との界面JSはpn
接合面に対して、ガード・リング部方向に向かって低下
する緩斜面をなしている。
このように、緩斜面をなす界面JSに存在するpn接合に
は、局所的な電界集中は発生せず、従って、局所降伏も
生じない。尚、緩斜面は、なだらかである方が効果的で
あることは勿論である。
は、局所的な電界集中は発生せず、従って、局所降伏も
生じない。尚、緩斜面は、なだらかである方が効果的で
あることは勿論である。
第１図ほ本発明の一実施例を表す要部切断側面図であ
り、第６図及び第７図に関して説明した部分と同部分は
同記号で指示してある。
り、第６図及び第７図に関して説明した部分と同部分は
同記号で指示してある。
図に於いて、６はｐ側電極、７はｎ側電極をれぞれ示
している。
している。
この実施例に於いても、なだれ増倍部ABを構成するな
だれ増倍層３とガード・リング部GRを構成するガード・
リング用半導体層４との界面JSは緩斜面をなしている。
尚、この実施例では、なだれ増倍層３にはｎ型InPを、
また、ガード・リング用半導体層４にはn-型InPをそれ
ぞれ用い、キャリヤ濃度の相違を利用する形式を採って
いるが、これは、例えば、なだれ増倍層３としてｎ型In
Pを、ガード・リング用半導体層４にｎ型AlInAsを用
い、禁制帯幅の狭広を利用する形式を採っても同効であ
る。
だれ増倍層３とガード・リング部GRを構成するガード・
リング用半導体層４との界面JSは緩斜面をなしている。
尚、この実施例では、なだれ増倍層３にはｎ型InPを、
また、ガード・リング用半導体層４にはn-型InPをそれ
ぞれ用い、キャリヤ濃度の相違を利用する形式を採って
いるが、これは、例えば、なだれ増倍層３としてｎ型In
Pを、ガード・リング用半導体層４にｎ型AlInAsを用
い、禁制帯幅の狭広を利用する形式を採っても同効であ
る。
ところで、本発明に於いては、なだれ増倍層３に緩斜
面を形成することが必要となるが、次に、第１図に示し
た半導体受光装置を製造する場合について説明する。
面を形成することが必要となるが、次に、第１図に示し
た半導体受光装置を製造する場合について説明する。
第２図乃至第５図は第１図に示した実施例を製造する
場合を解説する為の工程要所に於ける半導体受光装置の
要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ
説明する。
場合を解説する為の工程要所に於ける半導体受光装置の
要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ
説明する。
第２図参照 （ａ）液相エピタキシャル（liquid phase epitaxy:L
PE）法を適用することに依り、InP基板１上にｎ型InGaA
s（或いはInGaAsP）光吸収層２、ｎ型InPなだれ増倍層
３を成長させる。
PE）法を適用することに依り、InP基板１上にｎ型InGaA
s（或いはInGaAsP）光吸収層２、ｎ型InPなだれ増倍層
３を成長させる。
このときの各部のデータは次の通りである。
（１）InP基板１について キャリヤ濃度:2×1018〔cm-3〕 面指数：（111）Ａ （２）ｎ型InGaAs（Ｐ）光吸収層２について キャリヤ濃度:1×1016〔cm-3〕 厚さ:1.5〔μｍ〕 （３）ｎ型Inpなだれ増倍層３について キャリヤ濃度:1.5×1016〔cm-3〕 厚さ:3〔μｍ〕 尚、InGaAs（Ｐ）及びInPは（111）Ａ面を有するInP
基板１と格子定数が整合するような条件で成長させる。
基板１と格子定数が整合するような条件で成長させる。
第３図参照 （ｂ） スパッタリング法、化学気相堆積（chemical
vapour deposition:CVD）法、プラズマ励起CVD法など
を適宜選択して適用することに依り、二酸化シリコン
（SiO2）或いは窒化シリコン（Si3N4）などからなる保
護膜８を600〔Å〕以上2000〔Å〕以下の範囲で適宜選
択された厚さに形成する。
vapour deposition:CVD）法、プラズマ励起CVD法など
を適宜選択して適用することに依り、二酸化シリコン
（SiO2）或いは窒化シリコン（Si3N4）などからなる保
護膜８を600〔Å〕以上2000〔Å〕以下の範囲で適宜選
択された厚さに形成する。
（ｃ） 通常のフォト・リングラフィ技術を適用するこ
とに依り、保護膜８を直径が例えば約100〔μｍ〕であ
る円形にパターニングする。
とに依り、保護膜８を直径が例えば約100〔μｍ〕であ
る円形にパターニングする。
第４図参照 （ｄ） メルト．バック法を適用することに依り、ｎ型
InPなだれ増倍層３を選択的に除去する。
InPなだれ増倍層３を選択的に除去する。
この場合、メルトとして未飽和度が２〔℃〕であるIn
−Ｐを用い、メルト・バックする深さは２〔μｍ〕程度
とする。
−Ｐを用い、メルト・バックする深さは２〔μｍ〕程度
とする。
（ｅ） メルト・バックで形成された欠如部分にn-型In
Pガード・リング用半導体層４を成長させる。
Pガード・リング用半導体層４を成長させる。
このようにして得られたなだれ増倍層３とごガード・
リング用半導体層４との界面JSはなだらかな緩斜面をな
している。
リング用半導体層４との界面JSはなだらかな緩斜面をな
している。
第５図参照 （ｆ） HNO3＋HF（重量比で1:1）溶液を用いて保護膜
８を除去する。
８を除去する。
（ｇ） 適当なマスクを形成した後、表面からカドミウ
ム（Cd）を熱拡散してｐ型受光領域５を形成してpn接合
を生成させる。
ム（Cd）を熱拡散してｐ型受光領域５を形成してpn接合
を生成させる。
このCd拡散では、ソースとしてCdP2を用い、閉管法を
適用することに依り実施し、拡散温度は500〔℃〕乃至5
50〔℃〕程度であり、拡散深さはｎ型InPなだれ増倍層
３中で1.5〔μｍ〕、また、n-型InPガード・リング用半
導体層４中で1.8〔μｍ〕となるようにした。
適用することに依り実施し、拡散温度は500〔℃〕乃至5
50〔℃〕程度であり、拡散深さはｎ型InPなだれ増倍層
３中で1.5〔μｍ〕、また、n-型InPガード・リング用半
導体層４中で1.8〔μｍ〕となるようにした。
拡散が完全に終了した後に於けるpn接合の深さは、な
だれ増倍層３に存在するpn接合とガード・リング用半導
体層４に存在するpn接合とがｎ型InP/n-型InP界面の緩
斜面で連接されるように選択する。
だれ増倍層３に存在するpn接合とガード・リング用半導
体層４に存在するpn接合とがｎ型InP/n-型InP界面の緩
斜面で連接されるように選択する。
第１図参照 （ｈ） 通常の技法を適用することに依り、ｐ側に例え
ばAu・Znからなるオーミックの電極６を、ｎ側に例えば
Au・Geからなるオーミックの電極７をそれぞれ形成す
る。
ばAu・Znからなるオーミックの電極６を、ｎ側に例えば
Au・Geからなるオーミックの電極７をそれぞれ形成す
る。
前記のようにして製造した半導体受光装置は、均一な
面内感度を有し、ブレイク・ダウン電圧が80〔Ｖ〕、最
大増倍率が30（増倍がない場合の光電流を1.0〔μ
Ａ〕）であった。
面内感度を有し、ブレイク・ダウン電圧が80〔Ｖ〕、最
大増倍率が30（増倍がない場合の光電流を1.0〔μ
Ａ〕）であった。
本発明に依る半導体受光装置に於いては、基板側から
順に積層形成され且つ周辺に電界集中を緩和する為の緩
斜面をもつメサ形状をなしているなだれ増倍部を構成す
る高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層及び受光領域
を構成する半導体層と、前記なだれ増倍部を構成する半
導体層及び受光領域を構成する半導体層からなるメサの
周囲を埋めるように形成されガード・リング部を構成す
る半導体層とを備えて、前記なだれ増倍部を構成する半
導体層との受光領域を構成する半導体層とで生成された
pn接合面の周縁及びガード・リング部を構成する半導体
層に於けるpn接合面の周縁が前記メサ形状の緩斜面で終
端していることが特徴となっている。
順に積層形成され且つ周辺に電界集中を緩和する為の緩
斜面をもつメサ形状をなしているなだれ増倍部を構成す
る高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層及び受光領域
を構成する半導体層と、前記なだれ増倍部を構成する半
導体層及び受光領域を構成する半導体層からなるメサの
周囲を埋めるように形成されガード・リング部を構成す
る半導体層とを備えて、前記なだれ増倍部を構成する半
導体層との受光領域を構成する半導体層とで生成された
pn接合面の周縁及びガード・リング部を構成する半導体
層に於けるpn接合面の周縁が前記メサ形状の緩斜面で終
端していることが特徴となっている。
このような構造を採っていることから、なだれ増倍部
に於けるpn接合とガード・リング部に於けるpn接合とが
連接される部分に電界集中を生ずることはなくなり、従
って、その部分が局所降伏することもなくなるから、本
来のなだれ増倍部で充分ななだれ増倍を発生させること
ができ、その増倍率を向上することが可能である。
に於けるpn接合とガード・リング部に於けるpn接合とが
連接される部分に電界集中を生ずることはなくなり、従
って、その部分が局所降伏することもなくなるから、本
来のなだれ増倍部で充分ななだれ増倍を発生させること
ができ、その増倍率を向上することが可能である。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図乃至
第５図は第１図に示した実施例を製造する場合を説明す
る為の工程要所に於ける半導体受光装置の要部切断側面
図、第６図は本発明の原理を説明する為の半導体受光装
置の要部切断側面図、第７図は従来例の要部切断側面図
をそれぞれ表している。 図に於いて、１はInP基板、２はｎ型InGaAs光吸収層、
３はｎ型InPなだれ増倍層、４はn-型InPガード・リング
用半導体層、５はｐ型受光領域、６はｐ側電極、７はｎ
側電極、ABはなだれ増倍部,GRはガード・リング部、JS
は界面をそれぞれ示している。
第５図は第１図に示した実施例を製造する場合を説明す
る為の工程要所に於ける半導体受光装置の要部切断側面
図、第６図は本発明の原理を説明する為の半導体受光装
置の要部切断側面図、第７図は従来例の要部切断側面図
をそれぞれ表している。 図に於いて、１はInP基板、２はｎ型InGaAs光吸収層、
３はｎ型InPなだれ増倍層、４はn-型InPガード・リング
用半導体層、５はｐ型受光領域、６はｐ側電極、７はｎ
側電極、ABはなだれ増倍部,GRはガード・リング部、JS
は界面をそれぞれ示している。
フロントページの続き (72)発明者 中嶋 一雄 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 金田 隆夫 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−83082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−5376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−18373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−83069（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】基板側から順に積層形成され且つ周辺に電
界集中を緩和する為の緩斜面をもつメサ形状をなしてい
るなだれ増倍部を構成する高濃度或いは狭禁制帯幅であ
る半導体層及び受光領域を構成する半導体層と、 前記なだれ増倍部を構成する半導体層及び受光領域を構
成する半導体層からなるメサの周囲を埋めるように形成
されガード・リング部を構成する半導体層とを備えて、 前記なだれ増倍部を構成する半導体層と受光領域を構成
する半導体層とで生成されたpn接合面の周縁及びガード
・リング部を構成する半導体層に於けるpn接合面の周縁
が前記メサ形状の緩斜面で終端していること を特徴とする半導体受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109432A JP2657480B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109432A JP2657480B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体受光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254674A JPS60254674A (ja) | 1985-12-16 |
| JP2657480B2 true JP2657480B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=14510095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59109432A Expired - Lifetime JP2657480B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657480B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5683082A (en) * | 1979-12-10 | 1981-07-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light receiver |
| JPS575376A (en) * | 1980-06-13 | 1982-01-12 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photoreceiving element |
| JPS5718373A (en) * | 1980-07-08 | 1982-01-30 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photoreceiving element |
| JPS5783069A (en) * | 1980-11-11 | 1982-05-24 | Fujitsu Ltd | Manufacture of photoreceiving device |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP59109432A patent/JP2657480B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60254674A (ja) | 1985-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |