JPH01183174A - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JPH01183174A
JPH01183174A JP63007702A JP770288A JPH01183174A JP H01183174 A JPH01183174 A JP H01183174A JP 63007702 A JP63007702 A JP 63007702A JP 770288 A JP770288 A JP 770288A JP H01183174 A JPH01183174 A JP H01183174A
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Shuichi Miura
秀一 三浦
Takashi Mikawa
孝 三川
Haruhiko Kuwazuka
治彦 鍬塚
Nami Kameyama
亀山　奈美
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ＡｌＧｇＳｂ系ＡＰＤの構造に関し。
強固なガードリング効果とウィンド効果が同時に得られ
、接合に近接して増倍層が配置できる構造にして量子効
率を上げることを目的とし。
後記増倍層より禁制帯幅の大きい ｎ型Ａｌ、Ｇａ＋−ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）基板上に受光
領域を含んで順に積層されたｎ型ＧａＳｂ光吸収層、正
孔対電子のイオン化率比が最大値を示す組成のｎ型Ａｔ
ＸＧａ１−ｘＳｂ（０＜Ｘ＜１）増倍層。
ＡＩ、ｔＧａｔ−ｘＳｂ（０＜　ｘ　＜　１）からなる
ｐ型領域を有し、該ｐ型領域上にはｐ側電極、該基板の
裏面には受光領域を露出したｎ側電極を設けて、信号光
が該基板の裏面より入射するようにように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤ　（Ａｖａｌａｎｃｈｅ
　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の構造に関する。
光通信システムの長距離化、大容量化に伴い。
超低雑音、超高速の受光素子の開発が急務となっている
。
ＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤは、　Ａ１．Ｇａ１−、Ｓｂがｘ
＝０．０６５近傍で共鳴的にイオン化率比が増加する１
）する性質を利用して、超低雑音、超高速の受光素子と
して期待されている。
１）　０．Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ　ｅｔ　ａｌ、。
ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｏ＋　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。
ＶＯＬ、　ＱＢ−１７，Ｎｏ、２．　ｐ２Ｂ４〜２８８
゜Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９８１゜ 〔従来の技術〕 一般に、　ＡＰＤにおいては、受光領域で効率よくｐｎ
接合のアバランシェブレークダウンを起こしてキャリア
を増倍するために、受光領域の周りのｐｎ接合の耐圧を
高くする強固なガードリングが要求される。
ＡｌＧａＳｂを用いてプレーナ型ＡＰＤを実現した例は
極めて少く、ガードリング耐圧に関する情報も少ない。
第４図は従来例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤの断面図で
ある。
図において、　　ｎ”−ＧａＳｂ基板１上に順にｎ−Ｇ
ａＳｂ光吸収層２　、　ｎ−ＡｌｘＧａ１−ＸＳｂ（ｘ
＝０．０６５）増倍層３゜ｎ−Ａ１．Ｇａ、、５ｂ（ｘ
＝０．３）ウィンド層４八を成長し。
ウィンド層４Ａ内に厚さの一部を残してＺｎを拡散し。
高濃度のｐ型頭域５を形成する。
６はリング状のｐ側電極、７は基板側のｎ側電極である
。
この例では、１回のエピタキシャル成長ですべての層が
形成できるが、ｐ型頭域５の周辺縁部では電界が集中し
やすく、従って接合はここでブレークダウンを起こしや
すくなり、受光領域で十分な増倍が得られない欠点があ
る。
そこで、接合周辺部でのブレークダウンを防止するため
にガードリングを付加した構造を第４図に示す。
第５図は他の従来例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤの断面
図である。
図において、　　ｎ”−ＧａＳｂ基板ｌ上に順にｎ−Ｇ
ａＳｂ光吸収層２　、　ｎ−ＡｌｘＧａ＋−ＸＳｂ（ｘ
＝０．０６５）増倍層３を成長し、受光領域を残してメ
サ状にエツチングする。
次に、メサ形成用のエツチングマスクをそのまま残して
、メサの周辺を低濃度の ｎ−−ＡｌＸＧａ１−ＸＳｂ（ｘ＝０．３）で埋め込み
成長し。
ガードリング４Ｂを形成する。
次に、受光領域の増倍層３およびこれに隣接するガード
リング４Ｂの一部に表面よりＺｎを拡散し。
高濃度のｐ型頭域５を形成する。
６はリング状のｐ側電極、７は基板側のｎ側電極である
。
この例では接合周辺縁部は、低濃度の ｎ−−ＡＩＪａ＋−ｘＳｂ（例えばｘ　＝０．３）ガー
ドリング４Ｂ内に形成され、また、ガードリングのＡｌ
ＧａＳｂＸＳｂ（ｘ＝０．３）は増倍層のＡｌＸＧａ１
−ｘＳｂ（ｘ＝０．０６５）よりイオン化率が小さく、
ブレークダウン電圧が大きい。
この理由に基づくガードリング効果により、接合周辺で
のブレークダウンを防止することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、第３図に示されるＡｌｘＧａ１−、Ｓｂ
の分光感度特性に示されるように、　ＧａＳｂ吸収層の
吸収端とＡｌｘＧａ＋−ｘｓｂ（ｘ＝０．０６５）増倍
層の吸収端は大差なく近接しているため、素子構造の設
計を困難にしていた。
例えば、波長１．３μｍの光を素子表面から入射した場
合には、ｐ型頭域５および増倍層３中で光が吸収されて
しまう。また、１．５５μｍの光を利用するとしても、
わずかではあるが増倍層中に光が吸収されてしまうとい
う不都合を生ずる。
このような状態では、増倍層へは電子、正孔の混合注入
となり、高イオン化率比を持つＡ１．Ｇａ＋−，５ｂ（
ｘ＝０．０６５）の特徴を十分に生かすことができず、
雑音が増加する。
また、ｐ型頭域５に吸収された光は、接合に逆バイアス
をかけて発生した空乏層に拡散によって達した電子、ま
たは正孔しか光電流として寄与しないため、量子効率を
低下させる。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題の解決は、後記増倍層より禁制帯幅の大きいｎ
型Ａ１．Ｇａ１−ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）基板上に受光領
域を含んで順に積層されたｎ型ＧａＳｂ光吸収層。
正孔対電子のイオン化率比が最大値を示す組成のｎ型Ａ
１．Ｇａ＋−ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）増倍層。
Ａ　Ｉ　ＸＧａ　Ｉ　−ＸＳｂ　（０＜　ｘ　〈１）か
らなるｐ型頭域を有し。
該ｐ型領域上にはｐ側電極、該基板の裏面には受光領域
を露出したｎ側電極を設けて、信号光が該基板の裏面よ
り入射するように構成している半導体受光素子によって
達成される。
〔作用〕
本発明は１例えば液相成長（ＬＰＥ）による厚膜のＡ１
．Ｇａ＋−ｘＳｂ（ｘ＝０．１〜０．３）を基板に用い
、裏面入射型とすることにより９次に示されるＡｌＧａ
Ｓｂ系ＡＰＤの構造上の必須条件を充たすようにしたも
のである。
■　ＧａＳｂ光吸収層で光を吸収し、これによって生じ
た正孔がＡｌｘＧａ＋−ｘＳｂ（ｘ−０，０６５）増倍
層へ注入される。
■　イオン化率は電界依存性が大きいため、増倍層は接
合に近くに設けて、高電界が印加されるようにしてイオ
ン化率を上げる。また、増倍層を接合に近くに設けるこ
とにより最大電界が増倍層にかかるようになり、素子の
電界設計（キャリア濃度と膜厚の制御）を容易にする。
■　光はバンドギヤツプの大きいウィンド層を透過する
か、もしくは直接吸収層に到達するようにする。
さらに、従来例ではウィンド効果、ガードリング効果の
両方を満足できなかったが９本発明では基板に吸収光に
対して透明な３元結晶を用い、裏面入射型とすることに
より、上記の３条件と上記の２効果を満足する構造が得
られるようにした。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤ
の断面図である。
次に、製造プロセス順にその構造を説明する。
図において、　　ｎ”−ＡｌｘＧａｌ−ｘＳｂ（ｘ＝０
．１〜０．３）基板ＩＡ上に順にｎ−ＧａＳｂ光吸収層
２゜ｎ−Ａ１．Ｇａ＋−，５ｂ（ｘ＝０．０６５）増倍
層３．低濃度のｎ−−ＡｌｘＧａ＋−ｘｓｂ（ｘ＝０．
１〜０．３）透明層４Ａを成長する。
ここで、透明層４Ａの組成は必ずしも透明でなくともよ
い。
次に、受光領域を含んだ領域に、透明層４Ａに表面より
Ｚｎを拡散し、高濃度のｐ型頭域５を形成する。
以上の各部の諸元は９例えば次のようである。
図番　　各部　　Ｆ−バントＦ−ブ濃度　　　厚さ（ｃ
ｍ−３）　　　　（μｍ） ５　　　ｐ４−八１ＧａＳｂ　　　　Ｚｎ　　　　　　
　ＩＥ１９　　　　　　　　．１４Ａ　　ｎ−−ＡｌＧ
ａＳｂ　　Ｔｅ　　　　２Ｅ１５　　１．２１０．２３
　　ｎ−−ＡｌＧａＳｂ　　Ｔｅ　　　　５Ｅ１５　　
　　　１２　　ｎ−ＧａＳｂ　　　　Ｔｅ　　　　５Ｅ
１５　　　　　１１Ａ　　ｎ”−ＡＩＧａＳｂ　　Ｔｅ
　　　　ＩＥ１９　　　　３５０６はｐ側電極で、厚さ
３６０／６０／１００人のＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ層上に厚さ
２７００／３００人のＡｕ／Ｔｉ層を形成したもの。
７は基板側のリング状のｎ側電極で厚さ２７００／３０
０人の＾ｕ／ＡｕＧｅ層である。
第２図は本発明の他の実施例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰ
Ｄの断面図である。
図において＋　　ｎ”−ＡＩＸＧａ＋−，５ｂ（ｘ＝０
．１〜０．３）ＧａＳｂ基板ＩＡ上に順にｎ−ＧａＳｂ
光吸収層２　、　ｎ−Ａ１．Ｇａ＋−ＸＳｂ（ｘ＝０．
０６５）増倍層３を成長し、受光領域を残してメサ状に
エツチングする。
次に、メサ形成用のエツチングマスクをそのまま残して
、メサの周辺を低濃度の ｎ−ＡｌＸＧａ１−ｘｓｂ（ｘ＝０．１〜０．３）で埋
め込み成長し、ガードリング４Ｂを形成する。
次に、受光領域の増倍層３およびこれに隣接するガード
リング４Ｂの一部に表面よりＺｎを拡散し。
高濃度のｐ型頭域５を形成する。
以上品名部の諸元は１例えば第１図の場合と同様である
。
６はｐ側電極で、厚さ３６０／６０／１００人のＡｕ／
Ｚｎ／Ａｕ層上に厚さ２７００／３００人のＡｕ／Ｔｉ
層を形成したもの。
７は基板側のリング状のｎ側電極で厚さ２７００／３０
０人のＡｕ／ＡｕＧｅ層である。
なお第１図の実施例においては、接合をウィンド層中に
形成したが、増倍層に少し入り込んで形成しても多少量
子効率が落ちるだけで大きな問題にはならない。
また、　ＡｌＸＧａ１−ｘＳｂ系結晶ではＸを増加させ
ると僅かに格子定数が増加する程度であるが、さらに格
子整合を良くするために、この結晶系にＡｓを入れてＡ
ｌＸＧａ１−ｘＳｂｙＡｓ＋−ｙ　４元結晶として格子
整合の制御を行っても１本発明の要旨は変更されない。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、　ＡｌＧａＳｂ系
ＡＰＤにおいて９強固なガードリング効果と基板のウィ
ンド効果が同時に得られるとともに、接合に近接して増
倍層が配置できるため、電界設計が容易になり、素子の
量子効率を増加できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤ
の断面図。 第２図は本発明の他の実施例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰ
Ｄの断面図。 第３図はＪＡｌｘＧａ＋−ｘｓｂの分光感度特性図。 第４図は従来例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤの断面図。 第５図は他の従来例によるＡｌＧａＳｂ系ＡＰＤの断面
図である。 図において。 ＩＡはｎ”−ＡｌＸＧａ１−３ｂ（ｘ＝０．１〜０．３
）基板。 ２はｎ−ＧａＳｂ光吸収層。 ３はｎ−Ａ１．Ｇａ＋−ｘｓｂ（ｘ＝０．０６５）増倍
層。 ４Ａ、　４Ｂはｎ−Ａ１．Ｇａ＋−，５ｂ（ｘ＝０．１
〜０．３）層。 ５はｐ型頭域。 ６はｐ側電極で、　Ａｕ／Ｔｉ層／Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ層
。 ７はｎ側電極Ａｕ／ＡｕＧｅ層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　後記増倍層より禁制帯幅の大きい ｎ型Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）基板
    上に受光領域を含んで順に積層された ｎ型ＧａＳｂ光吸収層、 正孔対電子のイオン化率比が最大値を示す組成のｎ型Ａ
    ｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）増倍層、Ａ
    ｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＳｂ（０＜ｘ＜１）からなるｐ
    型領域を有し、 該ｐ型領域上にはｐ側電極、該基板の裏面には受光領域
    を露出したｎ側電極を設けて、信号光が該基板の裏面よ
    り入射するように構成していることを特徴とする半導体
    受光素子。
JP63007702A 1988-01-18 1988-01-18 半導体受光素子 Pending JPH01183174A (ja)

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