JPH01261874A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPH01261874A JPH01261874A JP63089029A JP8902988A JPH01261874A JP H01261874 A JPH01261874 A JP H01261874A JP 63089029 A JP63089029 A JP 63089029A JP 8902988 A JP8902988 A JP 8902988A JP H01261874 A JPH01261874 A JP H01261874A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は長波長光通信用受光素子に係り、特にG b
/ s帯で動作可能な高速アバランシェホトダイオード
(以外: APDと略す)光検出器に関する。
/ s帯で動作可能な高速アバランシェホトダイオード
(以外: APDと略す)光検出器に関する。
高速APDの実現を目指して、これまで数多くの検討が
なされている。それらは次の二つの特性を改善すること
に注がれている。
なされている。それらは次の二つの特性を改善すること
に注がれている。
第1に、遮断周波数の向上である。遮断周波数を制限し
ている要素としては、InP系材料を用いたAPDの場
合、CR時定数、キャリアの走行時間、ペテロ界面に蓄
積された正孔の放出時間であるとされている。CR時定
数は受光面積を小さくすることにより、0.2 p F
程度には改善されている、キャリアの走行時間を低減す
るには増倍される過程で発生した電子が空乏層内を逆戻
りする時間を小さくすることが必要である。
ている要素としては、InP系材料を用いたAPDの場
合、CR時定数、キャリアの走行時間、ペテロ界面に蓄
積された正孔の放出時間であるとされている。CR時定
数は受光面積を小さくすることにより、0.2 p F
程度には改善されている、キャリアの走行時間を低減す
るには増倍される過程で発生した電子が空乏層内を逆戻
りする時間を小さくすることが必要である。
また、I n P / InGaAsヘテロ界面での正
孔の蓄積を抑止するためには、InPとInGaAsの
間に禁止帯幅が徐々に変化するグレーデツト層を挿入す
ればよいことが知られている。
孔の蓄積を抑止するためには、InPとInGaAsの
間に禁止帯幅が徐々に変化するグレーデツト層を挿入す
ればよいことが知られている。
以上述べてきたような遮断周波数を改善する努力の結果
、これまでに、8 G Hzまで向上することが示され
ている。上記遮断周波数はキャリアの走行時間により制
限されており、空乏層幅を狭くすることによりさらに改
善することが可能である。
、これまでに、8 G Hzまで向上することが示され
ている。上記遮断周波数はキャリアの走行時間により制
限されており、空乏層幅を狭くすることによりさらに改
善することが可能である。
第二の制限要素は利得・帯域積(以下OB積と。
略す)の向上である。QB積はアバランシェ幅倍の本質
的な要素であるイオン化率比、及び増倍領域の厚さに制
限される。InP系材料を用いたAPDでは増倍層にI
nPを用いるため、イオン化率比を大きく変化させるこ
とはできない、イオン化率比は電界強度依存性をもつた
め、アバランシェ増倍領域の電界強度を低くすることで
イオン化率を改善することは可能である。しかし、イオ
ン化率比を大きく改善することは難しいため、OB積を
向上させるにはアバランシェ増倍層の厚さを薄くする方
向で検討がなされている。これまで、増倍層の厚さを約
0.5μmにすることで、QB積70〜75が得られて
いる。また、製品としての信頼性を考えた場合、他の電
子デバイスがそうであるように、プレーナ型が望ましい
。
的な要素であるイオン化率比、及び増倍領域の厚さに制
限される。InP系材料を用いたAPDでは増倍層にI
nPを用いるため、イオン化率比を大きく変化させるこ
とはできない、イオン化率比は電界強度依存性をもつた
め、アバランシェ増倍領域の電界強度を低くすることで
イオン化率を改善することは可能である。しかし、イオ
ン化率比を大きく改善することは難しいため、OB積を
向上させるにはアバランシェ増倍層の厚さを薄くする方
向で検討がなされている。これまで、増倍層の厚さを約
0.5μmにすることで、QB積70〜75が得られて
いる。また、製品としての信頼性を考えた場合、他の電
子デバイスがそうであるように、プレーナ型が望ましい
。
プレーナ型のInP系APDでOB積として75が得ら
れ公知例が、昭和62年、電子情報通信学会半導体・材
料部門全国大会320 2−107項に記載されている
。増倍率が10の時遮断周波数7.5GHz が得ら
れている。
れ公知例が、昭和62年、電子情報通信学会半導体・材
料部門全国大会320 2−107項に記載されている
。増倍率が10の時遮断周波数7.5GHz が得ら
れている。
この従来例のデバイス構造を第5図に示す、ここで同図
において、21はn−InP基板、22はn″″−−I
nP、23はn ”’−−InGaAs、24はn−−
InGaAs、25はn−InP、26はn−−InP
、27はn−−−InP、28はp−1nP。
において、21はn−InP基板、22はn″″−−I
nP、23はn ”’−−InGaAs、24はn−−
InGaAs、25はn−InP、26はn−−InP
、27はn−−−InP、28はp−1nP。
29はp−−InP、30はパッシベーション膜、31
は反射防止膜、32はP型電極、33はn型電極、34
は主接合、35はガードリング接合である。
は反射防止膜、32はP型電極、33はn型電極、34
は主接合、35はガードリング接合である。
上記APDのOR積をさらに向上させるために。
増倍領域の膜厚をさらに薄くした場合、受光面外周部に
おいてエツジ降伏が発生し、受光面中心での均一な増倍
が得られないという問題点が生じる。
おいてエツジ降伏が発生し、受光面中心での均一な増倍
が得られないという問題点が生じる。
また、増倍領域の幅をさらに狭くすると、アバランシェ
の平均自由行程(InPの場合約0.2μm)に近づき
、増倍されたキャリアは増倍領域からすみやかに外に出
てしまうようになる。この結果、増倍領域の幅の最適値
には物理的な下限が存在し、アバランシェ立上り時間は
増倍領域の下限値より狭くなっても、改善されず、逆に
S/N比がマツキンタイア(McIntyra)の式に
より劣化してしまうという問題点も生じる。
の平均自由行程(InPの場合約0.2μm)に近づき
、増倍されたキャリアは増倍領域からすみやかに外に出
てしまうようになる。この結果、増倍領域の幅の最適値
には物理的な下限が存在し、アバランシェ立上り時間は
増倍領域の下限値より狭くなっても、改善されず、逆に
S/N比がマツキンタイア(McIntyra)の式に
より劣化してしまうという問題点も生じる。
本発明の目的は、第一に、増倍領域を狭くした場合でも
エツジ降伏を抑止し、受光面内で均一な増倍が得られる
こと、第二に増倍領域の幅を最適値に制御することを可
能にすることにある。
エツジ降伏を抑止し、受光面内で均一な増倍が得られる
こと、第二に増倍領域の幅を最適値に制御することを可
能にすることにある。
上記目的は、第1図の如き素子において、キャリア濃度
の高い2つの半導体層(領域5および領域6)を受光面
直下に選択的に形成することにより、達成される。第1
図において、領域6のキャリア濃度は領域5のキャリア
濃度より低く設定されている。
の高い2つの半導体層(領域5および領域6)を受光面
直下に選択的に形成することにより、達成される。第1
図において、領域6のキャリア濃度は領域5のキャリア
濃度より低く設定されている。
領域5,6のキャリア濃度はその周囲の領域7のキャリ
ア濃度より高く設定されているため、受光面直下の降伏
電圧はエツジ部での曲率半径を考慮した降伏電圧よりも
低くすることができる。したがって、主接合外周部での
エツジ降伏を抑出し、受光面内で均一なアバランシェ増
倍を得ることができる。また、領域6は増倍領域の厚さ
を規定する作用を有し、領域5は高電界領域6の電界を
制御する作用を有する。
ア濃度より高く設定されているため、受光面直下の降伏
電圧はエツジ部での曲率半径を考慮した降伏電圧よりも
低くすることができる。したがって、主接合外周部での
エツジ降伏を抑出し、受光面内で均一なアバランシェ増
倍を得ることができる。また、領域6は増倍領域の厚さ
を規定する作用を有し、領域5は高電界領域6の電界を
制御する作用を有する。
以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。第
1図は本発明をI n P / InGaAs系に実施
したものである。
1図は本発明をI n P / InGaAs系に実施
したものである。
まず、実施例の光検出器の製造方法について述べる。分
子線エピタキシー法または有機金属熱分解気相成長法ま
たはハイドライド気相成長法によりn型InP基板(S
ドープ)1上にn−−−InP層2、n ”−−−In
GaAs層3.n″″−InGaAs層4およびn”’
−InP層7を連続成長させる。n−層のキャリア濃度
は1〜5 X 10 lI!crs−”であり、n−−
InGaAsP層のキャリア濃度は0.5〜2X101
6cal″″8である。
子線エピタキシー法または有機金属熱分解気相成長法ま
たはハイドライド気相成長法によりn型InP基板(S
ドープ)1上にn−−−InP層2、n ”−−−In
GaAs層3.n″″−InGaAs層4およびn”’
−InP層7を連続成長させる。n−層のキャリア濃度
は1〜5 X 10 lI!crs−”であり、n−−
InGaAsP層のキャリア濃度は0.5〜2X101
6cal″″8である。
次に、高エネルギーイオン注入技術を用いて、Siを領
域7の表面から打込み、n−InP層5(ピークキャリ
ア濃度5〜8X1016c■−8)及びn″″−InP
層6(ピークキャリア濃度0.5〜2 X 101Bc
m−”)を深さ2〜2.5pm の位置に選択的に形成
する。
域7の表面から打込み、n−InP層5(ピークキャリ
ア濃度5〜8X1016c■−8)及びn″″−InP
層6(ピークキャリア濃度0.5〜2 X 101Bc
m−”)を深さ2〜2.5pm の位置に選択的に形成
する。
p型不純物としてZnまたはCdの選択熱拡散を行ない
、p”n接合12を形成するパッシベーション膜とし3
i 0H/ S i N 膜10をプラズマCVD法
により被着した後、受光面上にSiN反射防止膜9を形
成する。
、p”n接合12を形成するパッシベーション膜とし3
i 0H/ S i N 膜10をプラズマCVD法
により被着した後、受光面上にSiN反射防止膜9を形
成する。
最後に、P型電極11.n型電極13を公知の蒸着法を
用いて形成し、プレーナ型InGaAs/InPAPD
のウェハプロセス工程は完了する。
用いて形成し、プレーナ型InGaAs/InPAPD
のウェハプロセス工程は完了する。
次に、実施例の動作について説明する。
デバイスは、逆バイアス電圧が印加されて、半導体層が
空乏化している状態で動作する。高速変調された入射光
は表面側(領域7)から入射し、InGaAs層3に吸
収され、ホトキャリアを発生する。
空乏化している状態で動作する。高速変調された入射光
は表面側(領域7)から入射し、InGaAs層3に吸
収され、ホトキャリアを発生する。
ホトキャリア(この場合ホール)は空乏層内のドリフト
電界によってpn接合12に到達し光電流として外部回
路にとり出される。領域6および5の一部は高電界領域
であり、この領域に注入されたホットホールは光学フォ
ノンに散乱される前に、高電界よりInPのイオン化の
しきいエネルギー以上のエネルギーを受は取ることがで
きるため、アバランシェ増倍が生じる。
電界によってpn接合12に到達し光電流として外部回
路にとり出される。領域6および5の一部は高電界領域
であり、この領域に注入されたホットホールは光学フォ
ノンに散乱される前に、高電界よりInPのイオン化の
しきいエネルギー以上のエネルギーを受は取ることがで
きるため、アバランシェ増倍が生じる。
領域5は高電界を急激に低下させる。いわゆる電界緩和
の作用をする。領域6は全域が高電界となり、キャリア
増倍領域の膜厚を規定する作用をする。したがって、領
域5のキャリア濃度は領域6のキャリア濃度より常に高
く設定される必要がある。
の作用をする。領域6は全域が高電界となり、キャリア
増倍領域の膜厚を規定する作用をする。したがって、領
域5のキャリア濃度は領域6のキャリア濃度より常に高
く設定される必要がある。
以上述べたアバランシェ増倍現象を利用したAPDのデ
バイス動作を確実に得るには、受光面内で均一な増倍を
得ることが大切である。
バイス動作を確実に得るには、受光面内で均一な増倍を
得ることが大切である。
本実施例では、キャリア濃度が高い層が受光面直下に形
成されているため、降伏電圧を受光面内では低く、主接
合12のエツジ部では高くすることができる。このため
、エツジ降伏を抑止することができ、受光面内で均一な
アバランシェ増倍を得ることができる。また、領域5で
電界強度を急激に低下させるため、増倍領域を領域6の
厚さでほぼ制御することができる。このため、高速AP
Dを実現するための必須事項である増倍領域を最適の厚
さに制御することが可能となる。
成されているため、降伏電圧を受光面内では低く、主接
合12のエツジ部では高くすることができる。このため
、エツジ降伏を抑止することができ、受光面内で均一な
アバランシェ増倍を得ることができる。また、領域5で
電界強度を急激に低下させるため、増倍領域を領域6の
厚さでほぼ制御することができる。このため、高速AP
Dを実現するための必須事項である増倍領域を最適の厚
さに制御することが可能となる。
第2の実施例を第2図に示す。第1図と異なる個所は、
主接合12の外周部にガードリング接合15を設けたこ
とである。このガードリング接合15はBeのイオン注
入法またはCdの低温拡散法により形成される。デバイ
スの動作原理は第1図と同一であるが、ガードリング接
合15があるため、主接合中心部とエツジ部の降伏電圧
の差がさらに大きくとれ、エツジ降伏の抑止がより効果
的に行なわれるようになる。なお、第2図ではガードリ
ング接合の深さが主接合より浅くなっているが、ガード
リングの深さを主接合より等しいかまたは深くした場合
でも、実施例の効果は変わることがない。
主接合12の外周部にガードリング接合15を設けたこ
とである。このガードリング接合15はBeのイオン注
入法またはCdの低温拡散法により形成される。デバイ
スの動作原理は第1図と同一であるが、ガードリング接
合15があるため、主接合中心部とエツジ部の降伏電圧
の差がさらに大きくとれ、エツジ降伏の抑止がより効果
的に行なわれるようになる。なお、第2図ではガードリ
ング接合の深さが主接合より浅くなっているが、ガード
リングの深さを主接合より等しいかまたは深くした場合
でも、実施例の効果は変わることがない。
第3の実施例を第3図に示す0本実施例と第1図の実施
例との違いは、半導体層5が選択的に形成されていない
ところである。イオン注入1回でデバイスの製作が可能
なため、製造プロセスが簡素化されている。vlJ作原
理については第1図と同様である。なお、第3図にはガ
ードリング接合が含まれていないが、ガードリング接合
があった場合、エツジ降伏がさらに抑止されることは第
2の実施例と同様である。
例との違いは、半導体層5が選択的に形成されていない
ところである。イオン注入1回でデバイスの製作が可能
なため、製造プロセスが簡素化されている。vlJ作原
理については第1図と同様である。なお、第3図にはガ
ードリング接合が含まれていないが、ガードリング接合
があった場合、エツジ降伏がさらに抑止されることは第
2の実施例と同様である。
第4の実施例を第4図に示す0本実施例では。
主接合12がZnの押出しアニール方式によって形成さ
れている。この方式でも主接合エツジ部の局所的降伏を
抑止することが可能であり、これまで述べてきた領域5
及び6の効果により、GB積の大きい、高帯域なAPD
を実現することができる。
れている。この方式でも主接合エツジ部の局所的降伏を
抑止することが可能であり、これまで述べてきた領域5
及び6の効果により、GB積の大きい、高帯域なAPD
を実現することができる。
以上述べてきた実施例はInGaAs層 I n P系
APDを対象にしたものであったが、InA Q As
/ InGaAs系、GaA Q Sb/ GaSb
系、GaA Q As/ GaAs系等の他の化合物半
導体材料もしくはSi、Ge等の元素半導体材料を用い
た場合であっても本発明の本質が損なわれることがない
ことは言うまでもない。
APDを対象にしたものであったが、InA Q As
/ InGaAs系、GaA Q Sb/ GaSb
系、GaA Q As/ GaAs系等の他の化合物半
導体材料もしくはSi、Ge等の元素半導体材料を用い
た場合であっても本発明の本質が損なわれることがない
ことは言うまでもない。
本発明によれば、領域5と領域6を用いることにより、
アバランシェ増倍領域を最適値に制御することが可能に
なるため、GB積の大きな高速APDを実現することが
できる。また、領域5゜6のキャリア濃度を周囲の領域
7のキャリア濃度よりも高くできるため、これまで増倍
領域を挾くしたとき問題となっていた、主接合12の外
周部でのエツジ降伏を抑止しすることができるとともに
、禁止帯幅の小さいInGaAs層3でのトンネル効果
による暗電流の劣化を防ぐことができる。
アバランシェ増倍領域を最適値に制御することが可能に
なるため、GB積の大きな高速APDを実現することが
できる。また、領域5゜6のキャリア濃度を周囲の領域
7のキャリア濃度よりも高くできるため、これまで増倍
領域を挾くしたとき問題となっていた、主接合12の外
周部でのエツジ降伏を抑止しすることができるとともに
、禁止帯幅の小さいInGaAs層3でのトンネル効果
による暗電流の劣化を防ぐことができる。
第1図乃至第4図は本発明の実施例のInGaAs/I
nP APDの縦断面図、第5図は従来の八PDの縦
断面図である。 1 ・= n −I n P基板(Sドープ)、2−n
″″−−InP層(2X 10”cw+−8,0,5μ
m)、3・・・n −−−InGaAs層(2X 10
”am−’、 2.5 p m)、4− n −−In
GaAs P層(0、5〜2 X 10 ”cm−”。 0.1〜0.3μm)、 5−・n−InP層(5〜8
X 1 016c履−8,0,3〜0.6 μm)
、 6・・・n−−InP層(0,5〜2 X 101
Bcm−”、0.3〜0.6u m) 、 7− n−
−−I n P層(2X 10 ”cn+−”。 3μm)−8−p−I nP層(ZnorCd選択熱拡
散)、9・・・SiN反射防止膜、10・・・Stow
/ S i Nパッシベーション膜、11− A u
/ P t/Tip型電極、12 ・・・主接合、13
”Au/P d /AuGeNi、 14− P″″
−InP、15−・・ガードリング接合、21・・・n
−I n P基板、22・・・n−−−I n P、
23−n−−−InGaAs層 24−n−−InGa
As、25− n −I n P、26−n−−InP
。 27−n−−−I n P、28−p−I n P、2
9−・・p−−InP、30・・・パッシベーション膜
、31・・・反射防止膜、32・・・p型電極、33・
・・n型電極、34・・・主接合、35・・・ガードリ
ング接合。
nP APDの縦断面図、第5図は従来の八PDの縦
断面図である。 1 ・= n −I n P基板(Sドープ)、2−n
″″−−InP層(2X 10”cw+−8,0,5μ
m)、3・・・n −−−InGaAs層(2X 10
”am−’、 2.5 p m)、4− n −−In
GaAs P層(0、5〜2 X 10 ”cm−”。 0.1〜0.3μm)、 5−・n−InP層(5〜8
X 1 016c履−8,0,3〜0.6 μm)
、 6・・・n−−InP層(0,5〜2 X 101
Bcm−”、0.3〜0.6u m) 、 7− n−
−−I n P層(2X 10 ”cn+−”。 3μm)−8−p−I nP層(ZnorCd選択熱拡
散)、9・・・SiN反射防止膜、10・・・Stow
/ S i Nパッシベーション膜、11− A u
/ P t/Tip型電極、12 ・・・主接合、13
”Au/P d /AuGeNi、 14− P″″
−InP、15−・・ガードリング接合、21・・・n
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23−n−−−InGaAs層 24−n−−InGa
As、25− n −I n P、26−n−−InP
。 27−n−−−I n P、28−p−I n P、2
9−・・p−−InP、30・・・パッシベーション膜
、31・・・反射防止膜、32・・・p型電極、33・
・・n型電極、34・・・主接合、35・・・ガードリ
ング接合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、一方の導電型を持つ半導体層の上に少なくとも光を
吸収するための光吸収層とキャリアを増倍するための増
倍層を含む複数の半導体層を積層して形成され、かつ積
層された半導体層内にp・n接合を含む光検出器におい
て、少なくとも増倍層を含む二つの半導体層がp・n接
合直下に選択的に形成されていることを特徴とする光検
出器。 2、特許請求の範囲第1項において、少なくとも増倍層
を含む二つの半導体層のキャリア濃度が周囲の半導体層
のキャリア濃度に比べて高いことを特徴とする光検出器
。 3、特許請求の範囲第1項において、選択的に形成され
る二つの半導体層のキャリア濃度に関して、増倍層にな
る半導体層のキャリア濃度が増倍層以外の半導体層のキ
ャリア濃度よりも低いことを特徴とする光検出器。 4、特許請求の範囲第1項において、選択的に形成され
る半導体層がInPまたはSiであることを特徴とする
光検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63089029A JPH01261874A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63089029A JPH01261874A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 光検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01261874A true JPH01261874A (ja) | 1989-10-18 |
Family
ID=13959477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63089029A Pending JPH01261874A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 光検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01261874A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5281844A (en) * | 1991-04-18 | 1994-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Avalanche photodiode |
EP1860703A1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-28 | Eudyna Devices Inc. | Semiconductor light-receiving device with carrier multiplication |
JP2008252140A (ja) * | 2008-07-14 | 2008-10-16 | Nec Corp | 半導体受光素子及び光受信機 |
-
1988
- 1988-04-13 JP JP63089029A patent/JPH01261874A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5281844A (en) * | 1991-04-18 | 1994-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Avalanche photodiode |
US5346837A (en) * | 1991-04-18 | 1994-09-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making avalanche photodiode |
EP1860703A1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-28 | Eudyna Devices Inc. | Semiconductor light-receiving device with carrier multiplication |
JP2007311720A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Eudyna Devices Inc | 半導体受光素子 |
JP2008252140A (ja) * | 2008-07-14 | 2008-10-16 | Nec Corp | 半導体受光素子及び光受信機 |
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