JPH01290269A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
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- JPH01290269A JPH01290269A JP63121134A JP12113488A JPH01290269A JP H01290269 A JPH01290269 A JP H01290269A JP 63121134 A JP63121134 A JP 63121134A JP 12113488 A JP12113488 A JP 12113488A JP H01290269 A JPH01290269 A JP H01290269A
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- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 6
- 230000010748 Photoabsorption Effects 0.000 abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
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- 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〕
本発明は高速応答が可能な半導体受光装置（フォトダイ
オード： Ｐｈｏｔｏ ’Ｄｉｏｄｅ；以下ＰＤと略す
、）に関するものである。
オード： Ｐｈｏｔｏ ’Ｄｉｏｄｅ；以下ＰＤと略す
、）に関するものである。
第２図は例えば昭和６１年度電子通信学会総会全国大会
予稿集９７Ｂ （４−１４９ページ）に記載されている
従来のＩｎＧａＡｓブレーナ型ＰＤの代表的な構造を示
す断面図である。１はｎ゛−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層、３はｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４は
ｎ”’ −ＩｎＰ窓層、６はＺｎが拡散されたｐ″領域
７は受光部（円形）、１０はｎ電極（カソード）、１１
はリング状のＰ電極（アノード）、１２は入射光に対し
て透明な表面保護膜（ＳｉＮ膜等）、２０は入射光であ
る。
予稿集９７Ｂ （４−１４９ページ）に記載されている
従来のＩｎＧａＡｓブレーナ型ＰＤの代表的な構造を示
す断面図である。１はｎ゛−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層、３はｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４は
ｎ”’ −ＩｎＰ窓層、６はＺｎが拡散されたｐ″領域
７は受光部（円形）、１０はｎ電極（カソード）、１１
はリング状のＰ電極（アノード）、１２は入射光に対し
て透明な表面保護膜（ＳｉＮ膜等）、２０は入射光であ
る。
次に動作について説明する。
ＩｎＰ層１及び２に格子定数が合ったＩ ｎＧａＡｓ層
３のバンドキャップ波長λ、は１．６７μｍであり、Ｉ
ｎＰではλ、 ＝ ０．９２ｕ ｍである。従って、Ｉ
ｎＧａＡｓプレーナＰＤの波長感度はλ−１．０〜１．
６μｍ帯にある。
３のバンドキャップ波長λ、は１．６７μｍであり、Ｉ
ｎＰではλ、 ＝ ０．９２ｕ ｍである。従って、Ｉ
ｎＧａＡｓプレーナＰＤの波長感度はλ−１．０〜１．
６μｍ帯にある。
ＰＤは一般に逆バイアス状態で使用されるのでアノード
１１にはカソード１０に対し負電圧（−５〜−１０Ｖ）
が印加される。ｐ′−領域６とｎ−−ＩｎＧａＡｓ層３
で形成されるｐ−ｎ接合においては、ｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓ層３の方がキャリア濃度が小さいため、逆バイアス状
態では空乏層は主にｎ−−１ｎＧａＡａ層３内に広がる
。上記波長感度帯にある波長の光が受光部７から入射す
ると、Ｉ ｎＧａＡｓ層３内で吸収され、電子・正孔対
が発生するが、これらの電荷のうち空乏層内のものは効
率よく光電流に寄与する。
１１にはカソード１０に対し負電圧（−５〜−１０Ｖ）
が印加される。ｐ′−領域６とｎ−−ＩｎＧａＡｓ層３
で形成されるｐ−ｎ接合においては、ｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓ層３の方がキャリア濃度が小さいため、逆バイアス状
態では空乏層は主にｎ−−１ｎＧａＡａ層３内に広がる
。上記波長感度帯にある波長の光が受光部７から入射す
ると、Ｉ ｎＧａＡｓ層３内で吸収され、電子・正孔対
が発生するが、これらの電荷のうち空乏層内のものは効
率よく光電流に寄与する。
ＩｎＰ窓層４のバンドギャップはＩ ｎＧａＡｓ層３の
バンドギャップより大きいため光吸収により発生したキ
ャリアの表面方向（アノード側）への拡散は抑えられる
。このため、表面再結合がな（なり、且つＩ ｎＧａＡ
ｓ層へのキャリア閉込め効果がよくなるので感度が上昇
する。また、プレーナ型ＰＤでは結晶表面のＩｎＰのｐ
−ｎ接合が保護膜１２で被われており、外気にさらされ
ていないので暗電流は極めて小さな値となる。
バンドギャップより大きいため光吸収により発生したキ
ャリアの表面方向（アノード側）への拡散は抑えられる
。このため、表面再結合がな（なり、且つＩ ｎＧａＡ
ｓ層へのキャリア閉込め効果がよくなるので感度が上昇
する。また、プレーナ型ＰＤでは結晶表面のＩｎＰのｐ
−ｎ接合が保護膜１２で被われており、外気にさらされ
ていないので暗電流は極めて小さな値となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の１１１ＧａＡＳプレーナ型ＰＤは、アノードを除
く受光面全体が波長１．０〜１．６μｍの光に対して透
明なＳｉＮ等の表面保護膜１２で被われているので、入
射光２０がＰＤチップ全体に広がりている場合には、第
２図の受光部７のｐ−ｎ接合６ （Ｉ ｎＧａＡｓ層内
のｐ−ｎ接合）から離れた受光部外のＩ ｎＧａＡｓ層
内でも電子・正孔対が発生する。このうち拡散により空
乏層に達する正孔は光電流に寄与するが、拡散が遅いた
め空乏層内又はその近傍で発生したキャリアに比べて光
電流に寄与する時間が遅れる。従って、入射光が時間的
にパルス状の場合には入射光の光強度波形に比べて受光
電流波形にすそ引きが生ずる。第３図はこの状況を説明
する図である０図（ａ）は入射光強度の時間的変化を示
すパルス波形、図（０）は従来のプレーナＰＤによる光
電流の応答波形である。
く受光面全体が波長１．０〜１．６μｍの光に対して透
明なＳｉＮ等の表面保護膜１２で被われているので、入
射光２０がＰＤチップ全体に広がりている場合には、第
２図の受光部７のｐ−ｎ接合６ （Ｉ ｎＧａＡｓ層内
のｐ−ｎ接合）から離れた受光部外のＩ ｎＧａＡｓ層
内でも電子・正孔対が発生する。このうち拡散により空
乏層に達する正孔は光電流に寄与するが、拡散が遅いた
め空乏層内又はその近傍で発生したキャリアに比べて光
電流に寄与する時間が遅れる。従って、入射光が時間的
にパルス状の場合には入射光の光強度波形に比べて受光
電流波形にすそ引きが生ずる。第３図はこの状況を説明
する図である０図（ａ）は入射光強度の時間的変化を示
すパルス波形、図（０）は従来のプレーナＰＤによる光
電流の応答波形である。
このように立ち上がり時間ｔｒｓ（１０％→９０％）、
立下り時間ｔｆｓ（９０％→１０％）とも入射光のｔ□
＊ｊｆｌに比べて大幅に長くなっており、高速で変化す
る入射光に応答できないという問題点があった。
立下り時間ｔｆｓ（９０％→１０％）とも入射光のｔ□
＊ｊｆｌに比べて大幅に長くなっており、高速で変化す
る入射光に応答できないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものであり、空間的に広がりを持ちかつ高速で変動す
る入射光に対しても充分応答可能なプレーナ型ＰＤを得
ることを目的とする。
たものであり、空間的に広がりを持ちかつ高速で変動す
る入射光に対しても充分応答可能なプレーナ型ＰＤを得
ることを目的とする。
この発明に係る半導体受光装置は、ＩｎＰバッファ層、
ＩｎＧａＡｓ光吸収層及びＩｎＰ窓層を窓層と同一導電
型のＩｎＰ層で埋込み、その後、ＩｎＰ窓層上からＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層まで達する第２ｓ電型の拡散領域を
設けたものである。
ＩｎＧａＡｓ光吸収層及びＩｎＰ窓層を窓層と同一導電
型のＩｎＰ層で埋込み、その後、ＩｎＰ窓層上からＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層まで達する第２ｓ電型の拡散領域を
設けたものである。
この発明においては、埋込まれたＩ ｆｌＧａＡ！１光
吸収層を除く他の領域はすべてＩｎＰで形式されている
ので、波長１．０〜１．６μｍの光に対して透明となり
、光吸収により発生するキャリアが存在せず、光電流の
高速パルス応答波形の「すそ引き」が改善される。
吸収層を除く他の領域はすべてＩｎＰで形式されている
ので、波長１．０〜１．６μｍの光に対して透明となり
、光吸収により発生するキャリアが存在せず、光電流の
高速パルス応答波形の「すそ引き」が改善される。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図の１．６．７．１０．１１．１２及び２０は各々第２
図の対応する番号部分と同一部分を示す０．５はｎ−−
１ｎＰ埋込み層、２ａは埋込まれたｎ−１ｎＰバッファ
層、３ａは埋込まれたｎ′″−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層
、４ａは埋込まれたｐ”−ＩｎＰ窓層（Ｚｎ拡散により
ｐｏとなった）である＊３ａ＋４ａは本実施例では円柱
状である。
図の１．６．７．１０．１１．１２及び２０は各々第２
図の対応する番号部分と同一部分を示す０．５はｎ−−
１ｎＰ埋込み層、２ａは埋込まれたｎ−１ｎＰバッファ
層、３ａは埋込まれたｎ′″−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層
、４ａは埋込まれたｐ”−ＩｎＰ窓層（Ｚｎ拡散により
ｐｏとなった）である＊３ａ＋４ａは本実施例では円柱
状である。
次に動作について説明する。
逆バイアス状態において受光面全体に広がった波長１．
３μｍの光が入射した場合を考える。受光部３ａは波長
１．０〜１．６μｍの光を吸収するので、受光部に入射
した波長１．３μｍの入射した光はＩｎＰ埋込み層に入
射するがλ、＝０．９２μｍであるので、波長１．３μ
ｍの入射光はこの層を通過する。
３μｍの光が入射した場合を考える。受光部３ａは波長
１．０〜１．６μｍの光を吸収するので、受光部に入射
した波長１．３μｍの入射した光はＩｎＰ埋込み層に入
射するがλ、＝０．９２μｍであるので、波長１．３μ
ｍの入射光はこの層を通過する。
ｎ−１ｎＰバッファ層及びｎ” −１ｎＰ基板も同様に
通過する。従って受光部の外側に入射した光に対しては
光吸収によるキャリアが発生しないため、入射光強度が
時間的に高速に変化するパルス状のものであつても、そ
の充電流応答波形には「すそ引き」が生ぜず、高速応答
可能なプレーナ形ＰＤを得ることが可能となる。第３図
山）はこの状況を説明する図である。ｔｌ、！＋ ｔ
ｆ！は各々従来のｊ Ｆａｒ ｊ ｆ３に比べて半分
以下の値となっている。
通過する。従って受光部の外側に入射した光に対しては
光吸収によるキャリアが発生しないため、入射光強度が
時間的に高速に変化するパルス状のものであつても、そ
の充電流応答波形には「すそ引き」が生ぜず、高速応答
可能なプレーナ形ＰＤを得ることが可能となる。第３図
山）はこの状況を説明する図である。ｔｌ、！＋ ｔ
ｆ！は各々従来のｊ Ｆａｒ ｊ ｆ３に比べて半分
以下の値となっている。
なお上記実施例ではｎ” −ＩｎＰ基板状に形成された
ブレーナ型ＰＤの場合について述べたが、ｐ”−１ｎＰ
基板を用いてｐ、ｎの導電型が上記実施例とは逆転した
ブレーナ型ＰＤを作製することも可能である。
ブレーナ型ＰＤの場合について述べたが、ｐ”−１ｎＰ
基板を用いてｐ、ｎの導電型が上記実施例とは逆転した
ブレーナ型ＰＤを作製することも可能である。
また上記実施例では平面入射型プレーナＰＤの場合につ
いて述べたが、端面入射型プレーナＰＤを作製すること
も可能である。埋込み構造のＰＤの場合には受光領域が
小さくなるので、端面入射型プレーナＰＤの作製が容易
となる。第４図は本発明の他の実施例による端面入射型
プレーナＰＤを示す図であり、第４図（ａｌはチップ平
面図、第４図（ｂ）は第４図Ｔａ）のＡ−Ａ’の断面図
である０図において、１，２ａ、３ａ、４ａ、５．６＋
１０゜１１．１２及び２０は第１図の対応する部分
と同一部分を示す、第４図（ａ）の破線６ａは拡散フロ
ントである。埋込まれたＩ ｎＧａＡｓ光吸収層、■ｎ
Ｐ窓層は本実施例では矩形であり、その寸法は拡散フロ
ント６ａよりやや小さい、１５は入射面となる臂開面で
ある。 ｐ−ｎ接合をもったＩｎＧａＡｓ光吸収層３ａ
が外気にさらされると暗電流が異常に太き（なるので、
光吸収層はＩｎＰ埋込み層に完全に埋込まれていなけれ
ばならない、端面入射型プレーナＰＤの動作原理は平面
入射型の場合と同様であるが、平面入射型に比べて光吸
収層の体積及びアノードの面積を小さくすることが可能
となり、より高速応答に適している。
いて述べたが、端面入射型プレーナＰＤを作製すること
も可能である。埋込み構造のＰＤの場合には受光領域が
小さくなるので、端面入射型プレーナＰＤの作製が容易
となる。第４図は本発明の他の実施例による端面入射型
プレーナＰＤを示す図であり、第４図（ａｌはチップ平
面図、第４図（ｂ）は第４図Ｔａ）のＡ−Ａ’の断面図
である０図において、１，２ａ、３ａ、４ａ、５．６＋
１０゜１１．１２及び２０は第１図の対応する部分
と同一部分を示す、第４図（ａ）の破線６ａは拡散フロ
ントである。埋込まれたＩ ｎＧａＡｓ光吸収層、■ｎ
Ｐ窓層は本実施例では矩形であり、その寸法は拡散フロ
ント６ａよりやや小さい、１５は入射面となる臂開面で
ある。 ｐ−ｎ接合をもったＩｎＧａＡｓ光吸収層３ａ
が外気にさらされると暗電流が異常に太き（なるので、
光吸収層はＩｎＰ埋込み層に完全に埋込まれていなけれ
ばならない、端面入射型プレーナＰＤの動作原理は平面
入射型の場合と同様であるが、平面入射型に比べて光吸
収層の体積及びアノードの面積を小さくすることが可能
となり、より高速応答に適している。
以上のように、本発明によればブレーナ型のフォトダイ
オードのＩｎＧａＡｓ光吸収層及びＩｎＰ窓層をＩｎＰ
埋込み層で埋込んだ構成としたから、受光面全体に広が
って入射する、強度の時間的変動の速い入射光に対して
も充分に応答可能な半導体受光装置が得られる効果があ
る。
オードのＩｎＧａＡｓ光吸収層及びＩｎＰ窓層をＩｎＰ
埋込み層で埋込んだ構成としたから、受光面全体に広が
って入射する、強度の時間的変動の速い入射光に対して
も充分に応答可能な半導体受光装置が得られる効果があ
る。
第１図は本発明の一実施例による半導体受光装置の構造
を示す断面図、第２図は従来の半導体受光装置を示す図
、第３図はパルス応答を示す波形図、第４図は本発明の
他の実施例による半導体受光装置を示す図である。 １はｎ”−ＩｎＰ基板、２ａはｎ−ＩｎＰバッファ層、
３ａはｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４ａはｐ”−１ｎ
Ｐ窓層、５はｎ′″−ＩｎＰ埋込み層、６はＺｎが拡散
されたｐ＋領領域１０はカソード、１１はアノード。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
を示す断面図、第２図は従来の半導体受光装置を示す図
、第３図はパルス応答を示す波形図、第４図は本発明の
他の実施例による半導体受光装置を示す図である。 １はｎ”−ＩｎＰ基板、２ａはｎ−ＩｎＰバッファ層、
３ａはｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４ａはｐ”−１ｎ
Ｐ窓層、５はｎ′″−ＩｎＰ埋込み層、６はＺｎが拡散
されたｐ＋領領域１０はカソード、１１はアノード。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）第１導電型のＩｎＰ基板上に順次形成された第１
導電型のＩｎＰバッファ層、第１導電型のＩｎＧａＡｓ
光吸収層及び第１導電型のＩｎＰ窓層と、 上記ＩｎＰバッファ層、ＩｎＧａＡｓ光吸収層及びＩｎ
Ｐ窓層を埋め込む第１導電型のＩｎＰ埋込み層と、 拡散フロントが上記ＩｎＰ窓層を内側に含み前記ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層まで達する第２導電型の拡散領域とを備
えた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 |
|---|---|---|---|
| JP63121134A JPH01290269A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121134A JPH01290269A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290269A true JPH01290269A (ja) | 1989-11-22 |
Family
ID=14803715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121134A Pending JPH01290269A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01290269A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03183167A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-09 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子およびその製造方法 |
| JPH03196577A (ja) * | 1989-12-25 | 1991-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
-
1988
- 1988-05-18 JP JP63121134A patent/JPH01290269A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03183167A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-09 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子およびその製造方法 |
| JPH03196577A (ja) * | 1989-12-25 | 1991-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
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