JPH01292870A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH01292870A JPH01292870A JP63121712A JP12171288A JPH01292870A JP H01292870 A JPH01292870 A JP H01292870A JP 63121712 A JP63121712 A JP 63121712A JP 12171288 A JP12171288 A JP 12171288A JP H01292870 A JPH01292870 A JP H01292870A
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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〕
本発明は半導体受光素子に係り、特にキャリアの増倍現
象を利用したアバランシュ・フォト・ダイオード型の半
導体受光素子（以下ＡＰＤという、）に関する。
象を利用したアバランシュ・フォト・ダイオード型の半
導体受光素子（以下ＡＰＤという、）に関する。
従来より、ＡＰＤの作製における重要課題の一つにガー
ドリング効果の確実な実現がある。これは、第２図に示
す従来例１（電子通信学会技術研究報告、信学技報第８
６巻、３４１号、第７１から７８頁、０ＱＥ−１８３）
、または第３図に示す従来例２（同上、ｐｐ７９−８
５）のような構造により行なわれている。
ドリング効果の確実な実現がある。これは、第２図に示
す従来例１（電子通信学会技術研究報告、信学技報第８
６巻、３４１号、第７１から７８頁、０ＱＥ−１８３）
、または第３図に示す従来例２（同上、ｐｐ７９−８
５）のような構造により行なわれている。
第２図において、２１はＩｎＰ基板、２２は、ＩｎＰバ
ッファ層、２３はＩ ｎＧａＡｓ光吸収層、２４はＩ
ｎＧａＡｓＰ障壁緩和層、２５はＩｎＰ増倍層、２６４
ＦＩｎＰ窓層で、いずれもｎ型であり、増倍層２５のキ
ャリア濃度は、他のエビ層に比べ高い。２７はＣｄの選
択拡散により形成したｐ型頭域で２８は主接合となるｐ
ｎ接合、２９はＢｅの２変のイオン打込により形成した
ｐ型頭域で、３０はガードリング接合となるｐｎ接合、
３１．３２．３３は各々、パッシベーション膜。
ッファ層、２３はＩ ｎＧａＡｓ光吸収層、２４はＩ
ｎＧａＡｓＰ障壁緩和層、２５はＩｎＰ増倍層、２６４
ＦＩｎＰ窓層で、いずれもｎ型であり、増倍層２５のキ
ャリア濃度は、他のエビ層に比べ高い。２７はＣｄの選
択拡散により形成したｐ型頭域で２８は主接合となるｐ
ｎ接合、２９はＢｅの２変のイオン打込により形成した
ｐ型頭域で、３０はガードリング接合となるｐｎ接合、
３１．３２．３３は各々、パッシベーション膜。
ｐ電極、ｎ電極である。ここで、ガードリング接合３０
は、主接合２８の湾曲部をカバーするために、主接合２
８より深く形成することが必要である。また、主接合２
８は、窓層２６中でもよいが、高速応答をねらった場合
は、増倍層２５中に形成する必要がある。
は、主接合２８の湾曲部をカバーするために、主接合２
８より深く形成することが必要である。また、主接合２
８は、窓層２６中でもよいが、高速応答をねらった場合
は、増倍層２５中に形成する必要がある。
一方、第３図に示した従来例２では、４１はＩｎＰ基板
、４２はＩｎＰバッファ層、４３はＩ ｎ Ｇ ａ Ａ
ｓ光吸収層、４４はＩｎＧａＡｓＰ障壁緩和層、４５
はＩｎＰ電界緩和層、４６は島状のＩｎＰ増倍層、４７
はＩｎＰガードリング層で。
、４２はＩｎＰバッファ層、４３はＩ ｎ Ｇ ａ Ａ
ｓ光吸収層、４４はＩｎＧａＡｓＰ障壁緩和層、４５
はＩｎＰ電界緩和層、４６は島状のＩｎＰ増倍層、４７
はＩｎＰガードリング層で。
いずれもｎ型であり、増倍層４６のキャリア濃度は、他
のエビ層に比べて高くしである。４８はＣｄの選択拡散
によって形成したｐ影領域で４９はｎ型ＩｎＰ層４６内
における界面である。５１はガードリング接合となるｐ
ｎ接合、５２，５３゜５４．５５は、各々パッシベーシ
ョン膜、ＡＲコート膜、ｐ電極、ｎ電極である。ここで
、主接合４８は島状の増倍層４５中に形成し、ガードリ
ング接合５０は、キャリア濃度が低い窓層４６中に形成
しである。
のエビ層に比べて高くしである。４８はＣｄの選択拡散
によって形成したｐ影領域で４９はｎ型ＩｎＰ層４６内
における界面である。５１はガードリング接合となるｐ
ｎ接合、５２，５３゜５４．５５は、各々パッシベーシ
ョン膜、ＡＲコート膜、ｐ電極、ｎ電極である。ここで
、主接合４８は島状の増倍層４５中に形成し、ガードリ
ング接合５０は、キャリア濃度が低い窓層４６中に形成
しである。
しかし上記従来例１では、高速応答を目的として、増倍
層２５のキャリア濃度を高くして、厚みを薄くしていっ
た場合に問題が生ずる６例えば。
層２５のキャリア濃度を高くして、厚みを薄くしていっ
た場合に問題が生ずる６例えば。
増倍層２５のキャリア濃度を３Ｘ１０”ａｍ−８，厚み
を０．８μｍとした場合、主接合を増倍層２５中で、窓
層２６との境界から０．１μｍの所に形成した時、ガー
ドリング接合３ｏは前述の如く主接合より深く必要があ
るため、障壁緩和層の厚みを入れても、例えば０．７μ
ｍとなり、光吸収層２３との距離が非常に小さくなるこ
とから、光吸収層における電界強度がＩ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓでのトンネル降伏臨界値といわれている２Ｘ１０
’Ｖ／ｍ に近づいてしまい、トンネル電流が増加して
、主接合での良好なアバランシェ降伏を得にくくなる。
を０．８μｍとした場合、主接合を増倍層２５中で、窓
層２６との境界から０．１μｍの所に形成した時、ガー
ドリング接合３ｏは前述の如く主接合より深く必要があ
るため、障壁緩和層の厚みを入れても、例えば０．７μ
ｍとなり、光吸収層２３との距離が非常に小さくなるこ
とから、光吸収層における電界強度がＩ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓでのトンネル降伏臨界値といわれている２Ｘ１０
’Ｖ／ｍ に近づいてしまい、トンネル電流が増加して
、主接合での良好なアバランシェ降伏を得にくくなる。
この点は、高速応答をねらって、増倍層の厚みを薄くす
る程厳しくなる。すなわち、本従来例では、高速応答を
ねらった増倍層の薄い素子でのガードリング効果が不十
分となる問題が存在する。
る程厳しくなる。すなわち、本従来例では、高速応答を
ねらった増倍層の薄い素子でのガードリング効果が不十
分となる問題が存在する。
一方、第３図に示した従来例２においては、ガードリン
グ接合５０は、主接合４９にくらべ、キャリア濃度が低
い窓層４６中に形成しであるため、ガードリング接合下
の光吸収層４３の電界強度は、主接合下のそれより小さ
くなるため、従来例１で述べたようなトンネル電流によ
る障害は生じない。
グ接合５０は、主接合４９にくらべ、キャリア濃度が低
い窓層４６中に形成しであるため、ガードリング接合下
の光吸収層４３の電界強度は、主接合下のそれより小さ
くなるため、従来例１で述べたようなトンネル電流によ
る障害は生じない。
しかし１本例の構造を実現するためには平担な増倍層を
一担成長した後、エツチングにより島状の増倍層４５を
残し、さらにその後窓層４６で埋め込む必要がある。す
なわち、従来例２は工程が複雑である上、工程中におけ
る界面の汚染、不純物の導入、欠陥の発生等の問題が存
在する。
一担成長した後、エツチングにより島状の増倍層４５を
残し、さらにその後窓層４６で埋め込む必要がある。す
なわち、従来例２は工程が複雑である上、工程中におけ
る界面の汚染、不純物の導入、欠陥の発生等の問題が存
在する。
本発明の目的は、従来例１でのガードリング効果の不十
分さを補い、かつ、従来例２におけるような工程の複雑
さ１問題点の導入を回避した製法を用いたＡＰＯを提供
することにある。
分さを補い、かつ、従来例２におけるような工程の複雑
さ１問題点の導入を回避した製法を用いたＡＰＯを提供
することにある。
上記目的は、ガードリング接合直下を選択的にイオン打
込みにより、高抵抗化することにより達成される０本発
明に係る半湛体受光装置の１例により説明する。
込みにより、高抵抗化することにより達成される０本発
明に係る半湛体受光装置の１例により説明する。
第１図において、１はＩｎＰ等の基板、２はＩｎＰ等の
バッファ層、３はＩｎＧａＡｓ等の光吸収層、４はＩ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ等の障壁緩和層、５はＩｎＰ等
の増倍層、６はＩｎＰ等の窓層で、いずれもｎ型であり
、増倍層５のキャリア濃度は他のエビ層に比べて高くし
である。７はＺｎ等の選択拡散によって形成したｐ型主
接合領域で、８は主接合となるｐｎ接合である。９はＣ
ｄ等の熱拡散により形成したｐ型ガードリング領域で、
１゜はガードリングルｎ接合である。１１が選択的なイ
オン打込みによって形成した高抵抗化島状領域である。
バッファ層、３はＩｎＧａＡｓ等の光吸収層、４はＩ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ等の障壁緩和層、５はＩｎＰ等
の増倍層、６はＩｎＰ等の窓層で、いずれもｎ型であり
、増倍層５のキャリア濃度は他のエビ層に比べて高くし
である。７はＺｎ等の選択拡散によって形成したｐ型主
接合領域で、８は主接合となるｐｎ接合である。９はＣ
ｄ等の熱拡散により形成したｐ型ガードリング領域で、
１゜はガードリングルｎ接合である。１１が選択的なイ
オン打込みによって形成した高抵抗化島状領域である。
１２，１３，１４．１５は各々パッシベーション膜、Ａ
Ｒコート膜、ｐ電極、ｎ電極である。ここで、１１の高
抵抗化島状領域が本発明の主手段である。
Ｒコート膜、ｐ電極、ｎ電極である。ここで、１１の高
抵抗化島状領域が本発明の主手段である。
第１図に示した本発明において、イオン打込みによって
形成した高抵抗化島状領域１１は、ガードリング接合１
０にかかる電界を低減する働きをし、光吸収層の厚みが
薄くなってもトンネル電流を発生させずに済む。高抵抗
化島状領域１１の形成は、通常のエピタキシャル成長、
ｐｎ接合形成後、補足的に行なわれば良く、工程は埋め
込み成長法導入に比べ簡単である。
形成した高抵抗化島状領域１１は、ガードリング接合１
０にかかる電界を低減する働きをし、光吸収層の厚みが
薄くなってもトンネル電流を発生させずに済む。高抵抗
化島状領域１１の形成は、通常のエピタキシャル成長、
ｐｎ接合形成後、補足的に行なわれば良く、工程は埋め
込み成長法導入に比べ簡単である。
実施例１
本発明の一実施例を第４図、および第１図を用いて説明
する。第４図（ａ）において、ｎ型ＩｎＰ基板１ （Ｓ
ドープ、 ｎ ＝ Ｉ Ｘ １０ ”（！ｌ−”）上に
ｎ型ＩｎＰバッファ層２（アンドープ、０．５μｍ）＋
ｎ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層３（アンドープ
、２μｍ）、ｎ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ障壁緩和
層４（アンドープ、０．２μｍ）、ｎ型ＩｎＰ増倍率５
（アンドープ、ｎ＝３Ｘ１０”ａｍ−”、０．８μｍ）
。
する。第４図（ａ）において、ｎ型ＩｎＰ基板１ （Ｓ
ドープ、 ｎ ＝ Ｉ Ｘ １０ ”（！ｌ−”）上に
ｎ型ＩｎＰバッファ層２（アンドープ、０．５μｍ）＋
ｎ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層３（アンドープ
、２μｍ）、ｎ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ障壁緩和
層４（アンドープ、０．２μｍ）、ｎ型ＩｎＰ増倍率５
（アンドープ、ｎ＝３Ｘ１０”ａｍ−”、０．８μｍ）
。
ｎ型ＩｎＰ窓層６（アンドープ、２μｍ）をＭＯＣＶＤ
法を用いて連続成長した。アンドープ層のキャリア濃度
は１〜５ Ｘ １０ ”ｅｘ−”であった。
法を用いて連続成長した。アンドープ層のキャリア濃度
は１〜５ Ｘ １０ ”ｅｘ−”であった。
ＳｉＮ膜６１をマスクとして、Ｃｄを深さ２．３μｍ選
択拡散した６次に、ｃｄ選択拡散用ＳｉＮ膜を除去した
後、主接合形成のため、第４図（ｂ）のごとく、５ｉＮ
ｒｌＡ６２をマスクとしてＺｎを深さ２．１μｍ選択拡
散した０次に、第４図（ｃ）において、ＳｉＮ膜を再度
除去して、ＰＳＧ膜６３とレジスト膜６４をマスクとし
て、プロトン深さ２．８μｍ を中心値となるように打
込み、高抵抗化島状領域１１を形成した０次に、第１図
において、レジスト膜およびＰＳＧ膜を除去してＳｉＮ
／５ｉＯｚパツシベーシヨン膜１２および５ｉＮＡＲコ
ート膜１３をつけ直し、Ｐ［極１４゜ｎ電極１５を形成
してＡＰＤとした。
択拡散した６次に、ｃｄ選択拡散用ＳｉＮ膜を除去した
後、主接合形成のため、第４図（ｂ）のごとく、５ｉＮ
ｒｌＡ６２をマスクとしてＺｎを深さ２．１μｍ選択拡
散した０次に、第４図（ｃ）において、ＳｉＮ膜を再度
除去して、ＰＳＧ膜６３とレジスト膜６４をマスクとし
て、プロトン深さ２．８μｍ を中心値となるように打
込み、高抵抗化島状領域１１を形成した０次に、第１図
において、レジスト膜およびＰＳＧ膜を除去してＳｉＮ
／５ｉＯｚパツシベーシヨン膜１２および５ｉＮＡＲコ
ート膜１３をつけ直し、Ｐ［極１４゜ｎ電極１５を形成
してＡＰＤとした。
本素子の逆方向電圧−電流特性を測定したところ、降伏
電圧は７０Ｖで、６３ｖにおける感電流は２０ｎＡと良
好であった。また光電流最大増倍率、遮断周波数も、４
０および２ＧＨｚと良好であった。これは、高抵抗化島
状領域１１を形成しない場合に比べ、降伏電圧が約１０
Ｖ程度高く、暗電流が約１００ｎＡ程度低く、特性改善
が認められた。
電圧は７０Ｖで、６３ｖにおける感電流は２０ｎＡと良
好であった。また光電流最大増倍率、遮断周波数も、４
０および２ＧＨｚと良好であった。これは、高抵抗化島
状領域１１を形成しない場合に比べ、降伏電圧が約１０
Ｖ程度高く、暗電流が約１００ｎＡ程度低く、特性改善
が認められた。
実施例２
実施例１のプロトンの代りに、酸素イオンの高エネルギ
ー打込を用いて、実施例１と全く同様な素子を作製した
。得られたＡＰＤは、実施例１とほぼ同等の特性を示し
た。
ー打込を用いて、実施例１と全く同様な素子を作製した
。得られたＡＰＤは、実施例１とほぼ同等の特性を示し
た。
なお、本発明を説明するために実施例ではｎ型ＩｎＰを
基板としたＩｎＰ系ＡＰＤを例としてきたが、本発明の
効果は、ｐとｎを逆にしても良いことは明らかである。
基板としたＩｎＰ系ＡＰＤを例としてきたが、本発明の
効果は、ｐとｎを逆にしても良いことは明らかである。
また、例えば、第１図におけるバッファ層２．障壁緩和
層４．ＡＲコート膜１１等はあった方が好ましいが無く
して良く、逆に各層を複数層にする等１本発明の本質を
損わない限りにおいて要素を付加・除去してもかまわな
Ｘ６ また材料においても、Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ系に限らず、ＧａＳｂ／ＩｎＧａＳｂ系ｙ Ｇ
ａ Ａ ｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ａ ｓ系等、種々の
化合物半導体、Ｓｉ。
層４．ＡＲコート膜１１等はあった方が好ましいが無く
して良く、逆に各層を複数層にする等１本発明の本質を
損わない限りにおいて要素を付加・除去してもかまわな
Ｘ６ また材料においても、Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ系に限らず、ＧａＳｂ／ＩｎＧａＳｂ系ｙ Ｇ
ａ Ａ ｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ａ ｓ系等、種々の
化合物半導体、Ｓｉ。
Ｇｅおよびその混合物を用いた半導体等、様々な半導体
の組合せにおいても効果があることは明らかである。ま
た、製造方法についても、例えば結晶成長法にＬＰＥ法
やＶＰＥ法を用いることや、ｐ型頭域に形成にＢｅなど
のＰ型イオン打込みを用いること等、本発明の本質を損
わない限りにおいて変更しても良いことは明らかである
。
の組合せにおいても効果があることは明らかである。ま
た、製造方法についても、例えば結晶成長法にＬＰＥ法
やＶＰＥ法を用いることや、ｐ型頭域に形成にＢｅなど
のＰ型イオン打込みを用いること等、本発明の本質を損
わない限りにおいて変更しても良いことは明らかである
。
また、高抵抗化島状領域の形成に際してのプロトン打込
みの深さ位置に関しては、その中心位置が、ガードリン
グ接合直下であれば、打込み変質領域が、その上下方向
に広がっても高抵抗化されることによって特性は悪化せ
ず、問題ないことは明らかである。また、その横方向位
置は、ガードリング接合領域がかくれ、主接合領域がか
くれない範囲に制御されれば良いことは明らかである。
みの深さ位置に関しては、その中心位置が、ガードリン
グ接合直下であれば、打込み変質領域が、その上下方向
に広がっても高抵抗化されることによって特性は悪化せ
ず、問題ないことは明らかである。また、その横方向位
置は、ガードリング接合領域がかくれ、主接合領域がか
くれない範囲に制御されれば良いことは明らかである。
また、イオン打込のイオン種に関しては１本発明の実施
例では、プロトンと酸素を用いたが、その他の元素、た
とえばＢ、Ｆｅ等、を用いても、同様の高抵抗化島状領
域を結晶中に形成できれば良いことは明らかである。
例では、プロトンと酸素を用いたが、その他の元素、た
とえばＢ、Ｆｅ等、を用いても、同様の高抵抗化島状領
域を結晶中に形成できれば良いことは明らかである。
以上述べたように、本発明によれば、ガードリング効果
が有効に働き、トンネル電流が増加しない、高速性能を
有するＡＰＤを、製作工程を複雑化せずに提供できる効
果がある。
が有効に働き、トンネル電流が増加しない、高速性能を
有するＡＰＤを、製作工程を複雑化せずに提供できる効
果がある。
第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図お
よび第３図は従来例のＡＰＤの縦断面図、第４図は本発
明の他の一実施例を示す製作工程の縦断面図である。 １・・・ｎ型基板、３・・・ｎ型光吸収層、５・・・ｎ
型増倍層、６・・・ｎ型窓層、７・・・ｐ型上接合領域
、９・・・ｐＪＰ ｌ 圀
よび第３図は従来例のＡＰＤの縦断面図、第４図は本発
明の他の一実施例を示す製作工程の縦断面図である。 １・・・ｎ型基板、３・・・ｎ型光吸収層、５・・・ｎ
型増倍層、６・・・ｎ型窓層、７・・・ｐ型上接合領域
、９・・・ｐＪＰ ｌ 圀
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光を吸収してキャリアを発生する光吸収層と、この
光吸収層で発生した上記キャリアを増倍するための主接
合を有する増倍層と、この第１の接合の一部領域を含ん
で形成され、この一部領域におけるアバランシユ降伏を
防止するために設けられたガードリング領域と、このガ
ードリング領域直下に形成された高抵抗領域とを有する
ことを特徴とする半導体受光素子。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の半導体受光素子にお
いて、前記高抵抗領域は、イオン打込により形成されて
なる半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121712A JPH01292870A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121712A JPH01292870A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292870A true JPH01292870A (ja) | 1989-11-27 |
Family
ID=14818012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121712A Pending JPH01292870A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01292870A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9406830B1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-08-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light-receiving device |
| WO2020203250A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出器 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63121712A patent/JPH01292870A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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