JPH0157509B2 - - Google Patents
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- JPH0157509B2 JPH0157509B2 JP56083997A JP8399781A JPH0157509B2 JP H0157509 B2 JPH0157509 B2 JP H0157509B2 JP 56083997 A JP56083997 A JP 56083997A JP 8399781 A JP8399781 A JP 8399781A JP H0157509 B2 JPH0157509 B2 JP H0157509B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は受光素子に関する。
1μm帯光通信用受光素子は、現在InP素APD
（アバランシユ・フオト・ダイオード）で構成さ
れている。InPと格子整合したInGaAsPを光吸収
層として用いた構造は光波長で最長1.7μm（この
場合にはＰ組成を零としたInGaAsを用いる）迄
の波長領域をカバーすることが出来、フアイバー
損の最も低い光波長1.5〜1.6μmで高量子効率が得
られる点で優れている。このような受光素子の基
本構造は第１図に示す如く、ｎ型InP層（ウイン
ドー層）１、ｎ型InGaAsP（光吸収層）２、ｎ型
InP層（バツフアー層）３、n+型InP（基板）４で
LPE（液相エピタキシヤル）成長された多層成長
半導体のウインドー層１にｐ―ｎ接合が形成され
たものである。これは第２図に示す如くであり、
P+型の受光部５とＰ型のガードリング領域６か
ら成るのが典型的な構造である。
（アバランシユ・フオト・ダイオード）で構成さ
れている。InPと格子整合したInGaAsPを光吸収
層として用いた構造は光波長で最長1.7μm（この
場合にはＰ組成を零としたInGaAsを用いる）迄
の波長領域をカバーすることが出来、フアイバー
損の最も低い光波長1.5〜1.6μmで高量子効率が得
られる点で優れている。このような受光素子の基
本構造は第１図に示す如く、ｎ型InP層（ウイン
ドー層）１、ｎ型InGaAsP（光吸収層）２、ｎ型
InP層（バツフアー層）３、n+型InP（基板）４で
LPE（液相エピタキシヤル）成長された多層成長
半導体のウインドー層１にｐ―ｎ接合が形成され
たものである。これは第２図に示す如くであり、
P+型の受光部５とＰ型のガードリング領域６か
ら成るのが典型的な構造である。
面方位（100）の半導体を用いた場合には、正
孔の高いイオン化係数を利用する正孔注入型が良
いが、面方位（111）の半導体を用いる場合には、
前述の構造でpn型を反転させた電子注入型を選
択することが考えられる。
孔の高いイオン化係数を利用する正孔注入型が良
いが、面方位（111）の半導体を用いる場合には、
前述の構造でpn型を反転させた電子注入型を選
択することが考えられる。
近年光フアイバーの技術改良は格段に進歩し
た。
た。
波長1.2μm、1.4μm帯のOH基の光吸収、不純
物の光吸収は無視出来る様に製造技術は到達して
おり、フアイバー損は短波長のレイリー散乱と長
波長の振動吸収のみを考慮すれば良い程になつ
た。その結果、通信用光波長は1.5〜1.6μmが指向
され、これに適合した受光素子は、InP系では前
述した光吸収層２のInGaAsPのＰ組成が小さい
ものとなる。この場合には、この層上に成長する
InPの層厚を10μm以上の厚みに成長させること
は容易ではなくなる。
物の光吸収は無視出来る様に製造技術は到達して
おり、フアイバー損は短波長のレイリー散乱と長
波長の振動吸収のみを考慮すれば良い程になつ
た。その結果、通信用光波長は1.5〜1.6μmが指向
され、これに適合した受光素子は、InP系では前
述した光吸収層２のInGaAsPのＰ組成が小さい
ものとなる。この場合には、この層上に成長する
InPの層厚を10μm以上の厚みに成長させること
は容易ではなくなる。
他方、InPへのＰ型不純物の拡散はCd、Znが
考えられるが、拡散深さを数μm以下に制限され
た場合に、これらの不純物を片側接合が形成され
る様に、或いは両側接合が形成される様に、拡散
制御することは容易ではない。
考えられるが、拡散深さを数μm以下に制限され
た場合に、これらの不純物を片側接合が形成され
る様に、或いは両側接合が形成される様に、拡散
制御することは容易ではない。
以上のことから第２図に示した様な、ガードリ
ング付プレナー型ダイオード構造をInP系APDに
設けることは現状では容易ではない。
ング付プレナー型ダイオード構造をInP系APDに
設けることは現状では容易ではない。
本発明の目的は、従来のこのような欠点を解決
し、ガードリング領域を有する受光素子を実現す
ることにある。
し、ガードリング領域を有する受光素子を実現す
ることにある。
このような本発明の特徴は、入射光を吸収する
インジウム・ガリウム・砒素・リン（InGaAsP）
層上に入射光に対して実質的に透明な一導電型の
インジウム・リン（InP）層を有し、 該インジウム・リン層に反対導電型の受光部と
ガードリング領域を備え、 該受光部の直下の一導電型の該インジウム・リ
ン層にのみ、高濃度の一導電型不純物が導入さ
れ、且つ該不純物が導入された領域と該インジウ
ム・ガリウム・砒素・リン層との間には該インジ
ウム・リン層が介在してなることを特徴とする受
光素子にある。
インジウム・ガリウム・砒素・リン（InGaAsP）
層上に入射光に対して実質的に透明な一導電型の
インジウム・リン（InP）層を有し、 該インジウム・リン層に反対導電型の受光部と
ガードリング領域を備え、 該受光部の直下の一導電型の該インジウム・リ
ン層にのみ、高濃度の一導電型不純物が導入さ
れ、且つ該不純物が導入された領域と該インジウ
ム・ガリウム・砒素・リン層との間には該インジ
ウム・リン層が介在してなることを特徴とする受
光素子にある。
以下、本発明の一実施例をその製断工程を追つ
て説明する。
て説明する。
第３図ａにLPE法で成長した多層成長半導体
を示す。殆んどの部分は第１図で示したものと全
く同一であるが、領域７で示したｎ型InP層（ウ
インドー層）７の層厚が約１〜2μmであると云う
点が異なる。
を示す。殆んどの部分は第１図で示したものと全
く同一であるが、領域７で示したｎ型InP層（ウ
インドー層）７の層厚が約１〜2μmであると云う
点が異なる。
次にウインドー層７の一部の領域（アパランシ
エ増倍領域に相当する部分）にイオン注入法を用
いて、ｎ型不純物のドーピングを行なう。イオン
注入量は、ウインドー層７の電子キヤリア濃度を
若干上回る程度が良い。現在、ｎ型InPウインド
ー層の電子キヤリア濃度が約１×1016cm-3程度で
あるが、この値と同じ程度ないし数倍程度のドー
ピング濃度を与える様にイオン注入量を調節すれ
ば良い。不純物の種類は典型的にはSiが良い。し
かし、他の族ないし族不純物を用いても良
い。打込んだ不純物はInPウインドー層７内に留
まる様に配慮した方が良い。（これはイオン注入
ドーピングした領域と、これを施さないウインド
ー層７とで後の素子構造にして電圧印加した際に
電界分布が異なる点を本発明の利点とするからで
ある。イオン注入でドーピングされた領域が主と
してInGaAsP光吸収層となる場合には、この領
域２では電界強度が低いので本発明の利点は小さ
い。）イオン打込み後、アニール処理を施して、
打込んだ不純物の大部分が電気的活性化した領域
８を第３図ｂに示す。
エ増倍領域に相当する部分）にイオン注入法を用
いて、ｎ型不純物のドーピングを行なう。イオン
注入量は、ウインドー層７の電子キヤリア濃度を
若干上回る程度が良い。現在、ｎ型InPウインド
ー層の電子キヤリア濃度が約１×1016cm-3程度で
あるが、この値と同じ程度ないし数倍程度のドー
ピング濃度を与える様にイオン注入量を調節すれ
ば良い。不純物の種類は典型的にはSiが良い。し
かし、他の族ないし族不純物を用いても良
い。打込んだ不純物はInPウインドー層７内に留
まる様に配慮した方が良い。（これはイオン注入
ドーピングした領域と、これを施さないウインド
ー層７とで後の素子構造にして電圧印加した際に
電界分布が異なる点を本発明の利点とするからで
ある。イオン注入でドーピングされた領域が主と
してInGaAsP光吸収層となる場合には、この領
域２では電界強度が低いので本発明の利点は小さ
い。）イオン打込み後、アニール処理を施して、
打込んだ不純物の大部分が電気的活性化した領域
８を第３図ｂに示す。
次に再びLPE成長法を用いて、上記の工程を
経た多層成長半導体上にｎ型InP層（ウインドー
層）９を継続成長させる。これは第２回目の
LPE成長である。ここで成長したｎ型InP型ウイ
ンドー層９の層厚は数μm以下で良い。典型的に
は、約１〜3μmが良い。最も配慮を要するのは、
この層に於ける電子キヤリア濃度を低濃度に抑制
することである。この濃度をウインドー層７に於
ける濃度と同一程度或いはそれ以下にすることが
出来れば最も良い。後の工程は従来から行なわれ
る製作工程と変わらない。簡単に図で説明する
と、選択不純物拡散法或いは選択イオン注入法に
よつて、ウインドー層９にＰ型不純物をドーピン
グして受光部１０、及びガードリング領域１１を
形成した構造を第３図ｄに示す。ここで注意を要
するのは埋込まれたイオン注入領域８の上部真上
に、この領域の面積を上回る寸法に受光部１０を
形成する点である。これによつて、素子として電
圧を印加した際にガードリング領域１１がかかわ
るガードリング効果が顕著になる。
経た多層成長半導体上にｎ型InP層（ウインドー
層）９を継続成長させる。これは第２回目の
LPE成長である。ここで成長したｎ型InP型ウイ
ンドー層９の層厚は数μm以下で良い。典型的に
は、約１〜3μmが良い。最も配慮を要するのは、
この層に於ける電子キヤリア濃度を低濃度に抑制
することである。この濃度をウインドー層７に於
ける濃度と同一程度或いはそれ以下にすることが
出来れば最も良い。後の工程は従来から行なわれ
る製作工程と変わらない。簡単に図で説明する
と、選択不純物拡散法或いは選択イオン注入法に
よつて、ウインドー層９にＰ型不純物をドーピン
グして受光部１０、及びガードリング領域１１を
形成した構造を第３図ｄに示す。ここで注意を要
するのは埋込まれたイオン注入領域８の上部真上
に、この領域の面積を上回る寸法に受光部１０を
形成する点である。これによつて、素子として電
圧を印加した際にガードリング領域１１がかかわ
るガードリング効果が顕著になる。
更に、説明しておくと、受光部１０とガードリ
ング領域１１の形成時に、接合部の深さが受光部
１０に関してはイオン注入領域８の内部に達して
も構わないが、領域８を越えて深く達してはいけ
ない一方、ガードリング領域１１に関してはウイ
ンドー層７に達して深くなつても構わない。
ング領域１１の形成時に、接合部の深さが受光部
１０に関してはイオン注入領域８の内部に達して
も構わないが、領域８を越えて深く達してはいけ
ない一方、ガードリング領域１１に関してはウイ
ンドー層７に達して深くなつても構わない。
上記で述べた多層成長半導体に高い逆方向の電
圧を印加した際に、ガードリング領域１１がかか
わるｎ型領域（９、７、２）は電子キヤリア濃度
が低い領域である為に、空乏層は深く延びてゆ
き、ブレークダウン電圧は高い。他方、受光部１
０がかかわるｎ型領域（９、８、７、２）は、若
干電子キヤリア濃度の高いイオン注入領域８が存
在する為に、この領域での電界強度の低下が顕著
となり、空乏層の延びは前者よりも浅く、ブレー
クダウン電圧は前者よりも低くなる。この為に、
実際にはイオン注入領域８の真上に在る受光部１
０と接する接合部でのみブレークタウンが発生し
て、結果的にエツジブークタウンが防止されたガ
ードリング効果を持つ受光部でのAPD動作が実
現する。
圧を印加した際に、ガードリング領域１１がかか
わるｎ型領域（９、７、２）は電子キヤリア濃度
が低い領域である為に、空乏層は深く延びてゆ
き、ブレークダウン電圧は高い。他方、受光部１
０がかかわるｎ型領域（９、８、７、２）は、若
干電子キヤリア濃度の高いイオン注入領域８が存
在する為に、この領域での電界強度の低下が顕著
となり、空乏層の延びは前者よりも浅く、ブレー
クダウン電圧は前者よりも低くなる。この為に、
実際にはイオン注入領域８の真上に在る受光部１
０と接する接合部でのみブレークタウンが発生し
て、結果的にエツジブークタウンが防止されたガ
ードリング効果を持つ受光部でのAPD動作が実
現する。
以上の実施例は、LPE成長半導体で説明した
が構造に関する本発明はVPE（気相エピタキシヤ
ル）成長半導体についても基本的に可能である。
更にｎ型半導体に関する本件は、ｐ―ｎ反転され
たAPD構造を考えた場合、Ｐ型半導体について
も可能であり。
が構造に関する本発明はVPE（気相エピタキシヤ
ル）成長半導体についても基本的に可能である。
更にｎ型半導体に関する本件は、ｐ―ｎ反転され
たAPD構造を考えた場合、Ｐ型半導体について
も可能であり。
また本発明は、イオン注入領域８をInPからな
るウインドー層７に有しており、InGaAsPの光
吸収層２には形成されていないため、光吸収率に
分布が生じることはない。
るウインドー層７に有しており、InGaAsPの光
吸収層２には形成されていないため、光吸収率に
分布が生じることはない。
以上説明したように本発明によれば、ガードリ
ング効果が充分に発揮される構造の受光素子が実
現される。
ング効果が充分に発揮される構造の受光素子が実
現される。
第１図および第２図は従来の受光素子を示す断
面図、第３図ａ乃至ｄは本発明の一実施例を説明
するための工程順断面図である。 １，７，９…ウインドー層、２…光吸収層、５
…受光部、６…ガードリング領域、８…埋込まれ
たイオン注入領域。
面図、第３図ａ乃至ｄは本発明の一実施例を説明
するための工程順断面図である。 １，７，９…ウインドー層、２…光吸収層、５
…受光部、６…ガードリング領域、８…埋込まれ
たイオン注入領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 入射光を吸収するインジウム・ガリウム・砒
素・リン（InGaAsP）層上に入射光に対して実
質的に透明な一導電型のインジウム・リン
（InP）層を有し、 該インジウム・リン層に反対導電型の受光部と
ガードリング領域を備え、 該受光部の直下の一導電型の該インジウム・リ
ン層にのみ、高濃度の一導電型不純物が導入さ
れ、且つ該不純物が導入された領域と該インジウ
ム・ガリウム・砒素・リン層との間には該インジ
ウム・リン層が介在してなることを特徴とする受
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56083997A JPS57198667A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56083997A JPS57198667A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57198667A JPS57198667A (en) | 1982-12-06 |
| JPH0157509B2 true JPH0157509B2 (ja) | 1989-12-06 |
Family
ID=13818168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56083997A Granted JPS57198667A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57198667A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60173880A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-07 | Nec Corp | 半導体受光素子およびその製造方法 |
| JPS6285477A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
| JPS62259481A (ja) * | 1986-04-15 | 1987-11-11 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| CA1280196C (en) * | 1987-07-17 | 1991-02-12 | Paul Perry Webb | Avanlanche photodiode |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4939237A (ja) * | 1972-08-22 | 1974-04-12 | ||
| JPS5199492A (en) * | 1975-02-28 | 1976-09-02 | Fujitsu Ltd | Abaranshe fuotodaioodo |
| JPS5642385A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-20 | Nec Corp | Hetero-structure semiconductor device |
-
1981
- 1981-06-01 JP JP56083997A patent/JPS57198667A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4939237A (ja) * | 1972-08-22 | 1974-04-12 | ||
| JPS5199492A (en) * | 1975-02-28 | 1976-09-02 | Fujitsu Ltd | Abaranshe fuotodaioodo |
| JPS5642385A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-20 | Nec Corp | Hetero-structure semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57198667A (en) | 1982-12-06 |
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