JPH0241185B2 - - Google Patents

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JPH0241185B2
JPH0241185B2 JP57041318A JP4131882A JPH0241185B2 JP H0241185 B2 JPH0241185 B2 JP H0241185B2 JP 57041318 A JP57041318 A JP 57041318A JP 4131882 A JP4131882 A JP 4131882A JP H0241185 B2 JPH0241185 B2 JP H0241185B2
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JP
Japan
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layer
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inp
semi
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JP57041318A
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English (en)
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JPS58158978A (ja
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Hiroshi Kanbe
Susumu Hata
Haruo Nagai
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/107Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
    • H01L31/1075Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明はなだれ増倍作用を有する半導体受光素
子に関するものである。
従来技術と問題点 光フアイバが低損失となる波長帯(1〜1.6μ
m)で動作する受光素子材料として、InPに格子
整合する三元化合物半導体In0.53Ga0.47As(以下
InGaAsと略す)が知られている。InGaAsを用
いて低暗電流、高量子効率等の高性能な受光素子
を実現する為に、InGaAsをInPと組合せ、なだ
れ増倍作用をInP層内で行なわせ、光吸収を
InGaAs層内で行なわせるようにした構造が提案
されている。
第1図A〜Cはこの種の受光素子のそれぞれ異
なる従来例を示す断面図である。
同図Aはp+形InP基板1上に、順次n形InP層
2、n形InGaAs層3を成長させ、この後、P+
InP基板1、n形InGaAs層3上にそれぞれ適当
な電極(図示せず)を形成し、更に接合端部での
降伏を防ぐ為にメサ形にエツチングすることによ
り構成した、なだれ増倍作用を有するアバランシ
フオトダイオードである。この素子構造はよく知
られているエピタキシヤル成長法、即ち気相成長
法(VPE)や液相成長法(LPE)で実現するこ
とができる。しかし、同図Aに示すメサ形構造の
受光素子は接合が露出している為、信頼性に欠け
る欠点があつた。
同図Bは上述した欠点を改善したプレーナ形と
呼ばれる受光素子であり、n+形InP基板4上に順
次n形InGaAs層5、n形InP層6を成長させ、
この後選択拡散法によりp+形InP領域7を形成さ
せ、更にこの後端部での降伏を防ぐ為のガードリ
ング8を形成することにより構成したものであ
る。通常この構造は、気相成長法により作られ
る。その理由は、液相成長法ではn形InGaAs層
5上にn形InP層6を成長させる場合、InP成長
液がn形InGaAs層を溶してしまう現象があるか
らである。液相成長法で同図Bに示すようなプレ
ーナ形の受光素子を製造する場合は、同図Cに示
すように、n形InGaAs層5上にInGaAsP四元層
9を設け、n形InP層6の成長時にn形InGaAs
層が溶け出すのを防止するようにしている。尚、
同図Cに於いて他の同図Bと同一符号は同一部分
を表わしている。また、InGaAsP四元層を2層
以上設けるようにしても良い。
ところで、同図B,Cに示す受光素子に於いて
は、ガードリング8を設けることにより、接合端
部での降伏を防ぐようにしているが、ガードリン
グ8の製作が難しい欠点があつた。即ち、接合の
あるn形InP層6の下にn形InGaAs層5や
InGaAsP四元層9がある為、空乏層広がりを制
御してガードリング効果を効果的に発揮させるに
は、ガードリング8の深さをp+形InP領域7の深
さとほぼ等しくすると言うような高度の技術が必
要となる欠点があつた。また、同図Cに示す受光
素子に於いては、InGaAsP層9を溶かすことな
く、n形InP層6を成長させる為には、非常に高
度な技術が必要となる欠点があつた。
以上述べたように、従来のなだれ増倍作用を有
する受光素子に於いては、結晶成長上の欠点と共
に、製造上精密な制御が必要となるガードリング
構造を設けなければならない欠点があつた。
発明の目的 本発明は前述の如き欠点を改善したものであ
り、その目的は、特別なガードリング構造が不要
で、且つ高性能のなだれ増倍作用を有する半導体
受光素子を提供することにある。以下実施例につ
いて詳細に説明する。
発明の実施例 第2図は本発明の一実施例の断面図であり、1
0は半絶縁性のInP基板(以下半絶縁性InP基板
と称す)、11はなだれ増倍層となるn形InP層、
12は光吸収層となるn形InGaAs層、13はp
形不純物を多量に含んだp形領域である。また、
第3図A,Bは第2図に示した受光素子の製造方
法の一例を説明する為の断面図であり、第2図と
同一符号は同一部分を表わしている。
第2図に示した受光素子を製造する場合は、先
ず第3図Aに示すように、半絶縁性InP基板10
に選択的にp形不純物を多量に含むp形領域13
を形成する。尚、p形領域の形成方法としては、
不純物拡散法、イオン注入法等が適用できる。次
に、気相成長法、液相成長法等の方法により、半
絶縁性InP基板10上にn形InP層11、n形
InGaAs層12を順次成長させる。n形InP層1
1、n形InGaAs層12の成長中の高温或は成長
後の熱処理により、半絶縁性InP基板10中のp
形不純物は選択的にn形InP層11に拡散し、同
図Bに示すように、n形InP層11中にp−n接
合14が形成される。次にp形領域13が露出す
るまで半絶縁性InP基板10を薄くし、第2図に
示す構造を得る。
本実施例によれば、結晶成長は気相成長法でも
液相成長法でも良く、液相成長法による場合に於
いても、従来例のように特別な四元層を設ける必
要はない。また、半絶縁性InP基板10内でのな
だれ降伏電圧V1とn形InP層11内でなだれ降状
電圧V2との差は非常に大きい為(V1≫V2)、特
別なガードリング構造を設けなくとも接合端部で
の降伏を防ぐことができる。従つて、半絶縁性
InP基板10上に、p形領域13の一部分を覆
い、一部分を露出させる電極(例えばリング状の
電極)を形成し、p形領域13が露出した部分
に、SiO2、Si3N4等から成る反射防止膜を形成
し、更にn形InGaAs層12上に電極を形成すれ
ば、なだれ増倍作用を有する半導体受光素子が得
られる。尚、p形領域13の一部分を露出させる
電極構造としたのは、該露出部から光を入射させ
る為である。また、n形InGaAs層12上に四元
層、InP層、多結晶シリコン層、−族化合物
半導体層等を比較的厚く成長させ、これにより、
ウエハの強度を高めることは従来技術により容易
に可能である。また、比抵抗がn形InP層11の
比抵抗より高い高抵抗InP基板を、半絶縁性InP
基板10の代わりに使用することも可能である。
第4図は本発明の他の実施例の断面図であり、
15は半絶縁性InP基板、16はなだれ増倍層と
なるn形InP層、17は光吸収層となるn形
InGaAs層、18はp形不純物を含むInGaAsP四
元層、19はp形領域、20は凹部である。ま
た、第5図A,Bは第4図に示した受光素子の製
造方法の一例を説明する為の断面図であり、第4
図と同一符号は同一部分を表わしている。
第4図に示した受光素子を製造するには、先ず
第5図Aに示すように半絶縁性InP基板15に、
エツチングにより凹部21を形成する。次に、同
図Bに示すように、半絶縁性InP基板15の凹部
21に、p形不純物を含むInGaAsP四元層18
を成長させ、更にn形InP層16及びn形
InGaAs層17を順次成長させる。n形InP層1
6及びn形InGaAs層17の成長時の高温或いは
成長後の熱処理により、InGaAsP四元層18中
に含まれていたp形不純物が、n形InP層16中
に前述したと同様に拡散し、p形領域19が形成
される。次に半絶縁性InP基板15の裏面をエツ
チングして、第4図に示すような凹部20を形成
する。この場合、適当なエツチング液(例えばク
ロムメタノール、重クロム酸等)を使用すること
により、InPとInGaAsPとのエツチングを選択的
に行なうことができるので、エツチングを
InGaAsP四元層18の表面で自動的に停止させ
ることができる。尚、電極及び反射防止膜は図示
を省略したが、電極はn形InGaAs層17上に設
けられると共に、InGaAsP四元層18の周辺に
InGaAsP四元層の一部分を覆い、一部分を露出
させるように設けられるものである。また、反射
防止膜はInGaAsP四元層18の露出した部分に
設けられるものである。
第6図は本発明のその他の実施例の断面図であ
り、22は半絶縁性InP基板、23はなだれ増倍
層となるn形InP層、24は光吸収層となるn形
InGaAs層、25はp形不純物を含んだInGaAsP
層、26はp形InP層、27は凹部である。ま
た、第7図A〜Dは第6図に示した受光素子の製
造方法の一例を説明する為の断面図であり、第6
図と同一符号は同一部分を表わしている。
第6図の受光素子を製造するには、先ず第7図
Aに示すように、半絶縁性InP基板22にエツチ
ングにより凹部28を形成する。次に、同図Bに
示すように、半絶縁性InP基板22上にp形不純
物を含んだInGaAsP四元層25、p形InP層26
を順次成長させる。InGaAsP四元層25、p形
InP層26の成長時の高温或は成長後の熱処理に
より、InGaAsP四元層25に含まれていたp形
不純物は半絶縁性InP基板22中へ拡散される。
次に、選択的エツチングを行ない、同図Cに示す
ように、成長層に凸部を形成する。次に、同図D
に示すように、n形InP層23、n形InGaAs層
24を順次半絶縁性InP基板22上に成長させ
る。この後、半絶縁性InP基板22の裏面を選択
エツチング液を用いてエツチングし、第6図に示
すように凹部27を形成する。この場合も、適当
なエツチング液(例えばクロムメタノール)を使
用することにより、エツチングをInGaAsP四元
層25の表面で自動的に停止させることができ
る。尚、電極はn形InGaAs層24上に設けると
共に、InGaAsP四元層25の周辺に、InGaAsP
四元層25の一部分を覆うように設けるものであ
る。また、反射防止膜はInGaAsP四元層25の
露出部分に設けるものである。
第4図、第6図に示した受光素子は、半絶縁性
InP基板15,22にp形InGaAsP四元層18,
25を埋込んだ構造となつているので、素子製作
工程に於いて、半絶縁性InP基板15,22に凹
部20,27を形成する場合、選択的エツチング
液を使用でき、従つて、エツチングをp形
InGaAsP四元層18,25の表面で自動的に停
止させることができる利点がある。また、半絶縁
性InP基板15,22がガードリングとしての役
割をはたす為、特別なガードリング構造を設ける
必要がなくなる利点がある。
尚、実施例に於いては、p形の不純物を含む領
域を有する半絶縁性InP基板上に、n形のなだれ
増倍層、光吸収層を設けるようにしたが、n形の
不純物を含む領域を有する半絶縁性InP基板上に
p形のなだれ増倍層、光吸収層を設けるようにし
ても良いことは勿論である。
発明の効果 以上説明したように、本発明は、一導電形不純
物を含む領域を有する高抵抗InP基板上になだれ
増倍層となる反対導電形のInP層、光吸収層とな
る反対導電形のInGaAs層を順次形成したもので
あり、高抵抗InP基板がガードリングの役割をは
たす為、特別なガードリング構造を設ける必要が
なく、従つて、良好な特性のなだれ増倍作用を有
する半導体受光素子を容易に製造できる利点があ
る。また、液相成長法で従来問題となつていた
InGaAsP四元層9の必要性や、InGaAsP四元層
9が溶けることによるn形InP層6の質の低下等
がなくなる為、なだれ増倍層となる良質のn形
InP層を容易に製造することができ、このことに
よつても高性能の受光素子を容易に製造すること
が可能となる利点がある。更に、基板上に選択的
に形成するp形領域をInGaAsPとしておくこと
により、基板裏面に凹部を設ける際、エツチング
を自動的に停止させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Cはそれぞれ異なる従来例の断面
図、第2図は本発明の一実施例の断面図、第3図
A,Bは第2図に示した素子の製造方法を説明す
る為の断面図、第4図は本発明の他の実施例の断
面図、第5図A,Bは第4図に示した素子の製造
方法を説明する為の断面図、第6図は本発明のそ
の他の実施例の断面図、第7図A〜Dは第6図に
示した素子の製造方法を説明する為の図である。 1はp形InP基板、2,6,11,16,23
はn形InP層、3,5,12,17,24はn形
InGaAs層、4はn+形InP基板、7はp+形InP領
域、8はガードリング、9,18,25は
InGaAsP四元層、10,15,22は半絶縁性
InP基板、13,19はp形領域、14はp−n
接合、20,21,27,28は凹部、26はp
形InP層である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の領域で基板の表裏を貫通するp型領域
    を有する半絶縁性InP基板と、該半絶縁性InP基
    板上に配設されたなだれ増倍層となるn型InP層
    と、該n型InP層上に配設された光吸収層となる
    n型InGaAs層とを備え、前記n型InP層中に前
    記p型領域からの拡散によりp−n接合が形成さ
    れていることを特徴とする半導体受光素子。 2 所定の領域で表面から所定の深さを持つp型
    InGaAsP四元層の埋め込み層を有すると共に、
    裏面から該埋め込み層の裏面に達する凹部が穿設
    されている半絶縁性InP基板と、該半絶縁性InP
    基板上に配設されたなだれ増倍層となるn型InP
    層と、該n型InP層上に配設された光吸収層とな
    るn型InGaAs層とを備え、前記n型InP層中に
    前記p型InGaAsP四元層からの拡散によりp−
    n接合が形成されていることを特徴とする半導体
    受光素子。 3 所定の領域で表面から所定の深さで埋め込ま
    れた部分を持つp型InGaAsP四元層と、該p型
    InGaAsP四元層の上に配設されたp型InP層とを
    有すると共に、裏面から前記埋め込み層の裏面に
    達する凹部が穿設されている半絶縁性InP基板
    と、前記半絶縁性InP基板及び前記p型InP層の
    上に配設されたなだれ増倍層となるn型InP層
    と、該n型InP層上に配設された光吸収層となる
    n型InGaAs層とを備え、前記p型InP層と前記
    n型InP層との間でp−n接合が形成されている
    ことを特徴とする半導体受光素子。
JP57041318A 1982-03-16 1982-03-16 半導体受光素子 Granted JPS58158978A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55124278A (en) * 1979-03-20 1980-09-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Avalanche photodiode

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