JPH0273676A - アバランシフォトダイオード - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 アバランシフォトダイオードの雑音特性、増倍率を向上
する改良に関し、 受光碩域における電界強度を増大し、高い増倍率をとっ
た時の雑音を下げ、又、増倍率を増大するように改良さ
れたアバランシフォトダイオードを提供することを目的
とし、 ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素アンチモン層よりなる
ウィンドウ層上に、ｎ型のガリウムアンチモン層よりな
る光吸収層が形成され、この光吸収層上にｎ型のアルミ
ニウムガリウムアンチモン層よりなる増倍層が形成され
、この増倍層上にｐ型のアルミニウムガリウムアンチモ
ン層よりなるｐ型層が形成されて積層体をなし、この積
層体の側面を囲んでｐ型のアルミニウムガリウムヒ素ア
ンチモン層よりなるガードリング層が形成され、このガ
ードリング層の下面にｐ型のガリウムアンチモン層より
なるガードリング補助層が形成されており、前記のウィ
ンドウ層の下面の一部領域にｎ側電極が形成され、前記
のｐ型層上にはｐ側電極が形成されているアバランシフ
ォトダイオードをもって構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、アバランシフォトダイオードの雑音特性、増
倍率を向上する改良に関する。

〔従来の技術〕

アバランシフォトダイオードとは、ＰＮ接合ダイオード
に降伏電圧近くの逆バイアス電圧を印加し、入射される
光によって生じたキャリヤをなだれ増倍するフォトダイ
オードである。

ところで、アルミニウムガリウムアンチモンはアルミニ
ウム混晶比を０．０６５にすると、スプリットオフバン
ドエネルギとバンドキャップエネルギとが等しくなり、
共鳴イオン化現象が発生してホールのイオン化率が大き
くなり、電子のイオン化率αに対するホールのイオン化
率βの比率を表すイオン化率比に−Ｓ−が大きくなって
、光信α 号に対応する電流信号の応答性が向上する他、雑音の発
生も抑制され、すぐれたアバランシフォトダイオードを
形成しうる材料である６本発明は、増倍層にこのアルミ
ニウムガリウムアンチモン層を使用した背面入射型のア
バランシフォトダイオードの改良に関するものである。

従来技術に係る背面入射型のアバランシフォトダイオー
ドの構造について以下に説明する。

第６図参照 図は背面入射型のアバランシフォトダイオードの断面図
である。１はｎ０型のガリウムアンチモン基板であり、
３はｎ型のガリウムアンチモン層よりなる光吸収層であ
り、４はｎ型のアルミニウムガリウムアンチモン層（Ａ
ｉ＊　Ｇａ＋−ｍ　ｓｂ。

ｘ＜０．１）よりなる増倍層であり、１２はｎ型のアル
ミニウムガリウムアンチモン層（Ａ１．Ｇａ＋−ｘｓｂ
、ｘ≧０．１）よりなるキャップ層であり、７はｐ３型
層であり、１３はＰ−型ガードリング層であり、１４は
ｎ°型型中ヤンネルストッパ層あり、９はｎ側電極であ
り、１０はｐ側電極である。

ｎ側電極９とｐ側電極１０とに逆バイアス電圧を印加し
、ｎ０型のガリウムアンチモン基板１に設けられた受光
窓８を介して光吸収層３に光を入射すると、光吸収層３
において発生したキャリヤが増倍層４においてなだれ増
倍を起こし、ｐ側電極１０から大きな出力電流が流れ出
る。この時、受光領域以外のＰＮ接合部の電界値が増加
すると雑音の増大をまねく、さらに、そこにリーク電流
が流れて電圧降下が発生し、受光領域のＰＮ接合部に十
分な逆バイアス電圧がか−らなくなり、なだれ増倍が起
こり難くなる。これを防ぐには、受光領域以外のＰＮ接
合部の降伏電圧を受光領域の高増倍率を取った時のＰＮ
接合部の降伏電圧より高くする必要がある。そのために
ガードリング層１３を設け、受光領域以外のＰＮ接合部
の電界集中を緩和して、降伏電圧を高めている。また、
表面リーク電流を抑制するために、チャンネルストッパ
１工４も設けである。

〔発明が解決しようとする課題〕

アバランシフォトダイオードの特性のうち、雑音特性、
増倍率は極めて重要な特性であり、雑音を下げ、増倍率
を増大することが求められている。

このためには、受光領域における電界強度を増大するこ
とが特に有効である。

本発明の目的は、受光領域における電界強度を増大し、
高い増倍率をとうた時の雑音を下げ、増倍率を増大する
ように改良されたアバランシフォトダイオードを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素アンチ
モン層よりなるウィンドウ層（２）上に、ｎ型のガリウ
ムアンチモン層よりなる光吸収層（３）が形成され、こ
の光吸収層（３）上にｎ型のアルミニウムガリウムアン
チモン層よりなる増倍層（４）が形成され、この増倍層
（４）上にｐ型のアルミニウムガリウムアンチモン層よ
りなるｐ型層（７）が形成されて積層体（５）をなし、
この積層体（５）の側面を囲んでｐ型のアルミニウムガ
リウムヒ素アンチモン層よりなるガードリング層（６）
が形成され、このガードリング層（６）の下面にＰ型の
ガリウムアンチモン層よりなるガードリング補助層（１
）が形成されており、前記のウィンドウ層（２）の下面
一部領域にｎ側電極（９）が形成され、前記のｐ型層（
７）上にはｐ側電極（１０）が形成されているアバラン
シフォトダイオードによって達成される。

〔作用］ 第７図参照 本発明に係るアバランシフォトダイオードにおいては、
ガードリング層６とガードリング補助層１とが形成され
ているので、逆バイアス電圧を印加すると、ＰＮ接合部
の空乏層は第７図に破線をもって示すように形成される
。各ＰＮ接合部の電界強度の強弱を判断するために、Ｐ
Ｎ接合部の空乏層を遣る電気力線を画いてみると、図に
矢印をもって示すように空乏層の中を外側から内側に向
けてのびる形状となり、電気力線の密度は中央部におい
て最も高くなる。云い替えると、中央部、すなわち受光
領域のＰＮ接合部において電界強度が最も高くなる。そ
の結果、受光領域のＰＮ接合部の電界強度を高めても、
受光領域以外のＰＮ接合部が先にブレークダウンするこ
とがなく、高増倍率をとった時の雑音を下げ、増倍率を
増大することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ−１まず、本発明に係るアバラン
シフォトダイオードについて説明する。

第１図参照 図は、アバランシフォトダイオードの断面図を示す、１
は１０”／ｃ４程度にｐ型不純物を含むガリウムヒ素（
Ｇａｒｂ）基板よりなるガードリング補助層であり、２
は５×１０１？／ｃｄ程度にｎ型不純物を含む厚さ１ｎ
程度のアルミニウムガリウムヒ素アンチモン（ＡＩＸ　
Ｇａ１−＊　Ａｓ　ｙ　　Ｓｂ＋−ｙ、Ｘ＞　０．２）
層よりなるウィンドウ層であり、３は１０”／Ｃ４程度
にｎ型不純物を含む厚さ１ｎ程度のガリウムアンチモン
（ＧａＳｂ）層よりなる光吸収層であり、４は１０”／
ｃｄ程度にｎ型不純物を含む厚さ０．７ｎ程度のアルミ
ニウムガリウムアンチモン（Ａ　Ｉ−Ｇａｔ−ｘ　Ｓ　
ｂ、　Ｘ−０，０６５）層よりなる増倍層であり、６は
１０”／ｃｄ程度にｐ型不純物を含むアルミニウムガリ
ウムヒ素アンチモン（Ａ　Ｉｘ　Ｇ　ａ　＋−ｘ　Ａ　
ｓ　ｙ　　Ｓ　ｂｌ−ｙ　ＳＸ＞０．２）層よりなるガ
ードリング層であり、７は１０”／ｄ程度にｐ型不純物
を含む厚さ０．８ｎ程度のアルミニウムガリウムアンチ
モン（ＡＩｗ　Ｇａｔ−ｘ　Ｓｂ、Ｘ−０，０６５）層
よりなるｐ型層であり、９はｎ側電極であり、１０はｐ
側電極である。

ｎ側電極９とｐ側電極１０との間に逆バイアス電圧を加
え、受光窓８に光を入射すると、光吸収層３で発生した
キャリヤが増倍層４においてなだれ増倍を起こし、ｎ側
電極９とｐ側電極１０との間に大きな電流が流れる。こ
のとき、ガードリング層６とガードリング補助層１との
作用によって受光領域以外の領域のＰＮ接合部の電界強
度は、受光領域のＰＮ接合部の電界強度より低くなるの
で、受光領域以外において先にブレークダウンすること
がなく、受光領域の電界強度を十分高めることができ、
増倍率を増大することができる。

次に、本発明に係るアバランシフォトダイオードの製造
工程について説明して、本発明の構成をさらに明らかに
する。

第２図参照 １０”／ｃｄ程度にｐ型不純物を含む厚さ３００μ程度
のガリウムアンチモン（ＣａＳｂ）基板１上に、５×１
０１？／ｃｄ程度にｎ型不純物を含む厚さ１ｎ程度のア
ルミニウムガリウムヒ素アンチモン（Ａ　ＩＸ　Ｇａｔ
−＊　Ａｓ　７　　Ｓ　ｂｌ−ｙ　、　ｘ＞　０．２）
層２と、１０”　／ｃｄ程度にｎ型不純物を含む厚さｌ
−程度のガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）層３と、１０
”／ｄ程度にｎ型不純物を含む厚さ１．５ｎ程度のアル
ミニウムガリウムアンチモン（ＡＩ。

Ｇ　ａ　ｒ−−Ｓ　ｂ　、　Ｘ　−０，０６５）層４と
を液相エピタキシャル成長法を使用して連続的に形成す
る。

第３図参照 ｐ型のガリウムアンチモン基板１とｎ型のアルミニウム
ガリウムヒ素アンチモン層２とｎ型のガリウムアンチモ
ン層３とｎ型のアルミニウムガリウムアンチモンＮ４と
からなる積層体をブロムメタノール混合液等を使用して
メサエッチングをなしｐ型のガリウムアンチモン基板１
とｎ型のアルミニウムガリウムヒ素アンチモン層２とｎ
型のガリウムアンチモン層３とｎ型のアルミニウムガリ
ウムアンチモン層４とからなる台形状積層体５を形成す
る。

第４図参照 台形状積層体５の周囲に液相エピタキシャル成長法を使
用して１０”／ｃｄ程度にｐ型不純物を含むアルミニウ
ムガリウムヒ素アンチモン（ＡｌオＧａ　＋−＋＋　Ａ
ｓ　ｙ　　Ｓ　ｂｌ−ｙ　１Ｘ＞　０．２）　１１６を
選択成長する。

第５図参照 アルミニウムガリウムアンチモン層４側の全面にｐ型不
純物を拡散して、１０”／ａｎ程度にｐ型不純物を含む
アルミニウムガリウムアンチモン（Ａ　Ｉ−Ｇ　ａ　ｌ
−３ｂ−Ｘ−０，０６５）層７を０．７μ厚程度に形成
する。

第１図再参照 ｐ型のガリウムアンチモン基板１側から、４塩化炭素ガ
ス等を反応ガスとするりアクティブイオンエツチング法
を使用して、前記の台形状体５に対応する領域に選択的
にエツチングをなし、光入射窓８を形成する。ｎ型のア
ルミニウムガリウムヒ素アンチモン層２上に金ゲルマニ
ウムと金との二重層を形成し、これをパターニングして
ｎ側電橿９を形成し、ｐ型のアルミニウムガリウムアン
チモン層７上にチタン白金と金との二重層を形成し、こ
れをパターニングしてＰ側電極１０を形成する。

以上の工程をもって、ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素
アンチモン１１２をウィンドウ層とし、ｎ型のガリウム
アンチモン層３を光吸収層とし、ｎ型のアルミニウムガ
リウムアンチモン層４を増倍層とし、ｐ型のアルミニウ
ムガリウムアンチモン層７をｐ型層とし、ｐ型のアルミ
ニウムガリウムヒ素アンチモン層６をガードリング層と
し、光入射窓８が形成されたｐ型のガリウムアンチモン
層１をガードリング補助層とするアバランシフォトダイ
オードが形成される。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係るアバランシフォトダ
イオードは、ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素アンチモ
ン層よりなるウィンド層上に、ｎ型のガリウムアンチモ
ン層よりなる光吸収層とｎ型のアルミニウムガリウムア
ンチモン層よりなる増倍層とｐ型のアルミニウムガリウ
ムアンチモン層よりなるｐ型層とが順次形成されて積層
体をなし、この積層体を囲んでｐ型アルミニウムガリウ
ムヒ素アンチモン層よりなるガードリング層が形成され
、ガードリング層の下面にｐ型ガリウムアンチモン層よ
りなるガードリング補助層が形成されているため、受光
領域以外のＰＮ接合部の電界集中が緩和されて降伏電圧
が高くなるので、受光領域のＰＮ接合部に加わる電界強
度を高めることができ、高い増倍率をとった時の雑音を
下げ・増倍率を従来の２倍程度に大きくすることができ
る。

なお、従来技術においては、ガードリング形成のための
イオン注入工程が必要であったが、本発明においては、
それが不要となる付加的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るアバランシフォトダ
イオードの断面図である。 第２〜第５図は、本発明の一実施例に係るアバランシフ
ォトダイオードの製造方法の工程図である。 第６図は、従来技術に係るアバランシフォトダイオード
の断面図である。 第７図は、ＰＮ接合部の電気力線方向を示す図である。 １・・・ｐ型ガリウムアンチモン基板（ガードリ条　　
　ング補助層）、　　　　　　　　　　　Ｉ字削除・ｎ
型のアルミニウムガリウムヒ素アンチモン層（ウィンド
ウ層）、 ・ｎ型のガリウムアンチモン層（光吸収１１）・ｎ型ア
ルミニウムガリウムアンチモン層（増倍層）、 ・台形状積層体、 ・ｐ型アルミニウムガリウムヒ素アンチモン層（ガード
リング層）、 ・ｐ型アルミニウムガリウムアンチモン層（ｐ型層）、 ・光入射窓、 ・ｎ！電極、 ・ｐ側ｉ８１！、 ・キャップ層、 ・ガードリング層、 ・チャンネルストッパ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素アンチモン層よ
   りなるウィンドウ層（２）上に、ｎ型のガリウムアンチ
   モン層よりなる光吸収層（３）が形成され、 該光吸収層（３）上にｎ型のアルミニウムガリウムアン
   チモン層よりなる増倍層（４）が形成され、 該増倍層（４）上にｐ型のアルミニウムガリウムアンチ
   モン層よりなるｐ型層（７）が形成されて積層体（５）
   をなし、 該積層体（５）の側面を囲んでｐ型のアルミニウムガリ
   ウムヒ素アンチモン層よりなるガードリング層（６）が
   形成され、 該ガードリング層（６）の下面にｐ型のガリウムアンチ
   モン層よりなるガードリング補助層（１）が形成されて
   なり、 前記ウィンドウ層（２）の下面一部領域にｎ側電極（９
   ）が形成され、 前記ｐ型層（７）上にはｐ側電極（１０）が形成されて
   なる ことを特徴とするアバランシフォトダイオード。