JPH03201489A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH03201489A JPH03201489A JP1338183A JP33818389A JPH03201489A JP H03201489 A JPH03201489 A JP H03201489A JP 1338183 A JP1338183 A JP 1338183A JP 33818389 A JP33818389 A JP 33818389A JP H03201489 A JPH03201489 A JP H03201489A
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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】
〔概要〕
高速を指向している光通信システムに於ける信号受信素
子として好適な半導体受光素子に関し、受光素子の構成
に極めて簡単な改変を加えるのみで、ｒｎＧａＡｓ光吸
収層に於けるアバランシ増倍の発生を少なくして、応答
速度の低下を抑止することを目的とし、 ＩｎＰ基板に形成されたｎ型ＴｎＧａＡｓ光吸収層とｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ中間層との間にｎ゛型ＩｎＧａＡｓＦ
を介在させてなるよう構成する。
子として好適な半導体受光素子に関し、受光素子の構成
に極めて簡単な改変を加えるのみで、ｒｎＧａＡｓ光吸
収層に於けるアバランシ増倍の発生を少なくして、応答
速度の低下を抑止することを目的とし、 ＩｎＰ基板に形成されたｎ型ＴｎＧａＡｓ光吸収層とｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ中間層との間にｎ゛型ＩｎＧａＡｓＦ
を介在させてなるよう構成する。
本発明は、高速を指向している光通信システムに於ける
信号受信素子として好適な半導体受光素子に関する。
信号受信素子として好適な半導体受光素子に関する。
この種の受光素子としては、アバランシ・フォト・ダイ
オード（ａｖａ １ａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏ ｄｉ
ｏｄｅ：ＡＰＤ）が多用されている。
オード（ａｖａ １ａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏ ｄｉ
ｏｄｅ：ＡＰＤ）が多用されている。
このＡＰＤは、現用の受光素子では、良い特性を示すも
のの部類に属するが、高速化に向けて更に改善する余地
がある。
のの部類に属するが、高速化に向けて更に改善する余地
がある。
第７図は従来のＡＰＤを説明する為の要部切断側面図を
表している。
表している。
図に於いて、１はｎ゛型１ｎＰ基板、２はｎ型Ｉ ｎＧ
ａＡｓ光吸収層、４はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層、５は
ｎ型ＩｎＰ増倍層、５Ａはアバランシ増倍領域、６はガ
ード・リング、７は受光部分のｐ゛型不純物拡散領域、
８はパッシヘーション膜、９はｐ側電極、１０はｎ１！
ｌ！ｌ電極をそれぞれ示している。
ａＡｓ光吸収層、４はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層、５は
ｎ型ＩｎＰ増倍層、５Ａはアバランシ増倍領域、６はガ
ード・リング、７は受光部分のｐ゛型不純物拡散領域、
８はパッシヘーション膜、９はｐ側電極、１０はｎ１！
ｌ！ｌ電極をそれぞれ示している。
このＡＰＤでは、逆バイアス電圧を印加し、光が入射す
ることでｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２で発生したキャ
リヤを電界に依ってｎ型１ｎＰ増倍層５に於けるアバラ
ンシ増倍領域５Ａに注入してキャリヤの増倍を行ない、
それを電極８を介して外部に取り出すようにしている。
ることでｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２で発生したキャ
リヤを電界に依ってｎ型１ｎＰ増倍層５に於けるアバラ
ンシ増倍領域５Ａに注入してキャリヤの増倍を行ない、
それを電極８を介して外部に取り出すようにしている。
（発明が解決しようとする課題〕
第７図に見られるＡＰＤに於いて、光が入射することで
ｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２に発生したキャリヤの移
動を速めて高速信号に応答させる為には、ヘテロ界面、
即ち、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型１ ｎＧａ
Ａｓ層Ｐ中間層４との界面並びにｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐ中間層とｎ型ｔ ｎ Ｐ増倍層５との界面のそれぞれ
に於ける電界強度を高くし、ヘテロ・バリヤをキャリヤ
が高速で通過できるよ□うにしなければならない。特に
、最近、注目されている１（Ｇ）ｌｚ）以上の高速光通
信システムに対処させる為には、前記へテロ界面に於け
る電界をＩ Ｘ １０５（Ｖ／ｃｍ）以上の高電界にす
ることが必要である。
ｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２に発生したキャリヤの移
動を速めて高速信号に応答させる為には、ヘテロ界面、
即ち、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型１ ｎＧａ
Ａｓ層Ｐ中間層４との界面並びにｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐ中間層とｎ型ｔ ｎ Ｐ増倍層５との界面のそれぞれ
に於ける電界強度を高くし、ヘテロ・バリヤをキャリヤ
が高速で通過できるよ□うにしなければならない。特に
、最近、注目されている１（Ｇ）ｌｚ）以上の高速光通
信システムに対処させる為には、前記へテロ界面に於け
る電界をＩ Ｘ １０５（Ｖ／ｃｍ）以上の高電界にす
ることが必要である。
然しなから、そのような高電界を印加すると、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層２では、ＩｎＧａＡｓのエネルギ・
バンド・ギャップが小さい為、イオン化率が増大し、そ
こでもアバランシ増倍が発生するようになり、応答速度
の低下を招来することが判ってきた。
ｎＧａＡｓ光吸収層２では、ＩｎＧａＡｓのエネルギ・
バンド・ギャップが小さい為、イオン化率が増大し、そ
こでもアバランシ増倍が発生するようになり、応答速度
の低下を招来することが判ってきた。
本発明は、受光素子の構成に極めて簡単な改変を加える
のみで、Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層に於けるアバランシ増
倍の発生を少なくして、応答速度の低下を抑止しようと
する。
のみで、Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層に於けるアバランシ増
倍の発生を少なくして、応答速度の低下を抑止しようと
する。
本発明の半導体受光素子では、ＩｎＰ基板（例えばｎ゛
型ＩｎＰ基板１）に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収
層（例えばｎ型１ｎＧａＡｓ光吸収層２）とｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層（例えばｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ中間層
４）との間にｎ゛型ＩｎＧａＡｓ層（例えばｎ＋型Ｉｎ
ＧａＡｓ層３）を介在させてなるよう構成する。
型ＩｎＰ基板１）に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収
層（例えばｎ型１ｎＧａＡｓ光吸収層２）とｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ中間層（例えばｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ中間層
４）との間にｎ゛型ＩｎＧａＡｓ層（例えばｎ＋型Ｉｎ
ＧａＡｓ層３）を介在させてなるよう構成する。
前記手段を採ることに依り、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収
層に於ける電界は低くなり、従って、そこでのアバラン
シ増倍は起こり難くなり、応答性は向上する。
層に於ける電界は低くなり、従って、そこでのアバラン
シ増倍は起こり難くなり、応答性は向上する。
［実施例］
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表し、第７
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは
同し意味を持つものとする。
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは
同し意味を持つものとする。
図に於いて、３はｎ゛型１ｎＧａＡｓ層を示している。
図から明らかなように、本実施例に於いては、ｎ型１
ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型Ｉ ｎＧａＡｓＰ中間層４
の間に高濃度層であるｎ゛型１ｎＧａＡｓ層３を介挿し
である。
ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型Ｉ ｎＧａＡｓＰ中間層４
の間に高濃度層であるｎ゛型１ｎＧａＡｓ層３を介挿し
である。
第２図は第１図に見られる本発明一実施例に逆バイアス
電圧を印加した場合に於ける電界の分布を表す線図であ
り、縦軸には電界を、また、横軸には各半導体層の位置
をそれぞれ採ってあり、第１図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同し意味を持つものとする
。
電圧を印加した場合に於ける電界の分布を表す線図であ
り、縦軸には電界を、また、横軸には各半導体層の位置
をそれぞれ採ってあり、第１図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同し意味を持つものとする
。
図に於いて、実線は第１図に見られる本発明一実施例に
関する特性線であり、また、破線は第７図に見られる従
来例に関する特性線であり、Ｘ。
関する特性線であり、また、破線は第７図に見られる従
来例に関する特性線であり、Ｘ。
はｐｎ接合位置、Ｅｌ及びＥ２はへテロ界面に於ける電
界値をそれぞれ示している。
界値をそれぞれ示している。
図から明らかなように、ｎ＋型ＩｎＧａＡＳ層３を介挿
したことで、その部分に於いて電界が急激に低下し、従
って、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２に加わる電界も低く
なっている。
したことで、その部分に於いて電界が急激に低下し、従
って、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２に加わる電界も低く
なっている。
ところで、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層２中で発生する
アバランシ増倍の増倍率Ｍは、近似的に電子のイオン化
率αに依って、 Ｍ＝ｅｘｐ （Ｌ αｄｘ） で表され、この積分範囲はｎ型１ｎＧａＡｓ光吸収層２
全体の幅Ｗであり、そして、αは電界の関数であって、 αＣＣｅ Ｘ ｐ （−ｂ／Ｅ） ｂ：は定数 Ｅ：は電界値 で表される。ｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２に於ける電
界が第２図に破線で示しであるような分布になっている
場合には、ｎ型１ ｎＧａＡｓＧａＡｓ光吸収体２亙っ
て高い状態にあるからαが大きくなって増幅率は高くな
る。
アバランシ増倍の増倍率Ｍは、近似的に電子のイオン化
率αに依って、 Ｍ＝ｅｘｐ （Ｌ αｄｘ） で表され、この積分範囲はｎ型１ｎＧａＡｓ光吸収層２
全体の幅Ｗであり、そして、αは電界の関数であって、 αＣＣｅ Ｘ ｐ （−ｂ／Ｅ） ｂ：は定数 Ｅ：は電界値 で表される。ｎ型１ ｎＧａＡｓ光吸収層２に於ける電
界が第２図に破線で示しであるような分布になっている
場合には、ｎ型１ ｎＧａＡｓＧａＡｓ光吸収体２亙っ
て高い状態にあるからαが大きくなって増幅率は高くな
る。
然しなから、本発明の場合は、ｎ゛型ＩｎＣｙａＡｓ層
３を介挿したことで、電界は図示の実線のように低くな
るので、αは小さくなり、その積分である増倍率Ｍも小
さくなる。従って、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２におい
て発生する増倍は抑制され、応答速度は早くなる。
３を介挿したことで、電界は図示の実線のように低くな
るので、αは小さくなり、その積分である増倍率Ｍも小
さくなる。従って、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２におい
て発生する増倍は抑制され、応答速度は早くなる。
第３図乃至第６図は本発明一実施例を製造する場合につ
いて解説する為の工程要所に於ける受光素子の要部切断
側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明する
。尚、第１図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は
同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
いて解説する為の工程要所に於ける受光素子の要部切断
側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明する
。尚、第１図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は
同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
第３図参照
３−（１）
ｎ゛型１ｎＰ基板１上に、
ｎ型１ｎＰバッファ層１１
ｎ型１ ｎＧａＡｓＧａＡｓ光吸
収体２１ｎＧａＡｓ層３、
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層４、 ｎ型１ｎＰ増倍層５
のそれぞれを成長させる。
この場合の各半導体層を成長させる技術としては、液相
エピタキシャル成長（ｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅ ｅｐ
ｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法、或いは、気相エピタキシャル
成長（ｖａｐｏｒｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ：ＶＰ
Ｅ）法など適宜の技法を採用して良い。
エピタキシャル成長（ｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅ ｅｐ
ｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法、或いは、気相エピタキシャル
成長（ｖａｐｏｒｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ：ＶＰ
Ｅ）法など適宜の技法を採用して良い。
前記各半導体層に於ける主要なデータを列挙すると次の
通りである。
通りである。
■ バッファ層１１について
不純物濃度： Ｉ Ｘ １０ ′６（ｃｍ−３）厚さ：
３ 〔μｍ〕 ■ 光吸収層２について 不純物濃度： ５ Ｘ １０ ′５（ｃｍ−３〕厚さ：
２ 〔μｍ〕 ■ ｎ１型１ ｎＧａＡｓ層３について不純物濃度：
２ Ｘ １０ ” （ｃｍ−３）厚さ：０．３Ｃμｍ〕 ■ 中間層４について 不純物濃度： ５ Ｘ １０ ” （ｃｍ−”）厚さ：
０．３Ｃμｍ］ ■ 増倍層５について 不純物濃度： ２ Ｘ １０ ′６（ｃｍ−”）厚さ：
３ （μｍ〕 尚、ｎ型ＩｎＰバッファ層１１は第１図に見られる本発
明一実施例の受光素子では表されていないが、例えば、
ｎ゛型１ｎＰｉ板１に於ける結晶欠陥の引き継ぎなどを
遮断したい場合に用いることは良く知られている。
３ 〔μｍ〕 ■ 光吸収層２について 不純物濃度： ５ Ｘ １０ ′５（ｃｍ−３〕厚さ：
２ 〔μｍ〕 ■ ｎ１型１ ｎＧａＡｓ層３について不純物濃度：
２ Ｘ １０ ” （ｃｍ−３）厚さ：０．３Ｃμｍ〕 ■ 中間層４について 不純物濃度： ５ Ｘ １０ ” （ｃｍ−”）厚さ：
０．３Ｃμｍ］ ■ 増倍層５について 不純物濃度： ２ Ｘ １０ ′６（ｃｍ−”）厚さ：
３ （μｍ〕 尚、ｎ型ＩｎＰバッファ層１１は第１図に見られる本発
明一実施例の受光素子では表されていないが、例えば、
ｎ゛型１ｎＰｉ板１に於ける結晶欠陥の引き継ぎなどを
遮断したい場合に用いることは良く知られている。
第４図参照
４−（１）
イオン注入法を適用することに依り、ヘリリウム・イオ
ンの打ち込みを行ない、次いで、熱処理を行なってガー
ド・リング６を形成する。
ンの打ち込みを行ない、次いで、熱処理を行なってガー
ド・リング６を形成する。
この工程に於ける主要なデータを列挙すると次の通りで
ある。
ある。
イオン注入エネルギ： １５０ （ＫｅＶ）ドーズ量：
５ Ｘ １０ ” 〔ｃｙｎ−Ｊ熱処理温度ニア５０
（’Ｃ） 熱処理時間：２０［分〕 第５図参照 ５−（１） 化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐ。
５ Ｘ １０ ” 〔ｃｙｎ−Ｊ熱処理温度ニア５０
（’Ｃ） 熱処理時間：２０［分〕 第５図参照 ５−（１） 化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐ。
ｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法及び通常の
フォト・リソグラフィ技術を適用することに依り、受光
部分の不純物拡散領域と同しパターンの開口を持った窒
化シリコン膜１２を形成する。
フォト・リソグラフィ技術を適用することに依り、受光
部分の不純物拡散領域と同しパターンの開口を持った窒
化シリコン膜１２を形成する。
５−（２）
窒化シリコン膜１２をマスクとする熱拡散法を適用する
ことに依り、ｐ゛型不純物拡散領域７を形成する。
ことに依り、ｐ゛型不純物拡散領域７を形成する。
この場合に於ける主要なデータを例示すると次の通りで
ある。
ある。
不純物：カドミウム（Ｃｄ）
温度：５５０（’Ｃ）
時間：３０［分］
第６図参照
６−（１）
エンチャントを緩衝フッ酸とする浸漬法を適用すること
に依って窒化シリコン膜１２を除去する。
に依って窒化シリコン膜１２を除去する。
６−（２）
プラズマＣＶＤ法を適用することに依り、厚さ例えば１
８００ ［入〕程度の窒化シリコンからなるパソシヘー
ション膜８を形成する。
８００ ［入〕程度の窒化シリコンからなるパソシヘー
ション膜８を形成する。
６−（３）
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、パノソヘーション膜８の選択的エンチングを行なって
電極コンタクト窓を形成する。
、パノソヘーション膜８の選択的エンチングを行なって
電極コンタクト窓を形成する。
６−（４）
真空薫着法及びフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、例えばＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕを積
層してなるｐ側電極９を形成する。
とに依り、例えばＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕを積
層してなるｐ側電極９を形成する。
６−（５）
同しく、例えばＡｕＧｅ合金からなるｎ側電極１０を形
成する。
成する。
本発明に依る半導体受光素子に於いては、ＩｎＰ基板に
形成されたｎ型１ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層とｎ型
１ ｎＧａＡｓ Ｐ中間層の間にｎ０型１ ｎＧａＡｓ
層を介在させである。
形成されたｎ型１ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層とｎ型
１ ｎＧａＡｓ Ｐ中間層の間にｎ０型１ ｎＧａＡｓ
層を介在させである。
前記構成を採ることに依り、ｎ型Ｉ ｎＣ；ａＡｓ光吸
収層に於ける電界は低くなり、従って、そこでのアバラ
ンシ増倍は起こり難くなり、応答性は向上する。
収層に於ける電界は低くなり、従って、そこでのアバラ
ンシ増倍は起こり難くなり、応答性は向上する。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図は第
１図に見られる本発明一実施例に逆バイアス電圧を印加
した場合に於ける電界の分布を表す線図、第３図乃至第
６図は本発明一実施例を製造する場合について解説する
為の工程要所に於ける受光素子の要部切断側面図、第７
図は従来のＡＰＤを説明する為の要部切断側面図を表し
ている。 図に於いて、１はｎ゛型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層、３はｎ＋型１ ｎＧａＡｓ層、４はｎ型
１ ｎＧａＡｓＰ中間層、５はｎ型ＩｎＰ増倍層、５Ａ
はアバランシ増倍領域、６はガード・リング、７は受光
部分のｐ゛型不純物拡散領域、８はバンシベーション膜
、９はｐ側電極、１０はｎ側電極、１１はｎ型１ ｎ
Ｐ ハフフッ層、１２は窒化シリコン膜をそれぞれ示し
ている。
１図に見られる本発明一実施例に逆バイアス電圧を印加
した場合に於ける電界の分布を表す線図、第３図乃至第
６図は本発明一実施例を製造する場合について解説する
為の工程要所に於ける受光素子の要部切断側面図、第７
図は従来のＡＰＤを説明する為の要部切断側面図を表し
ている。 図に於いて、１はｎ゛型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層、３はｎ＋型１ ｎＧａＡｓ層、４はｎ型
１ ｎＧａＡｓＰ中間層、５はｎ型ＩｎＰ増倍層、５Ａ
はアバランシ増倍領域、６はガード・リング、７は受光
部分のｐ゛型不純物拡散領域、８はバンシベーション膜
、９はｐ側電極、１０はｎ側電極、１１はｎ型１ ｎ
Ｐ ハフフッ層、１２は窒化シリコン膜をそれぞれ示し
ている。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ＩｎＰ基板に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層とｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ中間層との間に ｎ＾＋型ＩｎＧａＡｓ層を介在させてなることを特徴と
する半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338183A JPH03201489A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1338183A JPH03201489A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201489A true JPH03201489A (ja) | 1991-09-03 |
Family
ID=18315708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1338183A Pending JPH03201489A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03201489A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539221A (en) * | 1993-04-07 | 1996-07-23 | Nec Corporation | Staircase avalanche photodiode |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1338183A patent/JPH03201489A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539221A (en) * | 1993-04-07 | 1996-07-23 | Nec Corporation | Staircase avalanche photodiode |
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