JPH03230582A - 半導体受光装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は暗電流の小さな半導体受光装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図（ａ）は従来の代表的なＩｎＧａＡｓブレーナ型
フォトダイオード（以下、フォトダイオードはＦＤと略
称する）の平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＢ−
８”断面図である０図中、（１）はｎ・−１ｎＰ基板、
（２）は例えば、気相成長法等の結晶成長法でドーパン
トを含まないアンドープ成長により基板（１）上に形成
された、キャリア法度が室温でＩ　Ｘ　１０１５〜Ｉ　
Ｘ　１０１６／　ｃｙａ３程度のｎ−−１ｎＰバッファ
層である。（３）は４７７７層（２）と同様にして連続
的にアンドープ成長によりそのバッファ層上に形成され
た、キャリア濃度がｌＸ１０１５７Ｃ１１３以下のｎ−
−１ｎＧａＡｓ光吸収層、（４）は光吸収層（３）と同
様にして連続的にアンドープ成長によりその光吸収層上
に形成された、キャリア濃度が１　Ｘ　１０１５〜Ｉ　
Ｘ　１０”／　ｃ＋ｉ３程度のｎ−−ＩｎＰ窓層である
。（５）は窓層（４）の表面側から光吸収層（３）へ約
０．５　ｐ、ｒａ進入する様に、選択的に、例えば、Ｚ
ｎ等のアクセプタを拡散し、導電型が納品成長層のｎ型
からｐ型へ反転するように形成されたＰ゛導電型反転領
域である。（８）は窓層（４）及びｐ・導電型反転領域
（５）上に形成された、例えばシリコン窒化膜等の絶縁
体から成る表面保護層、（９）はｒ′− 表面保護層（８）に形成され△コンタクトホール、（１
０）はコンタクトホール（９）を介してｐ゛導電型反転
領域（５）に接触するｐ電極、（１１）は基板（１）に
接触するｎ電極である。　（５１）はｐ・導電型反転領
域（５）の外周線、（１０１）はＰ電極（ｌＯ）の外周
線である。

次に、動作について説明する。一般的に、ＩｎＰ基板上
に結晶成長され、格子定数がＩｎＰに合ったＩｎＧａＡ
ｓ層のバンドギャップ波長入ｇは入ｇγ１．６７牌層で
あり、ｌ一方、ＩｎＰではλｇ＝０．９３用層であるの
で、第２図に示すブレーナ型のＦＤの波長感度は入；ｌ
、０〜１．６４ｍ帯にある。そこで、入射光の波長が１
．３　ｐ−ｍの場合の動作を説明する。

ＦＤは一般的に無バイアスまたは逆バイアス状態で使用
されるので、ｐ電極（１０）はｎ電極（１１）に対して
Ｏまたは負の電圧、例えば−５〜−１０Ｖが印加される
。従って、反転領域（５）は窓Ｍ（４）、光吸収層（３
）に対して同電位あるいは逆バイアス状態となるため、
反転領域（５）の周囲のＰＮ接合近傍には空乏層が形成
される。この空乏層の大きさは、ＰＮ接合の場合、一般
的に、キャリア濃度の低い側へ大きく広がる。光吸収層
（３）のキャリア濃度は、上述のように、Ｉ　Ｘ　１０
１５／　ｃｍ３以下の低濃度にしであるため、空乏層の
大きさは無バイアス状態でも２〜３７Ｌｍ程度となる。

それ故、表面保護層（８）を介して反転領域（５）へ入
射した光は、主に、光吸収層（３）へ吸収され、特に、
光吸収層（３）中の空乏層へ吸収された光は、電子−正
孔対を生じた場合、空乏層内の空間電荷による電界によ
ってドリフト電流となり、ｐ電極（１０）、ｎ電極（１
１）を介して外部回路へ光電流として流れる。従って、
光吸収層（３）のキャリア濃度を低くして空乏層を広く
することにより光電変換効率の高いＰＤが得られる。

次に、暗電流特性について述べる。暗電流とは、一般的
に、入射光が零の場合の、特定の逆／くイアスミ圧にお
ける逆方向電流のことであり、その要因としては、表面
リーク電流と結晶欠陥等による内部リーク電流とに大別
されるが、その中でも表面リーク電流が最も多いとされ
ている０表面リーク電流が大きくなる原因は、特に、電
界の集中する表面ＰＮ接合部分、すなわち、反転領域（
５）と窓層（４）との境界部分であって、第２図（ａ）
の外周線（５１）に相当する部分、における異物の付着
、可動イオンや不純物の付着、結晶欠陥等であるから、
製造プロセスの無塵化、汚染源の排除、結晶成長技術の
向上等の改善によって表面リーク電流の増大に対処して
いる。また、上述の原因による表面リーク電流の増大は
ＦＤ特性、特にＶ−Ｉ特性を不安定にし、信頼性を低下
させる主要な要因となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のブレーナ型ＦＤは、上述のように構成されている
ので、電界の集中する表面ＰＮ接合部分の長さ、つまり
外周線（５１）の長さが長くなり、表面リーク電流が大
きくなる欠点がある。これを解消するために、上述のよ
うな製造プロセスの無塵化等の対策が考えられるが、こ
れでは表面リーク電流を十分に低減することができない
、また、外周線（５１）の長さを短くして表面リーク電
流を小さくすることも考えられるが、その外周線の長さ
を短くすることは表面保護層（８）側から見た反転領域
（５）の面積、すなわち受光面積を小さくすることにな
って受光量が減少するので好ましくない。

この発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
のであり、受光面積を小さくすることなく暗電流を低減
させることができる半導体受光装置を得ることを目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明における半導体受光装置は、第２の導電型の反
転領域の一部領域を除く他の領域の表面からその下方に
向って所定の深さを持った第１の導電型の再反転領域を
形成したものである。

〔作　　　用〕

この発明の半導体受光装置では、第２の導電型の反転領
域中に第１の導電型の再反転領域が形成され、それらの
異なる導電型の円領域によってＰＮ接合が形成されるの
で、９：ＪＳ２の導電型の反転領域の表面に形成される
ＰＮ接合の外周線の長さが短くなって、表面リーク電流
が小さくなる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

第１図（ａ）はＩｎＧａＡｓブレーナ型のＦＤの平面図
、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ′断面図である
０図中、第２図と同一符号は同−又は相当部分を示す。

（６）は窓層（４）の表面側に形成されたｎ型拡散領域
、（７）はｐ・導電型反転領域（５）の表面側に形成さ
れたｎ導電型再反転領域である。これらのｎ型拡散領域
（６）　、ｎ導電型再反転領域（７）は、ｐ゛導電型反
転領域（５）の形成後に、電極（１０）の領域を除く反
転領域（５）及び窓層（４）の表面側から例えばＴｅ、
　Ｓ、　Ｓｎ、　Ｓｅ、　Ｓｉ等のｎ型不純物を約０．
２〜０．５１Ｌ腸程度に浅く拡散することによって形成
されたものである。コンタクトホール（９）は反転領域
（５）上にのみ形成されている。また、ｐ電極（ｉｏ）
の外周線（１０１）は再反転領域（７）の内周線と一致
している。

このＦＤにおいても、従来のＦＤと同様、ｎ電極（１１
）に対してＯまたは負となる電圧をｐ電極（ｌＯ）に印
加し、１．３終■程度の波長の光を反転領域（５）に入
射すると、光吸収層（３）に吸収された光はキャリアを
生じ、特に、反転領域（５）と光吸収層（３）との界面
近辺に発生する空乏層内で生じたキャリアはその空乏層
内の電界によるドリフト電流となり、外部回路へ光電流
として流れる。

このＦＤでは、窓層（４）のバンドギャップが広く、再
反転領域（７）は１．３　ｐ、ｒｓ程度の波長の入射光
に対して透明であるため、受光領域は従来のＦＤの場合
と同じであり、外周線（５１）で囲まれた内側領域の内
、ｐ電極（１０）の外周線（１０１）で囲まれた内側領
域を除いた領域となる。また、暗電流特性を悪化させ、
信頼性を低下させる原因となる表面リーク電流の主要な
発生源である、反転領域（５）の表面に形成されたＰＮ
接合部分はその反転領域と再反転領域（７）との境界部
分となるので、その長さは外周［（１０１）の長さとな
る。これに対して、従来のＦＤでは、反転領域（５）の
表面に形成されたＰＮ接合部分の長さは外周線（５１）
の長ざとなるので、この発明によるＦＤでは、従来のＦ
Ｄと受光領域の径が同じであっても、表面り−ク′：ｒ
Ｌ流の発生源となるＰＮ接合部分の長さは従来の場合に
比べて大幅に短くなる。

なお、上述の実施例では、ｎ型拡散領域（６）及びｎ導
電型再反転領域（７）の形成方法としてｎ型不純物の拡
散法を用いたが、ｎ型不純物のイオン注入や、ｎ型不純
物をドーパントとした液相や気相による結晶成長の方法
を用いても良い、また、上述の実施例では、基板（１）
をｎ型としたが、それをｐ型とし、他の部分の導電型を
全て反対の導電型にしても良い、また、上述の実施例で
は基板（１）と光吸収層（３）との間にバッファ層（２
）を設けているが、このバッファ層を除去して基板（１
）」二に直接光吸収層（３）を設けても良い、更にまた
、上述の実施例では、窓層（４）の表面側にｎ型拡散領
域（６）を形成しているが、この拡散領域は必ずしも必
要ではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第２の導電型の反転
領域の大きさを変えることなく、その表面に形成される
ＰＮ接合の外周線の長さを短くすることができるので、
受光面積の径が大きくても表面リーク電流の小さな、信
頼性の高い半導体受光装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）はこの発明の一実施例による
半導体受光装置の平面図とＡ−Ａ′断面図、第２図（ａ
）　、　（ｂ）は従来の半導体受光装置の平面図とＢ−
Ｂ”断面図である。 （１）は基板、（２）はバッファ層、（３）は光吸収層
、（４）は窓層、（５）は反転領域、（７）は再反転領
域、（８）は表面保護層、（１０）、（１１）は第１及
び第２の電極である。 なお、 各図中、 同一符号は同−又は相当部分を 示す。 代 理 人 大 石 増 雄 猶　１［ｉ！ＩＩ （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電型を有する基板と、 上記基板上に直接あるいはバッファ層を介して積層され
   た第１の導電型の光吸収層と、 上記光吸収層上に積層された第１の導電型の窓層と、 上記窓層の一部領域の表面からその下方に向つて形成さ
   れた、上記光吸収層に達する深さの第２の導電型の反転
   領域と、 上記反転領域の一部領域を除く他の領域の表面からその
   下方に向って形成された、上記光吸収層に達する深さよ
   りも浅い深さの第１の導電型の再反転領域と、 上記反転領域の一部領域及び上記再反転領域上に形成さ
   れた表面保護層と、 上記反転領域の一部領域と上記基板とに接続された第１
   及び第２の電極と、 を具備した半導体受光装置。