JPH03231476A - アバランシェ・フォトダイオード - Google Patents
アバランシェ・フォトダイオードInfo
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- JPH03231476A JPH03231476A JP2027918A JP2791890A JPH03231476A JP H03231476 A JPH03231476 A JP H03231476A JP 2027918 A JP2027918 A JP 2027918A JP 2791890 A JP2791890 A JP 2791890A JP H03231476 A JPH03231476 A JP H03231476A
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- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
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- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical compound [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 1
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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〕
本発明はアバランシェ・フォトダイオードに関キャリヤ
増倍層の厚さを高精度に制御し得るＡＰＤ構造の提供を
目的とし、 本発明のＡＰＤは、キャリヤ増倍層がＩｎＰであって金
属電極を備え、 該電極金属に対しショットキ障壁を形成する半導体層が
該金属電極と該ＩｎＰ層の間に設けられた構成である。
増倍層の厚さを高精度に制御し得るＡＰＤ構造の提供を
目的とし、 本発明のＡＰＤは、キャリヤ増倍層がＩｎＰであって金
属電極を備え、 該電極金属に対しショットキ障壁を形成する半導体層が
該金属電極と該ＩｎＰ層の間に設けられた構成である。
ショットキ障壁を形成する半導体は例えばＡｆＩｎＰで
ある。
ある。
本発明はアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）の
構造に関わり、特に１．５５μｍ帯の光通信に用いられ
るＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ型ＡＰＤに関するものである。
構造に関わり、特に１．５５μｍ帯の光通信に用いられ
るＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ型ＡＰＤに関するものである。
光ファイバを用いる光通信の受光素子として、ＡＰＤは
益々多用されているが、伝送速度の高速化など、通信技
術の高度化に伴って高速動作の可能なＡＰＤが求められ
ている。ＡＰＤの応答速度はＧＢ積によって定まるので
、光通信の高速化にはＧＢ積の大きいＡＰＤを実現する
ことが必要である。
益々多用されているが、伝送速度の高速化など、通信技
術の高度化に伴って高速動作の可能なＡＰＤが求められ
ている。ＡＰＤの応答速度はＧＢ積によって定まるので
、光通信の高速化にはＧＢ積の大きいＡＰＤを実現する
ことが必要である。
ＡＰＤのＧＢ積を上げるため一般的に充足すべき事項に
、キャリヤ増倍領域であるアバランシェ層の幅を小にす
る事がある。アバランシェ層（以下、増倍層と記す）を
薄（して而もこの領域の電界強度を十分に高くするには
、印加する電圧を高くしなければならないが、単に高電
圧を印加するだけでは、光吸収層の電界も上昇してアバ
ランシェ・ブレークダウンの起こる領域が光吸収層にま
で拡がるため、所期の目的が達成されない状況が生じる
。
、キャリヤ増倍領域であるアバランシェ層の幅を小にす
る事がある。アバランシェ層（以下、増倍層と記す）を
薄（して而もこの領域の電界強度を十分に高くするには
、印加する電圧を高くしなければならないが、単に高電
圧を印加するだけでは、光吸収層の電界も上昇してアバ
ランシェ・ブレークダウンの起こる領域が光吸収層にま
で拡がるため、所期の目的が達成されない状況が生じる
。
第２図は公知のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ型ＡＰＤの構造を
示す断面模式図である。該素子はｎ＋ＩｎＰ基板ｌの上
に形成されており、上方から入射した光によってｎ
ＩｎＧａＡｓの光吸収層２に電子／正孔対が発生する。
示す断面模式図である。該素子はｎ＋ＩｎＰ基板ｌの上
に形成されており、上方から入射した光によってｎ
ＩｎＧａＡｓの光吸収層２に電子／正孔対が発生する。
ｎ−１ｎＰの増倍層３に到達した正孔はこの領域の高電
界に加速されてアバランシェを生じ、キャリヤが増倍さ
れる。
界に加速されてアバランシェを生じ、キャリヤが増倍さ
れる。
４はｐ“拡散領域、５はＢｅのイオン注入によって形成
されたｐ−ガードリングである。
されたｐ−ガードリングである。
ｎ”ＩｎＰ層６は、上記の光吸収層でアバランシェが起
こる問題に対処するために設けられたもので、その効果
を説明する図が第＋図である。同図（ｂ）はｐ／ｎ接合
のｎ側の各領域の不純物濃度分布を示し、同図（ａ）は
各領域の電界強度を示している。前記ｎ”ＩｎＰ層が設
けられた結果、ｎ側領域に於ける電界降下は該領域に集
中して生じ、増倍層は高電界に、光吸収層は低電界に保
たれることになる。
こる問題に対処するために設けられたもので、その効果
を説明する図が第＋図である。同図（ｂ）はｐ／ｎ接合
のｎ側の各領域の不純物濃度分布を示し、同図（ａ）は
各領域の電界強度を示している。前記ｎ”ＩｎＰ層が設
けられた結果、ｎ側領域に於ける電界降下は該領域に集
中して生じ、増倍層は高電界に、光吸収層は低電界に保
たれることになる。
ＡＰＤのＧＢ積はキャリヤ増倍層の幅と上記ｎ′″Ｉｎ
Ｐ層に於ける電界降下量によって定まるが、これ等の関
係を示す線図が第４図である。該線図の横軸は増倍領域
の幅１ａ、縦軸がＧＢ積であって、いくつかの電界降下
量Ｅｄの値に対する両者の関係が描かれている。図に明
らかな如く、大きいＧＢ積を得るにはＥｄを大とするこ
とが必要となるが、そのＥｄに対しＧＢ積を最大にする
増倍領域幅は縮小し、例えばＥ ｄ ＝ ０．５ ｘｌ
ｏ’ Ｖ／ｃｍに対してはｆａ＝０．２μｍ以下である
ことが要求される。
Ｐ層に於ける電界降下量によって定まるが、これ等の関
係を示す線図が第４図である。該線図の横軸は増倍領域
の幅１ａ、縦軸がＧＢ積であって、いくつかの電界降下
量Ｅｄの値に対する両者の関係が描かれている。図に明
らかな如く、大きいＧＢ積を得るにはＥｄを大とするこ
とが必要となるが、そのＥｄに対しＧＢ積を最大にする
増倍領域幅は縮小し、例えばＥ ｄ ＝ ０．５ ｘｌ
ｏ’ Ｖ／ｃｍに対してはｆａ＝０．２μｍ以下である
ことが要求される。
従来のＡＰＤの如くｐ＋領領域拡散によって形成するの
では、このような精細な制御は殆ど不可能であり、他の
処理法或いは構造によって、増倍領輻Ｉ！ａを精度良く
実現しなければならない。
では、このような精細な制御は殆ど不可能であり、他の
処理法或いは構造によって、増倍領輻Ｉ！ａを精度良く
実現しなければならない。
本発明の目的は増倍層幅Ｉ！ａを精度良く形成し得るＡ
ＰＤ構造を提供することであり、それによってＧＢ積が
大のＡＰＤを実現することである。
ＰＤ構造を提供することであり、それによってＧＢ積が
大のＡＰＤを実現することである。
上記目的を達成するため本発明のＡＰＤは、キャリヤ増
倍層かＩｎＰであって金属電極を備え、更に 該電極金属との間にショットキ障壁を形成する半導体層
が該ＩｎＰ層に隣接して設けられた構造となっている。
倍層かＩｎＰであって金属電極を備え、更に 該電極金属との間にショットキ障壁を形成する半導体層
が該ＩｎＰ層に隣接して設けられた構造となっている。
本発明のＡＰＤの如く、ｐ−ｎ接合によってではなくシ
ョットキ接合によって空乏層を形成すれば、不純物の拡
散距離のような比較的不安定な要素によって接合深さが
定められる状況が解消し、更に増倍層をＭＯＶＰＨのよ
うに再現性の良い方法で形成すれば、増倍領域幅１ａを
高精度に制御することが可能である。従って、本発明の
ＡＰＤではＧＢ積を大とすることが容易となる。
ョットキ接合によって空乏層を形成すれば、不純物の拡
散距離のような比較的不安定な要素によって接合深さが
定められる状況が解消し、更に増倍層をＭＯＶＰＨのよ
うに再現性の良い方法で形成すれば、増倍領域幅１ａを
高精度に制御することが可能である。従って、本発明の
ＡＰＤではＧＢ積を大とすることが容易となる。
本発明が適用されるＩｎｋ／ＩｎＧａＡｓ型ＡＰＤでは
、増倍領域であるＩｎＰ層に直接ショットキ接合を形成
することは困難なので、該ＩｎＰ層上にＡ１１ｎＡｓの
薄層を設け、該層に対してＴｉのショットキ・バリヤが
形成される。
、増倍領域であるＩｎＰ層に直接ショットキ接合を形成
することは困難なので、該ＩｎＰ層上にＡ１１ｎＡｓの
薄層を設け、該層に対してＴｉのショットキ・バリヤが
形成される。
第１図は本発明実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式図
である。以下、該図面を参照しながら、本発明のＡＰＤ
の構造を説明する。
である。以下、該図面を参照しながら、本発明のＡＰＤ
の構造を説明する。
数回に於いて、１はｎ”ｌｎＰ基板であり、ｎＩｎＧａ
Ａｓの光吸収層２、ｎ−１ｎＰの増倍層３を備える点は
通常のＡＰＤと同様である。更に、Ｂｅをイオン注入し
たｐ−ガードリング５、ｎ＋ＩｎＰの電界降下層６、該
電界降下層と光吸収層２とのエネルギ・バンド不連続を
緩和するためのｎ−ＩｎＧａＡｓＰバッファ層７も、第
４図のＡＰＤと同様に設けられている。
Ａｓの光吸収層２、ｎ−１ｎＰの増倍層３を備える点は
通常のＡＰＤと同様である。更に、Ｂｅをイオン注入し
たｐ−ガードリング５、ｎ＋ＩｎＰの電界降下層６、該
電界降下層と光吸収層２とのエネルギ・バンド不連続を
緩和するためのｎ−ＩｎＧａＡｓＰバッファ層７も、第
４図のＡＰＤと同様に設けられている。
本発明のＡＰＤでは第４図の従来のＡＰＤと異なり、増
倍層３に対してｐ−ｎ接合は形成されておらず、Ａｌｌ
ｎＡｓ層１１を介して金属層１２が設けられている。該
金属層の構成は、Ａｊ’１ｎＡｓ層に対しショットキ・
バリヤを形成するＴｉ層の上にＰｔ層とＡｕ層を積層し
たものであり１．ｌＩｎＡｓ層が設けられているのは、
既に述べた如く、キャリヤ増倍領域であるｎ−１ｎＰ層
に対しショットキ接合を形成することが困難な故である
。
倍層３に対してｐ−ｎ接合は形成されておらず、Ａｌｌ
ｎＡｓ層１１を介して金属層１２が設けられている。該
金属層の構成は、Ａｊ’１ｎＡｓ層に対しショットキ・
バリヤを形成するＴｉ層の上にＰｔ層とＡｕ層を積層し
たものであり１．ｌＩｎＡｓ層が設けられているのは、
既に述べた如く、キャリヤ増倍領域であるｎ−１ｎＰ層
に対しショットキ接合を形成することが困難な故である
。
ショットキ接合形成層としてはＡＩ！１ｎＡｓの他にＧ
ａＡｓなども利用できる。
ａＡｓなども利用できる。
更に、本発明のＡＰＤでは通常のＡＰＤに於ける光入射
面に金属層が存在するため、光は背面から入射させる構
造となっている。そのためｎ４ＩｎＰ基板ｌの背面は、
光入射領域が選択的にエツチングされてその厚さが減じ
られている。
面に金属層が存在するため、光は背面から入射させる構
造となっている。そのためｎ４ＩｎＰ基板ｌの背面は、
光入射領域が選択的にエツチングされてその厚さが減じ
られている。
上記構造のＡＰＤは次の如き工程により形成される。ま
ず、ｎ”ｌｎＰ基板上にｎ ＃ｌ Ｘ １０”ｃｍのｎ
−ＩｎＧａＡｓ層を１．５μｍの厚さにエピタキシャル
成長させ、引き続きｎ ＃ ｌ ＸＩＯ”ｃｍ−’のｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層を５００人、ｎ＃４．８ｘｌＱ”ｃ
ｍ−”のｎ”ＩｎＰ層を５００人成長させる。これらの
層の成長は通常のＭＯＶＰＥ法による。
ず、ｎ”ｌｎＰ基板上にｎ ＃ｌ Ｘ １０”ｃｍのｎ
−ＩｎＧａＡｓ層を１．５μｍの厚さにエピタキシャル
成長させ、引き続きｎ ＃ ｌ ＸＩＯ”ｃｍ−’のｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層を５００人、ｎ＃４．８ｘｌＱ”ｃ
ｍ−”のｎ”ＩｎＰ層を５００人成長させる。これらの
層の成長は通常のＭＯＶＰＥ法による。
その上にｎ ＃ Ｉ Ｘ １０Ｉ１０ｌ８”のｎ−１ｎ
Ｐ層を０．５５μｍ成長させて増倍層を形成し、更にシ
ョットキ・バリヤ形成層としてｎ ”； ｌ Ｘ １０
”ｃｍ−”、厚さ１００人のＡｌ ｌ ｎＡｓ層を成長
させる。これ等の成長法もＭＯＶＰＥであり、成長層厚
は高い精度で制御される。
Ｐ層を０．５５μｍ成長させて増倍層を形成し、更にシ
ョットキ・バリヤ形成層としてｎ ”； ｌ Ｘ １０
”ｃｍ−”、厚さ１００人のＡｌ ｌ ｎＡｓ層を成長
させる。これ等の成長法もＭＯＶＰＥであり、成長層厚
は高い精度で制御される。
ガードリングはＢｅ”を１４０Ｋ ｅ Ｖ、 ５ Ｘ
１０”ＣＩ［ｌ−’の条件で選択的にイオン注入し、７
００℃、２０分のアニールにより形成される。ショット
キ・バリヤ形成層はガードリング内部のみを残して、他
はエツチング除去する。パッシベーション膜であるＳｉ
Ｎ皮膜を２０００人の厚さに被着形成し、電極形成窓を
開けた後、１０００人のＴｉ、２０００人のＰｔ、３０
００人のＡｕを順次蒸着してショットキ接合を形成する
。第１図のＩＯがＳｉＮ膜である。
１０”ＣＩ［ｌ−’の条件で選択的にイオン注入し、７
００℃、２０分のアニールにより形成される。ショット
キ・バリヤ形成層はガードリング内部のみを残して、他
はエツチング除去する。パッシベーション膜であるＳｉ
Ｎ皮膜を２０００人の厚さに被着形成し、電極形成窓を
開けた後、１０００人のＴｉ、２０００人のＰｔ、３０
００人のＡｕを順次蒸着してショットキ接合を形成する
。第１図のＩＯがＳｉＮ膜である。
以上の処理の後、基板背面を選択的にエツチングしてそ
の厚さを減じ、受光窓を形成すれば、第１図の構造のＡ
ＰＤが実現する。
の厚さを減じ、受光窓を形成すれば、第１図の構造のＡ
ＰＤが実現する。
本実施例のＡＰＤは素子背面（基板側）から光を入射さ
せる構造であるが、ショットキ接合を形成する金属電極
の形状を光入射窓の設けられた形状とすれば、プレーナ
構造に形成することも可能である。その場合、該電極形
状は空乏層拡がり幅程度の寸法の窓を多数開けたもので
あって、動作時のバイアス電圧により空乏層が窓の部分
にも連続して拡がるようなものであることが望ましく、
例えばメツシュ状のものである。
せる構造であるが、ショットキ接合を形成する金属電極
の形状を光入射窓の設けられた形状とすれば、プレーナ
構造に形成することも可能である。その場合、該電極形
状は空乏層拡がり幅程度の寸法の窓を多数開けたもので
あって、動作時のバイアス電圧により空乏層が窓の部分
にも連続して拡がるようなものであることが望ましく、
例えばメツシュ状のものである。
本発明のＡＰＤはキャリヤ増倍層幅を高い精度で制御す
ることができる構造であり、ＧＢ積の大きいＡＰＤを歩
留まり良く製造することが可能となる。
ることができる構造であり、ＧＢ積の大きいＡＰＤを歩
留まり良く製造することが可能となる。
第１図は実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式第２図は
公知のＡＰＤの構造を示す断面模式図、第３図は電界降
下領域の効果を説明する図第４図はＧＢ積と増倍層幅、
電界降下量の関係を示す図であって、 図に於いて ｌはｎ”ｌｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＧａＡｓの光吸収層、 ３はｎ”’ＩｎＰの増倍層、 ４はｐ”拡散領域、 ５はｐ−ガードリング、 ６はｎ″１ＩｎＰの電界降下層、 ７はｎ−ＩｎＧａＡｓＰバッファ層、 ８はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ ／ Ａ ｕ電極、９はＡｕＧ
ｅ／Ａｕ電極、 １０はＳｉＮパッシベーション膜、 １１はＡｌＩｎＡｓ層、 １２はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの金属層である
。 実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式間第 図 公知のＡＰＤの構造を示す断面模式間 第 図 電界強度 電界降下領域の効果を説明する図 第 図 ０．１ ０．２ ６５ 増倍領域幅ｌａ（μｍ） ＧＢ積に対する増倍層幅および電界降下量の関係を示す
同第 図
公知のＡＰＤの構造を示す断面模式図、第３図は電界降
下領域の効果を説明する図第４図はＧＢ積と増倍層幅、
電界降下量の関係を示す図であって、 図に於いて ｌはｎ”ｌｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＧａＡｓの光吸収層、 ３はｎ”’ＩｎＰの増倍層、 ４はｐ”拡散領域、 ５はｐ−ガードリング、 ６はｎ″１ＩｎＰの電界降下層、 ７はｎ−ＩｎＧａＡｓＰバッファ層、 ８はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ ／ Ａ ｕ電極、９はＡｕＧ
ｅ／Ａｕ電極、 １０はＳｉＮパッシベーション膜、 １１はＡｌＩｎＡｓ層、 １２はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの金属層である
。 実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式間第 図 公知のＡＰＤの構造を示す断面模式間 第 図 電界強度 電界降下領域の効果を説明する図 第 図 ０．１ ０．２ ６５ 増倍領域幅ｌａ（μｍ） ＧＢ積に対する増倍層幅および電界降下量の関係を示す
同第 図
Claims (2)
- （１）キャリヤ増倍層が燐化インジウム（ＩｎＰ）であ
って金属電極を備え、 該電極金属に対しショットキ障壁を形成する半導体層が
該金属電極と該ＩｎＰ層の間に設けられていることを特
徴とするアバランシェ・フォトダイオード。 - （２）前記電極金属に対しショットキ障壁を形成する半
導体が燐化アルミニウム・インジウム（ＡｌＩｎＰ）で
あることを特徴とする請求項（１）に記載のアバランシ
ェ・フォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2027918A JPH03231476A (ja) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | アバランシェ・フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2027918A JPH03231476A (ja) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | アバランシェ・フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03231476A true JPH03231476A (ja) | 1991-10-15 |
Family
ID=12234267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2027918A Pending JPH03231476A (ja) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | アバランシェ・フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03231476A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102820367A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-12 | 中山大学 | 基于异质结构吸收、倍增层分离GaN基雪崩光电探测器 |
| US8368159B2 (en) | 2011-07-08 | 2013-02-05 | Excelitas Canada, Inc. | Photon counting UV-APD |
-
1990
- 1990-02-07 JP JP2027918A patent/JPH03231476A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8368159B2 (en) | 2011-07-08 | 2013-02-05 | Excelitas Canada, Inc. | Photon counting UV-APD |
| CN102820367A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-12 | 中山大学 | 基于异质结构吸收、倍增层分离GaN基雪崩光电探测器 |
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