JPH03259573A - 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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- JPH03259573A JPH03259573A JP2058902A JP5890290A JPH03259573A JP H03259573 A JPH03259573 A JP H03259573A JP 2058902 A JP2058902 A JP 2058902A JP 5890290 A JP5890290 A JP 5890290A JP H03259573 A JPH03259573 A JP H03259573A
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- 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〕
本発明はへテロ接合を有するアバランシェ・フォトダイ
オードに関し、 ヘテロ接合界面に於けるキャリヤのパイルアップ現象を
緩和することにより、ＡＰＤの動作速度を向上させるこ
とを目的とし、 光吸収層とキャリヤ増倍層との間に高不純物濃度の電界
緩和層が設けられたアバランシェ・フォトダイオードに
於いて、 該電界緩和層は光吸収層に隣接する第１の半導体層と増
倍層に隣接する第２の半導体層から威り、該第１の半導
体は高不純物濃度であって該増倍層よりバンドギャップ
が狭く、且つ該第２の半導体は高不純物濃度であって該
光吸収層よりバンドギャップが広いものであり、 該第１の半導体層の厚さはキャリヤの平均自由行程より
小である構造をもって構成する。
オードに関し、 ヘテロ接合界面に於けるキャリヤのパイルアップ現象を
緩和することにより、ＡＰＤの動作速度を向上させるこ
とを目的とし、 光吸収層とキャリヤ増倍層との間に高不純物濃度の電界
緩和層が設けられたアバランシェ・フォトダイオードに
於いて、 該電界緩和層は光吸収層に隣接する第１の半導体層と増
倍層に隣接する第２の半導体層から威り、該第１の半導
体は高不純物濃度であって該増倍層よりバンドギャップ
が狭く、且つ該第２の半導体は高不純物濃度であって該
光吸収層よりバンドギャップが広いものであり、 該第１の半導体層の厚さはキャリヤの平均自由行程より
小である構造をもって構成する。
典型的には、光吸収層がｎ−ＩｎＧａＡｓ、増倍層がｎ
−１ｎＰである場合、光吸収層側の電界緩和層をｎ″
Ｉ ｎＧａＡｓ、増倍層側の電界緩和層をｎ”ｌｎＰと
する。
−１ｎＰである場合、光吸収層側の電界緩和層をｎ″
Ｉ ｎＧａＡｓ、増倍層側の電界緩和層をｎ”ｌｎＰと
する。
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１６５５μｍ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１６５５μｍ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ＣＢ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ＣＢ積の大きいＡＰＤを実現する
ことが必要である。
ＡＰＤのＣＢ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発生層の幅を小
にする事がある。アバランシェ発生層（以下、増倍層と
記す）を薄＜シ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、光吸収領域の電界も上
昇してアバランシェ・ブレークダウンの起こる領域が光
吸収領域にまで拡がるため、所期の目的が達成されない
状況が生しる。
、キャリヤ増倍領域であるアバランシェ発生層の幅を小
にする事がある。アバランシェ発生層（以下、増倍層と
記す）を薄＜シ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、光吸収領域の電界も上
昇してアバランシェ・ブレークダウンの起こる領域が光
吸収領域にまで拡がるため、所期の目的が達成されない
状況が生しる。
〔従来の技術］
第３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１の上
に形成されており、上方から入射した光によってｒｌ
ＩｎＧａＡｓの光吸収層２に電子／正孔対が発生する
。ｎ−ＴｎＰの増倍層５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し、キャリヤが増倍
される。
示す断面模式図である。該素子はｎ゛ＩｎＰ基板１の上
に形成されており、上方から入射した光によってｒｌ
ＩｎＧａＡｓの光吸収層２に電子／正孔対が発生する
。ｎ−ＴｎＰの増倍層５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し、キャリヤが増倍
される。
６はｐ°拡散領域、７はＢｅをイオン注入したＰガード
リングである。
リングである。
ｎ” ＩｎＰｎ種層、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電界降下層で
、その効果を説明する図が第４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を示し、同図（
Ａ）は各領域の電界強度を示している。前記ｎ″ Ｉｎ
Ｐｎ種層設けられた結果、ｎ側領域に於ける電界降下は
該領域に集中して生し、増倍領域は高電界に、光吸収領
域は低電界に保たれることになる。
が起こる問題に対処するために設けられた電界降下層で
、その効果を説明する図が第４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を示し、同図（
Ａ）は各領域の電界強度を示している。前記ｎ″ Ｉｎ
Ｐｎ種層設けられた結果、ｎ側領域に於ける電界降下は
該領域に集中して生し、増倍領域は高電界に、光吸収領
域は低電界に保たれることになる。
（発明が解決しようとする課題〕
このような構造のＡＰＤでは、ｎ”ｌｎＰである電界降
下層とｎ−１ｎＧａＡｓである光吸収層との間はへテロ
接合であり、キャリヤのパイルアンプが発生する。この
状況をエネルギ帯モデルで説明する図が第５図である。
下層とｎ−１ｎＧａＡｓである光吸収層との間はへテロ
接合であり、キャリヤのパイルアンプが発生する。この
状況をエネルギ帯モデルで説明する図が第５図である。
上記構造のＡＰＤでは、ヘテロ接合付近のエネルギ・ハ
ンドは第５図（ａ）のような形状で示されるが、価電子
帯に大きい段差があり、Ｉ ｎＧａＡｓ側からＩｎＰ側
への正孔の移動に対して障壁となり、移動してきた正孔
はこの部分に停滞することになる。ここに多量の正孔が
蓄積（パイルアップ）されると、段差を越えてＩｎＰ側
に進むようになるが、その間の遅延はＡＰＤの応答速度
の低下となる。
ンドは第５図（ａ）のような形状で示されるが、価電子
帯に大きい段差があり、Ｉ ｎＧａＡｓ側からＩｎＰ側
への正孔の移動に対して障壁となり、移動してきた正孔
はこの部分に停滞することになる。ここに多量の正孔が
蓄積（パイルアップ）されると、段差を越えてＩｎＰ側
に進むようになるが、その間の遅延はＡＰＤの応答速度
の低下となる。
このようなパイルアンプの影響を軽減するには、ヘテロ
接合部の電界を高め、トンネル効果による正孔の通過量
を増せば良く、そのための方策として電界降下層の不純
物濃度を低減し、該領域に於ける電界降下を軽減するこ
とによりヘテロ接合の電界を高めることが考えられる。
接合部の電界を高め、トンネル効果による正孔の通過量
を増せば良く、そのための方策として電界降下層の不純
物濃度を低減し、該領域に於ける電界降下を軽減するこ
とによりヘテロ接合の電界を高めることが考えられる。
しかしながらそのような場合のＡＰＤ動作領域の電界分
布は、第峰図（ｂ）に実線で示される通常の電界分布に
比べて、光吸収層の電界は破線で示されるように上昇し
たものとなる。そのため、ヘテロ接合部の電界を十分に
高めようとすると、光吸収層でもアバランシェが生しる
ことになる。
布は、第峰図（ｂ）に実線で示される通常の電界分布に
比べて、光吸収層の電界は破線で示されるように上昇し
たものとなる。そのため、ヘテロ接合部の電界を十分に
高めようとすると、光吸収層でもアバランシェが生しる
ことになる。
このようにして実行的な増倍領域が拡大されると、ＧＢ
積が減少し、ＡＰＤの特性が劣化するので、ヘテロ接合
の電界を上昇させることによってキャリヤのパイルアン
プを解消する方策では、満足な成果が得られない場合が
多い。
積が減少し、ＡＰＤの特性が劣化するので、ヘテロ接合
の電界を上昇させることによってキャリヤのパイルアン
プを解消する方策では、満足な成果が得られない場合が
多い。
本発明の目的は、電界降下層の不純物濃度を低下させた
場合にも光吸収層でアバランシェの生ずることのないＡ
ＰＤの構造を提供することであり、それによって動作が
より高速のＡＰＤを実現することである。
場合にも光吸収層でアバランシェの生ずることのないＡ
ＰＤの構造を提供することであり、それによって動作が
より高速の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は光吸収層と
キャリヤ増倍層との間に高不純物濃度の電界緩和層が設
けられたＡＰＤであって、該電界緩和層は光吸収層に隣
接する第１の半導体層と増倍層に隣接する第２の半導体
層から成り、該第１の半導体は高不純物濃度であって該
増倍層よりバンドギャップが狭く、且つ該第２の半導体
は高不純物濃度であって該光吸収層よりバンドギャップ
が広いものであり、 該第１の半導体層の厚さはキャリヤの平均自由行程より
小である構造をとる。
キャリヤ増倍層との間に高不純物濃度の電界緩和層が設
けられたＡＰＤであって、該電界緩和層は光吸収層に隣
接する第１の半導体層と増倍層に隣接する第２の半導体
層から成り、該第１の半導体は高不純物濃度であって該
増倍層よりバンドギャップが狭く、且つ該第２の半導体
は高不純物濃度であって該光吸収層よりバンドギャップ
が広いものであり、 該第１の半導体層の厚さはキャリヤの平均自由行程より
小である構造をとる。
典型的には、光吸収層がｎ−ＩｎＧａＡｓ、増倍層がｎ
−ＩｎＰである場合、光吸収層側の電界緩和層をｎ”
ＩｎＧａＡｓ、増倍層側の電界緩和層をｎ”ｌｎＰと
する。
−ＩｎＰである場合、光吸収層側の電界緩和層をｎ”
ＩｎＧａＡｓ、増倍層側の電界緩和層をｎ”ｌｎＰと
する。
〔作 用］
第２図は本発明のＡＰＤの動作領域の不純物濃度分布と
、それに対応させた電界分布を示す図である。以下、該
図面を参照しながら本発明のＡＰＤ構造の作用を説明す
る。
、それに対応させた電界分布を示す図である。以下、該
図面を参照しながら本発明のＡＰＤ構造の作用を説明す
る。
同図（Ｂ）には本発明のＡＰＤを構成する各領域の不純
物濃度が示されている。左端はｐ″領域あり、これに隣
接してｐ／ｎ接合を形成するｎ−９１域はＩｎＰのキャ
リヤ増倍領域である。更に該領域に隣接してｎ’ＩｎＰ
の電界緩和領域（ａ）が設けられているが、該領域の不
純物濃度は通常のＡＰＤに於ける電界降下領域の不純物
濃度より若干低く設定され、該領域に於ける電界降下が
抑制されている。
物濃度が示されている。左端はｐ″領域あり、これに隣
接してｐ／ｎ接合を形成するｎ−９１域はＩｎＰのキャ
リヤ増倍領域である。更に該領域に隣接してｎ’ＩｎＰ
の電界緩和領域（ａ）が設けられているが、該領域の不
純物濃度は通常のＡＰＤに於ける電界降下領域の不純物
濃度より若干低く設定され、該領域に於ける電界降下が
抑制されている。
ＩｎＧａＡｓ光吸収領域の不純物濃度はｎ−であるが、
該領域の中、ＩｎＰの電界降下領域に隣接する部分（ｂ
）だけは不純＃ｙＪ濃度が高＜ｎ”である。
該領域の中、ＩｎＰの電界降下領域に隣接する部分（ｂ
）だけは不純＃ｙＪ濃度が高＜ｎ”である。
電界分布は同図（Ａ）に示されている通りで、増倍領域
の高電界は先ず電界降下領域（ａ）で低下することにな
るが、通常の程度までは下がらず、ヘテロ接合部すなわ
ち領域（ａ）と領域（ｂ）の境界部の電界を高（維持し
ている。電界分布は追加的電界降下領域である領域（ｂ
）で更に降下し、ｎ゛の光吸収領域はアバランシェの生
ずることのない程度に低電界となっている。
の高電界は先ず電界降下領域（ａ）で低下することにな
るが、通常の程度までは下がらず、ヘテロ接合部すなわ
ち領域（ａ）と領域（ｂ）の境界部の電界を高（維持し
ている。電界分布は追加的電界降下領域である領域（ｂ
）で更に降下し、ｎ゛の光吸収領域はアバランシェの生
ずることのない程度に低電界となっている。
本発明のＡＰＤに於いては電界分布は以上のようなもの
であり、ヘテロ接合部の電界が高められているため正孔
のパイルアップが低減され、ＡＰＤの動作が高速となっ
ている。なお、ｎ″ ＩｎＧ ａ Ａ ｓ ９９域が高
電界となる点については、その厚さがキャリヤの平均自
由行程より小であるためアバランシェが生ずることはな
く、ＣＢ積の減少は起こらない。
であり、ヘテロ接合部の電界が高められているため正孔
のパイルアップが低減され、ＡＰＤの動作が高速となっ
ている。なお、ｎ″ ＩｎＧ ａ Ａ ｓ ９９域が高
電界となる点については、その厚さがキャリヤの平均自
由行程より小であるためアバランシェが生ずることはな
く、ＣＢ積の減少は起こらない。
上記作用効果を生ずるためにＩｎＧａＡｓ光吸収領域中
に設けられる高不純物領域（ｂ）が備えるべき基本的条
件は上に述べた通りであるが、これを更に具体的化する
と、該領域の厚さと不純物濃度との積が４ ｘ １０
” Ｃｍ −ｚ以上であることになる。
に設けられる高不純物領域（ｂ）が備えるべき基本的条
件は上に述べた通りであるが、これを更に具体的化する
と、該領域の厚さと不純物濃度との積が４ ｘ １０
” Ｃｍ −ｚ以上であることになる。
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、ＡＰＤを構成す
る各層の不純物濃度と厚さの例を示す。
である。以下、該図面を参照しながら、ＡＰＤを構成す
る各層の不純物濃度と厚さの例を示す。
ｎ”ＴｎＰの基板１上にｎ ”ｉ １ ＸＩＯ”ｃｍ−
３、厚さ１．５ ｐ ｍのＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ＠
２が光吸収層として設けられており、その上にｎ ’
、 ４．８ Ｘ１０１７ｃｍ−’厚さ１００人のＩｎＧ
ａＡｓ層３が第２の電界降下層として設けられている。
３、厚さ１．５ ｐ ｍのＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ＠
２が光吸収層として設けられており、その上にｎ ’
、 ４．８ Ｘ１０１７ｃｍ−’厚さ１００人のＩｎＧ
ａＡｓ層３が第２の電界降下層として設けられている。
ＩｎＰの第１の電界降下層４はｎ ’、 ４．８ＸＩＯ
１７ＣＩ１１−３、厚さ４００人であり、キャリヤ増倍
層５はｎ＃ Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３、厚さ１．５ ｇ
ｍのＩｎＰである。
１７ＣＩ１１−３、厚さ４００人であり、キャリヤ増倍
層５はｎ＃ Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３、厚さ１．５ ｇ
ｍのＩｎＰである。
これ等、基板上に設けられる４つの層はいづれもＭＯＶ
ＰＥによって形成される。
ＰＥによって形成される。
陽極であるｐ″領域６はＩｎＰ層５に選択的にＣｄを１
．０ａｍの深さに拡散して形成される。ガードリング７
はＢｅ＋のイオン注入によって形成され、８はＳｉＮパ
ッシベーション膜、９は環状に形成されたＡ ｕ ／
Ｚ ｎ ／ Ａ ｕのＰ−コンタクト金属、１０はＡ
ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕのｎ−コンタクト金属である。
．０ａｍの深さに拡散して形成される。ガードリング７
はＢｅ＋のイオン注入によって形成され、８はＳｉＮパ
ッシベーション膜、９は環状に形成されたＡ ｕ ／
Ｚ ｎ ／ Ａ ｕのＰ−コンタクト金属、１０はＡ
ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕのｎ−コンタクト金属である。
これ等は通常のＡＰＤと同じであり、各金属層の厚さは
、Ｐ−コンタクトに於いてＡｕ１２０人、Ｚｎ８０人、
Ａｕ４００人、ｎ−コンタクトに於いてＡ ｕ Ｇ ｅ
３００人、Ａｕ２７００人である。光はＰ″領領土上
ＳｉＮ膜８を透過して入射する。
、Ｐ−コンタクトに於いてＡｕ１２０人、Ｚｎ８０人、
Ａｕ４００人、ｎ−コンタクトに於いてＡ ｕ Ｇ ｅ
３００人、Ａｕ２７００人である。光はＰ″領領土上
ＳｉＮ膜８を透過して入射する。
上記構造のＡＰＤでは、光吸収領域の電界を１、３ Ｘ
１０５Ｖ ／ ｃｍに抑えた時にヘテロ接合部の電界
値を２Ｘ１０５Ｖ／ｃｍまで高めることが出来る。
１０５Ｖ ／ ｃｍに抑えた時にヘテロ接合部の電界
値を２Ｘ１０５Ｖ／ｃｍまで高めることが出来る。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば光吸収領域にアバ
ランシェを起こさせることなくヘテロ接合部を高電界と
することが可能であり、トンネル効果によってキャリヤ
はへテロ接合を容易に通過するようになる。その結果、
キャリヤのパイルアップは低減され、ＡＰＤの動作が高
速化される。
ランシェを起こさせることなくヘテロ接合部を高電界と
することが可能であり、トンネル効果によってキャリヤ
はへテロ接合を容易に通過するようになる。その結果、
キャリヤのパイルアップは低減され、ＡＰＤの動作が高
速化される。
第１図は実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式第２図は
本発明のＡＰＤの作用を説明するための図、 第３図は従来のＡＰＤの構造を示す断面模式図、第４図
は従来のＡＰＤの問題点を説明する図、第５図はパイル
アップを説明するエネルギ帝国であって、 図に於いて １はｎ″ ｎＰ基板、 ２はｎ” ｎＣ；ａＡｓである光吸収層、３はｎ″
ｎＧａＡｓである電界降下層、４はｎ” ｎＰである
電界降下層、 ５はｎ−ｎＰであるキャリヤ増倍層、 ６はｐ゛拡散領域である陽極、 ７はガードリング、 ８はＳｉＮパッシベーション膜、 ９はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ ／ Ａ ｕのｐ−コンタクト
金属、１０はＡ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕのｎ−コンタ
クト金属電界強度 実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式図第１図 従来のＡＰＤの構造を示す断面模式図 第３図 本発明のＡＰＤの作用を説明するための図第２図 電界強度 従来のＡＰＤの問題点を説明する間 第 図 パイルアップを説明するエネルギ帝国 第 図
本発明のＡＰＤの作用を説明するための図、 第３図は従来のＡＰＤの構造を示す断面模式図、第４図
は従来のＡＰＤの問題点を説明する図、第５図はパイル
アップを説明するエネルギ帝国であって、 図に於いて １はｎ″ ｎＰ基板、 ２はｎ” ｎＣ；ａＡｓである光吸収層、３はｎ″
ｎＧａＡｓである電界降下層、４はｎ” ｎＰである
電界降下層、 ５はｎ−ｎＰであるキャリヤ増倍層、 ６はｐ゛拡散領域である陽極、 ７はガードリング、 ８はＳｉＮパッシベーション膜、 ９はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ ／ Ａ ｕのｐ−コンタクト
金属、１０はＡ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕのｎ−コンタ
クト金属電界強度 実施例のＡＰＤの構造を示す断面模式図第１図 従来のＡＰＤの構造を示す断面模式図 第３図 本発明のＡＰＤの作用を説明するための図第２図 電界強度 従来のＡＰＤの問題点を説明する間 第 図 パイルアップを説明するエネルギ帝国 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 一導電型の光吸収層と同導電型のキャリヤ増倍層との間
に同導電型の電界緩和層が設けられたアバランシェ・フ
ォトダイオードであって、 前記光吸収層はＩｎＧａＡｓ層であり、 前記電界緩和層は、１００Å以下の厚さのＩｎＧａＡｓ
層であって該厚さとの積が４×１０＾１＾１ｃｍ＾−＾
２以上となる不純物濃度を有し且つ前記光吸収層に隣接
する第１の層と、ＩｎＰ層であって前記第１の層及び前
記増倍層に隣接する第２の層より成り、前記増倍層は前
記第２の層より低不純物濃度であると共に、 前記増倍層中に受光部である反対導電型領域が設けられ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2058902A JPH03259573A (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2058902A JPH03259573A (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | アバランシェ・フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03259573A true JPH03259573A (ja) | 1991-11-19 |
Family
ID=13097737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2058902A Pending JPH03259573A (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | アバランシェ・フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03259573A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06291359A (ja) * | 1993-04-07 | 1994-10-18 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2006302954A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子および該半導体受光素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-03-09 JP JP2058902A patent/JPH03259573A/ja active Pending
Cited By (3)
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