JPH0411788A - 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、半導体装置に係り、特に暗電流の小さなフ
ォ（・ダイオード（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ　：以下、
ＰＤと略す）に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来のＩ　ｎ　Ｐ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓプレーナ型
ＰＤの代表的な構造を示す図で、第２図（ａ）は平面図
、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）のＡ−Ａ断面図である
。第２図において、１はｎ　　−ＩｎＰ基板（以下、単
に基板という。その他の符号についても同様とする。）
、２はこの基板１上に、例えば気相成長法などの結晶成
長法で形成され、ドーバノ１−を含まないアンドープ成
長で、キャリア濃度が室温でＩ　Ｘ　１０　”〜ｌＸｌ
０”／ａｍ３程度ノｎ　−−Ｉ　ｎ　Ｐバッファ層、３
はこのバッファ層２上に同様に連続的に形成され、アン
ドープ成長でキャリア濃度Ｎ７が１×１０１５／Ｃｆｆ
１３程度以下となるようにコントロールされたｎ−−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層、４はこの光吸収層３上に同様に連
続的に形成され、アンドープ成長で、キャリア濃度が１
×１０１Ｓ〜１×１０１６／Ｃｆｆｌ３程度のｎＩｎＰ
窓層、５はこの窓層４側から前記光吸収層３へ約０．５
μｍ進入するように選択的に、例えばＺｎなどのアクセ
プタを拡散し、導電型が結晶成長層のｎ型からｐ型へ反
転して得られた導電型反転領域、８は前記窓層４および
導電型反転領域５上に形成され、導電型反転領域５上の
一部に形成された電流取り出し領域（コノタフ１−ホー
ル）を除く他の部分に形成された、例えばシリコン窒化
膜などの絶縁体からなる表面保護層、９は前述したコン
タクトホールで、電流を取り出すためのもので、導電型
反転領域５の一部の領域上の前記表面保護層８に部分的
に形成されている。１０は前記コノタフ１−ホール９を
介して前記導電型反転領域５に接触するｐ電極、１１は
前記基板１に接触するｎ電極、５１は前記導電型反転領
域５を窓層４側から見た場合の外周線、１０１は前記ｐ
電極１０を前記窓層４側から見た場合の外周線である。

次に動作について説明する。

一般的にＩｎＰ基板１上に結晶成長され、格子定数がＩ
ｎＰに合ったＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップ波長λ、
は、＾、≧１．６７μｍであり、方、ＩｎＰてはλ８≧
０．９３μｍであるので、第２図に示したブし−ナ型の
ＰＤの波長感度は、λ≧１．０〜１．６μｍ帯にある。

そこで、入射光の波長が１．３μｍの場合の動作を説明
する。ＰＤ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
印加電圧セロまたは負電圧（−５〜−１０Ｖ）が印加さ
れる。したがって、導電型反転領域５は窓層４、光吸収
層３に対して同電位もしくは逆バイアス状態となるため
、導電型反転領域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り、光吸収
層３のキャリア濃度Ｎ、がｌＸｌ０”／ａｍ３以下に低
くしであるため、無バイアス状態でも２〜３μｍ程度の
大きさとなり、表面保護層８を介して導電型反転領域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１１を介して外部
回路へ光電流として観測されるため、キャリア濃度Ｎ丁
を低くして空乏層を広くすることで、光電変換効率の高
いＰＤを得ることができる。

次に、暗電流特性に関して述へる。暗電流とは、一般的
に入射光がゼロの場合の特定の逆バイアス電圧における
逆方向電流のことで、要因としては、０表面リーク電流
、■結晶欠陥等による内部リク電流に主に大別されるが
、中でも■の表面リク電流がもっとも多いとされている
。表面リーク電流が大きくなる原因として考えられるも
のは、特に電界の集中するｐｎ接合部分、すなわち、第
２図（ａ）に示した外周線５１での異物付着、可動イオ
ノや不純物付着、結晶欠陥等であり。製造プロセスの無
しん化汚染源排除２結晶成長技術の向上等の改善を行う
ことで対処している。したがって、上述の原因による表
面リーク電流の増大は、ＰＤ特性、特にＶ−Ｉ特性の不
安定性を招き、信頼性を悪くする主要な要因とされてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のように構成された従来のゴし−ナ
型ＰＤは、暗電流の増加を起こし、信頼性悪化を招く表
面リーク電流の低減には、上述の通りの対策が考えられ
るが、現実的に完全な表面状態を得ることは困難で、受
光径、すなわち導電型反転領域５の表面保護層８側から
見た面積の大きいＰＤの場合はどＰＮ接合となる外周線
５１の大きさが太き（なるため、表面リーク電流が大き
くなり、暗電流が大きくなるといった問題がある。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになさ
れたもので、受光径の大きなＰＤでも、暗電流の小さい
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〕

この発明に係る半導体受光装置は、第１の導電型を有す
るＩｎＰ基板と、このＩｎＰ基板上に直接もしくは第１
の導電型を有するＩｎＰバッファ層を介して積層された
第１の導電型を有する光吸収動作用のＩｎＧａＡｓ光吸
収層と、このＩｎＧａＡｓ光吸収層上に積層された第１
の導電型を有するＩｎＰ窓層と、このＩｎＰ窓層の表面
側から少なくともＩｎＧａＡｓ光吸収層に達する深さで
、かつＩｎＰ窓層の主面の少なくとも一部分の領域に形
成された第２の導電型を有する導電型反転領域と、Ｉｎ
Ｐ窓層の表面側から、少な（とも導電型反転領域の深さ
よりも浅い深さで、かつＩｎＰ窓層の主面上、導電型反
転領域の一部の領域である電流取り出し領域を除く他の
領域に形成された高抵抗領域と、電流取り出し領域を除
く、ＩｎＰ窓層上の他の領域に形成された表面保護膜と
、電流取り出し領域上に直接もしくは第２の導電型を有
するＩｎＧａＡｓもしく（よＩｎＧａＡｓＰからなるオ
ーミックコノタクト層を介して電気的に導通する第１の
電極と、ＩｎＰ基板上に電気的に導通する第２の電極と
を備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、窓層表面に存在するｐｎ接合とな
る外周線の長さを受光径の大きなＰＤの場きても小さく
てきることによって、表面リーク電流を小さくでき、し
たがって暗電流が小さ（なる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図について説明する。

第１図（、）　　　（ｂ）はこの発明の半導体受光装置
の一実施例を示す図で、第１図（ａ）は平面図、第１図
（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第１図
において、第２図と同一符号は同一部分を示し、６は前
記導電型反転領域５を形成した後、同様な手順で今度は
Ｆｅ元素単体もしくはＦｅ元素を含む化合物の拡散を導
電型反転領域５内の一部の領域を除いて、窓層４の表面
側かう浅く、例えば０．２〜０．５μｍ程度拡散するこ
とによって新たに形成された高抵抗領域、５２は第２図
の外周線１０１と同様にｐ電極１ｏの外周線を示すとと
もに、高抵抗領域６の内周線を示す。

上記のようなＰＤにおいても、従来のものと同様ｐ電極
１ｏにｎ電極１１に対して印加電圧上口もしくは負電圧
を印加し、１．３μｍ程度の波長の光を表面保護層８上
から導電型反転領域５に入射すると、光吸収層３に吸収
された光は、キャリアを生し、特に導電型反転領域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、空乏層内の電界にょるドリフト電流となり、
外部回路に観測される。

この発明におけるＰＤは、導電型反転領域５゜窓層４の
一部にＦｅ元素の拡散によって形成された高抵抗領域６
が新たに形成しであるが、入射光は波長が約１．３μｍ
であり、窓層４のバンドギャップが広＜、１．ｓμｍの
波長の光に対しては透明であるため、何ら影響はなく、
受光領域としては従来のＰＤと変わらず、第１図（、）
に示した外周線５１に囲まれた内側の領域のうち、ｐ電
極１０の外周線５２に囲まれた内側の領域を除いた領域
となる。一方、暗電流特性を悪化させ、信頼性を悪くす
る原因となる表面リーク電流の主要な発生源である表面
に形成されたｐｎ接合の長さは、従来のＰＤが第２図（
ａ）の外周線５１であるのに比へ、この発明のＰＤは第
１図（ａ）の外周線５２であるため、同し受光径を有す
るＰＤの場合でも、表面に形成されたｐｎ接合の長さを
大幅に小さくすることができる。

なお、上記実施例では、高抵抗領域６の形成方法として
Ｆｅ元素の拡散を用いｔ：場合を説明したが、Ｆｅ元ｉ
のイオウ注入や、Ｆｅ元素をトーハノトとじた液相や気
相により結晶成長を用いた方法でもよく、同し目的と結
果を与える。また、基板１ばｎ型として説明したが、ｐ
型でも良く、以下、他の部分の導電型は全て反対導電型
とすることも可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、第１の導電型を有す
るＩｎＰ基板と、このＩｎＰ基板上に直接もしくは第１
の導電型を有するＩｎＰバッファ層を介して積層された
第１の導電導電型を有する光吸収動作用のＩ　ｎＧａＡ
ｓ光吸収層と、このＩｎＧａＡｓ光吸収層上に積層され
た第１の導電型を有するＩｎＰ窓層と、乙のＩｎＰ窓層
の表面側から少なくともＩｎＧａＡｓ光吸収層に達する
深さで、かつＩｎＰ窓層の主面の少なくとも一部分の領
域に形成された第２の導電型を有する導電型反転領域と
、ＩｎＰ窓層の表面側から、少なくとも導電型反転領域
の深さよりも浅い深さで、かつＩｎＰ窓層の主面上、導
電型反転領域の一部の領域である電流取り出し領域を除
く他の領域に形成された高抵抗領域と、電流取り出し領
域を除く、ＩｎＰ窓層上の他の領域に形成された表面保
護膜と、電流取り出し領域上に直接もしくは第２の導電
型を有するＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰからな
るオーミックコンタクト層を介して電気的に導通する第
１の電極と、ＩｎＰ基板上に電気的に導通する第２の電
極とを備えたので、窓層表面に形成されたｐｎ接合の長
さは、受光径の大きな場合でも大幅に小さくすることが
でき、表面リーク電流の大きさはｐｎ接合の長さに比例
するためＺ表面リーク電流を小さくすることができ、暗
電流を減少させ、信頼性を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例を示す図で
、第１図（ａ３は半導体受光装置の平面図、第１図（ｂ
）は、第１図（ａ）の断面図、第２図（ａ）　　　（ｂ
）は従来の半導体受光装置を示す図で、第１図（ａ）、
（ｂ）と同様な平面図および断面図である。 図において、１はｎ”−ＩｎＰ基板、２はｎＩｎＰバ、
ソファ層、３はｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、４はｎ−
−ＩｎＰ窓層、５は導電型反転領域、６ば高抵抗領域、
８は表面保護層、９はコラタフ！・ホール、１０はｐ電
極、１１はｎ電極、５１．５２はそれぞれ外周線である
。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１の導電型を有するＩｎＰ基板と、このＩｎＰ基板
   上に直接もしくは第１の導電型を有するＩｎＰバッファ
   層を介して積層された第１の導電型を有する光吸収動作
   用のＩｎＧａＡｓ光吸収層と、このＩｎＧａＡｓ光吸収
   層上に積層された第１の導電型を有するＩｎＰ窓層と、
   このＩｎＰ窓層の表面側から少なくとも前記ＩｎＧａＡ
   ｓ光吸収層に達する深さで、かつ前記ＩｎＰ窓層の主面
   の少なくとも一部分の領域に形成された第２の導電型を
   有する導電型反転領域と、前記ＩｎＰ窓層の表面側から
   、少なくとも前記導電型反転領域の深さよりも浅い深さ
   で、かつ前記ＩｎＰ窓層の主面上、前記導電型反転領域
   の一部の領域である電流取り出し領域を除く他の領域に
   形成された高抵抗領域と、前記電流取り出し領域を除く
   、前記ＩｎＰ窓層上の他の領域に形成された表面保護膜
   と、前記電流取り出し領域上に直接もしくは第２の導電
   型を有するＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰからな
   るオーミックコンタクト層を介して電気的に導通する第
   １の電極と、前記ＩｎＰ基板上に電気的に導通する第２
   の電極とを備えたことを特徴とする半導体受光装置。