JPH04320069A - アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 - Google Patents
アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法Info
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- JPH04320069A JPH04320069A JP3086835A JP8683591A JPH04320069A JP H04320069 A JPH04320069 A JP H04320069A JP 3086835 A JP3086835 A JP 3086835A JP 8683591 A JP8683591 A JP 8683591A JP H04320069 A JPH04320069 A JP H04320069A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信における
微小光信号の検出に用いるアバランシェフォトダイオー
ド及びこれの製造方法に関する。
微小光信号の検出に用いるアバランシェフォトダイオー
ド及びこれの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のアバランシェ・フォトダイオード
としては、例えば図４に示すようなものがある。これは
、ｎ＋ −ＩｎＰ基板１上にｎ− −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層２を形成し、この光吸収層２上にｎ−ＩｎＰ増倍層
３を形成し、この増倍層３の上面側からｐ型の不純物を
選択拡散して、ｐ＋ 受光領域４を形成することによっ
て製造したものである。
としては、例えば図４に示すようなものがある。これは
、ｎ＋ −ＩｎＰ基板１上にｎ− −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層２を形成し、この光吸収層２上にｎ−ＩｎＰ増倍層
３を形成し、この増倍層３の上面側からｐ型の不純物を
選択拡散して、ｐ＋ 受光領域４を形成することによっ
て製造したものである。
【０００３】このようなアバランシェ・フォトダイオー
ドでは、図４に示すように増倍層３とｐ＋ 受光領域４
とによって形成されたｐ＋ −ｎ接合にアバランシェブ
レークダウンを起こす寸前の逆バイアスを、ｐ＋ 受光
領域４と基板１との間に電源５を印加することによって
与える。この逆バイアス状態では、増倍層３及び光吸収
層２内に空乏層６が形成されている。この状態において
、ｐ＋ 受光領域４に入射した光信号は、空乏層６を通
過して光吸収層２に到達し、ここで吸収されることによ
って、電子、ホール対を発生する。このうちホールは、
空乏層６の電界によってドリフトし、空乏層６内に注入
される。この注入されたホールは、増倍層３中で加速さ
れ、その大きな運動エネルギーを持って空乏層６中の格
子原子と衝突し、これを電離して、電子とホールとの対
を発生させる。この現象は連鎖的に起こり、多数のホー
ル及び電子が発生し、ホールが受光領域４を介して電源
５に流れる。一方、電子は空乏層６から光吸収層２、基
板１を介して電源５に流れる。従って、光信号を増倍し
た電流が流れることとなる。
ドでは、図４に示すように増倍層３とｐ＋ 受光領域４
とによって形成されたｐ＋ −ｎ接合にアバランシェブ
レークダウンを起こす寸前の逆バイアスを、ｐ＋ 受光
領域４と基板１との間に電源５を印加することによって
与える。この逆バイアス状態では、増倍層３及び光吸収
層２内に空乏層６が形成されている。この状態において
、ｐ＋ 受光領域４に入射した光信号は、空乏層６を通
過して光吸収層２に到達し、ここで吸収されることによ
って、電子、ホール対を発生する。このうちホールは、
空乏層６の電界によってドリフトし、空乏層６内に注入
される。この注入されたホールは、増倍層３中で加速さ
れ、その大きな運動エネルギーを持って空乏層６中の格
子原子と衝突し、これを電離して、電子とホールとの対
を発生させる。この現象は連鎖的に起こり、多数のホー
ル及び電子が発生し、ホールが受光領域４を介して電源
５に流れる。一方、電子は空乏層６から光吸収層２、基
板１を介して電源５に流れる。従って、光信号を増倍し
た電流が流れることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アバランシェ・フォト
ダイオードにおいて、利得・帯域積（ＧＢ積）を向上さ
せることが望まれている。ＧＢ積を向上させるには、空
乏層６の最大電界を高めて、ホールが速やかに空乏層６
を通過する必要がある。そのため、増倍層３のキャリア
濃度を増加させ、これによって空乏層６の電界勾配を急
峻にし、その結果、最大電界を高める必要がある。また
、増倍層３のキャリア濃度を高めるには、増倍層３の幅
Ｗｂを狭くする必要がある。図５は、増倍層３のキャリ
ア濃度ＮｂとＧＢ積との関係及びキャリア濃度Ｎｂと増
倍層３の厚さＷｂとの関係を示したもので、上述したよ
うにＧＢ積を大きくするにはキャリア濃度を高める必要
があり、それには増倍層３の厚さＷｂを薄くする必要が
ある。特に、例えばＧＢ積を１００以上とするために、
キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３に高めようとする
と、Ｗｂは０．２μｍ程度まで小さくしなければならな
い。このＷｂの精度は、ｐ＋ 受光領域４を選択拡散し
た際の拡散の精度に左右されるが、選択拡散を０．１μ
ｍのオーダの精度で制御することは困難であった。例え
ば、特開平１−２６１８７４号公報に形成されているよ
うに、ｐ＋ 受光領域の直下に不純物濃度の低い１つの
ｎ− −ＩｎＰ層と、不純物濃度の高い１つのｎ＋ −
ＩｎＰ層とをｐ＋ 受光領域側からこの順に設け、これ
らを増倍層として使用すると、増倍層の厚さを厚くした
上で、ＧＢ積を向上させることができる。しかし、これ
では、不純物濃度の低い層と高い層の厚さの比率が不明
確であり、仮に不純物濃度の高い層の厚さが低い層より
も薄いと、光吸収層側から増倍層側へ注入されたホール
は、不純物濃度の高い層で急速に加速されて、増倍作用
を営んだ後、距離の長い不純物濃度の低い層を低い速度
で通り抜ける。受光領域と不純物濃度の低い層との接合
付近で電離によって発生した電子は、比較的低い速度で
出発し、低い濃度の層をゆっくりと通り、不純物濃度の
高い層を通り、光吸収層に向かう。従って、アバランシ
ェ・フォトダイオードの応答性が劣化するという問題が
発生する。仮に不純物濃度の高い層と低い層との厚さを
等しくしたとすると、不純物濃度の高い層での最高電界
が小さくなり、充分な増倍作用を発揮しなくなるという
問題が発生する。
ダイオードにおいて、利得・帯域積（ＧＢ積）を向上さ
せることが望まれている。ＧＢ積を向上させるには、空
乏層６の最大電界を高めて、ホールが速やかに空乏層６
を通過する必要がある。そのため、増倍層３のキャリア
濃度を増加させ、これによって空乏層６の電界勾配を急
峻にし、その結果、最大電界を高める必要がある。また
、増倍層３のキャリア濃度を高めるには、増倍層３の幅
Ｗｂを狭くする必要がある。図５は、増倍層３のキャリ
ア濃度ＮｂとＧＢ積との関係及びキャリア濃度Ｎｂと増
倍層３の厚さＷｂとの関係を示したもので、上述したよ
うにＧＢ積を大きくするにはキャリア濃度を高める必要
があり、それには増倍層３の厚さＷｂを薄くする必要が
ある。特に、例えばＧＢ積を１００以上とするために、
キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３に高めようとする
と、Ｗｂは０．２μｍ程度まで小さくしなければならな
い。このＷｂの精度は、ｐ＋ 受光領域４を選択拡散し
た際の拡散の精度に左右されるが、選択拡散を０．１μ
ｍのオーダの精度で制御することは困難であった。例え
ば、特開平１−２６１８７４号公報に形成されているよ
うに、ｐ＋ 受光領域の直下に不純物濃度の低い１つの
ｎ− −ＩｎＰ層と、不純物濃度の高い１つのｎ＋ −
ＩｎＰ層とをｐ＋ 受光領域側からこの順に設け、これ
らを増倍層として使用すると、増倍層の厚さを厚くした
上で、ＧＢ積を向上させることができる。しかし、これ
では、不純物濃度の低い層と高い層の厚さの比率が不明
確であり、仮に不純物濃度の高い層の厚さが低い層より
も薄いと、光吸収層側から増倍層側へ注入されたホール
は、不純物濃度の高い層で急速に加速されて、増倍作用
を営んだ後、距離の長い不純物濃度の低い層を低い速度
で通り抜ける。受光領域と不純物濃度の低い層との接合
付近で電離によって発生した電子は、比較的低い速度で
出発し、低い濃度の層をゆっくりと通り、不純物濃度の
高い層を通り、光吸収層に向かう。従って、アバランシ
ェ・フォトダイオードの応答性が劣化するという問題が
発生する。仮に不純物濃度の高い層と低い層との厚さを
等しくしたとすると、不純物濃度の高い層での最高電界
が小さくなり、充分な増倍作用を発揮しなくなるという
問題が発生する。
【０００５】本発明は、上記の問題点を解決したアバラ
ンシェ・フォトダイオード及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
ンシェ・フォトダイオード及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によるアバランシ
ェ・フォトダイオードは、従来のものと同様に、第１の
導電型の半導体基板と、この基板上に形成された第１の
導電型の光吸収層と、この吸収層上に形成された第１の
導電型の増倍層と、この増倍層上に形成された第２の導
電型の受光層とを、具備している。そして、増倍層を、
不純物濃度の高い層と低い層とからなる組を複数組有す
るものとされている。なお、不純物濃度の高い層を不純
物濃度の低い層よりも薄く形成することもできる。
ェ・フォトダイオードは、従来のものと同様に、第１の
導電型の半導体基板と、この基板上に形成された第１の
導電型の光吸収層と、この吸収層上に形成された第１の
導電型の増倍層と、この増倍層上に形成された第２の導
電型の受光層とを、具備している。そして、増倍層を、
不純物濃度の高い層と低い層とからなる組を複数組有す
るものとされている。なお、不純物濃度の高い層を不純
物濃度の低い層よりも薄く形成することもできる。
【０００７】また、本発明によるアバランシェ・フォト
ダイオードの製造方法は、第１の導電型の半導体基板上
に第１の導電型の光吸収層を形成し、この光吸収層上に
、不純物濃度の高い第１の導電型の半導体層と不純物濃
度の低い半導体層との組を複数組積層し、この積層層上
に第１の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に第
２の導電型の不純物を拡散して受光領域を形成するもの
である。
ダイオードの製造方法は、第１の導電型の半導体基板上
に第１の導電型の光吸収層を形成し、この光吸収層上に
、不純物濃度の高い第１の導電型の半導体層と不純物濃
度の低い半導体層との組を複数組積層し、この積層層上
に第１の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に第
２の導電型の不純物を拡散して受光領域を形成するもの
である。
【０００８】
【作用】本発明によるアバランシェ・フォトダイオード
では、不純物濃度の高い層と低い層とからなる組を複数
組設けて増倍層を構成しているので、不純物濃度の高い
層での電界は高くなり、不純物濃度の低い層の電界は低
くなる。その結果、電界の高い層と低い層とが交互に形
成される。従って、光吸収層から到来したホールは、こ
の電界の高い層でホールと電子との対を発生し、ホール
は電界の低い層を通って次の電界の高い層に入る。以下
、同様にして増倍作用が行われる。
では、不純物濃度の高い層と低い層とからなる組を複数
組設けて増倍層を構成しているので、不純物濃度の高い
層での電界は高くなり、不純物濃度の低い層の電界は低
くなる。その結果、電界の高い層と低い層とが交互に形
成される。従って、光吸収層から到来したホールは、こ
の電界の高い層でホールと電子との対を発生し、ホール
は電界の低い層を通って次の電界の高い層に入る。以下
、同様にして増倍作用が行われる。
【０００９】
【実施例】この実施例は、図１に示すように、ｎ＋ −
ＩｎＰ基板１０を有している。この基板は、例えば１０
０乃至３００μｍの厚さを有し、不純物として硫黄また
はすずを含み、その濃度は例えば１０１８ｃｍ−３台と
されている。また、この基板１０上には光吸収層１２が
形成されている。この光吸収層１２は、例えばｎ− −
Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓによって形成されており
、その厚さは例えば２乃至４μｍであり、不純物として
硫黄またはすずを含み、その濃度は例えば１０１５ｃｍ
−３台とされている。
ＩｎＰ基板１０を有している。この基板は、例えば１０
０乃至３００μｍの厚さを有し、不純物として硫黄また
はすずを含み、その濃度は例えば１０１８ｃｍ−３台と
されている。また、この基板１０上には光吸収層１２が
形成されている。この光吸収層１２は、例えばｎ− −
Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓによって形成されており
、その厚さは例えば２乃至４μｍであり、不純物として
硫黄またはすずを含み、その濃度は例えば１０１５ｃｍ
−３台とされている。
【００１０】光吸収層１２上には増倍層１４が設けられ
ている。この増倍層１４は、光吸収層１２に接している
不純物濃度の高いｎ＋ −ＩｎＰ層１６を有し、このＩ
ｎＰ層１６に接して不純物濃度の低いｎ− −ＩｎＰ層
１８が設けられている。ｎ＋ −ＩｎＰ層１６は、その
厚さが例えば０．０７μｍであり、不純物として硫黄ま
たはすずを使用しており、その濃度は例えば５×１０１
６ｃｍ−３とされている。また、ｎ− −ＩｎＰ層１８
は、その厚さが０．２３μｍとされ、不純物として硫黄
またはすずを使用しており、その濃度は例えば１×１０
１６ｃｍ−３とされている。即ち、ｎ＋ −ＩｎＰ層１
６の方がｎ− −ＩｎＰ層１８よりも薄く形成されてい
る。
ている。この増倍層１４は、光吸収層１２に接している
不純物濃度の高いｎ＋ −ＩｎＰ層１６を有し、このＩ
ｎＰ層１６に接して不純物濃度の低いｎ− −ＩｎＰ層
１８が設けられている。ｎ＋ −ＩｎＰ層１６は、その
厚さが例えば０．０７μｍであり、不純物として硫黄ま
たはすずを使用しており、その濃度は例えば５×１０１
６ｃｍ−３とされている。また、ｎ− −ＩｎＰ層１８
は、その厚さが０．２３μｍとされ、不純物として硫黄
またはすずを使用しており、その濃度は例えば１×１０
１６ｃｍ−３とされている。即ち、ｎ＋ −ＩｎＰ層１
６の方がｎ− −ＩｎＰ層１８よりも薄く形成されてい
る。
【００１１】ｎ− −ＩｎＰ層１８上には、ｎ＋ −Ｉ
ｎＰ層１６と同様なｎ＋ −ＩｎＰ層２０が形成されて
おり、さらにｎ＋ −ＩｎＰ層２０上には、ｎ− −Ｉ
ｎＰ層１８と同様なｎ− −ＩｎＰ層２２が形成されて
いる。また、ｎ− −ＩｎＰ層２２上にはｎ＋ −Ｉｎ
Ｐ層１６と同様なｎ＋ −ＩｎＰ層２４が形成され、ｎ
＋ −ＩｎＰ層２４上にはｎ− −ＩｎＰ層１８と同様
なｎ− −ＩｎＰ層２６が形成されている。このｎ−
−ＩｎＰ層２６上にはｎ＋ −ＩｎＰ層１６と同様なｎ
＋ −ＩｎＰ層２８が形成されている。そして、このｎ
＋ −ＩｎＰ層２８上には、後述するように受光領域３
０が 選択拡散によって形成されているｎ− −Ｉｎ
Ｐ層３２が形成されている。このｎ− −ＩｎＰ層３２
の受光領域３０の下面とｎ＋ −ＩｎＰ層２８との間に
位置する領域の厚さは、ｎ− −ＩｎＰ層１８の厚さと
ほぼ等しくされている。ｎ＋ −ＩｎＰ層１６、ｎ−
−ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ層２０、ｎ− −Ｉｎ
Ｐ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４、ｎ− −ＩｎＰ層２
６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ− −ＩｎＰ層３２にお
いて受光領域３０の下面とｎ＋ −ＩｎＰ層２８との間
に位置する領域３４とによって、増倍層１４が形成され
ている。そして、この増倍層１４は、ｎ＋ −ＩｎＰ層
とｎ− −ＩｎＰ層とを１組とし、これを複数組、例え
ば４組積層した構成であり、その全体の厚さＷｂは約１
．２μｍとされている。
ｎＰ層１６と同様なｎ＋ −ＩｎＰ層２０が形成されて
おり、さらにｎ＋ −ＩｎＰ層２０上には、ｎ− −Ｉ
ｎＰ層１８と同様なｎ− −ＩｎＰ層２２が形成されて
いる。また、ｎ− −ＩｎＰ層２２上にはｎ＋ −Ｉｎ
Ｐ層１６と同様なｎ＋ −ＩｎＰ層２４が形成され、ｎ
＋ −ＩｎＰ層２４上にはｎ− −ＩｎＰ層１８と同様
なｎ− −ＩｎＰ層２６が形成されている。このｎ−
−ＩｎＰ層２６上にはｎ＋ −ＩｎＰ層１６と同様なｎ
＋ −ＩｎＰ層２８が形成されている。そして、このｎ
＋ −ＩｎＰ層２８上には、後述するように受光領域３
０が 選択拡散によって形成されているｎ− −Ｉｎ
Ｐ層３２が形成されている。このｎ− −ＩｎＰ層３２
の受光領域３０の下面とｎ＋ −ＩｎＰ層２８との間に
位置する領域の厚さは、ｎ− −ＩｎＰ層１８の厚さと
ほぼ等しくされている。ｎ＋ −ＩｎＰ層１６、ｎ−
−ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ層２０、ｎ− −Ｉｎ
Ｐ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４、ｎ− −ＩｎＰ層２
６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ− −ＩｎＰ層３２にお
いて受光領域３０の下面とｎ＋ −ＩｎＰ層２８との間
に位置する領域３４とによって、増倍層１４が形成され
ている。そして、この増倍層１４は、ｎ＋ −ＩｎＰ層
とｎ− −ＩｎＰ層とを１組とし、これを複数組、例え
ば４組積層した構成であり、その全体の厚さＷｂは約１
．２μｍとされている。
【００１２】受光領域３０は、ｐ＋ −ＩｎＰ層によっ
て構成されており、その厚さは例えば１μｍとされ、不
純物として例えば亜鉛またはカドミウムが用いられ、そ
の濃度は例えば１０１８ｃｍ−３台とされている。
て構成されており、その厚さは例えば１μｍとされ、不
純物として例えば亜鉛またはカドミウムが用いられ、そ
の濃度は例えば１０１８ｃｍ−３台とされている。
【００１３】このように構成されたアバランシェ・フォ
トダイオードは、基板１０上に光吸収層１２、ｎ＋ −
ＩｎＰ層１６、ｎ− −ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ
層２０、ｎ− −ＩｎＰ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４
、ｎ− −ＩｎＰ層２６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ−
−ＩｎＰ層３２を、順に例えばＭＯＣＶＤ法またはＭ
ＢＥ法によって形成し、さらにｎ− −ＩｎＰ層３２の
上面側からｐ＋ −ＩｎＰを選択拡散することによって
受光領域３０を形成することによって製造される。
トダイオードは、基板１０上に光吸収層１２、ｎ＋ −
ＩｎＰ層１６、ｎ− −ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ
層２０、ｎ− −ＩｎＰ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４
、ｎ− −ＩｎＰ層２６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ−
−ＩｎＰ層３２を、順に例えばＭＯＣＶＤ法またはＭ
ＢＥ法によって形成し、さらにｎ− −ＩｎＰ層３２の
上面側からｐ＋ −ＩｎＰを選択拡散することによって
受光領域３０を形成することによって製造される。
【００１４】このアバランシェ・フォトダイオードは、
上述した従来のものと同様に増倍層１４とｐ＋ 受光領
域３０とによって形成されたｐ＋ −ｎ接合が、アバラ
ンシェブレークダウンを起こす寸前の逆バイアスを、ｐ
＋ 受光領域３０と基板１０との間に印加する。これに
よって、上述した従来のものと同様に、ｐ＋ 受光領域
３０に到来した光信号は、増倍層１４を介して光吸収層
１２に到達し、ここでホールと電子との対を形成し、ホ
ールは増倍層１４に形成された空乏層電界によって増倍
層１４に向かい、ここで格子原子と衝突して、格子原子
を電離し、ホールと電子との対を生成する。そして、ホ
ールはさらに増倍層１４内を進行し、さらにホールと電
子との対を生成する。以下、同様にして多数のホールと
電子が発生し、ホールはｐ＋ 受光領域３０に向かい、
電子は光吸収層１２を介して基板１０側に向かう。
上述した従来のものと同様に増倍層１４とｐ＋ 受光領
域３０とによって形成されたｐ＋ −ｎ接合が、アバラ
ンシェブレークダウンを起こす寸前の逆バイアスを、ｐ
＋ 受光領域３０と基板１０との間に印加する。これに
よって、上述した従来のものと同様に、ｐ＋ 受光領域
３０に到来した光信号は、増倍層１４を介して光吸収層
１２に到達し、ここでホールと電子との対を形成し、ホ
ールは増倍層１４に形成された空乏層電界によって増倍
層１４に向かい、ここで格子原子と衝突して、格子原子
を電離し、ホールと電子との対を生成する。そして、ホ
ールはさらに増倍層１４内を進行し、さらにホールと電
子との対を生成する。以下、同様にして多数のホールと
電子が発生し、ホールはｐ＋ 受光領域３０に向かい、
電子は光吸収層１２を介して基板１０側に向かう。
【００１５】図２は、この実施例の増倍層１４と光吸収
層１２とにおける深さ方向の電界分布を示したもので、
ｘ＝０がｐ＋ 受光領域３０とｎ− −ＩｎＰ層３２と
のｐ＋ −ｎ接合部を示し、ｘ＝ＷＢが増倍層１４と光
吸収層１２とのヘテロ接合部を示し、Ｅｍａｘはｘ＝０
での電界、Ｅｈはｘ＝ＷＢでの電界（ヘテロ接合電界）
を示す。増倍層１４及び光吸収層１２を上述したように
構成した場合、Ｅｍａｘは５×１０５ Ｖ／ｃｍ、Ｅｈ
は１．５×１０５ Ｖ／ｃｍとなる。そして、ｎ＋ −
ＩｎＰ層１６、ｎ− −ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ
層２０、ｎ− −ＩｎＰ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４
、ｎ− −ＩｎＰ層２６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ−
−ＩｎＰ層３４における電界勾配は、同図に示すよう
にｎ＋−ＩｎＰ層１６、２０、２４、２８において急峻
となり、ｎ− −ＩｎＰ層１８、２２、２６、３４にお
いて電界勾配が緩やかになる。即ち、階段状の電界勾配
を形成する。なお、平均的にみると、電界勾配は２．５
×１０１６ｃｍ−３の不純物濃度として、約２μｍの厚
さのｎ− −ＩｎＰ層を１層だけ増倍層として設けた場
合の電界勾配に近づけてある。電界が急峻となるのは、
ｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２４、２８における不純
物の濃度が高く、かつその厚さが薄いことに起因する。 また、電界勾配が緩やかになるのは、ｎ− −ＩｎＰ層
１８、２２、２６、３４における不純物濃度が低く、そ
の厚さが厚いことに起因する。
層１２とにおける深さ方向の電界分布を示したもので、
ｘ＝０がｐ＋ 受光領域３０とｎ− −ＩｎＰ層３２と
のｐ＋ −ｎ接合部を示し、ｘ＝ＷＢが増倍層１４と光
吸収層１２とのヘテロ接合部を示し、Ｅｍａｘはｘ＝０
での電界、Ｅｈはｘ＝ＷＢでの電界（ヘテロ接合電界）
を示す。増倍層１４及び光吸収層１２を上述したように
構成した場合、Ｅｍａｘは５×１０５ Ｖ／ｃｍ、Ｅｈ
は１．５×１０５ Ｖ／ｃｍとなる。そして、ｎ＋ −
ＩｎＰ層１６、ｎ− −ＩｎＰ層１８、ｎ＋ −ＩｎＰ
層２０、ｎ− −ＩｎＰ層２２、ｎ＋ −ＩｎＰ層２４
、ｎ− −ＩｎＰ層２６、ｎ＋ −ＩｎＰ層２８、ｎ−
−ＩｎＰ層３４における電界勾配は、同図に示すよう
にｎ＋−ＩｎＰ層１６、２０、２４、２８において急峻
となり、ｎ− −ＩｎＰ層１８、２２、２６、３４にお
いて電界勾配が緩やかになる。即ち、階段状の電界勾配
を形成する。なお、平均的にみると、電界勾配は２．５
×１０１６ｃｍ−３の不純物濃度として、約２μｍの厚
さのｎ− −ＩｎＰ層を１層だけ増倍層として設けた場
合の電界勾配に近づけてある。電界が急峻となるのは、
ｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２４、２８における不純
物の濃度が高く、かつその厚さが薄いことに起因する。 また、電界勾配が緩やかになるのは、ｎ− −ＩｎＰ層
１８、２２、２６、３４における不純物濃度が低く、そ
の厚さが厚いことに起因する。
【００１６】従って、光吸収層１２から到来したホール
は、電界勾配が急峻なｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２
４、２８においてそれぞれ急速に加速され、これらの層
でそれぞれ格子原子を電離し、ホールと電子との対を形
成する。このようにして形成されたホールは、ｐ＋ 受
光領域３０に向かう。また、このようにして形成された
電子は、増倍層１４に形成された空乏層の電界によって
光吸収層１２を介して基板１０側に向かう。ここで、不
純物濃度の高い、即ち電界勾配の急峻なｎ＋ −ＩｎＰ
層１６、２０、２４、２８の間に、不純物濃度の低い、
即ち電界勾配の緩やかなｎ− −ＩｎＰ層１８、２２、
２６、３４が形成されているので、増倍層１４の厚さを
通常に必要な厚さよりも厚くすることができる。また、
電界勾配の急峻なｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２４、
２８が設けられているので、ＧＢ積を向上させることが
できる。 しかも、不純物濃度が低いｎ− −ＩｎＰ層１８、２２
、２６、３４が分割して形成されているので、応答性が
良好になる。
は、電界勾配が急峻なｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２
４、２８においてそれぞれ急速に加速され、これらの層
でそれぞれ格子原子を電離し、ホールと電子との対を形
成する。このようにして形成されたホールは、ｐ＋ 受
光領域３０に向かう。また、このようにして形成された
電子は、増倍層１４に形成された空乏層の電界によって
光吸収層１２を介して基板１０側に向かう。ここで、不
純物濃度の高い、即ち電界勾配の急峻なｎ＋ −ＩｎＰ
層１６、２０、２４、２８の間に、不純物濃度の低い、
即ち電界勾配の緩やかなｎ− −ＩｎＰ層１８、２２、
２６、３４が形成されているので、増倍層１４の厚さを
通常に必要な厚さよりも厚くすることができる。また、
電界勾配の急峻なｎ＋ −ＩｎＰ層１６、２０、２４、
２８が設けられているので、ＧＢ積を向上させることが
できる。 しかも、不純物濃度が低いｎ− −ＩｎＰ層１８、２２
、２６、３４が分割して形成されているので、応答性が
良好になる。
【００１７】図３に実線で示したのは、この実施例のア
バランシェ・フォトダイオードの遮断周波数ｆｃの増倍
率Ｍに対する依存性を示したもので、遮断周波数は５．
２ＧＨｚである。点線で示したのは、図４に示す従来の
構造のものにおいて増倍層の不純物濃度を５×１０１６
ｃｍ−３、２．５×１０１６ｃｍ−３、１×１０１６ｃ
ｍ−３とし、Ｗｂをそれぞれ図５の不純物濃度とＷｂと
の関係に基づいた厚さとした場合の増倍率Ｍに対する依
存性を示したものである。なお、従来のものの遮断周波
数ｆｃは、それぞれ９．１ＧＨｚ（ｆｃ１）、５．２Ｇ
Ｈｚ（ｆｃ２）、２．５ＧＨｚ（ｆｃ３）である。この
図において遮断周波数が一定の領域は、Ｗｂに依存した
走行時間制限領域である。遮断周波数と増倍率Ｍとの積
が一定な領域は、増倍時間、即ちＧＢ積に制限された領
域である。 この実施例によるものでは、増倍率Ｍの小さい領域で従
来の不純物濃度を２．５×１０１６ｃｍ−３としたもの
と同様な遮断周波数特性を示すが、増倍率Ｍの大きな領
域で不純物濃度を５×１０１６ｃｍ−３としたものに近
い遮断周波数特性を示す。即ち、増倍率の大きな領域に
おいてＧＢ積が向上している。
バランシェ・フォトダイオードの遮断周波数ｆｃの増倍
率Ｍに対する依存性を示したもので、遮断周波数は５．
２ＧＨｚである。点線で示したのは、図４に示す従来の
構造のものにおいて増倍層の不純物濃度を５×１０１６
ｃｍ−３、２．５×１０１６ｃｍ−３、１×１０１６ｃ
ｍ−３とし、Ｗｂをそれぞれ図５の不純物濃度とＷｂと
の関係に基づいた厚さとした場合の増倍率Ｍに対する依
存性を示したものである。なお、従来のものの遮断周波
数ｆｃは、それぞれ９．１ＧＨｚ（ｆｃ１）、５．２Ｇ
Ｈｚ（ｆｃ２）、２．５ＧＨｚ（ｆｃ３）である。この
図において遮断周波数が一定の領域は、Ｗｂに依存した
走行時間制限領域である。遮断周波数と増倍率Ｍとの積
が一定な領域は、増倍時間、即ちＧＢ積に制限された領
域である。 この実施例によるものでは、増倍率Ｍの小さい領域で従
来の不純物濃度を２．５×１０１６ｃｍ−３としたもの
と同様な遮断周波数特性を示すが、増倍率Ｍの大きな領
域で不純物濃度を５×１０１６ｃｍ−３としたものに近
い遮断周波数特性を示す。即ち、増倍率の大きな領域に
おいてＧＢ積が向上している。
【００１８】上記の実施例では、増倍層を不純物濃度の
高い層と、低い層とを１組とし、この組を４組設けたが
、２組以上の層であれば、その組数は任意に変更するこ
とができる。また、上記の実施例では、基板１０、光吸
収層１２、増倍層１４をｎ型とし、受光領域３０をｐ型
としたが、逆に基板１０、光吸収層１２、増倍層１４を
ｐ型とし、受光領域３０をｎ型としてもよい。
高い層と、低い層とを１組とし、この組を４組設けたが
、２組以上の層であれば、その組数は任意に変更するこ
とができる。また、上記の実施例では、基板１０、光吸
収層１２、増倍層１４をｎ型とし、受光領域３０をｐ型
としたが、逆に基板１０、光吸収層１２、増倍層１４を
ｐ型とし、受光領域３０をｎ型としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によるアバランシ
ェ・フォトダイオードによれば、不純物濃度の高い層と
薄い層を１組とし、これを複数組設けて増倍層を形成し
ているので、ＧＢ積を大きくしながら、増倍層の厚さを
厚くすることができる。従って、受光領域を拡散によっ
て形成しても、精度良く増倍層を形成することができる
。また、不純物濃度の高い層の厚さを、不純物濃度の薄
い層よりも薄く形成したものを、複数組設けているので
、応答性が良好になる。
ェ・フォトダイオードによれば、不純物濃度の高い層と
薄い層を１組とし、これを複数組設けて増倍層を形成し
ているので、ＧＢ積を大きくしながら、増倍層の厚さを
厚くすることができる。従って、受光領域を拡散によっ
て形成しても、精度良く増倍層を形成することができる
。また、不純物濃度の高い層の厚さを、不純物濃度の薄
い層よりも薄く形成したものを、複数組設けているので
、応答性が良好になる。
【図１】本発明によるアバランシェ・フォトダイオード
の一実施例の縦断面図である。
の一実施例の縦断面図である。
【図２】同実施例における電界分布図である。
【図３】同実施例及び従来のアバランシェ・フォトダイ
オードの遮断周波数と増倍率との関係を示す図である。
オードの遮断周波数と増倍率との関係を示す図である。
【図４】従来のアバランシェ・フォトダイオードの縦断
面図である。
面図である。
【図５】アバランシェ・フォトダイオードのＧＢ積と増
倍層の厚さとのキャリア濃度との関係を示す図である。
倍層の厚さとのキャリア濃度との関係を示す図である。
１０ 基板
１２ 光吸収層
１４ 増倍層
３０ 受光領域
Claims (3)
- 【請求項１】 第１の導電型の半導体基板と、この基
板上に形成された第１の導電型の光吸収層と、この吸収
層上に形成された第１の導電型の増倍層と、この増倍層
上に形成された第２の導電型の受光層とを、具備し、上
記増倍層が、不純物濃度の高い層と低い層とからなる組
を複数組有することを特徴とするアバランシェ・フォト
ダイオード。 - 【請求項２】 請求項１記載のアバランシェ・フォト
ダイオードにおいて、上記不純物濃度の高い層が上記不
純物濃度の低い層よりも薄く形成さ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。 - 【請求項３】 第１の導電型の半導体基板上に第１の
導電型の光吸収層を形成する段階と、この光吸収層上に
、不純物濃度の高い第１の導電型の半導体層と不純物濃
度の低い半導体層との組を複数組積層する段階と、この
積層層上に第１の導電型の半導体層を形成する段階と、
この半導体層に第２の導電型の不純物を拡散して受光領
域を形成する段階とを、具備するアバランシェ・フォト
ダイオードの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086835A JP2682253B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 |
| US07/863,761 US5281844A (en) | 1991-04-18 | 1992-04-06 | Avalanche photodiode |
| US08/137,777 US5346837A (en) | 1991-04-18 | 1993-10-19 | Method of making avalanche photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086835A JP2682253B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320069A true JPH04320069A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2682253B2 JP2682253B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=13897871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3086835A Expired - Lifetime JP2682253B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5281844A (ja) |
| JP (1) | JP2682253B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0777271B2 (ja) * | 1992-12-04 | 1995-08-16 | 日本電気株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| JPH07115184A (ja) * | 1993-08-24 | 1995-05-02 | Canon Inc | 積層型固体撮像装置及びその製造方法 |
| JPH0945954A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体素子，及び半導体素子の製造方法 |
| US5831322A (en) * | 1997-06-25 | 1998-11-03 | Advanced Photonix, Inc. | Active large area avalanche photodiode array |
| US5757057A (en) * | 1997-06-25 | 1998-05-26 | Advanced Photonix, Inc. | Large area avalanche photodiode array |
| US6359322B1 (en) * | 1999-04-15 | 2002-03-19 | Georgia Tech Research Corporation | Avalanche photodiode having edge breakdown suppression |
| WO2005078809A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nec Corporation | 半導体受光素子 |
| JP5015494B2 (ja) * | 2006-05-22 | 2012-08-29 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体受光素子 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6016474A (ja) * | 1983-07-08 | 1985-01-28 | Nec Corp | ヘテロ多重接合型光検出器 |
| JPS61226973A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | アバランシエホトダイオ−ド |
| JPS6248079A (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-02 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JPS63281480A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Hitachi Ltd | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| JPH01194476A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-04 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JPH01261874A (ja) * | 1988-04-13 | 1989-10-18 | Hitachi Ltd | 光検出器 |
| JPH03116791A (ja) * | 1989-09-28 | 1991-05-17 | Nec Corp | 半導体受光素子の製造方法 |
| JP2796601B2 (ja) * | 1990-02-17 | 1998-09-10 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| JPH03270277A (ja) * | 1990-03-20 | 1991-12-02 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JP2934294B2 (ja) * | 1990-04-09 | 1999-08-16 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP3086835A patent/JP2682253B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-06 US US07/863,761 patent/US5281844A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-19 US US08/137,777 patent/US5346837A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2682253B2 (ja) | 1997-11-26 |
| US5346837A (en) | 1994-09-13 |
| US5281844A (en) | 1994-01-25 |
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