JPH0521830A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH0521830A JPH0521830A JP3175169A JP17516991A JPH0521830A JP H0521830 A JPH0521830 A JP H0521830A JP 3175169 A JP3175169 A JP 3175169A JP 17516991 A JP17516991 A JP 17516991A JP H0521830 A JPH0521830 A JP H0521830A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- carrier multiplication
- inp
- receiving element
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、半導体受光素子、特に光通信等の分
野に用いられるアバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）に関し、ガードリング周囲部における暗電流を減少
させた高信頼性の半導体受光素子を提供することを目的
とする。 【構成】光を吸収する光吸収層１４と、光吸収層１４上
に形成されたキャリア増倍層１６と、キャリア増倍層１
６中にｐｎ接合を形成するための不純物領域２０と、不
純物領域２０周囲に形成されたガードリング２２と、キ
ャリア増倍層１６上に形成された反射防止膜１８とを有
する半導体受光素子において、光吸収層１４よりも大き
いバンドギャップを有し、光吸収層１４及びキャリア増
倍層１６と格子整合する半絶縁性半導体層２８を、キャ
リア増倍層１６の少なくともガードリング２２周囲と反
射防止膜１８の間に設けるように構成する。
野に用いられるアバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）に関し、ガードリング周囲部における暗電流を減少
させた高信頼性の半導体受光素子を提供することを目的
とする。 【構成】光を吸収する光吸収層１４と、光吸収層１４上
に形成されたキャリア増倍層１６と、キャリア増倍層１
６中にｐｎ接合を形成するための不純物領域２０と、不
純物領域２０周囲に形成されたガードリング２２と、キ
ャリア増倍層１６上に形成された反射防止膜１８とを有
する半導体受光素子において、光吸収層１４よりも大き
いバンドギャップを有し、光吸収層１４及びキャリア増
倍層１６と格子整合する半絶縁性半導体層２８を、キャ
リア増倍層１６の少なくともガードリング２２周囲と反
射防止膜１８の間に設けるように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体受光素子、特に光
通信等の分野に用いられるアバランシェフォトダイオー
ド（ＡＰＤ）に関する。高度情報化社会の到来にともな
い、高速大容量通信システムの需要が高まりつつある。
光通信技術はそのような要求を満たす新しい技術であ
り、十数年来、研究開発が精力的に行われてきた、一般
に光通信システムは、光を発する発光部と、光を伝送す
る光伝送路と、光を受光する受光部から構成される。通
常、発光部には半導体レーザダイオードが用いられ、光
伝送路には光ファイバが用いられ、受光部には、感度が
高く、応答速度の速いアバランシフォトダイオード（Ａ
ＰＤ）が用いられる。
通信等の分野に用いられるアバランシェフォトダイオー
ド（ＡＰＤ）に関する。高度情報化社会の到来にともな
い、高速大容量通信システムの需要が高まりつつある。
光通信技術はそのような要求を満たす新しい技術であ
り、十数年来、研究開発が精力的に行われてきた、一般
に光通信システムは、光を発する発光部と、光を伝送す
る光伝送路と、光を受光する受光部から構成される。通
常、発光部には半導体レーザダイオードが用いられ、光
伝送路には光ファイバが用いられ、受光部には、感度が
高く、応答速度の速いアバランシフォトダイオード（Ａ
ＰＤ）が用いられる。
【０００２】
【従来の技術】従来から研究開発されてきた典型的な１
μｍ波長帯のＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系ＡＰＤの構
造を図２に示す。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０上にｎ−ＩｎＰ
バッフア層１２、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）光吸収層１４、ｎ
−ＩｎＰキャリア増倍層１６、反射防止膜（ＡＲ（Auti
-Reflection)コート）１８が順次積層されている。
μｍ波長帯のＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系ＡＰＤの構
造を図２に示す。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０上にｎ−ＩｎＰ
バッフア層１２、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）光吸収層１４、ｎ
−ＩｎＰキャリア増倍層１６、反射防止膜（ＡＲ（Auti
-Reflection)コート）１８が順次積層されている。
【０００３】ｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６中にｐ+ −
ｎ接合を形成するためにＣｄやＺｎ等を熱拡散してｐ+
−ＩｎＰ不純物領域２０が形成されている。更に、ｐ+
−ＩｎＰ不純物領域２０の周囲にＢｅをイオン注入する
ことによりｐ−ＩｎＰガードリング２２が形成されてい
る。反射防止膜１８はｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６上
にＳｉＮ膜を形成することにより形成されている。ｐ側
電極２４はｐ−ＩｎＰガードリング２２上に形成され、
ｎ側電極２６はｎ+ −ＩｎＰ基板１０下面に形成されて
いる。
ｎ接合を形成するためにＣｄやＺｎ等を熱拡散してｐ+
−ＩｎＰ不純物領域２０が形成されている。更に、ｐ+
−ＩｎＰ不純物領域２０の周囲にＢｅをイオン注入する
ことによりｐ−ＩｎＰガードリング２２が形成されてい
る。反射防止膜１８はｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６上
にＳｉＮ膜を形成することにより形成されている。ｐ側
電極２４はｐ−ＩｎＰガードリング２２上に形成され、
ｎ側電極２６はｎ+ −ＩｎＰ基板１０下面に形成されて
いる。
【０００４】動作時には、ｐ+ −ｎ接合に逆バイアス電
圧を印加して空乏層をＩｎＧａＡｓ（Ｐ）光吸収層１４
まで延ばし、光励起されたキャリアを空乏層において電
界により加速及び増倍して、信号電流として外部回路に
取り出す。
圧を印加して空乏層をＩｎＧａＡｓ（Ｐ）光吸収層１４
まで延ばし、光励起されたキャリアを空乏層において電
界により加速及び増倍して、信号電流として外部回路に
取り出す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＡＰＤは暗電流が大きいという問題があった。すなわ
ち、従来のＡＰＤにおける反射防止膜１８は、多結晶で
ある共に、下層のキャリア増倍層１６のＩｎＰとも組成
的にも異なり、格子不整合も大きいことから、ｎ−Ｉｎ
Ｐキャリア増倍層１６との界面にダングリングボンド等
による界面準位が発生しやすく、この界面準位がｎ−Ｉ
ｎＰキャリア増倍層１６中の電子を捕獲して空乏層を生
じる傾向がある。バイアスを印加するとこの空乏層が反
転して、結果的にｐ−ＩｎＰガードリング２０周囲部に
ｐ−ｎ接合が形成されることになる。このｐ−ｎ接合に
は逆バイアスが印加され、その領域も大きいことから半
導体受光素子の暗電流が増大し、その信頼性を著しく低
下させるという問題があった。
ＡＰＤは暗電流が大きいという問題があった。すなわ
ち、従来のＡＰＤにおける反射防止膜１８は、多結晶で
ある共に、下層のキャリア増倍層１６のＩｎＰとも組成
的にも異なり、格子不整合も大きいことから、ｎ−Ｉｎ
Ｐキャリア増倍層１６との界面にダングリングボンド等
による界面準位が発生しやすく、この界面準位がｎ−Ｉ
ｎＰキャリア増倍層１６中の電子を捕獲して空乏層を生
じる傾向がある。バイアスを印加するとこの空乏層が反
転して、結果的にｐ−ＩｎＰガードリング２０周囲部に
ｐ−ｎ接合が形成されることになる。このｐ−ｎ接合に
は逆バイアスが印加され、その領域も大きいことから半
導体受光素子の暗電流が増大し、その信頼性を著しく低
下させるという問題があった。
【０００６】本発明の目的は、ガードリング周囲部にお
ける暗電流を減少させた高信頼性の半導体受光素子を提
供することである。
ける暗電流を減少させた高信頼性の半導体受光素子を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光を吸収す
る光吸収層と、前記光吸収層上に形成されたキャリア増
倍層と、前記キャリア増倍層中にｐｎ接合を形成するた
めの不純物領域と、前記キャリア増倍層上に形成された
反射防止膜とを有する半導体受光素子において、前記光
吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、前記光吸収
層及び前記キャリア増倍層と格子整合する半絶縁性半導
体層を、前記キャリア増倍層と前記反射防止膜の間に設
けたことを特徴とする半導体受光素子によって達成され
る。
る光吸収層と、前記光吸収層上に形成されたキャリア増
倍層と、前記キャリア増倍層中にｐｎ接合を形成するた
めの不純物領域と、前記キャリア増倍層上に形成された
反射防止膜とを有する半導体受光素子において、前記光
吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、前記光吸収
層及び前記キャリア増倍層と格子整合する半絶縁性半導
体層を、前記キャリア増倍層と前記反射防止膜の間に設
けたことを特徴とする半導体受光素子によって達成され
る。
【０００８】
【作用】本発明では、キャリア増倍層と反射防止膜の間
に、光吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、光吸
収層及びキャリア増倍層と格子整合する半絶縁性半導体
層を設けたので、反射防止膜との界面における界面準位
の発生を防止して、暗電流を減少させることができる。
に、光吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、光吸
収層及びキャリア増倍層と格子整合する半絶縁性半導体
層を設けたので、反射防止膜との界面における界面準位
の発生を防止して、暗電流を減少させることができる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例による半導体受光素子を図
１を用いて説明する。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０は、ＩｎＰ
に不純物としてＳがドープされ（不純物濃度ｎ＝４×１
０18ｃｍ-3）、約３００μｍ厚で表面が（００１）面の
ｎ+ −ＩｎＰ基板である。
１を用いて説明する。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０は、ＩｎＰ
に不純物としてＳがドープされ（不純物濃度ｎ＝４×１
０18ｃｍ-3）、約３００μｍ厚で表面が（００１）面の
ｎ+ −ＩｎＰ基板である。
【００１０】このｎ+ −ＩｎＰ基板１０上には、不純物
としてＳがドープされ（不純物濃度ｎ＝１×１０18ｃｍ
-3）、約３μｍ厚のｎ−ＩｎＰバッフア層１２が形成さ
れている。ｎ−ＩｎＰバッファ層１２上には、約２μｍ
厚でアンドープ（不純物濃度ｎ＝８×１０15ｃｍ-3）の
ｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１４が形成されてい
る。
としてＳがドープされ（不純物濃度ｎ＝１×１０18ｃｍ
-3）、約３μｍ厚のｎ−ＩｎＰバッフア層１２が形成さ
れている。ｎ−ＩｎＰバッファ層１２上には、約２μｍ
厚でアンドープ（不純物濃度ｎ＝８×１０15ｃｍ-3）の
ｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１４が形成されてい
る。
【００１１】ｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１４上
には、不純物としてＳがドープ（ｎ＝２×１０16ｃ
ｍ-3）された約２μｍ厚のｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１
６が形成されている。ｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６上
面には、不純物としてＣｄがドープ（不純物濃度ｎ＝２
×１０18ｃｍ-3）された約１．６μｍ深さのｐ+ −Ｉｎ
Ｐ不純物領域１８が形成され、ｎ−ＩｎＰキャリア増倍
層１６中にｐ+ −ｎ接合を形成している。ｐ+ −ＩｎＰ
不純物領域１８の周囲には不純物としてＢｅがドープ
（不純物濃度ｎ＝２×１０17ｃｍ-3）された約１．６μ
ｍ深さのｐ−ＩｎＰガードリング２２が形成されてい
る。
には、不純物としてＳがドープ（ｎ＝２×１０16ｃ
ｍ-3）された約２μｍ厚のｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１
６が形成されている。ｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６上
面には、不純物としてＣｄがドープ（不純物濃度ｎ＝２
×１０18ｃｍ-3）された約１．６μｍ深さのｐ+ −Ｉｎ
Ｐ不純物領域１８が形成され、ｎ−ＩｎＰキャリア増倍
層１６中にｐ+ −ｎ接合を形成している。ｐ+ −ＩｎＰ
不純物領域１８の周囲には不純物としてＢｅがドープ
（不純物濃度ｎ＝２×１０17ｃｍ-3）された約１．６μ
ｍ深さのｐ−ＩｎＰガードリング２２が形成されてい
る。
【００１２】本実施例では、ｎ−ＩｎＰキャリア増倍層
１６上に、不純物としてＦｅがドープ（不純物濃度＝１
×１０18ｃｍ-3）され、抵抗率が１０8 Ω−ｃｍの約
０．５μｍ厚の半絶縁性ＩｎＰ層２８が形成され、この
半絶縁性ＩｎＰ層２８上に約２００ｎｍ厚のＳｉＮから
なる反射防止膜１８が形成されている。このようにｎ−
ＩｎＰキャリア増倍層１６直上に形成された半絶縁性Ｉ
ｎＰ層２８はｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６と格子整合
した材料で形成されているので、ｎ−ＩｎＰキャリア増
倍層１６と半絶縁性ＩｎＰ層２８の界面に準位が発生す
ることがなく暗電流が発生することはない。
１６上に、不純物としてＦｅがドープ（不純物濃度＝１
×１０18ｃｍ-3）され、抵抗率が１０8 Ω−ｃｍの約
０．５μｍ厚の半絶縁性ＩｎＰ層２８が形成され、この
半絶縁性ＩｎＰ層２８上に約２００ｎｍ厚のＳｉＮから
なる反射防止膜１８が形成されている。このようにｎ−
ＩｎＰキャリア増倍層１６直上に形成された半絶縁性Ｉ
ｎＰ層２８はｎ−ＩｎＰキャリア増倍層１６と格子整合
した材料で形成されているので、ｎ−ＩｎＰキャリア増
倍層１６と半絶縁性ＩｎＰ層２８の界面に準位が発生す
ることがなく暗電流が発生することはない。
【００１３】また、反射防止膜１８は半絶縁性ＩｎＰ層
２８と格子整合していないが、反射防止膜１８と半絶縁
性ＩｎＰ層２８との界面で準位が発生しても暗電流を発
生させることはないため問題とならない。なお、ｐ側電
極２４はｐ−ＩｎＰガードリング２２及びｐ+ −ＩｎＰ
不純物領域２０周辺部に形成され、ｎ側電極２６はｎ+
−ＩｎＰ基板１０下面に形成されている。
２８と格子整合していないが、反射防止膜１８と半絶縁
性ＩｎＰ層２８との界面で準位が発生しても暗電流を発
生させることはないため問題とならない。なお、ｐ側電
極２４はｐ−ＩｎＰガードリング２２及びｐ+ −ＩｎＰ
不純物領域２０周辺部に形成され、ｎ側電極２６はｎ+
−ＩｎＰ基板１０下面に形成されている。
【００１４】このように本実施例によれば従来に比べガ
ードリング周囲部における暗電流を飛躍的に減少させる
ことができる。図１に示す本実施例の半導体受光素子と
図２に示す従来の半導体受光素子に対して、ブレークダ
ウン電圧の９０％のバイアス電圧を印加して暗電流を測
定したところ、本実施例の半導体受光素子は従来の半導
体受光素子に比べて暗電流が１／１０に低減した。
ードリング周囲部における暗電流を飛躍的に減少させる
ことができる。図１に示す本実施例の半導体受光素子と
図２に示す従来の半導体受光素子に対して、ブレークダ
ウン電圧の９０％のバイアス電圧を印加して暗電流を測
定したところ、本実施例の半導体受光素子は従来の半導
体受光素子に比べて暗電流が１／１０に低減した。
【００１５】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、上記実施例ではｎ−ＩｎＰキャリ
ア増倍層全面に半絶縁性ＩｎＰ層を形成したが、暗電流
はガードリング周囲における界面準位により発生するの
で、少なくともガードリング周囲のｎ−ＩｎＰキャリア
増倍層上にのみ半絶縁性ＩｎＰ層を形成すればよく、ｐ
+ −ＩｎＰ不純物領域上に半絶縁性ＩｎＰ層を形成しな
くともよい。
可能である。例えば、上記実施例ではｎ−ＩｎＰキャリ
ア増倍層全面に半絶縁性ＩｎＰ層を形成したが、暗電流
はガードリング周囲における界面準位により発生するの
で、少なくともガードリング周囲のｎ−ＩｎＰキャリア
増倍層上にのみ半絶縁性ＩｎＰ層を形成すればよく、ｐ
+ −ＩｎＰ不純物領域上に半絶縁性ＩｎＰ層を形成しな
くともよい。
【００１６】また、上記実施例ではｎ−ＩｎＰキャリア
増倍層と反射防止膜の間に半絶縁性ＩｎＰ層を設けた
が、光吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、光吸
収層及びキャリア増倍層と格子整合するものであれば、
他の材料からなる半絶縁性半導体層でもよい。更に、上
記実施例ではＩｎＰ系アバランシェフォトダイオードで
あったが他の材料系の半導体受光素子にも本発明を適用
することができる。
増倍層と反射防止膜の間に半絶縁性ＩｎＰ層を設けた
が、光吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、光吸
収層及びキャリア増倍層と格子整合するものであれば、
他の材料からなる半絶縁性半導体層でもよい。更に、上
記実施例ではＩｎＰ系アバランシェフォトダイオードで
あったが他の材料系の半導体受光素子にも本発明を適用
することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、キャリア
増倍層と反射防止膜の間に光吸収層よりも大きいバンド
ギャップを有し、光吸収層及びキャリア増倍層と格子整
合する半絶縁性半導体層を設けたので、反射防止膜との
界面における界面準位の発生を防止して、暗電流を減少
させることができる。
増倍層と反射防止膜の間に光吸収層よりも大きいバンド
ギャップを有し、光吸収層及びキャリア増倍層と格子整
合する半絶縁性半導体層を設けたので、反射防止膜との
界面における界面準位の発生を防止して、暗電流を減少
させることができる。
【図１】本発明の一実施例による半導体受光素子の断面
図である。
図である。
【図２】従来の半導体受光素子の断面図である。
１０…ｎ+ −ＩｎＰ基板
１２…ｎ−ＩｎＰバッフア層
１４…ｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層
１６…ｎ−ＩｎＰキャリア増倍層
１８…反射防止膜
２０…ｐ+ −ＩｎＰ不純物領域
２２…ｐ−ＩｎＰガードリング
２４…ｐ側電極
２６…ｎ側電極
２８…半絶縁性ＩｎＰ層
Claims (2)
- 【請求項１】 光を吸収する光吸収層と、前記光吸収層
上に形成されたキャリア増倍層と、前記キャリア増倍層
中にｐｎ接合を形成するための不純物領域と、前記キャ
リア増倍層上に形成された反射防止膜とを有する半導体
受光素子において、 前記光吸収層よりも大きいバンドギャップを有し、前記
光吸収層及び前記キャリア増倍層と格子整合する半絶縁
性半導体層を、前記キャリア増倍層と前記反射防止膜の
間に設けたことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体受光素子におい
て、前記キャリア増倍層の前記不純物領域周辺にはガー
ドリングが設けられ、前記半絶縁性半導体層は、前記キ
ャリア増倍層の少なくとも前記ガードリング周囲に設け
られていることを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175169A JPH0521830A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175169A JPH0521830A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521830A true JPH0521830A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=15991472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3175169A Withdrawn JPH0521830A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0521830A (ja) |
-
1991
- 1991-07-16 JP JP3175169A patent/JPH0521830A/ja not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6683326B2 (en) | Semiconductor photodiode and an optical receiver | |
| EP0675549B1 (en) | Superlattice avalanche photodiode | |
| US4731641A (en) | Avalanche photo diode with quantum well layer | |
| JPH04111479A (ja) | 受光素子 | |
| US20100133637A1 (en) | Avalanche photodiode | |
| JP2021034644A (ja) | 受光素子 | |
| US5569942A (en) | Avalanche photo-diode for producing sharp pulse signal | |
| KR950004550B1 (ko) | 수광소자 | |
| US6831308B2 (en) | Semiconductor light detecting device | |
| US5391910A (en) | Light receiving device | |
| JPS61229371A (ja) | フオトダイオ−ド | |
| JPH07118548B2 (ja) | ▲ｉｉｉ▼−ｖ族多元化合物半導体ｐｉｎフオトダイオ−ド | |
| JPH0521830A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH1074974A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0480973A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS60198786A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2841876B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0265279A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0373576A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS63142683A (ja) | アバランシエホトダイオ−ド | |
| JP2995751B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS62147786A (ja) | 光検出素子 | |
| JPH01257378A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH04137565A (ja) | 光半導体素子 | |
| JPH01205477A (ja) | フォトダイオード |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |