JPH07183569A - Ｓａｍ型アバランシフォトダイオード及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高速動作が可能であり、しかも暗電流が生成し
難い構造のＳＡＭ型アバランシフォトダイオードを提供
する。 【構成】ＳＡＭ型アバランシフォトダイオードは、
（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導体基板１０
と、（ロ）化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面上に
形成された、開口部１４を有する絶縁層１２と、（ハ）
開口部１４の底部の露出した化合物半導体基板１０の
（１１１）Ｂ面の上及び開口部１４の縁部近傍の絶縁層
１２上に形成された、化合物半導体から成るアバランシ
増幅領域層１８と、（ニ）化合物半導体から成り、アバ
ランシ増幅領域層１８を被覆する分離層２０と、（ホ）
化合物半導体から成り、分離層２０を被覆する光吸収領
域層２２と、（ヘ）光吸収領域層２２に電気的に接続さ
れた第１の電極２６と、アバランシ増幅領域層１６に電
気的に接続された第２の電極２８から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法に
基づく選択エピタキシャル成長を応用したＳＡＭ（Sepe
rated Absorption Multiplication Region）型アバラン
シフォトダイオード及びその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アバランシフォトダイオードは大きな内
部光増幅機能を有しており、半導体光検出器の中で最も
高い感度を有する。また、アバランシフォトダイオード
は帯域特性も優れており、ダイナミックレンジも大きい
ので、大容量・長距離の光伝送や微弱光測定に不可欠な
受光素子である。アバランシフォトダイオードの性能
は、 （Ａ）量子効率（光電子変換効率） （Ｂ）増倍雑音（アバランシ増倍に伴って発生する雑
音） （Ｃ）暗電流（光信号を照射しない場合でも流れる逆方
向電流） などで決まる。

【０００３】アバランシフォトダイオードの増倍雑音は
電子と正孔のイオン化率の比ｋ（＝α／β）に依存して
いる。それ故、アバランシフォトダイオードを構成する
各層の構造によってイオン化率を制御して、増倍雑音を
低減しようとする試みがなされている。このような試み
として、超格子アバランシフォトダイオード（ＳＬ−Ａ
ＰＤ）、階段状アバランシフォトダイオード（ＳＣ−Ａ
ＰＤ）、グレーデッドバンドギャップアバランシフォト
ダイオード（ＧＢ−ＡＰＤ）、チャネリングアバランシ
フォトダイオード（ＣＨ−ＡＰＤ）を挙げることができ
る。

【０００４】一方、電気的・光学的性質の異なる材料を
組み合わせることによって、光吸収領域層とアバランシ
増幅領域層とを分離し、アバランシフォトダイオードの
特性を改善する試みもなされている。このような試みの
１つにＳＡＭ型アバランシフォトダイオードを挙げるこ
とができる。このＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
においては、光吸収領域層とアバランシ増幅領域層との
間に分離層を設けることによって、図８に示すようなエ
ネルギーバンド分布を形成し、電子のイオン化率（α）
の向上による増倍雑音の低減、トランジット時間の短縮
化、あるいはブレークダウン特性の向上を図っている。

【０００５】このＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
は、例えば、文献 "Double Junction AlInAs/GaInAs Mu
ltiquantum Well Avalanche Photodiodes", Y. LeBelle
go,et al., ELECTRONICS LETTER, 21th, November 199
1, Vol. 27, No. 24, pp. 2228-2229 から公知である。

【０００６】この文献に記載されたＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードは、図９に模式的な一部断面図を示す
ような構造を有する。即ち、このＳＡＭ型アバランシフ
ォトダイオードは、ｎ⁺−ＩｎＰから成る化合物半導体
基板１００と、その上に形成された、多重量子井戸層か
ら成り厚さ０．２μｍのアバランシ増幅領域層１０２
と、分離層１０４と、厚さ２．５μｍの光吸収領域層１
０６から基本的に構成されている。ＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの形状はメサ型であり、外表面全体に
亙ってＳｉＮから成るパッシベーション膜１１４が形成
されている。光吸収領域層１０６にはｐ⁺型不純物拡散
領域１０８が形成されている。また、ｐ型電極１１０が
ｐ⁺型不純物拡散領域１０８に電気的に接続されてい
る。更に、化合物半導体基板１００にはアバランシ増幅
領域層１０２と電気的に接続されたｎ型電極１１２が形
成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバから射出さ
れる光ビームの直径は、通常２０μｍ程度である。従っ
て、光吸収領域層１０６の受光部分は直径２０μｍ程度
の大きさが必要とされる。アバランシ増幅領域層１０２
が例えば狭いバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓから
構成されている場合、イオン衝突化に必要とされる１０
⁵Ｖ／ｃｍ程度の高電界をバイアスとしてＳＡＭ型アバ
ランシフォトダイオードに印加したとき、アバランシ増
幅領域層１０２がかかる高電界に耐え得るためには、ア
バランシ増幅領域層１０２を所謂埋め込み構造にする必
要がある。

【０００８】それ故、アバランシ増幅領域層１０２を、
光吸収領域層１０６より大きくする必要があり、例えば
直径４０μｍ程度が必要とされる。一方、トランジット
時間を考慮すると、アバランシ増幅領域層１０２の厚さ
は０．２μｍ程度であることが望ましい。光吸収領域層
１０６の厚さと直径、並びにアバランシ増幅領域層１０
２の厚さと直径をこのような値に設定した場合、光吸収
領域層１０６及びアバランシ増幅領域層１０２の容量
は、それぞれ約０．０２ｐＦ及び約０．７５ｐＦとな
る。即ち、アバランシフォトダイオードの容量はアバラ
ンシ増幅領域層１０２の容量に支配される。アバランシ
フォトダイオードの容量がこのように大きいと、アバラ
ンシフォトダイオードの高速動作に制約を受けるという
問題がある。

【０００９】また、図９に示したＳＡＭ型アバランシフ
ォトダイオードにおいては、イオン衝突化に必要とされ
る１０⁵Ｖ／ｃｍ程度の高電界をバイアスとしてアバラ
ンシフォトダイオードに印加したとき、パッシベーショ
ン膜１１４を介してアバランシ増幅領域層１０２と光吸
収領域層１０６との間にリーク電流が生成し易い。この
ようなリーク電流が生成すると、暗電流が増加し、アバ
ランシフォトダイオードの性能が低下する。

【００１０】従って、本発明の目的は、高速動作が可能
であり、しかも暗電流が生成し難い構造のＳＡＭ型アバ
ランシフォトダイオード及びその作製方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオードは、
（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導体基板と、
（ロ）化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成され
た、開口部を有する絶縁層と、（ハ）開口部底部の露出
した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面の上及び開口部
の縁部近傍の絶縁層上に形成された、化合物半導体から
成るアバランシ増幅領域層と、（ニ）化合物半導体から
成り、アバランシ増幅領域層を被覆する分離層と、
（ホ）化合物半導体から成り、分離層を被覆する光吸収
領域層と、（ヘ）光吸収領域層に電気的に接続された第
１の電極と、前記アバランシ増幅領域層に電気的に接続
された第２の電極、から成ることを特徴とする。

【００１２】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオ
ードの一態様においては、開口部底部の露出した化合物
半導体基板の（１１１）Ｂ面上及び開口部の縁部近傍の
絶縁層上に形成された、化合物半導体から成るバッファ
層を更に備え、アバランシ増幅領域層がバッファ層を被
覆している。あるいは、光吸収領域層には不純物拡散領
域が形成されている。また、化合物半導体基板をＩｎＰ
から構成し、アバランシ増幅領域層をｉ−ＧａＩｎＡｓ
から成る井戸層とｉ−ＡｌＩｎＡｓから成る障壁層とか
ら構成された多重量子井戸層とし、分離層をｐ−ＩｎＰ
から構成し、光吸収領域層をｉ−ＧａＩｎＡｓから構成
することができる。開口部の平面形状は、正六角形又は
円形とすることが望ましい。

【００１３】上記の目的を達成するための本発明のＳＡ
Ｍ型アバランシフォトダイオードの作製方法は、（イ）
化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に絶縁層を形成し
た後、開口部を絶縁層に形成する工程と（ロ）開口部底
部に露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面の上、
及び開口部の縁部近傍の絶縁層上に、化合物半導体から
成るアバランシ増幅領域層を有機金属気相成長法にてエ
ピタキシャル成長させる工程と、（ハ）化合物半導体か
ら成り、アバランシ増幅領域層を被覆する分離層を有機
金属気相成長法にてエピタキシャル成長させる工程と、
（ニ）化合物半導体から成り、分離層を被覆する光吸収
領域層を有機金属気相成長法にてエピタキシャル成長さ
せる工程と、（ホ）光吸収領域層に電気的に接続された
第１の電極と、アバランシ増幅領域層に電気的に接続さ
れた第２の電極とを形成する工程、から成ることを特徴
とする。

【００１４】ＳＡＭ型アバランシフォトダイオードの作
製方法の一態様においては、絶縁層に開口部を形成した
後、アバランシ増幅領域層を形成する前に、開口部底部
の露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上及び開
口部の縁部近傍の絶縁層上に、化合物半導体から成るバ
ッファ層を有機金属気相成長法にてエピタキシャル成長
させる工程を更に含む。あるいは、光吸収領域層に不純
物拡散領域を形成する工程を更に含む。また、化合物半
導体基板をＩｎＰから構成し、アバランシ増幅領域層を
ｉ−ＧａＩｎＡｓから成る井戸層とｉ−ＡｌＩｎＡｓか
ら成る障壁層とから構成された多重量子井戸層とし、分
離層をｐ−ＩｎＰから構成し、光吸収領域層をｉ−Ｇａ
ＩｎＡｓから構成することができる。開口部の平面形状
は、正六角形又は円形とすることが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
においては、アバランシ増幅領域層は分離層によって被
覆され、更に、分離層は光吸収領域層によって被覆され
ている。従って、アバランシ増幅領域層は必然的に所謂
埋め込み構造となり、しかも、アバランシ増幅領域層を
光吸収領域層よりも小さくすることができる。それ故、
アバランシ増幅領域層の厚さが薄くとも、アバランシ増
幅領域層の容量を小さく抑えることができ、ＳＡＭ型ア
バランシフォトダイオード全体の容量を小さくすること
ができる。その結果、アバランシフォトダイオードを高
速で動作させることが可能になる。

【００１６】また、本発明のＳＡＭ型アバランシフォト
ダイオードにおいては、アバランシ増幅領域層と光吸収
領域層とは、分離層及び表面が極めて清浄な絶縁層によ
って完全に隔てられており、アバランシ増幅領域層と光
吸収領域層との間にリーク電流が発生することを確実に
防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。

【００１８】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオ
ードの模式的な一部断面図を図１の（Ａ）に、また、模
式的な一部平面図を図１の（Ｂ）に示す。尚、各図の
（Ｂ）に示した模式的な一部平面図において各構成要素
を明確にするために、各構成要素に斜線を付した。ま
た、各図の（Ａ）に示した模式的な一部断面図は、線Ａ
−Ａに沿った一部断面図である。

【００１９】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオ
ードは、（１１１）Ｂ面を有する化合物半導体基板１０
と、絶縁層１２と、アバランシ増幅領域層１８と、分離
層２０と、光吸収領域層２２と、第１の電極２６と、第
２の電極２８から構成されている。

【００２０】化合物半導体基板１０は、例えばｎ⁺−Ｉ
ｎＰから成る。尚、（１１１）Ｂ面とは、ＩｎＰから成
る化合物半導体基板１０の最表面がＰ原子層から構成さ
れた状態を意味する。

【００２１】絶縁層１２は、ＳｉＯ₂又はＳｉＮ等の絶
縁材料から成り、化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ
面上に形成されており、開口部１４を有する。開口部１
４の平面形状は、正六角形又は円形とすることが望まし
い。

【００２２】アバランシ増幅領域層１８は、開口部１４
底部の露出した化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面
の上、及び開口部１４の縁部１４Ａ近傍の絶縁層１２上
に形成されており、例えば化合物半導体から構成された
多重量子井戸層から成る。この多重量子井戸層は、例え
ば、ｉ−ＡｌＩｎＡｓから成る厚さ２０ｎｍの障壁層
と、ｉ−ＧａＩｎＡｓから成る厚さ２０ｎｍの井戸層か
ら構成することができる。アバランシ増幅領域層１８全
体の厚さは、トランジット時間を考慮すると、０．１〜
０．２μｍとすることが望ましい。

【００２３】このように、アバランシ増幅領域層１８を
多重量子井戸構造とすることによって、０．５５ｅＶ程
度の大きな伝導帯のオフセットΔＥ_Cを得ることがで
き、バルクのＧａＩｎＡｓと比較して、大きな電子のイ
オン化率（α）を得ることができる。一方、ＧａＩｎＡ
ｓとＡｌＩｎＡｓとの間の価電子帯のオフセットΔＥ_V
は０．１５Ｖと小さいので、アバランシ増幅領域層１８
の正孔のイオン化率（β）は、バルクのＧａＩｎＡｓと
同程度である。従って、２×１０⁵Ｖ／ｃｍ程度の電界
をアバランシフォトダイオードに印加したとき、ｋ＝α
／βの値を１０程度の大きな値とすることができ、増倍
雑音を低減することができる。

【００２４】分離層２０は、化合物半導体（例えばｐ−
ＩｎＰ）から成り、アバランシ増幅領域層１８を被覆し
ている。即ち、分離層２０は、アバランシ増幅領域層１
８の頂面上及び側壁上に形成されている。言い換えれ
ば、分離層２０は、アバランシ増幅領域層１８の頂面及
び絶縁層１２上に形成されている。分離層２０を設ける
ことによって、図８に示したようなエネルギーバンド分
布を形成することができ、アバランシ増幅領域層１８と
光吸収領域層２２とを分離することができる。分離層２
０のキャリア濃度は、分離層２０の厚さに依存するが、
例えば１０¹⁷／ｃｍ³程度とすることが望ましい。

【００２５】光吸収領域層２２は分離層２０を被覆して
おり、化合物半導体（例えばｉ−ＧａＩｎＡｓ、より具
体的にはノンドープｎ型ＧａＩｎＡｓ）から成る。即
ち、光吸収領域層２２は、分離層２０の頂面上及び側壁
上に形成されている。言い換えれば、光吸収領域層２２
は、分離層２０の頂面及び絶縁層１２上に形成されてい
る。このような構造にすることで、アバランシ増幅領域
層１８と光吸収領域層２２とは、分離層２０及び絶縁層
１２によって完全に隔てられている。また、光吸収領域
層２２をこのような化合物半導体から構成することによ
って、光吸収領域層２２をほぼ完全に空乏化することが
でき、トランジット時間を無視し得る程度に短くするこ
とができ、しかも光吸収領域層２２の容量を低減するこ
とができる。

【００２６】光吸収領域層２２にはｐ⁺型の不純物拡散
領域２４が形成されており、このｐ⁺型の不純物拡散領
域２４上にｐ型の第１の電極２６が形成されている。こ
れによって、光吸収領域層２２と第１の電極２６が電気
的に接続される。ｐ⁺型の不純物拡散領域２４のキャリ
ア濃度は、例えば約５×１０¹⁸／ｃｍ³である。尚、ｐ⁺
型の不純物拡散領域２４は、光吸収領域層２２の表面か
ら約０．５μｍの深さまで形成されている。

【００２７】開口部１４底部の露出した化合物半導体基
板の（１１１）Ｂ面１０上及び開口部１４の縁部１４Ａ
近傍の絶縁層１２上には、化合物半導体（例えばｎ⁺−
ＩｎＰ）から成るコンタクト層を兼ねたバッファ層１６
を形成することが望ましい。このバッファ層１６を被覆
するようにアバランシ増幅領域層１８が形成されてい
る。

【００２８】化合物半導体基板１０上にはｎ型の第２の
電極２８が形成されており、第２の電極２８は、化合物
半導体基板１０及びバッファ層１６を介してアバランシ
増幅領域層１８と電気的に接続されている。

【００２９】第１の電極２６が形成された部分を除く光
吸収領域層２２の頂面には、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮか
ら成るパッシベーション膜３０が形成されている。この
パッシベーション膜３０は、光反射防止膜としての機
能、及びｐ⁺型の不純物拡散領域２４を形成するための
マスクとしての機能も果たす。

【００３０】尚、第１の電極２６の電極引き出し部２６
Ａの直下には第２の電極２８との短絡を防止するための
絶縁膜が形成されているが、図１の（Ｂ）にはかかる絶
縁膜の図示は省略した。また、第２の電極２８の外側に
も絶縁層１２が形成されているが、図面を簡素化するた
めに、図１の（Ｂ）においては、かかる部分の絶縁層１
２に斜線を付すことを省略した。

【００３１】以上に説明したように、実施例のＳＡＭ型
アバランシフォトダイオードは、基本的には、ｎ⁺−Ｉ
ｎＰから成る化合物半導体基板１０上に形成されたｐ⁺
ｉＰＩＮ⁺構造を有する。

【００３２】以下、本発明のＳＡＭ型アバランシフォト
ダイオードの作製方法を、図２〜図７を参照して説明す
る。尚、本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
の作製方法は、基本的には、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）に基づいた所謂選択エピタキシャル成長技術
を応用している。また、ＭＯＣＶＤ法における原料ガス
の供給量は、ＭＯＣＶＤ反応装置内の分圧で表わした。
尚、ＭＯＣＶＤ反応装置内の全圧は０．１気圧とした。

【００３３】［工程−１００］ （化合物半導体基板１
０の調製） 先ず、化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面上に絶縁
層１２を形成した後、開口部１４を絶縁層１２に形成す
る。即ち、ｎ⁺−ＩｎＰから成る化合物半導体基板１０
の（１１１）Ｂ面上に、０．１μｍ程度の厚さのＳｉＯ
₂又はＳｉＮから成る絶縁層１２をＣＶＤ法等にて堆積
させる（図２の模式的な斜視図を参照）。次に、通常の
フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、
正六角形（若しくは円形）の開口部１４を絶縁層１２に
形成する（図３参照）。これによって、化合物半導体基
板１０の（１１１）Ｂ面が開口部１４の底部に露出す
る。開口部１４の平面形状を正六角形とした場合、化合
物半導体基板１０の［１，１，０］方向及びこの方向と
等価の方向と直角の方向に開口部１４の側壁が形成され
るように、且つ開口部１４の側壁が化合物半導体基板１
０の表面に対して垂直となるように、開口部１４を形成
することが望ましい。

【００３４】［工程−１１０］ （バッファ層１６の形
成） 次いで、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、開口部１４底部の露
出した化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面上及び開
口部１４の縁部１４Ａ近傍の絶縁層１２上に、化合物半
導体（例えばｎ⁺−ＩｎＰ）から成り厚さ０．２〜０．
３μｍのバッファ層１６をＭＯＣＶＤ法にて選択エピタ
キシャル成長させることが望ましい。バッファ層１６の
形成条件を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ７３０゜Ｃ Ｉｎ原料ガス ： ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ｐ原料ガス ： ホスフィン 原料ガス分圧比： ８００ ドーピングガス： Ｓｉ₂Ｈ₆ 尚、原料ガス分圧比とは、ＭＯＣＶＤ反応装置内におけ
るＩＩＩ族元素原料ガス／Ｖ族元素原料ガスの圧力比を
意味する。

【００３５】バッファ層１６が形成された状態を図４に
示す。尚、図４の（Ｂ）は化合物半導体基板１０等の模
式的な一部平面図であり、図４の（Ａ）は、線Ａ−Ａに
沿った化合物半導体基板１０等の一部断面図である。こ
のような条件で化合物半導体（ｎ⁺−ＩｎＰ）を選択的
にエピタキシャル成長させることによって、当初、バッ
ファ層１６は、開口部１４底部に露出した化合物半導体
基板１０の（１１１）Ｂ面上にのみエピタキシャル成長
する。即ち、化合物半導体基板１０に対して垂直方向へ
エピタキシャル成長する。開口部１４内でエピタキシャ
ル成長が完了した後、バッファ層１６は、開口部１４の
縁部１４Ａ近傍の絶縁層１２上にもエピタキシャル成長
する。即ち、バッファ層１６は、化合物半導体基板１０
に対して垂直方向及び水平方向へエピタキシャル成長す
る。

【００３６】化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面上
で、バッファ層１６は、化合物半導体基板１０の［１，
１，０］方向、［−１，０，−１］方向、［０，１，
１］方向、［−１，−１，０］方向、［１，０，１］方
向及び［０，−１，−１］方向にエピタキシャル成長す
る。その結果、エピタキシャル成長したバッファ層１６
の平面形状は正六角形となる。バッファ層１６の各側壁
は｛１１０｝面を有する。

【００３７】［工程−１２０］ （アバランシ増幅領域
層１８の形成） 次に、バッファ層１６を被覆するようにアバランシ増幅
領域層１８をＭＯＣＶＤ法にて選択エピタキシャル成長
させる。即ち、アバランシ増幅領域層１８を、開口部１
４底部の露出した化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ
面の上方、及び開口部１４の縁部１４Ａ近傍の絶縁層１
２上に形成する。言い換えれば、アバランシ増幅領域層
１８を、バッファ層１６の頂面上及び側壁上に形成す
る。この状態を、化合物半導体基板１０等の模式的な一
部平面図として図５の（Ｂ）に、また線Ａ−Ａに沿った
一部断面図として図５の（Ａ）に示す。アバランシ増幅
領域層１８の平面形状は正六角形である。アバランシ増
幅領域層１８の側壁は｛１１０｝面を有する。

【００３８】アバランシ増幅領域層１８は、例えば、ｉ
−ＡｌＩｎＡｓから成り厚さ２０ｎｍの障壁層と、ｉ−
ＧａＩｎＡｓから成り厚さ２０ｎｍの井戸層から構成さ
れた多重量子井戸層から成る。障壁層を１０層、井戸層
を１０層形成した。

【００３９】障壁層の形成条件を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ７３０゜Ｃ Ａｌ原料ガス ： ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウ
ム） 供給量 ： １×１０^-6気圧 Ｉｎ原料ガス ： ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ４００ 井戸層の形成条件を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ７３０゜Ｃ Ｇａ原料ガス ： ＴＭＧ（トリメチルガリウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ｉｎ原料ガス ： ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ４００

【００４０】このような条件でＭＯＣＶＤ法にてアバラ
ンシ増幅領域層１８を構成する障壁層及び井戸層を選択
的にエピタキシャル成長させることによって、これらの
各層は、化合物半導体基板１０に対して垂直方向及び水
平方向へエピタキシャル成長する。その結果、アバラン
シ増幅領域層１８が、バッファ層１６の頂面上、及びバ
ッファ層１６の側壁上でしかも絶縁層１２上に形成さ
れ、バッファ層１６はアバランシ増幅領域層１８で被覆
される。

【００４１】［工程−１３０］ （分離層２０の形成） 次に、化合物半導体から成りアバランシ増幅領域層１８
を被覆する分離層２０をＭＯＣＶＤ法にて選択的にエピ
タキシャル成長させる。即ち、分離層２０を、アバラン
シ増幅領域層１８の頂面上及び側壁上に形成する。この
状態を、化合物半導体基板１０等の模式的な一部平面図
として図６の（Ｂ）に、また線Ａ−Ａに沿った一部断面
図として図６の（Ａ）に示す。分離層２０の平面形状は
正六角形である。分離層２０の側壁は｛１１０｝面を有
する。正六角形の対角線で表現したときの分離層２０の
大きさを５μｍとしたが、最低２μｍ程度の大きさであ
ればよい。分離層２０は例えば厚さ０．１μｍのｐ−Ｉ
ｎＰから成り、キャリア濃度は約１０¹⁷／ｃｍ³であ
る。分離層２０の形成条件を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ７３０゜Ｃ Ｉｎ原料ガス ： ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ｐ原料ガス ： ホスフィン 原料ガス分圧比： ８００ ドーピングガス： ＤＥＺ

【００４２】このような条件でＭＯＣＶＤ法にて分離層
２０を選択的にエピタキシャル成長させることによっ
て、分離層２０は、化合物半導体基板１０に対して垂直
方向及び水平方向へエピタキシャル成長する。その結
果、分離層２０が、アバランシ増幅領域層１８の頂面
上、及びアバランシ増幅領域層１８の側壁上でしかも絶
縁層１２上に形成され、アバランシ増幅領域層１８は分
離層２０で被覆される。

【００４３】［工程−１４０］ （光吸収領域層２２の
形成） その後、化合物半導体から成り、分離層２０を被覆する
光吸収領域層２２をＭＯＣＶＤ法にて選択的にエピタキ
シャル成長させる。即ち、光吸収領域層２２を、分離層
２０の頂面上及び絶縁層１２上に形成する。この状態
を、化合物半導体基板１０等の模式的な一部平面図とし
て図７の（Ｂ）に、また線Ａ−Ａに沿った一部断面図と
して図７の（Ａ）に示す。光吸収領域層２２の平面形状
は正六角形である。光吸収領域層２２の側壁は｛１１
０｝面を有する。光吸収領域層２２は、例えば厚さ２．
５〜３．０μｍ程度のｉ−ＧａＩｎＡｓから成る。光吸
収領域層２２の形成条件を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ７３０゜Ｃ Ｇａ原料ガス ： ＴＭＧ（トリメチルガリウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ｉｎ原料ガス ： ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム） 供給量 ： ２×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ４００

【００４４】このような条件でＭＯＣＶＤ法にて光吸収
領域層２２を選択的にエピタキシャル成長させることに
よって、光吸収領域層２２は、化合物半導体基板１０に
対して垂直方向及び水平方向へエピタキシャル成長す
る。その結果、光吸収領域層２２が、分離層２０の頂面
上、及び分離層２０の側壁上でしかも絶縁層１２上に形
成され、分離層２０は光吸収領域層２２で被覆される。
即ち、アバランシ増幅領域層１８と光吸収領域層２２と
は、分離層２０及び絶縁層１２によって完全に隔てられ
る。しかも、絶縁層１２の表面が清浄に保持された状態
で各層が形成されるので、アバランシ増幅領域層１８と
光吸収領域層２２との間において、絶縁層１２の表面を
伝わるリーク電流が発生することを確実に防止すること
ができる。

【００４５】［工程−１５０］ （不純物拡散領域２
４、電極２６，２８の形成） その後、全面に通常のＣＶＤ法等によってＳｉＯ₂又は
ＳｉＮから成るパッシベーション膜３０を光吸収領域層
２２の頂面上に形成する。次いで、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術を用いて、ｐ型電極形成予定領
域上のパッシベーション膜３０に例えば正六角形の帯状
の開口部を形成する。この開口部よりも内側の光吸収領
域層２２は、光が入射する領域である。この光が入射す
る領域は正六角形であり、正六角形の対角線で表現した
ときの大きさを２０μｍとした。

【００４６】そして、パッシベーション膜３０を拡散マ
スクとして用いて、Ｚｎを光吸収領域層２２に拡散させ
て、光吸収領域層２２の深さ０．５μｍまで、ｐ⁺型の
不純物拡散領域２４を形成する。尚、パッシベーション
膜３０をマスクとして用いてイオン注入を行い、光吸収
領域層２２にｐ⁺型の不純物拡散領域２４を形成するこ
ともできる。ｐ⁺型の不純物拡散領域２４のキャリア濃
度を約５×１０¹⁸／ｃｍ³とした。その後、化合物半導
体基板１０上の絶縁層１２を一部分除去し、真空蒸着法
等及びエッチング技術を用いて、この部分の化合物半導
体基板１０上にＡｕＧｅ／Ａｕから成るｎ型電極２８を
形成する。次いで、必要な領域に絶縁膜（図示せず）を
形成した後、ｐ⁺型の不純物拡散領域２４上にＡｕＺｎ
／Ａｕから成るｐ型電極２６を形成し、同時に化合物半
導体基板１０にＡｕから成る電極引き出し部２６Ａを形
成する。

【００４７】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例にて説明した各種条件は例示であり、適宜変更す
ることができる。

【００４８】実施例で説明した各層の組成を、例えば以
下に示す組成に置き換えることができる。 バッファ層１６ ｎ⁺−ＧａＡｓ アバランシ増幅領域層１８ ＩｎＰ 分離層２０ ＡｌＩｎＡｓ 光吸収領域層２２ ＧａＩｎＡｓ

【００４９】また、実施例においては、化合物半導体基
板１０をＩｎＰから構成したが、代わりにＧａＡｓから
構成することもできる。この場合、各層を例えば以下の
組成から構成すればよい。 化合物半導体基板１０ ｎ⁺−ＧａＡｓ バッファ層１６ ｎ⁺−ＧａＡｓ アバランシ増幅領域層１８ ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
超格子 分離層２０ ｐ−ＧａＡｓ 光吸収領域層２２ ｉ−ＧａＡｓ又はｐ^-−
ＧａＡｓ

【００５０】

【発明の効果】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイ
オードにおいては、アバランシ増幅領域層の大きさを光
吸収領域層の大きさよりも小さくすることができるの
で、アバランシフォトダイオード全体の容量を小さくす
ることができる。その結果、アバランシフォトダイオー
ドを高速で動作させることが可能になる。

【００５１】また、アバランシ増幅領域層と光吸収領域
層とは、分離層及び清浄な界面を有する絶縁層によって
完全に隔てられており、アバランシ増幅領域層と光吸収
領域層との間にリーク電流が発生することを確実に防止
することができ、暗電流の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
の模式的な一部断面図及び一部平面図である。

【図２】本発明のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード
の作製方法を説明するための化合物半導体基板等の模式
的な斜視図である。

【図３】図２に引き続き、本発明のＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの作製方法を説明するための化合物半
導体基板等の模式的な一部断面図及び一部平面図であ
る。

【図４】図３に引き続き、本発明のＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの作製方法を説明するための化合物半
導体基板等の模式的な一部断面図及び一部平面図であ
る。

【図５】図４に引き続き、本発明のＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの作製方法を説明するための化合物半
導体基板等の模式的な一部断面図及び一部平面図であ
る。

【図６】図５に引き続き、本発明のＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの作製方法を説明するための化合物半
導体基板等の模式的な一部断面図及び一部平面図であ
る。

【図７】図６に引き続き、本発明のＳＡＭ型アバランシ
フォトダイオードの作製方法を説明するための化合物半
導体基板等の模式的な一部断面図及び一部平面図であ
る。

【図８】ＳＡＭ型アバランシフォトダイオードにおける
エネルギーバンド分布を模式的に示した図である。

【図９】従来のＳＡＭ型アバランシフォトダイオードの
模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０ 化合物半導体基板 １２ 絶縁層 １４ 開口部 １６ バッファ層 １８ アバランシ増幅領域層 ２０ 分離層 ２２ 光吸収領域層 ２４ 不純物拡散領域 ２６ 第１の電極 ２８ 第２の電極 ３０ パッシベーション膜

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導
   体基板と、 （ロ）該化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成さ
   れた、開口部を有する絶縁層と、 （ハ）該開口部底部の露出した化合物半導体基板の（１
   １１）Ｂ面の上及び該開口部の縁部近傍の絶縁層上に形
   成された、化合物半導体から成るアバランシ増幅領域層
   と、 （ニ）化合物半導体から成り、該アバランシ増幅領域層
   を被覆する分離層と、 （ホ）化合物半導体から成り、該分離層を被覆する光吸
   収領域層と、 （ヘ）該光吸収領域層に電気的に接続された第１の電極
   と、前記アバランシ増幅領域層に電気的に接続された第
   ２の電極、 から成ることを特徴とするＳＡＭ型アバランシフォトダ
   イオード。
2. 【請求項２】前記開口部底部の露出した化合物半導体基
   板の（１１１）Ｂ面上及び該開口部の縁部近傍の絶縁層
   上に形成された、化合物半導体から成るバッファ層を更
   に備え、アバランシ増幅領域層が該バッファ層を被覆し
   ていることを特徴とする請求項１に記載のＳＡＭ型アバ
   ランシフォトダイオード。
3. 【請求項３】光吸収領域層には不純物拡散領域が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
   のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード。
4. 【請求項４】化合物半導体基板はＩｎＰから成り、アバ
   ランシ増幅領域層はｉ−ＧａＩｎＡｓから成る井戸層と
   ｉ−ＡｌＩｎＡｓから成る障壁層とから構成された多重
   量子井戸層から成り、分離層はｐ−ＩｎＰから成り、光
   吸収領域層はｉ−ＧａＩｎＡｓから成ることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＳＡＭ
   型アバランシフォトダイオード。
5. 【請求項５】開口部の平面形状は正六角形又は円形であ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１
   項に記載のＳＡＭ型アバランシフォトダイオード。
6. 【請求項６】（イ）化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面
   上に絶縁層を形成した後、開口部を該絶縁層に形成する
   工程と （ロ）開口部底部に露出した化合物半導体基板の（１１
   １）Ｂ面の上、及び該開口部の縁部近傍の絶縁層上に、
   化合物半導体から成るアバランシ増幅領域層を有機金属
   気相成長法にてエピタキシャル成長させる工程と、 （ハ）化合物半導体から成り該アバランシ増幅領域層を
   被覆する分離層を有機金属気相成長法にてエピタキシャ
   ル成長させる工程と、 （ニ）化合物半導体から成り該分離層を被覆する光吸収
   領域層を有機金属気相成長法にてエピタキシャル成長さ
   せる工程と、 （ホ）該光吸収領域層に電気的に接続された第１の電極
   と、前記アバランシ増幅領域層に電気的に接続された第
   ２の電極とを形成する工程、 から成ることを特徴とするＳＡＭ型アバランシフォトダ
   イオードの作製方法。
7. 【請求項７】絶縁層に開口部を形成した後、アバランシ
   増幅領域層を形成する前に、開口部底部の露出した化合
   物半導体基板の（１１１）Ｂ面上及び該開口部の縁部近
   傍の絶縁層上に、化合物半導体から成るバッファ層を有
   機金属気相成長法にてエピタキシャル成長させる工程を
   更に含むことを特徴とする請求項６に記載のＳＡＭ型ア
   バランシフォトダイオードの作製方法。
8. 【請求項８】光吸収領域層に不純物拡散領域を形成する
   工程を更に含むことを特徴とする請求項６又は請求項７
   に記載のＳＡＭ型アバランシフォトダイオードの作製方
   法。
9. 【請求項９】化合物半導体基板はＩｎＰから成り、アバ
   ランシ増幅領域層はｉ−ＧａＩｎＡｓから成る井戸層と
   ｉ−ＡｌＩｎＡｓから成る障壁層とから構成された多重
   量子井戸層から成り、分離層はｐ−ＩｎＰから成り、光
   吸収領域層はｉ−ＧａＩｎＡｓから成ることを特徴とす
   る請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のＳＡＭ
   型アバランシフォトダイオードの作製方法。
10. 【請求項１０】開口部の平面形状は正六角形又は円形で
    あることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか
    １項に記載のＳＡＭ型アバランシフォトダイオードの作
    製方法。