JPH07312442A - 超格子アバランシェフォトダイオード - Google Patents
超格子アバランシェフォトダイオードInfo
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- JPH07312442A JPH07312442A JP6299996A JP29999694A JPH07312442A JP H07312442 A JPH07312442 A JP H07312442A JP 6299996 A JP6299996 A JP 6299996A JP 29999694 A JP29999694 A JP 29999694A JP H07312442 A JPH07312442 A JP H07312442A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 メサ型超格子アバランシェフォトダイオード
で問題となる表面リーク暗電流を低減し、低暗電流・高
信頼な超格子アバランシェフォトダイオードを実現す
る。 【構成】 ｐ+ 型ＩｎＰ基板もしくは高抵抗ＩｎＰ１１
上にｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２、ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ
光吸収層１３とｐ+ 型ＩｎＰ電界降下層１４と、ｎ- 型
ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５と、
ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６とｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を有する。ｐ+ 型導伝領域１１０を
形成し、ｐ+ とｎ+ の接する領域を、リング同心円形状
に、超格子増倍層に達するまで半導体層を除去する。パ
ッシベーション膜１１２と電極１８、１９を形成する。
で問題となる表面リーク暗電流を低減し、低暗電流・高
信頼な超格子アバランシェフォトダイオードを実現す
る。 【構成】 ｐ+ 型ＩｎＰ基板もしくは高抵抗ＩｎＰ１１
上にｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２、ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ
光吸収層１３とｐ+ 型ＩｎＰ電界降下層１４と、ｎ- 型
ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５と、
ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６とｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を有する。ｐ+ 型導伝領域１１０を
形成し、ｐ+ とｎ+ の接する領域を、リング同心円形状
に、超格子増倍層に達するまで半導体層を除去する。パ
ッシベーション膜１１２と電極１８、１９を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信用の高信頼特性
を有する超格子アバランシェフォトダイオードに関す
る。
を有する超格子アバランシェフォトダイオードに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】次世代の高速・高感度・高信頼性の光通
信システムを構成するには、シリカ系ファイバの低損失
波長域１．３〜１．６μm に対応でき、高速応答、高利
得帯域幅積（ＧＢ積）、低暗電流、かつ、高信頼性を有
する半導体受光素子が不可欠である。そこでカパッソ
（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ）等は、アプライド・フィジック
ス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０
（１）巻、ｐ．３８〜４０、１９８２年で超格子による
伝導帯エネルギー不連続量ΔＥｃを電子の衝突イオン化
に利用してイオン化率比α／βを人工的に増大させる構
造を提案し、さらに、香川らは、ジャーナル・オブ・ク
ォンタム・エレクトロニクス（Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、２８（６）巻、ｐ．１４１９
−１４２３、１９９２年で、長距離光通信に用いられる
波長１．３〜１．６μm 帯に受光感度を有するＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ系超格子を用いて同様の構造を形
成し、やはりイオン化率比α／βの増大（バルクＩｎＧ
ａＡｓの〜２に対して超格子層で〜５）を報告した。
信システムを構成するには、シリカ系ファイバの低損失
波長域１．３〜１．６μm に対応でき、高速応答、高利
得帯域幅積（ＧＢ積）、低暗電流、かつ、高信頼性を有
する半導体受光素子が不可欠である。そこでカパッソ
（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ）等は、アプライド・フィジック
ス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０
（１）巻、ｐ．３８〜４０、１９８２年で超格子による
伝導帯エネルギー不連続量ΔＥｃを電子の衝突イオン化
に利用してイオン化率比α／βを人工的に増大させる構
造を提案し、さらに、香川らは、ジャーナル・オブ・ク
ォンタム・エレクトロニクス（Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、２８（６）巻、ｐ．１４１９
−１４２３、１９９２年で、長距離光通信に用いられる
波長１．３〜１．６μm 帯に受光感度を有するＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ系超格子を用いて同様の構造を形
成し、やはりイオン化率比α／βの増大（バルクＩｎＧ
ａＡｓの〜２に対して超格子層で〜５）を報告した。
【０００３】その素子構造を図９に示す。この超格子構
造では伝導帯不連続量ΔＥｃが０．３９ｅＶと価電子帯
不連続量ΔＥｖの０．０３ｅＶより大きく走行キャリア
としての電子と正孔が井戸層に入ったときバンド不連続
により獲得するエネルギーが電子の方が正孔より大き
く、これによって電子がイオン化しきい値エネルギーに
達しやすくなることで電子イオン化率が増大し、イオン
化率比α／βの増大とそれによる低雑音化が図られてい
る。
造では伝導帯不連続量ΔＥｃが０．３９ｅＶと価電子帯
不連続量ΔＥｖの０．０３ｅＶより大きく走行キャリア
としての電子と正孔が井戸層に入ったときバンド不連続
により獲得するエネルギーが電子の方が正孔より大き
く、これによって電子がイオン化しきい値エネルギーに
達しやすくなることで電子イオン化率が増大し、イオン
化率比α／βの増大とそれによる低雑音化が図られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造のアバランシェフォトダイオードは、メサ側壁の半導
体（増倍層３３、電界緩和層３４、光吸収層３５）とＳ
ｉＮ表面パッシベーション膜３１０界面における界面準
位、半導体表面の残留酸化膜・欠陥を介して経時的にリ
ーク電流が発生増大し、実用的な増倍率領域（１０〜２
０）において暗電流が０．８〜数μＡオーダ程度以上と
なり、この暗電流による雑音増加がイオン化率比改善に
よる低雑音効果を打ち消してしまうという欠点を有す
る。また、このパッシベーション界面は従来報告されて
いるような一般的な信頼性試験の条件（例えば雰囲気温
度２００℃、逆方向電流１００μＡのバイアス条件）の
もとでは経時的に不安定であり、暗電流増加による素子
信頼性が十分でないという欠点を有する。
造のアバランシェフォトダイオードは、メサ側壁の半導
体（増倍層３３、電界緩和層３４、光吸収層３５）とＳ
ｉＮ表面パッシベーション膜３１０界面における界面準
位、半導体表面の残留酸化膜・欠陥を介して経時的にリ
ーク電流が発生増大し、実用的な増倍率領域（１０〜２
０）において暗電流が０．８〜数μＡオーダ程度以上と
なり、この暗電流による雑音増加がイオン化率比改善に
よる低雑音効果を打ち消してしまうという欠点を有す
る。また、このパッシベーション界面は従来報告されて
いるような一般的な信頼性試験の条件（例えば雰囲気温
度２００℃、逆方向電流１００μＡのバイアス条件）の
もとでは経時的に不安定であり、暗電流増加による素子
信頼性が十分でないという欠点を有する。
【０００５】一方、中村等がＥＣＯＣ、ＴｕＣ５−４、
ｐ．２６１−２６４、１９９１年で報告したポリイミド
膜４１０をメサパッシベーション膜の用いた超格子ＡＰ
Ｄの構造を図１０に示す。この構造では、パッシベーシ
ョン用のポリイミド膜４１０と、メサ側壁の半導体（増
倍層４３、電界緩和層４４、光吸収層４５）の界面には
多数の界面準位（２×１０12cm-2ｅＶ以上）が存在す
る。この界面準位は通常の半導体／ポリイミド膜界面の
ダングリングボンドと、メサ形成後に生成した半導体自
然酸化膜／半導体界面のダングリングボンド、さらに
は、表面欠陥に起因するもの等が挙げられる。特に、逆
バイアス時に空乏化する半導体層（４３、４４、４５）
中で、比較的禁制帯幅の小さなｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸
収層４３中には前者が、また自然酸化されやすいアルミ
ニウム原子を含む超格子増倍層４３、４４中では後者が
多く存在すると考えられる。したがって、アバランシェ
増倍が得られるような高電界（従来構造では電界分布は
メサ中央、端部ともに等しくなる。その値は増倍層で約
５００から６００ｋＶ／cm）。時には、これらの界面準
位を介する表面リーク暗電流が発生し、μＡオーダとな
ってしまう。また、経時的にも高電界によるパッシベー
ション膜へのホットキャリア注入効果などでこれらの界
面準位や表面欠陥が増大し、暗電流が増加することで素
子の信頼性は不十分なものとなる。
ｐ．２６１−２６４、１９９１年で報告したポリイミド
膜４１０をメサパッシベーション膜の用いた超格子ＡＰ
Ｄの構造を図１０に示す。この構造では、パッシベーシ
ョン用のポリイミド膜４１０と、メサ側壁の半導体（増
倍層４３、電界緩和層４４、光吸収層４５）の界面には
多数の界面準位（２×１０12cm-2ｅＶ以上）が存在す
る。この界面準位は通常の半導体／ポリイミド膜界面の
ダングリングボンドと、メサ形成後に生成した半導体自
然酸化膜／半導体界面のダングリングボンド、さらに
は、表面欠陥に起因するもの等が挙げられる。特に、逆
バイアス時に空乏化する半導体層（４３、４４、４５）
中で、比較的禁制帯幅の小さなｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸
収層４３中には前者が、また自然酸化されやすいアルミ
ニウム原子を含む超格子増倍層４３、４４中では後者が
多く存在すると考えられる。したがって、アバランシェ
増倍が得られるような高電界（従来構造では電界分布は
メサ中央、端部ともに等しくなる。その値は増倍層で約
５００から６００ｋＶ／cm）。時には、これらの界面準
位を介する表面リーク暗電流が発生し、μＡオーダとな
ってしまう。また、経時的にも高電界によるパッシベー
ション膜へのホットキャリア注入効果などでこれらの界
面準位や表面欠陥が増大し、暗電流が増加することで素
子の信頼性は不十分なものとなる。
【０００６】上述の半導体空乏層が直に側壁に露出する
メサ型では表面リーク電流が大きくなるか、経時的に不
安定になります。
メサ型では表面リーク電流が大きくなるか、経時的に不
安定になります。
【０００７】他方、図１１に示す、香川が特開平４−１
０４７８号公報で提案するプレーナ型の素子では、超格
子増倍層５５をキャリア濃度１０16cm-3以下のｐ- 型の
ドーピングしなければならないが、現在用いられている
結晶成長法では、このような低濃度のｐ型ドーピングを
アルミニウムを含む混晶に対して制御性良く形成するこ
とが困難であるという問題がある。
０４７８号公報で提案するプレーナ型の素子では、超格
子増倍層５５をキャリア濃度１０16cm-3以下のｐ- 型の
ドーピングしなければならないが、現在用いられている
結晶成長法では、このような低濃度のｐ型ドーピングを
アルミニウムを含む混晶に対して制御性良く形成するこ
とが困難であるという問題がある。
【０００８】本発明は、メサ型ｐｎ接合フォトダイオー
ドで問題となる表面リーク暗電流を低減し低暗電流で信
頼性の高い超格子アバランシェフォトダイオードを実現
することを目的とする。
ドで問題となる表面リーク暗電流を低減し低暗電流で信
頼性の高い超格子アバランシェフォトダイオードを実現
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の超格子アバラン
シェフォトダイオードは半絶縁性半導体基板もしくは高
濃度の第１導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型
半導体バッファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光
吸収層と、第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍
層と、高濃度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度
の第２導伝型半導体コンタクト層とを順次積層した超格
子アバランシェフォトダイオードにおいて、受光に供す
る領域の周囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導
伝型半導体電界緩和層より深い位置まで選択的に形成し
た第１導伝型化領域を有し、かつ、前記第１導伝型化領
域と高濃度第２導伝型半導体コンタクト層及び高濃度第
２導伝型半導体キャップ層が接しないように第２導伝型
半導体キャップ層までエッチング除去された構造を有す
ることを特徴とする。
シェフォトダイオードは半絶縁性半導体基板もしくは高
濃度の第１導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型
半導体バッファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光
吸収層と、第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍
層と、高濃度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度
の第２導伝型半導体コンタクト層とを順次積層した超格
子アバランシェフォトダイオードにおいて、受光に供す
る領域の周囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導
伝型半導体電界緩和層より深い位置まで選択的に形成し
た第１導伝型化領域を有し、かつ、前記第１導伝型化領
域と高濃度第２導伝型半導体コンタクト層及び高濃度第
２導伝型半導体キャップ層が接しないように第２導伝型
半導体キャップ層までエッチング除去された構造を有す
ることを特徴とする。
【００１０】また半絶縁性半導体基板もしくは高濃度の
第１導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型半導体
バッファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光吸収層
と、第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍層と、
高濃度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度の第２
導伝型半導体コンタクト層とを順次積層した超格子アバ
ランシェフォトダイオードにおいて、受光に供する領域
の周囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導伝型半
導体電界緩和層より深い位置まで選択的に形成した第１
導伝型化領域を有し、かつ、表面の前記第１導伝型化領
域と前記高濃度第２導伝型半導体コンタクト層及び前記
高濃度第２導伝型半導体キャップ層の接する領域を選択
的に高抵抗化した構造を有することを特徴とする。
第１導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型半導体
バッファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光吸収層
と、第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍層と、
高濃度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度の第２
導伝型半導体コンタクト層とを順次積層した超格子アバ
ランシェフォトダイオードにおいて、受光に供する領域
の周囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導伝型半
導体電界緩和層より深い位置まで選択的に形成した第１
導伝型化領域を有し、かつ、表面の前記第１導伝型化領
域と前記高濃度第２導伝型半導体コンタクト層及び前記
高濃度第２導伝型半導体キャップ層の接する領域を選択
的に高抵抗化した構造を有することを特徴とする。
【００１１】また前記エッチング除去した部分に選択的
に半導体埋め込み領域を形成した構造を有することを特
徴とする。また前記第２導伝型半導体キャップ層と前記
超格子増倍層の間にエッチングストップ層を有すること
を特徴とする。また前記半導体電界緩和層によって規定
される電界緩和量が受光に供する領域よりもその外側に
おいて、より小さくする手段を有することを特徴とす
る。また前記選択的にエッチング除去または高抵抗化し
た領域の下方の前記第１導伝型半導体電界緩和層の第１
導伝型濃度を低くしたことを特徴とする。また前記第１
導伝型半導体電界緩和層の厚さを受光に供する領域で厚
くその外側で薄くしたことを特徴とする。
に半導体埋め込み領域を形成した構造を有することを特
徴とする。また前記第２導伝型半導体キャップ層と前記
超格子増倍層の間にエッチングストップ層を有すること
を特徴とする。また前記半導体電界緩和層によって規定
される電界緩和量が受光に供する領域よりもその外側に
おいて、より小さくする手段を有することを特徴とす
る。また前記選択的にエッチング除去または高抵抗化し
た領域の下方の前記第１導伝型半導体電界緩和層の第１
導伝型濃度を低くしたことを特徴とする。また前記第１
導伝型半導体電界緩和層の厚さを受光に供する領域で厚
くその外側で薄くしたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明では基板上に光吸収層、電界緩和層、超
格子増倍層、キャップ層と積層されている超格子ＡＰＤ
で、メサ側面の周囲に電界緩和層より深くまでｐ+ ドー
ピングを行い、幅数μm のドーナツ型ｐ+ 化領域を形成
し、さらに、ｐ+ 型化した領域とｎ+ キャップ層が接し
ないようにｎ+ キャップ層の外周とｐ+ 化領域の内周と
の間隔が数μm となるようキャップ層においてエッチン
グ除去されている。
格子増倍層、キャップ層と積層されている超格子ＡＰＤ
で、メサ側面の周囲に電界緩和層より深くまでｐ+ ドー
ピングを行い、幅数μm のドーナツ型ｐ+ 化領域を形成
し、さらに、ｐ+ 型化した領域とｎ+ キャップ層が接し
ないようにｎ+ キャップ層の外周とｐ+ 化領域の内周と
の間隔が数μm となるようキャップ層においてエッチン
グ除去されている。
【００１３】メサ側面の周囲に電界緩和層より深くまで
ｐ+ ドーピングを行い、幅数μm のドーナツ型ｐ+ 化領
域を形成しているので、ｐｎ接合から受光部の光吸収層
がに延びる空乏層はメサ側壁に向かって横方向に延びて
もその空乏層端はメサ側壁に届かなくなる。つまり光吸
収層の空乏化領域を半導体の非空乏化領域で保護するこ
とで空乏層がパッシベーション膜に接しないようにして
ある。
ｐ+ ドーピングを行い、幅数μm のドーナツ型ｐ+ 化領
域を形成しているので、ｐｎ接合から受光部の光吸収層
がに延びる空乏層はメサ側壁に向かって横方向に延びて
もその空乏層端はメサ側壁に届かなくなる。つまり光吸
収層の空乏化領域を半導体の非空乏化領域で保護するこ
とで空乏層がパッシベーション膜に接しないようにして
ある。
【００１４】また、ｐｎ接合から超格子増倍層側にのび
る空乏層は、ｎ+ キャップ層及びエッチングストップ層
（エッチングストップ層を用いた場合）のパッシベーシ
ョン膜に接している界面までのびるがこの界面における
横方向の電界強度はｐ+ 型化した領域とｎ+ キャップ層
が接しないように幅数μm をエッチング除去した構造と
なっているので、３００ｋＶ／cm以下となる。すなわ
ち、低電界かつ禁制帯幅の大きな半導体のみがパッシベ
ーション膜と接しているだけなので表面リーク電流（界
面を流れる）は小さくなる。本発明の構造ではパッシベ
ーション膜と接している界面に露出する電界印加領域の
電界強度を大幅に低減しているため、リーク暗電流が減
少し、さらに経時的変化も抑制でき素子信頼性が向上し
た半導体受光素子が実現できる。
る空乏層は、ｎ+ キャップ層及びエッチングストップ層
（エッチングストップ層を用いた場合）のパッシベーシ
ョン膜に接している界面までのびるがこの界面における
横方向の電界強度はｐ+ 型化した領域とｎ+ キャップ層
が接しないように幅数μm をエッチング除去した構造と
なっているので、３００ｋＶ／cm以下となる。すなわ
ち、低電界かつ禁制帯幅の大きな半導体のみがパッシベ
ーション膜と接しているだけなので表面リーク電流（界
面を流れる）は小さくなる。本発明の構造ではパッシベ
ーション膜と接している界面に露出する電界印加領域の
電界強度を大幅に低減しているため、リーク暗電流が減
少し、さらに経時的変化も抑制でき素子信頼性が向上し
た半導体受光素子が実現できる。
【００１５】また、このような構造では電界緩和量が大
きい素子では有効であるが、電界緩和量が小さい素子で
は、キャップ層直下の周辺部分の電界強度が中央部分よ
りわずかに高くなり、面内増倍感度分布が高増倍率（１
０以上）時に不均一になる傾向にある。
きい素子では有効であるが、電界緩和量が小さい素子で
は、キャップ層直下の周辺部分の電界強度が中央部分よ
りわずかに高くなり、面内増倍感度分布が高増倍率（１
０以上）時に不均一になる傾向にある。
【００１６】そこで本発明では前記キャップ層直下の周
辺部分の電界緩和量を中央部分よりも小さくした構造を
とっている。
辺部分の電界緩和量を中央部分よりも小さくした構造を
とっている。
【００１７】図８は本発明の素子の受光に供する領域中
央部、周辺部の電界強度分布と電界緩和量の定義を示す
図である。本発明の構造では図６、図７いずれも、図８
に示されるように電界緩和量が、受光周辺部の方が中央
部より小さくなる。このため超格子増倍層の周辺での電
界強度が小さくなりエッジ増倍が抑制され、より均一に
増倍するようになる。電界緩和量を小さくする手段とし
て、図６では第１導伝型電界緩和層の第１導伝型キャリ
ア濃度を補償する不純物を用いてある。ここでいう不純
物とは単独では高抵抗層を形成する鉄（Ｆｅ）、チタン
（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、あるいは、水素（Ｈ）、
酸素（Ｏ）等である。また、図７では第１導伝型電界緩
和層の厚さを周辺部で薄くしている。中央より周辺の電
界緩和量が小さいので図８に示すように同じバイアス電
圧（面積）のとき超格子増倍層の周辺部の電界強度が中
央より小さくなる。よってエッジ増倍の抑制された高均
一増倍面内感度分布を有し、かつ素子信頼性が向上した
半導体受光素子を再現性よく実現するものである。
央部、周辺部の電界強度分布と電界緩和量の定義を示す
図である。本発明の構造では図６、図７いずれも、図８
に示されるように電界緩和量が、受光周辺部の方が中央
部より小さくなる。このため超格子増倍層の周辺での電
界強度が小さくなりエッジ増倍が抑制され、より均一に
増倍するようになる。電界緩和量を小さくする手段とし
て、図６では第１導伝型電界緩和層の第１導伝型キャリ
ア濃度を補償する不純物を用いてある。ここでいう不純
物とは単独では高抵抗層を形成する鉄（Ｆｅ）、チタン
（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、あるいは、水素（Ｈ）、
酸素（Ｏ）等である。また、図７では第１導伝型電界緩
和層の厚さを周辺部で薄くしている。中央より周辺の電
界緩和量が小さいので図８に示すように同じバイアス電
圧（面積）のとき超格子増倍層の周辺部の電界強度が中
央より小さくなる。よってエッジ増倍の抑制された高均
一増倍面内感度分布を有し、かつ素子信頼性が向上した
半導体受光素子を再現性よく実現するものである。
【００１８】
【実施例】図１、図２、図３は本発明の素子構造図であ
る。この図において、１１は半絶縁性もしくは第１導伝
型の半導体基板、１２は高濃度の第１導伝型半導体バッ
ファ層、１３は低濃度第１導伝型半導体光吸収層、１４
は第１導伝型半導体電界緩和層、１５は超格子増倍層、
１６は高濃度第２導伝型半導体キャップ層、１７は高濃
度第２導伝型半導体コンタクト層、１８は第２導伝型半
導体用電極、１９は第１導伝型半導体用電極であり、１
１０は高濃度第１導伝型化領域、１１１は反射防止膜、
１１２は表面パッシベーション膜である。１１３は高抵
抗半導体層、１１４は半導体埋め込み層である。図４は
本発明の素子の表面横方向電界強度を示す図である。
る。この図において、１１は半絶縁性もしくは第１導伝
型の半導体基板、１２は高濃度の第１導伝型半導体バッ
ファ層、１３は低濃度第１導伝型半導体光吸収層、１４
は第１導伝型半導体電界緩和層、１５は超格子増倍層、
１６は高濃度第２導伝型半導体キャップ層、１７は高濃
度第２導伝型半導体コンタクト層、１８は第２導伝型半
導体用電極、１９は第１導伝型半導体用電極であり、１
１０は高濃度第１導伝型化領域、１１１は反射防止膜、
１１２は表面パッシベーション膜である。１１３は高抵
抗半導体層、１１４は半導体埋め込み層である。図４は
本発明の素子の表面横方向電界強度を示す図である。
【００１９】（実施例１）図１に示す本発明である半導
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm厚に、キャリ
ア濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩
和層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もし
くはキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ−型ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３
μm 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１５を０．０
０５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm
-3のｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm厚に、キャリ
ア濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩
和層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もし
くはキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ−型ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３
μm 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１５を０．０
０５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm
-3のｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
【００２０】ここで上記半導体層構造と同じで、超格子
増倍層１５とＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間に薄いＩ
ｎＰエッチングストップ層１１５を省いた構造を用いて
も良い。
増倍層１５とＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間に薄いＩ
ｎＰエッチングストップ層１１５を省いた構造を用いて
も良い。
【００２１】次に、直径３０μm の円形ＳｉＮ膜をマス
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０18〜１０19
cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域１１０を通常のＺｎ選択熱
拡散の手法で形成する。拡散深さは表面より少なくとも
ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深さとする。
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０18〜１０19
cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域１１０を通常のＺｎ選択熱
拡散の手法で形成する。拡散深さは表面より少なくとも
ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深さとする。
【００２２】次に、このｐ+ 型領域と拡散されていない
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
に、エッチングストップ層（エッチングストップ層がな
い場合は超格子増倍層）に達するまで、境界領域のＩｎ
Ｐキャップ層１６とＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエ
ッチング除去する。
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
に、エッチングストップ層（エッチングストップ層がな
い場合は超格子増倍層）に達するまで、境界領域のＩｎ
Ｐキャップ層１６とＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエ
ッチング除去する。
【００２３】このウェハに、表面パッシベーション膜１
１２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、
受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１
２に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
１２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、
受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１
２に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
【００２４】（実施例２）図２に示す本発明である半導
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もしく
はキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μ
m 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3のｎ+ 型ＩｎＡ
ｌＡｓ（もしくはＩｎＰ）キャップ層１６を０．５μm
厚に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソー
ス分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長す
る。
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もしく
はキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μ
m 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3のｎ+ 型ＩｎＡ
ｌＡｓ（もしくはＩｎＰ）キャップ層１６を０．５μm
厚に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソー
ス分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長す
る。
【００２５】次に、直径３０μm の円形ＳｉＮ膜をマス
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０18〜１０19
cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の
手法で形成する。拡散深さは表面より少なくともｐ+ 型
ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深さ通常はｐ+ 型ＩｎＰバ
ッファ層１２に達するまでの値とする。
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０18〜１０19
cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の
手法で形成する。拡散深さは表面より少なくともｐ+ 型
ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深さ通常はｐ+ 型ＩｎＰバ
ッファ層１２に達するまでの値とする。
【００２６】次に、このｐ+ 型領域と拡散されていない
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
にｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエッチング除
去する。さらにこの同心円部分に該超格子増倍層に達す
るまで（すなわち境界領域のＩｎＡｌＡｓ層１６に）酸
素イオン（Ｏ+ ）あるいはプロトン（Ｈ+ ）、あるいは
鉄（Ｆｅ+ ）、あるいはチタン（Ｔｉ）、あるいはコバ
ルト（Ｃｏ）をイオン注入し（注入後は適当な温度でア
ニールしイオンを活性化する。あるいは活性化しない場
合もある。）高抵抗化領域１１３を形成する。
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
にｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエッチング除
去する。さらにこの同心円部分に該超格子増倍層に達す
るまで（すなわち境界領域のＩｎＡｌＡｓ層１６に）酸
素イオン（Ｏ+ ）あるいはプロトン（Ｈ+ ）、あるいは
鉄（Ｆｅ+ ）、あるいはチタン（Ｔｉ）、あるいはコバ
ルト（Ｃｏ）をイオン注入し（注入後は適当な温度でア
ニールしイオンを活性化する。あるいは活性化しない場
合もある。）高抵抗化領域１１３を形成する。
【００２７】このウェハ表面にパッシベーション膜１１
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、受
光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２
に達するメサエッチングを行い、エッチング表面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、受
光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２
に達するメサエッチングを行い、エッチング表面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
【００２８】（実施例３）図３に示す本発明である半導
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm厚に、キャリ
ア濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩
和層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もし
くはキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３
μm 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１３を０．０
０５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０15cm
-3のｎ- 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０15cm-3のｎ- 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ+ 型ＩｎＰ
基板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜
１μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm厚に、キャリ
ア濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩
和層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もし
くはキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３
μm 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１３を０．０
０５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０15cm
-3のｎ- 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０15cm-3のｎ- 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
【００２９】ここで上記半導体層構造と同じで、超格子
増倍層１５とＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間のエッチ
ングストップ層を省いた構造を用いてもよい。
増倍層１５とＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間のエッチ
ングストップ層を省いた構造を用いてもよい。
【００３０】次に、直径３０μm の円形ＳｉＮ膜をマス
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０19cm-3台程
度のｐ+ 型導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形
成する。拡散深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電
界緩和層１４以上の深さ、通常はｐ+ 型ＩｎＰバッファ
層１２に達するまでの値とする。
クとして、マスクの周囲にキャリア濃度１０19cm-3台程
度のｐ+ 型導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形
成する。拡散深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電
界緩和層１４以上の深さ、通常はｐ+ 型ＩｎＰバッファ
層１２に達するまでの値とする。
【００３１】次に、このｐ+ 型領域と拡散されていない
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
に、ＳｉＮないしＳｉＯ2 膜をマスクとして該超格子増
倍層に達するまで（すなわち境界領域のＩｎＡｌＡｓキ
ャップ層１６とＩｎＧａＡｓコンタクト層１７を）エッ
チング除去する。
円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング同心円状
に、ＳｉＮないしＳｉＯ2 膜をマスクとして該超格子増
倍層に達するまで（すなわち境界領域のＩｎＡｌＡｓキ
ャップ層１６とＩｎＧａＡｓコンタクト層１７を）エッ
チング除去する。
【００３２】さらに、該エッチング除去領域にエッチン
グマスクをそのままマスクとしてＩｎＰ半導体埋め込み
層１１４を選択再成長行う。再成長前には熱クリーニン
グか水素ラジカルビームを用いた表面酸化膜除去を行う
と良い。
グマスクをそのままマスクとしてＩｎＰ半導体埋め込み
層１１４を選択再成長行う。再成長前には熱クリーニン
グか水素ラジカルビームを用いた表面酸化膜除去を行う
と良い。
【００３３】このウェハに表面パッシベーション膜１１
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、受
光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２
に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側電
極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行って
から反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。次に、受
光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２
に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側電
極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行って
から反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
【００３４】図１〜３に示す本発明の構造では、図５に
示すように６００ｋＶ／cm程度の高電界となる部分は受
光部のｎ+ キャップ層直下の超格子増倍層１５のみとな
り、高電界がパッシベーション膜と接している界面に露
出していない。パッシベーション膜と接している電界印
加領域は、高濃度第２導伝型半導体キャップ層１６と高
濃度第１導伝型化領域１１０の間のエッチングストップ
層１１５（エッチングストップ層がないときは超格子増
倍層）であるが、ここでは高濃度第２導伝型半導体キャ
ップ層１６と高濃度第１導伝型化領域１１０の間の距離
が数μm となるような構造であるため電界強度は約３０
０ｋＶ／cm以下と低くなる。
示すように６００ｋＶ／cm程度の高電界となる部分は受
光部のｎ+ キャップ層直下の超格子増倍層１５のみとな
り、高電界がパッシベーション膜と接している界面に露
出していない。パッシベーション膜と接している電界印
加領域は、高濃度第２導伝型半導体キャップ層１６と高
濃度第１導伝型化領域１１０の間のエッチングストップ
層１１５（エッチングストップ層がないときは超格子増
倍層）であるが、ここでは高濃度第２導伝型半導体キャ
ップ層１６と高濃度第１導伝型化領域１１０の間の距離
が数μm となるような構造であるため電界強度は約３０
０ｋＶ／cm以下と低くなる。
【００３５】（実施例４）図６に示す本発明である半導
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ型ＩｎＰ基
板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜１
μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もしく
はキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μ
m 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１８を０．００
５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3
のｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
ここで上記半導体層構造と同じで、超格子増倍層１５と
ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間の薄いＩｎＰエッチン
グストップ層１１８を省いた構造を用いてもよい。
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ型ＩｎＰ基
板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜１
μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）、ノンドープｉ型もしく
はキャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μ
m 厚に、ＩｎＰエッチングストップ層１１８を０．００
５〜０．０５μm 厚に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3
のｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、ガスソース
分子線成長法（ガスソースＭＢＥ）を用いて成長する。
ここで上記半導体層構造と同じで、超格子増倍層１５と
ＩｎＡｌＡｓキャップ層１６の間の薄いＩｎＰエッチン
グストップ層１１８を省いた構造を用いてもよい。
【００３６】次に、内径２０μm 程度で外形３０μm 以
上のリング状に穴の開いたマスクを用いて、鉄（Ｆ
ｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、あるいは水
素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等を単独、もしくは組み合わせ
て、リング状に選択的にイオン注入・活性化する。注入
深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４
以上の深さとし、ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層の一部１１６
のｐ濃度を小さくする。
上のリング状に穴の開いたマスクを用いて、鉄（Ｆ
ｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、あるいは水
素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等を単独、もしくは組み合わせ
て、リング状に選択的にイオン注入・活性化する。注入
深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４
以上の深さとし、ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層の一部１１６
のｐ濃度を小さくする。
【００３７】次に、直径２０μm 以上のＳｉＮ膜をマス
クとして、イオン注入部分１１７を一部含んだ同心円外
側にキャリア濃度１０19cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域を
通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形成する。拡散深さは表
面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深
さとする。
クとして、イオン注入部分１１７を一部含んだ同心円外
側にキャリア濃度１０19cm-3台程度のｐ+ 型導伝領域を
通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形成する。拡散深さは表
面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４以上の深
さとする。
【００３８】次に、このｐ+ 型化した領域と中心の拡散
されていない円形のｎ+ 領域の境界部分（イオン注入さ
れたリング状部分も一部含む）で、幅数μm のリング同
心円状に、該超格子増倍層上部に達するまで、すなわ
ち、境界領域のＩｎＰキャップ層１６とＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層１７をエッチング除去する。
されていない円形のｎ+ 領域の境界部分（イオン注入さ
れたリング状部分も一部含む）で、幅数μm のリング同
心円状に、該超格子増倍層上部に達するまで、すなわ
ち、境界領域のＩｎＰキャップ層１６とＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層１７をエッチング除去する。
【００３９】このウェハに、表面パッシベーション膜１
１２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅ Ｎｉで形成する。つぎ
に、受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ
層１２に達するメサエッチングを行い、エッチング面に
ｐ側電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を
行ってから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
１２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅ Ｎｉで形成する。つぎ
に、受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ
層１２に達するメサエッチングを行い、エッチング面に
ｐ側電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を
行ってから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
【００４０】（実施例５）図７に示す本発明である半導
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ型ＩｎＰ基
板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜１
μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）に結晶成長する。
体受光素子を以下の工程により製作した。ｐ型ＩｎＰ基
板１１上に、ｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２を０．５〜１
μm 厚に、キャリア濃度〜２×１０15cm-3のｐ- 型Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１３を１〜１．５μm 厚に、キャリア
濃度０．５〜１×１０18cm-3のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層
１４を０．１〜０．０５μm 厚（ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和
層１４のキャリア濃度に依存）に結晶成長する。
【００４１】次に、直径２０μm 程度の円形領域を残し
てその外側１１８のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４を０．
０５〜０．００５μm （ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４の
キャリア濃度に依存）エッチング除去する。
てその外側１１８のｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４を０．
０５〜０．００５μm （ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１４の
キャリア濃度に依存）エッチング除去する。
【００４２】このウエハ上にノンドープｉ型もしくはキ
ャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3のｎ+ 型ＩｎＡｌＡ
ｓ（もしくはＩｎＰ）キャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、再成長す
る。成長法はガスソース分子線成長法（ガスソースＭＢ
Ｅ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などである。
ャリア濃度〜２×１０15cm-3以下のｎ- 型ＩｎＡｌＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層１５を０．２３μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０18cm-3のｎ+ 型ＩｎＡｌＡ
ｓ（もしくはＩｎＰ）キャップ層１６を０．５μm 厚
に、キャリア濃度〜１×１０19cm-3のｎ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１７を０．１μm 厚に順次、再成長す
る。成長法はガスソース分子線成長法（ガスソースＭＢ
Ｅ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などである。
【００４３】次に、上記直径２０μm の円形領域と同心
円になる直径３０μm の円形ＳｉＮ膜をマスクとして、
マスクの外側にキャリア濃度１０19cm-3台程度のｐ+ 型
導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形成する。拡
散深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１
４以上の深さ、通常はｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２に達
するまでの値とする。次に、このｐ+ 型領域と拡散され
ていない円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング
同心円状にｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエッ
チング除去する。
円になる直径３０μm の円形ＳｉＮ膜をマスクとして、
マスクの外側にキャリア濃度１０19cm-3台程度のｐ+ 型
導伝領域を通常のＺｎ選択熱拡散の手法で形成する。拡
散深さは表面より少なくともｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１
４以上の深さ、通常はｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１２に達
するまでの値とする。次に、このｐ+ 型領域と拡散され
ていない円形のｎ+ 領域の境界部分を幅数μm のリング
同心円状にｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエッ
チング除去する。
【００４４】エッチングストップ層１１８を挿入してあ
る場合は、このエッチングストップ層に達するまでエッ
チング除去する。
る場合は、このエッチングストップ層に達するまでエッ
チング除去する。
【００４５】このウェハに表面パッシベーション膜１１
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。つぎに、
受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１
２に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
２、ｎ側電極１８をＡｕＧｅＮｉで形成する。つぎに、
受光領域以外の領域に深さがｐ+ 型ＩｎＰバッファ層１
２に達するメサエッチングを行い、エッチング面にｐ側
電極１９をＡｕＺｎで形成する。最後に裏面研磨を行っ
てから反射防止膜１１１をＳｉＮ膜で形成する。
【００４６】なお上記の各実施例ではｐ型を用いたが、
半絶縁性ＩｎＰ基板を用いてもよい。また、基板に段差
を形成し、段差の上下で結晶成長した半導体の層厚や不
純物濃度が変化する性質を利用してもよい。
半絶縁性ＩｎＰ基板を用いてもよい。また、基板に段差
を形成し、段差の上下で結晶成長した半導体の層厚や不
純物濃度が変化する性質を利用してもよい。
【００４７】上記の実施例１，２，３の構造により、高
速応答特性についてＧＢ積１２０ＧＨｚ程度の高速性が
確認され、暗電流の初期値としては従来とほぼ同程度の
値が得られた（同一メサ直径で比較）。さらに、素子信
頼性に関しても、信頼性試験（例えば、雰囲気温度２０
０℃、逆方向電流１００μＡのバイアス条件で１０００
時間）の後でも、暗電流増加・素子特性劣化ついてほと
んど観測されなかった。
速応答特性についてＧＢ積１２０ＧＨｚ程度の高速性が
確認され、暗電流の初期値としては従来とほぼ同程度の
値が得られた（同一メサ直径で比較）。さらに、素子信
頼性に関しても、信頼性試験（例えば、雰囲気温度２０
０℃、逆方向電流１００μＡのバイアス条件で１０００
時間）の後でも、暗電流増加・素子特性劣化ついてほと
んど観測されなかった。
【００４８】実施例４，５の構成により増倍感度分布の
面内均一性を向上し、高信頼・高速・高均一増倍特性を
有する改良された疑似プレーナ構造の超格子アバランシ
ェフォトダイオードが得られた。増倍特性の面内分布に
ついて、特に増倍率１０以上のバイアスで実施例１と比
較して面内分布の均一性が優れていた。また、この構成
は実施例２，３にも適用することができる。
面内均一性を向上し、高信頼・高速・高均一増倍特性を
有する改良された疑似プレーナ構造の超格子アバランシ
ェフォトダイオードが得られた。増倍特性の面内分布に
ついて、特に増倍率１０以上のバイアスで実施例１と比
較して面内分布の均一性が優れていた。また、この構成
は実施例２，３にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、波長１．３〜１．５μ
m 帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に高信頼性を有するアバランシェ
フォトダイオードを実現することができる。
m 帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に高信頼性を有するアバランシェ
フォトダイオードを実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施例である半導体受光素子の
構造図である。
構造図である。
【図２】本発明の第２の実施例である半導体受光素子の
構造図である。
構造図である。
【図３】本発明の第３の実施例である半導体受光素子の
構造図である。
構造図である。
【図４】エッチング除去後の増倍層表面横方向の電界強
度を示す図である。
度を示す図である。
【図５】本発明の第１，２，３の実施例の半導体受光素
子の電界強度分布を示す図である。
子の電界強度分布を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施例である半導体受光素子の
構造図である。
構造図である。
【図７】本発明の第５の実施例である半導体受光素子の
構造図である。
構造図である。
【図８】本発明の素子の受光に供する領域中央部、周辺
部の電界強度分布と電界緩和量の定義を示す図である。
部の電界強度分布と電界緩和量の定義を示す図である。
【図９】第１の従来例の半導体受光素子の構造図であ
る。
る。
【図１０】第２の従来例の半導体受光素子の構造図であ
る。
る。
【図１１】第３の従来例の半導体受光素子の構造図であ
る。
る。
１１ 半絶縁性半導体基板または高濃度の第１導伝型半
導体基板 １２ 高濃度の第１導伝型半導体バッファ層 １３ 低濃度第１導伝型半導体光吸収層 １４ 第１導伝型半導体電界緩和層 １５ 超格子増倍層 １６ 高濃度第２導伝型半導体キャップ層 １７ 高濃度第２導伝型半導体コンタクト層 １８ 第２導伝型半導体用電極 １９ 第１導伝型半導体用電極 １１０ 高濃度第１導伝型化領域 １１１ 反射防止膜 １１２ 表面パッシベーション膜 １１３ 高抵抗化領域 １１４ 半導体埋め込み層 １１５ エッチングストップ層 １１６ 第１導伝型半導体電界緩和層で第１導伝型不純
物濃度が変化している領域 １１７ 第１導伝型半導体電界緩和層で第１導伝型不純
物濃度を変化させるために不純物を注入している領域 １１８ 第１導伝型半導体電界緩和層で厚さが変化して
いる領域 １１９ ｐｎ接合面を示す線 １２０ ｐｎ接合面を示す線 ３１ ｎ+ 型ＩｎＰ基板 ３２ ｎ+ 型ＩｎＰバッファー層 ３３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバ
ランシェ増倍層 ３４ ｐ型ＩｎＰ電界緩和層 ３５ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ３６ ｐ+ 型ＩｎＰキャップ層 ３７ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ３８ ｎ側電極 ３９ ｐ側電極 ３１０ ＳｉＮパッシベーション膜 ３１１ ポリイミド膜 ４１ ｎ+ 型ＩｎＰ基板 ４２ ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓバッファー層 ４３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバラ
ンシェ増倍層 ４４ ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層 ４５ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ４６ ｐ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層 ４７ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ４８ ｎ側電極 ４９ ｐ側電極 ４１０ ポリイミドパッシベーション膜 ４１１ 反射防止膜 ５１ ｐ+ 型ＩｎＰ基板 ５２ ｐ+ 型ＩｎＰバッファー層 ５３ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ５４ ｐ型ＩｎＧａＡｓ電界緩和層 ５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバラン
シェ増倍層 ５６ ｐ型ＩｎＰキャップ層 ５７ 高濃度ｎ型ＩｎＰ領域 ５８ 低濃度ｎ型ＩｎＰ領域 ５９ ＡｕＧｅＮｉオーミック電極 ５１０ ＡｕＺｎＮｉオーミック電極 ５１１ 光入射用窓
導体基板 １２ 高濃度の第１導伝型半導体バッファ層 １３ 低濃度第１導伝型半導体光吸収層 １４ 第１導伝型半導体電界緩和層 １５ 超格子増倍層 １６ 高濃度第２導伝型半導体キャップ層 １７ 高濃度第２導伝型半導体コンタクト層 １８ 第２導伝型半導体用電極 １９ 第１導伝型半導体用電極 １１０ 高濃度第１導伝型化領域 １１１ 反射防止膜 １１２ 表面パッシベーション膜 １１３ 高抵抗化領域 １１４ 半導体埋め込み層 １１５ エッチングストップ層 １１６ 第１導伝型半導体電界緩和層で第１導伝型不純
物濃度が変化している領域 １１７ 第１導伝型半導体電界緩和層で第１導伝型不純
物濃度を変化させるために不純物を注入している領域 １１８ 第１導伝型半導体電界緩和層で厚さが変化して
いる領域 １１９ ｐｎ接合面を示す線 １２０ ｐｎ接合面を示す線 ３１ ｎ+ 型ＩｎＰ基板 ３２ ｎ+ 型ＩｎＰバッファー層 ３３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバ
ランシェ増倍層 ３４ ｐ型ＩｎＰ電界緩和層 ３５ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ３６ ｐ+ 型ＩｎＰキャップ層 ３７ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ３８ ｎ側電極 ３９ ｐ側電極 ３１０ ＳｉＮパッシベーション膜 ３１１ ポリイミド膜 ４１ ｎ+ 型ＩｎＰ基板 ４２ ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓバッファー層 ４３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバラ
ンシェ増倍層 ４４ ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層 ４５ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ４６ ｐ+ 型ＩｎＡｌＡｓキャップ層 ４７ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ４８ ｎ側電極 ４９ ｐ側電極 ４１０ ポリイミドパッシベーション膜 ４１１ 反射防止膜 ５１ ｐ+ 型ＩｎＰ基板 ５２ ｐ+ 型ＩｎＰバッファー層 ５３ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ５４ ｐ型ＩｎＧａＡｓ電界緩和層 ５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子アバラン
シェ増倍層 ５６ ｐ型ＩｎＰキャップ層 ５７ 高濃度ｎ型ＩｎＰ領域 ５８ 低濃度ｎ型ＩｎＰ領域 ５９ ＡｕＧｅＮｉオーミック電極 ５１０ ＡｕＺｎＮｉオーミック電極 ５１１ 光入射用窓
Claims (7)
- 【請求項１】半絶縁性半導体基板もしくは高濃度の第１
導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型半導体バッ
ファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光吸収層と、
第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍層と、高濃
度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度の第２導伝
型半導体コンタクト層とを順次積層した超格子アバラン
シェフォトダイオードにおいて、受光に供する領域の周
囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導伝型半導体
電界緩和層より深い位置まで選択的に形成した第１導伝
型化領域を有し、かつ、前記第１導伝型化領域と高濃度
第２導伝型半導体コンタクト層及び高濃度第２導伝型半
導体キャップ層が接しないように第２導伝型半導体キャ
ップ層までエッチング除去された構造を有することを特
徴とする超格子アバランシェフォトダイオード。 - 【請求項２】半絶縁性半導体基板もしくは高濃度の第１
導伝型半導体基板上に、高濃度の第１導伝型半導体バッ
ファ層を介して、低濃度第１導伝型半導体光吸収層と、
第１導伝型半導体電界緩和層と、超格子増倍層と、高濃
度の第２導伝型半導体キャップ層と、高濃度の第２導伝
型半導体コンタクト層とを順次積層した超格子アバラン
シェフォトダイオードにおいて、受光に供する領域の周
囲の領域に、表面より少なくとも前記第１導伝型半導体
電界緩和層より深い位置まで選択的に形成した第１導伝
型化領域を有し、かつ、表面の前記第１導伝型化領域と
前記高濃度第２導伝型半導体コンタクト層及び前記高濃
度第２導伝型半導体キャップ層の接する領域を選択的に
高抵抗化した構造を有することを特徴とする超格子アバ
ランシェフォトダイオード。 - 【請求項３】前記エッチング除去した部分に選択的に半
導体埋め込み領域を形成した構造を有することを特徴と
する請求項１記載の超格子アバランシェフォトダイオー
ド。 - 【請求項４】前記第２導伝型半導体キャップ層と前記超
格子増倍層の間にエッチングストップ層を有することを
特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の超
格子アバランシェフォトダイオード。 - 【請求項５】前記半導体電界緩和層によって規定される
電界緩和量が受光に供する領域よりもその外側におい
て、より小さくする手段を有することを特徴とする請求
項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の超格子
アバランシェフォトダイオード。 - 【請求項６】前記選択的にエッチング除去または高抵抗
化した領域の下方の前記第１導伝型半導体電界緩和層の
第１導伝型濃度を低くしたことを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３または請求項４記載の超格子アバラ
ンシェフォトダイオード。 - 【請求項７】前記第１導伝型半導体電界緩和層の厚さを
受光に供する領域で厚くその外側で薄くしたことを特徴
とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記
載の超格子アバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299996A JP2762939B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-12-02 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
| US08/408,903 US5552629A (en) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | Superlattice avalance photodiode |
| EP95104238A EP0675549B1 (en) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | Superlattice avalanche photodiode |
| DE69518938T DE69518938T2 (de) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | Lawinenphotodiode mit Übergitter |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5083694 | 1994-03-22 | ||
| JP6-50836 | 1994-03-22 | ||
| JP6299996A JP2762939B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-12-02 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07312442A true JPH07312442A (ja) | 1995-11-28 |
| JP2762939B2 JP2762939B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=26391309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6299996A Expired - Lifetime JP2762939B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-12-02 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5552629A (ja) |
| EP (1) | EP0675549B1 (ja) |
| JP (1) | JP2762939B2 (ja) |
| DE (1) | DE69518938T2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229162B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-05-08 | Nec Corporation | Planar-type avalanche photodiode |
| WO2005078809A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nec Corporation | 半導体受光素子 |
| JP2005539368A (ja) * | 2002-02-01 | 2005-12-22 | ピコメトリックス インコーポレイテッド | プレーナ・アバランシェ・フォトダイオード |
| WO2006080153A1 (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Nec Corporation | 半導体受光素子及びその製造方法 |
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