JPH0738140A - Avalanche photodiode - Google Patents

Avalanche photodiode

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JPH0738140A
JPH0738140A JP5177956A JP17795693A JPH0738140A JP H0738140 A JPH0738140 A JP H0738140A JP 5177956 A JP5177956 A JP 5177956A JP 17795693 A JP17795693 A JP 17795693A JP H0738140 A JPH0738140 A JP H0738140A
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JP
Japan
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layer
type
electric field
silicon substrate
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP5177956A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Sawara
正哲 佐原
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an APD which is high in sensitivity to light of a long wavelength band and response speed. CONSTITUTION:An avalanche photodiode is equipped with a high-resistive P-type silicon substrate 1 of FZ crystal 200mum to 300mum in thickness and 1kOMEGA.cm or above in resistivity, a P-type anode layer 8 formed on the rear of the high- resistive P-type silicon substrate 1, a P-type intense electric field forming layer 3 which is more doped than the P-type silicon substrate l and formed on the front of the P-type silicon substrate 1, and an N-type cathode layer 5 formed on the P-type intense electric field forming layer 3. All the thickness of the high-resistive P-type silicon substrate 1 is made to serve as a photodetecting region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板の厚さ方
向の全体が光吸収層となり、電界が均一に制御されたア
バランシェ降伏を利用する増幅層を有するリーチスルー
型アバランシェホトダイオードに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reach-through avalanche photodiode having a light absorption layer entirely in the thickness direction of a silicon substrate and an amplification layer utilizing avalanche breakdown in which an electric field is uniformly controlled. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図7に、従来技術に係る一般的なリーチ
スルー型アバランシェホトダイオードを示す(以下、
「従来例1」という)。図7に示すように、このアバラ
ンシェホトダイオード(以下、「APD」という)はp
+ 型半導体基板21にp- 型エピタキシャル層22を成
長させて光吸収領域とし、その上にアバランシェ電界用
のp層23と、アノードとなるn+ 層24が2重拡散に
よって形成され、いわゆるn+ pp- + 構造となって
いる。つまり、アバランシェ増倍用のp領域23と光吸
収用のp- 領域22が互いに分離されており、100V
前後の動作電圧で空乏層がリーチスルーして高速高感度
の光検出器となる。なお、これらの層とは別にp- 型エ
ピタキシャル層には、p型のチャネルストッパ層25
と、n+ 層24の両側にn型ガードリング層26が形成
されている。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a general reach-through type avalanche photodiode according to the prior art (hereinafter referred to as
"Conventional example 1"). As shown in FIG. 7, this avalanche photodiode (hereinafter, referred to as “APD”) has p
A p type epitaxial layer 22 is grown on a + type semiconductor substrate 21 to form a light absorption region, and a p layer 23 for an avalanche electric field and an n + layer 24 serving as an anode are formed thereon by double diffusion. It has a + pp - p + structure. That is, the p-region 23 for avalanche multiplication and the p - region 22 for light absorption are separated from each other, and
The depletion layer reaches through by operating voltage before and after, and becomes a high-speed and high-sensitivity photodetector. Incidentally, apart from the layers p - -type epitaxial layer, p-type channel stopper layer 25
And n-type guard ring layers 26 are formed on both sides of the n + layer 24.

【0003】また、図8に、低電圧化及びアバランシェ
電界の均一化のために設計された、n+ np- pp--
+ 構造を有するAPDを示す(以下、「従来例2」とい
う)。このAPDについても、アバランシェ増倍用のp
層31と光吸収用のp- 層32とが分離しており、動作
的には上述したリーチスルー型APDと同等であるが、
強電界形成用のp層31と、カソードn層33の間に高
抵抗の薄いp- 層32を設け、この領域で均一な強電界
域を形成している。これにより、不純物濃度の高いp層
31とカソードn層33のオーバーラップを避けてキャ
リア濃度のバラツキを抑え、かつ強電界形成用のp層3
1の不純物濃度を上げてもトンネル効果が生じないよう
にし、アバランシェ降伏の低電圧制御が可能となるよう
にしている。また、低抵抗n+ 型カソード層34よりも
不純物濃度の低い(0.1Ω・cm〜1Ω・cm)n型
カソード層33が存在することで、低抵抗n+ 型カソー
ド層34の不純物濃度のバラツキによる最大電界Emax
の変動を抑制することができる。
Further, FIG. 8 shows n + np - pp - p designed for lowering voltage and uniforming avalanche electric field.
An APD having a + structure is shown (hereinafter referred to as "conventional example 2"). Also for this APD, p for avalanche multiplication
The layer 31 and the p layer 32 for absorbing light are separated from each other, and the operation is equivalent to that of the reach-through APD described above.
A thin p layer 32 having a high resistance is provided between the p layer 31 for forming a strong electric field and the cathode n layer 33, and a uniform strong electric field region is formed in this region. This prevents the p-layer 31 having a high impurity concentration and the cathode n-layer 33 from overlapping so as to suppress the variation in carrier concentration and to form the p-layer 3 for forming a strong electric field.
Even if the impurity concentration of 1 is increased, the tunnel effect is prevented from occurring, and the low voltage control of the avalanche breakdown is enabled. In addition, the presence of the n-type cathode layer 33 having a lower impurity concentration (0.1 Ω · cm to 1 Ω · cm) than the low-resistance n + -type cathode layer 34 allows the impurity concentration of the low-resistance n + -type cathode layer 34 to be increased. Maximum electric field E max due to variations
Can be suppressed.

【0004】さらに、別の従来技術としては、図9に示
すようなものがある。ここでは、断面構造がn+ np-
pp--- + 構造となっており、均一なアバランシェ
増倍電界を再現良く形成できるAPD及びその製造方法
が特開平4−256376号に開示されている(以下、
「従来例3」という)。この場合の断面構造も、図8の
ものと略同一であり、光吸収用の高抵抗層はエピタキシ
ャル成長法によるp--型シリコン層となっている。
Further, another conventional technique is shown in FIG. Here, the sectional structure is n + np −.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-256376 discloses an APD having a pp -- p -- p + structure and capable of forming a uniform avalanche multiplication electric field with good reproducibility and a method for manufacturing the same.
"Conventional example 3"). The sectional structure in this case is also substantially the same as that of FIG. 8, and the high resistance layer for light absorption is a p -- type silicon layer formed by the epitaxial growth method.

【0005】また、これとは別に、高耐圧化を目的とし
た技術として図10(a)に示すような半導体装置が特
開昭61−206261に開示されている(以下、「従
来例4」という)。すなわち、APDの領域を3重のp
型ガードリングで囲み、高耐圧化を図っている。
Separately from this, a semiconductor device as shown in FIG. 10A is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-206261 as a technique for increasing the withstand voltage (hereinafter, "conventional example 4"). That). That is, the APD area is triple p
Enclosed with a mold guard ring to increase the breakdown voltage.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この従来例1に係るA
PDにおいては、p- 型エピタキシャル層22の厚みを
厚くすることができない。これは、厚みが増えるとウェ
ハのひずみが大きくなるため、半導体の結晶性上50μ
mを越える成長は困難だからである。また、このp-
エピタキシャル層22の比抵抗も十分に高くすることが
できない。具体的には、エピタキシャル層22の厚みが
50μm程度以下においては、比抵抗も200Ωcm程
度が限界となり、通常は100Ωcm前後の値を採用す
ることになるからである。このため、シリコンが本来吸
収できる0.4μm〜1.2μmの波長の光のうち、こ
のAPDにおけるエピタキシャル層で吸収できるのは波
長0.9μm以下であり、それ以上の長波長の光は量子
効率がかなり低下してしまう。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problem to be Solved by the Invention
In PD, the thickness of the p type epitaxial layer 22 cannot be increased. This is because as the thickness of the wafer increases, the strain on the wafer increases.
This is because growth exceeding m is difficult. Also, the specific resistance of the p type epitaxial layer 22 cannot be sufficiently increased. Specifically, when the thickness of the epitaxial layer 22 is about 50 μm or less, the specific resistance also reaches a limit of about 200 Ωcm, and a value of about 100 Ωcm is usually adopted. Therefore, of the light with a wavelength of 0.4 μm to 1.2 μm that can be originally absorbed by silicon, the light with a wavelength of 0.9 μm or less can be absorbed by the epitaxial layer in this APD, and the light with a longer wavelength than that can have a quantum efficiency. Will be considerably reduced.

【0007】一方、FZウェハである高抵抗の基板を採
用したAPDを、上記のリーチスルー型APDを製造す
る方法と同様の方法を用いて製造した場合には、図11
に示すようになり、これによれば、基板41の比抵抗が
1KΩ・cm以上になるため空乏層が充分広がり、0.
9μm〜1.2μmの長波長光に対応する感度が上が
る。しかし、p型の強電界層42の不純物プロファイル
の適用範囲が著しく小さくなり、耐圧不足、増倍率の低
下、ゲイン・ユニホミティの劣化、雑音の増加等、多く
の問題を生じて本来の理想的な特性を得ることができな
い。
On the other hand, when an APD that uses a high resistance substrate, which is an FZ wafer, is manufactured by a method similar to the method for manufacturing the reach-through type APD described above, FIG.
According to this, since the specific resistance of the substrate 41 becomes 1 KΩ · cm or more, the depletion layer sufficiently expands, and
The sensitivity for long-wavelength light of 9 μm to 1.2 μm is increased. However, the applicable range of the impurity profile of the p-type strong electric field layer 42 is remarkably reduced, causing many problems such as insufficient breakdown voltage, reduction of multiplication factor, deterioration of gain uniformity, increase of noise, etc. You cannot get the characteristics.

【0008】さらに、図8に示すように設計された構造
(従来例2)を採用して上記した長波長光検出用のアバ
ランシェ構造にすることも考えられるが、n+ np-
--+ 構造のエピタキシャル層で0.1Ωcm〜1Ω
cmの値に設定された低抵抗のn層33と、デバイス周
辺のp拡散層35の間で形成される接合の耐圧が低いた
め、高い動作電圧に設計することができない。このた
め、空乏層が充分に広がらず、また強電界がかからない
ことのために、高速でかつ長波長光(0.9μm〜1.
1μm)の検出用のAPDを実現することができない。
また、このような構造でn層33の比抵抗を上げてn-
層とした場合、アバランシェの起こる強電界領域がn-
層33とp- 層32の両方にまたがるため、バラツキの
要因が二重になって制御性が逆に低下してしまう。
Further, it is conceivable to adopt the structure (conventional example 2) designed as shown in FIG. 8 to obtain the above-described avalanche structure for detecting long wavelength light, but n + np - p
0.1 Ωcm to 1 Ω in p - p + structure epitaxial layer
Since the breakdown voltage of the junction formed between the low resistance n layer 33 set to the value of cm and the p diffusion layer 35 around the device is low, it is not possible to design a high operating voltage. Therefore, the depletion layer does not spread sufficiently and a strong electric field is not applied, so that high-speed and long-wavelength light (0.9 μm to 1.
APD for detection of 1 μm) cannot be realized.
Further, with such a structure, the specific resistance of the n layer 33 is increased to increase the n
In the case of a layer, the strong electric field region where avalanche occurs is n −.
Since it extends over both the layer 33 and the p layer 32, the factor of variation doubles, and conversely the controllability deteriorates.

【0009】また、図9の従来例3に係るAPDでは、
低電圧でアバランシェ動作をする必要があるために、n
層33の下にp- 層32を設け、その上下のn層33と
p層31の濃度を高く設定している。したがって、n層
33とそれを分離する周辺のp層35の間の接合で共に
不純物濃度が高いため電界が高まり、耐圧を大きくでき
ない。特に、p層35の表面側が最も高濃度となるた
め、カソードn層33の周辺部は高耐圧化できない。
Further, in the APD according to the conventional example 3 of FIG.
Since it is necessary to perform avalanche operation at a low voltage, n
The p layer 32 is provided below the layer 33, and the concentrations of the n layer 33 and the p layer 31 above and below the p layer 32 are set high. Therefore, since the impurity concentration is high at both the junction between the n layer 33 and the peripheral p layer 35 separating the n layer 33, the electric field is increased and the breakdown voltage cannot be increased. In particular, since the surface side of the p layer 35 has the highest concentration, the withstand voltage cannot be increased in the peripheral portion of the cathode n layer 33.

【0010】さらに、従来例4に係る図10(a)の半
導体装置については、A−A´断面における不純物プロ
ファイルは図10(b)に示す通りであり、表面近傍に
おいてp型不純物の濃度がかなり高くなっている。この
ため、表面の不純物濃度が高い部分では空乏層が広がり
にくく、したがって強電界となってブレークダウンを起
こしてしまう。
Further, in the semiconductor device of FIG. 10 (a) according to the conventional example 4, the impurity profile in the AA 'cross section is as shown in FIG. 10 (b), and the p-type impurity concentration is near the surface. It is quite high. For this reason, the depletion layer is less likely to spread in the portion where the impurity concentration on the surface is high, so that a strong electric field is generated and breakdown occurs.

【0011】そこで、本発明は長波長帯において高感度
であり、しかも高速応答が可能なAPDを提供すること
を目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide an APD having high sensitivity in a long wavelength band and capable of high speed response.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明に係るAPDは、厚さが200μm〜30
0μmのFZ結晶からなる比抵抗が1kΩ・cm以上の
高抵抗p型シリコン基板と、高抵抗p型シリコン基板の
裏面上に形成されたp型アノード層と、高抵抗p型シリ
コン基板の表面側に形成された当該高抵抗p型シリコン
基板よりも高ドープのp型強電界形成層と、p型強電界
形成層上に形成されたn型カソード層とを備え、高抵抗
p型シリコン基板を受光領域としたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the APD according to the present invention has a thickness of 200 μm to 30 μm.
A high resistance p-type silicon substrate having a specific resistance of 1 kΩ · cm or more made of a 0 μm FZ crystal, a p-type anode layer formed on the back surface of the high-resistance p-type silicon substrate, and a front surface side of the high-resistance p-type silicon substrate A high-resistance p-type silicon substrate, which is more highly doped than the high-resistance p-type silicon substrate formed above, and an n-type cathode layer formed on the p-type strong electric field formation layer. It is characterized in that it is a light receiving region.

【0013】また、高抵抗p型シリコン基板は少なくと
も受光領域において裏面から薄化されて厚さ200μm
〜300μmをなし、高抵抗p型シリコン基板の表面側
の受光領域にはp型不純物がドープされてp型強電界形
成層が形成され、高抵抗p型シリコン基板及びp型強電
界形成層の表面上にはn型エピタキシャル成長層が形成
されて受光領域の部分がn型カソード層をなし、n型カ
ソード層の表面側にはn型不純物がドープされてn型カ
ソードコンタクト層が形成されていることが望ましい。
Further, the high resistance p-type silicon substrate is thinned from the back surface at least in the light receiving region to have a thickness of 200 μm.
.About.300 .mu.m, and a p-type strong electric field forming layer is formed by doping a p-type impurity in the light receiving region on the surface side of the high-resistance p-type silicon substrate. An n-type epitaxial growth layer is formed on the surface, the light-receiving region portion forms an n-type cathode layer, and an n-type impurity is doped on the surface side of the n-type cathode layer to form an n-type cathode contact layer. Is desirable.

【0014】さらに、n型エピタキシャル成長層中に
は、受光領域を囲むようにp型分離層が形成され、この
p型分離層はn型エピタキシャル成長層の表面から高抵
抗p型シリコン基板中まで延びていることが必要とな
る。
Further, a p-type isolation layer is formed in the n-type epitaxial growth layer so as to surround the light receiving region, and the p-type isolation layer extends from the surface of the n-type epitaxial growth layer into the high resistance p-type silicon substrate. Need to be present.

【0015】[0015]

【作用】上記の構成によれば、厚さ200μm〜300
μmの高抵抗p型シリコン半導体基板が光吸収層となっ
ているので、光の入射面から深く広い領域で光の吸収が
行われる。従って、シリコンの吸収帯の長波長側(0.
9μm〜1.2μm)での吸収率が増加する。
According to the above construction, the thickness is 200 μm to 300 μm.
Since the high-resistance p-type silicon semiconductor substrate of μm serves as the light absorption layer, light is absorbed in a wide area deep from the light incident surface. Therefore, the long wavelength side (0.
The absorption rate at 9 μm to 1.2 μm) increases.

【0016】また、p型シリコン半導体基板はFZ結晶
からなり、1kΩ・cm以上の高抵抗なので、APDへ
の高電圧印加によって空乏層が十分に広がり、低容量
化、キャリア電界走行による高速応答化が可能になる。
Further, since the p-type silicon semiconductor substrate is made of FZ crystal and has a high resistance of 1 kΩ · cm or more, the depletion layer is sufficiently spread by applying a high voltage to the APD, the capacitance is reduced, and a high-speed response is achieved by carrier electric field traveling. Will be possible.

【0017】また、高抵抗p型シリコン基板の表面側の
受光領域にはp型強電界形成層が形成され、これらの表
面上にはn型エピタキシャル成長層が形成されて受光領
域がn- 型カソード層をなし、その表面側にはn+ 型カ
ソードコンタクト層が形成されているので、周辺以外の
受光領域が強電界を形成すると同時にn型カソード層の
周辺の高耐圧化が可能となる。
Further, a p-type strong electric field forming layer is formed in the light-receiving region on the surface side of the high resistance p-type silicon substrate, and an n-type epitaxial growth layer is formed on these surfaces to form the n - type cathode. Since the n + -type cathode contact layer is formed on the surface side of the layer, a light-receiving region other than the periphery forms a strong electric field, and at the same time, it is possible to increase the breakdown voltage around the n-type cathode layer.

【0018】さらに、n型エピタキシャル成長層中に
は、受光領域を囲むようにp型分離層が形成され、この
p型分離層はn型エピタキシャル成長層の表面から高抵
抗p型シリコン基板中まで延びているので、n型カソー
ド領域を分離形成すると同時にp型分離層の不純物濃度
を低く抑えて電界を弱め高耐圧化を図ることができる。
Further, a p-type isolation layer is formed in the n-type epitaxial growth layer so as to surround the light receiving region, and the p-type isolation layer extends from the surface of the n-type epitaxial growth layer into the high resistance p-type silicon substrate. Since the n-type cathode region is separately formed, the impurity concentration of the p-type separation layer can be suppressed to a low level to weaken the electric field and increase the breakdown voltage.

【0019】[0019]

【実施例】以下、添付図面にしたがって本発明に係る実
施例について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0020】まず、図1及び図2に基づいて、本発明の
実施例に係るAPDの構造(図3参照)を、その製造方
法にしたがって説明する。
First, the structure of the APD according to the embodiment of the present invention (see FIG. 3) will be described with reference to FIGS. 1 and 2 according to its manufacturing method.

【0021】まず、FZ結晶成長によって不純物濃度が
1013cm-3以下されたインゴットを切り出して研磨
し、図1(a)に示すようなp--型の高抵抗シリコンウ
ェハである基板1を用意する。次に、図1(b)に示す
ように、基板1上にSiO2 膜2を形成し、リソグラフ
ィでSiO2 膜2のパターニングを行った後、基板1に
イオン注入等でボロンをドーピングして、強電界形成層
であるアバランシェ増倍用p層3と、デバイス分離のた
めの第1の分離用p層4とを同一プロセスで形成する。
ボロンの注入量は1×1012cm-2前後の量で、ドープ
後の表面ピーク濃度は2×1016cm-3程度となる。
First, an ingot having an impurity concentration of 10 13 cm -3 or less by FZ crystal growth is cut out and polished to obtain a substrate 1 which is a p -- type high resistance silicon wafer as shown in FIG. 1 (a). prepare. Next, as shown in FIG. 1B, a SiO 2 film 2 is formed on the substrate 1, the SiO 2 film 2 is patterned by lithography, and then the substrate 1 is doped with boron by ion implantation or the like. The avalanche multiplication p-layer 3 that is a strong electric field forming layer and the first isolation p-layer 4 for device isolation are formed in the same process.
The implantation amount of boron is about 1 × 10 12 cm −2 , and the surface peak concentration after doping is about 2 × 10 16 cm −3 .

【0022】次に、図1(c)に示すように、SiO2
膜2を除去し、不純物濃度にして2×1014cm-3以下
の均一なエピタキシャル層であるカソードn- 層5を形
成する。このn- 層5の厚さは、後に形成するカソード
コンタクトn+ 層7よりも厚くすることが必要条件とな
る。また、後に行うp層によるカソードn- 層5の分離
プロセスでは低濃度で拡散を行うため、カソードn-
5が厚い場合には、熱工程が増大してプロファイルに影
響する。そのため、カソードn- 層5は3〜5μm程度
に設計される。
Next, as shown in FIG. 1 (c), SiO 2
The film 2 is removed to form a cathode n layer 5 which is a uniform epitaxial layer having an impurity concentration of 2 × 10 14 cm −3 or less. It is necessary that the thickness of the n layer 5 is thicker than that of the cathode contact n + layer 7 which will be formed later. Further, in the separation process of the cathode n layer 5 by the p layer which is performed later, diffusion is performed at a low concentration. Therefore, when the cathode n layer 5 is thick, the thermal process increases and affects the profile. Therefore, the cathode n layer 5 is designed to have a thickness of about 3 to 5 μm.

【0023】次に、図1(d)に示すように、カソード
- 層5上にSiO2 膜9を形成し、リソグラフィでパ
ターニングした後、カソードn- 層5を分離するため
に、カソードn- 層5にイオン注入等を行い低濃度の第
2の分離用p層6の拡散を行う。この時、第2の分離用
p層6は第1の分離用p層4の位置に合わされて、上下
で拡散しながらつながるようにし、カソードn- 層5を
周辺の素子からpn接合分離して絶縁する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), the cathode the n - SiO 2 film 9 is formed on the layer 5, after patterning by lithography, cathode the n - to separate the layers 5, cathode n - the layer 5 by ion implantation or the like performs spreading of the second separating p-layer 6 of low concentration. At this time, the second isolation p-layer 6 is aligned with the position of the first isolation p-layer 4 so as to be connected while being diffused vertically, and the cathode n layer 5 is separated from the surrounding elements by a pn junction. Insulate.

【0024】次に、図2(a)に示すように、アバラン
シェ増倍用p層3の上方にあるSiO2 膜9をエッチン
グし、カソードn- 層5の上面の抵抗を下げるために、
-層5に不純物をドーピングしてカソードコンタクト
+ 層7を形成する。この時、ドープされる不純物は、
表面濃度で1020cm-2前後、拡散深さは0.5μm〜
1.0μm程度に設定される。また、第2の分離用p層
6上には所定の高さでSiO2 膜が形成され、既に形成
されていたSiO2 膜9と一体的になる。
Next, as shown in FIG. 2A, the SiO 2 film 9 above the p-layer 3 for avalanche multiplication is etched to reduce the resistance of the upper surface of the cathode n layer 5.
The cathode contact n + layer 7 is formed by doping the n layer 5 with impurities. At this time, the impurities to be doped are
Surface concentration is around 10 20 cm -2 , diffusion depth is 0.5 μm ~
It is set to about 1.0 μm. Further, a SiO 2 film is formed at a predetermined height on the second p-layer 6 for separation, and is integrated with the already formed SiO 2 film 9.

【0025】次に、p--型の高抵抗である基板1の厚さ
方向全体が光吸収層となるので、空乏層の厚み、応答速
度、光感度等に応じて基板1の厚さの調整を行なうため
に、図2(b)に示すように、基板1の受光部分に相当
するエリアのみを裏面からエッチングする。なお、基板
1の厚さを調整する手段としては、この他に、基板1の
裏面全体を機械的、化学的に研磨して厚さを変える方法
がある。また、n+ 層7上には所望の厚さのSiO2
が形成され、既に形成されていたSiO2 膜9と一体的
になる。
Next, since the entire substrate 1 having a high resistance of p -- type in the thickness direction serves as a light absorbing layer, the thickness of the substrate 1 can be changed depending on the thickness of the depletion layer, the response speed, the photosensitivity and the like. In order to carry out the adjustment, as shown in FIG. 2B, only the area corresponding to the light receiving portion of the substrate 1 is etched from the back surface. Other than this, as a means for adjusting the thickness of the substrate 1, there is a method of mechanically and chemically polishing the entire back surface of the substrate 1 to change the thickness. Further, a SiO 2 film having a desired thickness is formed on the n + layer 7 and becomes integral with the already formed SiO 2 film 9.

【0026】次に、図2(c)に示すように、基板1の
裏面をカソード電極とするために、基板1の裏面に高濃
度の不純物をドーピングしてp+ 層8を形成し、オーミ
ックコンタクトがとれる状態とする。
Next, as shown in FIG. 2C, in order to use the back surface of the substrate 1 as a cathode electrode, the back surface of the substrate 1 is doped with a high concentration of impurities to form ap + layer 8, and ohmic contact is formed. Make contact.

【0027】最後に、図3に示すように、n+ 層7上の
SiO2 膜9の一部にコンタクトホールを形成し、この
コンタクトホールにAlを埋め込み、さらに、図示する
ように、Alからなる薄膜を形成して、カソード電極1
0を形成する。また、基板1の裏面に形成したp+ 層8
とオーミックコンタクトがとれるように所望の領域にア
ノード電極11を形成する。また、受光部分に相当する
エリアの直下のp+ 層8の表面にはSiO2 膜12を形
成する。なお、表面入射の場合は、カソード周辺に形成
されたAl膜13が光遮蔽膜として機能している。この
ようにして得られた本実施例のAPDはn+ - pp--
+ 構造を有することになる。図4は、このAPDのn
+ - pp--+ 構造と対応する電界分布及び不純物濃
度分布を示すものであり、同図(a)は、電界分布を示
し、同図(b)は、n+ - pp--+ 構造を示し、同
図(c)は、不純物濃度分布を示している。カソードn
- 層5の領域を中心としてアバランシェ増倍用の強電界
領域が形成される一方で、p--型高抵抗基板1の厚さ方
向全体に、光吸収層として機能し得るいわゆる空乏層が
広がっていることがわかる。
Finally, as shown in FIG. 3, a contact hole is formed in a part of the SiO 2 film 9 on the n + layer 7, Al is buried in this contact hole, and, as shown in the figure, Al is removed. Forming a thin film, and forming the cathode electrode 1
Form 0. In addition, the p + layer 8 formed on the back surface of the substrate 1
The anode electrode 11 is formed in a desired region so that ohmic contact can be obtained. Further, a SiO 2 film 12 is formed on the surface of the p + layer 8 immediately below the area corresponding to the light receiving portion. When incident on the surface, the Al film 13 formed around the cathode functions as a light shielding film. APD of this embodiment thus obtained is n + n - pp -
It will have a p + structure. FIG. 4 shows the n of this APD.
+ N - pp - p + structure is intended to show the electric field distribution and impurity concentration distribution, and FIG. (A) shows the electric field distribution, Fig. (B) is, n + n - pp - The p + structure is shown, and FIG. 7C shows the impurity concentration distribution. Cathode n
- While the strong electric field region for avalanche multiplication is formed around a region of the layer 5, p - the entire thickness direction of the -type high resistance substrate 1, so-called depletion layer spreads that can function as a light absorbing layer You can see that

【0028】次に、このように構成されたAPDの動作
を説明する。可視光線領域から赤外線領域にある波長
(0.4μm〜1.2μm)の範囲内にある光がAPD
に入射されると、光吸収層であるp--型高抵抗の基板1
で光の吸収が起こり、電子・正孔対が発生する。この電
子及び正孔は外部から与えられた電界によって空乏層を
移動し、電子は強電界が形成されているカソードn-
5に注入され、ここでアバランシェ増倍作用が生じる。
これがリーチスルー型APDの動作原理である。この動
作原理からわかるように、リーチスルー型APDは、光
吸収層であるp--型高抵抗の基板1を完全に空乏化する
ことを基本とするものであり、これにより、キャリアの
ドリフト走行応答で決まる高速化設計を可能にする。
Next, the operation of the APD configured as above will be described. Light within the wavelength range (0.4 μm to 1.2 μm) from the visible light region to the infrared region is APD
When incident on the p - type high resistance substrate 1 which is a light absorption layer
The absorption of light occurs at the site, and electron-hole pairs are generated. These electrons and holes move in the depletion layer by an electric field given from the outside, and the electrons are injected into the cathode n layer 5 where a strong electric field is formed, where an avalanche multiplication action occurs.
This is the operating principle of the reach-through type APD. As can be seen from this operating principle, the reach-through type APD is based on completely depleting the substrate 1 having a high absorption resistance of p -- type, which is a light absorption layer. Enables high-speed design determined by response.

【0029】APDの受ける光が0.9μm〜1.2μ
mの近赤外光になった場合には、光吸収層であるp--
高抵抗の基板1が200μm以上の厚みを有すること
と、基板1をすべて空乏化させることの2つの条件が必
要である。すなわち、基板1の高抵抗化と、APDの動
作電圧の高電圧化が必要となる。ところで、n+ p接合
からの空乏層の延びは、印加電圧と基板1の比抵抗に依
存する。すなわち、空乏層幅Wは、 W=α(V/NA 1/2 …(1) で与えられる。ここに、Vは印加電圧、NA はp--の不
純物濃度、αは比例定数である。本実施例に係るAPD
では、基板1の抵抗値を1kΩ・cm以上の高抵抗層と
しているので、空乏層を400Vでは200μm以上
に、また、800Vでは300μmにまで広げることが
できる。
The light received by the APD is 0.9 μm to 1.2 μm.
In the case of m near-infrared light, there are two conditions, that is, the p type high resistance substrate 1 that is a light absorption layer has a thickness of 200 μm or more and that the substrate 1 is depleted entirely. is necessary. That is, it is necessary to increase the resistance of the substrate 1 and increase the operating voltage of the APD. By the way, the extension of the depletion layer from the n + p junction depends on the applied voltage and the specific resistance of the substrate 1. That is, the depletion layer width W is given by W = α (V / N A ) 1/2 ... (1). Here, V is an applied voltage, N A is the impurity concentration of p , and α is a proportional constant. APD according to the present embodiment
Since the resistance value of the substrate 1 is a high resistance layer of 1 kΩ · cm or more, the depletion layer can be expanded to 200 μm or more at 400 V and to 300 μm at 800 V.

【0030】一方、このように空乏層幅が拡張した場
合、印加電圧の増加分に対する電界強度の上昇率ΔE
max /ΔVが小さくなり、電圧の変動に対する増倍率の
変化が小さくなるため、より安定した特性が得られるよ
うになる。しかし逆に、強電界を形成するアバランシェ
増倍用p層3の不純物プロファイルが設計値からずれて
設定電圧VR(例えば800V)に対するEmax (最大
電界強度値)が変わった場合、設定電圧を800Vの前
後に振ってもEmax の調整ができない。つまり、ある設
定電圧範囲(基準値の±10%等)で強電界を形成する
アバランシェ増倍用p層3の不純物プロファイルを、正
確に再現よくかつバラツキを押さえることが大きな課題
となる。このことは、APDの有効領域が広がって大面
積化したときのユニホミティの特性とも直接関係があ
る。
On the other hand, when the width of the depletion layer is expanded in this way, the increase rate ΔE of the electric field strength with respect to the increase of the applied voltage.
Since max / ΔV becomes small and the change of the multiplication factor with respect to the fluctuation of the voltage becomes small, more stable characteristics can be obtained. However, conversely, when the impurity profile of the avalanche multiplication p-layer 3 that forms a strong electric field deviates from the design value and E max (maximum electric field strength value) with respect to the set voltage VR (for example, 800 V) changes, the set voltage is set to 800 V. E max cannot be adjusted even by shaking before and after. In other words, it is a major problem to accurately reproduce the impurity profile of the avalanche multiplication p-layer 3 that forms a strong electric field in a certain set voltage range (± 10% of the reference value, etc.) and suppress variations. This is also directly related to the uniformity characteristics when the effective area of the APD expands and becomes large in area.

【0031】本実施例では、アバランシェ増倍用p層3
が、不純物濃度の低いカソードバッファ用n- 層5と接
合しているため、アバランシェ増倍用p層3の不純物総
量が製造プロセスを経た後にも変化することがなく、注
入量を忠実に反映した特性を得ることができる。また、
カソードn- 層5が高抵抗であるため、最大電界強度は
ほとんどアバランシェ増倍用p層3の不純物量に依存す
るが、n- 層5の中ではこのEmax はほとんど平坦化さ
れているため、拡散によって形成するn+ 層7のバラツ
キに対するカソードn- 層5の最大電界強度変動ΔE
max はきわめて小さい。例えば、APDの動作電圧を8
00V±50Vに設定したときに増倍率が100になる
ための条件として、n+ - pp--+ 構造とすること
で安定化させることができる。また、その制御は、n-
層5下のアバランシェ増倍用p層3に注入する不純物総
量のみによってコントロールできる。また、n+ -
--+ 構造とすることで、アバランシェ増倍が行われ
る接合部からアバランシェ増倍用p層3にかけての不純
物プロファイルが安定して制御できるようになり、形成
条件に厳しいアバランシェ増倍用p層のプロファイルを
容易に実現することができる。
In this embodiment, the avalanche multiplication p-layer 3 is used.
However, the total amount of impurities in the p-layer 3 for avalanche multiplication does not change even after the manufacturing process because it is bonded to the n layer 5 for cathode buffer having a low impurity concentration, and the implantation amount is faithfully reflected. The characteristics can be obtained. Also,
Since the cathode n layer 5 has a high resistance, the maximum electric field strength depends almost entirely on the amount of impurities in the avalanche multiplication p layer 3, but in the n layer 5, this E max is almost flattened. , The maximum electric field strength variation ΔE of the cathode n layer 5 with respect to the dispersion of the n + layer 7 formed by diffusion
max is extremely small. For example, the operating voltage of APD is 8
As a condition for the multiplication factor is 100 when set to 00V ± 50V, n + n - pp - By the p + structure can be stabilized. In addition, the control, n -
It can be controlled only by the total amount of impurities implanted into the avalanche multiplication p-layer 3 below the layer 5. Also, n + n - p
With the p -- p + structure, the impurity profile from the junction where avalanche multiplication is performed to the avalanche multiplication p-layer 3 can be controlled stably, and the p-type avalanche multiplication p Layer profiles can be easily realized.

【0032】さて、本実施例では、高抵抗p--型の基板
1がすべて光吸収層となるため、光の入射面から深く広
い領域で光の吸収が行われ、シリコンの吸収帯の長波長
側(0.9μm〜1.2μm)での吸収率が増加する。
従って、従来のAPDでは感度の乏しかった長波長側
(0.9μm〜1.2μm)での感度を著しく向上させ
ることができる。例えば、光波長が1.06μmの場合
に、従来のAPDでは、高抵抗p- 層が30μm程度の
場合、量子感度効率で最大17%であるのに対し、本実
施例では基板1の厚さを300μmに設定すれば、量子
感度効率を82%までにすることができる。
In the present embodiment, since the high resistance p -- type substrate 1 is entirely a light absorption layer, light is absorbed in a deep and wide area from the light incident surface, and the length of the absorption band of silicon is long. The absorption rate on the wavelength side (0.9 μm to 1.2 μm) increases.
Therefore, it is possible to remarkably improve the sensitivity on the long wavelength side (0.9 μm to 1.2 μm), where the conventional APD has poor sensitivity. For example, when the light wavelength is 1.06 μm, in the conventional APD, when the high resistance p layer is about 30 μm, the quantum sensitivity efficiency is up to 17%, whereas in the present embodiment, the thickness of the substrate 1 is Is set to 300 μm, the quantum sensitivity efficiency can be up to 82%.

【0033】また、基板1はウェハの径によってその標
準的な厚さが変わるが、通常その厚さは300μm〜5
00μm程度であり、エッチングによって300μm以
下にすることができるので、光の波長やAPDの性能に
対する設計範囲を広げることもできる。この場合、光は
表面のみならず裏面から入射することが可能になり、波
長200nm〜500nmを対象とした、短波長用のA
PDにも対応することができる。さらに、基板1はFZ
結晶成長を用いて製造するため、1kΩ・cm以上の高
抵抗が実現できるので、APDへの高電圧印加によって
空乏層が広がり、低容量化、キャリア電界走行による高
速応答化が可能となる。すなわち、空乏層を10倍に広
げれば接合容量は1/10に減少し、大面積化を容易に
はかることができる。例えば、50Ωの負荷条件で、直
径10mmの大きさのAPDの動作範囲は100MHz
以上を実現できる。
The standard thickness of the substrate 1 varies depending on the diameter of the wafer, but normally the thickness is 300 μm to 5 μm.
Since it is about 100 μm and can be reduced to 300 μm or less by etching, it is possible to expand the design range for the wavelength of light and the performance of APD. In this case, the light can be incident not only from the front surface but also from the back surface, and the short wavelength A for wavelengths 200 nm to 500 nm is targeted.
It can also support PD. Furthermore, the substrate 1 is FZ
Since manufacturing is performed using crystal growth, a high resistance of 1 kΩ · cm or more can be realized, so that a depletion layer is expanded by applying a high voltage to the APD, a low capacitance is achieved, and a high-speed response due to carrier electric field travel becomes possible. That is, if the depletion layer is expanded ten times, the junction capacitance is reduced to 1/10, and a large area can be easily achieved. For example, under a load condition of 50Ω, the operating range of an APD with a diameter of 10 mm is 100 MHz.
The above can be realized.

【0034】高印加電圧での動作を可能にするための方
法として、低抵抗のn+ 層7を強電界層としてのカソー
ドn- 層5で囲むように、共通のプロセスであるエピタ
キシャル成長によって自己整合的に製造する。このn-
層5への不純物濃度を2×1014cm-3以下にすること
で、1000V以上の耐圧が得られる。これは、また、
第1及び第2の分離用p層4、6との相互作用によって
実現することができる。さらに、カソードn- 層5は、
不純物濃度が低いと同時に均一でもあるため、安定した
高耐圧特性を再現することができる。
As a method for enabling operation at a high applied voltage, a low resistance n + layer 7 is surrounded by a cathode n layer 5 as a strong electric field layer and self-aligned by epitaxial growth which is a common process. To manufacture. The n -
By setting the impurity concentration in the layer 5 to 2 × 10 14 cm −3 or less, a breakdown voltage of 1000 V or more can be obtained. This is also
It can be realized by interaction with the first and second p layers 4 and 6 for separation. Further, the cathode n - layer 5 is
Since the impurity concentration is low and uniform at the same time, stable high withstand voltage characteristics can be reproduced.

【0035】また、n+ 層7の周囲のカソードn- 層5
であるカソードガードリングまで含めたn- /n+ 型カ
ソード層は、p型拡散層である第1及び第2の分離用p
層4、6によって分離されることで形成される。高耐圧
を実現するためには、先のカソードガードリングである
カソードn- 層5の濃度が低いのと同時に、第1及び第
2の分離用p層4、6の濃度も低くなることで電界が弱
まり高耐圧化できる。また、第1及び第2の分離用p層
4、6の濃度を低くし、さらに、第1及び第2の分離用
p層4、6を構成する。すなわち、図3に示すような1
本、1本の柱状のp層を、2μm〜3μmの直径の多段
のp層とすることで階段状の電界分布とすることがで
き、耐圧のコントロールを可能にする。ここで、本実施
例に係るAPDの不純物断面プロファイルを図5(b)
に示す。なお、この不純物断面プロファイルは図5
(a)のA−A´断面におけるものである。この図か
ら、本実施例に係るAPDは、全体的に不純物をドープ
することで不純物濃度のピークが低くなっており、した
がって、空乏層が広がり、階段状の電界強度が広がって
いることが分かる。従って、従来例4で示された技術に
比べても、高耐圧化が実現されていることが分かる。
Further, the cathode n layer 5 around the n + layer 7
The n / n + -type cathode layer including the cathode guard ring is a p-type diffusion layer for the first and second p-type isolation layers.
It is formed by being separated by the layers 4 and 6. In order to realize a high breakdown voltage, the concentration of the cathode n layer 5, which is the cathode guard ring, is low at the same time that the concentrations of the first and second separation p layers 4 and 6 are also low, so that the electric field is reduced. Can be weakened and high breakdown voltage can be achieved. Further, the concentration of the first and second separation p layers 4 and 6 is lowered, and further the first and second separation p layers 4 and 6 are formed. That is, as shown in FIG.
The stepwise electric field distribution can be obtained by forming the one columnar p-layer as a multi-layered p-layer having a diameter of 2 μm to 3 μm, which enables control of the breakdown voltage. Here, FIG. 5B shows the impurity cross-sectional profile of the APD according to the present embodiment.
Shown in. The impurity cross-sectional profile is shown in FIG.
It is in the AA 'cross section of (a). From this figure, it is understood that the APD according to the present example has a low impurity concentration peak due to the entire impurity doping, and therefore the depletion layer expands and the stepwise electric field strength expands. . Therefore, it can be seen that a higher breakdown voltage is realized as compared with the technique shown in Conventional Example 4.

【0036】ここで、高抵抗のn- 層は、3〜5μm程
度のエピタキシャル層なので、これを表面からのみの拡
散でp層による分離を行った場合について考察すると、
表面の不純物濃度が高くなり、上記の効果はえられず耐
圧不良となってしまう。しかし、本実施例では第1の分
離用p層4の一部は基板1からせり上がっており、この
せり上がった部分を利用して表面からの拡散による第2
の分離用p層6を形成しているので、カソードn- 層5
の分離を容易に行うことができ、このためカソードn-
層5は確実に分離される。これにより、第1の分離用p
層4の濃度を1×1017cm-3以下に低濃度化でき、前
述の階段状電界分布による高耐圧化が可能になる。した
がって、本実施例は、1000V以上の周辺耐圧と、均
一で制御性の高い強電界層であるn- 層5と、200μ
m以上の厚さを持つ光吸収領域および空乏層の広がりを
有することとなる。
Here, since the high-resistance n layer is an epitaxial layer having a thickness of about 3 to 5 μm, a case of separating the n layer by the p layer only by diffusion from the surface will be considered.
The impurity concentration on the surface becomes high, and the above effect cannot be obtained, resulting in poor withstand voltage. However, in this embodiment, a part of the first isolation p-layer 4 is raised from the substrate 1, and the raised portion is used to diffuse the second p-layer 4 from the surface.
Since the p-layer 6 for separation of the cathode n layer 5 is formed,
Of the cathode n
The layers 5 are reliably separated. As a result, the first separation p
The concentration of the layer 4 can be reduced to 1 × 10 17 cm −3 or less, and the breakdown voltage can be increased by the stepwise electric field distribution described above. Therefore, in the present embodiment, the peripheral breakdown voltage of 1000 V or more, the n layer 5 which is a uniform and highly controllable strong electric field layer, and 200 μ
The light absorption region and the depletion layer have a thickness of m or more.

【0037】特に、本実施例に係るAPDと従来例3に
係るAPDとを比較すると次のようなことが言える。即
ち、本実施例に係るAPDには、図6で示す従来例3に
係るAPDのp- 層がなく、また、従来例3に係るAP
Dでは単なるn層となっている部分が、本実施例ではn
- 層となって高抵抗化している点において顕著に異なっ
ている。さらに、従来例3では、図6に示すように、p
- 層で電界強度が強くなっているので、p- 層でアバラ
ンシェ効果が生じるのに対し、本実施例に係るAPDで
は、図4に示すように、n- 層で電界強度が強くなって
いるので、n-層でアバランシェ効果が生じる点におい
ても相違する。従って、従来例3では、p- 層に強電界
を形成してアバランシェ動作させるため、エピタキシャ
ル成長によりn層を低抵抗で製造する必要がある。ま
た、n層が低抵抗の場合、n層の周辺の耐圧が低くなっ
てしまい、高い動作電圧に設計できないので空乏層が十
分に広がらず、長波長感度が得られない。さらに、たと
えn層を高抵抗で製造できたとしても、p- 層とn層の
両者にまたがって強電界が形成されるため、両者でアバ
ランシェ降伏が起こるためアバランシェ増倍を制御する
のが非常に困難になる。これに対し、本実施例に係るA
PDでは、p- 層が存在せず、n- 層でのみ強電界を形
成し、n- 層のみでアバランシェ増倍を起こさせるの
で、アバランシェ増倍の制御が容易になる。さらに、本
実施例に係るAPDでは、周辺以外のn層に強電界が
形成されると同時に周辺n層の接合部は電界が弱く
高耐圧化できる効果があり、高い動作電圧を印加できる
ので、空乏層を十分に広げることができ、長波長感度が
得られる。また、p- 層の比抵抗を1kΩ・cm以上と
することができるので、空乏層が広がることにより、波
長0.9μm〜1.2μmの長波長感度が向上する。
In particular, comparing the APD according to this embodiment with the APD according to Conventional Example 3, the following can be said. That is, the APD according to the present embodiment does not have the p layer of the APD according to Conventional Example 3 shown in FIG.
In the present embodiment, the portion of D which is a simple n layer is n.
- differs significantly in that become the layer has a high resistance. Furthermore, in Conventional Example 3, as shown in FIG.
Since the electric field strength is strong in the layer, the avalanche effect is generated in the p layer, whereas in the APD according to the present embodiment, the electric field strength is strong in the n layer as shown in FIG. Therefore, the difference is that the avalanche effect is generated in the n layer. Therefore, in Conventional Example 3, since the strong electric field is formed in the p layer to perform the avalanche operation, it is necessary to manufacture the n layer with low resistance by epitaxial growth. Further, when the n layer has a low resistance, the breakdown voltage around the n layer becomes low, and it is impossible to design a high operating voltage. Therefore, the depletion layer does not spread sufficiently and long wavelength sensitivity cannot be obtained. Furthermore, even if the n-layer can be manufactured with high resistance, a strong electric field is formed across both the p layer and the n-layer, and avalanche breakdown occurs in both layers, so it is very important to control the avalanche multiplication. Becomes difficult. On the other hand, A according to the present embodiment
In PD, p - there is no layer, n - forming only strong electric field in the layer, n - since the only cause avalanche multiplication layer facilitates control of the avalanche multiplication. Further, in the APD according to the present embodiment, a strong electric field is formed in the n layer other than the periphery, and at the same time, the junction of the peripheral n layer has an effect that the electric field is weak and the breakdown voltage can be increased, and a high operating voltage can be applied. Therefore, the depletion layer can be sufficiently widened, and long wavelength sensitivity can be obtained. Moreover, since the specific resistance of the p layer can be set to 1 kΩ · cm or more, the depletion layer spreads, thereby improving the long wavelength sensitivity of 0.9 μm to 1.2 μm.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係るAPDによれば、光吸収層に高抵抗のp型のシリコ
ン半導体基板を採用して厚さ方向の全てを光吸収層とす
ることができるので、シリコンの吸収帯の長波長側であ
る0.9μm〜1.2μmでの吸収率が増加する。この
ため、従来のシリコンホトダイオードでは感度の乏しか
った領域での吸収率を著しく向上させることができる。
As described in detail above, according to the APD of the present invention, a p-type silicon semiconductor substrate having a high resistance is used as the light absorbing layer and the light absorbing layer is formed in the entire thickness direction. Therefore, the absorptance increases at 0.9 μm to 1.2 μm, which is the long wavelength side of the absorption band of silicon. Therefore, it is possible to remarkably improve the absorption rate in the region where the conventional silicon photodiode has poor sensitivity.

【0039】また、空乏層が広がるため、低容量化、キ
ャリア電界走行による高速応答化が可能となる。さら
に、APDの周辺にガードリングを設けることで高耐圧
化が可能になるという効果も有する。
Further, since the depletion layer spreads, it becomes possible to reduce the capacity and to achieve a high speed response by traveling the carrier electric field. Furthermore, providing a guard ring around the APD also has the effect of increasing the breakdown voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例に係るアバランシェホトダイオードの
製造プロセスにおける各工程図を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing each step diagram in a manufacturing process of an avalanche photodiode according to the present embodiment.

【図2】本実施例に係るアバランシェホトダイオードの
製造プロセスにおける各工程図を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing each process chart in the manufacturing process of the avalanche photodiode according to the present embodiment.

【図3】本実施例に係るアバランシェホトダイオードの
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an avalanche photodiode according to the present embodiment.

【図4】本実施例に係るアバランシェホトダイオードの
構造と対応する電界分布及び不純物濃度分布を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing an electric field distribution and an impurity concentration distribution corresponding to the structure of the avalanche photodiode according to the present embodiment.

【図5】本実施例に係るアバランシェホトダイオードの
不純物断面プロファイルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an impurity cross-sectional profile of the avalanche photodiode according to the present embodiment.

【図6】従来例に係るアバランシェホトダイオードの構
造と対応する電界分布及び不純物濃度分布を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of an avalanche photodiode according to a conventional example and a corresponding electric field distribution and impurity concentration distribution.

【図7】従来例1に係る一般的なリーチスルー型アバラ
ンシェホトダイオードを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a general reach-through type avalanche photodiode according to Conventional Example 1.

【図8】従来例2に係るアバランシェホトダイオードの
断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an avalanche photodiode according to Conventional Example 2.

【図9】従来例3に係るアバランシェホトダイオードの
断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an avalanche photodiode according to Conventional Example 3.

【図10】従来例に係る高耐圧化を目的とした半導体装
置の断面図及び不純物プロファイルを示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional view and an impurity profile of a semiconductor device according to a conventional example for the purpose of increasing the breakdown voltage.

【図11】従来技術に係る方法により製造したアバラン
シェホトダイオードの断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of an avalanche photodiode manufactured by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2、9、12…SiO2 膜、3…アバランシ
ェ増倍用p層、4…第1の分離用p層、5…n- 層、6
…第2の分離用p層、7…n+ 層、8…p+ 層、10…
カソード電極、11…アノード電極。
1 ... Substrate, 2 , 9, 12 ... SiO 2 film, 3 ... Avalanche multiplication p-layer, 4 ... First isolation p-layer, 5 ... n - layer, 6
... second p-layer for separation, 7 ... n + layer, 8 ... p + layer, 10 ...
Cathode electrode, 11 ... Anode electrode.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 厚さが200μm〜300μmのFZ結
晶からなる比抵抗が1kΩ・cm以上の高抵抗p型シリ
コン基板と、 前記高抵抗p型シリコン基板の裏面上に形成されたp型
アノード層と、 前記高抵抗p型シリコン基板の表面側に形成された当該
高抵抗p型シリコン基板よりも高ドープのp型強電界形
成層と、 前記p型強電界形成層上に形成されたn型カソード層と
を備え、前記高抵抗p型シリコン基板を受光領域とした
ことを特徴とするアバランシェホトダイオード。
1. A high resistance p-type silicon substrate having a specific resistance of 1 kΩ · cm or more made of an FZ crystal having a thickness of 200 μm to 300 μm, and a p-type anode layer formed on the back surface of the high resistance p-type silicon substrate. And a p-type strong electric field forming layer which is formed on the front surface side of the high resistance p-type silicon substrate and is more highly doped than the high resistance p-type silicon substrate, and an n-type formed on the p-type strong electric field forming layer. An avalanche photodiode comprising a cathode layer, wherein the high resistance p-type silicon substrate is used as a light receiving region.
【請求項2】 前記高抵抗p型シリコン基板は少なくと
も前記受光領域において裏面から薄化されて厚さ200
μm〜300μmをなし、 前記高抵抗p型シリコン基板の表面側の前記受光領域に
はp型不純物がドープされて前記p型強電界形成層が形
成され、 前記高抵抗p型シリコン基板及び前記p型強電界形成層
の表面上にはn型エピタキシャル成長層が形成されて前
記受光領域の部分が前記n型カソード層をなし、 前記n型カソード層の表面側にはn型不純物がドープさ
れてn型カソードコンタクト層が形成されていることを
特徴とする請求項1に記載のアバランシェホトダイオー
ド。
2. The high-resistance p-type silicon substrate is thinned from the back surface to a thickness of 200 at least in the light receiving region.
μm to 300 μm, the light receiving region on the surface side of the high resistance p-type silicon substrate is doped with p-type impurities to form the p-type strong electric field forming layer, and the high-resistance p-type silicon substrate and the p-type strong electric field forming layer are formed. An n-type epitaxial growth layer is formed on the surface of the n-type strong electric field forming layer, and the light-receiving region portion forms the n-type cathode layer. The n-type impurity is doped on the surface side of the n-type cathode layer to form an n-type cathode layer. The avalanche photodiode according to claim 1, wherein a cathode contact layer is formed.
【請求項3】 前記n型エピタキシャル成長層中には、
前記受光領域を囲むようにp型分離層が形成され、この
p型分離層は前記n型エピタキシャル成長層の表面から
前記高抵抗p型シリコン基板中まで延びていることを特
徴とする請求項2に記載のアバランシェホトダイオー
ド。
3. The n-type epitaxial growth layer comprises:
The p-type isolation layer is formed so as to surround the light receiving region, and the p-type isolation layer extends from the surface of the n-type epitaxial growth layer into the high-resistance p-type silicon substrate. The avalanche photodiode described.
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