JPH0777271B2 - アバランシェフォトダイオード - Google Patents
アバランシェフォトダイオードInfo
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- JPH0777271B2 JPH0777271B2 JP4350681A JP35068192A JPH0777271B2 JP H0777271 B2 JPH0777271 B2 JP H0777271B2 JP 4350681 A JP4350681 A JP 4350681A JP 35068192 A JP35068192 A JP 35068192A JP H0777271 B2 JPH0777271 B2 JP H0777271B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光計測や光通信に用いら
れるアバランシェフォトダイオードに関し、特に立ち下
がり応答特性を改善したアバランシェフォトダイオード
に関する。
れるアバランシェフォトダイオードに関し、特に立ち下
がり応答特性を改善したアバランシェフォトダイオード
に関する。
【０００２】
【従来の技術】アバランシェフォトダイオード（以下、
ＡＰＤと記す）は、素子自体が増幅機能を有しているた
め、高感度な受光素子として広く光計測や光通信に用い
られている。特に、大容量長距離光通信用に採用されて
いる波長１．３μｍあるいは１．５５μｍ帯に対するＡ
ＰＤは、ＧｅやＩｎＧａＡｓ／Ｉｎを材料として作製さ
れている。
ＡＰＤと記す）は、素子自体が増幅機能を有しているた
め、高感度な受光素子として広く光計測や光通信に用い
られている。特に、大容量長距離光通信用に採用されて
いる波長１．３μｍあるいは１．５５μｍ帯に対するＡ
ＰＤは、ＧｅやＩｎＧａＡｓ／Ｉｎを材料として作製さ
れている。
【０００３】図４は、Ｇｅを材料とした従来のＡＰＤの
断面図である。この受光素子を作製するには、ｎ−Ｇｅ
基板４０１の一主面にボロンのイオン注入によりｐ+ 受
光領域４０９を形成し、Ｚｎの熱拡散によって受光領域
４０９の外周部分を囲むガードリング４１０を形成した
後、表面にＣＶＤ法により絶縁膜４１１を形成する。そ
の後、表面側にｐ側電極に４１２、裏面側にｎ側電極４
１３を形成する。
断面図である。この受光素子を作製するには、ｎ−Ｇｅ
基板４０１の一主面にボロンのイオン注入によりｐ+ 受
光領域４０９を形成し、Ｚｎの熱拡散によって受光領域
４０９の外周部分を囲むガードリング４１０を形成した
後、表面にＣＶＤ法により絶縁膜４１１を形成する。そ
の後、表面側にｐ側電極に４１２、裏面側にｎ側電極４
１３を形成する。
【０００４】図５は、ＩｎＧａＡｓを光吸収層とする従
来のＡＰＤの断面図である。このＡＰＤを作製するに
は、ｎ+ −ＩｎＰ基板５０１上に、キャリア濃度が１Ｅ
１５〜２Ｅ１６cm-3で層厚が１〜３μｍのｎ−ＩｎＰ緩
衝層５０２、キャリア濃度が１Ｅ１４〜１Ｅ１６cm-3で
層厚が１〜５μｍのｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層５０
５、キャリア濃度が１Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3で層厚が
０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５０６、キ
ャリア濃度が２Ｅ１６〜４Ｅ１６cm-3で層厚が０．８〜
４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層５０７、キャリア濃度が１
Ｅ１５〜８Ｅ１５cm-3で層厚が１〜２μｍのｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層５０８を、順次気相成長法によりエピタキシャル
成長させてエピタキシャルウェハを得、そのエピタキシ
ャルウェハにＺｎの封止拡散によりキャリア濃度が１Ｅ
１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 受光領域５０９を選択形成
し、さらにＢｅのイオン注入により受光領域５０９の外
周部を囲むようにガートリング５１０を形成する。
来のＡＰＤの断面図である。このＡＰＤを作製するに
は、ｎ+ −ＩｎＰ基板５０１上に、キャリア濃度が１Ｅ
１５〜２Ｅ１６cm-3で層厚が１〜３μｍのｎ−ＩｎＰ緩
衝層５０２、キャリア濃度が１Ｅ１４〜１Ｅ１６cm-3で
層厚が１〜５μｍのｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層５０
５、キャリア濃度が１Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3で層厚が
０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５０６、キ
ャリア濃度が２Ｅ１６〜４Ｅ１６cm-3で層厚が０．８〜
４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層５０７、キャリア濃度が１
Ｅ１５〜８Ｅ１５cm-3で層厚が１〜２μｍのｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層５０８を、順次気相成長法によりエピタキシャル
成長させてエピタキシャルウェハを得、そのエピタキシ
ャルウェハにＺｎの封止拡散によりキャリア濃度が１Ｅ
１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 受光領域５０９を選択形成
し、さらにＢｅのイオン注入により受光領域５０９の外
周部を囲むようにガートリング５１０を形成する。
【０００５】動作時にはこのＡＰＤに逆バイアスをかけ
て、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ光吸収層５０５内に空
乏層を広げる。この状態でＩｎＧａＡｓ層のバンドギャ
ップエネルギーに相当する１．６７μｍ以下の波長の
光、例えば１．３μｍの光が入射すると、空乏化された
光吸収層５０５内において光電効果によるキャリアが生
成される。生成されたキャリアは、空乏層内の２０〜１
００ｋＶ／cmの内部電界によって飽和速度まで加速され
増倍された後、出力電流として外部回路へ取り出され
る。
て、光吸収層であるＩｎＧａＡｓ光吸収層５０５内に空
乏層を広げる。この状態でＩｎＧａＡｓ層のバンドギャ
ップエネルギーに相当する１．６７μｍ以下の波長の
光、例えば１．３μｍの光が入射すると、空乏化された
光吸収層５０５内において光電効果によるキャリアが生
成される。生成されたキャリアは、空乏層内の２０〜１
００ｋＶ／cmの内部電界によって飽和速度まで加速され
増倍された後、出力電流として外部回路へ取り出され
る。
【０００６】上記ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤでは、立ち上が
り時間を高速化するために、ＩｎＧａＡｓ光吸収層５０
５とＩｎＰ増倍層５０７との間にＩｎＧａＡｓＰ中間層
５０６を挿入することにより、価電子帯の不連続を緩和
し、正孔蓄積による応答劣化を改善している。
り時間を高速化するために、ＩｎＧａＡｓ光吸収層５０
５とＩｎＰ増倍層５０７との間にＩｎＧａＡｓＰ中間層
５０６を挿入することにより、価電子帯の不連続を緩和
し、正孔蓄積による応答劣化を改善している。
【０００７】この種ＡＰＤの用途の一つにＯＴＤＲ（Op
tical Time Domain Reflectometer)がある。ＯＴＤＲと
は、敷設されている光ファイバのレイリー散乱による戻
り光を検出してその破断点を探索する装置である。即
ち、ＯＴＤＲ装置では、パルスを光ファイバ内に入射
し、この入射パルス光がファイバ内を伝搬するときに生
じるレイリー散乱光のうち入射側に戻る後方散乱光をモ
ニターし、この散乱光がなくなった場合、このなくなる
までの時間を距離に換算することによりファイバ内での
破断点の位置を検出する。
tical Time Domain Reflectometer)がある。ＯＴＤＲと
は、敷設されている光ファイバのレイリー散乱による戻
り光を検出してその破断点を探索する装置である。即
ち、ＯＴＤＲ装置では、パルスを光ファイバ内に入射
し、この入射パルス光がファイバ内を伝搬するときに生
じるレイリー散乱光のうち入射側に戻る後方散乱光をモ
ニターし、この散乱光がなくなった場合、このなくなる
までの時間を距離に換算することによりファイバ内での
破断点の位置を検出する。
【０００８】ここで、ＯＴＤＲ装置を用いてファイバの
破断点を調べるときに実際上問題となることは、ＯＴＤ
Ｒ装置と被測定ファイバとの間には必ず接続点（コネク
タ）が必要であり、この接続点において測定用パルス光
によるフレネル反射が生じることである。ＯＴＤＲ装置
から測定用のパルス（１００ｎｓ）を出射したとき、最
初にこの接続端面からのフレネル反射光がＯＴＤＲ装置
内にあるＡＰＤに入射し、続いて測定に用いるレイリー
散乱光が入射される。このとき、ＡＰＤに入射されるレ
イリー散乱光のレベルに比較してフレネル反射光のレベ
ルが極めて大きいため、フレネル反射光の持続時間およ
びＡＰＤ自体のパルス応答時間（立ち下がり時間）の間
はレイリー散乱の観測が不可能となる。従って、このパ
ルス応答時間に相当する距離が測定不能距離（口元デッ
ドゾーン）となる。この口元デッドゾーンを小さくする
ことがこれからのＯＴＤＲの課題の一つであるが、デッ
ドゾーンをなるべく小さくするためにはＡＰＤの立ち下
がり時間の高速化が必要となる。
破断点を調べるときに実際上問題となることは、ＯＴＤ
Ｒ装置と被測定ファイバとの間には必ず接続点（コネク
タ）が必要であり、この接続点において測定用パルス光
によるフレネル反射が生じることである。ＯＴＤＲ装置
から測定用のパルス（１００ｎｓ）を出射したとき、最
初にこの接続端面からのフレネル反射光がＯＴＤＲ装置
内にあるＡＰＤに入射し、続いて測定に用いるレイリー
散乱光が入射される。このとき、ＡＰＤに入射されるレ
イリー散乱光のレベルに比較してフレネル反射光のレベ
ルが極めて大きいため、フレネル反射光の持続時間およ
びＡＰＤ自体のパルス応答時間（立ち下がり時間）の間
はレイリー散乱の観測が不可能となる。従って、このパ
ルス応答時間に相当する距離が測定不能距離（口元デッ
ドゾーン）となる。この口元デッドゾーンを小さくする
ことがこれからのＯＴＤＲの課題の一つであるが、デッ
ドゾーンをなるべく小さくするためにはＡＰＤの立ち下
がり時間の高速化が必要となる。
【０００９】図６は、上述の各ＡＰＤの応答性を示すグ
ラフである。ここで問題としている立ち下がり特性につ
いてみるに、Ｇｅ−ＡＰＤの場合、図６において実線で
示されるように、立ち下がり時間は比較的短いものの裾
引き波形は高いレベルから発生している。逆に、ＩｎＧ
ａＡｓ−ＡＰＤについては、図６において破線で示され
るように、裾引きは低いレベルから発生するが、信号が
なくなるまでの時間が長い。このように両者の間に差異
が生じるのは次の理由による。ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤで
は、光の吸収はＩｎＧａＡｓ光吸収層５０５内のみで行
われ、かつこの吸収層幅が３〜４μｍと薄いためキャリ
アの走行時間が短い。しかし前記光吸収層５０５内で吸
収されなかった光がＩｎＰ基板１内を透過し裏面の電極
によって反射され再び光吸収層５０５内に戻る。このと
き裏面からの反射光は散乱状態に近いため、空乏層以外
のところでも吸収され、その結果生成された空乏層外の
キャリアは拡散電流成分（遅い応答成分）となりこれが
低レベルでの裾引きの原因となる。一方、Ｇｅ−ＡＰＤ
の場合、基板自体が光を吸収することができるため、光
は基板に完全に吸収され素子の裏面から反射してくる光
は生じない。しかし空乏層幅が１０μｍと厚いため、キ
ャリアが空乏層内を走行するのに時間がかかり、これが
高いレベルからの裾引きの原因となる。
ラフである。ここで問題としている立ち下がり特性につ
いてみるに、Ｇｅ−ＡＰＤの場合、図６において実線で
示されるように、立ち下がり時間は比較的短いものの裾
引き波形は高いレベルから発生している。逆に、ＩｎＧ
ａＡｓ−ＡＰＤについては、図６において破線で示され
るように、裾引きは低いレベルから発生するが、信号が
なくなるまでの時間が長い。このように両者の間に差異
が生じるのは次の理由による。ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤで
は、光の吸収はＩｎＧａＡｓ光吸収層５０５内のみで行
われ、かつこの吸収層幅が３〜４μｍと薄いためキャリ
アの走行時間が短い。しかし前記光吸収層５０５内で吸
収されなかった光がＩｎＰ基板１内を透過し裏面の電極
によって反射され再び光吸収層５０５内に戻る。このと
き裏面からの反射光は散乱状態に近いため、空乏層以外
のところでも吸収され、その結果生成された空乏層外の
キャリアは拡散電流成分（遅い応答成分）となりこれが
低レベルでの裾引きの原因となる。一方、Ｇｅ−ＡＰＤ
の場合、基板自体が光を吸収することができるため、光
は基板に完全に吸収され素子の裏面から反射してくる光
は生じない。しかし空乏層幅が１０μｍと厚いため、キ
ャリアが空乏層内を走行するのに時間がかかり、これが
高いレベルからの裾引きの原因となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＡＰＤ
では、裾引きレベルが高くなりあるいは低くともその持
続時間が長くなるため、立ち下がり応答特性が悪く、そ
のため例えばＯＴＤＲの用途に用いた場合には口元デッ
ドゾーンが長くなるという問題点があった。よって、本
発明の目的とするところは、裾引きのレベルを低減化し
つつその持続時間を短縮して、ＡＰＤの立ち下がり応答
性を高速化することである。
では、裾引きレベルが高くなりあるいは低くともその持
続時間が長くなるため、立ち下がり応答特性が悪く、そ
のため例えばＯＴＤＲの用途に用いた場合には口元デッ
ドゾーンが長くなるという問題点があった。よって、本
発明の目的とするところは、裾引きのレベルを低減化し
つつその持続時間を短縮して、ＡＰＤの立ち下がり応答
性を高速化することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のアバランシェフォトダイオードは、入射光
に対し透明な窓層と、入射光に対し透明でキャリアを増
倍する増倍層と、入射光を吸収する第１の光吸収層と、
入射光に対し透明で前記第１の光吸収層と反射側に空乏
層が伸びるのを阻止する電界降下層と、入射光を吸収す
る第２の光吸収層と、を備え、上記各層が光入射側から
上記の順で配置されている。
め、本発明のアバランシェフォトダイオードは、入射光
に対し透明な窓層と、入射光に対し透明でキャリアを増
倍する増倍層と、入射光を吸収する第１の光吸収層と、
入射光に対し透明で前記第１の光吸収層と反射側に空乏
層が伸びるのを阻止する電界降下層と、入射光を吸収す
る第２の光吸収層と、を備え、上記各層が光入射側から
上記の順で配置されている。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す断面
図である。本実施例のＡＰＤを作製するには、ｎ+ −Ｉ
ｎＰ基板１０１上に、気相成長法により、キャリア濃度
１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3、層厚１〜３μｍが好ましいｎ
−ＩｎＰ緩衝層１０２を、キャリア濃度１Ｅ１５cm-3、
層厚２μｍに、キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm
- 3 、層厚２〜５μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡｓ反
射光吸収層１０３を、キャリア濃度５Ｅ１５cm-3、層厚
４μｍに、キャリア濃度１Ｅ１６〜３Ｅ１６cm-3、層厚
２〜５μｍが好ましいｎ−ＩｎＰ電界降下層１０４を、
キャリア濃度２Ｅ１６cm-3、層厚３μｍに、キャリア濃
度１Ｅ１５〜５Ｅ１５cm-3、層厚３〜４μｍが好ましい
ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０５を、キャリア濃度３
Ｅ１５cm-3、層厚４μｍに、キャリア濃度３Ｅ１５〜１
Ｅ１６cm-3、層厚０．０３〜０．５μｍが好ましいｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６を、キャリア濃度１Ｅ１６
cm-3、層厚０．５μｍに、キャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ
１６cm-3、層厚０．５〜３μｍが好ましいｎ+ −ＩｎＰ
増倍層１０７を、キャリア濃度３Ｅ１６cm-3、層厚１．
４μｍに、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５cm-3、層厚
１〜２μｍが好ましいｎ- −ＩｎＰ窓層１０８を、キャ
リア濃度５Ｅ１５cm-3、層厚１．４μｍに、それぞれエ
ピタキシャル成長させる。
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す断面
図である。本実施例のＡＰＤを作製するには、ｎ+ −Ｉ
ｎＰ基板１０１上に、気相成長法により、キャリア濃度
１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3、層厚１〜３μｍが好ましいｎ
−ＩｎＰ緩衝層１０２を、キャリア濃度１Ｅ１５cm-3、
層厚２μｍに、キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm
- 3 、層厚２〜５μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡｓ反
射光吸収層１０３を、キャリア濃度５Ｅ１５cm-3、層厚
４μｍに、キャリア濃度１Ｅ１６〜３Ｅ１６cm-3、層厚
２〜５μｍが好ましいｎ−ＩｎＰ電界降下層１０４を、
キャリア濃度２Ｅ１６cm-3、層厚３μｍに、キャリア濃
度１Ｅ１５〜５Ｅ１５cm-3、層厚３〜４μｍが好ましい
ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０５を、キャリア濃度３
Ｅ１５cm-3、層厚４μｍに、キャリア濃度３Ｅ１５〜１
Ｅ１６cm-3、層厚０．０３〜０．５μｍが好ましいｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６を、キャリア濃度１Ｅ１６
cm-3、層厚０．５μｍに、キャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ
１６cm-3、層厚０．５〜３μｍが好ましいｎ+ −ＩｎＰ
増倍層１０７を、キャリア濃度３Ｅ１６cm-3、層厚１．
４μｍに、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５cm-3、層厚
１〜２μｍが好ましいｎ- −ＩｎＰ窓層１０８を、キャ
リア濃度５Ｅ１５cm-3、層厚１．４μｍに、それぞれエ
ピタキシャル成長させる。
【００１３】このエピタキシャルウェハ上に、ＣＶＤ法
およびフォトリソグラフィ工程によりＳｉＯ2 膜のマス
クを形成し、このマスクを介してＢｅをイオン注入して
ガードリング１１０を形成し、このガードリング１１０
に重なるように例えばＺｎの封止拡散を行って、キャリ
ア濃度１Ｅ１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 受光領域１０９を
選択的に形成する。その後、表面側に通常の方法で絶縁
膜１１１を堆積し、これに開口を設けた後、ＡｕＺｎに
よりｐ側電極１１２を形成する。次に、ｎ+ −ＩｎＰ基
板１の基板側を基板厚が１００〜２００μｍになるまで
研磨し、その面に通常の方法でＡｕＳｎを蒸着し、アロ
イ処理を行ってｎ側電極１１３を形成する。
およびフォトリソグラフィ工程によりＳｉＯ2 膜のマス
クを形成し、このマスクを介してＢｅをイオン注入して
ガードリング１１０を形成し、このガードリング１１０
に重なるように例えばＺｎの封止拡散を行って、キャリ
ア濃度１Ｅ１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 受光領域１０９を
選択的に形成する。その後、表面側に通常の方法で絶縁
膜１１１を堆積し、これに開口を設けた後、ＡｕＺｎに
よりｐ側電極１１２を形成する。次に、ｎ+ −ＩｎＰ基
板１の基板側を基板厚が１００〜２００μｍになるまで
研磨し、その面に通常の方法でＡｕＳｎを蒸着し、アロ
イ処理を行ってｎ側電極１１３を形成する。
【００１４】このようにして製作されたＩｎＧａＡｓ−
ＡＰＤに、中間層１０６と光吸収層１０５の境界面にお
いて電界強度が５０〜２００ｋＶ／cmとなるように逆バ
イアスをかけると、電界降下層１０４において電界は０
ｋＶ／cmとなるため、反射光吸収層３内は無電界状態と
なる。このような状態のＡＰＤにパルス光を入射する
と、光は窓層１０８側からｐ+ 受光領域１０９内に入射
され、増倍層１０７、中間層１０６を透過した後、光吸
収層１０５にて約９５％吸収される。このとき吸収され
なかった光は、電界降下層１０４を透過した後、無電界
状態の反射光吸収層１０３にて再び９５％以上吸収され
ることになる。さらに吸収されなかった光は基板１０１
の裏面にて散乱されその内一部の光は再び反射光吸収層
１０３内にて吸収されることになる。そしてこの反射光
吸収層１０３内で生成されたキャリアは空乏層外にある
ため再結合してしまい、拡散電流成分とはならない。
ＡＰＤに、中間層１０６と光吸収層１０５の境界面にお
いて電界強度が５０〜２００ｋＶ／cmとなるように逆バ
イアスをかけると、電界降下層１０４において電界は０
ｋＶ／cmとなるため、反射光吸収層３内は無電界状態と
なる。このような状態のＡＰＤにパルス光を入射する
と、光は窓層１０８側からｐ+ 受光領域１０９内に入射
され、増倍層１０７、中間層１０６を透過した後、光吸
収層１０５にて約９５％吸収される。このとき吸収され
なかった光は、電界降下層１０４を透過した後、無電界
状態の反射光吸収層１０３にて再び９５％以上吸収され
ることになる。さらに吸収されなかった光は基板１０１
の裏面にて散乱されその内一部の光は再び反射光吸収層
１０３内にて吸収されることになる。そしてこの反射光
吸収層１０３内で生成されたキャリアは空乏層外にある
ため再結合してしまい、拡散電流成分とはならない。
【００１５】即ち、光吸収層１０５の後方に電界降下層
１０４を介して反射光吸収層１０３を設けたことによ
り、反射光が光吸収層１０５に入射することがなくな
り、また光吸収層１０５を透過した光によって生成され
たキャリア成分が出力電流分に重畳されることがなくな
るので、裾引きレベルを低く抑えつつ裾引き時間を大幅
に削減することができる。図２は、第１の実施例の応答
特性を示すグラフである。同図に示されるように、第１
の実施例により、裾引きレベルを−６６ｄＢｍ以下、裾
引き時間を１ｎｓとすることができた。
１０４を介して反射光吸収層１０３を設けたことによ
り、反射光が光吸収層１０５に入射することがなくな
り、また光吸収層１０５を透過した光によって生成され
たキャリア成分が出力電流分に重畳されることがなくな
るので、裾引きレベルを低く抑えつつ裾引き時間を大幅
に削減することができる。図２は、第１の実施例の応答
特性を示すグラフである。同図に示されるように、第１
の実施例により、裾引きレベルを−６６ｄＢｍ以下、裾
引き時間を１ｎｓとすることができた。
【００１６】図３は、本発明の第２の実施例を示す断面
図である。図３において、半絶縁性ＩｎＰ基板３０１を
除き、図１の部分と同等の部分には下２桁が共通する番
号を付し重複する説明は省略する。半絶縁性ＩｎＰ基板
３０１上に気相成長法により各半導体層３０２〜３０８
を成長させ、カードリング３１０、ｐ+ 受光領域３０９
を形成した後、受光領域上に、ｐ側電極３１２を形成す
る。次に、受光部を除くエピタキシャル層を、ｎ−Ｉｎ
Ｐ電界降下層３０４の表面が露出する迄エッチングし、
露出した表面にｎ側電極３１３を形成する。その後、基
板側を基板厚が１００〜２００μｍになる迄研磨し、そ
の研磨面に基板を溶着するための金属、例えばＡｕを溶
着用金属膜３１４として蒸着する。本実施例のＡＰＤも
第１の実施例とほぼ同様の特性を示した。
図である。図３において、半絶縁性ＩｎＰ基板３０１を
除き、図１の部分と同等の部分には下２桁が共通する番
号を付し重複する説明は省略する。半絶縁性ＩｎＰ基板
３０１上に気相成長法により各半導体層３０２〜３０８
を成長させ、カードリング３１０、ｐ+ 受光領域３０９
を形成した後、受光領域上に、ｐ側電極３１２を形成す
る。次に、受光部を除くエピタキシャル層を、ｎ−Ｉｎ
Ｐ電界降下層３０４の表面が露出する迄エッチングし、
露出した表面にｎ側電極３１３を形成する。その後、基
板側を基板厚が１００〜２００μｍになる迄研磨し、そ
の研磨面に基板を溶着するための金属、例えばＡｕを溶
着用金属膜３１４として蒸着する。本実施例のＡＰＤも
第１の実施例とほぼ同様の特性を示した。
【００１７】上記各実施例では気相成長法によりエピタ
キシャルウェハを得ていたが、これに代え液相成長法、
ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ（Atomic Layer Epita
xy)法によるエピタキシャルウェハを用いても同じ効果
が得られる。また、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ系に代え他の化
合物半導体を用いてもよい。さらに、増倍層を超格子構
造とすることもできる。その場合、超格子の井戸層も入
射光を吸収しないようにすることが望ましい。
キシャルウェハを得ていたが、これに代え液相成長法、
ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ（Atomic Layer Epita
xy)法によるエピタキシャルウェハを用いても同じ効果
が得られる。また、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ系に代え他の化
合物半導体を用いてもよい。さらに、増倍層を超格子構
造とすることもできる。その場合、超格子の井戸層も入
射光を吸収しないようにすることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、主光吸
収層の増倍層と反対側に電界降下層を介して反射光吸収
層を設けたものであるので、本発明によれば、一旦、主
光吸収層を透過した光が再度この層内に入射するのを防
止することができ、かつ主光吸収層外での吸収光によっ
て生成されたキャリアが拡散電流となるのを防止するこ
とができる。したがって、本発明によれば、立ち下がり
応答時の裾引きレベルが低くかつ裾引き時間の短いＡＰ
Ｄを提供することができる。
収層の増倍層と反対側に電界降下層を介して反射光吸収
層を設けたものであるので、本発明によれば、一旦、主
光吸収層を透過した光が再度この層内に入射するのを防
止することができ、かつ主光吸収層外での吸収光によっ
て生成されたキャリアが拡散電流となるのを防止するこ
とができる。したがって、本発明によれば、立ち下がり
応答時の裾引きレベルが低くかつ裾引き時間の短いＡＰ
Ｄを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の断面図。
【図２】本発明の第１の実施例の応答波形図。
【図３】本発明の第２の実施例の断面図。
【図４】第１の従来例の断面図。
【図５】第２の従来例の断面図。
【図６】従来例の応答波形図。
１０１、５０１ ｎ+ −ＩｎＰ基板 ３０１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ４０１ ｎ−Ｇｅ基板 １０２、３０２、５０２ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 １０３、３０３ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ反射光吸収層 １０４、３０４ ｎ−ＩｎＰ電界降下層 １０５、３０５、５０５ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １０６、３０６、５０６ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層 １０７、３０７、５０７ ｎ+ −ＩｎＰ増倍層 １０８、３０８、５０８ ｎ- −ＩｎＰ窓層 １０９、３０９、４０９、５０９ ｐ+ 受光領域 １１０、３１０、４１０、５１０ ガードリング １１１、３１１、４１１、５１１ 絶縁膜 １１２、３１２、４１２、５１２ ｐ側電極 １１３、３１３、４１３、５１３ ｎ側電極 ３１４ 溶着用金属膜
Claims (5)
- 【請求項１】 入射光に対し透明な窓層と、入射光に対
し透明でキャリアを増倍する増倍層と、入射光を吸収す
る第１の光吸収層と、入射光に対し透明で前記第１の光
吸収層と反射側に空乏層が伸びるのを阻止する電界降下
層と、入射光を吸収する第２の光吸収層と、を備え、上
記各層が光入射側から上記の順で配置されているアバラ
ンシェフォトダイオード。 - 【請求項２】 前記増倍層と前記第１の光吸収層との間
に、両者間での禁制帯の不連続性を緩和する中間層が挿
入されている請求項１記載のアバランシェフォトダイオ
ード。 - 【請求項３】 前記第１の光吸収層および前記第２の光
吸収層の厚さは、それぞれ入射光の９５％以上を吸収す
ることができる厚さになされている請求項１または２記
載のアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項４】 前記窓層と前記電界降下層とにそれぞれ
電極が設けられている請求項１、２または３記載のアバ
ランシェフォトダイオード。 - 【請求項５】 前記窓層、前記増倍層および前記電界降
下層がＩｎＰによって構成され、前記第１および第２の
光吸収層がＩｎＧａＡｓにより構成されている請求項１
または３記載のアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4350681A JPH0777271B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | アバランシェフォトダイオード |
| EP93309714A EP0600746B1 (en) | 1992-12-04 | 1993-12-03 | Avalanche photo-diode |
| DE69305478T DE69305478T2 (de) | 1992-12-04 | 1993-12-03 | Lawinen-Fotodiode |
| US08/161,579 US5406097A (en) | 1992-12-04 | 1993-12-06 | Avalanche photo-diode for producing sharp pulse signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4350681A JPH0777271B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204551A JPH06204551A (ja) | 1994-07-22 |
| JPH0777271B2 true JPH0777271B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=18412129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4350681A Expired - Fee Related JPH0777271B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5406097A (ja) |
| EP (1) | EP0600746B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0777271B2 (ja) |
| DE (1) | DE69305478T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO1997043840A1 (en) * | 1996-05-14 | 1997-11-20 | The Regents Of The University Of California | Improved detector for quantum cryptography |
| JP3828982B2 (ja) * | 1997-04-14 | 2006-10-04 | 三菱電機株式会社 | 半導体受光素子 |
| US5831322A (en) * | 1997-06-25 | 1998-11-03 | Advanced Photonix, Inc. | Active large area avalanche photodiode array |
| US5757057A (en) * | 1997-06-25 | 1998-05-26 | Advanced Photonix, Inc. | Large area avalanche photodiode array |
| JP2006253548A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
| US11769782B2 (en) * | 2018-05-02 | 2023-09-26 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state imaging element and imaging apparatus |
| KR102284627B1 (ko) * | 2019-12-04 | 2021-08-02 | 주식회사 시지트로닉스 | 수광반도체 소자 및 그 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| EP0205899B1 (en) * | 1985-05-20 | 1991-03-27 | Nec Corporation | Planar heterojunction avalanche photodiode |
| JPS62205673A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-10 | Toshiba Corp | アバランシエホトダイオ−ド |
| JPS63281480A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Hitachi Ltd | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| JPH01296676A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-30 | Nec Corp | 半導体受光装置 |
| DE68905734T2 (de) * | 1988-08-25 | 1993-07-08 | Ngk Spark Plug Co | Verfahren zum formen keramischer isolatoren fuer die verwendung in zuendkerzen. |
| JPH02159775A (ja) * | 1988-12-14 | 1990-06-19 | Toshiba Corp | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| JP2682253B2 (ja) * | 1991-04-18 | 1997-11-26 | 三菱電機株式会社 | アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-12-04 JP JP4350681A patent/JPH0777271B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-03 EP EP93309714A patent/EP0600746B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-03 DE DE69305478T patent/DE69305478T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-06 US US08/161,579 patent/US5406097A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0600746B1 (en) | 1996-10-16 |
| DE69305478T2 (de) | 1997-05-22 |
| JPH06204551A (ja) | 1994-07-22 |
| EP0600746A1 (en) | 1994-06-08 |
| US5406097A (en) | 1995-04-11 |
| DE69305478D1 (de) | 1996-11-21 |
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