JPH0799778B2 - 広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオード - Google Patents
広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオードInfo
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- JPH0799778B2 JPH0799778B2 JP60100357A JP10035785A JPH0799778B2 JP H0799778 B2 JPH0799778 B2 JP H0799778B2 JP 60100357 A JP60100357 A JP 60100357A JP 10035785 A JP10035785 A JP 10035785A JP H0799778 B2 JPH0799778 B2 JP H0799778B2
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光検出器、特にInGaAsフオトダイオードに関す
る。
る。
従来技術、及び発明が解決しようとする問題点 約1.0〜1.6μｍの長波長域における光波通信方式はIn
0,53Ga0,47Asを用いたフオトダイオードの開発を刺激し
て来ている。これは、この材料のバンドギヤツプ（0.75
eV）がその波長領域の光波を有効に検出するのに適して
おり、又この材料が本来InPサブストレートに格子整合
されていることによる。
0,53Ga0,47Asを用いたフオトダイオードの開発を刺激し
て来ている。これは、この材料のバンドギヤツプ（0.75
eV）がその波長領域の光波を有効に検出するのに適して
おり、又この材料が本来InPサブストレートに格子整合
されていることによる。
これ等の装置はメサ形フオトダイオード或いはプレーナ
形フオトダイオードのいずれでもよい。前者の暗電流は
低くなる傾向があるが、一般には表面不活性化が十分で
はなく、多くの重要なシステムへの応用に対する信頼性
は低いものである。一方、プレーナ形InGaAsフオトダイ
オードは暗電流は大きいが、不活性化並びに信頼性は高
い。
形フオトダイオードのいずれでもよい。前者の暗電流は
低くなる傾向があるが、一般には表面不活性化が十分で
はなく、多くの重要なシステムへの応用に対する信頼性
は低いものである。一方、プレーナ形InGaAsフオトダイ
オードは暗電流は大きいが、不活性化並びに信頼性は高
い。
更に、InGaAsフオトダイオードは前面照明（光波がエピ
タキシヤル層上に入射する。）或いは背面照明（光波が
透明InPサブストレート上に入射する）のいずれでもよ
い。前面照明による装置は日本電子通信技術学会の半導
体及び材料分科会、1981年でワイ・タシロ（Y.Tashir
o）等により「ウインド層を有するInGaAsプレーナ形フ
オトダイオード」と題して要約されている。この要約の
第１図にはｎ−InPサブストレート、InPバツフア層、ｎ
−InGaAs光吸収層、ｎ−InGaAsPウインド層、及び後者
の２層にCd拡散により形成されたP+−ゾーンが示してあ
る。このP+−ゾーンはウインド層上の環状接触部の開放
下で形成される。この開口を通して与えられた光波はウ
インド層に入射し、InGaAs層に吸収される。InGaAsウイ
ンド層の目的は「良好な量子効率」（前記要約の第３図
に示してあるように波長範囲が1.3〜1.6μｍで約80％）
を与えることにある。要約の第２図からわかるように室
温でバイアスが−5Vの時の暗電流は約1nAである。一
方、背面照明の装置の場合、光波は透明なInPサブスト
レート上に入射され、従つてInGaAsPウインド層は除外
される。即ち、光波はウインド層には入射しないので、
装置の量子効率には何等の影響もないことになる。前面
照明フオトダイオードの場合と同様に、背面照明装置に
はｎ−InPサブストレート、ｎ−InPバツフア層、及びｎ
−InGaAs光吸収層が含まれるが、InGaAsウインド層は含
まれない。このInGaAsフオトダイオードは本明細書第１
図に示した制限接触配置によりバイアス−10Vで約10nA
の暗電流を与える。その上、このフオトダイオードは十
分に不活性化されており、信頼性が高い。
タキシヤル層上に入射する。）或いは背面照明（光波が
透明InPサブストレート上に入射する）のいずれでもよ
い。前面照明による装置は日本電子通信技術学会の半導
体及び材料分科会、1981年でワイ・タシロ（Y.Tashir
o）等により「ウインド層を有するInGaAsプレーナ形フ
オトダイオード」と題して要約されている。この要約の
第１図にはｎ−InPサブストレート、InPバツフア層、ｎ
−InGaAs光吸収層、ｎ−InGaAsPウインド層、及び後者
の２層にCd拡散により形成されたP+−ゾーンが示してあ
る。このP+−ゾーンはウインド層上の環状接触部の開放
下で形成される。この開口を通して与えられた光波はウ
インド層に入射し、InGaAs層に吸収される。InGaAsウイ
ンド層の目的は「良好な量子効率」（前記要約の第３図
に示してあるように波長範囲が1.3〜1.6μｍで約80％）
を与えることにある。要約の第２図からわかるように室
温でバイアスが−5Vの時の暗電流は約1nAである。一
方、背面照明の装置の場合、光波は透明なInPサブスト
レート上に入射され、従つてInGaAsPウインド層は除外
される。即ち、光波はウインド層には入射しないので、
装置の量子効率には何等の影響もないことになる。前面
照明フオトダイオードの場合と同様に、背面照明装置に
はｎ−InPサブストレート、ｎ−InPバツフア層、及びｎ
−InGaAs光吸収層が含まれるが、InGaAsウインド層は含
まれない。このInGaAsフオトダイオードは本明細書第１
図に示した制限接触配置によりバイアス−10Vで約10nA
の暗電流を与える。その上、このフオトダイオードは十
分に不活性化されており、信頼性が高い。
しかしながら、暗電流が低ければフオトダイオードの感
度は増加し、従つて光受信器が低いビツト伝送速度及び
／又は高い周囲温度で良好に動作することを可能にす
る。
度は増加し、従つて光受信器が低いビツト伝送速度及び
／又は高い周囲温度で良好に動作することを可能にす
る。
問題点を解決するための手段 本発明の１実施例によると、背面照明InGaAsフオトダイ
オードの暗電流は、バンドギヤツプがより狭いInGaAs光
吸収層と制限接触部との間に広いバンドギヤツプ（例え
ば、InGaAsP）キヤツプ層を配置することによりほぼ１
桁から２桁程度低減される（例えば、バイアス−10Vで
0.1nA）。本発明によると、広いバンドギヤツプ層は表
面層の真性キヤリヤ濃度を下げることにより表面発生電
流が低減される。
オードの暗電流は、バンドギヤツプがより狭いInGaAs光
吸収層と制限接触部との間に広いバンドギヤツプ（例え
ば、InGaAsP）キヤツプ層を配置することによりほぼ１
桁から２桁程度低減される（例えば、バイアス−10Vで
0.1nA）。本発明によると、広いバンドギヤツプ層は表
面層の真性キヤリヤ濃度を下げることにより表面発生電
流が低減される。
広いバンドギヤツプキヤツプ層は他の背面照明半導体フ
オトダイオードの場合に類似の利点を有することが期待
される。
オトダイオードの場合に類似の利点を有することが期待
される。
第１図を参照すると、背面照明プレーナ形フオトダイオ
ードが示してあり、このダイオードは透明半導体本体10
（例えば、サブストレート12とバツフア層14）、光吸収
層16、及び表面生成電流を減ずるための広いバンドギヤ
ツプキヤツプ層18からなる。拡散法、又は他の適切な方
法により層16及び18のゾーン22に不純物を導入してｐ−
ｎジヤンクシヨン（ｐ−ｎ接合）20が形成される。
ードが示してあり、このダイオードは透明半導体本体10
（例えば、サブストレート12とバツフア層14）、光吸収
層16、及び表面生成電流を減ずるための広いバンドギヤ
ツプキヤツプ層18からなる。拡散法、又は他の適切な方
法により層16及び18のゾーン22に不純物を導入してｐ−
ｎジヤンクシヨン（ｐ−ｎ接合）20が形成される。
制限接触部26は第１開口を有する第１誘電体層30を備え
ており、この開口を通して不純物が導入されてゾーン22
及びｐ−ｎジヤンクシヨン20を形成し、これによりジヤ
ンクシヨン（接合）は、開口の端部から開口の平面方向
に入り込んだ地点で層18の上面と交差するようになる。
第２誘電体層32が第１誘電体層上に配置され、又この層
は第１開口内にある第２の更に小さな開口を有してい
る。接触部26は第２開口を通してゾーン22に接触するペ
デスタル部分を有する。これ等の開口の大きさは、ジヤ
ンクシヨン20が層18の上部と交差する（電場が高い）点
から、ペダスタルのエツジ部分が比較的遠位にあるよう
に維持されている。例えば、第１開口の幅の第２のもの
に対する比は少なくとも約3:1（例えば、0.75μm:25μ
ｍ）である。更に、接触部26はキヤツプ部分を有し、こ
の部分はペデスタル部分と第２誘電体層との界面を、こ
れを通して異物が装置に侵入出来ないように封止してい
る。
ており、この開口を通して不純物が導入されてゾーン22
及びｐ−ｎジヤンクシヨン20を形成し、これによりジヤ
ンクシヨン（接合）は、開口の端部から開口の平面方向
に入り込んだ地点で層18の上面と交差するようになる。
第２誘電体層32が第１誘電体層上に配置され、又この層
は第１開口内にある第２の更に小さな開口を有してい
る。接触部26は第２開口を通してゾーン22に接触するペ
デスタル部分を有する。これ等の開口の大きさは、ジヤ
ンクシヨン20が層18の上部と交差する（電場が高い）点
から、ペダスタルのエツジ部分が比較的遠位にあるよう
に維持されている。例えば、第１開口の幅の第２のもの
に対する比は少なくとも約3:1（例えば、0.75μm:25μ
ｍ）である。更に、接触部26はキヤツプ部分を有し、こ
の部分はペデスタル部分と第２誘電体層との界面を、こ
れを通して異物が装置に侵入出来ないように封止してい
る。
本発明の検討によると、制限接触の下での光ダイオード
の上面の特性は装置が示す暗電流レベルを決める主要な
要因となつている。広いバンドギヤツプキヤツプ層18
は、表面層材料の真性キヤリヤ濃度を下げることにより
表面生成電流、従つて暗電流を低減させる。
の上面の特性は装置が示す暗電流レベルを決める主要な
要因となつている。広いバンドギヤツプキヤツプ層18
は、表面層材料の真性キヤリヤ濃度を下げることにより
表面生成電流、従つて暗電流を低減させる。
第１図に示したように、本発明の好ましい実施例におい
ては、光吸収層16はわずかにドープしたIn0,53Ga0,47As
からなり、これは、例えば、1.0〜1.6μｍで動作する長
波長システムにおける使用に適している。この場合、透
明体10はｎ−InPサブストレート12とｎ−InPバツフア層
14とを有している。キヤツプ層18はInGaAs層16より広い
バンドギヤツプを有し、又それにほぼ格子整合してい
る。このキヤツプ層に適した材料としては、例えば、In
GaAsP、InP、又はAlInAsが考えられる。暗電流を減らす
点からは、キヤツプ層のバンドギヤツプが大きい程、良
好である。従つてInGaAsPよりInPの方が好ましい。しか
し、処理という点からは（例えば、良好なオーム接触を
与える能力）、バンドギヤツプキヤツプ層はより小さい
ものの方がよい（とは言え、これは光吸収層よりなお大
きなバンドギヤツプを持たなければならない。）。更
に、キヤツプ層18及び光吸収層16は同じ導電形（この場
合はｎ形）を有するが、ゾーン22は逆の導電形（即ち、
Ｐ形）である。キヤツプ層は通常は光吸収層よりはるか
に薄いので、ジヤンクシヨン20の主要部分はなお後者の
層内に配置されている。誘電体層30及び32は、表面状態
密度を減らし、下部半導体層に対し良好な密着性を与え
るためには窒化ケイ素からなることが好ましい。
ては、光吸収層16はわずかにドープしたIn0,53Ga0,47As
からなり、これは、例えば、1.0〜1.6μｍで動作する長
波長システムにおける使用に適している。この場合、透
明体10はｎ−InPサブストレート12とｎ−InPバツフア層
14とを有している。キヤツプ層18はInGaAs層16より広い
バンドギヤツプを有し、又それにほぼ格子整合してい
る。このキヤツプ層に適した材料としては、例えば、In
GaAsP、InP、又はAlInAsが考えられる。暗電流を減らす
点からは、キヤツプ層のバンドギヤツプが大きい程、良
好である。従つてInGaAsPよりInPの方が好ましい。しか
し、処理という点からは（例えば、良好なオーム接触を
与える能力）、バンドギヤツプキヤツプ層はより小さい
ものの方がよい（とは言え、これは光吸収層よりなお大
きなバンドギヤツプを持たなければならない。）。更
に、キヤツプ層18及び光吸収層16は同じ導電形（この場
合はｎ形）を有するが、ゾーン22は逆の導電形（即ち、
Ｐ形）である。キヤツプ層は通常は光吸収層よりはるか
に薄いので、ジヤンクシヨン20の主要部分はなお後者の
層内に配置されている。誘電体層30及び32は、表面状態
密度を減らし、下部半導体層に対し良好な密着性を与え
るためには窒化ケイ素からなることが好ましい。
この装置は基本的には、それぞれＰゾーン20、わずかに
ドープしたInGaAs層16及びｎ形体10に対応するＰゾー
ン、ｉゾーン、及びｎゾーンを有するｐ−ｉ−ｎフオト
ダイオードである。通常−10V（逆バイアス）における
動作は広範は波長（例えば1.0〜1.6μｍ）及びデイジタ
ルビツト伝送速度（例えば、3Mｂ／Ｓ〜1.7Gｂ／Ｓ）に
わたる光波28の検出に有効である。
ドープしたInGaAs層16及びｎ形体10に対応するＰゾー
ン、ｉゾーン、及びｎゾーンを有するｐ−ｉ−ｎフオト
ダイオードである。通常−10V（逆バイアス）における
動作は広範は波長（例えば1.0〜1.6μｍ）及びデイジタ
ルビツト伝送速度（例えば、3Mｂ／Ｓ〜1.7Gｂ／Ｓ）に
わたる光波28の検出に有効である。
実施例 この実施例では本発明により与えられるInGaAsフオトダ
イオードが記載される。各種のパラメータ、材料、及び
工程は例示として与えられるものであり、特に規定がな
ければ本発明の範囲を制限するものではない。フオトダ
イオードのエピタキシヤル層は硫黄でｎ形にドープされ
た（100）−配向InPサブストレート12上に液相成長（LP
E）により得られた。InPバツフア層14は偶然にドープさ
れたが、ｎ形であつた。InGaAsPキヤツプ層18及びInGaA
s光吸収層16はInPに格子整合されたが、それ等のキヤリ
ヤ濃度は約ｎ＝0.9−１×1016cm3であつた。
イオードが記載される。各種のパラメータ、材料、及び
工程は例示として与えられるものであり、特に規定がな
ければ本発明の範囲を制限するものではない。フオトダ
イオードのエピタキシヤル層は硫黄でｎ形にドープされ
た（100）−配向InPサブストレート12上に液相成長（LP
E）により得られた。InPバツフア層14は偶然にドープさ
れたが、ｎ形であつた。InGaAsPキヤツプ層18及びInGaA
s光吸収層16はInPに格子整合されたが、それ等のキヤリ
ヤ濃度は約ｎ＝0.9−１×1016cm3であつた。
ダイオードは以下に記載する工程ステツプに従つて製造
された。
された。
第１窒化ケイ素（SiNx）層30がプラズマを用いた化学蒸
着法によりキヤツプ層18上に蒸着された。円形開口（拡
散ウインド）が層30にホトリトグラフイにより設けら
れ、次にｐ−ｎジヤンクシヨン20がZn拡散により形成さ
れた。拡散後、第2SiNx層32が第1SiNx層上に蒸着され、
より小さな円形開口が同様に設けられた。第１図に示し
たように、各々のより小さな開口が第1SiNx層30のより
大きな開口の１つの中に設けられた。電子ビーム蒸発に
より接触部24及び26が形成され、次に合金化された。サ
ブストレート金属被覆の正孔が背面照明を考慮して赤外
線アラインメントによりジヤンクシヨン20に整合され
た。接触部24の環には反射防止膜は含まれなかつたが、
実際の場合には必要に応じて用いることが出来る。
着法によりキヤツプ層18上に蒸着された。円形開口（拡
散ウインド）が層30にホトリトグラフイにより設けら
れ、次にｐ−ｎジヤンクシヨン20がZn拡散により形成さ
れた。拡散後、第2SiNx層32が第1SiNx層上に蒸着され、
より小さな円形開口が同様に設けられた。第１図に示し
たように、各々のより小さな開口が第1SiNx層30のより
大きな開口の１つの中に設けられた。電子ビーム蒸発に
より接触部24及び26が形成され、次に合金化された。サ
ブストレート金属被覆の正孔が背面照明を考慮して赤外
線アラインメントによりジヤンクシヨン20に整合され
た。接触部24の環には反射防止膜は含まれなかつたが、
実際の場合には必要に応じて用いることが出来る。
これ等のフオトダイオードの特性を要約すると次のよう
になる。
になる。
ｎ−InGaAsP層18の厚み 1.3μｍ InGaAsP層18のバンドギヤツプ 0.95eV ｎ−InGaAsP層16の厚み 3.5μｍ InGaAsP層16のバンドギヤツプ 0.75eV 拡散ウインド面積 4.6×10−５cm2 ジヤンクシヨン深さ 2.5μｍ −10Vにおける中位暗電流 0.7nA −10Vにおける最良暗電流 0.1nA 0Vにおけるキヤパシタンス 1.1pF −10Vにおける典形的なキヤパシタンス 0.46pF 量子効率 〜65％ 上昇時間 0.2ns 下降時間 0.7ns 本発明によるフオトダイオードのキヤパシタンス、量子
効率、及び応答時間はドーピングレベルが同程度のプレ
ーナ形InGaAsフオトダイオードで見出されたものと同じ
であつた。しかし、暗電流は本発明によるフオトダイオ
ードの方がかなり小さかつた。特に、本発明のフオトダ
イオードの最小暗電流は−10Vで約0.1nAであつた。この
結果は、暗電流の主要なソースが２つの構造の間の半導
体−誘電体界面特性における差異、又は表面効果に関係
することを示唆している。
効率、及び応答時間はドーピングレベルが同程度のプレ
ーナ形InGaAsフオトダイオードで見出されたものと同じ
であつた。しかし、暗電流は本発明によるフオトダイオ
ードの方がかなり小さかつた。特に、本発明のフオトダ
イオードの最小暗電流は−10Vで約0.1nAであつた。この
結果は、暗電流の主要なソースが２つの構造の間の半導
体−誘電体界面特性における差異、又は表面効果に関係
することを示唆している。
逆方向バイアス条件下での全暗電流はバルクと表面成分
の和である。バルク成分は拡散電流、生成−再結合電
流、及びトンネル電流からなる。表面成分は表面生成電
流とプレーナ装置の半導体−誘電体界面に恐らく形成さ
れた分路を介する漏れ電流とからなる。
の和である。バルク成分は拡散電流、生成−再結合電
流、及びトンネル電流からなる。表面成分は表面生成電
流とプレーナ装置の半導体−誘電体界面に恐らく形成さ
れた分路を介する漏れ電流とからなる。
逆方向に対する小さなバイアス範囲、Ｖ＜15Vにおいて
は、トンネル電流はｎ＜１×1016／cm3に対しては省略
出来る。第２図は本発明の１実施例による上記のInGaAs
Pキヤツプ層を有するInGaAsフオトダイオードの各種温
度におけるＩ−Ｖ特性を示したものである。
は、トンネル電流はｎ＜１×1016／cm3に対しては省略
出来る。第２図は本発明の１実施例による上記のInGaAs
Pキヤツプ層を有するInGaAsフオトダイオードの各種温
度におけるＩ−Ｖ特性を示したものである。
従来のフオトダイオードにおいては、暗電流（ID）は の形で変化し、ここにVbiは内蔵接合電位（built−in j
unction potential）であり、Egはバンドギヤツプエネ
ルギー、Ｖは電圧、Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン定数
である。この関係は、表面生成電流が暗電流を制限する
ことを示唆している。しかしながら、本発明において暗
電流は の挙動もID∝exp（−Eb/2kT）の挙動も示さない。高温
では、拡散電流が重要となり、又室温では暗電流はID∝
Ｖの特性を与え、これは、オーム伝導が重要であり、生
成電力が省略可能なことを示唆している。真性キヤリヤ
密度は、Eg＝0.95eVのInGaAsPの方がEg＝0.75eVのInGaA
sにおけるより約50倍小さい。プレーナ形InGaAsダイオ
ードの最低室温暗電流はIEEE Trans Electron Devices
Vol.EDL−２、pp・283−285（1981）にエス・アール・
フオレスト（S.R.Forrest）等により報告されたように
−10Vで約2.5nAである。従って、本発明においてInGaAs
P層のフォトダイオードの表面生成電流は上述したキャ
リア密度が約50倍小さいことを考慮すると−10Vで（約
2.5nA÷50＝）約0.05nAと評価される。この値は、幾つ
かのメサInGaAsダイオードでは1nA以下の暗電流（ID）
を示したためInGaAsP層のフォトダイオードでは1nA÷50
＝0.02nA以下と予想されるので、プレーナ形とメサ形の
違いを除外して比較すると控えめに評価された値である
InGaAsに対してni５×1011／cm3とすると、表面生成
速度は〜１×104cm/secとなり、これはGaApのｐ−ｎ接
合の表面再結合速度と同じ程度である。本発明によるフ
オトダイオードの表面生成電流は296°Ｋにおける４×1
0-11Ａから430°Ｋにおける1.3×10-8Ａにわたつてお
り、従つてこの成分が高温におけるダイオードの暗電流
に殆んど寄与しないことがわかる。
unction potential）であり、Egはバンドギヤツプエネ
ルギー、Ｖは電圧、Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン定数
である。この関係は、表面生成電流が暗電流を制限する
ことを示唆している。しかしながら、本発明において暗
電流は の挙動もID∝exp（−Eb/2kT）の挙動も示さない。高温
では、拡散電流が重要となり、又室温では暗電流はID∝
Ｖの特性を与え、これは、オーム伝導が重要であり、生
成電力が省略可能なことを示唆している。真性キヤリヤ
密度は、Eg＝0.95eVのInGaAsPの方がEg＝0.75eVのInGaA
sにおけるより約50倍小さい。プレーナ形InGaAsダイオ
ードの最低室温暗電流はIEEE Trans Electron Devices
Vol.EDL−２、pp・283−285（1981）にエス・アール・
フオレスト（S.R.Forrest）等により報告されたように
−10Vで約2.5nAである。従って、本発明においてInGaAs
P層のフォトダイオードの表面生成電流は上述したキャ
リア密度が約50倍小さいことを考慮すると−10Vで（約
2.5nA÷50＝）約0.05nAと評価される。この値は、幾つ
かのメサInGaAsダイオードでは1nA以下の暗電流（ID）
を示したためInGaAsP層のフォトダイオードでは1nA÷50
＝0.02nA以下と予想されるので、プレーナ形とメサ形の
違いを除外して比較すると控えめに評価された値である
InGaAsに対してni５×1011／cm3とすると、表面生成
速度は〜１×104cm/secとなり、これはGaApのｐ−ｎ接
合の表面再結合速度と同じ程度である。本発明によるフ
オトダイオードの表面生成電流は296°Ｋにおける４×1
0-11Ａから430°Ｋにおける1.3×10-8Ａにわたつてお
り、従つてこの成分が高温におけるダイオードの暗電流
に殆んど寄与しないことがわかる。
以上の論議は逆方向バイアス条件の下での暗電流特性に
中心を置いたが、第３図に示した順方向特性も注目に値
するものである。この場合、本発明によるフオトダイオ
ードにおいては拡散電流が順方向電流を支配しているこ
とがわかる。
中心を置いたが、第３図に示した順方向特性も注目に値
するものである。この場合、本発明によるフオトダイオ
ードにおいては拡散電流が順方向電流を支配しているこ
とがわかる。
順方向バイアスダイオードの場合、式 If＝Ioexp（qV/nKT） により定義される係数ｎは支配的な電流源を示すパラメ
ータである。ｎ１の関係はジヤンクシヨン空乏層領域
を横切る少数キヤリアの拡散に起因し、ｎ２の関係は
バルクの生成−再結合電流或いは表面生成電流に起因し
て与えられるものである。第３図は本発明によるフオト
ダイオード（曲線Ｉ）及び従来のフオトダイオード（曲
線II）の順方向バイアスの下でのＩ−Ｖ曲線を示したも
のである。図からわかるように、本発明によるフオトダ
イオードはｎ１依存を示し、従つて拡散電流が支配的
なことが示唆される。一方、従来のフオトダイオードは
ｎ〜1.5であり、これは恐らく拡散電流及び表面生成電
流からの寄与によると思われる。
ータである。ｎ１の関係はジヤンクシヨン空乏層領域
を横切る少数キヤリアの拡散に起因し、ｎ２の関係は
バルクの生成−再結合電流或いは表面生成電流に起因し
て与えられるものである。第３図は本発明によるフオト
ダイオード（曲線Ｉ）及び従来のフオトダイオード（曲
線II）の順方向バイアスの下でのＩ−Ｖ曲線を示したも
のである。図からわかるように、本発明によるフオトダ
イオードはｎ１依存を示し、従つて拡散電流が支配的
なことが示唆される。一方、従来のフオトダイオードは
ｎ〜1.5であり、これは恐らく拡散電流及び表面生成電
流からの寄与によると思われる。
上記の構成配列は、本発明の原理の応用を代表するよう
に案出出来る多くの特定実施例を単に説明しただけであ
る。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これ等
の原理に従つて当業者が他の多くの各種の装置を考案す
ることが出来る。
に案出出来る多くの特定実施例を単に説明しただけであ
る。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これ等
の原理に従つて当業者が他の多くの各種の装置を考案す
ることが出来る。
例えば、キヤツプ層のバンドギヤツプを増やし、従つて
真性キヤリヤ濃度が一層小さな材料を選択して更に暗電
流を減らすことが出来る。特に、InPは、In1-xGaxAsyP
1-yシステムで最も大きなバンドギヤツプを持ち、又、I
n0.53Ga0.47As上に格子整合され、成長させ得るのでInG
aAsフォトダイオードに対しては好ましいキヤツプ層と
なる。表面漏れ電流はプレーナ形InPダイオード及びプ
レーナ形InP/InGaAsPヘテロジヤンクシヨンダイオード
においては小さいことが知られている。InP層は気相成
長によりInGaAs上に成長させることが出来る。
真性キヤリヤ濃度が一層小さな材料を選択して更に暗電
流を減らすことが出来る。特に、InPは、In1-xGaxAsyP
1-yシステムで最も大きなバンドギヤツプを持ち、又、I
n0.53Ga0.47As上に格子整合され、成長させ得るのでInG
aAsフォトダイオードに対しては好ましいキヤツプ層と
なる。表面漏れ電流はプレーナ形InPダイオード及びプ
レーナ形InP/InGaAsPヘテロジヤンクシヨンダイオード
においては小さいことが知られている。InP層は気相成
長によりInGaAs上に成長させることが出来る。
第１図は本発明の１実施例により得られた背面照明InGa
Asフオトダイオードの概略図であり、 第２図は本発明の１実施例により得られた各種温度にお
ける、逆方向バイアス下でのフオトダイオードの電流−
電圧（Ｉ−Ｖ）特性のグラフであり、暗電流の測定値
（黒点）と計算曲線は良く一致しており、又、 第３図は、本発明の（実線）１実施例による順方向バイ
アスの下でのフオトダイオードと従来の制限接触プレー
ナ形フオトダイオード（ダツシユ線）のＩ−Ｖ曲線を比
較したものである。 〔主要部分の符号の説明〕 10…半導体本体 12…サブストレート 14…バツフア層 16…光吸収層 18…バンドギヤツプキヤツプ層 20…ジヤンクシヨン 22…ゾーン 24,26…接触部 28…光波 30,32…誘電体層
Asフオトダイオードの概略図であり、 第２図は本発明の１実施例により得られた各種温度にお
ける、逆方向バイアス下でのフオトダイオードの電流−
電圧（Ｉ−Ｖ）特性のグラフであり、暗電流の測定値
（黒点）と計算曲線は良く一致しており、又、 第３図は、本発明の（実線）１実施例による順方向バイ
アスの下でのフオトダイオードと従来の制限接触プレー
ナ形フオトダイオード（ダツシユ線）のＩ−Ｖ曲線を比
較したものである。 〔主要部分の符号の説明〕 10…半導体本体 12…サブストレート 14…バツフア層 16…光吸収層 18…バンドギヤツプキヤツプ層 20…ジヤンクシヨン 22…ゾーン 24,26…接触部 28…光波 30,32…誘電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−5681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−134987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−13957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−38011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−49581（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】アバランシモードでは動作しないプレーナ
形背面照明フォトダイオードにして、 被検出光波に対して透明な１つの導電形の半導体本体
と、 光波が該半導体本体に入射出来るようにされた該本体に
対する第１電気接触部と、 前記透明な半導体本体を通して伝達される光波を吸収
し、これにより光吸収層内に電子と正孔を生成するよう
に前記半導体本体上に形成された１つの導電形のプレー
ナ形光吸収層とからなるフォトダイオードであって、 前記半導体本体から遠位の前記光吸収層の表面に形成さ
れ、かつ該光吸収層より広いバンドギャップを有する１
つの導電形のキャップ層と、 該キャップ層を通して前記光吸収層内に延在し、これに
よりジャンクションを形成して正孔と電子を収集し、か
つ光電流を発生する反対の導電形のゾーンと、 該ゾーンに対する第２電気接触部とからなることを特徴
とするプレーナ形背面照明フォトダイオード。 - 【請求項２】前記半導体本体がInPからなり、前記光吸
収層がIn0.53Ga0.47Asからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の背面照明フォトダイオード。 - 【請求項３】前記キャップ層はInPからなることを特徴
とする特許請求の範囲第２項に記載の背面照明フォトダ
イオード。 - 【請求項４】前記キャップ層はAlInAsからなることを特
徴とする特許請求の範囲第２項に記載の背面照明フォト
ダイオード。 - 【請求項５】前記キャップ層はInGaAsPからなることを
特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の背面照明フォ
トダイオード。 - 【請求項６】前記ゾーンはアクセプタを拡散したｐ形ゾ
ーンからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
ら第５項のいずれかに記載の背面照明フォトダイオー
ド。 - 【請求項７】前記キャップ層は光吸収層よりはるかに薄
く、前記ジャンクションの殆どが光吸収層内にあること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれ
かに記載の背面照明フォトダイオード。 - 【請求項８】アバランシモードでは動作しないプレーナ
形背面照明フォトダイオードであって、 ｎ−InPサブストレートと、 該サブストレートの一方の面に形成され、該サブストレ
ートとバッフア層が被検出光波に対し透明であるｎ−In
Pエピタキシヤルバッフア層と、 サブストレートの対抗面上に形成され、光波が第１接触
部の環を通してサブストレートに入射してなる環状第１
電気接触部と、 サブストレートとバッフア層を通して伝達される光波を
吸収し、これにより光吸収層内に電子と正孔を生成する
ようにバッフア層上に形成されたエピタキシヤル形低ド
ープｎ−In0.53Ga0.47As光吸収層と、 該光吸収層上に形成され、これに本質的に格子整合さ
れ、キャップ層が光吸収層より広いバンドギャップを有
し、これにより表面漏れ電流即ち暗電流を低減するエピ
タキシヤルｎ形キャップ層と、 該キャップ層を通して光吸収層内に延在し、前記ｎ−In
Pサブストレート・バッフア層及び前記低ドープｎ−In
0.53Ga0.47As光吸収層と共にｐ−ｉ−ｎジャンクション
を形成して正孔と電子を収集しかつそれから光電流を発
生するｐ形ゾーンとからなり、 前記キャップ層は光吸収層より薄く、 更に前記フォトダイオードが前記ゾーンに対する第２電
気接触部を備えることを特徴とするプレーナ形背面照明
フォトダイオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/609,317 US4608586A (en) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | Back-illuminated photodiode with a wide bandgap cap layer |
| US609317 | 1984-05-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60244078A JPS60244078A (ja) | 1985-12-03 |
| JPH0799778B2 true JPH0799778B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=24440272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60100357A Expired - Lifetime JPH0799778B2 (ja) | 1984-05-11 | 1985-05-11 | 広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオード |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4608586A (ja) |
| EP (1) | EP0181391B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0799778B2 (ja) |
| CA (1) | CA1225730A (ja) |
| DE (1) | DE3571727D1 (ja) |
| WO (1) | WO1985005498A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0758774B2 (ja) * | 1984-10-26 | 1995-06-21 | 工業技術院長 | 半導体装置 |
| JPS61172381A (ja) * | 1984-12-22 | 1986-08-04 | Fujitsu Ltd | ＩｎＰ系化合物半導体装置 |
| GB8609190D0 (en) * | 1986-04-15 | 1986-05-21 | British Telecomm | Semiconductor devices |
| GB8703592D0 (en) * | 1987-02-17 | 1987-03-25 | British Telecomm | Capping layer fabrication |
| US4970567A (en) * | 1987-11-23 | 1990-11-13 | Santa Barbara Research Center | Method and apparatus for detecting infrared radiation |
| US4897711A (en) * | 1988-03-03 | 1990-01-30 | American Telephone And Telegraph Company | Subassembly for optoelectronic devices |
| US5179430A (en) * | 1988-05-24 | 1993-01-12 | Nec Corporation | Planar type heterojunction avalanche photodiode |
| US4954851A (en) * | 1988-05-26 | 1990-09-04 | Bell Communications Research Inc. | Schottky barrier on indium gallium arsenide |
| KR100254005B1 (ko) * | 1991-08-02 | 2000-04-15 | 가나이 쓰도무 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
| US5279974A (en) * | 1992-07-24 | 1994-01-18 | Santa Barbara Research Center | Planar PV HgCdTe DLHJ fabricated by selective cap layer growth |
| US5818096A (en) * | 1996-04-05 | 1998-10-06 | Nippon Telegraph And Telephone Corp. | Pin photodiode with improved frequency response and saturation output |
| JP4038669B2 (ja) * | 2002-10-15 | 2008-01-30 | 住友電気工業株式会社 | 光受信器及びその製造方法 |
| DE102004023303B4 (de) * | 2004-03-31 | 2008-10-30 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Pin-Photodiode mit einer Mantelschicht mit einer großen Bandlücke |
| JP4980238B2 (ja) * | 2004-12-07 | 2012-07-18 | ピコメトリクス、エルエルシー | 光電導デバイス |
| JP6295693B2 (ja) | 2014-02-07 | 2018-03-20 | ソニー株式会社 | 撮像装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2319980A1 (fr) * | 1975-07-28 | 1977-02-25 | Radiotechnique Compelec | Dispositif optoelectronique semi-conducteur reversible |
| DE3135462A1 (de) * | 1981-09-08 | 1983-09-01 | AEG-Telefunken Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Monolithische eingangsstufe eines optischen empfaengers |
-
1984
- 1984-05-11 US US06/609,317 patent/US4608586A/en not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-04-26 DE DE8585902736T patent/DE3571727D1/de not_active Expired
- 1985-04-26 EP EP85902736A patent/EP0181391B1/en not_active Expired
- 1985-04-26 WO PCT/US1985/000771 patent/WO1985005498A1/en active IP Right Grant
- 1985-04-30 CA CA000480389A patent/CA1225730A/en not_active Expired
- 1985-05-11 JP JP60100357A patent/JPH0799778B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1225730A (en) | 1987-08-18 |
| EP0181391A1 (en) | 1986-05-21 |
| EP0181391B1 (en) | 1989-07-19 |
| US4608586A (en) | 1986-08-26 |
| DE3571727D1 (en) | 1989-08-24 |
| WO1985005498A1 (en) | 1985-12-05 |
| JPS60244078A (ja) | 1985-12-03 |
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