JPH088456A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH088456A JPH088456A JP6163336A JP16333694A JPH088456A JP H088456 A JPH088456 A JP H088456A JP 6163336 A JP6163336 A JP 6163336A JP 16333694 A JP16333694 A JP 16333694A JP H088456 A JPH088456 A JP H088456A
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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
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＡＰＤのパルス光入射時の立ち下がり応答特
性を改善する。 【構成】 ｎ+ −ＩｎＰ基板１０１の第１主面上に、メ
サ状にｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、ｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層１０５、ｐ+ 型受光領域１１１を設け、基板１
０１の第２主面上に、ｎ- ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層１
０８、ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９を設ける。受光領域
１１１、基板１０１、裏面窓層１０９のそれぞれに、コ
ンタクト電極を介してｐ側電極１１６、ｎ側電極１１
７、透過キャリア吸収電極１１８を設ける。 【効果】 光吸収層１０３を透過した光は透過光吸収層
１０８において吸収されるので、裏面で反射された光に
よって空乏層外でキャリアが生成されることがなくな
り、立ち下がり特性が改善される。
性を改善する。 【構成】 ｎ+ −ＩｎＰ基板１０１の第１主面上に、メ
サ状にｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、ｎ+ −Ｉｎ
Ｐ増倍層１０５、ｐ+ 型受光領域１１１を設け、基板１
０１の第２主面上に、ｎ- ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層１
０８、ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９を設ける。受光領域
１１１、基板１０１、裏面窓層１０９のそれぞれに、コ
ンタクト電極を介してｐ側電極１１６、ｎ側電極１１
７、透過キャリア吸収電極１１８を設ける。 【効果】 光吸収層１０３を透過した光は透過光吸収層
１０８において吸収されるので、裏面で反射された光に
よって空乏層外でキャリアが生成されることがなくな
り、立ち下がり特性が改善される。
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
れる半導体受光素子に関し、特に立ち下がり応答特性を
改善した半導体受光素子に関するものである。
れる半導体受光素子に関し、特に立ち下がり応答特性を
改善した半導体受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体受光素子、特にアバランシェフォ
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ＡＰＤは、ＧｅやＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎを材料として作製されている。
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ＡＰＤは、ＧｅやＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎを材料として作製されている。
【０００３】図５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+ 型
受光領域４１１を形成し、Ｚｎの熱拡散によって受光領
域４１１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法によりシリコン酸化膜等からなる
絶縁膜４１２を形成する。その後、表面側にｐ側電極４
１６、裏面側にｎ側電極４１７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+ 型
受光領域４１１を形成し、Ｚｎの熱拡散によって受光領
域４１１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法によりシリコン酸化膜等からなる
絶縁膜４１２を形成する。その後、表面側にｐ側電極４
１６、裏面側にｎ側電極４１７を形成する。
【０００４】図６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
３、キャリア濃度が１Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3で層厚が
０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５０４、キ
ャリア濃度が２Ｅ１６〜４Ｅ１６cm-3で層厚が０．８〜
４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層５０５、キャリア濃度が１
Ｅ１５〜８Ｅ１５cm-3で層厚が１〜２μｍのｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層５０６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+ 型受光領域５１１を選択的に
形成し、さらにＢｅのイオン注入により受光領域５１１
の外周部を囲むようにガートリング５１０を形成する。
そして、基板表面にｐ+ 型受光領域５１１に接触するｐ
側電極５１６を、基板裏面にｎ+ −ＩｎＰ基板５０１に
接触するｎ側電極５１７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
３、キャリア濃度が１Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3で層厚が
０．３〜１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層５０４、キ
ャリア濃度が２Ｅ１６〜４Ｅ１６cm-3で層厚が０．８〜
４μｍのｎ+ −ＩｎＰ増倍層５０５、キャリア濃度が１
Ｅ１５〜８Ｅ１５cm-3で層厚が１〜２μｍのｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層５０６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+ 型受光領域５１１を選択的に
形成し、さらにＢｅのイオン注入により受光領域５１１
の外周部を囲むようにガートリング５１０を形成する。
そして、基板表面にｐ+ 型受光領域５１１に接触するｐ
側電極５１６を、基板裏面にｎ+ −ＩｎＰ基板５０１に
接触するｎ側電極５１７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５０３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５０３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にまで加速さ
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５０３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５０３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にまで加速さ
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
３とＩｎＰ増倍層５０５との間にＩｎＧａＡｓＰ中間層
５０４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
３とＩｎＰ増倍層５０５との間にＩｎＧａＡｓＰ中間層
５０４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（パルス幅は例えば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、ＡＰ
Ｄ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。したがって、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（パルス幅は例えば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、ＡＰ
Ｄ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。したがって、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７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７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７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。
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７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７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。
【００１０】ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤでは、光の吸収はＩ
ｎＧａＡｓ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。
ｎＧａＡｓ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。
【００１１】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
れ受光素子の裏面から反射してくる光は生じない。しか
し、空乏層外でも光吸収が行われそして空乏層幅が１０
μｍ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。
を吸収することができるため、光は基板に完全に吸収さ
れ受光素子の裏面から反射してくる光は生じない。しか
し、空乏層外でも光吸収が行われそして空乏層幅が１０
μｍ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。
【００１２】
【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い。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。したがっ
て、本発明の解決すべき課題は、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い。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。したがっ
て、本発明の解決すべき課題は、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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、入射光に対し透明な第１導電型の
半導体基板（１０１、２０１、３０１）と、前記半導体
基板の第１主面上に形成された第１導電型の第１光吸収
層（１０３、２０３、３０３）と、前記第１光吸収層上
に形成された、入射光に対し透明な第１導電型の増倍層
（１０５、２０５、３０５）と、前記増倍層上に形成さ
れた、入射光に対し透明な第２導電型の窓層（１１１、
２１１、３１１）と、前記半導体基板の第２主面上に形
成された、少なくとも一つの第２光吸収層（１０８、２
０８、３０８）含むフォトダイオードと、前記半導体基
板、前記窓層および前記フォトダイオードの前記半導体
基板と反対側の面に形成された半導体層のそれぞれに電
気的に接続された電極（１１７、２１７、３１７；１１
６、２１６、３１６；１１８、２１８、３１８）と、を
備えたことを特徴とする半導体受光素子、が提供され
る。ここで、第２光吸収層は、好ましくはこの層に入射
された光が９０％以上吸収される層厚になされる。より
一層好ましくは入射光の９５％以上を吸収できる層厚に
なされる。
め、本発明によれば、入射光に対し透明な第１導電型の
半導体基板（１０１、２０１、３０１）と、前記半導体
基板の第１主面上に形成された第１導電型の第１光吸収
層（１０３、２０３、３０３）と、前記第１光吸収層上
に形成された、入射光に対し透明な第１導電型の増倍層
（１０５、２０５、３０５）と、前記増倍層上に形成さ
れた、入射光に対し透明な第２導電型の窓層（１１１、
２１１、３１１）と、前記半導体基板の第２主面上に形
成された、少なくとも一つの第２光吸収層（１０８、２
０８、３０８）含むフォトダイオードと、前記半導体基
板、前記窓層および前記フォトダイオードの前記半導体
基板と反対側の面に形成された半導体層のそれぞれに電
気的に接続された電極（１１７、２１７、３１７；１１
６、２１６、３１６；１１８、２１８、３１８）と、を
備えたことを特徴とする半導体受光素子、が提供され
る。ここで、第２光吸収層は、好ましくはこの層に入射
された光が９０％以上吸収される層厚になされる。より
一層好ましくは入射光の９５％以上を吸収できる層厚に
なされる。
【００１４】
【作用】上記のように構成された半導体受光素子では、
入射光はまず第１光吸収層において吸収される。ここで
生成されたキャリアは増倍層で増倍されたのちこの受光
素子の出力電流として取り出される。第１光吸収層で吸
収されなかった入射光は、半導体基板を透過したのち第
２光吸収層で吸収されさらに第２光吸収層を透過した光
は基板裏面で反射された後再び第２光吸収層へ入射され
吸収される。そのため、第１光吸収層を透過した光はほ
ぼ１００％第２光吸収層で吸収されることになる。すな
わち、第２光吸収層の光吸収率は９０％以上に選定され
ているため、第１光吸収層を透過した光は、第２光吸収
層において往復で９９％以上が吸収されることになる。
また、第２光吸収層の層厚が入射光を９５％以上吸収で
きるように選定された場合には、往復で９９．７５％以
上の透過光を吸収することができる。なお、第２光吸収
層で生成されたキャリアは素子外へ取り出され廃棄され
る。すなわち、本発明によれば、第１光吸収層で生成さ
れたキャリアは短い空乏層を走行するだけであるため、
裾引きのレベルが低減化され、さらに第１光吸収層を透
過した光により生成されたキャリアは本来の出力電流に
影響を与えることがないため、裾引きの持続時間の短く
なる。
入射光はまず第１光吸収層において吸収される。ここで
生成されたキャリアは増倍層で増倍されたのちこの受光
素子の出力電流として取り出される。第１光吸収層で吸
収されなかった入射光は、半導体基板を透過したのち第
２光吸収層で吸収されさらに第２光吸収層を透過した光
は基板裏面で反射された後再び第２光吸収層へ入射され
吸収される。そのため、第１光吸収層を透過した光はほ
ぼ１００％第２光吸収層で吸収されることになる。すな
わち、第２光吸収層の光吸収率は９０％以上に選定され
ているため、第１光吸収層を透過した光は、第２光吸収
層において往復で９９％以上が吸収されることになる。
また、第２光吸収層の層厚が入射光を９５％以上吸収で
きるように選定された場合には、往復で９９．７５％以
上の透過光を吸収することができる。なお、第２光吸収
層で生成されたキャリアは素子外へ取り出され廃棄され
る。すなわち、本発明によれば、第１光吸収層で生成さ
れたキャリアは短い空乏層を走行するだけであるため、
裾引きのレベルが低減化され、さらに第１光吸収層を透
過した光により生成されたキャリアは本来の出力電流に
影響を与えることがないため、裾引きの持続時間の短く
なる。
【００１５】
【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。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例の構造
を示す断面図である。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０１上に、第
１エピタキシャル層として、気相成長法により次の半導
体層を成長させる。すなわち、キャリア濃度１Ｅ１５〜
２Ｅ１６cm-3が好ましく層厚１〜３μｍが好ましいｎ−
ＩｎＰ緩衝層１０２を、１Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で
２μｍの層厚に、キャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５cm-3
が好ましく層厚３〜４μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層１０３を、３Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で４
μｍの層厚に、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3が
好ましく層厚０．０３〜０．５μｍが好ましいｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ中間層１０４を、１Ｅ１６cm-3のキャリア濃
度で０．５μｍの層厚に、キャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ
１６cm-3が好ましく層厚０．５〜３μｍが好ましいｎ+
−ＩｎＰ増倍層１０５を、３Ｅ１６cm-3のキャリア濃度
で１．４μｍの層厚に、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１
５cm-3が好ましく層厚１〜２μｍが好ましいｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層１０６を、５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で１．４
μｍの層厚に、それぞれエピタキシャル成長させる。
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例の構造
を示す断面図である。ｎ+ −ＩｎＰ基板１０１上に、第
１エピタキシャル層として、気相成長法により次の半導
体層を成長させる。すなわち、キャリア濃度１Ｅ１５〜
２Ｅ１６cm-3が好ましく層厚１〜３μｍが好ましいｎ−
ＩｎＰ緩衝層１０２を、１Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で
２μｍの層厚に、キャリア濃度１Ｅ１５〜５Ｅ１５cm-3
が好ましく層厚３〜４μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層１０３を、３Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で４
μｍの層厚に、キャリア濃度３Ｅ１５〜１Ｅ１６cm-3が
好ましく層厚０．０３〜０．５μｍが好ましいｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ中間層１０４を、１Ｅ１６cm-3のキャリア濃
度で０．５μｍの層厚に、キャリア濃度１Ｅ１６〜４Ｅ
１６cm-3が好ましく層厚０．５〜３μｍが好ましいｎ+
−ＩｎＰ増倍層１０５を、３Ｅ１６cm-3のキャリア濃度
で１．４μｍの層厚に、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１
５cm-3が好ましく層厚１〜２μｍが好ましいｎ- −Ｉｎ
Ｐ窓層１０６を、５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で１．４
μｍの層厚に、それぞれエピタキシャル成長させる。
【００１６】続いて、前記ｎ+ −ＩｎＰ基板１０１の第
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に次のよう
に第２エピタキシャル層を形成する。すなわち、気相成
長法により、キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3が好
ましく層厚１〜３μｍが好ましいｎ−ＩｎＰ緩衝層１０
７を、１Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で２μｍの層厚に、
キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3が好ましく層厚２
〜５μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層１
０８を、５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で４μｍの層厚
に、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５cm-3が好ましく層
厚１〜２μｍが好ましいｎ- −ＩｎＰ裏面窓層（後に、
ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９に変換される）を、５Ｅ１
５cm-3のキャリア濃度で１．４μｍの層厚にそれぞれエ
ピタキシャル成長させる。
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に次のよう
に第２エピタキシャル層を形成する。すなわち、気相成
長法により、キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3が好
ましく層厚１〜３μｍが好ましいｎ−ＩｎＰ緩衝層１０
７を、１Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で２μｍの層厚に、
キャリア濃度１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3が好ましく層厚２
〜５μｍが好ましいｎ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層１
０８を、５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で４μｍの層厚
に、キャリア濃度２Ｅ１５〜６Ｅ１５cm-3が好ましく層
厚１〜２μｍが好ましいｎ- −ＩｎＰ裏面窓層（後に、
ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９に変換される）を、５Ｅ１
５cm-3のキャリア濃度で１．４μｍの層厚にそれぞれエ
ピタキシャル成長させる。
【００１７】このように２回のエピタキシャル成長を行
ったエピタキシャルウェハの第１エピタキシャル層の表
面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により成長
させパターニングした後、これをマスクに例えばＢｅを
イオン注入法により導入してガードリング１１０を形成
する。次に、ガードリング１１０に重なるように拡散マ
スクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散によりキャ
リア濃度１Ｅ１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 型受光領域１１
１を選択的に形成する。このとき、第２エピタキシャル
層側には同等のキャリア濃度のｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１
０９が形成される。
ったエピタキシャルウェハの第１エピタキシャル層の表
面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により成長
させパターニングした後、これをマスクに例えばＢｅを
イオン注入法により導入してガードリング１１０を形成
する。次に、ガードリング１１０に重なるように拡散マ
スクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散によりキャ
リア濃度１Ｅ１７〜１Ｅ２０cm-3のｐ+ 型受光領域１１
１を選択的に形成する。このとき、第２エピタキシャル
層側には同等のキャリア濃度のｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１
０９が形成される。
【００１８】その後、マスクとして使用したシリコン酸
化膜を除去し表面側に通常の方法で絶縁膜１１２を成長
させる。続いて、前記ｐ+ 型受光領域１１１上の絶縁膜
１１２の一部に穴開けを行いｐ側コンタクト電極１１３
を形成し、またｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９の表面にも
ｐ側コンタクト電極１１４を形成する。次に、第１エピ
タキシャル層側の前記ガードリング１１０およびｐ+ 型
受光領域１１１外のｎ- −ＩｎＰ窓層上の絶縁膜１１２
に穴開けを行い、ｎ側コンタクト電極１１５を形成す
る。最後に、第１エピタキシャル層側のｐ側コンタクト
電極１１３上にｐ側電極１１６を、ｎ側コンタクト電極
１１５上にｎ側電極１１７をそれぞれ形成し、第２エピ
タキシャル層側のｐコンタクト電極１１４上に透過キャ
リア吸収電極１１８を形成する。
化膜を除去し表面側に通常の方法で絶縁膜１１２を成長
させる。続いて、前記ｐ+ 型受光領域１１１上の絶縁膜
１１２の一部に穴開けを行いｐ側コンタクト電極１１３
を形成し、またｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層１０９の表面にも
ｐ側コンタクト電極１１４を形成する。次に、第１エピ
タキシャル層側の前記ガードリング１１０およびｐ+ 型
受光領域１１１外のｎ- −ＩｎＰ窓層上の絶縁膜１１２
に穴開けを行い、ｎ側コンタクト電極１１５を形成す
る。最後に、第１エピタキシャル層側のｐ側コンタクト
電極１１３上にｐ側電極１１６を、ｎ側コンタクト電極
１１５上にｎ側電極１１７をそれぞれ形成し、第２エピ
タキシャル層側のｐコンタクト電極１１４上に透過キャ
リア吸収電極１１８を形成する。
【００１９】このようにして製作されたＩｎＧａＡｓ−
ＡＰＤのｐ側電極１１６とｎ側電極１１７間に、中間層
１０４と光吸収層１０３の境界面において電界強度が５
０〜２００ｋＶ／cmとなるように逆バイアスを印加する
と、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３内が空乏化され
る。また、透過キャリア吸収電極１１８とｎ側電極１１
７間に３〜６Ｖの逆電圧を印加することでｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ透過光吸収層１０８内が空乏化される。
ＡＰＤのｐ側電極１１６とｎ側電極１１７間に、中間層
１０４と光吸収層１０３の境界面において電界強度が５
０〜２００ｋＶ／cmとなるように逆バイアスを印加する
と、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３内が空乏化され
る。また、透過キャリア吸収電極１１８とｎ側電極１１
７間に３〜６Ｖの逆電圧を印加することでｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ透過光吸収層１０８内が空乏化される。
【００２０】このような状態のＡＰＤに第１エピタキシ
ャル層側からパルス光を入射すると光は、ｐ+ 型受光領
域１１１、増倍層１０５、中間層１０４を透過した後、
光吸収層３に入射されここで約９５％吸収される。この
とき生成されたキャリアは、増倍された後このＡＰＤの
出力電流として取り出される。一方、このとき吸収され
なかった光は、ｎ−ＩｎＰ緩衝層１０２からｎ+ −Ｉｎ
Ｐ基板１０１を経てｎ−ＩｎＰ緩衝層１０７を透過した
後、空乏化された透過光吸収層１０８にてほぼ１００％
吸収されることとなる。ここで吸収された光によって生
成されたキャリアは、透過キャリア吸収電極１１８とｎ
側電極１１７間に印加された電界により透過キャリア吸
収電極１１８側に流れ、外部回路へ吐き出されることに
なる。
ャル層側からパルス光を入射すると光は、ｐ+ 型受光領
域１１１、増倍層１０５、中間層１０４を透過した後、
光吸収層３に入射されここで約９５％吸収される。この
とき生成されたキャリアは、増倍された後このＡＰＤの
出力電流として取り出される。一方、このとき吸収され
なかった光は、ｎ−ＩｎＰ緩衝層１０２からｎ+ −Ｉｎ
Ｐ基板１０１を経てｎ−ＩｎＰ緩衝層１０７を透過した
後、空乏化された透過光吸収層１０８にてほぼ１００％
吸収されることとなる。ここで吸収された光によって生
成されたキャリアは、透過キャリア吸収電極１１８とｎ
側電極１１７間に印加された電界により透過キャリア吸
収電極１１８側に流れ、外部回路へ吐き出されることに
なる。
【００２１】図２は、本実施例のＡＰＤにパルス光を入
射した際の応答特性の測定結果を示すグラフである。本
発明によるＡＰＤでは、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０
３にて吸収されなかった光が裏面で反射されこれにより
遅い成分のキャリアが生成されることがなくなるため、
図２に示されるように、裾引きレベルを−７０ｄＢｍ以
下とすることができるとともに裾引き時間を０．５ｎｓ
以下とすることができる。
射した際の応答特性の測定結果を示すグラフである。本
発明によるＡＰＤでは、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０
３にて吸収されなかった光が裏面で反射されこれにより
遅い成分のキャリアが生成されることがなくなるため、
図２に示されるように、裾引きレベルを−７０ｄＢｍ以
下とすることができるとともに裾引き時間を０．５ｎｓ
以下とすることができる。
【００２２】［第２の実施例］図３は、本発明の第２の
実施例のＡＰＤの断面図である。この第２の実施例のＡ
ＰＤは以下のように作製される。ｎ+ −ＩｎＰ基板２０
１上に、気相成長法により、ｎ−ＩｎＰ緩衝層２０２、
ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０３、ｎ- ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層２０４、ｎ+ −ＩｎＰ増倍層２０５およびｎ-
−ＩｎＰ窓層２０６を、それぞれ第１の実施例の場合と
同様のキャリア濃度と層厚にエピタキシャル成長させ、
第１エピタキシャル層を形成する。
実施例のＡＰＤの断面図である。この第２の実施例のＡ
ＰＤは以下のように作製される。ｎ+ −ＩｎＰ基板２０
１上に、気相成長法により、ｎ−ＩｎＰ緩衝層２０２、
ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０３、ｎ- ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層２０４、ｎ+ −ＩｎＰ増倍層２０５およびｎ-
−ＩｎＰ窓層２０６を、それぞれ第１の実施例の場合と
同様のキャリア濃度と層厚にエピタキシャル成長させ、
第１エピタキシャル層を形成する。
【００２３】続いて、前記ｎ+ −ＩｎＰ基板２０１の第
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に、第１の
実施例の場合と同様に、ｎ−ＩｎＰ緩衝層２０７、ｎ-
−ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層２０８およびｎ- −ＩｎＰ
裏面窓層（図示なし）をそれぞれエピタキシャル成長さ
せて第２エピタキシャル層を形成する。
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に、第１の
実施例の場合と同様に、ｎ−ＩｎＰ緩衝層２０７、ｎ-
−ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層２０８およびｎ- −ＩｎＰ
裏面窓層（図示なし）をそれぞれエピタキシャル成長さ
せて第２エピタキシャル層を形成する。
【００２４】このように２回のエピタキシャル成長を行
ったエピタキシャルウェハの第１第１エピタキシャル層
の表面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により
成長させパターニングした後、これをマスクに例えばＢ
ｅをイオン注入法により導入してガードリング２１０を
形成する。次に、ガードリング２１０に重なるように拡
散マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により
ｐ+ 型受光領域２１１を選択的に形成する。この時、第
２エピタキシャル層側には同等のキャリア濃度のｐ+ −
ＩｎＰ裏面窓層２０９が形成される。
ったエピタキシャルウェハの第１第１エピタキシャル層
の表面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により
成長させパターニングした後、これをマスクに例えばＢ
ｅをイオン注入法により導入してガードリング２１０を
形成する。次に、ガードリング２１０に重なるように拡
散マスクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散により
ｐ+ 型受光領域２１１を選択的に形成する。この時、第
２エピタキシャル層側には同等のキャリア濃度のｐ+ −
ＩｎＰ裏面窓層２０９が形成される。
【００２５】その後、ガードリング２１０およびｐ+ 型
受光領域２１１上にフォトリソグラフィ法によりフォト
レジストマスクを形成し、フォトレジストにて保護され
ない部分の第１エピタキシャル層をｎ+ −ＩｎＰ基板２
０１の表面が露出するまでエッチング除去する。次に、
第１エピタキシャル層側の表面に通常のＣＶＤ法により
絶縁膜２１２を成長させる。
受光領域２１１上にフォトリソグラフィ法によりフォト
レジストマスクを形成し、フォトレジストにて保護され
ない部分の第１エピタキシャル層をｎ+ −ＩｎＰ基板２
０１の表面が露出するまでエッチング除去する。次に、
第１エピタキシャル層側の表面に通常のＣＶＤ法により
絶縁膜２１２を成長させる。
【００２６】次に、ｐ+ 型受光領域２１１上の絶縁膜２
１２の一部に穴開けを行いｐ側コンタクト電極２１３を
形成し、また、ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層２０９上にｐ側コ
ンタクト電極２１４を形成する。続いて、ｎ+ −ＩｎＰ
基板２０１表面の絶縁膜２１２に穴開けを行いｎ側コン
タクト電極２１５を形成する。最後に、第１エピタキシ
ャル層側のｐ側コンタクト電極２１３上にｐ側電極２１
６を、ｎ側コンタクト電極２１５上にｎ側電極２１７を
それぞれ形成し、第２エピタキシャル層側のｐコンタク
ト電極２１４上に透過キャリア吸収電極２１８を形成す
る。この実施例によれば、第１の実施例に比較して、ｎ
+ −ＩｎＰ基板に対し低抵抗で接触するｎ側コンタクト
電極を実現できると共にＡＰＤの高耐圧化を実現するこ
とができる。本実施例のＡＰＤに対してバイアス電圧を
印加し、パルス光を入射させて応答特性を測定したとこ
ろ、ほぼ図２と同様の結果が得られた。
１２の一部に穴開けを行いｐ側コンタクト電極２１３を
形成し、また、ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層２０９上にｐ側コ
ンタクト電極２１４を形成する。続いて、ｎ+ −ＩｎＰ
基板２０１表面の絶縁膜２１２に穴開けを行いｎ側コン
タクト電極２１５を形成する。最後に、第１エピタキシ
ャル層側のｐ側コンタクト電極２１３上にｐ側電極２１
６を、ｎ側コンタクト電極２１５上にｎ側電極２１７を
それぞれ形成し、第２エピタキシャル層側のｐコンタク
ト電極２１４上に透過キャリア吸収電極２１８を形成す
る。この実施例によれば、第１の実施例に比較して、ｎ
+ −ＩｎＰ基板に対し低抵抗で接触するｎ側コンタクト
電極を実現できると共にＡＰＤの高耐圧化を実現するこ
とができる。本実施例のＡＰＤに対してバイアス電圧を
印加し、パルス光を入射させて応答特性を測定したとこ
ろ、ほぼ図２と同様の結果が得られた。
【００２７】［第３の実施例］図４は、本発明の第３の
実施例のＡＰＤの断面図である。この第３の実施例のＡ
ＰＤは以下のように作製される。ｎ+ −ＩｎＰ基板３０
１上に、第１の実施例の場合と同様に、第１エピタキシ
ャル層として、ｎ−ＩｎＰ緩衝層３０２、ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３０３、ｎ- ＩｎＧａＡｓＰ中間層３０
４、ｎ+ −ＩｎＰ増倍層３０５およびｎ- −ＩｎＰ窓層
３０６を成長させる。
実施例のＡＰＤの断面図である。この第３の実施例のＡ
ＰＤは以下のように作製される。ｎ+ −ＩｎＰ基板３０
１上に、第１の実施例の場合と同様に、第１エピタキシ
ャル層として、ｎ−ＩｎＰ緩衝層３０２、ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３０３、ｎ- ＩｎＧａＡｓＰ中間層３０
４、ｎ+ −ＩｎＰ増倍層３０５およびｎ- −ＩｎＰ窓層
３０６を成長させる。
【００２８】続いて、前記ｎ+ −ＩｎＰ基板３０１の第
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に次のよう
に第２エピタキシャル層を形成する。すなわち、気相成
長法により、キャリア濃度１Ｅ１５cm-3で、層厚２μｍ
のｎ−ＩｎＰ緩衝層３０７を、続いて、キャリア濃度が
１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3以下が好ましく層厚３〜６μｍ
が好ましいｐ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層３０８を、
５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で５μｍの層厚にそれぞれ
エピタキシャル成長させる。
１エピタキシャル層を成長させた面と反対側に次のよう
に第２エピタキシャル層を形成する。すなわち、気相成
長法により、キャリア濃度１Ｅ１５cm-3で、層厚２μｍ
のｎ−ＩｎＰ緩衝層３０７を、続いて、キャリア濃度が
１Ｅ１５〜２Ｅ１６cm-3以下が好ましく層厚３〜６μｍ
が好ましいｐ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層３０８を、
５Ｅ１５cm-3のキャリア濃度で５μｍの層厚にそれぞれ
エピタキシャル成長させる。
【００２９】このように２回のエピタキシャル成長を行
ったエピタキシャルウェハの第１エピタキシャル層の表
面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により成長
させパターニングした後、これをマスクに例えばＢｅを
イオン注入法により導入してガードリング３１０を形成
する。次に、ガードリング３１０に重なるように拡散マ
スクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散によりｐ+
型受光領域３１１を選択的に形成する。この時、第２エ
ピタキシャル層側においては、ｐ−ＩｎＧａＡｓ透過光
吸収層３０８の表面にｐ+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３０９が形成される。
ったエピタキシャルウェハの第１エピタキシャル層の表
面にシリコン酸化膜（図示なし）をＣＶＤ法により成長
させパターニングした後、これをマスクに例えばＢｅを
イオン注入法により導入してガードリング３１０を形成
する。次に、ガードリング３１０に重なるように拡散マ
スクの窓開けを行い、例えばＺｎの封止拡散によりｐ+
型受光領域３１１を選択的に形成する。この時、第２エ
ピタキシャル層側においては、ｐ−ＩｎＧａＡｓ透過光
吸収層３０８の表面にｐ+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３０９が形成される。
【００３０】その後、ＡＰＤの活性領域をメサ状に加工
するエッチングを行い、続いて、第１エピタキシャル層
側の表面に通常の方法により絶縁膜３１２を成長させ
る。次に、先の実施例の場合と同様にして、ｐ+ 型受光
領域３１１上にｐ側コンタクト電極３１３を、また、ｐ
+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０９上にｐ側コンタク
ト電極３１４を、さらに、ｎ+ −ＩｎＰ基板３０１表面
上にｎ側コンタクト電極３１５を形成する。
するエッチングを行い、続いて、第１エピタキシャル層
側の表面に通常の方法により絶縁膜３１２を成長させ
る。次に、先の実施例の場合と同様にして、ｐ+ 型受光
領域３１１上にｐ側コンタクト電極３１３を、また、ｐ
+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０９上にｐ側コンタク
ト電極３１４を、さらに、ｎ+ −ＩｎＰ基板３０１表面
上にｎ側コンタクト電極３１５を形成する。
【００３１】最後に、第１エピタキシャル層側のｐ側コ
ンタクト電極３１３上にｐ側電極３１６を、ｎ側コンタ
クト電極３１５上にｎ側電極３１７をそれぞれ形成し、
第２エピタキシャル層側のｐコンタクト電極３１４上に
透過キャリア吸収電極３１８を形成して、本実施例の作
製を終了する。本実施例によれば、エピタキシャル成長
工程を１工程削減することができることから工程の簡素
化が可能になる。本実施例のＡＰＤに対してバイアス電
圧を印加し、パルス光を入射させて応答特性を測定した
ところ、ほぼ図２と同様の結果がえられた。
ンタクト電極３１３上にｐ側電極３１６を、ｎ側コンタ
クト電極３１５上にｎ側電極３１７をそれぞれ形成し、
第２エピタキシャル層側のｐコンタクト電極３１４上に
透過キャリア吸収電極３１８を形成して、本実施例の作
製を終了する。本実施例によれば、エピタキシャル成長
工程を１工程削減することができることから工程の簡素
化が可能になる。本実施例のＡＰＤに対してバイアス電
圧を印加し、パルス光を入射させて応答特性を測定した
ところ、ほぼ図２と同様の結果がえられた。
【００３２】［実施例の変更］以上好ましい実施例につ
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるさ
れるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内
において各種の変更が可能である。例えば、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、この方法に代え、液相成長法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢ
Ｅ法、ＡＬＥ法等を採用することができる。また、実施
例では、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系受光素子について説明
したが、本発明は、これ以外の材料を用いた受光素子に
も適用が可能である。
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるさ
れるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内
において各種の変更が可能である。例えば、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、この方法に代え、液相成長法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢ
Ｅ法、ＡＬＥ法等を採用することができる。また、実施
例では、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系受光素子について説明
したが、本発明は、これ以外の材料を用いた受光素子に
も適用が可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体受光素子は、主光吸収層内で吸収されなかった光を、
半導体基板の第２主面上に形成された透過光吸収層によ
り吸収させ、さらにこの透過光吸収層において生成され
たキャリアを主光検出電流とは区別して素子外に取り出
して廃棄することができるようにしたものであるので、
主光吸収層で吸収されなかった光による反射光が主光吸
収層に再入射されたり、反射光によって空乏層外で生成
されたキャリアが主光吸収層へ拡散していき遅い成分を
与えたりすることがなくなる。よって、本発明によれ
ば、立ち下がり応答における裾引きレベルを低く抑える
ことができると共にその持続時間を短縮することができ
る。そして、主光吸収層を流れる電流が、この主光吸収
層を透過した光の影響を受けることがなくなるので、Ａ
ＰＤ出力の雑音レベルを低減化することができる。した
がって、本発明による受光素子をＯＴＤＲの用途に用い
た場合には、口元デッドゾーンを短縮することができる
とともに高精度・高感度な測定が可能となる。
体受光素子は、主光吸収層内で吸収されなかった光を、
半導体基板の第２主面上に形成された透過光吸収層によ
り吸収させ、さらにこの透過光吸収層において生成され
たキャリアを主光検出電流とは区別して素子外に取り出
して廃棄することができるようにしたものであるので、
主光吸収層で吸収されなかった光による反射光が主光吸
収層に再入射されたり、反射光によって空乏層外で生成
されたキャリアが主光吸収層へ拡散していき遅い成分を
与えたりすることがなくなる。よって、本発明によれ
ば、立ち下がり応答における裾引きレベルを低く抑える
ことができると共にその持続時間を短縮することができ
る。そして、主光吸収層を流れる電流が、この主光吸収
層を透過した光の影響を受けることがなくなるので、Ａ
ＰＤ出力の雑音レベルを低減化することができる。した
がって、本発明による受光素子をＯＴＤＲの用途に用い
た場合には、口元デッドゾーンを短縮することができる
とともに高精度・高感度な測定が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例の断面図。
【図２】本発明の第１の実施例の入力パルス光に対する
応答特性波形図。
応答特性波形図。
【図３】本発明の第２の実施例の断面図。
【図４】本発明の第３の実施例の断面図。
【図５】第１の従来例の断面図。
【図６】第２の従来例の断面図。
【図７】第１、第２の従来例の入力パルス光に対する応
答波形図。
答波形図。
１０１、２０１、３０１、５０１ ｎ+ −ＩｎＰ基板 ４０１ ｎ−Ｇｅ基板 １０２、２０２、３０２、５０２ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 １０３、２０３、３０３、５０３ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層 １０４、２０４、３０４、５０４ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
中間層 １０５、２０５、３０５、５０５ ｎ+ −ＩｎＰ増倍層 １０６、２０６、３０６、５０６ ｎ- −ＩｎＰ窓層 １０７、２０７、３０７ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 １０８、２０８ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層 ３０８ ｐ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層 １０９、２０９ ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層 ３０９ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １１０、２１０、３１０、４１０、５１０ ガードリン
グ １１１、２１１、３１１、４１１、５１１ ｐ+ 型受光
領域 １１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 絶縁膜 １１３、１１４、２１３、２１４、３１３、３１４ ｐ
側コンタクト電極 １１５、２１５、３１５ ｎ側コンタクト電極 １１６、２１６、３１６、４１６、５１６ ｐ側電極 １１７、２１７、３１７、４１７、５１７ ｎ側電極 １１８、２１８、３１８ 透過キャリア吸収電極
光吸収層 １０４、２０４、３０４、５０４ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
中間層 １０５、２０５、３０５、５０５ ｎ+ −ＩｎＰ増倍層 １０６、２０６、３０６、５０６ ｎ- −ＩｎＰ窓層 １０７、２０７、３０７ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 １０８、２０８ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層 ３０８ ｐ- −ＩｎＧａＡｓ透過光吸収層 １０９、２０９ ｐ+ −ＩｎＰ裏面窓層 ３０９ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １１０、２１０、３１０、４１０、５１０ ガードリン
グ １１１、２１１、３１１、４１１、５１１ ｐ+ 型受光
領域 １１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 絶縁膜 １１３、１１４、２１３、２１４、３１３、３１４ ｐ
側コンタクト電極 １１５、２１５、３１５ ｎ側コンタクト電極 １１６、２１６、３１６、４１６、５１６ ｐ側電極 １１７、２１７、３１７、４１７、５１７ ｎ側電極 １１８、２１８、３１８ 透過キャリア吸収電極
Claims (5)
- 【請求項１】 入射光に対し透明な第１導電型の半導体
基板と、前記半導体基板の第１主面上に形成された第１
導電型の第１光吸収層と、前記第１光吸収層上に形成さ
れた、入射光に対し透明な第１導電型の増倍層と、前記
増倍層上に形成された、入射光に対し透明な第２導電型
の窓層と、前記半導体基板の第２主面上に形成された、
少なくとも一つの第２光吸収層を含むフォトダイオード
と、前記半導体基板、前記窓層および前記フォトダイオ
ードの前記半導体基板と反対側の面に形成された半導体
層のそれぞれに電気的に接続された電極と、を備えたこ
とを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 前記増倍層と前記第１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
入されていることを特徴とする請求項１記載の半導体受
光素子。 - 【請求項３】 前記第２光吸収層の厚さは、該第２光吸
収層への入射光の９０％以上を吸収することができる厚
さになされていることを特徴とする請求項１記載の半導
体受光素子。 - 【請求項４】 前記第１光吸収層、前記倍増層および前
記窓層は、前記半導体基板上にメサ状に形成されてお
り、前記半導体基板のこのメサ状の半導体層を囲む部分
の上には該半導体基板と抵抗接触する電極が形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子。 - 【請求項５】 前記半導体基板、前記増倍層および前記
窓層がＩｎＰによって構成され、前記第１および第２光
吸収層がＩｎＧａＡｓにより構成されていることを特徴
とする請求項１記載の半導体受光素子。
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1995
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