JPH10190037A - Ｐｉｎホトダイオード - Google Patents
ＰｉｎホトダイオードInfo
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- JPH10190037A JPH10190037A JP8341773A JP34177396A JPH10190037A JP H10190037 A JPH10190037 A JP H10190037A JP 8341773 A JP8341773 A JP 8341773A JP 34177396 A JP34177396 A JP 34177396A JP H10190037 A JPH10190037 A JP H10190037A
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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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, 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 or surface barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the PIN type
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のＰＩＮホトダイオードではＮＩ接合を
拡散で形成したものでは波長特性は満足するが周波数特
性を満足せず、エピタキシャル成長で形成したものでは
周波数特性は満足するが波長特性を満足しない問題点を
生じていた。 【解決手段】 本発明により、Ｉ層４として予めに形成
された高比抵抗ウエハ４Ａと、Ｎ層３として予めに形成
されたＮ高濃度ウエハ３Ａとを接合することで、接合面
５が形成されているＰＩＮホトダイオード１とし、加え
て、高比抵抗ウエハ３Ａの厚みは、受光を目的とする光
の波長のピーク値に応じて調整が行われているものとし
たことで、Ｉ層４内にＮキャリアが存在しないものとし
て周波数特性を満足させると共に、Ｉ層の厚みの設定も
自在として波長特性も満足させ、課題を解決するもので
ある。
拡散で形成したものでは波長特性は満足するが周波数特
性を満足せず、エピタキシャル成長で形成したものでは
周波数特性は満足するが波長特性を満足しない問題点を
生じていた。 【解決手段】 本発明により、Ｉ層４として予めに形成
された高比抵抗ウエハ４Ａと、Ｎ層３として予めに形成
されたＮ高濃度ウエハ３Ａとを接合することで、接合面
５が形成されているＰＩＮホトダイオード１とし、加え
て、高比抵抗ウエハ３Ａの厚みは、受光を目的とする光
の波長のピーク値に応じて調整が行われているものとし
たことで、Ｉ層４内にＮキャリアが存在しないものとし
て周波数特性を満足させると共に、Ｉ層の厚みの設定も
自在として波長特性も満足させ、課題を解決するもので
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信を行うとき
に受信側で光波を電気信号に変換する受信素子として用
いられているＰＩＮホトダイオードに関するものであ
り、詳細には周波数特性、波長感度特性など特性の改善
に係るものである。
に受信側で光波を電気信号に変換する受信素子として用
いられているＰＩＮホトダイオードに関するものであ
り、詳細には周波数特性、波長感度特性など特性の改善
に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のＰＩＮホトダイオードの
構成の例を示すものが図４および図７であり、先ず、図
４（Ａ）に示すＰＩＮホトダイオード９０は、図５に示
すように高比抵抗シリコンウエハ９２Ａの一方の面から
拡散を行うことで高濃度のＮ層９１（Ｎ+ 層）の形成を
行うものであり、このときに、拡散の制御を行うことで
残る部分となるＩ層９２の厚みを設定している。尚、上
記Ｎ層９１の反対側の面からは高濃度のＰ層９３（Ｐ+
層）が拡散され、ＰＩＮホトダイオード９０とされてい
る。
構成の例を示すものが図４および図７であり、先ず、図
４（Ａ）に示すＰＩＮホトダイオード９０は、図５に示
すように高比抵抗シリコンウエハ９２Ａの一方の面から
拡散を行うことで高濃度のＮ層９１（Ｎ+ 層）の形成を
行うものであり、このときに、拡散の制御を行うことで
残る部分となるＩ層９２の厚みを設定している。尚、上
記Ｎ層９１の反対側の面からは高濃度のＰ層９３（Ｐ+
層）が拡散され、ＰＩＮホトダイオード９０とされてい
る。
【０００３】以上のように高濃度のＮ層９１（Ｎ+ 層）
を拡散で形成することで、Ｉ層９２内にもＮ+ キャリア
（以下、Ｎキャリアと略す）の幾分かが拡散されるもの
と成り、Ｎ層９１とＩ層９２とを通じてのＮキャリアの
濃度分布Ｂ１は図４（Ｂ）に示すように緩やかな勾配の
ものとなり、これにより空乏層９４はＮ層９１とＩ層９
２との接合面９５まで達しない浅いものとなる。
を拡散で形成することで、Ｉ層９２内にもＮ+ キャリア
（以下、Ｎキャリアと略す）の幾分かが拡散されるもの
と成り、Ｎ層９１とＩ層９２とを通じてのＮキャリアの
濃度分布Ｂ１は図４（Ｂ）に示すように緩やかな勾配の
ものとなり、これにより空乏層９４はＮ層９１とＩ層９
２との接合面９５まで達しない浅いものとなる。
【０００４】また、図７（Ａ）に示すＰＩＮホトダイオ
ード８０は、図８に示すようにＮ高濃度ウエハ８１Ａの
面上にエピタキシャル成長をを行うことで、Ｉ層８２を
形成するものであり、このときには、エピタキシャル成
長の時間制御などによりＩ層９２の厚みを設定してい
る。そして、上記と同様にＰ層８３が形成されている。
ード８０は、図８に示すようにＮ高濃度ウエハ８１Ａの
面上にエピタキシャル成長をを行うことで、Ｉ層８２を
形成するものであり、このときには、エピタキシャル成
長の時間制御などによりＩ層９２の厚みを設定してい
る。そして、上記と同様にＰ層８３が形成されている。
【０００５】以上のように、予めに形成されているＮ層
８１（Ｎ+ 層）上にＩ層８２をエピタキシャル成長を行
わせることで、Ｉ層８２にはそれ程にＮキャリアを含ま
ないものとして形成することが可能となり、上記と同様
にＮ層８１とＩ層８２とを通じての濃度分布Ｂ２は図７
（Ｂ）に示すように階段状のものとなって、空乏層８４
はＮ層８１の接合面８５までほヾ達するものとなる。
８１（Ｎ+ 層）上にＩ層８２をエピタキシャル成長を行
わせることで、Ｉ層８２にはそれ程にＮキャリアを含ま
ないものとして形成することが可能となり、上記と同様
にＮ層８１とＩ層８２とを通じての濃度分布Ｂ２は図７
（Ｂ）に示すように階段状のものとなって、空乏層８４
はＮ層８１の接合面８５までほヾ達するものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の構成のＰＩＮホトダイオード９０、８０におい
て、先ず、ＰＩＮホトダイオード９０では、Ｉ層９２の
厚みの制御が比較的に容易であるので、このＩ層９２の
厚みに依存する光の波長感度を容易に設定できる利点を
有する反面で、空乏層９４が浅いことで、図６に示すよ
うに応答周波数特性Ｆ１が高々１０ＭＨｚ程度となり、
高速であることが要求される光通信に対応できない問題
点を生じている。
た従来の構成のＰＩＮホトダイオード９０、８０におい
て、先ず、ＰＩＮホトダイオード９０では、Ｉ層９２の
厚みの制御が比較的に容易であるので、このＩ層９２の
厚みに依存する光の波長感度を容易に設定できる利点を
有する反面で、空乏層９４が浅いことで、図６に示すよ
うに応答周波数特性Ｆ１が高々１０ＭＨｚ程度となり、
高速であることが要求される光通信に対応できない問題
点を生じている。
【０００７】また、ＰＩＮホトダイオード８０では、確
かに空乏層８４はＮ層８１とＩ層８２との接合面８５ま
でほヾ達するものとなり、図９に示すように応答周波数
特性Ｆ２は２００ＭＨｚ程度まで達するものと成るが、
その反面でエピタキシャル成長でＩ層８２を例えば３０
μm以上（好ましくは４０μm）と厚く形成するのは実質
的に不可能であり、波長感度のピーク値が短波長寄りと
なって、現実に使用されている半導体レーザなどの発振
波長と適合しない問題点を生じ、これらの点の解決が課
題とされるものとなっている。
かに空乏層８４はＮ層８１とＩ層８２との接合面８５ま
でほヾ達するものとなり、図９に示すように応答周波数
特性Ｆ２は２００ＭＨｚ程度まで達するものと成るが、
その反面でエピタキシャル成長でＩ層８２を例えば３０
μm以上（好ましくは４０μm）と厚く形成するのは実質
的に不可能であり、波長感度のピーク値が短波長寄りと
なって、現実に使用されている半導体レーザなどの発振
波長と適合しない問題点を生じ、これらの点の解決が課
題とされるものとなっている。
【０００８】加えて、前記したエピタキシャル成長でＩ
層８２を形成するＰＩＮホトダイオード８０において
は、例えばＩ層８２の厚みを２０μmと限定したとして
も、形成には長時間を要したり、或いは、歩留りが低い
など難度の高い工程であることに変わりなく、これによ
り得られるＰＩＮホトダイオード８０がコストアップす
る問題点も生じている。
層８２を形成するＰＩＮホトダイオード８０において
は、例えばＩ層８２の厚みを２０μmと限定したとして
も、形成には長時間を要したり、或いは、歩留りが低い
など難度の高い工程であることに変わりなく、これによ
り得られるＰＩＮホトダイオード８０がコストアップす
る問題点も生じている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
課題を解決するための具体的な手段として、Ｐ層とＮ層
との間にＩ層を設けて成るＰＩＮホトダイオードにおい
て、Ｉ層として予めに形成された高比抵抗ウエハと、Ｎ
層として予めに形成されたＮ高濃度ウエハとを接合する
ことで、前記Ｉ層とＮ層との接合面が形成されているこ
とを特徴とするＰＩＮホトダイオード、および、前記高
比抵抗ウエハの厚みは、受光を目的とする光の波長のピ
ーク値に応じて調整が行われていることを特徴とするＰ
ＩＮホトダイオードを提供することで、応答周波数が高
く且つ波長感度も自在に設定できるものとして課題を解
決するものである。
課題を解決するための具体的な手段として、Ｐ層とＮ層
との間にＩ層を設けて成るＰＩＮホトダイオードにおい
て、Ｉ層として予めに形成された高比抵抗ウエハと、Ｎ
層として予めに形成されたＮ高濃度ウエハとを接合する
ことで、前記Ｉ層とＮ層との接合面が形成されているこ
とを特徴とするＰＩＮホトダイオード、および、前記高
比抵抗ウエハの厚みは、受光を目的とする光の波長のピ
ーク値に応じて調整が行われていることを特徴とするＰ
ＩＮホトダイオードを提供することで、応答周波数が高
く且つ波長感度も自在に設定できるものとして課題を解
決するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）に符号１で示
すものは本発明に係るＰＩＮホトダイオードであり、こ
のＰＩＮホトダイオード１は、基本的にＰ層２とＮ層３
との間にＩ層４を設けて成るものである点は従来例のも
のと同様である。
態に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）に符号１で示
すものは本発明に係るＰＩＮホトダイオードであり、こ
のＰＩＮホトダイオード１は、基本的にＰ層２とＮ層３
との間にＩ層４を設けて成るものである点は従来例のも
のと同様である。
【００１１】ここで、本発明においては、図２に示すよ
うに予めにＮ層３として形成されたＮ高濃度ウエハ３Ａ
に、これも同様にＩ層４として予めに形成された高比抵
抗ウエハ４Ａを貼り合わせて接合することで、Ｎ層３と
Ｉ層４との接合面５を形成するものであり、これにより
Ｎ層３のＮキャリアがＩ層４中に拡散されることは全く
なく、よって、図１（Ｂ）に示すようにＮキャリアの濃
度分布Ｂは接合面５を境界とする階段状となる。
うに予めにＮ層３として形成されたＮ高濃度ウエハ３Ａ
に、これも同様にＩ層４として予めに形成された高比抵
抗ウエハ４Ａを貼り合わせて接合することで、Ｎ層３と
Ｉ層４との接合面５を形成するものであり、これにより
Ｎ層３のＮキャリアがＩ層４中に拡散されることは全く
なく、よって、図１（Ｂ）に示すようにＮキャリアの濃
度分布Ｂは接合面５を境界とする階段状となる。
【００１２】このようにしたことで、ＰＩＮホトダイオ
ード１の空乏層６は接合面５にほぼ達するものとなり、
応答周波数特性Ｆは、図３に示すように従来例のＩ層を
エピタキシャル成長で形成したものと同様に２００ＭＨ
ｚ程度まで達する高速のものとなる。
ード１の空乏層６は接合面５にほぼ達するものとなり、
応答周波数特性Ｆは、図３に示すように従来例のＩ層を
エピタキシャル成長で形成したものと同様に２００ＭＨ
ｚ程度まで達する高速のものとなる。
【００１３】尚、厳密に比較を行えば、本発明では高比
抵抗ウエハ４ＡはＮ高濃度ウエハ３Ａとは全く別に形成
されるので、その影響を受けることは全くなく、高比抵
抗ウエハ４Ａ中のＮキャリアの濃度分布Ｂは一層に低い
ものとなり、よって、空乏層６は接合面５に一層に近付
き、応答周波数特性Ｆは、前記したＩ層をエピタキシャ
ル成長で形成したものよりも優れるものとなる。
抵抗ウエハ４ＡはＮ高濃度ウエハ３Ａとは全く別に形成
されるので、その影響を受けることは全くなく、高比抵
抗ウエハ４Ａ中のＮキャリアの濃度分布Ｂは一層に低い
ものとなり、よって、空乏層６は接合面５に一層に近付
き、応答周波数特性Ｆは、前記したＩ層をエピタキシャ
ル成長で形成したものよりも優れるものとなる。
【００１４】また、波長感度の面について考察を行う
と、前記にも説明したように波長感度のピーク値はほヾ
Ｉ層４の厚さで定まるものである。ここで、本発明にお
いては予めにそれぞれを個別に形成した、Ｉ層４と成る
高比抵抗ウエハ４Ａと、Ｎ層３となるＮ高濃度ウエハ３
Ａとを接合して形成するものであるので、Ｉ層４の厚さ
の設定は自在である。
と、前記にも説明したように波長感度のピーク値はほヾ
Ｉ層４の厚さで定まるものである。ここで、本発明にお
いては予めにそれぞれを個別に形成した、Ｉ層４と成る
高比抵抗ウエハ４Ａと、Ｎ層３となるＮ高濃度ウエハ３
Ａとを接合して形成するものであるので、Ｉ層４の厚さ
の設定は自在である。
【００１５】従って、例えば光通信の送信側に採用され
る半導体レーザなどの発光波長と、受光時の波長感度の
ピーク値とを整合させることが極めて容易となり、これ
により、同一の信号レベルの送信信号に対して、より大
きい出力が得られるものとなる。
る半導体レーザなどの発光波長と、受光時の波長感度の
ピーク値とを整合させることが極めて容易となり、これ
により、同一の信号レベルの送信信号に対して、より大
きい出力が得られるものとなる。
【００１６】尚、図１中に符号７で示すものはＰ層２の
拡散を行うときに拡散範囲を限定するためなどに用いら
れる保護膜であり 符号８で示すものは金、アルミニウ
ムなどにより形成されるアノード電極であり、符号９で
示すものは同様に金、アルミニウムなどにより形成され
るカソード電極であり、前記アノード電極８とカソード
電極９の間で出力を得るものである。
拡散を行うときに拡散範囲を限定するためなどに用いら
れる保護膜であり 符号８で示すものは金、アルミニウ
ムなどにより形成されるアノード電極であり、符号９で
示すものは同様に金、アルミニウムなどにより形成され
るカソード電極であり、前記アノード電極８とカソード
電極９の間で出力を得るものである。
【００１７】また、本発明を成すために試作されたＰＩ
Ｎホトダイオード１のデータを参考までに記載すると、
チップ寸法を１．５Ｗ×１．５Ｌ×０．３Ｈ（mm）と
し、Ｉ層４の厚さを４０μmとして形成したときの応答
周波数特性Ｆは２４９．３ＭＨｚと充分に高速であり、
また、波長感度も現実に採用されている半導体レーザの
発光波長と良く一致するものであった。
Ｎホトダイオード１のデータを参考までに記載すると、
チップ寸法を１．５Ｗ×１．５Ｌ×０．３Ｈ（mm）と
し、Ｉ層４の厚さを４０μmとして形成したときの応答
周波数特性Ｆは２４９．３ＭＨｚと充分に高速であり、
また、波長感度も現実に採用されている半導体レーザの
発光波長と良く一致するものであった。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように本発明により、Ｉ
層として予めに形成された高比抵抗ウエハと、Ｎ層とし
て予めに形成されたＮ高濃度ウエハとを接合すること
で、前記Ｉ層とＮ層との接合面が形成されているＰＩＮ
ホトダイオードとすることで、応答周波数特性に優れる
ＰＩＮホトダイオードをエピタキシャル成長など困難
で、時間がかかり、且つ、歩留りも低い手段によること
なく得られるものとして、この種のＰＩＮホトダイオー
ドのコストダウンに極めて優れた効果を奏するものであ
る。
層として予めに形成された高比抵抗ウエハと、Ｎ層とし
て予めに形成されたＮ高濃度ウエハとを接合すること
で、前記Ｉ層とＮ層との接合面が形成されているＰＩＮ
ホトダイオードとすることで、応答周波数特性に優れる
ＰＩＮホトダイオードをエピタキシャル成長など困難
で、時間がかかり、且つ、歩留りも低い手段によること
なく得られるものとして、この種のＰＩＮホトダイオー
ドのコストダウンに極めて優れた効果を奏するものであ
る。
【００１９】また、高比抵抗ウエハとＮ高濃度ウエハと
を個別に形成するものとしたことで、波長感度を定める
要因であるＩ層の厚さの設定を自在なものとし、例えば
光通信において送信側に採用される半導体レーザの発光
波長との整合を可能として、同一信号強度の場合でもよ
り大きな受信出力を得られるものとして、上記の応答周
波数特性の向上と併せて、この種のＰＩＮホトダイオー
ドの性能の向上にも極めて優れた効果を奏するものであ
る。
を個別に形成するものとしたことで、波長感度を定める
要因であるＩ層の厚さの設定を自在なものとし、例えば
光通信において送信側に採用される半導体レーザの発光
波長との整合を可能として、同一信号強度の場合でもよ
り大きな受信出力を得られるものとして、上記の応答周
波数特性の向上と併せて、この種のＰＩＮホトダイオー
ドの性能の向上にも極めて優れた効果を奏するものであ
る。
【図１】 本発明に係るＰＩＮホトダイオードの構成
と、そのキャリアの濃度分布とを対比して示す説明図で
ある。
と、そのキャリアの濃度分布とを対比して示す説明図で
ある。
【図２】 同じく本発明に係るＰＩＮホトダイオードの
Ｎ層とＩ層との接合面の形成状態を示す説明図である。
Ｎ層とＩ層との接合面の形成状態を示す説明図である。
【図３】 同じく本発明に係るＰＩＮホトダイオードの
応答周波数特性を示すグラフである。
応答周波数特性を示すグラフである。
【図４】 従来例の構成と、そのキャリアの濃度分布と
を対比して示す説明図である。
を対比して示す説明図である。
【図５】 従来例のＮ層とＩ層との接合面の形成状態を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図６】 従来例の応答周波数特性を示すグラフであ
る。
る。
【図７】 別の従来例の構成と、そのキャリアの濃度分
布とを対比して示す説明図である。
布とを対比して示す説明図である。
【図８】 別の従来例のＮ層とＩ層との接合面の形成状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図９】 別の従来例の応答周波数特性を示すグラフで
ある。
ある。
１……ＰＩＮホトダイオード ２……Ｐ層 ３……Ｎ層 ３Ａ……Ｎ高濃度ウエハ ４……Ｉ層 ４Ａ……高比抵抗ウエハ ５……接合面 ６……空乏層 ７……保護膜 ８……アノード電極 ９……カソード電極 Ｂ……濃度分布 Ｆ……応答周波数特性
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｐ層とＮ層との間にＩ層を設けて成るＰ
ＩＮホトダイオードにおいて、Ｉ層として予めに形成さ
れた高比抵抗ウエハと、Ｎ層として予めに形成されたＮ
高濃度ウエハとを接合することで、前記Ｉ層とＮ層との
接合面が形成されていることを特徴とするＰＩＮホトダ
イオード。 - 【請求項２】 前記高比抵抗ウエハの厚みは、受光を目
的とする光の波長のピーク値に応じて調整が行われてい
ることを特徴とする請求項１記載のＰＩＮホトダイオー
ド。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341773A JPH10190037A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｐｉｎホトダイオード |
| US08/977,287 US6175142B1 (en) | 1996-12-20 | 1997-11-24 | Pin photodiode |
| KR1019970063780A KR19980063631A (ko) | 1996-12-20 | 1997-11-28 | 핀 포토다이오드 |
| DE19758355A DE19758355A1 (de) | 1996-12-20 | 1997-12-22 | PIN-Photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341773A JPH10190037A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｐｉｎホトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190037A true JPH10190037A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18348661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8341773A Pending JPH10190037A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｐｉｎホトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6175142B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10190037A (ja) |
| KR (1) | KR19980063631A (ja) |
| DE (1) | DE19758355A1 (ja) |
Cited By (2)
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