JPS582077A - 半導体デバイス - Google Patents
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- indium phosphide
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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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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はｐ形インジウムリンの第１の領域、ｎ形インジ
ウムリンの層及びｎ形インジウム・ガリウムヒ素の層を
この順に含む結晶から成るなだれ光検出器として有用な
半導体デバイスに係る。
ウムリンの層及びｎ形インジウム・ガリウムヒ素の層を
この順に含む結晶から成るなだれ光検出器として有用な
半導体デバイスに係る。
低損失光ファイバの減衰が１．３ないし１．６ミクロン
の波長領域で特に低いという事実は、そのような波長に
おいて効率のよい光検出器の必要性を生み出した。特に
関心のあるものは、それらが固有の利得をもつためなだ
れ光検出器である。これまでに１．２５ミクロンより長
波長で有用な感度の高い光検出器を実現することは、困
難であることがわかっている。
の波長領域で特に低いという事実は、そのような波長に
おいて効率のよい光検出器の必要性を生み出した。特に
関心のあるものは、それらが固有の利得をもつためなだ
れ光検出器である。これまでに１．２５ミクロンより長
波長で有用な感度の高い光検出器を実現することは、困
難であることがわかっている。
特に、そのような長波長で使用するために設泪された従
来技術によるデバイスにおいては、充電流利得が実現さ
れる電圧において、トンネル電流及びその結果生じるシ
ョット雑音は大きくなる傾向があシ、そのような検出器
を用いる受信機の感度の改善を制限してきた。
来技術によるデバイスにおいては、充電流利得が実現さ
れる電圧において、トンネル電流及びその結果生じるシ
ョット雑音は大きくなる傾向があシ、そのような検出器
を用いる受信機の感度の改善を制限してきた。
この問題は本発明に従い、上に述べたように、なだれ光
検出器として有用な半導体デバイスにおいて克服される
。、本発明の半導体デバイスは、ｎ形インジウムの層が
、単位面積当りの固定電荷数が２Ｘ１０′２ないし３
ＸＩＯ’ブｄとなるような厚さ及びドーピングを有する
ことをｒ徴とする。
検出器として有用な半導体デバイスにおいて克服される
。、本発明の半導体デバイスは、ｎ形インジウムの層が
、単位面積当りの固定電荷数が２Ｘ１０′２ないし３
ＸＩＯ’ブｄとなるような厚さ及びドーピングを有する
ことをｒ徴とする。
一視点において、本発明は大きなトンネル漏れ電流を伴
うことなく、１．７−ミクロンもの長波長で有用ななだ
れ光検出器を実現する。
うことなく、１．７−ミクロンもの長波長で有用ななだ
れ光検出器を実現する。
以下に、′添付図面を参照して本発明の実施例について
説明する。伺、便宜上、図面の各部の比率は実際のもの
とは異なる。
説明する。伺、便宜上、図面の各部の比率は実際のもの
とは異なる。
具体的には、大きなトンネル漏れ電流を伴わない高利得
Ｉ ｎ６．５３ Ｇ ＆ ６．４７ Ａ Ｓ ／ Ｉ’
ｎ 、ｐなだれフォトダイオードが実現される。好まし
い実施例において、とのダイオードは順次ｐ形インジウ
ムリンの電極層１０、インジウムリンのｎ影領域１３及
びｎ形インジウム・ガリウムヒ素の電極領域１４を含む
結晶から成る。
Ｉ ｎ６．５３ Ｇ ＆ ６．４７ Ａ Ｓ ／ Ｉ’
ｎ 、ｐなだれフォトダイオードが実現される。好まし
い実施例において、とのダイオードは順次ｐ形インジウ
ムリンの電極層１０、インジウムリンのｎ影領域１３及
びｎ形インジウム・ガリウムヒ素の電極領域１４を含む
結晶から成る。
トンネル電流を大きくカ＜保つためには、ｐ形ＩｎＰ電
極領域及びｎ形）ｎＰ層間にｐ形ＩｎＰ バッファ層
１２を配置し、ｐ−ｎ接合を形成し高電界ｐ−ｎ接合領
域中の深いレベルを通してのトンネルを減すことが重要
である。加えて、トンネルが始まる前に、最適降伏条件
を実現するために、ｎ形ＩｎＰ層１３中の実効全電荷を
制御することが重要である。
極領域及びｎ形）ｎＰ層間にｐ形ＩｎＰ バッファ層
１２を配置し、ｐ−ｎ接合を形成し高電界ｐ−ｎ接合領
域中の深いレベルを通してのトンネルを減すことが重要
である。加えて、トンネルが始まる前に、最適降伏条件
を実現するために、ｎ形ＩｎＰ層１３中の実効全電荷を
制御することが重要である。
特に、好ましい実施例において、この層中の単位面積当
りの固定電荷は２Ｘ１０’シーないし３Ｘ１０１２／ｃ
Ｊにすることが重要である。
りの固定電荷は２Ｘ１０’シーないし３Ｘ１０１２／ｃ
Ｊにすることが重要である。
加えて、より広く応用できると確信される本発明の別の
視点において、ここで述べた線類のへテロ接合光検出器
の応答速度は、ｎ形ＩｎＰ層１３及びｎ形層 ｎＧａＡ
ｓ吸収電極層１４間の障壁層により、著しく影響を受
けることが見出された。特に、実効的にこの接合の障壁
高さを低くするため、このへテロ界面の禁制帯幅に傾斜
をもたせることが、高速応答に重要である。これは電荷
蓄積効果を最小にし、それによって応答速度を増す。特
に、好ましい実施例において、成長条件はＩｎＰ及びＩ
ｎＧａＡｓ領域間の界面における組成に傾斜をもたすよ
う調整された。
視点において、ここで述べた線類のへテロ接合光検出器
の応答速度は、ｎ形ＩｎＰ層１３及びｎ形層 ｎＧａＡ
ｓ吸収電極層１４間の障壁層により、著しく影響を受
けることが見出された。特に、実効的にこの接合の障壁
高さを低くするため、このへテロ界面の禁制帯幅に傾斜
をもたせることが、高速応答に重要である。これは電荷
蓄積効果を最小にし、それによって応答速度を増す。特
に、好ましい実施例において、成長条件はＩｎＰ及びＩ
ｎＧａＡｓ領域間の界面における組成に傾斜をもたすよ
う調整された。
第１図を参照すると、基板として主表面１１が＜１００
＞面に対応するように切り出された亜鉛を約１０ ”１
ｃｒｄの濃度に一様にドープされたｐ形ＩｎＰの結晶１
０が用いられるように示されている。
＞面に対応するように切り出された亜鉛を約１０ ”１
ｃｒｄの濃度に一様にドープされたｐ形ＩｎＰの結晶１
０が用いられるように示されている。
この表面上に周知の液相技術により、約０．５ないし５
．０ミクロンの厚さ、好ましくは亜鉛を１立方センチメ
ートル当り１０゛７な抹し１０１１１原子の濃度で含む
ｐ形エピタキシャルバッファ層が成長される。
．０ミクロンの厚さ、好ましくは亜鉛を１立方センチメ
ートル当り１０゛７な抹し１０１１１原子の濃度で含む
ｐ形エピタキシャルバッファ層が成長される。
これにすぐ続いて、ＩｎＰ層１３の同じ表面に液相成長
が行なわれる。それは故意にはドープされず、そのため
それは第３図に示されるようにｎ形に成長する。このｎ
形層の厚さ及び固定電荷量は、なだれ降伏におけるヘテ
ロ界面での電界を決定し、従ってこれらパラメータの制
御は重要である。適当な値については以下でより詳細に
述べる。
が行なわれる。それは故意にはドープされず、そのため
それは第３図に示されるようにｎ形に成長する。このｎ
形層の厚さ及び固定電荷量は、なだれ降伏におけるヘテ
ロ界面での電界を決定し、従ってこれらパラメータの制
御は重要である。適当な値については以下でより詳細に
述べる。
次に、第４図に示されるように、
Ｉｎ、６３ Ｇａ、４７ Ａａのエビセキシャル層１４
を成長させるために周知の液相技術が用いられる。この
層は故意にはドープされず、従ってそれは１立方センチ
メートル当り５ Ｘ １０１５の濃度以丁のドナを有す
るｎ形に成長する。
を成長させるために周知の液相技術が用いられる。この
層は故意にはドープされず、従ってそれは１立方センチ
メートル当り５ Ｘ １０１５の濃度以丁のドナを有す
るｎ形に成長する。
この層は約５ミクロンの厚さが有オＩＩである。
当業者には周知のように、吸収層１４は効率を制御する
結晶の不完全性を避けるために、適切に格子整合がとれ
る限り５、他の広い組成範囲をもたすこともできる。具
体的には、インジウム、ガリウム、ヒ素及びリンを、得
られる禁制帯が吸収すべきフォトンのエネルギーより小
さい限り、比率を変えて使用できる。
結晶の不完全性を避けるために、適切に格子整合がとれ
る限り５、他の広い組成範囲をもたすこともできる。具
体的には、インジウム、ガリウム、ヒ素及びリンを、得
られる禁制帯が吸収すべきフォトンのエネルギーより小
さい限り、比率を変えて使用できる。
ある種の例では、低ドープ・インジウムガリウムヒ素に
対して容易に得られるより低抵抗の接触を作ること及び
電気的接続を容易にするために、層１４上により高濃度
ドープの層をつけ加えるのが望ましいことが明らかにな
っている。そのような層は本質的に電極の一部と見なせ
る。そのような層は電極の形成を容易にするように選択
すべきであるが、その中ではほとんど光を吸収しないよ
うな十分大きな禁制帯となる組成をもたす必要がある。
対して容易に得られるより低抵抗の接触を作ること及び
電気的接続を容易にするために、層１４上により高濃度
ドープの層をつけ加えるのが望ましいことが明らかにな
っている。そのような層は本質的に電極の一部と見なせ
る。そのような層は電極の形成を容易にするように選択
すべきであるが、その中ではほとんど光を吸収しないよ
うな十分大きな禁制帯となる組成をもたす必要がある。
しかし、上で述べたように、高速応答のためには層１３
及び１４間のへテロ界面における急激な障壁は避けるべ
きことを見出している。特に、急激な遷移ではポテンシ
ャル井戸ができ、そこに電荷が蓄積される傾向がある。
及び１４間のへテロ界面における急激な障壁は避けるべ
きことを見出している。特に、急激な遷移ではポテンシ
ャル井戸ができ、そこに電荷が蓄積される傾向がある。
このことはそのような構造をメモリーとして用いるある
程度の可能性を作っているが、光検出器としての速い応
答に対しては害となる。
程度の可能性を作っているが、光検出器としての速い応
答に対しては害となる。
従って、界面で傾斜をもたせるためには、層１４の成長
条件は層１３及び１４間の界面で、成分のある程度の相
互拡散を起し、障壁高さによりゆるやかな変化をもたせ
るように選ばれる。この目的のためには各種の技術が知
られており、その中で恐らく最も容易なものは、典型的
には０．１℃の過飽和といった過飽和度の低い条件で最
初層１４を成長させ、その成長中ＩｎＰとＩｎＧａＡｓ
藺での界面の傾斜を作ることである。あるいは、中間組
成の薄い層を、周知の液相エピタキシャル技術により、
層１３及び１４間に成長させることもできる。
条件は層１３及び１４間の界面で、成分のある程度の相
互拡散を起し、障壁高さによりゆるやかな変化をもたせ
るように選ばれる。この目的のためには各種の技術が知
られており、その中で恐らく最も容易なものは、典型的
には０．１℃の過飽和といった過飽和度の低い条件で最
初層１４を成長させ、その成長中ＩｎＰとＩｎＧａＡｓ
藺での界面の傾斜を作ることである。あるいは、中間組
成の薄い層を、周知の液相エピタキシャル技術により、
層１３及び１４間に成長させることもできる。
条件は、８０ボルトないし１５０ボルトの逆バイアスが
印加された時、検出器が確実になだれ増倍を起すように
、約５００−１０００オングストロームの厚さの傾斜領
域ができるよう調整される。
印加された時、検出器が確実になだれ増倍を起すように
、約５００−１０００オングストロームの厚さの傾斜領
域ができるよう調整される。
上に述べたように、層１３の厚さとドーピングはなだれ
降伏における層１３及び１５間のへテロ接合界面の電界
を、大きく支配する。
降伏における層１３及び１５間のへテロ接合界面の電界
を、大きく支配する。
従って、これらのパラメータの制御は重要である。
この界面Ｅにおける電界Ｅは
ここでＮ（Ｘ）はｐｎ接合から距離Ｘにおける固定電荷
密度であり、Ｘ、はｐ−ｎ接合から界面までの距離、ｑ
は電子の電荷、ｅ、は１．０４ ｐＦ／ｃｍで層１４の
誘電率である。従って、・σは層１゛４中から掃き出さ
れる単位面積当りの全電荷である。降伏電圧においてへ
テロ界面でトンネルが本質的にないようにするためには
、Ｅ 〈１．５ Ｘ １０５Ｖ ／ ｃｍであることが
示される。このことはσ＜１． ＯＸ １０ ” ｃｍ
’を意味する。
密度であり、Ｘ、はｐ−ｎ接合から界面までの距離、ｑ
は電子の電荷、ｅ、は１．０４ ｐＦ／ｃｍで層１４の
誘電率である。従って、・σは層１゛４中から掃き出さ
れる単位面積当りの全電荷である。降伏電圧においてへ
テロ界面でトンネルが本質的にないようにするためには
、Ｅ 〈１．５ Ｘ １０５Ｖ ／ ｃｍであることが
示される。このことはσ＜１． ＯＸ １０ ” ｃｍ
’を意味する。
ｐ−ｎ接合における電界は降伏において大きな電流利得
が得られるように、十分大きくすべきことも重要である
。出願人らの解析により、最も感度の高いなだれフォト
ダイオードは、層１３が約２ Ｘ １０１２／ｃｒ！
に等しいかそれより大きい全固定電荷量の値σをもつ
時に得られることが示されている。しかし、約３ Ｘ
１０ ”／ｌ：ｄより大きなσの場合、層１３は降伏に
おいて完全には空乏化しておらず、非常に低い量子効率
が生じる。従って、ｑの値は最適の結果を得るためには
、約２Ｘ１０１２ｍ−２ないし３ Ｘ １０”ｃＩｎ−
２の範囲にすべきである。
が得られるように、十分大きくすべきことも重要である
。出願人らの解析により、最も感度の高いなだれフォト
ダイオードは、層１３が約２ Ｘ １０１２／ｃｒ！
に等しいかそれより大きい全固定電荷量の値σをもつ
時に得られることが示されている。しかし、約３ Ｘ
１０ ”／ｌ：ｄより大きなσの場合、層１３は降伏に
おいて完全には空乏化しておらず、非常に低い量子効率
が生じる。従って、ｑの値は最適の結果を得るためには
、約２Ｘ１０１２ｍ−２ないし３ Ｘ １０”ｃＩｎ−
２の範囲にすべきである。
一実施例において、層１３は約２ミクロンの厚さに作ら
れ、この層中のドナ濃度は約ｌ Ｑ”ｔＭ’で、約２
Ｘ １０１２ｃｍ ”のσを生じた。
れ、この層中のドナ濃度は約ｌ Ｑ”ｔＭ’で、約２
Ｘ １０１２ｃｍ ”のσを生じた。
容量及び端部電解効果を減すためには、得メサ構造に整
形するのが望ましい。典型的な場合、メサは標準的なフ
ォトリソグラフィ技術によシ規定され、１パーセントの
臭素−メタノール溶液でエッチされる。約１．３ Ｘ
１０−’ｃｒｌの円状領域がよシ小さな最上表面には典
型的である。′合金電極により低抵抗接続１５゜１６が
それぞれ電極層１０及び１４に作られる。本発明の具体
的な実施例において、金−亜鉛が層１０に対する電極と
して用いられ、金−スズが層１４に対する電極として用
いられる。
形するのが望ましい。典型的な場合、メサは標準的なフ
ォトリソグラフィ技術によシ規定され、１パーセントの
臭素−メタノール溶液でエッチされる。約１．３ Ｘ
１０−’ｃｒｌの円状領域がよシ小さな最上表面には典
型的である。′合金電極により低抵抗接続１５゜１６が
それぞれ電極層１０及び１４に作られる。本発明の具体
的な実施例において、金−亜鉛が層１０に対する電極と
して用いられ、金−スズが層１４に対する電極として用
いられる。
用いる場合、所望のなだれ動作を起させるために、その
ような電極間には逆バイアスが印加されるであろう。
ような電極間には逆バイアスが印加されるであろう。
もちろん、たとえば分子ビームエピタキシーあるいは化
学気相成長を倉む他の技術及び形状も製作に使用できる
。同様に、ｎ形インジウムリン基板から始めて、ｎ形イ
ンジウム・ガリウムヒ素層、ｎ形インジウムリン層及び
ここで述べた設計に対する考え方は、同様に適用できる
。同様に、メサ構造について具体的に述べたが、プレー
ナ形状も場合によっては好ましいこともある。
学気相成長を倉む他の技術及び形状も製作に使用できる
。同様に、ｎ形インジウムリン基板から始めて、ｎ形イ
ンジウム・ガリウムヒ素層、ｎ形インジウムリン層及び
ここで述べた設計に対する考え方は、同様に適用できる
。同様に、メサ構造について具体的に述べたが、プレー
ナ形状も場合によっては好ましいこともある。
第１図ないし第５図は、典型的な製作プロセスで順次行
なわれる工程における本発明の実施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 第１の領域・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・１２ｎ形インジウム・リンの
層・・・・・・・・・・・・・・１３ｎ形インジウム・
ガリウム・ヒ素の層・・１４出 願 人 ウェスター
ン エレクトリックカムパニー、インコーポレーテッド
なわれる工程における本発明の実施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 第１の領域・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・１２ｎ形インジウム・リンの
層・・・・・・・・・・・・・・１３ｎ形インジウム・
ガリウム・ヒ素の層・・１４出 願 人 ウェスター
ン エレクトリックカムパニー、インコーポレーテッド
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 ９形インジウムリンの第１の領域、ｎ形インジウ
ムリンの層及びｎ形インジウム・ガリウ、ムヒ素の層を
この順に含む結晶から成るなだれ光検知器として有用な
半導体デバイスにおいて、 ｎ形インジウムリンの層は単位面積当りの固定電荷の数
が、２Ｘ１０”ないし ３ Ｘ １０１２／ｄ の範囲になるような厚さ及びド
ーピングを有することを特徴とする半導体デバイス。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された半導体デバイス
において、 ｎ形インジウムリンの層とインジウム・ガリウムヒ素の
層との間のへテロ界面は、インジウム・ガリウムヒ素と
インジウムリンとの間の界面における組成勾配から生じ
る傾斜禁制帯領域から成ることを更に特徴とする半導体
デバイス。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された半導体デバイス
において、 インジウムリンとインジウム・ガリウムヒ素との間のへ
テロ界面は傾斜した禁制帯の領域を形成するため、約５
００乃至１０００オングストロームの勾配領域を含むこ
とを特徴とする半導体デバイス。 ４、特許請求の範囲第１項に記載された半導体デバイス
において、 結晶はｎ形インジウム・ガリウムヒ素の層に隣接したｎ
形インジウムリンの層を更に含むことを特徴とする半導
体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US275346 | 1981-06-19 | ||
| US06/275,346 US4473835A (en) | 1981-06-19 | 1981-06-19 | Long wavelength avalanche photodetector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS582077A true JPS582077A (ja) | 1983-01-07 |
| JPH038117B2 JPH038117B2 (ja) | 1991-02-05 |
Family
ID=23051901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57104077A Granted JPS582077A (ja) | 1981-06-19 | 1982-06-18 | 半導体デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4473835A (ja) |
| JP (1) | JPS582077A (ja) |
| DE (1) | DE3222848A1 (ja) |
| FR (1) | FR2508235B1 (ja) |
| GB (1) | GB2100928B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5861679A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 量子井戸層付アバランシ・ホトダイオ−ド |
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Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
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1981
- 1981-06-19 US US06/275,346 patent/US4473835A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-06-11 FR FR8210219A patent/FR2508235B1/fr not_active Expired
- 1982-06-18 DE DE19823222848 patent/DE3222848A1/de active Granted
- 1982-06-18 JP JP57104077A patent/JPS582077A/ja active Granted
- 1982-06-18 GB GB08217777A patent/GB2100928B/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5643781A (en) * | 1979-09-17 | 1981-04-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor photodetecting element |
Also Published As
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| JPH038117B2 (ja) | 1991-02-05 |
| GB2100928A (en) | 1983-01-06 |
| FR2508235B1 (fr) | 1985-12-13 |
| FR2508235A1 (fr) | 1982-12-24 |
| DE3222848C2 (ja) | 1988-03-31 |
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