JPS5841668B2 - ヘテロセツゴウオ ユウスル アバランシエホトダイオ−ド - Google Patents

ヘテロセツゴウオ ユウスル アバランシエホトダイオ−ド

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JPS5841668B2
JPS5841668B2 JP49136977A JP13697774A JPS5841668B2 JP S5841668 B2 JPS5841668 B2 JP S5841668B2 JP 49136977 A JP49136977 A JP 49136977A JP 13697774 A JP13697774 A JP 13697774A JP S5841668 B2 JPS5841668 B2 JP S5841668B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オプティカル・ファイバ（ｏｐｔｉｃ−ａｌ
ｆｉｂｅｒ）を利用する通信において使用する光検出用
ダイオードに関する。
従来、ゲルマニウムまたはシリコンで作られるｐｎ接合
アバランシェ・ホトダイオードは周知である。
しかし、この種のダイオードのアバランシェ電圧は２０
０Ｖ程度であり、この種のダイオードが通信において特
に利用される。
０．８０ミクロンの波長において小さな電力比しか持ち
得ない。
本発明はこのような欠点を持たないアバランシェ・ホト
ダイオードを提供することを目的とする。
本発明のアバランシェ・ホトダイオードはへテロ接合を
有する種類のダイオードであって、その１つの接合素子
は検出および増幅すべき光に対して透明な材料で作られ
、他の接合素子は前記光に対して不透明であって、アバ
ランシェ現象を呈する。
本発明のホトダイオードの特徴は最初の接合素子が中央
部分と周辺部分とを有し、これらの部分はダイオードの
端子に加えられる与えられた電位の作用の下に、アバラ
ンシェ電界が中央部のみに得られるような幾何学的な形
状を有することである。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図にはｎ形ガリウム・ヒ素Ｇ ａ Ａ ｓで作られ
た基板２を有するヘテロ接合ダイオード１を示す。
基板２の上にはｐ形層３が付着されている。このｐ形層
はＧａ１−ｘＡｌｘＡｓの組成を有する。
ここで、０．２ ＜ ｘ ＜ １である。
このダイオード１は電池４により逆バイアスされ、発生
された信号が、電池の正極と基板２の表面上の接点との
間に接続されている負荷抵抗５の端子間で取り出される
。
ｐ形層３の表面はＯ，Ｓミクロンのオーダの波長に対し
て透明である。
このダイオードをアバランシェモードで動作させようと
すると問題か生ずる。
すなわち、光束が減衰を受けずに層３を透過することが
必要であり、またディプレッション領域、すなわち、自
由電荷キャリヤが逆バイアスにより押し出される領域５
が、アバランシェ現象を発生するために十分に強い電界
を受けることが必要である。
ダイオードの電極を結ぶ軸の周辺付近においてだけアバ
ランシェ現象を誘起する問題が生ずる。
従来のダイオードではこの結果、ダイオードの周辺部分
における電界を弱めるために、ガードリングのような手
段が設けられていた。
本発明の目的は、３０■程度の低電圧においてアバラン
シェ電界がダイオードの中央領域で達成されるように、
強くされたダイオードを提供することである。
第２図は本発明の実施例を示すものである。
ドナー不純物濃度が１０１８ａｔ／−程度のｎ形ガリウ
ム・ヒ素（ＧａＡｓ）の基板１０の上には、たとえばＧ
ａＡｓ溶液を含むガリウム浴内で液相においてエピタキ
シャル成長法により、１０１７ａｔ／ｄよりも低いドナ
ー濃度またはアクセプタ濃度を有するｎ形またはｐ形の
ＧａＡｓの層２が２〜１０ミクロンの厚さで付着される
。
次に、この層のうちアバランシェ現象を発生させたい中
央領域１００の厚みを１〜２ミクロンまで薄くする。
この領域の広さはたとえば直径か１００ミクロンの円で
ある。
この厚さの減少は過酸化水素を含む溶液内での化学エツ
チング、あるいはイオン照射による加工によって行うこ
とができる。
この厚さによりこのダイオードを逆バイアスする１０ボ
ルト程度の電圧に対して、前記中央領域から自由電荷キ
ャリアを完全に排出させることができる。
次に基板を上記とほぼ同じ温度の他の浴の中に入れる。
この浴はアルミニウムとＧａＡｓを溶液の形で含む。
この処理工程は上記の２種類の浴を含む同じ加熱ｐ内に
基板を入れることにより、同じ温度サイクルを用いて行
われる。
また、この工程は希望により他の装置を用いることもで
きる。
そのような装置はＧａ Ａ ｓ技術において周知のもの
である。
次に、液相におけるエピタキシャル成長法を用いて、は
ぼＧａ Ｏ，Ｂ Ａ Ｓ □、２の組成を持つ層３を層
２の上に１ミクロン以上の厚さで付着させる。
層３はｐ形であって、１０１８ａｔ／−以上のドナー密
度を有する。
それから層３の上に電極６を取りつける。
このアセンブリを第１図に示すように形成する。
このアセンブリに加えられる逆電圧は、アバランシェ電
界が空乏領域１００にだけ達するような値である。
外部回路を通る電荷の数は、光により発生された電子−
正孔対の数にアバランシェ利得Ｍを乗じたものに等しい
。
もちろん、電子−正孔対は空乏領域１００にも発生され
る。
ダイオードの残りの部分では電界は対応する空乏領域に
は達しない。
ここで説明している実施例では、アバランシェ電圧は３
０Ｖ附近で得られる。
アバランシェ・ホトダイオードの性能特性は利得帯域幅
積と、波長の関数としての量子効率（入射光量子当りの
電子−正孔対の数）と、アバランシェが達成される逆電
とによって一般に定められる。
第２図に示すダイオードを用いると、利得帯域幅積が１
００ ＧＨｚ附近、量子効率が０．６〜０．８のものが
得られる。
本発明の他の実施例を第３図に示す。
層３のエピタキシャル成長による付着の前に、層２の領
域１００をガリウム浴の中で部分的に溶解させることに
よって、領域１００の厚みを減少させる。
そのために、周辺部分をたとえばＳｉＯ２またはＳｉ３
Ｎ４より成る絶縁層７で保護する。
この層７の中央部分を従来の方法（ホトエツチング、電
子的マスキング等）により除去する。
第４図に示す実施例は、層１０と層２の間に補助エビク
キシャル層７があることが第２図に示す実施例と異なる
。
層７はｎ形であって、ドナー濃度は１０１８ａｔ／−よ
りも高い。
この層は基板の結晶品質よりも優れた結晶品質とするこ
とができる。
更に、厚さが０．５ミクロンのＧａＡｓ層８が層３と２
の間に形成される。
この層８はｎ形であって、層３よりも高くドープされて
いる。
この層２の内部では電界は強く、そこからアバランシェ
が始まる。
層３は光検出層としての役割を果し続ける。
第５図に示す実施例では硫化ガリウム製の基板１０は検
出すべき波長帯では透明であって、光を受けるようにな
っている。
この基板１０の上にはＧａ 、 ＡＡ 、 Ａｓで作ら
れたｎ形層３が形成され、層３の上には弱くドープされ
た真正ＧａＡｓが形成され、層２の上にはｐ形のＧａＡ
ｓ層が形成される。
層２にアバランシェが発生し、層２の濃度は１０１８ａ
ｔ ／ｃｙｒｔである。
第６図に示す実施例では基板１０は透明ではない。
基板１０の中央領域２００は除去されて透明領域３を露
出させる。
この実施例の残りの構造は第２図に示す実施例の構造と
同じである。
本発明の要旨を逸脱することなしに他の半導体物質たと
えば周期律表の第■属および第■属の元素の化合物、た
とえばＧａ 、 Ａｓ 、 Ｐの化合物、あるいはＧａ
、 Ｉｎ 、 Ａｓの化合物を使用することも可能で
ある。
以上、本発明の詳細な説明したが、以下に本発明の主な
実施の態様を列挙する。
（１）特許請求の範囲に記載のダイオードにおいて、回
転体形状を有し、前記領域は前記第２領域の軸心方向領
域であり、それぞれの電極が前記領域の周辺領域上に付
着されてなるダイオード。
（２）態様１に記載のダイオードにおいて、前記透明領
域はＸが０．２ ＜ ｘ ＜ １であるような数として
Ａ ｓ Ｇａ、１−ｘ Ａ ｌ ｘの分子式を有するガ
リウム・ヒ素およびアルミニウムの化合物で作られ、前
記第２領域はガリウム・ヒ素で作られてなるダイオード
。
（３）態様２に記載のダイオードにおいて、基板を備え
、前記透明領域には光を直接照射でき、前記不透明な第
２領域は前記基板上に付着されてなるダイオード。
（４）態様２に記載のダイオードにおいて、基板上には
前記透明な領域が形成され、前記基板は前記光に対して
透明であるダイオード。
（５）態様２に記載のダイオードにおいて、基板上には
前記透明な層が形成され、前記基板は前記透明層の部分
を露出させる軸心方向の凹部を有するダイオード。
（６）態様２に記載のダイオードにおいて、前記不透明
領域は重畳された２つの部分を備え、そのうちの１つは
より高くドープされてなるダイオード。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のアバランシェダイオードを備える光検出
回路のブロック図、第２〜６図は本発明のアバランシェ
ダイオードの種々の実施例を示す断面図である。 ２・・・・・・第１導電形第１領域、３・・・・・・第
２導電形第２領域、６・・・・・・電極、７・・・・・
・絶縁層、１０・・・・・・基板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 検出すべき光を受けるためその光に対して透明なＧ
    ａＡｌＡｓ構造の第１導電型の第１半導体領域と、前記
    光に対して不透明であり弱くドープされたＧ ａ Ａ
    ｓ構造の第２半導体領域と、前記第１導電型とは逆の導
    電型のＧａＡｓ構造の第３半導体領域と、前記第１及び
    第３半導体領域に形成され逆バイアスを印加するための
    電極とを具えたアバランシェ・ホトダイオードにおいて
    、前記第２半導体領域はその中央部分において１〜２ミ
    クロンの厚さを有し且つ周辺部分において３ミクロンの
    厚さを有し１０１７ａｔメ傭以下の割合の不純物濃度で
    ある第１の層から成るようにし、また前記第１半導体領
    域は２ミクロン程度の厚さで１０１８ａｔ／−程度の不
    純物濃度を有し前記第１の層の上に形成した第２の層か
    ら成るようにしたことを特徴とするヘテロ接合を有する
    アバランシェ・ホトダイオード。
JP49136977A 1973-11-28 1974-11-28 ヘテロセツゴウオ ユウスル アバランシエホトダイオ−ド Expired JPS5841668B2 (ja)

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