JPS59136980A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS59136980A JPS59136980A JP58010278A JP1027883A JPS59136980A JP S59136980 A JPS59136980 A JP S59136980A JP 58010278 A JP58010278 A JP 58010278A JP 1027883 A JP1027883 A JP 1027883A JP S59136980 A JPS59136980 A JP S59136980A
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 9
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Classifications
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- 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】
本発明は半導体受光素子に関するものである。
半導体受光素子の分野においては、低暗嘘流化、島受信
感度を実現するために、禁制帯幅の狭い半導体層で光を
吸収させ、光吸収によって生じたキャリアのうち一方だ
けを禁制帯幅の大きい半導体層へ注入してアバランシェ
増倍を生じさせる構造が用いられている。その−例とし
て、現在、光フアイバー通信用に開発が進められている
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系材料を用いた半導体材料素子の
断面図を第１図に示す。
感度を実現するために、禁制帯幅の狭い半導体層で光を
吸収させ、光吸収によって生じたキャリアのうち一方だ
けを禁制帯幅の大きい半導体層へ注入してアバランシェ
増倍を生じさせる構造が用いられている。その−例とし
て、現在、光フアイバー通信用に開発が進められている
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系材料を用いた半導体材料素子の
断面図を第１図に示す。
ｎ＋ＩｎＰ基板１の上にｎ−Ｉ’ｎＰバッファ層２、ｎ
−−■ｎＯ，４７０ａ、）、５３ Ａｓ層３、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層４を形成した後、熱拡散あるいはイオン注入によシ
、Ｐ型導電領域５を設けてＰｎ接合を形成している。６
は反射防止膜を兼ねた表面保獲膜で、７，８は各々、Ｐ
側電極、ｎ側電極である。
−−■ｎＯ，４７０ａ、）、５３ Ａｓ層３、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層４を形成した後、熱拡散あるいはイオン注入によシ
、Ｐ型導電領域５を設けてＰｎ接合を形成している。６
は反射防止膜を兼ねた表面保獲膜で、７，８は各々、Ｐ
側電極、ｎ側電極である。
かかる構造においては、電極７−８間に逆バイアス電圧
を印加し、空乏層をＩｎＧａＡｓ層３まで伸ばすことに
よって禁制帯幅の狭いＩｎＧａＡｓ層３で光を吸収させ
、光吸収によって発生しだ正孔キアリアを禁制帯幅の大
きいＩｎＰ層４内に設けたＰｎ接合１で輸送してアバラ
ンシェ増倍を生じさせている。すなわち、禁制帯幅の大
きいＩｎＰ層４で電圧降伏が生じるために、低暗電流受
光素子が実現でき、従がって低雑音でかつ高受信感度が
期待できるという利点を有している。
を印加し、空乏層をＩｎＧａＡｓ層３まで伸ばすことに
よって禁制帯幅の狭いＩｎＧａＡｓ層３で光を吸収させ
、光吸収によって発生しだ正孔キアリアを禁制帯幅の大
きいＩｎＰ層４内に設けたＰｎ接合１で輸送してアバラ
ンシェ増倍を生じさせている。すなわち、禁制帯幅の大
きいＩｎＰ層４で電圧降伏が生じるために、低暗電流受
光素子が実現でき、従がって低雑音でかつ高受信感度が
期待できるという利点を有している。
しかしながら、第１図に示したような禁制帯幅の大きい
ＩｎＰ層４にｐ側電極７を形成する場合、禁制帯幅が大
きい故に、接触抵抗の低い電極が形ＪＲＧれ細、いとい
う欠点を有している。すなわち、素子のｈ報と該接触抵
抗で決定される時定数が大きくなる為に、高速応答の受
光素子が得られない。
ＩｎＰ層４にｐ側電極７を形成する場合、禁制帯幅が大
きい故に、接触抵抗の低い電極が形ＪＲＧれ細、いとい
う欠点を有している。すなわち、素子のｈ報と該接触抵
抗で決定される時定数が大きくなる為に、高速応答の受
光素子が得られない。
史に、該受光素子の高速応答を制限している要素の１つ
に、第２図に示しだ様に、禁制帯幅の大きい層４と’Ｍ
ｉｌｌ」帯幅の小さい層３とのノくンド不連続に起因す
る正孔キデリアの蓄積効果があげられる。
に、第２図に示しだ様に、禁制帯幅の大きい層４と’Ｍ
ｉｌｌ」帯幅の小さい層３とのノくンド不連続に起因す
る正孔キデリアの蓄積効果があげられる。
これを詳しく説明する。第２図Ｂに示すように、・電界
の印加されている状況で、ＩｎＰ層４とＩｎＧａＡｓ層
３との価電子帯端の不連続のために、界面に止孔キャリ
アが蓄積するが、各層に垂直方向では、高′ｉ□１界で
あるために、該正孔キャリアは価電子帯不連続によるポ
テンシャル壁にトンネル効果により通り抜ける事が可能
なため、さ程、高速応答へは影響しない様に各層の不純
物濃度制御によって素子設計を行なう事ができる。しか
しながら、第２図Ａに示す様に１点線で示した空乏層端
２０の外で光励起によって生じた正孔キャリアが拡散に
よって層４と層３との界面に平行に輸送される場合はキ
ャリア輸送時間が太きいために、高速応答に支障をきだ
す。
の印加されている状況で、ＩｎＰ層４とＩｎＧａＡｓ層
３との価電子帯端の不連続のために、界面に止孔キャリ
アが蓄積するが、各層に垂直方向では、高′ｉ□１界で
あるために、該正孔キャリアは価電子帯不連続によるポ
テンシャル壁にトンネル効果により通り抜ける事が可能
なため、さ程、高速応答へは影響しない様に各層の不純
物濃度制御によって素子設計を行なう事ができる。しか
しながら、第２図Ａに示す様に１点線で示した空乏層端
２０の外で光励起によって生じた正孔キャリアが拡散に
よって層４と層３との界面に平行に輸送される場合はキ
ャリア輸送時間が太きいために、高速応答に支障をきだ
す。
更に、第２図への１０に示すように、層４の表面では、
キャリア濃度が低くかつ禁制帯幅か大きいために、表面
水平方向に等２層が長く形成はれ、従がって空乏層表面
の表面準位を介する表面漏れ電流量が太きいという欠点
を有する。これらの問題は、ＩｎＰ ／ Ｉｎ（）ａＡ
ｓ系の受光素子について述べたが、他の系、例えばＡ’
１ＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ系などについても同様である
。
キャリア濃度が低くかつ禁制帯幅か大きいために、表面
水平方向に等２層が長く形成はれ、従がって空乏層表面
の表面準位を介する表面漏れ電流量が太きいという欠点
を有する。これらの問題は、ＩｎＰ ／ Ｉｎ（）ａＡ
ｓ系の受光素子について述べたが、他の系、例えばＡ’
１ＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ系などについても同様である
。
従がって本発明の目的は従来のかかる欠点を除去し高速
応答かつ表面漏れ電流の少ない半導体受光素子を提供す
ることである。
応答かつ表面漏れ電流の少ない半導体受光素子を提供す
ることである。
本発明は、少なくともＢｇ＋なる禁制帯幅を有する光吸
収層と、Ｅｇ２（ｆＣだしＥｇ２ ＞ Ｅｇ＋を満足す
る）なる禁制帯幅を有するアバランシェ増倍層を有し、
該アバランシェ増倍層中に選択的にＰｎ接合を形成した
半導体受光素子において、該アバランシェ増倍層表面の
受光面部かつｐｎ接合周辺部以外の表面部にＥｇ２より
も小さな禁制帯幅を有する層を選択的に形成することを
特徴とする半導体受光素子である。
収層と、Ｅｇ２（ｆＣだしＥｇ２ ＞ Ｅｇ＋を満足す
る）なる禁制帯幅を有するアバランシェ増倍層を有し、
該アバランシェ増倍層中に選択的にＰｎ接合を形成した
半導体受光素子において、該アバランシェ増倍層表面の
受光面部かつｐｎ接合周辺部以外の表面部にＥｇ２より
も小さな禁制帯幅を有する層を選択的に形成することを
特徴とする半導体受光素子である。
以下、本発明を従来例と比較するだめＩｎＰ／Ｉｎ（）
ａＡｓ系材料を用いた受光素子の実施例について説明す
るが、他の半導体材料についても全く同様の効果である
ことは容易に理解されるであろう。
ａＡｓ系材料を用いた受光素子の実施例について説明す
るが、他の半導体材料についても全く同様の効果である
ことは容易に理解されるであろう。
第３図は、本発明による実施例である。図中のイｒｒ号
１〜７の名称は、第１図の従来構造の場合と同一である
。
１〜７の名称は、第１図の従来構造の場合と同一である
。
９及び９′は、本発明による半導体層であシ、該半ン昂
体層の禁制帯幅Ｅｇは層４のＩｎＰの禁制帯幅Ｅｇ２（
１，３５ｅＶ ）よシも小さく選んである。本実施例に
オイて層９及び９′は約２０００ Ｘ厚のＩｎｏ、＋□
Ｇａｏ、ｓｓＡ、ｓで、ＩｎＰ４４の形成に続けて気相
成長法によシ形成した後、選択的な化学エツチングによ
って９及び９′に分肉１１させている。ＩｎＧａＡｓ層
９は、ｐ側電極７を形成する際に、接触抵抗を低減する
目的で設けた層である。従来のＩｎＰ層４に直接、Ｐ側
電極７を形成する場合、接触抵抗が１０′〜１０−４Ω
−ａｉであったのに対し、本発明においては約１×１０
−５Ω−一の低い接触抵抗が実現できた。更に、従来側
の欠点であった層４と層３との界面に平行に輸送される
正孔キャリアによる高速応答への障害は、９′で記述し
たＩｎ（）ａＡｓ層によって取シ除く事ができた。すな
わち層９′の遮光効果によって該層９′直下の光吸収層
３へ光が到達しない様にしているだめに、光励起によっ
て生じたキャリアが層４と層３との界面に平行に輸送さ
れるのを防いでいる。更に層９′の存在によって、空乏
層がＩｎＰｊ％４の表面水平方向に、長く伸びることを
防ぐために、表面漏れ電流を従来の〜１０−９Ａから〜
１０””０Ａまで低減する事ができだ。
体層の禁制帯幅Ｅｇは層４のＩｎＰの禁制帯幅Ｅｇ２（
１，３５ｅＶ ）よシも小さく選んである。本実施例に
オイて層９及び９′は約２０００ Ｘ厚のＩｎｏ、＋□
Ｇａｏ、ｓｓＡ、ｓで、ＩｎＰ４４の形成に続けて気相
成長法によシ形成した後、選択的な化学エツチングによ
って９及び９′に分肉１１させている。ＩｎＧａＡｓ層
９は、ｐ側電極７を形成する際に、接触抵抗を低減する
目的で設けた層である。従来のＩｎＰ層４に直接、Ｐ側
電極７を形成する場合、接触抵抗が１０′〜１０−４Ω
−ａｉであったのに対し、本発明においては約１×１０
−５Ω−一の低い接触抵抗が実現できた。更に、従来側
の欠点であった層４と層３との界面に平行に輸送される
正孔キャリアによる高速応答への障害は、９′で記述し
たＩｎ（）ａＡｓ層によって取シ除く事ができた。すな
わち層９′の遮光効果によって該層９′直下の光吸収層
３へ光が到達しない様にしているだめに、光励起によっ
て生じたキャリアが層４と層３との界面に平行に輸送さ
れるのを防いでいる。更に層９′の存在によって、空乏
層がＩｎＰｊ％４の表面水平方向に、長く伸びることを
防ぐために、表面漏れ電流を従来の〜１０−９Ａから〜
１０””０Ａまで低減する事ができだ。
なお、本発明では層９及び９′にＩｎＧａＡｓを用いた
が、ＩｎＰ層４よシも禁制帯幅の小さいＩｎ＋−ｘＧａ
ＸＡｓｙＰｌ−ｙ’（： ０＜ｘ＜１． Ｏ＜ｙ＜
１ ）テも有効である。
が、ＩｎＰ層４よシも禁制帯幅の小さいＩｎ＋−ｘＧａ
ＸＡｓｙＰｌ−ｙ’（： ０＜ｘ＜１． Ｏ＜ｙ＜
１ ）テも有効である。
以上のように、本発明の半導体受光素子によればＰ側電
極部の低接触抵抗化と、光吸収層／アバランシェ層界面
水平方向に輸送されるキャリアの低減による高速応答化
かつ、空乏層の表面水平方向の伸びを抑制することによ
る表面漏れ電流の低減が図れる１゜
極部の低接触抵抗化と、光吸収層／アバランシェ層界面
水平方向に輸送されるキャリアの低減による高速応答化
かつ、空乏層の表面水平方向の伸びを抑制することによ
る表面漏れ電流の低減が図れる１゜
第１図従来の半導体受光素子の積層構造を示す図、第２
図Ａは第１図の表面近傍の部分図、ＢはＡのバンド構造
を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す図である。 第１図から第３図において、１は半導体基板、２は１と
同線の半導体バッファ層、３は禁制帯幅の小さい光吸収
層、４は禁制帯幅の大きいアバランシェ層、５ｉ、Ｊ、
−４層内に形成したｐｎ接合、６は、反射防止を兼ねた
表面保護膜、７はＰ側電極、８はｎ側・電極、９．９’
は４層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する半導体
層、１０は表面近傍の錯之層の伸びを示している。 第１図 第２図 （Ａ） （Ｂ） 第３図
図Ａは第１図の表面近傍の部分図、ＢはＡのバンド構造
を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す図である。 第１図から第３図において、１は半導体基板、２は１と
同線の半導体バッファ層、３は禁制帯幅の小さい光吸収
層、４は禁制帯幅の大きいアバランシェ層、５ｉ、Ｊ、
−４層内に形成したｐｎ接合、６は、反射防止を兼ねた
表面保護膜、７はＰ側電極、８はｎ側・電極、９．９’
は４層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する半導体
層、１０は表面近傍の錯之層の伸びを示している。 第１図 第２図 （Ａ） （Ｂ） 第３図
Claims (1)
- 少なくともＲｇ＋なる禁制帯幅を有する光吸収層と、Ｅ
ｇｚ （８ｇ２＞ Ｅｇ＋ ）なる禁制帯幅を有するア
バランシェ増倍層を有し、該アバランシェ増倍層中に選
択的にＰｎ接合を形成した半導体受光素子において、該
アバランシェ増倍層表面の受光面部とＰｎ接合周辺部と
を除いた表面部に８ｇ２よりも小さな禁制帯幅を有する
層を選択的に形成することを特徴とする半導体受光素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58010278A JPS59136980A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58010278A JPS59136980A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59136980A true JPS59136980A (ja) | 1984-08-06 |
Family
ID=11745836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58010278A Pending JPS59136980A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59136980A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61172381A (ja) * | 1984-12-22 | 1986-08-04 | Fujitsu Ltd | ＩｎＰ系化合物半導体装置 |
-
1983
- 1983-01-25 JP JP58010278A patent/JPS59136980A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61172381A (ja) * | 1984-12-22 | 1986-08-04 | Fujitsu Ltd | ＩｎＰ系化合物半導体装置 |
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