JPS59232470A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS59232470A JPS59232470A JP58107121A JP10712183A JPS59232470A JP S59232470 A JPS59232470 A JP S59232470A JP 58107121 A JP58107121 A JP 58107121A JP 10712183 A JP10712183 A JP 10712183A JP S59232470 A JPS59232470 A JP S59232470A
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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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- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
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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】
（１）発明の技術分野
本発明は半導体受光素子に係り、特にヘテロ接合を有す
る半導体受光素子の雑音特性の改善に関する。
る半導体受光素子の雑音特性の改善に関する。
（２）技術の背景
光通信の主流となる光波長１ 〔μｍ〕帯半帯体導体受
光素子、インジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）
、インジウム・ガリウム・砒素・燐（ＩｎＧａＡｓＰ）
、ガリウム・アルミニウム・アンチモン（ＧａＡＩＳｂ
）、ガリウム・アルミニウム・砒素・アンチモン（Ｇａ
ＡＩＡｓＳｂ）が用いられており、ファイバー損の最も
低い光波長１．５〜１．６〔μｍ〕高量子効率が得られ
る点で優っている。
光素子、インジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）
、インジウム・ガリウム・砒素・燐（ＩｎＧａＡｓＰ）
、ガリウム・アルミニウム・アンチモン（ＧａＡＩＳｂ
）、ガリウム・アルミニウム・砒素・アンチモン（Ｇａ
ＡＩＡｓＳｂ）が用いられており、ファイバー損の最も
低い光波長１．５〜１．６〔μｍ〕高量子効率が得られ
る点で優っている。
（３）従来技術と問題点
これらの化合物半導体によって形成された半導体受光素
子の一例としてＩｎＰ系ＡＰＤの断面図を第１図に示す
。
子の一例としてＩｎＰ系ＡＰＤの断面図を第１図に示す
。
第１図において、■はｎ型１ｎｐ基板、２はｎ型１ｎＧ
ａＡｓ光吸収層、３はｎ型１ｎＧａＡｓＰＩＥ、 ４
はｎ型１ｎＰウインド一層、５はｐ１２受光部、６はｐ
型ガードリング領域、７は絶縁膜。
ａＡｓ光吸収層、３はｎ型１ｎＧａＡｓＰＩＥ、 ４
はｎ型１ｎＰウインド一層、５はｐ１２受光部、６はｐ
型ガードリング領域、７は絶縁膜。
８はｎ側電極、９はｎ側電極をそれぞれ指示してある。
このＡＰＤにｐ （ｉｌｌ電極８を正、ｎ側電極９を負
の極性とする逆バイアス電圧を印加することにより、ｐ
ｎ接合、即ちｎ型１ｎＰウインド一層４とｐ＋梨型受光
５との界面附近に空乏層が形成され、これがｎ型１ｎＧ
ａＡＳ光吸収屓２まで拡がり、この空乏層内で入力信号
光によって電子が伝導帯に励起されることによって電子
正孔対が発生し、正孔はｎ側電極８．電子ばｎ、 （１
１１電極９に向かってドリフトし、ｒｌ型１ｎＰウィン
ドーＭ４においては、この正孔に起因するなだれ増倍が
行なわれる。
の極性とする逆バイアス電圧を印加することにより、ｐ
ｎ接合、即ちｎ型１ｎＰウインド一層４とｐ＋梨型受光
５との界面附近に空乏層が形成され、これがｎ型１ｎＧ
ａＡＳ光吸収屓２まで拡がり、この空乏層内で入力信号
光によって電子が伝導帯に励起されることによって電子
正孔対が発生し、正孔はｎ側電極８．電子ばｎ、 （１
１１電極９に向かってドリフトし、ｒｌ型１ｎＰウィン
ドーＭ４においては、この正孔に起因するなだれ増倍が
行なわれる。
ここで、ｎ型ＩｎＧａＡｓ ＰＪＥｆ３の禁制帯幅ばｎ
型１ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型ＩｎＰウィンド一層４
との中間の値を有しており、これら３Ｎのエネルギー帯
を前記の如く位置させることによって、ヘテロ接合層の
影響が特に大きいｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収履２で励起さ
れた正孔は、その大部分がｎ型ＴｎＰウィンドーＩＦｉ
４に流入でき高速応答を可能にした。
型１ｎＧａＡｓ光吸収層２とｎ型ＩｎＰウィンド一層４
との中間の値を有しており、これら３Ｎのエネルギー帯
を前記の如く位置させることによって、ヘテロ接合層の
影響が特に大きいｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収履２で励起さ
れた正孔は、その大部分がｎ型ＴｎＰウィンドーＩＦｉ
４に流入でき高速応答を可能にした。
しかしながら上記構造を有するＡＰＤでは高速化は図ら
れるが、低雑音化という点で十分なものが得られないと
いう問題があった。
れるが、低雑音化という点で十分なものが得られないと
いう問題があった。
（４）発明の目的
本発明の目的は、上記問題点を解決し、ヘテロ接合を含
む半導体受光素子において、高速応答且つ低雑音を同時
に満足する半導体受光素子を提供するにある。
む半導体受光素子において、高速応答且つ低雑音を同時
に満足する半導体受光素子を提供するにある。
（５）発明の構成
本発明の目的は、光吸収層を構成する第１導電型の第１
の半導体層と、該第１の半導体層に接して設げられ該第
１の半導体層より禁制帯幅が大きい第１導電型の第２の
半導体層と、該第２の半導体層に接して設けられ該第２
の半導体層より禁制帯幅が大きい第１導電型の第３の半
導体層と、該第３の半導体層に接して設けられ受光部を
構成する第２導電型の第４の半導体層と、該第３の半導
体圏内の該第４の半導体層下に選択的に設けられ該第３
の半導体層より禁制帯幅が小さい第１導電型の第５の半
導体層とを備えてなることにより達成される。
の半導体層と、該第１の半導体層に接して設げられ該第
１の半導体層より禁制帯幅が大きい第１導電型の第２の
半導体層と、該第２の半導体層に接して設けられ該第２
の半導体層より禁制帯幅が大きい第１導電型の第３の半
導体層と、該第３の半導体層に接して設けられ受光部を
構成する第２導電型の第４の半導体層と、該第３の半導
体圏内の該第４の半導体層下に選択的に設けられ該第３
の半導体層より禁制帯幅が小さい第１導電型の第５の半
導体層とを備えてなることにより達成される。
（６）発明の実施例
以下、図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する
。
。
第２図（ａｌは本発明の一実施例であるＡＰＤの断面図
である。
である。
第２図（ａｌ ニおイテ、１１ばｎ型ｊｎＰ基板、１２
はｎ型１ｎＧａＡｓ光吸層、１３は第１のｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰＪＦｔ、１４はｎ型１ｎＰ第１のウィンド一層、
１５は本発明の特徴とする第２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層
、１６はｎ型１ｎＰ第２のウィンド一層、１７はｐ型受
光部、１８はｐ型ガードリング領域、１９ば絶縁膜、２
０ばｎ側電極、２１はｎ側電極をそれぞれ指示しである
。
はｎ型１ｎＧａＡｓ光吸層、１３は第１のｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰＪＦｔ、１４はｎ型１ｎＰ第１のウィンド一層、
１５は本発明の特徴とする第２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層
、１６はｎ型１ｎＰ第２のウィンド一層、１７はｐ型受
光部、１８はｐ型ガードリング領域、１９ば絶縁膜、２
０ばｎ側電極、２１はｎ側電極をそれぞれ指示しである
。
本実施例のＡＰＤは例えば以下に述べる如く製造される
。即ち、キャリア濃度１×１０ 〔ｃＩＴ＋ 〕のｎ＋
型１ｎＰ基板１１上にｎ型１ ｎｏ、ｃ、ＩＧ ａｏ、
的Ａ ｓ光吸収層１２をキャリア濃度ＬＸＩＯ（ｃＩｌ
ｌ ３．。
。即ち、キャリア濃度１×１０ 〔ｃＩＴ＋ 〕のｎ＋
型１ｎＰ基板１１上にｎ型１ ｎｏ、ｃ、ＩＧ ａｏ、
的Ａ ｓ光吸収層１２をキャリア濃度ＬＸＩＯ（ｃＩｌ
ｌ ３．。
厚さ３ （、ｕｍ）程度に、第１のｎ型１１＋−ｘＧａ
ｘ Ａ ｓ ｙ Ｐ ＋ −ｙ 層（禁制帯幅が例えば
０．９（ｅＶ〕 １３をキャリア濃度１ ｘ １０”（
ｃｍ −２） 、厚さ０゜５〔μｍ〕程度に、ｎ型１ｎ
Ｐ第１のウィンド一層１４をキャリア濃度Ｉ Ｘ １０
（ａｍ’） 、厚さ１〔μｍ〕程度に順次液相エピ
タキシャル成長法等によって成長せしめ、次に、該ｎ型
１ｎＰ第１のウィンド一層１４表面に選択的に第２のｎ
型Ｉｎ（−ｘＧａ ｘＡ ｓ ｙ Ｐ ｔ−ｙ層（禁制
帯幅が例えば１゜０ （ｅｖ）１５を、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０ ［ｃｍ−’〕、厚さ０．５〔μｍ〕程度
に形成し、更にｎ型ＩｎＰ第２のウィンドーＪｔ７１６
をキャリア濃度５×１０”（ｃｍ’） 、厚さ２ 〔μ
ｍ〕程度に液相エピタキシャル成長法等によって成長せ
しめた後に、該ｎ型！ｎＰ第２のウィンド一層１６に例
えばカドミウム（Ｃｄ）を選択的に導入することによっ
てキャリア濃度１０．深さ１ 〔μｍ〕程度のｐ型受光
部１７、例えばベリリウム（Ｂ ｅ）を導入することに
よってｐ型ガードリング領域１８を形成する。しかる後
に、絶縁膜１９を選択的に形成し、次いでｎ側電極２０
を例えば金−亜鉛（ＡｕＺｎ）を用い、ｎ側電極２１を
例えば金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）を用いて配設する
。
ｘ Ａ ｓ ｙ Ｐ ＋ −ｙ 層（禁制帯幅が例えば
０．９（ｅＶ〕 １３をキャリア濃度１ ｘ １０”（
ｃｍ −２） 、厚さ０゜５〔μｍ〕程度に、ｎ型１ｎ
Ｐ第１のウィンド一層１４をキャリア濃度Ｉ Ｘ １０
（ａｍ’） 、厚さ１〔μｍ〕程度に順次液相エピ
タキシャル成長法等によって成長せしめ、次に、該ｎ型
１ｎＰ第１のウィンド一層１４表面に選択的に第２のｎ
型Ｉｎ（−ｘＧａ ｘＡ ｓ ｙ Ｐ ｔ−ｙ層（禁制
帯幅が例えば１゜０ （ｅｖ）１５を、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０ ［ｃｍ−’〕、厚さ０．５〔μｍ〕程度
に形成し、更にｎ型ＩｎＰ第２のウィンドーＪｔ７１６
をキャリア濃度５×１０”（ｃｍ’） 、厚さ２ 〔μ
ｍ〕程度に液相エピタキシャル成長法等によって成長せ
しめた後に、該ｎ型！ｎＰ第２のウィンド一層１６に例
えばカドミウム（Ｃｄ）を選択的に導入することによっ
てキャリア濃度１０．深さ１ 〔μｍ〕程度のｐ型受光
部１７、例えばベリリウム（Ｂ ｅ）を導入することに
よってｐ型ガードリング領域１８を形成する。しかる後
に、絶縁膜１９を選択的に形成し、次いでｎ側電極２０
を例えば金−亜鉛（ＡｕＺｎ）を用い、ｎ側電極２１を
例えば金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）を用いて配設する
。
本実施例において、先に述べた第２のｎ型ＩｎＧ ａ
Ａ ｓ Ｐ ＩＷ １５の禁制帯幅は、ｎ型１ｎＰ第１
及び第２のウィンドー２１４，１６よりも小さい値を有
している。第２図（ｂｌにはバイアス電圧が印加された
ときの各層のエネルギー帯が図示してあり、第２図（ｂ
）において、Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電子帯を指示しで
ある。
Ａ ｓ Ｐ ＩＷ １５の禁制帯幅は、ｎ型１ｎＰ第１
及び第２のウィンドー２１４，１６よりも小さい値を有
している。第２図（ｂｌにはバイアス電圧が印加された
ときの各層のエネルギー帯が図示してあり、第２図（ｂ
）において、Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電子帯を指示しで
ある。
第２のｎ型１ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ 層１５を設け
ることにより、従来第１図のＡＰＤにあってはｎ型Ｉｎ
Ｐウィンｌ” −１ｍ ４のみが増倍領域であったのが
、本実施例では第２図（ｂ）の斜線Ａで示した如く第２
のｎ型１ｎＧａＡｓＰ層１５及びｎ型１ｎＰ第２のウィ
ンド一層１６と、増倍領域が拡がり、従って、降伏電界
が下がり電子αと正孔βのイオン化率比ｋ （ｋ−β／
α）が大きくなり、低雑音となる。この時正孔は禁制帯
幅の大きいｎ型１ ｎ Ｐ第１のウィンド一層１４がら
禁制帯幅の小さい第２の＋ｎｃａＡｓＰＪ？２ｆ１５に
注入される為に、正孔はＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの価電
子帯Ｅｖのエネルギー差を得てみがけ工高エネルギー状
態で第２のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ Ｉ’Ｆｆ １
５に入り、よりイオン化が生じ易くなっている。
ることにより、従来第１図のＡＰＤにあってはｎ型Ｉｎ
Ｐウィンｌ” −１ｍ ４のみが増倍領域であったのが
、本実施例では第２図（ｂ）の斜線Ａで示した如く第２
のｎ型１ｎＧａＡｓＰ層１５及びｎ型１ｎＰ第２のウィ
ンド一層１６と、増倍領域が拡がり、従って、降伏電界
が下がり電子αと正孔βのイオン化率比ｋ （ｋ−β／
α）が大きくなり、低雑音となる。この時正孔は禁制帯
幅の大きいｎ型１ ｎ Ｐ第１のウィンド一層１４がら
禁制帯幅の小さい第２の＋ｎｃａＡｓＰＪ？２ｆ１５に
注入される為に、正孔はＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの価電
子帯Ｅｖのエネルギー差を得てみがけ工高エネルギー状
態で第２のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ Ｉ’Ｆｆ １
５に入り、よりイオン化が生じ易くなっている。
これにより、イオン化率比には実に大きくなるので、良
好な低雑音ＡＰＤが得られ、本実施例にあっては、従来
のＡＰＤに比べて過剰雑音係数にして約１〜３［ｄＢ）
改善された。
好な低雑音ＡＰＤが得られ、本実施例にあっては、従来
のＡＰＤに比べて過剰雑音係数にして約１〜３［ｄＢ）
改善された。
尚・本実施例にあっては第２のｎ型１ｎＧａＡｓＰ１ｍ
１５の禁制帯幅を約１（６Ｖ’ｌ、それを囲むｎ型１ｎ
Ｐ層より高濃度不純物とすることにより、ガードリング
効果、雑音特性を良好にでき、リーチスルー型受光素子
にも適応できる。
１５の禁制帯幅を約１（６Ｖ’ｌ、それを囲むｎ型１ｎ
Ｐ層より高濃度不純物とすることにより、ガードリング
効果、雑音特性を良好にでき、リーチスルー型受光素子
にも適応できる。
（７）発明の詳細
な説明した如く、本発明によればヘテロ接合を含む半導
体受光素子において、高速応答且つ低雑音を同時に満足
する半導体受光素子を得ることができる。
体受光素子において、高速応答且つ低雑音を同時に満足
する半導体受光素子を得ることができる。
第１図は半導体受光素子の従来例を示す断面図。
第２図（ａ）は本発明の実施例を示す断面図、第２図（
ｂｌは本実施例のエネルギー帯を示す図である。 １．１１−ｎ型１ｎＰ基板 ２．１２−ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収Ｆ’ｊ ３，１３．１５− ｎ型１ｎＧａＡ
ｓＰＩＦｉ ４，１４．１６−ｒｔ梨型１ｎＰィンド
一層 ５．１７−ｐ型受光部 ６．１Ｅｌ−ｐ型ガード
リング領域 ７．１９−絶縁膜 ８，９゜２０．２１−
電極 ３０ 第 １ 図 第 ２ 図 罵Ｚ図 （ｂ）
ｂｌは本実施例のエネルギー帯を示す図である。 １．１１−ｎ型１ｎＰ基板 ２．１２−ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収Ｆ’ｊ ３，１３．１５− ｎ型１ｎＧａＡ
ｓＰＩＦｉ ４，１４．１６−ｒｔ梨型１ｎＰィンド
一層 ５．１７−ｐ型受光部 ６．１Ｅｌ−ｐ型ガード
リング領域 ７．１９−絶縁膜 ８，９゜２０．２１−
電極 ３０ 第 １ 図 第 ２ 図 罵Ｚ図 （ｂ）
Claims (1)
- 光吸収層を構成する第１導電型の第１の半導体層と、該
第１の半導体層に接して設けられ該第１の半導体層より
禁制帯幅が大きい第１導電型の第２の半導体層と、該第
２の半導体層に接して設けられ該第２の半導体層より禁
制帯幅が大き−い第１導電型の第３の半導体層と、該第
３の半導体層に接して設けられ受光部を構成する第２導
電型の第４の半導体層と、該第３の半導体層内の該第４
の半導体層下に選択的に設けられ、該第３の半導体層よ
り禁制帯幅が小さい第１導電型の第５の半導体１ｇとを
備えてな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 |
|---|---|---|---|
| JP58107121A JPS59232470A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58107121A JPS59232470A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59232470A true JPS59232470A (ja) | 1984-12-27 |
Family
ID=14451015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58107121A Pending JPS59232470A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59232470A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6226871A (ja) * | 1985-07-27 | 1987-02-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体素子 |
| US4857982A (en) * | 1988-01-06 | 1989-08-15 | University Of Southern California | Avalanche photodiode with floating guard ring |
| US4974061A (en) * | 1987-08-19 | 1990-11-27 | Nec Corporation | Planar type heterostructure avalanche photodiode |
| US5942771A (en) * | 1997-04-14 | 1999-08-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor photodetector |
-
1983
- 1983-06-15 JP JP58107121A patent/JPS59232470A/ja active Pending
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