JPS60244078A - 広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオード - Google Patents
広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオードInfo
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- JPS60244078A JPS60244078A JP60100357A JP10035785A JPS60244078A JP S60244078 A JPS60244078 A JP S60244078A JP 60100357 A JP60100357 A JP 60100357A JP 10035785 A JP10035785 A JP 10035785A JP S60244078 A JPS60244078 A JP S60244078A
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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
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- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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-
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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】
産業上の利用分野
本発明は光検出器、特にＩｌ Ｇａ Ａｓフォトダイオ
ードに関する。
ードに関する。
照点
約１．０〜１．６μｍ の長波長域における光波通信方
式はＩｎｋ、５３ Ｇａｐ、４７ Ａｓを用いたフォト
ダイオードの開発を刺激して来ている。これは、この材
料のバンドギャップ（０，７５ｅＶ ）がその波長領域
の光波を有効に検出するのに適しており、又この材料が
本来ＩｎＰサブストレートに格子整合されていることに
よる。
式はＩｎｋ、５３ Ｇａｐ、４７ Ａｓを用いたフォト
ダイオードの開発を刺激して来ている。これは、この材
料のバンドギャップ（０，７５ｅＶ ）がその波長領域
の光波を有効に検出するのに適しており、又この材料が
本来ＩｎＰサブストレートに格子整合されていることに
よる。
これ等の装置はメサ形フォトダイオード或いはプレーナ
形フォトダイオードのいずれでもよい。前者の暗電流は
低くなる傾向があるが、一般には不活性化が適切ではな
く、多くの重要なシステムへの応用に対する信頼性は低
いものである。一方、プレーナ形Ｉｎ Ｇａ Ａｓフォ
トダイオードは暗電流は大きいが、不活性化並びに信頼
性は高い。
形フォトダイオードのいずれでもよい。前者の暗電流は
低くなる傾向があるが、一般には不活性化が適切ではな
く、多くの重要なシステムへの応用に対する信頼性は低
いものである。一方、プレーナ形Ｉｎ Ｇａ Ａｓフォ
トダイオードは暗電流は大きいが、不活性化並びに信頼
性は高い。
更に、Ｉｎ Ｇａ Ａｓフォトダイオードは前面照明（
光波がエピタキシャル層上に入射する。）或いは背面照
明（光波が透明ＩｎＰサブストレート上に入射する）の
いずれでもよい。前面照明による装置は日本電子通信技
術学会の半導体及び材料分科会、１９８１年でワイ・ク
シ口（Ｙ、 Ｔａ５ｈｉｒｏ ）等により「ウィンド層
を有するＩｎ Ｇａ Ａｓプレーナ形フォトダイオード
」と題して要約されている。この要約の第１図にはｎ
−Ｉｎ Ｐサブストレート、ＩｎＰバッファ層、ｙｌ
−■ｎＧａ Ａｓ光吸収層、ｎ −ＩｎＧａＡｓ Ｐウ
ィンド層、及び後者の２層に、Ｃｄ拡散により形成され
たＰ−ゾーンが示しである。とのＰ＋−ゾーンはウィン
ド層上の環状接触部の開放下で形成される。この開口を
通して与えられた光波はウィンド層に入射し、Ｉｎ Ｇ
ａ Ａｓ層に吸収される。Ｉｎ Ｇａ Ａｓ Ｐウィン
ド層の目的は「良好な量子効率」（前記要約の第３図に
示しであるように波長範囲が１．３〜］、 ６１１ｍ
で約８０係）を与えることにある。要約の第２図かられ
かるように室温でバイアスが一５Ｖの時の暗電流は約１
ｎＡである。一方、背面照明の装置の場合、光波は透
明なＩｎＰサブストレート上に入射され、従ってＩｎＧ
ａＡｓＰウィンド層は除外される。即ち、光波はウィン
ド層には入射しないので、装置の量子効率には何等の影
響もないことになる。前面照明フォトダイオードの場合
と同様に、背面照明装置にはｎ−ＩｎＰサブストレート
、ｎ−ＩｎＰバッファ層、及びｎ −Ｉｎ Ｇａ Ａｓ
光吸収層が含まれるが、Ｉｎ Ｇａ Ａｓ Ｐウィンド
層は含１れない。
光波がエピタキシャル層上に入射する。）或いは背面照
明（光波が透明ＩｎＰサブストレート上に入射する）の
いずれでもよい。前面照明による装置は日本電子通信技
術学会の半導体及び材料分科会、１９８１年でワイ・ク
シ口（Ｙ、 Ｔａ５ｈｉｒｏ ）等により「ウィンド層
を有するＩｎ Ｇａ Ａｓプレーナ形フォトダイオード
」と題して要約されている。この要約の第１図にはｎ
−Ｉｎ Ｐサブストレート、ＩｎＰバッファ層、ｙｌ
−■ｎＧａ Ａｓ光吸収層、ｎ −ＩｎＧａＡｓ Ｐウ
ィンド層、及び後者の２層に、Ｃｄ拡散により形成され
たＰ−ゾーンが示しである。とのＰ＋−ゾーンはウィン
ド層上の環状接触部の開放下で形成される。この開口を
通して与えられた光波はウィンド層に入射し、Ｉｎ Ｇ
ａ Ａｓ層に吸収される。Ｉｎ Ｇａ Ａｓ Ｐウィン
ド層の目的は「良好な量子効率」（前記要約の第３図に
示しであるように波長範囲が１．３〜］、 ６１１ｍ
で約８０係）を与えることにある。要約の第２図かられ
かるように室温でバイアスが一５Ｖの時の暗電流は約１
ｎＡである。一方、背面照明の装置の場合、光波は透
明なＩｎＰサブストレート上に入射され、従ってＩｎＧ
ａＡｓＰウィンド層は除外される。即ち、光波はウィン
ド層には入射しないので、装置の量子効率には何等の影
響もないことになる。前面照明フォトダイオードの場合
と同様に、背面照明装置にはｎ−ＩｎＰサブストレート
、ｎ−ＩｎＰバッファ層、及びｎ −Ｉｎ Ｇａ Ａｓ
光吸収層が含まれるが、Ｉｎ Ｇａ Ａｓ Ｐウィンド
層は含１れない。
このＩｎ Ｇａ Ａｓフォトダイオードは本明細書第１
図に示した制限接触配置によりバイアス−１０ｖで約１
０ ｎＡの暗電流を与える。その」二、このフォトダイ
オードは十分に不活性化されており、信頼度が高い。
図に示した制限接触配置によりバイアス−１０ｖで約１
０ ｎＡの暗電流を与える。その」二、このフォトダイ
オードは十分に不活性化されており、信頼度が高い。
しかし、なから、暗電流が低ければフォトダイオードの
感度は増加し、従って光受信器が低いビット速度及び／
又は高い周囲温度で良好に動作することを可能にする。
感度は増加し、従って光受信器が低いビット速度及び／
又は高い周囲温度で良好に動作することを可能にする。
問題点を解決するだめの手段
本発明の１実施例によると、背面照明
ＩｎＧａＡｓフォトダイオードの暗電流は、バンドギャ
ップがより狭いＩｎＧａＡｓ光吸収層と制限接触部との
間に広いバンドギャップ（例えば、Ｉｌ Ｇａ Ａｓ
Ｐ ） キャップ層を配置することによりほぼ１桁から
２桁程度低減される（例えば、バイアス−１０Ｖで０．
１ｎＡｌ。本発明によると、広いバンドギャップ層は表
面層の真性キャリヤ濃度を下げることにより表面発生電
流が低減される。
ップがより狭いＩｎＧａＡｓ光吸収層と制限接触部との
間に広いバンドギャップ（例えば、Ｉｌ Ｇａ Ａｓ
Ｐ ） キャップ層を配置することによりほぼ１桁から
２桁程度低減される（例えば、バイアス−１０Ｖで０．
１ｎＡｌ。本発明によると、広いバンドギャップ層は表
面層の真性キャリヤ濃度を下げることにより表面発生電
流が低減される。
広いバンドギャップキャップ層は他の背面照明半導体フ
ォトダイオードの場合に類似の利点を有することが期待
される。
ォトダイオードの場合に類似の利点を有することが期待
される。
第１図を参照すると、背面照明プレーナ形フォトダイオ
ードが示してあり、このダイオードは透明半導体本体１
０（例えば、サブストレート１２とバッファ層１４）、
光吸収層１６、及び表面生成電流を減するための広いバ
ンドギャップキャップ層１８からなる。拡散法、又は他
の適切な方法により層１６及び１８のゾーン２２に不純
物を導入してｐ −ｎジャンクションＩ ｐ −ｎ接合
）２０が形成される。
ードが示してあり、このダイオードは透明半導体本体１
０（例えば、サブストレート１２とバッファ層１４）、
光吸収層１６、及び表面生成電流を減するための広いバ
ンドギャップキャップ層１８からなる。拡散法、又は他
の適切な方法により層１６及び１８のゾーン２２に不純
物を導入してｐ −ｎジャンクションＩ ｐ −ｎ接合
）２０が形成される。
制限接触部２６は第１開口を有する第１誘電体層３０を
備えており、この開口を通して不純物が導入されてゾー
ン２２及びｐ −ｎジャンクション２ｏを形成し、これ
によりジャンクション（接合）は、開口のエツジから嵌
込みが形成された点で層１８の上面と交差するようにな
る。第２誘電体層３２が第１誘電体層」二に配置され、
又この層は第１開口内にある第２の更に小さな開口を有
している。接触部２６は第２開口を通してゾーン２２に
接触するペデスタル部分を有する。これ等の開口の大き
さは、ジャンクション２０が層１８の上部と交差する（
電場が高い）点から、ペデスタルのエツジ部分が比較的
遠位にあるように維持されている。例えば、第１開口の
幅の第２のものに対する比は少なくとも約３：１（例え
ば、０．７５μｍ ： ２５ Ａｎ ）である。更に、
接触部２６はキャップ部分を有し、この部分はペデスタ
ル部分と第２誘電体層との界面を、これを通して異物が
装置に侵入出来々いように封止している。
備えており、この開口を通して不純物が導入されてゾー
ン２２及びｐ −ｎジャンクション２ｏを形成し、これ
によりジャンクション（接合）は、開口のエツジから嵌
込みが形成された点で層１８の上面と交差するようにな
る。第２誘電体層３２が第１誘電体層」二に配置され、
又この層は第１開口内にある第２の更に小さな開口を有
している。接触部２６は第２開口を通してゾーン２２に
接触するペデスタル部分を有する。これ等の開口の大き
さは、ジャンクション２０が層１８の上部と交差する（
電場が高い）点から、ペデスタルのエツジ部分が比較的
遠位にあるように維持されている。例えば、第１開口の
幅の第２のものに対する比は少なくとも約３：１（例え
ば、０．７５μｍ ： ２５ Ａｎ ）である。更に、
接触部２６はキャップ部分を有し、この部分はペデスタ
ル部分と第２誘電体層との界面を、これを通して異物が
装置に侵入出来々いように封止している。
本発明の検討によると、制限接触の下での光ダイオード
の上面の特性は装置が示す暗電流レベルを決める主要な
要因と々っている。
の上面の特性は装置が示す暗電流レベルを決める主要な
要因と々っている。
広いバンドギャップキャップ層１８は、表面層材料の真
性キャリヤ濃度を下げることにより表面生成電流、従っ
て暗電流を低減させる。
性キャリヤ濃度を下げることにより表面生成電流、従っ
て暗電流を低減させる。
第１図に示したように、本発明の好ましい実施例におい
ては、光吸収層１６はわずかにドープしたＩ ｎ Ｏ，
５３Ｇａ Ｏ，４７Ａｓからなり、これは、例えば、１
．０〜１．６μｍで動作する長波長システムにおける使
用に適している。この場合、透明体１０はｎ−ＩｎＰサ
ブストレート１２とｎ −Ｉｎ Ｐバラフッ層１４とを
有している。キヤツプ層１８はＩｎＧａＡｓ層１６より
広いバンドギャップを有し、又それにほぼ格子整合して
いる。このキャップ層に適した材料としては、例えば、
Ｉｎ ＧａＡｓ Ｐ 、ＩｎＰ、又はＡ／ＩｎＡＢが考
えられる。暗電流を減らす点からは、キャップ層のバン
ドギャップが大きい程、良好である。従ってＩｎ Ｇａ
Ａｓ ＰよりＩｎＰの方が好捷しい。しかし、処理と
いう点からは（例えば、良好なオーム接触を与える能力
）、バンドギャップキャップ層はより小さいものの方が
よい（とは言え、これは光吸収層よりなお大きなバンド
ギャップを持たなければならない。）。更に、キャップ
層１８及び光吸収層１６は同じ導電率形（この場合はｎ
形）を有するが、ゾーン２２は逆の導電率形（即ち、Ｐ
形）である。キャップ層は通常は光吸収層よりはるかに
薄いので、ジャンクション２０の主要部分はなお後者の
層内に配置されている。誘電体層３０及び３２は、表面
状態密度を減らし、下部半導体層に対し良好な密着性（
１１） を与えるためには窒化ケイ素からなることが好ましい。
ては、光吸収層１６はわずかにドープしたＩ ｎ Ｏ，
５３Ｇａ Ｏ，４７Ａｓからなり、これは、例えば、１
．０〜１．６μｍで動作する長波長システムにおける使
用に適している。この場合、透明体１０はｎ−ＩｎＰサ
ブストレート１２とｎ −Ｉｎ Ｐバラフッ層１４とを
有している。キヤツプ層１８はＩｎＧａＡｓ層１６より
広いバンドギャップを有し、又それにほぼ格子整合して
いる。このキャップ層に適した材料としては、例えば、
Ｉｎ ＧａＡｓ Ｐ 、ＩｎＰ、又はＡ／ＩｎＡＢが考
えられる。暗電流を減らす点からは、キャップ層のバン
ドギャップが大きい程、良好である。従ってＩｎ Ｇａ
Ａｓ ＰよりＩｎＰの方が好捷しい。しかし、処理と
いう点からは（例えば、良好なオーム接触を与える能力
）、バンドギャップキャップ層はより小さいものの方が
よい（とは言え、これは光吸収層よりなお大きなバンド
ギャップを持たなければならない。）。更に、キャップ
層１８及び光吸収層１６は同じ導電率形（この場合はｎ
形）を有するが、ゾーン２２は逆の導電率形（即ち、Ｐ
形）である。キャップ層は通常は光吸収層よりはるかに
薄いので、ジャンクション２０の主要部分はなお後者の
層内に配置されている。誘電体層３０及び３２は、表面
状態密度を減らし、下部半導体層に対し良好な密着性（
１１） を与えるためには窒化ケイ素からなることが好ましい。
この装置は基本的には、それぞれＰゾーン２０、わずか
にドープしたＩｒｌ Ｇａ Ａｓ層１６及びｎ形体１０
に対応するＰゾーン、ｉゾーン、及びｎゾーンを有する
ｐ −ｉ −ｎフォトダイオードである。通常−１０Ｖ
（逆バイアス）における動作は広範な波長（例えば１．
０〜１．６μｍ）及びディジタルビット速度（例えば、
３Ｍｂ／８〜１．７ Ｇｂ／８） にわたる光波２８の
検出に有効である。
にドープしたＩｒｌ Ｇａ Ａｓ層１６及びｎ形体１０
に対応するＰゾーン、ｉゾーン、及びｎゾーンを有する
ｐ −ｉ −ｎフォトダイオードである。通常−１０Ｖ
（逆バイアス）における動作は広範な波長（例えば１．
０〜１．６μｍ）及びディジタルビット速度（例えば、
３Ｍｂ／８〜１．７ Ｇｂ／８） にわたる光波２８の
検出に有効である。
実施例
この実施例では本発明により与えられるＩｎＧａＡｓフ
ォトダイオードが記載される。各種のパラメータ、材料
、及び工程は例示として与えられるものであり、特に規
定がなければ本発明の範囲を制限するものではない。フ
ォトダイオードのエピタキシャル層は硫黄でｎ形にドー
プされた（１００）−配向ＩｎＰサブストレート１２上
に液相成長（ＬＰＫ）に（１２） より得られた。ＩｎＰバッファ層１層上４然にドープさ
れたが、ｎ形であった。Ｉ ｎ Ｇａ Ａｓ Ｐキャッ
プ層１８及びＩｎ Ｇａ Ａｓ光吸収層１６はＩｎＰに
格子整合されたが、それ等のキャリヤ濃度は約ｎ ＝
Ｏ１９−Ｉ Ｘ １０１６／ｃｒｌ であった。
ォトダイオードが記載される。各種のパラメータ、材料
、及び工程は例示として与えられるものであり、特に規
定がなければ本発明の範囲を制限するものではない。フ
ォトダイオードのエピタキシャル層は硫黄でｎ形にドー
プされた（１００）−配向ＩｎＰサブストレート１２上
に液相成長（ＬＰＫ）に（１２） より得られた。ＩｎＰバッファ層１層上４然にドープさ
れたが、ｎ形であった。Ｉ ｎ Ｇａ Ａｓ Ｐキャッ
プ層１８及びＩｎ Ｇａ Ａｓ光吸収層１６はＩｎＰに
格子整合されたが、それ等のキャリヤ濃度は約ｎ ＝
Ｏ１９−Ｉ Ｘ １０１６／ｃｒｌ であった。
ダイオードは以下に記載する工程ステップに従って製造
された。
された。
第１窒化ケイ素（ＳｉＮｘ１層３０がプラズマを用いた
化学蒸着法によりキャップ層１８上に蒸着された。円形
開口（拡散ウィンド）が層３０にホトリトグラフィによ
り設けられ、次にｐ −ｎジャンクション２０がＺｎ拡
散により形成された。拡散後、第２ ＳｉＮｘ層３２が
第１ＳｉＮｘ層上に蒸着され、より小さな円形開口が同
様に設けられた。第１図に示したように、各々のより小
さな開口が第１ＳｉＮ）（層３０のより大きな開口の１
つの中に設けられた。電子ビーム蒸発により接触部２４
及び２６が形成され、次に合金化された。サブストレー
ト金属被覆の正孔が背面照明を考慮して赤外線アライン
メイトによりジャンクション２０に整合された。接触部
２４の環には反射防止膜は含まれなかったが、実際の場
合には必要に応じて用いることが出来る。
化学蒸着法によりキャップ層１８上に蒸着された。円形
開口（拡散ウィンド）が層３０にホトリトグラフィによ
り設けられ、次にｐ −ｎジャンクション２０がＺｎ拡
散により形成された。拡散後、第２ ＳｉＮｘ層３２が
第１ＳｉＮｘ層上に蒸着され、より小さな円形開口が同
様に設けられた。第１図に示したように、各々のより小
さな開口が第１ＳｉＮ）（層３０のより大きな開口の１
つの中に設けられた。電子ビーム蒸発により接触部２４
及び２６が形成され、次に合金化された。サブストレー
ト金属被覆の正孔が背面照明を考慮して赤外線アライン
メイトによりジャンクション２０に整合された。接触部
２４の環には反射防止膜は含まれなかったが、実際の場
合には必要に応じて用いることが出来る。
これ等のフォトダイオードの特性を要約すると次のよう
になる。
になる。
ｎ −Ｉｎ Ｇａ Ａｓ Ｐ層１日の厚み １．３μｍ
１１ Ｇａ Ａｓ Ｐ層１８のバンドギャップ０．９５
ｅＶ ｎ Ｉｎ Ｇａ Ａｓ層１６の厚み ３．５μｍ１１
Ｇａ Ａｓ層１６のバンドギャップ ０．７５ ｅＶ拡
散ウィンド面積 ４．６Ｘ１０−５ＣＪジャンクション
深さ ２．５μｍ −１０ｖにおける中位暗電流 ０．７ｎＡ−１０ｖにお
ける最良暗電流 ０．１ｎＡＯＶにおけるキャパシタン
ス １．１ｐＦ−ＩＯＶにおける典形的々キャパシタン
ス０．４６ｐＦ 量子効率 〜６５％ 上昇時間 Ｏ１２ｎｓ 下降時間 ０．７ｎｓ 本発明によるフォトダイオードのキャパシタンス、量子
効率、及び応答時間はドーピングレベルが同程度のプレ
ーナ形ＩｎＧａＡｓフォトダイオードで見出されたもの
と同じであった。しかし、暗電流は本発明によるフォト
ダイオードの方がかなり小さかった。特に、本発明のフ
ォトダイオードの最小暗電流は一１０Ｖで約０．１ ｎ
Ａであった。この結果は、暗電流の主要なソースが２つ
の構造の間の半導体−誘電体界面特性における差異、又
は表面効果に関係することを示口賢している。
１１ Ｇａ Ａｓ Ｐ層１８のバンドギャップ０．９５
ｅＶ ｎ Ｉｎ Ｇａ Ａｓ層１６の厚み ３．５μｍ１１
Ｇａ Ａｓ層１６のバンドギャップ ０．７５ ｅＶ拡
散ウィンド面積 ４．６Ｘ１０−５ＣＪジャンクション
深さ ２．５μｍ −１０ｖにおける中位暗電流 ０．７ｎＡ−１０ｖにお
ける最良暗電流 ０．１ｎＡＯＶにおけるキャパシタン
ス １．１ｐＦ−ＩＯＶにおける典形的々キャパシタン
ス０．４６ｐＦ 量子効率 〜６５％ 上昇時間 Ｏ１２ｎｓ 下降時間 ０．７ｎｓ 本発明によるフォトダイオードのキャパシタンス、量子
効率、及び応答時間はドーピングレベルが同程度のプレ
ーナ形ＩｎＧａＡｓフォトダイオードで見出されたもの
と同じであった。しかし、暗電流は本発明によるフォト
ダイオードの方がかなり小さかった。特に、本発明のフ
ォトダイオードの最小暗電流は一１０Ｖで約０．１ ｎ
Ａであった。この結果は、暗電流の主要なソースが２つ
の構造の間の半導体−誘電体界面特性における差異、又
は表面効果に関係することを示口賢している。
逆方向バイアス条件下での全暗電流はバルクと表面成分
の和である。バルク成分は拡散電流、生成−再結合電流
、及びトンネル電流からなる。表面成分は表面生成電流
とプレーナ装置の半導体−誘電体界面に恐らく形成され
た分路を介する漏れ電流とからなる。
の和である。バルク成分は拡散電流、生成−再結合電流
、及びトンネル電流からなる。表面成分は表面生成電流
とプレーナ装置の半導体−誘電体界面に恐らく形成され
た分路を介する漏れ電流とからなる。
逆方向に対する小さなバイアス範囲、
Ｖ（１５Ｖにおいては、トンネル電流は（１５）
ｎ （Ｉ Ｘ １０ ”／ ｃｒｌ に対しては省略出
来る。
来る。
第２図は本発明の１実施例による上記のＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオードの各
種温度におけるＩ −Ｖ特性を示したものである。
キャップ層を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオードの各
種温度におけるＩ −Ｖ特性を示したものである。
従来のフォトダイオードにおいては、暗電流（ＩＤ）は
Ｉｚ＋ ■ｒ Ｉ −Ｅｇ／ ２ ｋＴ ）の形で変化
し、ここにＶｂｉは内蔵接合電位（ｂｕｉｌｔ ｉｎ
ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ）であり、Ｅ
ｇはバンドギャップエネルギー、■は電圧、Ｔは絶対温
度、ｋはボルツマン定数である。
Ｉｚ＋ ■ｒ Ｉ −Ｅｇ／ ２ ｋＴ ）の形で変化
し、ここにＶｂｉは内蔵接合電位（ｂｕｉｌｔ ｉｎ
ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ）であり、Ｅ
ｇはバンドギャップエネルギー、■は電圧、Ｔは絶対温
度、ｋはボルツマン定数である。
この関係は、表面生成電流が暗電流を制限することを示
唆している。しかしながら、本発明において暗電流は■
Ｄｏｃｉの挙動もＩ７） ｏｃ ｅｘｐ （−Ｅｂ／
２ ｋＴ ）の挙動も示さない。
唆している。しかしながら、本発明において暗電流は■
Ｄｏｃｉの挙動もＩ７） ｏｃ ｅｘｐ （−Ｅｂ／
２ ｋＴ ）の挙動も示さない。
高温では、拡散電流が重要となり、又室温では暗電流は
ＩＤｏｃ ■ の特性を与え、これは、オーム伝導が重
要であり、生成電力が省略可能なことを示嗟している。
ＩＤｏｃ ■ の特性を与え、これは、オーム伝導が重
要であり、生成電力が省略可能なことを示嗟している。
真性キャリヤ密度は、Ｅｇ ＝ ０．９５ ｅＶのＩｎ
Ｇａ Ａｓ Ｐの方が（１６） Ｅｇ ” ０．７５ ｅＶのＩｎ Ｇａ Ａｓにおける
より約５０倍小さい。プレーナ形Ｉ ｎ Ｇａ Ａｓダ
イオードの最低室温暗電流はＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ Ｖｏｌ 、 ＥＤＬ
−２、ＰＰ−２８３−２８５（１９８１）にニス・アー
ル・フオレスト（Ｓ、 Ｒ，Ｆｏｒｒｅｓｔ ）等によ
り報告されたように一１０ｖで約２．５ｎＡである。従
って、本発明のフォトダイオードの表面生成電流は一１
０Ｖで約Ｑ、 ０５ ｎＡとなる。この値は、幾つかの
メサＩｎ Ｇａ ＡｓダイオードではＩＤ〈１ ｎＡ
を示したので、過大に評価されている。
Ｇａ Ａｓ Ｐの方が（１６） Ｅｇ ” ０．７５ ｅＶのＩｎ Ｇａ Ａｓにおける
より約５０倍小さい。プレーナ形Ｉ ｎ Ｇａ Ａｓダ
イオードの最低室温暗電流はＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ Ｖｏｌ 、 ＥＤＬ
−２、ＰＰ−２８３−２８５（１９８１）にニス・アー
ル・フオレスト（Ｓ、 Ｒ，Ｆｏｒｒｅｓｔ ）等によ
り報告されたように一１０ｖで約２．５ｎＡである。従
って、本発明のフォトダイオードの表面生成電流は一１
０Ｖで約Ｑ、 ０５ ｎＡとなる。この値は、幾つかの
メサＩｎ Ｇａ ＡｓダイオードではＩＤ〈１ ｎＡ
を示したので、過大に評価されている。
１１ Ｇａ Ａｓに対してｎｉ ＝５ Ｘ １０ ”／
ｃｒｌとすると、表面生成速度は〜Ｉ Ｘ １０’ ｃ
ｍ／ｓｅｃとなり、これはＧａ Ａｓ Ｐ ｎ接合の表
面再結合速度と同じ程度である。本発明によるフォトダ
イオードの表面生成電流は２９６°Ｋにおける４ Ｘ
１０−”Ａから４３０ ’Ｋにおける１、 ３ ｘ １
０−８Ａにわたっており、従ってこの成分が高温におけ
るダイオードの暗電流に殆んど寄与しないことがわかる
。
ｃｒｌとすると、表面生成速度は〜Ｉ Ｘ １０’ ｃ
ｍ／ｓｅｃとなり、これはＧａ Ａｓ Ｐ ｎ接合の表
面再結合速度と同じ程度である。本発明によるフォトダ
イオードの表面生成電流は２９６°Ｋにおける４ Ｘ
１０−”Ａから４３０ ’Ｋにおける１、 ３ ｘ １
０−８Ａにわたっており、従ってこの成分が高温におけ
るダイオードの暗電流に殆んど寄与しないことがわかる
。
以上の議論は逆方向バイアス条件の下での暗電流特性に
中心を置いたが、第３図に示した順方向特性も注目に値
するものである。この場合、本発明によるフォトダイオ
ードにおいては拡散電流が順方向電流を支配しているこ
とがわかる。
中心を置いたが、第３図に示した順方向特性も注目に値
するものである。この場合、本発明によるフォトダイオ
ードにおいては拡散電流が順方向電流を支配しているこ
とがわかる。
順方向バイアスダイオードの場合、式
％式％）
により定義される係数ｎは支配的な電流源を示すパラメ
ータである。ｎ二１の関係はジャンクション空乏層領域
を横切る小数キャリヤの拡散に起因し、ｎユ２の関係は
バルクの生成−再結合電流或いは表面生成電流に起因し
て与えられるものである。第３図は本発明によるフォト
ダイオード（曲線工）及び従来のフォトダイオード（曲
線■）の順方向バイアスの下でのＩ−Ｖ曲線を示したも
のである。
ータである。ｎ二１の関係はジャンクション空乏層領域
を横切る小数キャリヤの拡散に起因し、ｎユ２の関係は
バルクの生成−再結合電流或いは表面生成電流に起因し
て与えられるものである。第３図は本発明によるフォト
ダイオード（曲線工）及び従来のフォトダイオード（曲
線■）の順方向バイアスの下でのＩ−Ｖ曲線を示したも
のである。
図かられかるように、本発明によるフォトダイオードは
ｎ二１依存を示し、従って拡散電流が支配的なことが示
暖される。一方、従来のフォトダイオードはｎ−１，５
であり、とれは恐らく拡散電流及び表面生成電流からの
寄与によると思われる。
ｎ二１依存を示し、従って拡散電流が支配的なことが示
暖される。一方、従来のフォトダイオードはｎ−１，５
であり、とれは恐らく拡散電流及び表面生成電流からの
寄与によると思われる。
」二記の構成配列は、本発明の原理の応用を代表するよ
うに案出出来る多くの特定実施例を単に説明しただけで
ある。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これ
等の原理に従って当業者が他の多くの各種の装置を考案
することが出来る。
うに案出出来る多くの特定実施例を単に説明しただけで
ある。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これ
等の原理に従って当業者が他の多くの各種の装置を考案
することが出来る。
例えば、キャップ層のバンドギャップを増やし、従って
真性キャリヤ濃度が一層小さな材料を選択して更に暗電
流を減らすことが出来る。特に、ＩｎＰは、Ｉｎ １
ｘ Ｇａ ｘ Ａｓ ｙ Ｐ １− ｙシステムで最も
大きなバンドギャップを持ち、又、Ｉｎｏ、５３ 、Ｇ
ａｏ、４７ Ａｓ 上に格子整合され、成長させ得るの
でＩｎ Ｇａ Ａｓフォトダイオードに対しては好まし
いキャップ層となる。表面漏れ電流はプレーナ形ＩｎＰ
ダイオード及びプレーナ形Ｔｎ Ｐ ／ Ｉｎ Ｇａ
Ａｓ Ｐヘテロジャンクションダ（１９） イオードにおいては小さいことが知られている。ＩｎＰ
層は気相成長によりＩｎＧａＡｓＪ＝に成長させること
が出来る。
真性キャリヤ濃度が一層小さな材料を選択して更に暗電
流を減らすことが出来る。特に、ＩｎＰは、Ｉｎ １
ｘ Ｇａ ｘ Ａｓ ｙ Ｐ １− ｙシステムで最も
大きなバンドギャップを持ち、又、Ｉｎｏ、５３ 、Ｇ
ａｏ、４７ Ａｓ 上に格子整合され、成長させ得るの
でＩｎ Ｇａ Ａｓフォトダイオードに対しては好まし
いキャップ層となる。表面漏れ電流はプレーナ形ＩｎＰ
ダイオード及びプレーナ形Ｔｎ Ｐ ／ Ｉｎ Ｇａ
Ａｓ Ｐヘテロジャンクションダ（１９） イオードにおいては小さいことが知られている。ＩｎＰ
層は気相成長によりＩｎＧａＡｓＪ＝に成長させること
が出来る。
第１図は本発明の１実施例により得られた背面照明Ｉｎ
Ｇａ Ａｓフォトダイオードの概略図であり、 第２図は本発明の１実施例により得られた各種温度にお
ける、逆方向バイアス下でのフォトダイオードの電流−
電圧ｆｊ−Ｖ）特性のグラフであり、暗電流の測定値（
黒点）と計算曲線は良く一致しており、又、 第３図は、本発明の（実線）１実施例による順方向バイ
アスの下でのフォトダイオードと従来の制限接触プレー
ナ形フォトダイオード（ダッシュ線）のＩ −Ｖ曲線を
比較したものである。 （２０） 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・半導体本体 １２・・・サブストレート １４・・バッファ層 １６・・・光吸収層 １８・・・バンドギャップキャップ層 ２０・・・ジャンクション ２２・・・ゾーン ２４．２６・・接触部 ２８・・・光波 ３０．３２・・・誘電体層 ＦＩＧ、 １ フＣ
Ｇａ Ａｓフォトダイオードの概略図であり、 第２図は本発明の１実施例により得られた各種温度にお
ける、逆方向バイアス下でのフォトダイオードの電流−
電圧ｆｊ−Ｖ）特性のグラフであり、暗電流の測定値（
黒点）と計算曲線は良く一致しており、又、 第３図は、本発明の（実線）１実施例による順方向バイ
アスの下でのフォトダイオードと従来の制限接触プレー
ナ形フォトダイオード（ダッシュ線）のＩ −Ｖ曲線を
比較したものである。 （２０） 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・半導体本体 １２・・・サブストレート １４・・バッファ層 １６・・・光吸収層 １８・・・バンドギャップキャップ層 ２０・・・ジャンクション ２２・・・ゾーン ２４．２６・・接触部 ２８・・・光波 ３０．３２・・・誘電体層 ＦＩＧ、 １ フＣ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、背面照明形フォトダイオードにして、被検出光波に
対して透明な１つの導電率形の半導体本体（１０）と、 光波が該半導体本体に入射出来るようにされた該本体に
対する第１電気接触部（２４）と、 透明体を通して伝達される光波を吸収し、これにより光
吸収層内に電子と正孔を生成するように前記半導体本体
上に形成された１つの導電率形の光吸収層（１６）とか
らなるフォトダイオードであって、 前記半導体本体（１０）から遠位の光吸収層の側面に形
成され、且つ該光吸収層より広いバンドギャップを有す
る１つの導電率形のキャップ層（１８）と、 該キャップ層（１８）を通して光吸収層（１６）内に延
在し、これによりジャンクション（２０）を形成して正
孔と電子を収集し、且つ光電流を発生する反対導電率形
のゾーン（２０，２２）と、 該ゾーンに対する第２電気接触部（２６）とから成るこ
とを特徴とする背面照明形フォトダイオード。 ２、前記半導体本体がＩｎＰからなり、光吸収層がＩｎ
０．５３ ＧａＯ，４□Ａｓ からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の背面照明形フォトダイ
オード。 ３、 前記キャップ層はＩｎＰからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項に記載の背面照明形フォトダイ
オード。 ４、前記キャップ層は＃ＩｎＡｓからなることを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の背面照明形フォトダ
イオード。 ５、前記キャップ層はＩｎ Ｇａ Ａｓ Ｐからなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の背面照明
形フォトダイオード。 ６．前記ゾーンはアクセプタを拡散したＰ形ゾーンから
なることを特徴とする特許請求の範囲第１項から５項の
いずれかに記載の背面照明形フォトダイオード。 ７、 前記キャップ層は光吸収層よりはるかに薄く、従
ってジャンクションの殆んどが光吸収層内にあることを
特徴とする特許請求の範囲第１項から５項のいずれかに
記載の背面照明形フォトダイオード。 ８ プレーナ形背面照明フォトダイオードであって、 ｎ−１ｎＰサブストレートと、 該サブストレートの１方の面に形成され、該サブストレ
ートとバッファ層が被検出光波に対し透明であるｎ −
Ｉｎ Ｐ エピタキシャルバッファ層と、 サブストレートの対向面上に形成され、光波が第１接触
部の環を通してサブストレートに入射してなる環状第１
電気接触部と、サブストレートとバッファ層を通して伝
達される光波を吸収し、これにより光吸収層内に電子と
正孔を生成するようにバッファ層上に形成されたエピタ
キシャル形低ドープｎ −Ｉｎｏ、５３ Ｇａｏ、４．
Ａｓ光吸収層と、該光吸収層上に形成され、これに本質
的に格子整合され、キャップ層が光吸収層より広いバン
ドギャップを有し、これにより表面漏れ電流を、従って
又、暗電流を低減してなるエピタキシャルｎ形キャップ
層と、該キャップ層を通し、又光吸収層内に延在し、こ
れによりｐ −’ｒ −ｎジャンクションを形成して正
孔と電子を収集し、且つそれから光電流を発生してなる
ｐ形ゾーンとからなり、 前記キャップ層は光吸収層より薄く、従ってジャンクシ
ョンの殆んどが前記光吸収層内にあり、更に前記フォト
ダイオードが前記ゾーンに対する第２電気接触部からな
ることを特徴とするプレーナ形背面照明フォトダイオー
ド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/609,317 US4608586A (en) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | Back-illuminated photodiode with a wide bandgap cap layer |
| US609317 | 1984-05-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60244078A true JPS60244078A (ja) | 1985-12-03 |
| JPH0799778B2 JPH0799778B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=24440272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60100357A Expired - Lifetime JPH0799778B2 (ja) | 1984-05-11 | 1985-05-11 | 広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオード |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4608586A (ja) |
| EP (1) | EP0181391B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0799778B2 (ja) |
| CA (1) | CA1225730A (ja) |
| DE (1) | DE3571727D1 (ja) |
| WO (1) | WO1985005498A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0758774B2 (ja) * | 1984-10-26 | 1995-06-21 | 工業技術院長 | 半導体装置 |
| JPS61172381A (ja) * | 1984-12-22 | 1986-08-04 | Fujitsu Ltd | ＩｎＰ系化合物半導体装置 |
| GB8609190D0 (en) * | 1986-04-15 | 1986-05-21 | British Telecomm | Semiconductor devices |
| GB8703592D0 (en) * | 1987-02-17 | 1987-03-25 | British Telecomm | Capping layer fabrication |
| US4970567A (en) * | 1987-11-23 | 1990-11-13 | Santa Barbara Research Center | Method and apparatus for detecting infrared radiation |
| US4897711A (en) * | 1988-03-03 | 1990-01-30 | American Telephone And Telegraph Company | Subassembly for optoelectronic devices |
| US5179430A (en) * | 1988-05-24 | 1993-01-12 | Nec Corporation | Planar type heterojunction avalanche photodiode |
| US4954851A (en) * | 1988-05-26 | 1990-09-04 | Bell Communications Research Inc. | Schottky barrier on indium gallium arsenide |
| KR100254005B1 (ko) * | 1991-08-02 | 2000-04-15 | 가나이 쓰도무 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
| US5279974A (en) * | 1992-07-24 | 1994-01-18 | Santa Barbara Research Center | Planar PV HgCdTe DLHJ fabricated by selective cap layer growth |
| US5818096A (en) * | 1996-04-05 | 1998-10-06 | Nippon Telegraph And Telephone Corp. | Pin photodiode with improved frequency response and saturation output |
| JP4038669B2 (ja) * | 2002-10-15 | 2008-01-30 | 住友電気工業株式会社 | 光受信器及びその製造方法 |
| DE102004023303B4 (de) * | 2004-03-31 | 2008-10-30 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Pin-Photodiode mit einer Mantelschicht mit einer großen Bandlücke |
| KR101321280B1 (ko) * | 2004-12-07 | 2013-10-25 | 피코메트릭스 엘엘씨 | 광도전 장치 |
| JP6295693B2 (ja) | 2014-02-07 | 2018-03-20 | ソニー株式会社 | 撮像装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2319980A1 (fr) * | 1975-07-28 | 1977-02-25 | Radiotechnique Compelec | Dispositif optoelectronique semi-conducteur reversible |
| DE3135462A1 (de) * | 1981-09-08 | 1983-09-01 | AEG-Telefunken Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Monolithische eingangsstufe eines optischen empfaengers |
-
1984
- 1984-05-11 US US06/609,317 patent/US4608586A/en not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-04-26 WO PCT/US1985/000771 patent/WO1985005498A1/en active IP Right Grant
- 1985-04-26 EP EP85902736A patent/EP0181391B1/en not_active Expired
- 1985-04-26 DE DE8585902736T patent/DE3571727D1/de not_active Expired
- 1985-04-30 CA CA000480389A patent/CA1225730A/en not_active Expired
- 1985-05-11 JP JP60100357A patent/JPH0799778B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1985005498A1 (en) | 1985-12-05 |
| JPH0799778B2 (ja) | 1995-10-25 |
| CA1225730A (en) | 1987-08-18 |
| EP0181391B1 (en) | 1989-07-19 |
| EP0181391A1 (en) | 1986-05-21 |
| US4608586A (en) | 1986-08-26 |
| DE3571727D1 (en) | 1989-08-24 |
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