JPS6086877A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPS6086877A JPS6086877A JP58194247A JP19424783A JPS6086877A JP S6086877 A JPS6086877 A JP S6086877A JP 58194247 A JP58194247 A JP 58194247A JP 19424783 A JP19424783 A JP 19424783A JP S6086877 A JPS6086877 A JP S6086877A
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体光検出器に係シ、特に高感度の実現に好
適な受光素子に関する。
適な受光素子に関する。
第１図に示す様にプレーナ型構造が提案されておυ、メ
サ型構造素子に比べて安定な動作が得られると期待され
ている。しかし、化合物半導体のへテロ構造を利用した
受光素子では、次に述べるような欠点がある。
サ型構造素子に比べて安定な動作が得られると期待され
ている。しかし、化合物半導体のへテロ構造を利用した
受光素子では、次に述べるような欠点がある。
第１図においてたとえば１はｎ“型ＩｎＰ基板、２はｎ
４ｒ型Ｉｒ１Ｐ層、３はｎ型Ｉ！ＩＧａＡＳＰ層、４は
ｎｌｌＩｎＰ層、６はｐ型ＩｎＧａＡＳ なる拡散層、
７は絶縁膜、８はｐ型電極、９はｎｕ電極である。
４ｒ型Ｉｒ１Ｐ層、３はｎ型Ｉ！ＩＧａＡＳＰ層、４は
ｎｌｌＩｎＰ層、６はｐ型ＩｎＧａＡＳ なる拡散層、
７は絶縁膜、８はｐ型電極、９はｎｕ電極である。
光は基板と反対側から入射される。
第１図に示す例では、禁止帯幅の大きい第４゜第６の物
質を透過してきた入射光を禁止帯幅の小さい第３の物質
で吸収し、発生した光励起キャリアを禁止帯幅の大きい
第４の領域内に形成された接合に集める素子構造となっ
ている。しかし、この場合発生したキャリアの寿命及び
第３と第４の物質の禁止帯幅の異なシに起因したエネル
ギー障壁のため、接合への光励起キャリアの集収効率は
する様な動作状態が必要となる。このため、光電流とバ
イアス電圧との一般的な関係は第２図に示す様な振舞を
示す。第３の領域と接合の距離ｔが長い程、及び第３の
領域の不純物濃度が高い程度光電流が大きくなシ始める
バイアス電圧は大きくなる。従って、こうした素子を動
作させる場合には、必らずある程度のバイアス電圧を印
加する必要があシ、零バイアス電圧に近い低バイアス動
作での要求には応じることができない欠点がある。
質を透過してきた入射光を禁止帯幅の小さい第３の物質
で吸収し、発生した光励起キャリアを禁止帯幅の大きい
第４の領域内に形成された接合に集める素子構造となっ
ている。しかし、この場合発生したキャリアの寿命及び
第３と第４の物質の禁止帯幅の異なシに起因したエネル
ギー障壁のため、接合への光励起キャリアの集収効率は
する様な動作状態が必要となる。このため、光電流とバ
イアス電圧との一般的な関係は第２図に示す様な振舞を
示す。第３の領域と接合の距離ｔが長い程、及び第３の
領域の不純物濃度が高い程度光電流が大きくなシ始める
バイアス電圧は大きくなる。従って、こうした素子を動
作させる場合には、必らずある程度のバイアス電圧を印
加する必要があシ、零バイアス電圧に近い低バイアス動
作での要求には応じることができない欠点がある。
本発明の目的は、前述した欠点を除去することによシ、
無バイアス電圧でも高感度な受光素子を提供することに
ある。
無バイアス電圧でも高感度な受光素子を提供することに
ある。
第３図に示す様に光吸収領域となる禁止帯幅の小さい物
質１３と光の窓層となる禁止帯幅の大きい物質１４の境
界に選択的に形成された領域１６の先端が到達するよう
形成し、ｐｎ接合が光吸収領域となる領域１３と接して
形成される受光素子構造を特徴とする。
質１３と光の窓層となる禁止帯幅の大きい物質１４の境
界に選択的に形成された領域１６の先端が到達するよう
形成し、ｐｎ接合が光吸収領域となる領域１３と接して
形成される受光素子構造を特徴とする。
本発明による具体的実施例の一つを第３図に示し、その
構造と製造方法を説明する。
構造と製造方法を説明する。
約ｌ Ｏ” ｃｍ−”以上の高不純物濃度のｎ“型Ｉｎ
Ｐ基板１１上に公知の液相エピタキシャル成長法により
、不純物濃度が５ Ｘ １０”ｃｍ−３、厚さ１．５μ
ｍのｎ型ＩｎＰ層１２を形成し、続いて不純物濃度が３
Ｘ １０”ｃｍ−”厚さ１．５ ｐ ｍのｎ型Ｉ ｎ
ｏ、ａｓＧ ａ ０．１＋９ Ａ ｓ ｏ、ｓｓ Ｐ
ｏ、ｔｔ層１３を形成する。引続いて不純物濃度が５
Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ層
１４を形成し、最後に不純物濃度３ Ｘ １０” ｃｍ
−” 、厚さ０．２μｍのｎ形Ｉｎｏ、ｅＧ ａ ｏ、
ｌＡ ｓ ｏ、ｔ Ｐｏ、＠層１５を連続的に形成す
る。
Ｐ基板１１上に公知の液相エピタキシャル成長法により
、不純物濃度が５ Ｘ １０”ｃｍ−３、厚さ１．５μ
ｍのｎ型ＩｎＰ層１２を形成し、続いて不純物濃度が３
Ｘ １０”ｃｍ−”厚さ１．５ ｐ ｍのｎ型Ｉ ｎ
ｏ、ａｓＧ ａ ０．１＋９ Ａ ｓ ｏ、ｓｓ Ｐ
ｏ、ｔｔ層１３を形成する。引続いて不純物濃度が５
Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ層
１４を形成し、最後に不純物濃度３ Ｘ １０” ｃｍ
−” 、厚さ０．２μｍのｎ形Ｉｎｏ、ｅＧ ａ ｏ、
ｌＡ ｓ ｏ、ｔ Ｐｏ、＠層１５を連続的に形成す
る。
Ａｔ９０３及びＳ １０２膜を周知の気相化学反応法に
よって形成した後、周知の選択ホトエツチング法によっ
て不必要部のＡＴＯｓ 及び５ｊＣｈ膜を除去した後、
更に半導体層１５の対応領域を除去する。
よって形成した後、周知の選択ホトエツチング法によっ
て不必要部のＡＴＯｓ 及び５ｊＣｈ膜を除去した後、
更に半導体層１５の対応領域を除去する。
上記絶縁膜を拡散マスクとして公知の拡散法によって、
ｚｎあるいはｃｄ等の不純物を半導体層１４及び１５中
に導入し、拡散領域１６を形成する。接合は光吸収領域
となる領域１３と接して形成される。次に、拡散マスク
として用いた絶縁膜を除去した後、公知の方法によって
ｓｉｏ、膜を形成する。公知の選択的ホトエツチングに
よって不要部の８１（ｈを除いた後、表面保護膜１７が
得られる。尚、反射防止膜１７′は表面保護膜を適用す
るか、あるいは反射防止帯として波長に適した厚さの５
ｉｏｌるいは８ｊｓＮ４を再度形成して適用した。この
後、表面電極１８、及び裏面電極１９を形成した。本素
子はステムにマウントされた。
ｚｎあるいはｃｄ等の不純物を半導体層１４及び１５中
に導入し、拡散領域１６を形成する。接合は光吸収領域
となる領域１３と接して形成される。次に、拡散マスク
として用いた絶縁膜を除去した後、公知の方法によって
ｓｉｏ、膜を形成する。公知の選択的ホトエツチングに
よって不要部の８１（ｈを除いた後、表面保護膜１７が
得られる。尚、反射防止膜１７′は表面保護膜を適用す
るか、あるいは反射防止帯として波長に適した厚さの５
ｉｏｌるいは８ｊｓＮ４を再度形成して適用した。この
後、表面電極１８、及び裏面電極１９を形成した。本素
子はステムにマウントされた。
以下に本実施例の構成及び動作を説明する。本実施例で
は禁止帯幅が狭い領域１３が禁止帯幅の広い領域によっ
てはさまれているため、入射光は領域１３中で吸収され
る。また、表面層はリン（Ｐ）の蒸発によって表面が荒
れ易いＩｎＰに代って禁止帯幅の広いＩｆｌＧ、ａＡＳ
Ｐ層で形成され、その上に表面保護用の絶縁膜が形成さ
れているため、界面での特性が安定となシ、暗電流の低
減に好適である。また、ｐｎ接合は前述した様に領域１
３と接しているため、無バイアス電圧でも感度が得られ
る。接合周辺は禁止帯幅の大きい物質内にあるため、暗
電流は小さくなる。また、接合から拡延する空乏層は領
域１３から不純物濃度の小さい領域１２まで伸びること
ができるため、容量は小さくなシ、高速化に適している
。
は禁止帯幅が狭い領域１３が禁止帯幅の広い領域によっ
てはさまれているため、入射光は領域１３中で吸収され
る。また、表面層はリン（Ｐ）の蒸発によって表面が荒
れ易いＩｎＰに代って禁止帯幅の広いＩｆｌＧ、ａＡＳ
Ｐ層で形成され、その上に表面保護用の絶縁膜が形成さ
れているため、界面での特性が安定となシ、暗電流の低
減に好適である。また、ｐｎ接合は前述した様に領域１
３と接しているため、無バイアス電圧でも感度が得られ
る。接合周辺は禁止帯幅の大きい物質内にあるため、暗
電流は小さくなる。また、接合から拡延する空乏層は領
域１３から不純物濃度の小さい領域１２まで伸びること
ができるため、容量は小さくなシ、高速化に適している
。
本試作ｐｉｎホトダイオードの主な特性は、波長感度領
域１．０〜１．５５μｍ１量子効率６５チ（１，３μｍ
）、接合容量ｏ、’ｙｐｒ、暗電流１ｎＡ以下（ＩＯＶ
）である。第４図は本実施例のｐｉｎホトダイオードの
光電流と逆バイアス電圧の関係を示す。第２図と比較し
て明らかな様に、無バイアス電圧動作から大きな感度が
得られている。
域１．０〜１．５５μｍ１量子効率６５チ（１，３μｍ
）、接合容量ｏ、’ｙｐｒ、暗電流１ｎＡ以下（ＩＯＶ
）である。第４図は本実施例のｐｉｎホトダイオードの
光電流と逆バイアス電圧の関係を示す。第２図と比較し
て明らかな様に、無バイアス電圧動作から大きな感度が
得られている。
本実施例の効果を以下に説明する。
（ａ）ｐｎ接合を光吸収領域と窓層領域の境界に接して
形成することによシ、無バイアス電圧でも高い感度を得
ることができる。
形成することによシ、無バイアス電圧でも高い感度を得
ることができる。
（ｂ）禁止帯幅の大きい窓層を透過して、結晶内部の光
吸収領域で入射光が吸収されるため、高い感度を得るこ
とができる。
吸収領域で入射光が吸収されるため、高い感度を得るこ
とができる。
（Ｃ）ＩｎＧａＡｓ層と絶縁膜との界面巷性を用いるこ
とによシ、低暗電流化できる。
とによシ、低暗電流化できる。
（ｄ）前述した層構成にすることによシ、空乏層は領域
１３．１２に伸びることができるため、接合容量を小さ
くでき、素子の高速化に効果的である。
１３．１２に伸びることができるため、接合容量を小さ
くでき、素子の高速化に効果的である。
尚、本発明に於てはＩ １１ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ系材料
に関して実施例を示したが、光吸収領域がＩｎＧａＡＳ
であっても発明の本質に係わシはなく、更にはＧａｒｂ
−ＧａＡｔ’ＡｓＳｂ系材料等、他の化金材料導体を用
いた場合にも本発明の本質がそこなわれることはない。
に関して実施例を示したが、光吸収領域がＩｎＧａＡＳ
であっても発明の本質に係わシはなく、更にはＧａｒｂ
−ＧａＡｔ’ＡｓＳｂ系材料等、他の化金材料導体を用
いた場合にも本発明の本質がそこなわれることはない。
また、導電形が逆の場合においても、あるいは結晶成長
方法が異なる場合においても本発明の本質は保持される
。
方法が異なる場合においても本発明の本質は保持される
。
また、光入射を基板側から行なう場合についても本発明
を適用される。第５図にこうした例を示す。ｎ＋型Ｉｎ
Ｐ基板１１の上にたとえば周知の液相エピタキシャル成
長法によって数μｍ厚のｎ＋型ＩｎＰ層１２を形成する
。次に膜厚１．５μｍ１不純物濃度３ Ｘ １０ ”
ｃｍ−”のｎ ｍ Ｉ ｎｏ、ｓｔＧ ａ Ｏ，８９Ａ
Ｓａｇｓ Ｐ ｗｔｙ層１３を厚さ１．５ ｐ ｍに
形成する。引き続いて不純物濃度が５ＸＩＯ”ｍ−”、
厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ層１４を形成し、最後に不
純物濃度３Ｘ１０’−χ″３、厚さ０．２μｍのｎ型Ｉ
ｎｏ、ｓＧ ａｏ、＋ＡＳ’ｏ、＊Ｐｏ、ｓ層１５を
連続的に形成する。Ａ４０３及びｓｉｏ黛膜を周知の気
相化学反応法によって形成した後、周知の選択ホトエツ
チング法によって不必要部分のＡｔ２０ｇ 及びｓｉｏ
＊膜を除去し、更に半導体層１５の対応領域を除去する
。上記絶縁膜を拡散マスクとして７．ｎあるいはｃｄ等
の不純物を半導体層１４及び１５中に導入し、拡散領域
１６を形成する。接合は光吸収領域となる領域工３と接
して形成される。次に、拡散マスクとして用いた絶縁膜
を除去した後、公知の方法によってＳｔＯ，膜を形成す
る。公知の選択的ホトエツチングによって不要部の５ｉ
ｏｚを除いた後、表面保護膜１７が得られる。尚、反射
防止膜１７′は表面保護膜を適用するか、あるいは反射
防止帯として波長に適した厚さの５ｊ（ｈあるいは８１
ｓＮ＜ を再度形成して適用した。この後、表面電極１
８、及び裏面電極１９を形成した。この例においては電
極１８は全面に、他方電極１９は光入射のための開孔を
設けである。
を適用される。第５図にこうした例を示す。ｎ＋型Ｉｎ
Ｐ基板１１の上にたとえば周知の液相エピタキシャル成
長法によって数μｍ厚のｎ＋型ＩｎＰ層１２を形成する
。次に膜厚１．５μｍ１不純物濃度３ Ｘ １０ ”
ｃｍ−”のｎ ｍ Ｉ ｎｏ、ｓｔＧ ａ Ｏ，８９Ａ
Ｓａｇｓ Ｐ ｗｔｙ層１３を厚さ１．５ ｐ ｍに
形成する。引き続いて不純物濃度が５ＸＩＯ”ｍ−”、
厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ層１４を形成し、最後に不
純物濃度３Ｘ１０’−χ″３、厚さ０．２μｍのｎ型Ｉ
ｎｏ、ｓＧ ａｏ、＋ＡＳ’ｏ、＊Ｐｏ、ｓ層１５を
連続的に形成する。Ａ４０３及びｓｉｏ黛膜を周知の気
相化学反応法によって形成した後、周知の選択ホトエツ
チング法によって不必要部分のＡｔ２０ｇ 及びｓｉｏ
＊膜を除去し、更に半導体層１５の対応領域を除去する
。上記絶縁膜を拡散マスクとして７．ｎあるいはｃｄ等
の不純物を半導体層１４及び１５中に導入し、拡散領域
１６を形成する。接合は光吸収領域となる領域工３と接
して形成される。次に、拡散マスクとして用いた絶縁膜
を除去した後、公知の方法によってＳｔＯ，膜を形成す
る。公知の選択的ホトエツチングによって不要部の５ｉ
ｏｚを除いた後、表面保護膜１７が得られる。尚、反射
防止膜１７′は表面保護膜を適用するか、あるいは反射
防止帯として波長に適した厚さの５ｊ（ｈあるいは８１
ｓＮ＜ を再度形成して適用した。この後、表面電極１
８、及び裏面電極１９を形成した。この例においては電
極１８は全面に、他方電極１９は光入射のための開孔を
設けである。
本発明によれば、窓層となる禁止帯幅の大きい物質内に
選択的に形成されたｐｎ接合が結晶内部に形成された禁
止帯幅の小さい領域１３に接して構成されるため、無バ
イアス電圧から高い感度を得ることができる。
選択的に形成されたｐｎ接合が結晶内部に形成された禁
止帯幅の小さい領域１３に接して構成されるため、無バ
イアス電圧から高い感度を得ることができる。
第１図は従来の素子構造例を示す断面図、第２図は上記
従来素子の光電流と逆バイアス電圧関係の一例、第３図
および第５図は本発明による一実施例の素子構造の断面
図、第４図は本発明による素子の光電流と逆バイアス電
圧関係を示す特性図を示す。 １９１１−ｎ＋型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ４″型１１’
ＩＰ層、１２ ・ｎ型ＩｎＰ層、３ 、１３・ｎｆｆｌ
ＩｎＧａＡｓＰ層、４，１４・−・ｎ型ＩｎＰ層、６．
１６−・・ｐ型工ｎＱａＡｓ拡散層、７．１７．１７’
・・・絶縁膜、１５−ｎ型１ｎＧａＡｓＰ層、８．１
８−９型電極、９．１９・・・ｎ型電極。 冨 １ 図 第２図 １ノＶイア入電４足（Ｖ） 第３図 第 ５ 凹
従来素子の光電流と逆バイアス電圧関係の一例、第３図
および第５図は本発明による一実施例の素子構造の断面
図、第４図は本発明による素子の光電流と逆バイアス電
圧関係を示す特性図を示す。 １９１１−ｎ＋型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ４″型１１’
ＩＰ層、１２ ・ｎ型ＩｎＰ層、３ 、１３・ｎｆｆｌ
ＩｎＧａＡｓＰ層、４，１４・−・ｎ型ＩｎＰ層、６．
１６−・・ｐ型工ｎＱａＡｓ拡散層、７．１７．１７’
・・・絶縁膜、１５−ｎ型１ｎＧａＡｓＰ層、８．１
８−９型電極、９．１９・・・ｎ型電極。 冨 １ 図 第２図 １ノＶイア入電４足（Ｖ） 第３図 第 ５ 凹
Claims (1)
- 一方の導電形を示す第１の半導体上に第１の半導体層よ
シも禁止帯が広く、かつ一方の導電形を示す第２の半導
体層が設けられておシ、該第２の半導体上に一方の導電
形を示す第３の半導体層が設けられ、第３の半導体層上
第４の絶縁膜が設けられた層構成があシ、該Ｍ２及び第
３の半導体層の一部に他方の導電形を示す第５の領域を
選択的に設け、第２及び第３と第５の領域によってｐｎ
接合が形成された半導体装置において、第５の領域の先
端が第１と第２の領域の境界に接していることからなる
ことを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194247A JPS6086877A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194247A JPS6086877A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086877A true JPS6086877A (ja) | 1985-05-16 |
Family
ID=16321428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58194247A Pending JPS6086877A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6086877A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02231776A (ja) * | 1989-03-03 | 1990-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
| US5053837A (en) * | 1987-09-16 | 1991-10-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ingaas/inp type pin photodiodes |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58194247A patent/JPS6086877A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053837A (en) * | 1987-09-16 | 1991-10-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ingaas/inp type pin photodiodes |
| JPH02231776A (ja) * | 1989-03-03 | 1990-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
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