JPS6112087A - アバランシフオトダイオ−ド - Google Patents
アバランシフオトダイオ−ドInfo
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- JPS6112087A JPS6112087A JP59132351A JP13235184A JPS6112087A JP S6112087 A JPS6112087 A JP S6112087A JP 59132351 A JP59132351 A JP 59132351A JP 13235184 A JP13235184 A JP 13235184A JP S6112087 A JPS6112087 A JP S6112087A
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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
- 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】
（技術分野）
本発明は、光通信装置等において用いられる化合物半導
体受光素子に係シ、特にアバランシフォトダイオード（
以下、ＡＰＤと略称する）に関する。、 （従来技術） ＡＰＤは、高感度、高速応答の光検出器であシ、またｐ
ｎ接合をもつ半導体装置である。ＡＰＤなとの光検出器
ではこのｐｎ接合に対し逆方向の電圧を印加して使用す
る。そして、逆方向電圧を印加したときにおける受光部
での電界の均一性の程度が光検出器の信号対雑音比に大
きな影響を与える。高い増倍率を得るには、受光部に十
分な強度の電界を加えなければならないが、そのために
は受光部周辺での電界集中を押さえるガードリングが必
要である。
体受光素子に係シ、特にアバランシフォトダイオード（
以下、ＡＰＤと略称する）に関する。、 （従来技術） ＡＰＤは、高感度、高速応答の光検出器であシ、またｐ
ｎ接合をもつ半導体装置である。ＡＰＤなとの光検出器
ではこのｐｎ接合に対し逆方向の電圧を印加して使用す
る。そして、逆方向電圧を印加したときにおける受光部
での電界の均一性の程度が光検出器の信号対雑音比に大
きな影響を与える。高い増倍率を得るには、受光部に十
分な強度の電界を加えなければならないが、そのために
は受光部周辺での電界集中を押さえるガードリングが必
要である。
ＡＰＤは高利得の受光素子であるが、利得の増大は雑音
の増加を伴なう。従って、ＡＰＤには、信号対雑音比が
最高になる最適な増倍率が存在する。受光部で電界が均
一でないと、受光部内で位置に応じて増倍率が異なシ、
全体を最適な増倍率にできない。そこで、信号対雑音比
の優れたＡＰＤを得るには、受光部全体に電界が均一に
加わることが必要である。ガードリングは、プレーナ型
ＡＰＤで受光部全体に均一な電界を加え、受光部の均一
増倍を得るだめの方策として広く使われている。一般に
、ＡＰＤの逆方向なだれ降伏電圧はｐｎ接合の曲率が大
きい程小さくなる。ところが、プレーナ型の場合、薄く
て不純物濃度が高いｐ＋領賊を受光部に形成しなければ
ならないから、ｐｎ接合の平坦な受光部で均一増倍を得
るには、ガードリングを設け、受光部周囲の逆方向なだ
れ降伏電圧が十分高く取れる構造にする必要があるので
ある。
の増加を伴なう。従って、ＡＰＤには、信号対雑音比が
最高になる最適な増倍率が存在する。受光部で電界が均
一でないと、受光部内で位置に応じて増倍率が異なシ、
全体を最適な増倍率にできない。そこで、信号対雑音比
の優れたＡＰＤを得るには、受光部全体に電界が均一に
加わることが必要である。ガードリングは、プレーナ型
ＡＰＤで受光部全体に均一な電界を加え、受光部の均一
増倍を得るだめの方策として広く使われている。一般に
、ＡＰＤの逆方向なだれ降伏電圧はｐｎ接合の曲率が大
きい程小さくなる。ところが、プレーナ型の場合、薄く
て不純物濃度が高いｐ＋領賊を受光部に形成しなければ
ならないから、ｐｎ接合の平坦な受光部で均一増倍を得
るには、ガードリングを設け、受光部周囲の逆方向なだ
れ降伏電圧が十分高く取れる構造にする必要があるので
ある。
第１図は従来のＡＰＤの断面図である。この従来のＡＰ
Ｄ構造では、ｎ＋−ＩｎＰ基板１１の上にｎ−ＩｎＰバ
フ７７一層１２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ 光吸収層１３及び
ｎ −ＩｎＰ 層１４が単純な多層結晶成長で作ら
れている。ガードリンク１５は、亜鉛またはカドミウム
の熱拡散法あるいはベリリウムのイオン注入法などで形
成されている。符号１６は、受光部となるｐ＋領賊であ
る。本図に示すように、ガードリング１５のｐｎ接合の
位置は受光部（ｐ＋領領域１６のｐｎ接合と同一の層内
にあシ、傾斜接合にして降伏電圧が高く取れるようにし
てある。この傾斜接合は、長時間の熱拡散で作るのが一
般的である。ところが、第１図の層構造においては、層
厚や不純物濃度のばらつきや拡散温度のふらつき等によ
ってｐｎ接合の位置の制御は非常に難しく、適切な傾斜
接合を得るのが容易でなかった。特に、ｐｎ接合がバン
ドギャップの小さい光吸収層１３に極く近接する場合に
はガードリングの降伏電圧が極端に小さくなることは周
知である。従って、従来の化合物ＡＰＤでは、ガードリ
ングの降伏電圧が低く、受光部の増倍率が十分に高くで
きないし、その増倍率が均一でない場合が多かった。そ
こで、従来の化合物ＡＰＤでは、利得及び信号対雑音比
が高いものを歩留シよく得られなかった。
Ｄ構造では、ｎ＋−ＩｎＰ基板１１の上にｎ−ＩｎＰバ
フ７７一層１２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ 光吸収層１３及び
ｎ −ＩｎＰ 層１４が単純な多層結晶成長で作ら
れている。ガードリンク１５は、亜鉛またはカドミウム
の熱拡散法あるいはベリリウムのイオン注入法などで形
成されている。符号１６は、受光部となるｐ＋領賊であ
る。本図に示すように、ガードリング１５のｐｎ接合の
位置は受光部（ｐ＋領領域１６のｐｎ接合と同一の層内
にあシ、傾斜接合にして降伏電圧が高く取れるようにし
てある。この傾斜接合は、長時間の熱拡散で作るのが一
般的である。ところが、第１図の層構造においては、層
厚や不純物濃度のばらつきや拡散温度のふらつき等によ
ってｐｎ接合の位置の制御は非常に難しく、適切な傾斜
接合を得るのが容易でなかった。特に、ｐｎ接合がバン
ドギャップの小さい光吸収層１３に極く近接する場合に
はガードリングの降伏電圧が極端に小さくなることは周
知である。従って、従来の化合物ＡＰＤでは、ガードリ
ングの降伏電圧が低く、受光部の増倍率が十分に高くで
きないし、その増倍率が均一でない場合が多かった。そ
こで、従来の化合物ＡＰＤでは、利得及び信号対雑音比
が高いものを歩留シよく得られなかった。
（発明の目的）
゛本発明の目的は、利得及び信号対雑音比が高く、しか
も製造が容易なアバランシフォトダイオードの提供にあ
る。
も製造が容易なアバランシフォトダイオードの提供にあ
る。
（発明の構成）
本発明によるアバランシフォトダイオードの構成は、第
１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層よ）
不純物濃度が低くその第１の半導体層の上面に積層して
ある第１導電型の第２の半導体層と、この第２の半導体
層に部分的に形成してあるｐｎ接合と、このｐｎ接合の
周縁を含み前記第１の半導体層に到る領域に形成してあ
るガードリングとが備えてあり、このガードリングに囲
まれた前記第１の半導体層内に光吸収層があり、この光
吸収層は前記上面から離れていて前記ガードリングの底
より浅い位置にあることを特徴とする。
１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層よ）
不純物濃度が低くその第１の半導体層の上面に積層して
ある第１導電型の第２の半導体層と、この第２の半導体
層に部分的に形成してあるｐｎ接合と、このｐｎ接合の
周縁を含み前記第１の半導体層に到る領域に形成してあ
るガードリングとが備えてあり、このガードリングに囲
まれた前記第１の半導体層内に光吸収層があり、この光
吸収層は前記上面から離れていて前記ガードリングの底
より浅い位置にあることを特徴とする。
（実施例）
次に実施例を挙げ本発明の詳細な説明する。
第２図は本発明の一実施例の断面図である。本実施例で
は、不純物濃度の低いｎ型ＩｎＰ基板２０の受光部とな
る部分にエツチングによシ凹部が形成してアシ、この凹
部の中に、ｎ型ＩｎＰ バッファ一層２１．ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層２２゜ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ メルトバ
ック防止層２３及びｎ 。
は、不純物濃度の低いｎ型ＩｎＰ基板２０の受光部とな
る部分にエツチングによシ凹部が形成してアシ、この凹
部の中に、ｎ型ＩｎＰ バッファ一層２１．ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層２２゜ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ メルトバ
ック防止層２３及びｎ 。
型ＩｎＰｎクキ９フ２４が液相エピタキシャル成長法に
よ多積層してある。これら層２１〜２４からまる多層中
導体の全上面及び基板２０の上面の一部に比較的不純物
濃度の低いｎ型ＩｎＰ層２５が形成してある。また、ガ
ードリンク２６、受光部となるｐ＋領賊２７、表面保護
膜２’８、ｐ側電極２９及びｎ側電極３０が形成してあ
る。
よ多積層してある。これら層２１〜２４からまる多層中
導体の全上面及び基板２０の上面の一部に比較的不純物
濃度の低いｎ型ＩｎＰ層２５が形成してある。また、ガ
ードリンク２６、受光部となるｐ＋領賊２７、表面保護
膜２’８、ｐ側電極２９及びｎ側電極３０が形成してあ
る。
第３図（ａ）及び（ｂ）は、第２図実施例のウエノ・の
製造工程における中間製品の断面図である。この実施例
では、比較的不純物濃度ＮＤの低い（Ｎｏ〜８Ｘ１０１
５ｃｍ ”）ｎ型ＩｎＰ基板２０上に凹部を形成した後
、液相エピタキシャル成長法によシｎ型Ｉｎ’Ｐバッフ
ァ一層２１（ＮＤ〜ｌＸ１０１６””−Ｂｒ ０．３
μｍ ）、光吸収層となるｎ型ＩｎＧａＡｓ層２２
（ＮＤ 〜３ Ｘ １０１６ｃｍ−３，３μｍ ）、
メルトバック防止用ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３（ＮＤ〜
８Ｘ １０１１Ｉｃｍ−３，０，２ｉｔｍ ） 、ｎ型
ＩｎＰキーｙップ層２４（ＮＤ〜８Ｘ１０ Ｃｍ
、Ｑ、５μｍ）、を順次に結晶成長し、本図ｔａ）の構
造にする。次に、気相エピタキシャル成長法によシキャ
ップＮｌＩ２４と同程度あるいはそれ以下の不純物濃度
を有するｎ型ＩｎＰ層２５（約３μｍ）を結晶成長し、
本図（ｂ）の構造にする。
製造工程における中間製品の断面図である。この実施例
では、比較的不純物濃度ＮＤの低い（Ｎｏ〜８Ｘ１０１
５ｃｍ ”）ｎ型ＩｎＰ基板２０上に凹部を形成した後
、液相エピタキシャル成長法によシｎ型Ｉｎ’Ｐバッフ
ァ一層２１（ＮＤ〜ｌＸ１０１６””−Ｂｒ ０．３
μｍ ）、光吸収層となるｎ型ＩｎＧａＡｓ層２２
（ＮＤ 〜３ Ｘ １０１６ｃｍ−３，３μｍ ）、
メルトバック防止用ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３（ＮＤ〜
８Ｘ １０１１Ｉｃｍ−３，０，２ｉｔｍ ） 、ｎ型
ＩｎＰキーｙップ層２４（ＮＤ〜８Ｘ１０ Ｃｍ
、Ｑ、５μｍ）、を順次に結晶成長し、本図ｔａ）の構
造にする。次に、気相エピタキシャル成長法によシキャ
ップＮｌＩ２４と同程度あるいはそれ以下の不純物濃度
を有するｎ型ＩｎＰ層２５（約３μｍ）を結晶成長し、
本図（ｂ）の構造にする。
本実施例の構造では、層２１〜２４からなる多層半導体
が凹部を全部埋め尽していないことが一つの特徴である
。埋め込みに液相エピタキシャル成長法を使うから、凹
部のみに結晶成長が可能である。また、ｎ型ＩｎＰ層２
５の気相エピタキシャル成長の際に、凹部の縁をなす部
分３１（エツジ部分）の基板２０がエツチングされて、
本図（ｂ）に符号３２で示すようにエツジが丸みを帯び
る現象によシ、低転位の成長層２５が得られる。このよ
うに、本実施例では、光吸収層２２が受光部のみにアシ
、かつＩイクロプラズマが生じない。
が凹部を全部埋め尽していないことが一つの特徴である
。埋め込みに液相エピタキシャル成長法を使うから、凹
部のみに結晶成長が可能である。また、ｎ型ＩｎＰ層２
５の気相エピタキシャル成長の際に、凹部の縁をなす部
分３１（エツジ部分）の基板２０がエツチングされて、
本図（ｂ）に符号３２で示すようにエツジが丸みを帯び
る現象によシ、低転位の成長層２５が得られる。このよ
うに、本実施例では、光吸収層２２が受光部のみにアシ
、かつＩイクロプラズマが生じない。
次に、ガードリング２６は、亜鉛あるいはカドミウムの
長時間熱拡散法あるいはベリリウムのイオン注入法など
によシ傾斜型ｐｎ接合になるように形成する。受光部の
ｐ 領域２７は、亜鉛あるいは′カドミウムの短時間熱
拡散法によシ階段接合となるように形成する。その後、
表面保護膜２８として５ｉＱｚ膜あるいは８ｉＮ膜を形
成し、ｐ側電極２９として金−亜鉛電極、ｎ側電極３０
として金−ゲルマニウム電極を形成して、第２図に示す
ＡＰＤができあがる。
長時間熱拡散法あるいはベリリウムのイオン注入法など
によシ傾斜型ｐｎ接合になるように形成する。受光部の
ｐ 領域２７は、亜鉛あるいは′カドミウムの短時間熱
拡散法によシ階段接合となるように形成する。その後、
表面保護膜２８として５ｉＱｚ膜あるいは８ｉＮ膜を形
成し、ｐ側電極２９として金−亜鉛電極、ｎ側電極３０
として金−ゲルマニウム電極を形成して、第２図に示す
ＡＰＤができあがる。
本実施例の構造では、ガードリング２６のｐｎ接合がｎ
型ＩｎＰ中にあるとともに、逆方向電圧印加時に拡がる
空乏領域は受光部周囲において常にｎ型ＩｎＰ中にある
から、受光部がガードリング部よシ十分に低い電圧でな
だれ降伏を起こす条件を満足することが容易である。こ
の実施例では、バンドギャップの小さい光吸収層が受光
部のみに形成してあシ、ガードリング２６の下側にはな
いから、受光部で大きな増倍率を得ることができる。
型ＩｎＰ中にあるとともに、逆方向電圧印加時に拡がる
空乏領域は受光部周囲において常にｎ型ＩｎＰ中にある
から、受光部がガードリング部よシ十分に低い電圧でな
だれ降伏を起こす条件を満足することが容易である。こ
の実施例では、バンドギャップの小さい光吸収層が受光
部のみに形成してあシ、ガードリング２６の下側にはな
いから、受光部で大きな増倍率を得ることができる。
また、比較的不純物濃度の低いｎ型ＩｎＰ層２５をｐｎ
接合に隣接することにより受光部において深さ方向に電
界がなだらかに変化する領域を導入することで低雑音化
が可能になっている。また、本実施例では、低転位な埋
め込み結晶の成長が可能であるから、マイクロプラズマ
による雑音が発生し難くいし、高い倍増率を得ることが
できる。
接合に隣接することにより受光部において深さ方向に電
界がなだらかに変化する領域を導入することで低雑音化
が可能になっている。また、本実施例では、低転位な埋
め込み結晶の成長が可能であるから、マイクロプラズマ
による雑音が発生し難くいし、高い倍増率を得ることが
できる。
さらに、本実施例の構造では、ガードリングの゛ｐｎ接
合の位置の多層の変動は、ガードリングの降伏電圧に影
響しないから、本実施例は製造が容易であシ歩留が第１
図の従来例に比べて格段によい。
合の位置の多層の変動は、ガードリングの降伏電圧に影
響しないから、本実施例は製造が容易であシ歩留が第１
図の従来例に比べて格段によい。
なお、実施例ではＩｎＰ系の材料を用いたが、本発明は
Ｇ ａ Ａ ｓ系、Ｇａｒｂ系等、他の半導体材料を用
いても実現できることは言うまでもない。
Ｇ ａ Ａ ｓ系、Ｇａｒｂ系等、他の半導体材料を用
いても実現できることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、利得及び信号対
雑音比が高く、シかも製造が容易なアバランシフォトダ
イオードが提供できる。従って、本発明によれば、高性
能なアバランシフォトダイオードが高い歩留シで得られ
る。
雑音比が高く、シかも製造が容易なアバランシフォトダ
イオードが提供できる。従って、本発明によれば、高性
能なアバランシフォトダイオードが高い歩留シで得られ
る。
第１図は従来のアバランシフォトダイオードの断面図、
第２図は本発明の一実施例の断面図、第３図（ａ）及び
（ｂ）はその実施例の製造工程における中間製品の断面
図である。 １１．２０・・・・・・ｎ型ＩｎＰ基板、１２．２１・
・・°°°ｎ型ＩｎＰ／（、ｙファ層、１３．２２・・
・・・・ｎ型ＩｎＧａＡｓ 光吸収層、１４−−−−
−− ｆｌ型ＩｎＰ層、１５゜２６・・・・・・ガード
リング、１６．２７・・・・・・ｐ＋領領域１７．２８
・・・・・・表面保護膜、１８．２９・・・・・・ｐ側
電極、１９．３０・・・・・・ｎ側電極、２３・・・・
・・ｎ型ＩｎＧａＡｓＰメルトバック防止層、２４・・
・・・・ｎ型ＩｎＰキャップ層、２５・・・・・・不純
物濃度の低いｎ型Ｉｎ２層。 第 ／ 図 茅 ３Ｉ！Ｉ
第２図は本発明の一実施例の断面図、第３図（ａ）及び
（ｂ）はその実施例の製造工程における中間製品の断面
図である。 １１．２０・・・・・・ｎ型ＩｎＰ基板、１２．２１・
・・°°°ｎ型ＩｎＰ／（、ｙファ層、１３．２２・・
・・・・ｎ型ＩｎＧａＡｓ 光吸収層、１４−−−−
−− ｆｌ型ＩｎＰ層、１５゜２６・・・・・・ガード
リング、１６．２７・・・・・・ｐ＋領領域１７．２８
・・・・・・表面保護膜、１８．２９・・・・・・ｐ側
電極、１９．３０・・・・・・ｎ側電極、２３・・・・
・・ｎ型ＩｎＧａＡｓＰメルトバック防止層、２４・・
・・・・ｎ型ＩｎＰキャップ層、２５・・・・・・不純
物濃度の低いｎ型Ｉｎ２層。 第 ／ 図 茅 ３Ｉ！Ｉ
Claims (1)
- 第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層
より不純物濃度が低くその第１の半導体層の上面に積層
してある第１導電型の第２の半導体層と、この第２の半
導体層に部分的に形成してあるｐｎ接合と、このｐｎ接
合の周縁を含み前記第１の半導体層に到る領域に形成し
てあるガードリングとが備えてあり、このガードリング
に囲まれた前記第１の半導体層内に光吸収層があり、こ
の光吸収層は前記上面から離れていて前記ガードリング
の底より浅い位置にあることを特徴とするアバランシフ
ォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59132351A JPS6112087A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | アバランシフオトダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59132351A JPS6112087A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | アバランシフオトダイオ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6112087A true JPS6112087A (ja) | 1986-01-20 |
Family
ID=15079323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59132351A Pending JPS6112087A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | アバランシフオトダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6112087A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4876209A (en) * | 1988-01-06 | 1989-10-24 | U.S.C. | Method of making avalanche photodiode |
| DE102018122425A1 (de) | 2017-10-12 | 2019-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fahrzeugvorderteilstruktur |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP59132351A patent/JPS6112087A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4876209A (en) * | 1988-01-06 | 1989-10-24 | U.S.C. | Method of making avalanche photodiode |
| DE102018122425A1 (de) | 2017-10-12 | 2019-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fahrzeugvorderteilstruktur |
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