JPS6138872B2 - - Google Patents
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- JPS6138872B2 JPS6138872B2 JP54128893A JP12889379A JPS6138872B2 JP S6138872 B2 JPS6138872 B2 JP S6138872B2 JP 54128893 A JP54128893 A JP 54128893A JP 12889379 A JP12889379 A JP 12889379A JP S6138872 B2 JPS6138872 B2 JP S6138872B2
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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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, 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 or surface barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はヘテロ接合を有するアバランシエ・ホ
ト・ダイオードに関するものである。
ト・ダイオードに関するものである。
各種の半導体光検出器の中でも、アバランシ
エ・ホト・ダイオード（以下「APD」と略す）
は、高感度、広帯域な特性を有する受光素子であ
り、光通信用部品として広く用いられている。
エ・ホト・ダイオード（以下「APD」と略す）
は、高感度、広帯域な特性を有する受光素子であ
り、光通信用部品として広く用いられている。
APDはpn接合に逆バイアス電圧を加えて、高
電界下でなだれ増倍を生じさせて光電流の増幅を
行なうものである。このため光電流のなだれ増倍
が起こる前に、光検出領域の周辺部に電界が集中
し、そこでブレークダウンを起こすという欠点を
もつている。
電界下でなだれ増倍を生じさせて光電流の増幅を
行なうものである。このため光電流のなだれ増倍
が起こる前に、光検出領域の周辺部に電界が集中
し、そこでブレークダウンを起こすという欠点を
もつている。
第１図は上述したブレークダウンを起こす光検
出領域の周辺部を説明するためにAPDの基本的
構造を示したもので、ａは1/2に切断したものの
斜視図であり、ｂは断面図である。図において、
１は高濃度ｎ形半導体基板、２は低濃度ｎ形半導
体、３は高濃度ｐ形半導体による光検出領域であ
り、２とpn接合を形成する。４は絶縁体、５，
６は電極金属である。図中、矢印で示した７の部
分が問題となるブレークダウンを起こす部分であ
り、光検出領域のうちでpn接合の曲率が大きな
部分である。
出領域の周辺部を説明するためにAPDの基本的
構造を示したもので、ａは1/2に切断したものの
斜視図であり、ｂは断面図である。図において、
１は高濃度ｎ形半導体基板、２は低濃度ｎ形半導
体、３は高濃度ｐ形半導体による光検出領域であ
り、２とpn接合を形成する。４は絶縁体、５，
６は電極金属である。図中、矢印で示した７の部
分が問題となるブレークダウンを起こす部分であ
り、光検出領域のうちでpn接合の曲率が大きな
部分である。
従来から上述の欠点を解決するために、特に
GeやSiによる一元のAPDにみられるように光検
出領域の周辺にガードリングと呼ばれる環状層を
設けたAPDが提案されている。第２図はこの従
来例を示すAPDの断面図である。図において、
８がｐ形半導体からなるガードリングである。他
の参照数字は第１図と同じであるので説明は省略
する。この従来例では、ガードリング８のキヤリ
ア濃度を光検出領域３のキヤリア濃度に比べて低
くすることにより、ガードリング８での電界を下
げ、光電流増倍時に光検出領域３の周辺部でブレ
ークダウンが起こらないようにしている。
GeやSiによる一元のAPDにみられるように光検
出領域の周辺にガードリングと呼ばれる環状層を
設けたAPDが提案されている。第２図はこの従
来例を示すAPDの断面図である。図において、
８がｐ形半導体からなるガードリングである。他
の参照数字は第１図と同じであるので説明は省略
する。この従来例では、ガードリング８のキヤリ
ア濃度を光検出領域３のキヤリア濃度に比べて低
くすることにより、ガードリング８での電界を下
げ、光電流増倍時に光検出領域３の周辺部でブレ
ークダウンが起こらないようにしている。
一方最近では、光通信に有効な波長帯として１
〜1.7μｍ帯が注目され、これに使用されるAPD
としてIn1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.5y、かつ
０≦ｙ≦１）の組成式で表わされる四元又は三元
のAPDが作製されるようになつた。この
In1-xGaxAsyP1-y系のAPDにおいても光検出領域
の周辺部でブレークダウンを起こしやすいという
問題は存在している。この問題を解決する一つの
方法として、第２図に示した従来例と同様にガー
ドリングを設けることが考えられる。しかしなが
ら、In1-xGaxAsyP1-y系においては、低濃度のｐ
形領域を形成することが極めて困難であり、光検
出領域とガードリングのキヤリア濃度差を充分と
れず、ガードリングのうち特にpn接合の曲率の
大きな部に電界が集中し、そこでブレークダウン
を起こしてしまう欠点がある。
〜1.7μｍ帯が注目され、これに使用されるAPD
としてIn1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.5y、かつ
０≦ｙ≦１）の組成式で表わされる四元又は三元
のAPDが作製されるようになつた。この
In1-xGaxAsyP1-y系のAPDにおいても光検出領域
の周辺部でブレークダウンを起こしやすいという
問題は存在している。この問題を解決する一つの
方法として、第２図に示した従来例と同様にガー
ドリングを設けることが考えられる。しかしなが
ら、In1-xGaxAsyP1-y系においては、低濃度のｐ
形領域を形成することが極めて困難であり、光検
出領域とガードリングのキヤリア濃度差を充分と
れず、ガードリングのうち特にpn接合の曲率の
大きな部に電界が集中し、そこでブレークダウン
を起こしてしまう欠点がある。
本発明は、上述の欠点に鑑みなされたもので、
光検出領域のうちpn接合の曲率の大なる部分を
禁制帯幅の大きな半導体中に形成することによ
り、そこでのブレークダウン電圧を大きくせしめ
ブレークダウンを有効に防ぐことができるように
したアバランシエ・ホト・ダイオードを提供する
ものである。
光検出領域のうちpn接合の曲率の大なる部分を
禁制帯幅の大きな半導体中に形成することによ
り、そこでのブレークダウン電圧を大きくせしめ
ブレークダウンを有効に防ぐことができるように
したアバランシエ・ホト・ダイオードを提供する
ものである。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第３図は本発明の一実施例であるAPDの断面
を示す図であり、１０はn+−InP基板、１１はｎ
−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.5y、かつ０≦
ｙ≦１）層、１２はｐ−In1-xGaxAsyP1-y層、１
３は１１と１２で形成する光検出領域となるpn
接合面、１４はｐ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ
≦0.05q、かつ０≦ｑ≦１）層、１５はｎ−
In1-pGapAsqP1-q層、１６は絶縁体、１７，１８
は電極金属である。またIn1-pGapAsqP1-q層１
４，１５の禁制帯幅をIn1-xGaxAsyP1-y層１１，
１２の禁制帯幅より大きくとつてある。本発明の
特徴は、第１図に示したAPDの基本的な構造と
比較することにより明らかなように、光検出領域
のうちpn接合の曲率の大なる部分（第１図では
符号７で示し、第３図では符号１９で示してあ
る）を禁制帯幅の大きな半導体の中に形成したこ
とにある。一般に他の条件が同一であれば禁制帯
幅の大きな半導体のブレークダウン電圧は、禁制
帯幅の小さな半導体のブレークダウン電圧より大
きいことが知られている。従つて、第３図の実施
例のような構造にすることによつて、
In1-pGapAsqP1-q層である層１４と層１５で形成
されるpn接合２０は、光検出領域となる
In1-xGaxAsyP1-y層である層１１と層１２で形成
されるpn接合１３に比べてブレークダウン電圧
が大きくなり実質的にガードリング効果を有する
こととなる。
を示す図であり、１０はn+−InP基板、１１はｎ
−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.5y、かつ０≦
ｙ≦１）層、１２はｐ−In1-xGaxAsyP1-y層、１
３は１１と１２で形成する光検出領域となるpn
接合面、１４はｐ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ
≦0.05q、かつ０≦ｑ≦１）層、１５はｎ−
In1-pGapAsqP1-q層、１６は絶縁体、１７，１８
は電極金属である。またIn1-pGapAsqP1-q層１
４，１５の禁制帯幅をIn1-xGaxAsyP1-y層１１，
１２の禁制帯幅より大きくとつてある。本発明の
特徴は、第１図に示したAPDの基本的な構造と
比較することにより明らかなように、光検出領域
のうちpn接合の曲率の大なる部分（第１図では
符号７で示し、第３図では符号１９で示してあ
る）を禁制帯幅の大きな半導体の中に形成したこ
とにある。一般に他の条件が同一であれば禁制帯
幅の大きな半導体のブレークダウン電圧は、禁制
帯幅の小さな半導体のブレークダウン電圧より大
きいことが知られている。従つて、第３図の実施
例のような構造にすることによつて、
In1-pGapAsqP1-q層である層１４と層１５で形成
されるpn接合２０は、光検出領域となる
In1-xGaxAsyP1-y層である層１１と層１２で形成
されるpn接合１３に比べてブレークダウン電圧
が大きくなり実質的にガードリング効果を有する
こととなる。
以上の説明から明らかなように、第３図の中で
ｌで示した層１４の幅は、pn接合の曲率の大な
る部分１９を層１４および層１５の中に包含する
という条件を満す限り任意に選ぶことができる。
ｌで示した層１４の幅は、pn接合の曲率の大な
る部分１９を層１４および層１５の中に包含する
という条件を満す限り任意に選ぶことができる。
また第３図の実施例によれば、禁制帯幅の大き
な半導体のpn接合は暗電流が小さいので、光検
出領域の周辺部の暗電流を小さくすることができ
る効果が得られる。
な半導体のpn接合は暗電流が小さいので、光検
出領域の周辺部の暗電流を小さくすることができ
る効果が得られる。
次に第４図に示した本発明の他の実施例につい
て説明する。第４図の実施例においては、層１１
を層１５中に形成するような構造としたものであ
り、他の層の構造および本実施例の目的は第３図
の実施例と全く同じである。
て説明する。第４図の実施例においては、層１１
を層１５中に形成するような構造としたものであ
り、他の層の構造および本実施例の目的は第３図
の実施例と全く同じである。
さらに第５図と第６図には本発明の他の実施例
として量子効率を高めることのできるAPDの構
造を示した。第５図は第３図の実施例に対応する
ものであり、第６図は第４図の実施例に対応する
ものであるが、共に光検出を行なう領域である層
１２の上に層１２の禁制帯幅よりも大なる禁制帯
幅を有する半導体よりなるIn1-nGanAsoP1-o
（0.42n≦ｎ≦0.50n、かつ０≦ｎ≦１）層２１を
形成したものであり、他は第３図および第４図の
実施例と同じである。
として量子効率を高めることのできるAPDの構
造を示した。第５図は第３図の実施例に対応する
ものであり、第６図は第４図の実施例に対応する
ものであるが、共に光検出を行なう領域である層
１２の上に層１２の禁制帯幅よりも大なる禁制帯
幅を有する半導体よりなるIn1-nGanAsoP1-o
（0.42n≦ｎ≦0.50n、かつ０≦ｎ≦１）層２１を
形成したものであり、他は第３図および第４図の
実施例と同じである。
次に本発明によるAPDの製造方法について説
明する。
明する。
まず第３図の実施例のアバランシエ・ホト・ダ
イオードを製作する場合には、第７図に示すよう
に、n+−InP基板１０の上に液相エピタキシヤル
法により、ｎ−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦
0.50y、かつ０≦ｙ≦１）層１１を成長し、この
上にSiO2膜１６を気相化学反応等で堆積する
(a)。光検出領域となる部分上のSiO2膜を残して
他のSiO2膜を除去し(b)、その後In1-xGaxAsyP1-y
層１１をSiO2膜１６をマスクとして一部分エツ
チングする(c)。このウエハー上に、SiO2膜１６
をマスクとしてｎ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ
≦0.50q、かつ０≦ｑ≦１）層１５を選択的に成
長した後(d)、SiO2膜１６を除去し、再びSiO2膜
１６をつけてから光検出領域およびそのまわりの
部分の上のSiO2膜を除去し、Znを拡散して、Ｐ
−In1-xGaxAsyP1-y層１２、Ｐ−In1-pGapAsqP1-q
層１４を形成する(e)。この後、電極付けを行つて
APDが完成する。なお、In1-pGapAsqP1-q層１５
の禁制帯幅はIn1-xGaxAsyP1-y層１１の禁制帯幅
よりも大きくなるようにする。
イオードを製作する場合には、第７図に示すよう
に、n+−InP基板１０の上に液相エピタキシヤル
法により、ｎ−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦
0.50y、かつ０≦ｙ≦１）層１１を成長し、この
上にSiO2膜１６を気相化学反応等で堆積する
(a)。光検出領域となる部分上のSiO2膜を残して
他のSiO2膜を除去し(b)、その後In1-xGaxAsyP1-y
層１１をSiO2膜１６をマスクとして一部分エツ
チングする(c)。このウエハー上に、SiO2膜１６
をマスクとしてｎ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ
≦0.50q、かつ０≦ｑ≦１）層１５を選択的に成
長した後(d)、SiO2膜１６を除去し、再びSiO2膜
１６をつけてから光検出領域およびそのまわりの
部分の上のSiO2膜を除去し、Znを拡散して、Ｐ
−In1-xGaxAsyP1-y層１２、Ｐ−In1-pGapAsqP1-q
層１４を形成する(e)。この後、電極付けを行つて
APDが完成する。なお、In1-pGapAsqP1-q層１５
の禁制帯幅はIn1-xGaxAsyP1-y層１１の禁制帯幅
よりも大きくなるようにする。
次に第４図の実施例のアバランシエ・ホト・ダ
イオードを製作する場合には第８図に示すよう
に、n+−InP基板１０の上に液相エピタキシヤル
法により、ｎ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ≦
0.50q、かつ０≦ｑ≦１）層１５を成長し、この
上にSiO2膜１６を気相化学反応法等で堆積する
(a)。光検出領域となる部分の上のSiO2膜１６を
除去し(b)、SiO2膜１６をマスクとして
In1-pGapAsqP1-q層１５を一部分エツチングする
(c)。このウエハー上にSiO2膜１６をマスクとし
てｎ−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.50y、か
つ０≦ｙ≦１）層１１を選択的に成長した後(d)、
光検出領域のまわりのIn1-pGapAsqP1-q層１１の
上の部分のSiO2膜１６を除去する(e)。SiO2膜１
６をマスクとしてZnを拡散し、ｐ−
In1-xGaxAsyP1-y層１２、ｐ−In1-pGapAsqP1-q層
１４を形成する(f)。この後、電極付けを行つて、
APDが完成する。なおIn1-pGapAsqP1-q層１５の
禁制帯幅はIn1-xGaxAsyP1-y層１２の禁制帯幅よ
りも大きくなるようにする。
イオードを製作する場合には第８図に示すよう
に、n+−InP基板１０の上に液相エピタキシヤル
法により、ｎ−In1-pGapAsqP1-q（0.42q≦ｐ≦
0.50q、かつ０≦ｑ≦１）層１５を成長し、この
上にSiO2膜１６を気相化学反応法等で堆積する
(a)。光検出領域となる部分の上のSiO2膜１６を
除去し(b)、SiO2膜１６をマスクとして
In1-pGapAsqP1-q層１５を一部分エツチングする
(c)。このウエハー上にSiO2膜１６をマスクとし
てｎ−In1-xGaxAsyP1-y（0.42y≦ｘ≦0.50y、か
つ０≦ｙ≦１）層１１を選択的に成長した後(d)、
光検出領域のまわりのIn1-pGapAsqP1-q層１１の
上の部分のSiO2膜１６を除去する(e)。SiO2膜１
６をマスクとしてZnを拡散し、ｐ−
In1-xGaxAsyP1-y層１２、ｐ−In1-pGapAsqP1-q層
１４を形成する(f)。この後、電極付けを行つて、
APDが完成する。なおIn1-pGapAsqP1-q層１５の
禁制帯幅はIn1-xGaxAsyP1-y層１２の禁制帯幅よ
りも大きくなるようにする。
なお、第５図、第６図の実施例では選択成長の
後にSiO2膜を全て除去し、その上に再び、ｎ−
In1-nGanAsoP1-o層を成長し、その後電極付けを
行えばよい。
後にSiO2膜を全て除去し、その上に再び、ｎ−
In1-nGanAsoP1-o層を成長し、その後電極付けを
行えばよい。
以上の実施例では、InGaAsP系混晶を用いた
APDについて述べたが、光検出領域の周辺部に
禁制帯幅の大なる半導体を形成し、光検出領域の
pn接合面を周辺部の禁制帯幅の大なる半導体中
に延長すればよいわけで、GaAlAsSb等の混晶で
も可能である。勿論構成元素の異なる半導体によ
り形成してもよい。又導電形については逆の構造
のものも可能である。
APDについて述べたが、光検出領域の周辺部に
禁制帯幅の大なる半導体を形成し、光検出領域の
pn接合面を周辺部の禁制帯幅の大なる半導体中
に延長すればよいわけで、GaAlAsSb等の混晶で
も可能である。勿論構成元素の異なる半導体によ
り形成してもよい。又導電形については逆の構造
のものも可能である。
以上InGaAsP系APDを例にとつて説明したよ
うに、本発明によれば、光検出領域の周辺部に、
光検出領域を構成する半導体の禁制帯幅より大な
る禁制帯幅を有する半導体を形成し、光検出領域
のpn接合面を周辺部の禁制帯幅の大なる半導体
中に延長することによりガードリング効果を容易
かつ効果的に得ることができ、その工学的価値は
極めて大である。
うに、本発明によれば、光検出領域の周辺部に、
光検出領域を構成する半導体の禁制帯幅より大な
る禁制帯幅を有する半導体を形成し、光検出領域
のpn接合面を周辺部の禁制帯幅の大なる半導体
中に延長することによりガードリング効果を容易
かつ効果的に得ることができ、その工学的価値は
極めて大である。
第１図ａ，ｂは従来のAPDの構造例を示す半
截斜視図および断面図、第２図は従来のAPDの
他の構造例を示す断面図、第３図、第４図、第５
図および第６図は本発明の実施例を示す断面図、
第７図および第８図は本発明のアバランシエ・ホ
ト・ダイオードの製造方法を説明するための断面
図である。 １０……n+−InP基板、１１……ｎ−
In1-xGaxAsyP1-y層、１２……ｐ−
In1-xGaxAsyP1-y層、１３，２０……pn接合、１
４……ｐ−In1-pGapAsqP1-q層、１５……ｎ−
In1-pGapASqP1-q層、１６……絶縁体、１７，１
８……電極、１９……pn接合の大なる部分。
截斜視図および断面図、第２図は従来のAPDの
他の構造例を示す断面図、第３図、第４図、第５
図および第６図は本発明の実施例を示す断面図、
第７図および第８図は本発明のアバランシエ・ホ
ト・ダイオードの製造方法を説明するための断面
図である。 １０……n+−InP基板、１１……ｎ−
In1-xGaxAsyP1-y層、１２……ｐ−
In1-xGaxAsyP1-y層、１３，２０……pn接合、１
４……ｐ−In1-pGapAsqP1-q層、１５……ｎ−
In1-pGapASqP1-q層、１６……絶縁体、１７，１
８……電極、１９……pn接合の大なる部分。
Claims (1)
- １ 第１の化合物半導体層と、該第１の化合物半
導体層と同一組成でかつ導電型が異なる第２の化
合物半導体層とにより光検出領域となるpn接合
を形成するアバランシエ・ホト・ダイオードにお
いて、前記第１及び第２の化合物半導体層の禁制
帯幅より大なる禁制帯幅を有し、互いに導電型が
異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導
体層とにより第２のpn接合を形成し、該第２の
pn接合が前記光検出領域のpn接合の面を延長し
た両端に隣接するように設け、前記第２のpn接
合の面のうち曲率の大なる部分が前記第３の化合
物半導体層及び前記第４の化合物半導体層に接す
るようにしたことを特徴とするアバランシエ・ホ
ト・ダイオード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12889379A JPS5654080A (en) | 1979-10-08 | 1979-10-08 | Avalanche photodiode |
| US06/187,744 US4383266A (en) | 1979-09-26 | 1980-09-16 | Avalanche photo diode |
| GB8031240A GB2060257B (en) | 1979-09-26 | 1980-09-26 | Guard rings for avalanche photo diodes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12889379A JPS5654080A (en) | 1979-10-08 | 1979-10-08 | Avalanche photodiode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5654080A JPS5654080A (en) | 1981-05-13 |
| JPS6138872B2 true JPS6138872B2 (ja) | 1986-09-01 |
Family
ID=14995944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12889379A Granted JPS5654080A (en) | 1979-09-26 | 1979-10-08 | Avalanche photodiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5654080A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56158488A (en) * | 1980-05-12 | 1981-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
| JPS5793585A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photoreceiving element |
| US4876209A (en) * | 1988-01-06 | 1989-10-24 | U.S.C. | Method of making avalanche photodiode |
| JP4728386B2 (ja) * | 2008-12-17 | 2011-07-20 | Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 | アバランシ・フォトダイオード |
-
1979
- 1979-10-08 JP JP12889379A patent/JPS5654080A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5654080A (en) | 1981-05-13 |
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