JPS62169376A - フオトダイオ−ド - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、逆バイアスで動作するフォトダイオードに関
し、特に高い光電変換効率でかつ高速性に優れたフォト
ダイオードに関する。

（従来技術とその問題点） 半導体光検出器として、アバランシ降伏近傍でｆｆｌ用
−Ｊ−るアバランシ・フォトダイオード及び増倍効果で
伴なわない比較的低バイアス下で使用するフォトダイオ
ードがよく知られており、光通信システムの受光素子と
して用いるためにその研究・開発が、光源である半導体
レーザ発光ダイオードと共に進められている。

現在の光通信システムでは、光の伝送媒体である光ファ
イバーの低損失域が１．３〜１．６μｍ波長域にあるか
ら、これに対応した１、３μｍあるいは１．５５μｍ波
長での情報伝達が主流になっている。

この波長域では、光源としてはＩｎｐに格子整合するＩ
ｎＧａＡｓＰ混晶を用いたレーザ書ダイオードがまた光
検出器としてはＧｅ−ＡＰＤ若しくはＩｎＰに格子整合
するＩｎＧａＡｓ　（Ｐ　）を用いたフォトダイオード
又はアバランシ・フォトダイオードがそれぞれ中心的で
ある。又、この光通信システムには、当然のことながら
、経済性を考えて長距離、大容量の可能性が追求されて
おり、超高速な光検出語の開発が待たれている。

現在、進められているこの波長域用の光検出器は、Ｉｎ
ＧａＡｓ　（Ｐ　）材料を中心としたものであり、高感
度化が期待できる内部増倍作用を有するアバランシ・フ
ォトダイオードが盛んに研究開発されている。しかし、
他方でこの素子は、内部増倍効果を有するが故に高増倍
域での応答劣化を伴う欠点を有している。そこで超高速
を目的としたフォトダイオードが研究・開発の一つの方
向としてあり、例えば技術誌エレクトロニクス・レター
ズ、２１巻、２６２−２６３ページにその一例が報告、
　　　＋ されている。概略を第２図に示すか、ｎ　　−ＩｎＰ基
板ｌｌ上にｎ　−ＩｎＧａＡｓ　　１３を結晶成　し、
その主表面をＺＢ３Ａｓ　を不純物拡散源として用い＋ てｐ　　−ＩｎＧａＡｓ　１９を形成することによりそ
の基本形を得ている。ここでｎ　　ＩｎＧａＡ３１３を
最終的に１．５μｍ程度と薄くすることが特徴であり、
この領域において、逆バイアス印加での光励起キャリア
の走行時間を短かくするととくより３ｄＢ降下遮断周波
数として約２０ＧＨ２を得ている。

しかしながら、このときの光電変換効率は約２７俤と低
く、これは上記ｐ　　−１ｎＧａＡｓ　１９域での・　
　　　＋ 光吸収による光励起キャリアか、ｐ　　−Ｉｎ（）ａＡ
ｓ１９内で再結合して消滅していることに起因している
。

本発明の目的は、高速性に優れ、しかも光！変換効率が
損なわれることのないフォトダイオードを提供すること
Ｋある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供するフォト
ダイオードは、ｎｆｉ導電型の第１の半導体層上にこの
第１の半導体よりも禁制帯が狭いｎ型導電型の第２の半
導体層を有し、この第２の半導体層より禁制帯幅が大き
いｎ型導電型の第３の半導体層を有し、前記第３及び第
２の半導体層をｐ型導電型に反転することによりｐ−ｎ
接合が形成してあることを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す概略横断面図である。

まず（１００）面を有するｎ　＋−１ｎＰ基板上に例え
ば、気相成長法によって膜厚１μｍ、不純物濃度ｌＸｌ
０　　ａｒｔ　　のｎ−ＩｎＰｌｌを、次に膜４２　μ
ｍ　、不純物濃度ｌＸｌ０　　ｃｒａ　　のｎ　−Ｉｎ
ＧａＡＳ　ｌ　３を、次に膜厚２　μｍ　、不純物濃度
８ＸｔＯα　のｎ−ＩｎＰ１４を形成する。

欠に、このウェーハの表面に、例えば８１０．膜１５を
形成した後に、フォトレジスト工程により、選択的に一
領域を除去する。欠に、このＳ１０．膜を不純物拡散用
のマスクとして例えば、ｚｎ、ｐ。

を拡散源として、排気した閉管中に配し、封管後、５２
０℃前後の温度で数分の熱処理により、Ｚｎｎ選択拡散
領領域１６形成する。ここでｐ領域の先端が上記ｎ　　
−ＩｎＰとｎ　　−ＩｎＧａＡｓ界面に達する様に熱処
理時間を調整する。図中１７及び１８はｐ′ｗＬ極及び
ｎ電極をそれぞれ示しており、実施レリでは基板１１側
から光を入射すべく窓が設け【ある。

上述した、本発明の一実施例の素子において、波長Ｌ３
μｍの光パルスに対して、光電変換効率４０チで、３ｄ
Ｂ降下速断周波数３５ＧＨ２という性能が、−５ｖバイ
アス下で得られた。本実施例において、このように光電
変換効率を損なうことなく高速性が得られていることは
、次の様に説明づけられる。即ち、従来のｎ　　ＩｎＧ
ａＡｓ層中での正孔の走行時間により支配されていた因
子な、ｐ領域１６のｐ　−ＩｎＧａＡｓ　ｒａ中での電
子の走行時間とすることにより、走行時間の改善が計ら
れた。

又、上記のｐ領域を形成する上で、ｎ−ＩｎＰ１４層を
介してＺｎ不純物を拡散していることに起因して、ｐ領
域での不純物分布に緩やかな傾斜が形成されていること
により、光励起キャリアはｐ　−Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ領域
で再結合することなく外部回路に取り出すことができ、
高速性と、高い光′１を変換効率が同時に得られている
ものと理解される。

（発明の効果） 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、高速性
に優れ、しかも光ｔ１ｆ変換効率が損われることのない
フォトダイオードを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフォトダイオードの一実施例を示す断
面図、第２図は従来のフォトダイオードを示す断面図で
ある。 ＋ １ｌ−ｎ−ｒｎＰ基板、１２−ｎ　　−ＩｎＰ／ｉ１１
３−　ｎ　　−ＩｎＧａＡｓ層、１４・・・ｎ−Ｉｎ９
層、１５・・・絶縁膜、１６・・・ｐ領域、１７・・・
ｐ電極、＋ １８−　ｎ電極、１９−　ｐ　−ＩｎＧａＡｓ領域。 代理人　弁理士　本　庄　伸　介 ρ電場 を 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ型導電型の第１の半導体層上にこの第１の半導体層の
   禁制帯幅より小さな禁制帯を有するｎ型導電型の第２の
   半導体層を有し、この第２の半導体層の禁制帯幅より大
   なる禁制帯幅を有するｎ型導電型の第３の半導体層を前
   記第２の半導体層上に有し、前記第３及び第２の半導体
   層をｐ型導電型に反転することによりｐ−ｎ接合が形成
   してあることを特徴とするフォトダイオード。