JPS6222474B2 - - Google Patents

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JPS6222474B2
JPS6222474B2 JP54039169A JP3916979A JPS6222474B2 JP S6222474 B2 JPS6222474 B2 JP S6222474B2 JP 54039169 A JP54039169 A JP 54039169A JP 3916979 A JP3916979 A JP 3916979A JP S6222474 B2 JPS6222474 B2 JP S6222474B2
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JP
Japan
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layer
semiconductor
ingaasp
inp
junction
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JP54039169A
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English (en)
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JPS55132079A (en
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Kenshin Taguchi
Katsuhiko Nishida
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075Devices 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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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は逆バイアス動作で使用する半導体装置
に関するもので、特に光通信用検出器として高
速、高感度、低雑音で信頼性の高いフオトダイオ
ード(以下PDと呼ぶ)あるいはアバランシ、フ
オトダイオード(以下APDと呼ぶ)に関するも
のである。
半導体光検出器のなかでPDあるいはAPDは高
速、かつ高感度で光通信システムにおける光検出
器として重要なものであり、光源である半導体レ
ーザと共にその開発が活発に進められている。半
導体レーザの発振波長は0.8μmから1.4μmのも
の、たとえばGaAs−GaAlAs系あるいは
InGaAsP−InP系の半導体レーザがその主流であ
る。現在GaAs−GaAlAs系レーザの主な発振波
長域0.8μmから0.87μmに対する光検出器とし
てはSi単結晶を用いたPDあるいはAPDが最も広
く使われており優れた特性を示しているが、1μ
m以上の波長光を検出するそとは困難であり、光
フアイバーの伝送損失の低い1.1μm〜1.5μm波
長域では使用することができない。また1.1μm
以上の波長用としてGe−APDもあるが暗電流と
過剰雑音が大きいために光通信用としては最適な
光検出器ではなく−化合物半導体材料等によ
るAPDが要求されている。しかし化合物半導体
材料では結晶成長技術や表面安定化技術の発達が
未熟であり、アバランシ動作を行なわしめるに必
要な高い逆バイアス電圧に耐えられないのが現状
である。
現在、この1.1μm〜1.5μm波長域用に
InGaAs,InGaAsP、あるいはGaAsSb等により
光吸収領域と増倍領域を同一組成半導体領域内に
有するメサ構造の報告例があるが、これらは低増
倍で暗電流も大きく高い信頼性の要求される光通
信システム用光検出器としてははなはだ不満足な
ものである。
本発明の目的は高い逆バイアス電圧下での動作
を要求されるAPD等の構造を工夫し、逆方向特
性、特にブレークダウン特性の向上を成し、かつ
動作状態での信頼性に優れた半導体装置を与える
ものである。本発明の半導体装置は、第1の半導
体層上にこの第1の半導体層と同一導電型を示
し、かつ、第1の半導体層より禁制帯幅の広い第
2の半導体層を設け、この第2の半導体層中に第
1及び第2の半導体層の導電型とは異なる導電型
を示す領域を選択的に形成してpn接合を設け、
このpn接合と第1の半導体層との距離を1μm
以下とした構造となつている。
次に本発明の優れた利点について一実施例に基
づいて説明する。
第1図は本発明の半導体装置の横断面図であ
る。この実施例ではInP−InGaAsP系材料を用い
たものであり、まず(100)面を有するn+型InP
基板11の上にエピタキシヤル成長法(例えば液
相エピタキシヤル法)により数μm厚のn+
InP層12を形成する。次に膜厚5μm、不純物
濃度2×1016cm-3のn型In0.79Ga0.21As0.47P0.53
13(以下InGaAsPと略記する)をエピタキシ
ヤル成長し、次に膜厚3μm、不純物濃度1〜2
×1016cm-3のn型InP層14をエピタキシヤル成
長する。上記の様にして作製したウエーハの表面
に気相成長法やスパツタ法等によりSi3N4やSiO2
膜等を形成しフオトレジスト、目合せ技術等を用
いて前記Si3N4あるいはSiO2等の薄膜15を選択
的に円状に除去する。次にCd3P2を拡散源として
排気した閉管中に上記ウエーハと共に配し、566
℃の熱処理を加えてCdを選択拡散することによ
りCd拡散領域16とpn接合面17を得る。ここ
で熱処理時間は約90分行ない、pn接合面17を
InGaAsP13−InP14界面近傍に形成する。次
に再び前記Si3N4膜あるいはSiO2膜15′を形成し
電極取出し窓を前記15の窓より小さく形成す
る。さらにP型電極18を図に示すようにフオト
レジスト技術等を用いて形成する。次にn型電極
用金属19をInP基板11に蒸着後、光の入射窓
を形成するためフオトレジスト目合せ技術等によ
り上記Cd拡散領域16下部に位置する領域の金
属を除去する。上記のようにして作製したウエー
ハをペレツトに切断することにより図に示した本
発明の半導体装置を得ることができる。
次に別の実施例として、光の入射方向をInP基
板と反対方向にした場合について説明する。
第2図がその一実施例であり、上記の説明で示
した第1図でSiO2膜あるいはSi3N4膜15′のp型
電極取出し様穴あけ工程でリング状にSiO2膜あ
るいはSi3N4膜25′を取り除きp型電極金属28
も同様にリング状とし、SiO2膜あるいはSi3N4
25′のリング状穴をおおう様に形成する。又、
n型電極金属29は穴あけする必要はない。
次にこの発明の優れた特性と特性向上の理由に
ついて説明する。前述の半導体装置の構造でCd
拡散マスク部15の径100μφの半導体装置にお
いて暗電流は数100pA以下というきわめて急峻で
ブレークダウン電圧は約50Vとなり、アバランシ
増倍率は103倍以上ときわめて高い値を示した。
これら本発明の優れた特性は次に示す理由により
理解できる。すなわち逆バイアスの印加により空
気層がInGaAsP層13に拡がるため、InP14の
禁制帯幅がInGaAsP層13の禁制帯幅より大で
あるためpn接合17の周縁部のブレークダウン
電圧が直下にpn接合を有する領域(即ち、空気
層がInGaAsP層に拡がる領域)のブレークダウ
ン電圧より大になり、この領域で均一なブレーク
ダウンを起こすためである。即ち降伏電圧VB
禁制帯幅エネルギーEgとVB∝(Eg)3/2なる関
係を有するので本実施例の場合にはInP中のVB
の方がInGaAsP中のVBより1.5倍程大きくなり、
InP中のpn接合がプレーナ端で曲率を有してもな
おかつInGaAsPに接するpn接合底部よりVBが高
くなるためである。従つてpn接合面がInGaAsP
層からある程度離れるとこの様な効果は生ぜずい
わゆるエツジブレークダウンが起り均一な増倍が
得られなくなる。
この様な現象は発明者によつて初めて実験的に
確認されたことであり、pn接合面とInGaAsP層
との間隔が1μm以下でないと充分大きな平均増
倍率が得られない事が明らかになつた。
この実験結果を第3図に示す。またpn接合面
がInGaAsP中に入つた場合は曲率を有するpn接
合周辺部もInGaAsP中に入るためエツジブレー
クダウンが起り増倍率が低下する。
尚、InP−InGaAsPを材料とする半導体装置の
実施例について述べたが、本発明は逆バイアス動
作する半導体装置全てに対してブレークダウン特
性の改善効果を有することは明らかでありInP−
InGaAs,GaAs−GaAlAs等の化合物半導体結晶
にも適用できることはいうまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、pn接
合面全面にわたり均一にブレークダウンが生じる
ため、暗電流が小さく逆方向特性、増倍特性の優
れた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概略横断面
で、11はn+型(100)面を有するInP基板、1
2はn+型InPエピタキシヤル成長層、13は
In0.79Ga0.21As0.47P0.53層14はn型InP層、15
と15′はSiO2膜あるいはSi3N4膜、16はCd拡
散層、17はpn接合面、18はP型電極、19
はn型電極である。 第2図は本発明のもう一つの実施例であり、2
1はn+型(100)面を有するInP基板、22はn
+型InPエピタキシヤル成長層、23は
In0.79Ga0.21As0.47P0.53層、24はn型InP層、2
5と25′はSiO2膜あるいはSi3N4膜、26はCd
拡散層、27はpn接合面、28はP型電極、2
9はn型電極である。 第3図は平均増倍率とpn接合の深さの関係を
示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1の導電型を示す第1の半導体上に前記第
    1の半導体層よりも禁制帯幅が広く、かつ第1の
    導電型を示す第2の半導体層が設けられており該
    第2の半導体層に第2の導電型を示す領域をプレ
    ナー状に選択的に設けたpn接合が形成されてお
    り、該pn接合と該第1の半導体層との距離が1
    μm以下であることを特徴とする半導体装置。
JP3916979A 1979-03-30 1979-03-30 Semiconductor device Granted JPS55132079A (en)

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JPS50158292A (ja) * 1973-11-28 1975-12-22

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