JPS6244433B2 - - Google Patents
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- JPS6244433B2 JPS6244433B2 JP53087850A JP8785078A JPS6244433B2 JP S6244433 B2 JPS6244433 B2 JP S6244433B2 JP 53087850 A JP53087850 A JP 53087850A JP 8785078 A JP8785078 A JP 8785078A JP S6244433 B2 JPS6244433 B2 JP S6244433B2
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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、いわゆるガードリング効果を有
するpn接合を備えた半導体装置で特に光通信用
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）を与えるものである。
に関するもので、いわゆるガードリング効果を有
するpn接合を備えた半導体装置で特に光通信用
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）を与えるものである。
高速、高感度特性をそなえた光検出器として
PDあるいはAPDはきわめて重要なものであるこ
とは良く知られており、光通信用の光検出器とし
て、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。半導体レーザは現在実用
化が急速に進歩しており、発振波長は0.8μｍか
ら1.5μｍのもの、たとえばＧaＡs−AlGaAs系あ
るいはＩoＧaＡsｐ−ＩoＰ系の半導体レーザがそ
の主流となつている。現在ＧaＡs−AlGaAs系レ
ーザ発振の主な波長域0.8〜0.87μｍに対する光
検出器としてはSi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、光を有効に吸収するためには空乏層が数10μ
ｍ必要でありキヤリアの走行時間が長くなるため
に1GHz以上の高速応答を得ることは困難であ
る。また光通信の伝送系である光フアイバーの伝
送損失の低い1.1μｍ〜1.5μｍ波長域においては
Si結晶を用いた光検出器の感度が低下して使うこ
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表面安定化技
術の発達がきわめて未熟であり、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りこの解決が化合物半導
体材料による光検出器の成否の鍵となつている。
表面安定化のなされていないpn接合をアバラン
シ増倍を得るためにブレークダウン電圧近傍に逆
バイアス電圧を印加すると、いわゆるソフト・ブ
レークダウンを起し暗電流が増加する。また状態
の経時変化により信頼性にとぼしいものしか得ら
れておらず、高い信頼性の要求される光通信等の
システム用の光検出器としてははなはだ不満足な
ものとなつている。
PDあるいはAPDはきわめて重要なものであるこ
とは良く知られており、光通信用の光検出器とし
て、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。半導体レーザは現在実用
化が急速に進歩しており、発振波長は0.8μｍか
ら1.5μｍのもの、たとえばＧaＡs−AlGaAs系あ
るいはＩoＧaＡsｐ−ＩoＰ系の半導体レーザがそ
の主流となつている。現在ＧaＡs−AlGaAs系レ
ーザ発振の主な波長域0.8〜0.87μｍに対する光
検出器としてはSi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、光を有効に吸収するためには空乏層が数10μ
ｍ必要でありキヤリアの走行時間が長くなるため
に1GHz以上の高速応答を得ることは困難であ
る。また光通信の伝送系である光フアイバーの伝
送損失の低い1.1μｍ〜1.5μｍ波長域においては
Si結晶を用いた光検出器の感度が低下して使うこ
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表面安定化技
術の発達がきわめて未熟であり、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りこの解決が化合物半導
体材料による光検出器の成否の鍵となつている。
表面安定化のなされていないpn接合をアバラン
シ増倍を得るためにブレークダウン電圧近傍に逆
バイアス電圧を印加すると、いわゆるソフト・ブ
レークダウンを起し暗電流が増加する。また状態
の経時変化により信頼性にとぼしいものしか得ら
れておらず、高い信頼性の要求される光通信等の
システム用の光検出器としてははなはだ不満足な
ものとなつている。
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が優れた半導体装置を与える
ものである。
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が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、凸部領域を有する第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、かつこの第１の半導体層よりも不純物
濃度が低く、禁制帯幅の広い第２の半導体層を、
前記凸部領域がこの第２の半導体層中に埋没する
ようにして設け、さらにこの第２の半導体層中に
前記第１の半導体層とは異なる導電型を示す領域
を形成してpn接合を設けた構造となつている。
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、かつこの第１の半導体層よりも不純物
濃度が低く、禁制帯幅の広い第２の半導体層を、
前記凸部領域がこの第２の半導体層中に埋没する
ようにして設け、さらにこの第２の半導体層中に
前記第１の半導体層とは異なる導電型を示す領域
を形成してpn接合を設け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。
づいて説明する。
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ＧaＡs−AlGaAs系材料を用いたも
のであり、まず（100）面を有するｎ+型GaAs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から数10μｍ厚
のｎ+型Al0.2Ga0.8As層１２を形成する。次に膜
厚５μｍ、不純物濃度５×1015cm-3のｎ型GaAs
層１３をエピタキシヤル成長した後、フオトレジ
スト技術を用いてｎ型GaAs層１３の表面に円状
パターンを形成し、円状パターンの周辺をたとえ
ばH3PO4、H2O2およびCH3OHの組成比が10：
10：50の溶液により約2.5分エツチングをほどこ
し３μｍ程度GaAs層１３を取り除き台地状GaAs
部分１３′を作る。次に再びエピタキシヤル成長
技術を用いて台地状GaAs部分が形成されたGaAs
層１３上にｎ型Al0.2Ga0.8As層１４を作る。この
場合Al0.2Ga0.8As層１４の表面は図に示すごとく
容易にほぼ平坦になることは良く知られた事実で
ある。実施例では台地状GaAs層１３′の上のｎ型
Al0.2Ga0.8As層１４′の厚みを１μｍ程度、不純
物濃度を５×1014cm-3とした。次に上記の様にし
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膜等を形成し再びフオ
トレジスト、目合せ技術等を用いて台地状GaAs
層１３′の表面積より広くかつこれを中心とする
ように前記Si3N4あるはSiO2等の薄膜１５を選択
的に円状に除去する。次にGaAs表面にZn薄膜を
５μｇ以上配したGaAs：Zn擬二元系拡散源を排
気した閉管中に上記ウエーハと共に配し、566℃
の熱処理を加えでZnを選択拡散するとZn拡散領
域１６とpn接合面１７を得る。ここで熱処理時
間は約45分行つた。次に再び前記Si3N4膜あるい
はSiO2膜等の薄膜１５を被うようにSi3N4膜ある
いはSiO2膜１５′を形成し電極取出し窓を前記１
５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pn接合面から外側に出ないよ
うにフオトレジ技術等を用いて形成する。次にｎ
型電極用金属１９をGaAs基板１１に蒸着後、フ
オトレジ目合せ技術等により上記１３′下部に位
置する領域の金属を除去し、さらに容量比
H2SO4：H2O2：H2O＝３：１：１の液あるいは
H3PO4：H2O2：CH3OH＝10：10：50の液を用い
て基板１１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。
の実施例ではＧaＡs−AlGaAs系材料を用いたも
のであり、まず（100）面を有するｎ+型GaAs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から数10μｍ厚
のｎ+型Al0.2Ga0.8As層１２を形成する。次に膜
厚５μｍ、不純物濃度５×1015cm-3のｎ型GaAs
層１３をエピタキシヤル成長した後、フオトレジ
スト技術を用いてｎ型GaAs層１３の表面に円状
パターンを形成し、円状パターンの周辺をたとえ
ばH3PO4、H2O2およびCH3OHの組成比が10：
10：50の溶液により約2.5分エツチングをほどこ
し３μｍ程度GaAs層１３を取り除き台地状GaAs
部分１３′を作る。次に再びエピタキシヤル成長
技術を用いて台地状GaAs部分が形成されたGaAs
層１３上にｎ型Al0.2Ga0.8As層１４を作る。この
場合Al0.2Ga0.8As層１４の表面は図に示すごとく
容易にほぼ平坦になることは良く知られた事実で
ある。実施例では台地状GaAs層１３′の上のｎ型
Al0.2Ga0.8As層１４′の厚みを１μｍ程度、不純
物濃度を５×1014cm-3とした。次に上記の様にし
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膜等を形成し再びフオ
トレジスト、目合せ技術等を用いて台地状GaAs
層１３′の表面積より広くかつこれを中心とする
ように前記Si3N4あるはSiO2等の薄膜１５を選択
的に円状に除去する。次にGaAs表面にZn薄膜を
５μｇ以上配したGaAs：Zn擬二元系拡散源を排
気した閉管中に上記ウエーハと共に配し、566℃
の熱処理を加えでZnを選択拡散するとZn拡散領
域１６とpn接合面１７を得る。ここで熱処理時
間は約45分行つた。次に再び前記Si3N4膜あるい
はSiO2膜等の薄膜１５を被うようにSi3N4膜ある
いはSiO2膜１５′を形成し電極取出し窓を前記１
５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pn接合面から外側に出ないよ
うにフオトレジ技術等を用いて形成する。次にｎ
型電極用金属１９をGaAs基板１１に蒸着後、フ
オトレジ目合せ技術等により上記１３′下部に位
置する領域の金属を除去し、さらに容量比
H2SO4：H2O2：H2O＝３：１：１の液あるいは
H3PO4：H2O2：CH3OH＝10：10：50の液を用い
て基板１１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。
なお、アバランシ増倍雑音を軽減するためには
光吸収領域の導電型をイオン化率の大きい方のキ
ヤリアが小数キヤリアとなるようにする必要があ
り、GaAs（100）面のイオン化率は正孔の方が電
子のそれより大きいことが知られているので光吸
収域領となるGaAs層１３′の導電型をｎ型とし
た。またアバランシ領域で光励起によるキヤリア
が生成されると、生成電子と正孔が増倍に寄与し
低雑音化できないので低電界領域で光を吸収する
ように基板側から光を入射させる構造とし、
GaAs１３′層凸部下に位置するGaAs基板１１は
光吸収領域となるGaAs層１３，１３′と同一材料
（禁制帯幅が同じ）であるため、このGaAs基板１
１での吸収を除去するために取り除いた。さらに
GaAs層１３′の濃度と厚みをブレークダウン前に
空乏層が充分拡がつて光を有効に吸収できるよう
に決めた。
光吸収領域の導電型をイオン化率の大きい方のキ
ヤリアが小数キヤリアとなるようにする必要があ
り、GaAs（100）面のイオン化率は正孔の方が電
子のそれより大きいことが知られているので光吸
収域領となるGaAs層１３′の導電型をｎ型とし
た。またアバランシ領域で光励起によるキヤリア
が生成されると、生成電子と正孔が増倍に寄与し
低雑音化できないので低電界領域で光を吸収する
ように基板側から光を入射させる構造とし、
GaAs１３′層凸部下に位置するGaAs基板１１は
光吸収領域となるGaAs層１３，１３′と同一材料
（禁制帯幅が同じ）であるため、このGaAs基板１
１での吸収を除去するために取り除いた。さらに
GaAs層１３′の濃度と厚みをブレークダウン前に
空乏層が充分拡がつて光を有効に吸収できるよう
に決めた。
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。前述したように台地状GaAs層
１３′を不純物濃度５×1015cm-3、厚み５μｍ、
台地頂上径200μφ、Zn拡散部１７の表面径250
μφの半導体装置の暗電流は数10pA以下ときわ
めて小さくブレークダウン特性もきわめて急峻で
ブレークダウン電圧は約110V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
り空乏層が台地状GaAs層１３′内に拡がるため、
台地状GaAs層１３′を埋めているAl0.2Ga0.8As層
１４の禁制帯幅がGaAsの禁制帯幅より大である
pn接合の周縁部のブレークダウン電圧が直下に
台地状GaAs層１３′を有するpn接合領域のブレ
ークダウン電圧より高くなつていること、及び１
４′層の不純物濃度がGaAs層１３の不純物濃度よ
り小であるために一定逆バイアス時の内部最大電
界がpn接合の周縁部より台地状GaAs層１３′を
直下に有するpn接合領域に形成され、直下に台
地状GaAs層１３′を有するpn接合で均一なブレ
ークダウンを起こすためである。本発明はすなわ
ちガードリング構造を形成している。また、１回
の拡散プロセスを経ることによりアバランシ領域
となるpn接合とガードリングとなるpn接合を得
ることができプロセスの簡略化と、これに伴う半
導体装置の信頼性向上ならびに製造コストの低下
がなされる。次に別の実施例として、光の入射方
向を基板と反対方向にした場合について説明す
る。すなわち上記の説明で示した図で１８のｐ型
電極を、フオトレジスト技術により１３′の台地
頂上径以下の径で除き、光の入射窓とする。この
場合には、GaAs基板１１を取り除工程が必要な
く、１９のｎ型電極も全面に形成するためプロセ
スの簡略化ができ製造コストの低下がなされる。
ついて説明する。前述したように台地状GaAs層
１３′を不純物濃度５×1015cm-3、厚み５μｍ、
台地頂上径200μφ、Zn拡散部１７の表面径250
μφの半導体装置の暗電流は数10pA以下ときわ
めて小さくブレークダウン特性もきわめて急峻で
ブレークダウン電圧は約110V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
り空乏層が台地状GaAs層１３′内に拡がるため、
台地状GaAs層１３′を埋めているAl0.2Ga0.8As層
１４の禁制帯幅がGaAsの禁制帯幅より大である
pn接合の周縁部のブレークダウン電圧が直下に
台地状GaAs層１３′を有するpn接合領域のブレ
ークダウン電圧より高くなつていること、及び１
４′層の不純物濃度がGaAs層１３の不純物濃度よ
り小であるために一定逆バイアス時の内部最大電
界がpn接合の周縁部より台地状GaAs層１３′を
直下に有するpn接合領域に形成され、直下に台
地状GaAs層１３′を有するpn接合で均一なブレ
ークダウンを起こすためである。本発明はすなわ
ちガードリング構造を形成している。また、１回
の拡散プロセスを経ることによりアバランシ領域
となるpn接合とガードリングとなるpn接合を得
ることができプロセスの簡略化と、これに伴う半
導体装置の信頼性向上ならびに製造コストの低下
がなされる。次に別の実施例として、光の入射方
向を基板と反対方向にした場合について説明す
る。すなわち上記の説明で示した図で１８のｐ型
電極を、フオトレジスト技術により１３′の台地
頂上径以下の径で除き、光の入射窓とする。この
場合には、GaAs基板１１を取り除工程が必要な
く、１９のｎ型電極も全面に形成するためプロセ
スの簡略化ができ製造コストの低下がなされる。
以上GaAs−AlGaAs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ガードリング効
果を有することは明らかであり、他の化合物半導
体結晶にも適用できることはいうまでもない。
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ガードリング効
果を有することは明らかであり、他の化合物半導
体結晶にも適用できることはいうまでもない。
図は本発明の一実施例を示す概略横断面図で、
１１はｎ+型（100）面を有するGaAs基板、１２
はｎ+型Al0.2Ga0.8As層、１３と１３′はｎ型
GaAs層、１４と１４′はｎ型Al0.2Ga0.8As層、１
５と１５′はSiO2膜あるいはSi3N4膜、１６はZn
拡散層、１７はpn接合面、１８はＰ型電極、１
９はｎ型電極、２０は基板エツチング面である。
１１はｎ+型（100）面を有するGaAs基板、１２
はｎ+型Al0.2Ga0.8As層、１３と１３′はｎ型
GaAs層、１４と１４′はｎ型Al0.2Ga0.8As層、１
５と１５′はSiO2膜あるいはSi3N4膜、１６はZn
拡散層、１７はpn接合面、１８はＰ型電極、１
９はｎ型電極、２０は基板エツチング面である。
Claims (1)
- １ 第１の導電型を示し、凸部領域を有する第１
の半導体上に、前記第１の半導体層よりも不純物
濃度が低く、禁制帯幅が広く、かつ第１の導電型
を示す第２の半導体層を、前記凸部領域が該第２
の半導体層中に埋没するようにして設け、該第２
の半導体層に、前記凸部領域よりも大きい面積を
有し第２の導電型を示す領域を設けてPn接合を
形成したことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8785078A JPS5513990A (en) | 1978-07-18 | 1978-07-18 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8785078A JPS5513990A (en) | 1978-07-18 | 1978-07-18 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5513990A JPS5513990A (en) | 1980-01-31 |
| JPS6244433B2 true JPS6244433B2 (ja) | 1987-09-21 |
Family
ID=13926353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8785078A Granted JPS5513990A (en) | 1978-07-18 | 1978-07-18 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5513990A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5722363U (ja) * | 1980-07-11 | 1982-02-05 | ||
| JPS5773983A (en) * | 1980-10-27 | 1982-05-08 | Nec Corp | Semiconductor photodetector |
| JPS57198668A (en) * | 1981-06-01 | 1982-12-06 | Fujitsu Ltd | Light receiving element |
| JPS60102774A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-06 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体素子及びその製造方法 |
-
1978
- 1978-07-18 JP JP8785078A patent/JPS5513990A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5513990A (en) | 1980-01-31 |
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