JPS6248079A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS6248079A JPS6248079A JP60190129A JP19012985A JPS6248079A JP S6248079 A JPS6248079 A JP S6248079A JP 60190129 A JP60190129 A JP 60190129A JP 19012985 A JP19012985 A JP 19012985A JP S6248079 A JPS6248079 A JP S6248079A
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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】
〔概要〕
１．３〜１．６μｍ帯の光通信用受光素子として、ｆｎ
Ｐ系アバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）は低
暗電流、低雑音、高速応答等の特徴がある。この特徴を
発揮させるには、従来プレーナ型構造では増倍領域の周
囲にガードリングを設け、その降伏電圧を受光部より高
くすることが必要であった。本発明では成長工程を簡単
にすると共にセルフ・ガードリング効果をもたせた構造
について述べる。
Ｐ系アバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）は低
暗電流、低雑音、高速応答等の特徴がある。この特徴を
発揮させるには、従来プレーナ型構造では増倍領域の周
囲にガードリングを設け、その降伏電圧を受光部より高
くすることが必要であった。本発明では成長工程を簡単
にすると共にセルフ・ガードリング効果をもたせた構造
について述べる。
本発明は、光通信用に用いられるＩｎ Ｐ系の半導体受
光素子（Ａ Ｐ Ｄ）構造の改良に関する。
光素子（Ａ Ｐ Ｄ）構造の改良に関する。
ｒｎＰ層を増倍層とし、Ｇａ１ｎＡｓ（Ｐ）層を光吸収
層としたＳＡＭ型（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ ａｎｄＭｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅ
ｇｉｏｎｓ ） Ａ Ｐ Ｄは低暗電流、低雑音特性を
もつ受光素子として光通信用に好適スあることが知られ
ている。
層としたＳＡＭ型（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ ａｎｄＭｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅ
ｇｉｏｎｓ ） Ａ Ｐ Ｄは低暗電流、低雑音特性を
もつ受光素子として光通信用に好適スあることが知られ
ている。
この構造においてはＩｎ Ｐ層中にｐ型不純物を導入せ
るｐｎ接合が形成されるが、プレーナ型ではガードリン
グを設け、且つガードリング部の降伏電圧を受光部より
高くなるごと＜ｐｎ接合を形成することが必要である。
るｐｎ接合が形成されるが、プレーナ型ではガードリン
グを設け、且つガードリング部の降伏電圧を受光部より
高くなるごと＜ｐｎ接合を形成することが必要である。
その手段として受光部のｎ−１ｎＰ層をメサ状にエツチ
ングし、その周囲をｎ−−１ｎＰ層で埋め込む構造の優
れていることが知られているが、ペテロ接合形成のため
の成長と埋込みのための成長の２回の成長工程を必要と
し、その製作プロセスのコントロールは難しく改善が要
望されている。
ングし、その周囲をｎ−−１ｎＰ層で埋め込む構造の優
れていることが知られているが、ペテロ接合形成のため
の成長と埋込みのための成長の２回の成長工程を必要と
し、その製作プロセスのコントロールは難しく改善が要
望されている。
ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ（Ｐ） 、ＳＡＭ型受光素子の構
造を第５図の断面図により説明する。
造を第５図の断面図により説明する。
ｎ”−１ｎＰ基板１上に、ｎ−１ｎＰバッファ層２、ｎ
−−Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層３、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ中間
層４、ｎ−ＩｎＰ増倍層５をスライド・ホードによる液
相成長法で順次積層される。
−−Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層３、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ中間
層４、ｎ−ＩｎＰ増倍層５をスライド・ホードによる液
相成長法で順次積層される。
３元化合物のＧａＩｎＡｓ層３は、受光波長として１．
３〜１．６μｍを目的とする場合、エネルギー・ギャッ
プとして約０．７５ｅＶの組成が用いられる。
３〜１．６μｍを目的とする場合、エネルギー・ギャッ
プとして約０．７５ｅＶの組成が用いられる。
ＧａＩｎＡｓ Ｐ中間層４は、キャリヤの動きを容易に
するためＩｎＰ増倍層５と前記ＧａＩｎＡｓ層３との中
間的なるエネルギー・ギヤツブ特性を持つ層として挿入
される。
するためＩｎＰ増倍層５と前記ＧａＩｎＡｓ層３との中
間的なるエネルギー・ギヤツブ特性を持つ層として挿入
される。
ｎ、−１ｎＰ層５の受光部には、不純物としてカドミュ
ウムＣｄが拡散により導入され、ｐ゛領域６が形成され
る。一方ガードリング領域７にはべりリュウムＢｅがイ
オン注入法で導入されたｐ層が形成される。
ウムＣｄが拡散により導入され、ｐ゛領域６が形成され
る。一方ガードリング領域７にはべりリュウムＢｅがイ
オン注入法で導入されたｐ層が形成される。
受光部のｐｎ接合は階段状接合を形成し、ガードリング
部のｐｎ接合では、傾斜型接合が用いられる。
部のｐｎ接合では、傾斜型接合が用いられる。
ごの理由はガードリング部の電界強度を受光部より低く
して、結果的にガードリング部の降伏電圧を高くするた
めである。
して、結果的にガードリング部の降伏電圧を高くするた
めである。
然し、上記構造にて製作された受光素子においてもＧａ
ＩｎＡｓＰ中間層と接近するガードリングの湾曲部８近
傍にて、尚電界の上昇による降伏電圧の低下という問題
があり、その対策として受光部以外の領域をｎ−−Ｉｎ
Ｐ層９で埋め込んで該湾曲部の電界を下げる構造が採用
されて来た。
ＩｎＡｓＰ中間層と接近するガードリングの湾曲部８近
傍にて、尚電界の上昇による降伏電圧の低下という問題
があり、その対策として受光部以外の領域をｎ−−Ｉｎ
Ｐ層９で埋め込んで該湾曲部の電界を下げる構造が採用
されて来た。
その構造は第６図に示すごと（ｎ−１ｎＰ増倍層５の周
囲をｎ−−１ｎＰ層９にて埋込んだもので、所謂、埋込
み型ＡＰＤと称せられる。
囲をｎ−−１ｎＰ層９にて埋込んだもので、所謂、埋込
み型ＡＰＤと称せられる。
上記ＡＰＤの製作はｎ−１ｎＰ増倍層５にメサ・エツチ
ングを行い、次いで周辺にｎ−−１ｎＰ層を液相成長に
て埋め込むもので、前の構造よりもエツチング、成長工
程が増加するが、ガードリング部の降伏電圧を高（出来
る利点がある。
ングを行い、次いで周辺にｎ−−１ｎＰ層を液相成長に
て埋め込むもので、前の構造よりもエツチング、成長工
程が増加するが、ガードリング部の降伏電圧を高（出来
る利点がある。
上記に述べた、埋込み型ＡＰＤの構造の製造工程での問
題点を説明する。
題点を説明する。
第５図の従来の構造にＪる基板上に４層のへテロ積層を
成長させるのは、スライド・ボートを用いだ液相成長法
（ＬＰＥ法）で１回の成長プロセスで行われる。
成長させるのは、スライド・ボートを用いだ液相成長法
（ＬＰＥ法）で１回の成長プロセスで行われる。
然し、第６図の改良型構造を形成するには、ｎ−１０２
層５迄の成長の終わった基板にメサ・エツチングを加え
、その後ｎ−−１ｎＰ層９を同じく液相法で成長させる
ことが必要である。
層５迄の成長の終わった基板にメサ・エツチングを加え
、その後ｎ−−１ｎＰ層９を同じく液相法で成長させる
ことが必要である。
このｎ−−１ｎＰ層９を成長させる場合、メサ部にマス
クを形成して、メサ周辺を埋め込む方法は、メサ部のマ
スクとその周囲との境界面に結晶欠陥を発生し易い。
クを形成して、メサ周辺を埋め込む方法は、メサ部のマ
スクとその周囲との境界面に結晶欠陥を発生し易い。
また、マスクを用いず全面に液相成長させるときは、成
長層の表面に、被成長面のメサ構造の面方位のずれによ
るテラス・パターンが発生し、これを平坦化するには成
長層の厚みを大きくしなければならない等の問題を生ず
る。
長層の表面に、被成長面のメサ構造の面方位のずれによ
るテラス・パターンが発生し、これを平坦化するには成
長層の厚みを大きくしなければならない等の問題を生ず
る。
２回の成長工程によらず、ｎ−−ＩｎＰ層の形成までの
へテロ成長を１回のプロセスで行い、ｐ型不純物の導入
のプロファイルを工夫することによリガートリング効果
をもたせることが出来れば（所謂、セルフ・ガードリン
グ構造）、プロセスは著しく簡易化され工数の節減と、
歩留りの向上に寄与する所大である。
へテロ成長を１回のプロセスで行い、ｐ型不純物の導入
のプロファイルを工夫することによリガートリング効果
をもたせることが出来れば（所謂、セルフ・ガードリン
グ構造）、プロセスは著しく簡易化され工数の節減と、
歩留りの向上に寄与する所大である。
上記問題点は、ヘテロ構造で積層された最上層のｎ−−
ＩｎＰ層に窪み孔を形成し、孔の形状に工夫を加えて、
この窪み孔より不純物を拡散することよりなる本発明の
構造により解決される。
ＩｎＰ層に窪み孔を形成し、孔の形状に工夫を加えて、
この窪み孔より不純物を拡散することよりなる本発明の
構造により解決される。
即ち、ｎ型の光吸収層と増倍層を順次積層せるアバラン
シェ・フォト・ダイオードにおいて、増倍層に、受光面
を底面とする窪み孔を形成し、該窪み孔の側壁は外側に
向かって開口部を大とする段差部を設ける。
シェ・フォト・ダイオードにおいて、増倍層に、受光面
を底面とする窪み孔を形成し、該窪み孔の側壁は外側に
向かって開口部を大とする段差部を設ける。
次いで、該窪み孔を含む領域よりｐ型不純物を拡散して
ｐｎ接合を形成することによりセルフ・ガードリング効
果を得ることが出来る。
ｐｎ接合を形成することによりセルフ・ガードリング効
果を得ることが出来る。
上記、段差部を形成する代わりに、窪み孔の側壁を外側
に向かって開口部を大とする斜面構造とすることにより
同様の効果を期待出来る。
に向かって開口部を大とする斜面構造とすることにより
同様の効果を期待出来る。
また、前記ｐ型不純物を導入するに際し、拡散フロント
を不純物濃度の低いｎ−−１ｎＰ増倍層中に形成し、該
増倍層と光吸収層との間にこれより濃度の高い電界降下
層を備えることにより雑音特性の改善が期待出来る。
を不純物濃度の低いｎ−−１ｎＰ増倍層中に形成し、該
増倍層と光吸収層との間にこれより濃度の高い電界降下
層を備えることにより雑音特性の改善が期待出来る。
上記本発明の構造を用いて、不純物を拡散することによ
り、その拡散フロントは受光面部が平面で、周辺ガード
リング領域に相当する部分では碗状となり、段差部が多
いほど理想的なる碗状に近づく。
り、その拡散フロントは受光面部が平面で、周辺ガード
リング領域に相当する部分では碗状となり、段差部が多
いほど理想的なる碗状に近づく。
また周辺部は碗状にｎ一層の領域の厚さが大となるので
、その電界強度は受光面より低くなる効果を生ずる。
、その電界強度は受光面より低くなる効果を生ずる。
これにより、従来の技術で問題となったガードリング形
成の歩留り、再現性が向上する。
成の歩留り、再現性が向上する。
また、拡散フロントをｎ”層中に設けることによりアバ
ランシェ増倍時の最高電界強度を低く出来、イオン化率
比（β／α）が大きく出来るので低雑音化に寄与する。
ランシェ増倍時の最高電界強度を低く出来、イオン化率
比（β／α）が大きく出来るので低雑音化に寄与する。
本発明のセルフ・ガードリング型ＡＰＤの製造方法の一
実施例を図面により詳細説明する。ＩｎＰ基板にヘテロ
構造の積層を液相成長、あるいは気相成長により形成す
る工程は従来の技術の項で説明せるものと変わらない。
実施例を図面により詳細説明する。ＩｎＰ基板にヘテロ
構造の積層を液相成長、あるいは気相成長により形成す
る工程は従来の技術の項で説明せるものと変わらない。
従って、用いた符号と同一のものは説明を省略する。
第１図（ａｌのごと（ｎ”−ＩｎＰ基板１上に、第５図
の場合と同様の方法でヘテロ構造を積層する。
の場合と同様の方法でヘテロ構造を積層する。
この図では中間層４は簡単のため省略しであるが基本的
な動作は変わらない。ｎ−−ＩｎＰ増倍層９がｎ−Ｉｎ
Ｐ層５の上に同時に積層される。
な動作は変わらない。ｎ−−ＩｎＰ増倍層９がｎ−Ｉｎ
Ｐ層５の上に同時に積層される。
ｎ−１ｎＰ層５の不純物の濃度は約２ ＸＩＯ”／ｃｍ
’に選ばれ、またｎ−−１ｎＰ層９は約０．５Ｘ１０′
６／ｃｍ’に選ばれる。
’に選ばれ、またｎ−−１ｎＰ層９は約０．５Ｘ１０′
６／ｃｍ’に選ばれる。
次いで、第１図（ｂｌに示すごとく、基板上にマスクを
用いて２回に分けて段差部１１をもった窪み孔１０を形
成する。エツチング液は、例えば硫酸：過酸化水素水：
水＝１： ｉ ： １の混合液を温度５０°Ｃにて用い
る。
用いて２回に分けて段差部１１をもった窪み孔１０を形
成する。エツチング液は、例えば硫酸：過酸化水素水：
水＝１： ｉ ： １の混合液を温度５０°Ｃにて用い
る。
次いで、３５００人の厚さの５ｉｆｆＮ４膜のマスク１
２を形成し、ＺｎＯ熱拡散を行う。拡散温度は約５００
℃にて３５分で深さ２．８μｍのｐ°層６が形成される
。
２を形成し、ＺｎＯ熱拡散を行う。拡散温度は約５００
℃にて３５分で深さ２．８μｍのｐ°層６が形成される
。
次いで、受光面に厚さ１８００人の５ｉｉＮ４反射防止
膜１３を形成し、ｎ側電極１４としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
、ｎ側電極１５としてＡｕＧｅＮｉを蒸着して素子形成
を終わる。これを第１図（Ｃ）に示す。
膜１３を形成し、ｎ側電極１４としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
、ｎ側電極１５としてＡｕＧｅＮｉを蒸着して素子形成
を終わる。これを第１図（Ｃ）に示す。
本発明で側壁に段差部１１を設けた理由は、若し段差を
設けずに、１段の窪み孔のときは第３図のごとくなる。
設けずに、１段の窪み孔のときは第３図のごとくなる。
即ち、ｐ型不純物の拡散フロントに１６．１７の湾曲部
を生ずる。
を生ずる。
この構造では湾曲部１６においては、充分なる耐圧を得
るガードリング効果を期待できるが、湾曲部１７、即ち
受光面凹部の周辺では電界の集中が起こり、この部分で
の降伏電圧に制約を受けて、受光部の増倍率を上げるこ
とが出来ない。第３図の構造では増倍率Ｍは１０程度し
か得られない。
るガードリング効果を期待できるが、湾曲部１７、即ち
受光面凹部の周辺では電界の集中が起こり、この部分で
の降伏電圧に制約を受けて、受光部の増倍率を上げるこ
とが出来ない。第３図の構造では増倍率Ｍは１０程度し
か得られない。
然し、第１図に示す本発明では、受光部周辺での電界を
充分小さくすることが可能となり、増倍率Ｍは３０以上
の値が得られる。
充分小さくすることが可能となり、増倍率Ｍは３０以上
の値が得られる。
また第１図の構造は段差部を１段としているが、効果を
より大とするため２段以上の多段構造にすることが出来
る。また段差構造ではなく側壁面を斜面構造とすること
によって更に充分な効果が期待出来る。これを第２図の
断面図で示す。
より大とするため２段以上の多段構造にすることが出来
る。また段差構造ではなく側壁面を斜面構造とすること
によって更に充分な効果が期待出来る。これを第２図の
断面図で示す。
ｐ′層６の拡散フロントをｎ−−１ｎＰ層９内に形成し
た場合の電界分布を第４図（ａ）に、ｎ−１ｎＰ層５に
形成した場合の電界分布を第４図（ｂｌに示す。前者の
方が最大電界値（Ｅ□Ｘ）は小となり、その効果は作用
の項で説明せるごとく低雑音化に寄与する。
た場合の電界分布を第４図（ａ）に、ｎ−１ｎＰ層５に
形成した場合の電界分布を第４図（ｂｌに示す。前者の
方が最大電界値（Ｅ□Ｘ）は小となり、その効果は作用
の項で説明せるごとく低雑音化に寄与する。
Ｃ発明の効果〕
以上に説明せるごとく、本発明の受光素子の構造を適用
することによりＳＡＭ型ＡＰＤとして１回の成長工程で
基板の積層が終わることになり、しかもセルフ・ガード
リング構造であるため、工数の節減と歩留りの向上に寄
与する所が大である。
することによりＳＡＭ型ＡＰＤとして１回の成長工程で
基板の積層が終わることになり、しかもセルフ・ガード
リング構造であるため、工数の節減と歩留りの向上に寄
与する所が大である。
第１図は本発明にかかわる受光素子構造を説明する工程
順断面図、 第２図は本発明の別の実施例を説明する断面図、第３図
は窪み孔壁面に段差を設けない場合の問題点を説明する
断面図、 第４図は電界分布図、 第５図は従来の技術を説明する受光素子の断面図、 第６図は従来の技術の改良型を説明する断面図、を示す
。 図面において、 ■はｎ”−１ｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＰバッファ層、 ３はｎ−−Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層、 ４はｎ−Ｇａ１ｎＡｓＰ中間層、 ５はｎ−１ｎＰ電界降下層、 ６はｐ″領域 ７はｐ型ガードリング領域、 ８は湾曲部、 ９はｎ−−１ｎＰ増倍層、 １０は窪み孔、 １１は段差部、 １２はマスク、 １３は反射防止膜、 １４はｐ側電極、 １５はｎ側電極、 １６、１７は湾曲部、 をそれぞれ示す。 第１図 手発叫σ１の尖陀剖裔該明７ｊ鱈面回 第２図 ｅｙｒｒ−今市り 第４図 イ是！Ｆ：、ノ奥村を陀θ訂１１東Ｈ情田第５図 従非−次山改炙ｑ蛎説明７シ跡顔図 第６図
順断面図、 第２図は本発明の別の実施例を説明する断面図、第３図
は窪み孔壁面に段差を設けない場合の問題点を説明する
断面図、 第４図は電界分布図、 第５図は従来の技術を説明する受光素子の断面図、 第６図は従来の技術の改良型を説明する断面図、を示す
。 図面において、 ■はｎ”−１ｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＰバッファ層、 ３はｎ−−Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層、 ４はｎ−Ｇａ１ｎＡｓＰ中間層、 ５はｎ−１ｎＰ電界降下層、 ６はｐ″領域 ７はｐ型ガードリング領域、 ８は湾曲部、 ９はｎ−−１ｎＰ増倍層、 １０は窪み孔、 １１は段差部、 １２はマスク、 １３は反射防止膜、 １４はｐ側電極、 １５はｎ側電極、 １６、１７は湾曲部、 をそれぞれ示す。 第１図 手発叫σ１の尖陀剖裔該明７ｊ鱈面回 第２図 ｅｙｒｒ−今市り 第４図 イ是！Ｆ：、ノ奥村を陀θ訂１１東Ｈ情田第５図 従非−次山改炙ｑ蛎説明７シ跡顔図 第６図
Claims (3)
- （１）一導電型の光吸収層（３）と増倍層（９）を分離
積層せるアバランシェ・フォト・ダイオードにおいて、
該増倍層には受光面を底面とする窪み孔（１０）を形成
し、 該窪み孔の側壁は外側に向かって開口部を大とする段差
部（１１）が設けられ、 該窪み孔を含む領域より反対導電型不純物を導入して、
ｐｎ接合を形成することを特徴とする半導体受光素子。 - （２）前記窪み孔の側壁の構造として、外側に向かって
開口部を大とする傾斜面を備えたことを特徴とする特許
請求範囲第（１）項記載の半導体受光素子。 - （３）前記反対導電型不純物を導入するに際し、拡散フ
ロントを不純物濃度の低い増倍層（９）中に形成し、該
増倍層と光吸収層（３）の間にこれより濃度の高い電界
降下層（５）を備えたことを特徴とする特許請求範囲第
（１）項記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60190129A JPS6248079A (ja) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60190129A JPS6248079A (ja) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6248079A true JPS6248079A (ja) | 1987-03-02 |
Family
ID=16252874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60190129A Pending JPS6248079A (ja) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6248079A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157473A (en) * | 1990-04-11 | 1992-10-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Avalanche photodiode having guard ring |
| JPH04339196A (ja) * | 1991-05-16 | 1992-11-26 | Nippondenso Co Ltd | 空気調和機のファン制御装置 |
| US5281844A (en) * | 1991-04-18 | 1994-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Avalanche photodiode |
| JP2013175591A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
-
1985
- 1985-08-28 JP JP60190129A patent/JPS6248079A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157473A (en) * | 1990-04-11 | 1992-10-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Avalanche photodiode having guard ring |
| US5281844A (en) * | 1991-04-18 | 1994-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Avalanche photodiode |
| US5346837A (en) * | 1991-04-18 | 1994-09-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making avalanche photodiode |
| JPH04339196A (ja) * | 1991-05-16 | 1992-11-26 | Nippondenso Co Ltd | 空気調和機のファン制御装置 |
| JP2013175591A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
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