JPS6259905B2 - - Google Patents
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- JPS6259905B2 JPS6259905B2 JP57046028A JP4602882A JPS6259905B2 JP S6259905 B2 JPS6259905 B2 JP S6259905B2 JP 57046028 A JP57046028 A JP 57046028A JP 4602882 A JP4602882 A JP 4602882A JP S6259905 B2 JPS6259905 B2 JP S6259905B2
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Classifications
-
- 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 potential barriers, 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
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
- H01L31/1035—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIIBV compounds
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野：
本発明は、光通信方式において信号光の検出に
用いられる、簡単な工程で製作され高い性能と信
頼性を有する半導体受光素子の構造に関するもの
である。
用いられる、簡単な工程で製作され高い性能と信
頼性を有する半導体受光素子の構造に関するもの
である。
技術の背景：
光通信において使用する受光素子の大部分は半
導体結晶中のいわゆるpn接合の光電効果を利用
する。つまりpn接合に逆バイアスを印加してお
き、pn接合近傍に入射した光信号をこの光によ
り生成された電子・正孔対により電流信号に変え
て観測するものである。逆バイアスを深くしてい
けばなだれ（アバランシ）効果が生じ光電流は増
倍される。このアバランシホトダイオードは応答
速度が大きく又増巾作用があり、受光素子として
最も関心がよせられている。
導体結晶中のいわゆるpn接合の光電効果を利用
する。つまりpn接合に逆バイアスを印加してお
き、pn接合近傍に入射した光信号をこの光によ
り生成された電子・正孔対により電流信号に変え
て観測するものである。逆バイアスを深くしてい
けばなだれ（アバランシ）効果が生じ光電流は増
倍される。このアバランシホトダイオードは応答
速度が大きく又増巾作用があり、受光素子として
最も関心がよせられている。
従来技術と問題点：
従来のアバランシホトダイオードの代表的な構
成例を第１図に示す。該構成は電極用金属層１、
絶縁保護膜２、電極用金属層３、感光領域を形成
する半導体結晶４、感光用pn接合を形成するた
めの不純物拡散又はイオン打込み領域５、ガード
リング用pn接合を形成するための不純物拡散又
はイオン打込み領域５′からなつている。６は入
射信号光である。このアバランシホトダイオード
については多くの試みがなされ、特に最近では波
長1.3μｍや1.5μｍの光信号を受信するための
InP／GaInAsP系材料による研究が盛んである。
成例を第１図に示す。該構成は電極用金属層１、
絶縁保護膜２、電極用金属層３、感光領域を形成
する半導体結晶４、感光用pn接合を形成するた
めの不純物拡散又はイオン打込み領域５、ガード
リング用pn接合を形成するための不純物拡散又
はイオン打込み領域５′からなつている。６は入
射信号光である。このアバランシホトダイオード
については多くの試みがなされ、特に最近では波
長1.3μｍや1.5μｍの光信号を受信するための
InP／GaInAsP系材料による研究が盛んである。
第２図ａ，ｂはそれぞれ上記材料すなわち
InP／GaInAsP系材料によるアバランシホトダイ
オードの構造例を示したもので、第１図と同一符
号のものは同一部分を示しており、また７はInP
結晶、８はGa0.47In0.53As結晶である。これら従
来のアバランシホトダイオードの特性は第２図ａ
のメサ形構造ではpn接合の露出部分、第２図ｂ
のプレーナ構造ではpn接合と絶縁保護膜との接
触部分において電流のリークが生じ、いわゆる暗
電流が増大するため現状では全く不充分である。
InP／GaInAsP系材料によるアバランシホトダイ
オードの構造例を示したもので、第１図と同一符
号のものは同一部分を示しており、また７はInP
結晶、８はGa0.47In0.53As結晶である。これら従
来のアバランシホトダイオードの特性は第２図ａ
のメサ形構造ではpn接合の露出部分、第２図ｂ
のプレーナ構造ではpn接合と絶縁保護膜との接
触部分において電流のリークが生じ、いわゆる暗
電流が増大するため現状では全く不充分である。
発明の目的：
本発明はこれらの従来形素子の有する欠点を除
去するためにメサ形構造受光素子の周辺に簡便か
つ高性能のガードリングを構成した半導体受光素
子を提供することを目的とする。以下に図面を用
いて説明する。
去するためにメサ形構造受光素子の周辺に簡便か
つ高性能のガードリングを構成した半導体受光素
子を提供することを目的とする。以下に図面を用
いて説明する。
発明の実施例：
第３図は本発明の実施例の一つであつて、第４
図ａ，ｂ，ｃは該実施例を製作する工程である。
以下に第３図及び第４図ａ，ｂ，ｃを用いて格子
整合のとれたInP／GaInAsP系材料による場合に
ついて説明する。第１図と同一符号のものは同一
部分を示す。第３図において９はｐ形InP結晶基
板、１０はｐ形InPエピタキシヤル層、１１はｎ
形InPエピタキシヤル層、１２は感光層となるｎ
形GaInAsエピタキシヤル層、１３はｎ形InPエピ
タキシヤル層、１４はｎ型半導体へのオーミツク
電極、２はSiO2、Si3N4等の絶縁物薄膜からなる
保護膜、１５はｐ形半導体へのオーミツク電極、
６は入射信号光で受光されるべき光の素子への入
射方向を併せ示す。
図ａ，ｂ，ｃは該実施例を製作する工程である。
以下に第３図及び第４図ａ，ｂ，ｃを用いて格子
整合のとれたInP／GaInAsP系材料による場合に
ついて説明する。第１図と同一符号のものは同一
部分を示す。第３図において９はｐ形InP結晶基
板、１０はｐ形InPエピタキシヤル層、１１はｎ
形InPエピタキシヤル層、１２は感光層となるｎ
形GaInAsエピタキシヤル層、１３はｎ形InPエピ
タキシヤル層、１４はｎ型半導体へのオーミツク
電極、２はSiO2、Si3N4等の絶縁物薄膜からなる
保護膜、１５はｐ形半導体へのオーミツク電極、
６は入射信号光で受光されるべき光の素子への入
射方向を併せ示す。
本素子の構造は第４図ａ，ｂ，ｃに示す次のよ
うな手順で得ることができる。まず前記結晶基板
９の上に液相成長等の適当な手段によりそれぞれ
エピタキシヤル層に形成した結晶層１０，１１，
１２を順に形成する（第４図ａ）。次に該結晶層
１２の上にシリコン酸化膜などの薄膜からなる絶
縁保護膜２を円形又は正方形の如き適当な形に形
成し、これをエツチングマスクとして用いケミカ
ルエツチング等の手段で該エツチングマスクとし
ての絶縁保護膜２の下以外の該結晶膜１２，１
１、それにｐ形InPエピタキシヤル層の結晶層１
０の一部をとりさる（第４図ｂ）。次に露出した
該結晶層１０の表面にシリコン酸化膜などの電気
的絶縁薄膜の絶縁保護膜２を残つた該結晶層１
０，１１，１２をとりまいた形で形成する（第４
図ｃ）。
うな手順で得ることができる。まず前記結晶基板
９の上に液相成長等の適当な手段によりそれぞれ
エピタキシヤル層に形成した結晶層１０，１１，
１２を順に形成する（第４図ａ）。次に該結晶層
１２の上にシリコン酸化膜などの薄膜からなる絶
縁保護膜２を円形又は正方形の如き適当な形に形
成し、これをエツチングマスクとして用いケミカ
ルエツチング等の手段で該エツチングマスクとし
ての絶縁保護膜２の下以外の該結晶膜１２，１
１、それにｐ形InPエピタキシヤル層の結晶層１
０の一部をとりさる（第４図ｂ）。次に露出した
該結晶層１０の表面にシリコン酸化膜などの電気
的絶縁薄膜の絶縁保護膜２を残つた該結晶層１
０，１１，１２をとりまいた形で形成する（第４
図ｃ）。
次に液相成長法等の適当な手段でｎ形InPエピ
タキシヤル層の結晶層１３を成長するがこのとき
該結晶層１３は該絶縁保護膜２の上面の一部にも
成長する。これはオーバグロウス（over
growth）としてよく知られた現象である。この
後電極１４，１５を形成して完成する（第３
図）。この素子に電極１５を負、電極１４を正と
した逆方向電圧を加えた場合を考えれば、該結晶
層１０のキヤリヤ密度よりも該結晶層１１と１２
のキヤリヤ密度を小さくし、又該結晶層１３のキ
ヤリヤ密度を該結晶層１１よりもさらに小さくし
ておくことにより空乏層は結晶層１０と１１の界
面面から結晶層１１と１２の中に、又結晶層１０
と１３の界面から結晶層１３の中へとのびてい
く。このとき上記キヤリヤ濃度の関係から該結晶
層１０と１３の間のpn接合は結晶層１０と１１
の間のpn接合よりも大きな降伏電圧を有してい
るのでガードリングとして作用することは明らか
である。又該結晶層１０と１１のpnの接合の側
面は外気に露出してはいないので素子の信頼性は
きわめて高い。さらにガードリングの接合（結晶
層１０と１３の間）も絶縁保護膜２でパシベイシ
ヨンされており信頼性を高めている。したがつて
素子の暗電流は小さくなり又感光領域でのブレー
クダウン特性が均一である。以下に具体例を示
す。
タキシヤル層の結晶層１３を成長するがこのとき
該結晶層１３は該絶縁保護膜２の上面の一部にも
成長する。これはオーバグロウス（over
growth）としてよく知られた現象である。この
後電極１４，１５を形成して完成する（第３
図）。この素子に電極１５を負、電極１４を正と
した逆方向電圧を加えた場合を考えれば、該結晶
層１０のキヤリヤ密度よりも該結晶層１１と１２
のキヤリヤ密度を小さくし、又該結晶層１３のキ
ヤリヤ密度を該結晶層１１よりもさらに小さくし
ておくことにより空乏層は結晶層１０と１１の界
面面から結晶層１１と１２の中に、又結晶層１０
と１３の界面から結晶層１３の中へとのびてい
く。このとき上記キヤリヤ濃度の関係から該結晶
層１０と１３の間のpn接合は結晶層１０と１１
の間のpn接合よりも大きな降伏電圧を有してい
るのでガードリングとして作用することは明らか
である。又該結晶層１０と１１のpnの接合の側
面は外気に露出してはいないので素子の信頼性は
きわめて高い。さらにガードリングの接合（結晶
層１０と１３の間）も絶縁保護膜２でパシベイシ
ヨンされており信頼性を高めている。したがつて
素子の暗電流は小さくなり又感光領域でのブレー
クダウン特性が均一である。以下に具体例を示
す。
第３図の構造において前記各結晶層９，１０，
１１，１２，１３の構成を次のとおりとした。
１１，１２，１３の構成を次のとおりとした。
９：Zn doped ｐ形InP基板、厚み80μｍ、キヤ
リヤ密度４×1018cm-3、 １０：Zn doped ｐ形InP層、厚さ２μｍ、キヤ
リヤ密度２×1018cm-3、 １１：Sn doped ｎ形InP層、厚さ0.9μｍ、キヤ
リヤ密度１×1016cm-3、 １２：undoped ｎ形Ga0.47In0.53As、厚さ４μ
ｍ、キヤリヤ密度２×1015cm-3、 １３：undoped ｎ形InP層、厚さ5.2μｍ、キヤ
リヤ密度６×1015cm-3、 結晶層１０，１１，１２は液相成長法により、
結晶層１３は気相成長法によつた。また第４図ｂ
の工程で形成するSiO2の絶縁保護膜２の直径100
μｍで円形とし、第４図ｃの工程で形成した
SiO2の絶縁保護膜２に形成した窓の部分は直径
140μｍの円形とした。電極１４の材料としては
Au−Ge−Ni合金、電極１５の材料としてはAu−
Zn合金を用いた。電極１５に設けた窓は直径120
μｍの円形である。このアバランシホトダイオー
ドのブレークダウン電圧は85Vであり、飽和暗電
流は10nAであつた。またブレークダウン特性は
極めて良好で最大増倍率として155を得た。この
ときの照射光は1.55μｍの波長で0V印加での光
電流は0.1μＡであつた。量子効率を測定したと
ころ波長1.55μｍで91％、1.3μｍでは85％であ
つた。
リヤ密度４×1018cm-3、 １０：Zn doped ｐ形InP層、厚さ２μｍ、キヤ
リヤ密度２×1018cm-3、 １１：Sn doped ｎ形InP層、厚さ0.9μｍ、キヤ
リヤ密度１×1016cm-3、 １２：undoped ｎ形Ga0.47In0.53As、厚さ４μ
ｍ、キヤリヤ密度２×1015cm-3、 １３：undoped ｎ形InP層、厚さ5.2μｍ、キヤ
リヤ密度６×1015cm-3、 結晶層１０，１１，１２は液相成長法により、
結晶層１３は気相成長法によつた。また第４図ｂ
の工程で形成するSiO2の絶縁保護膜２の直径100
μｍで円形とし、第４図ｃの工程で形成した
SiO2の絶縁保護膜２に形成した窓の部分は直径
140μｍの円形とした。電極１４の材料としては
Au−Ge−Ni合金、電極１５の材料としてはAu−
Zn合金を用いた。電極１５に設けた窓は直径120
μｍの円形である。このアバランシホトダイオー
ドのブレークダウン電圧は85Vであり、飽和暗電
流は10nAであつた。またブレークダウン特性は
極めて良好で最大増倍率として155を得た。この
ときの照射光は1.55μｍの波長で0V印加での光
電流は0.1μＡであつた。量子効率を測定したと
ころ波長1.55μｍで91％、1.3μｍでは85％であ
つた。
以上具体例として、InPとGa0.47In0.53Asとの組
合わせからなるアバランシホトダイオードについ
て述べたが、この他にInPとGaxIn1-xAsyP1-yの組
合わせ、またはGaxIn1-xAsyP1-y同志、
GaxAl1-xAsとGaAsの組合わせ、GaxAl1-xAs同
志、GaoAl1-xAsySb1-yとGaSbの組合わせ、
GaxAl1-xAsySb1-y同志、GeとGaAs、SiとGaP等
により種々の波長の光に対する高性能なアバラン
シホトダイオードが構成され得ることは明白であ
る。
合わせからなるアバランシホトダイオードについ
て述べたが、この他にInPとGaxIn1-xAsyP1-yの組
合わせ、またはGaxIn1-xAsyP1-y同志、
GaxAl1-xAsとGaAsの組合わせ、GaxAl1-xAs同
志、GaoAl1-xAsySb1-yとGaSbの組合わせ、
GaxAl1-xAsySb1-y同志、GeとGaAs、SiとGaP等
により種々の波長の光に対する高性能なアバラン
シホトダイオードが構成され得ることは明白であ
る。
発明の効果
以上説明したように本発明はメサ形受光素子の
高性能化、高信頼化に寄与するもので、従来困難
であつたガードリングの形成とパシベイシヨンの
問題を選択結晶成長と絶縁保護膜上へのオーバグ
ロウス（over growth）を利用して巧みに解決し
たものである。したがつて、本発明によるアバラ
ンシホトダイオードは、きわめて高性能であり、
光伝送システムへの使用などに最適である。
高性能化、高信頼化に寄与するもので、従来困難
であつたガードリングの形成とパシベイシヨンの
問題を選択結晶成長と絶縁保護膜上へのオーバグ
ロウス（over growth）を利用して巧みに解決し
たものである。したがつて、本発明によるアバラ
ンシホトダイオードは、きわめて高性能であり、
光伝送システムへの使用などに最適である。
第１図は、従来から用いられてきたアバランシ
ホトダイオードの一般的構造を示す断面図、第２
図ａ，ｂは、従来開発されているInP−
Ga0.47In0.53As系のアバランシホトダイオードの
一般的構造を示す断面図、第３図は、本発明によ
る１実施例の断面図、第４図ａ，ｂ，ｃは、第３
図に示された本発明によるアバランシホトダイオ
ードを製作するための工程図である。 １……電極用金属層、２……絶縁保護膜、３…
…電極用金属層、４……感光領域を形成する半導
体結晶、５……不純物拡散又はイオン打込み領
域、６……入射信号光、５′……ガードリングと
して作用する不純物拡散又はイオン打込み領域、
７……InP結晶、８……Ga0.47In0.53As結晶、９…
…ｐ形InP結晶基板、１０……ｐ形InPエピタキ
シヤル層、１１……ｎ形InPエピタキシヤル層、
１２……ｎ形GaInAsエピタキシヤル層、１３…
…ｎ形InPエピタキシヤル層、１４……ｎ形オー
ミツク電極、１５……ｐ形オーミツク電極。
ホトダイオードの一般的構造を示す断面図、第２
図ａ，ｂは、従来開発されているInP−
Ga0.47In0.53As系のアバランシホトダイオードの
一般的構造を示す断面図、第３図は、本発明によ
る１実施例の断面図、第４図ａ，ｂ，ｃは、第３
図に示された本発明によるアバランシホトダイオ
ードを製作するための工程図である。 １……電極用金属層、２……絶縁保護膜、３…
…電極用金属層、４……感光領域を形成する半導
体結晶、５……不純物拡散又はイオン打込み領
域、６……入射信号光、５′……ガードリングと
して作用する不純物拡散又はイオン打込み領域、
７……InP結晶、８……Ga0.47In0.53As結晶、９…
…ｐ形InP結晶基板、１０……ｐ形InPエピタキ
シヤル層、１１……ｎ形InPエピタキシヤル層、
１２……ｎ形GaInAsエピタキシヤル層、１３…
…ｎ形InPエピタキシヤル層、１４……ｎ形オー
ミツク電極、１５……ｐ形オーミツク電極。
Claims (1)
- １ ガードリングを形成するpn接合構成を有す
る半導体受光素子の該pn接合の周囲において、
ｐ形半導体結晶とｎ形半導体結晶との間の一部分
に絶縁物薄膜が存在することを特徴とする半導体
受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57046028A JPS58162078A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57046028A JPS58162078A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58162078A JPS58162078A (ja) | 1983-09-26 |
| JPS6259905B2 true JPS6259905B2 (ja) | 1987-12-14 |
Family
ID=12735584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57046028A Granted JPS58162078A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58162078A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0280908U (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-21 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4010337B2 (ja) * | 1995-02-02 | 2007-11-21 | 住友電気工業株式会社 | ｐｉｎ型受光素子およびｐｉｎ型受光素子の製造方法 |
| JP5011607B2 (ja) * | 2001-04-16 | 2012-08-29 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子 |
-
1982
- 1982-03-23 JP JP57046028A patent/JPS58162078A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0280908U (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58162078A (ja) | 1983-09-26 |
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