JPS63120478A - 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、逆バイアス動作で使用するフォトダイオード
等に関するもので、特に低容量化に優れたフォトダイオ
ードに関するものである。

（従来の技術とその問題点） 半導体光検出器として、アバランシ降伏近傍で使用し内
部増倍効果を利用するアバランシ・フォトダイオード及
び増倍効果は伴わないが、低バイアスで使用するフォト
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
イバーの低損失領域が１．３〜１．６−波長域にあり、
これに対応して１．３−あるいは１．５５−で特徴づけ
られる波長での光伝送が主流となっている。この波長域
での光源としてはＩｎＰに格子接合するＩｎＧａＡｓＰ
混晶を用いたレーザダイオードが、また光検出器として
は１ｎＧａＡｓＰ混晶の全ての波長域をカバーできるＩ
ｎＰに格子接合したＩｎＧａＡｓ三元混晶材料でのフォ
トダイオードあるいはアバランシ・フォトダイオードが
中心的である。また当然のことながら、経済性を考えて
、この系における長距離、大容量の可能性を追求してお
り、超高速な光検出器の開発が待たれている。

現在進められているアバランシ・フォトダイオードは、
内部増倍作用を利用１７千いるから、高感度化が期待で
きるが、一方この内部増倍作用を有するが故に、高増倍
域での応答劣化を伴うという特徴がある。そこで、超高
速を目的とした光検出器としての、フォトダイオードの
研究・開発があり、例えば、エレクトロニクス・レター
ズ、２１巻、　２６２−２６３ページに、その−例が報
告されている。概略を第２図に示すが、ｎ”−ＩｎＰ基
板１１上にｎ−一工１にａＡｓ１３を結晶成長し、その
主表面を不純物拡散手法を用いてｐ　”−ＩｎＧａＡｓ
１５とすることによりその基本形を得ている。ここでｎ
−−ＩｎＧａＡｓ１．３を最終的に１．５ρ程度と薄く
することが特徴であり、−一の領域において、逆バイア
ス印加での光励起キャリアの走行時間を短くすることに
より３ｄＢ降下遮断周波数として約２０ＧＨｚという高
速変調特性を得ている。この様な高速性は、ｎ−−Ｉｎ
ＧａＡｓ１．３ｆｆｉを薄くして、光励起により発生し
たキャリアの走行時間を短くしていると共に第２図に示
ずようにメザ構造にすることによりｐｎ接合の容量を低
減していることによる。しかしながら、この様なメザ構
造は、信頼性、実用性、実装−になどから必ずしも望ま
しい構造ではなく、ブレーナ構造での高速フ第１・ダイ
オードが望まれている。

ブレーナ構造のフォトダイオードの例としては、第３図
に示すＪ：うな構造がある。即ぢ、ｎ＋−ＩｎＰ基板１
しトにｎ　”　−ＩｎＰ層１２　、　ｎ　−−ＩｎＧａ
Ａｓ　１３光吸収層、　ｎ−ＩｎＰ１４キャップ層を有
する結晶を用いて選択的にｐ”領域１５を形成した後、
絶縁膜１７、ｐ型電極１８及びｎ型電極１９により構成
されている。ここで特徴は、ブレーナ構造である点から
取扱いやすい、高信頼であるなどの利点は多いが、第３
図の例では、ｎ型電極として大きな面積を有する領域を
バイアス印加用リード線との接触用に設けておく必要が
あり、低容量化が困難であるという難点がある。

そこで、本発明の目的は、構造を工夫することによりブ
レーナ構造で低容量化に優れ、これにより高速性能を有
するフォトダイオードを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決４−るために本発明が提供する手段
は、第１の導電形を有する半導体層の一主表面の一領域
を選択的に第２の導電形に転換することによりｐｎ接合
を形成してなるフォトダイオードであって、前記第２の
導電形の周縁領域およびこの周縁領域近傍の前記第１の
導電形の前記半導体層が選択的に高抵抗化してあり、こ
の高抵抗化領域上に電極が形成してあることを特徴とす
る。

（作用） 本発明は上述の構成により、ブレーナ構造で低容量、高
速性に優れたフォトダイオードを可能とする。

（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図は本発明のフォトダイオードの一実施例を示す概
略横断面である。まず（１００）面を有するｎ”−Ｉｎ
Ｐ基板１１上に、例えば、気相成長法により膜厚２ｍ、
不純物濃度５Ｘ１０”ｃｍ−’のｎ”−ＩｎＰ１２を成
長後、膜厚２ｐ、不純物濃度ｌＸｌ０′８ＣＴ！ｌ−’
のｎ　−−ＩｎＧａＡｓ１３を成長する。次に膜厚１ρ
、不純物濃度ｇＸＩＱ”ｃｙｎ−”のｎ　−ＩｎＰ１４
を形成する。

このようにして得られたウェーハの表面に、例えばＳｉ
カ膜を形成した後、フォトレジスト工程により選択的に
一領域を除去する。次にこのＳｉｎ、膜を不純物拡散層
のマスクとして例えばＺｎ、Ｐ、を拡散源として高真空
排気した閉管中に上記ウェーハを配して封管後、５２０
℃前後で数分の熱処理を施すことによりＺｎの選択拡散
ｐ”領域１５を形成する。

ここでｐ＋領域１５の先端はｎ　−−ＩｎＧａＡｓ１３
に達するように熱処理時間を調整する。次に、再度Ｓｉ
ｎ、膜を形成した後、上記ｐ”領域１５の周縁に重なる
領域をフォト・レジスト工程により除去した後、鉄（Ｆ
ｅ）のイオン注入を上記５ｉ０ａ除去領域に選択的に施
す。Ｆｅのイオン注入は例えば、加速電圧３００ＫＶ　
、　６００ＫＶ　、　９００ＫＶ（７）　３種類で各々
５×１０″ｃＩＴｌ−ｓドーズ量で行なった後、上記Ｓ
ｉｎｇを除去し、次に７００°Ｃ３０分前後の熱処理を
施すことにより高抵抗領域１６を形成する。この様な工
程を経たウェーハに絶縁膜として例えば５ｉｓＮａ膜１
７を形成する。ここで受光領域は、１．３Ｐあるいは１
．５５Ｐ＠波長光に対して無反射条件を満足するような
膜厚０．２Ｐ前後とし、受光素子領域外は１ｐ厚程度と
した。この様な絶縁膜にフォト・レジスト目金せ工程に
より電極とり出し窓を設け、上記高抵抗領域１６上から
はみ出すことがない様にｐ型電極１８を設ける。

最後にｎ型電極１９を設けることにより本発明のフォト
ダイオードが得られる。

（発明の効果） 上述した、本発明の一実施例により得られた素子により
、次のような特性が得られた。即ち、ｐ２拡散直径２５
−≠の素子の一５ｖバイアス下で、素子容量として０．
０８ｐＦ程度ときわめて低容量であり、かつ、波長１．
３−の光パルスに対して、３ｄＢ降下の遮断周波数とし
て２５ＧＨｚという高速性能が得られた。これはブレー
ナ構造での電極領域下のｐｎ接合容量あるいは、絶縁膜
を介しての寄生容量が素子容量を大きく限定していた従
来例と較べて、高抵抗領域を介して電極形成することに
より、この電極に起因した容量を低減できた結果、低容
量化が達成でき、これにより光パルスに対する応答は、
光励起キャリアの走行時間、即ちｎ−一工ｎＧａＡｓ１
３中での走行する時間にのみ限定される限界特性に近い
高速性能が得られるようになったものと理解できる。

以上に詳しく説明したように、本発明によれば、ブレー
ナ構造であり、しかも低容量であって高速に作動するフ
ォトダイオードが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるフォトダイオードを示
す断面図、第２図は高速フォトダイオードの従来例を示
す断面図、第３図はプレーナ型フォトダイオードの従来
例を示す断面図である。 １１−ｎ”−ＩｎＰ基板、１２−　ｎ　”　−１ｎＰ層
、１３−　ｎ　−−ＩｎＧａＡｓ層、１４−　ｎ　−Ｉ
ｎＰ層、１５・ｐ＋領領域１６−・・高抵抗領域、１７
・・・絶縁膜、１８・・・ｐ型電極、１９・・・ｎ型電
極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の導電形を有する半導体層の一主表面の一領域を選
   択的に第２の導電形に転換することによりｐｎ接合を形
   成してなるフォトダイオードにおいて、前記第２の導電
   形の周縁領域およびこの周縁領域近傍の前記第１の導電
   形の前記半導体層が選択的に高抵抗化してあり、前記高
   抵抗化領域上に電極が形成してあることを特徴とするフ
   ォトダイオード。