JPH01169976A - Semiconductor photo-detector - Google Patents
Semiconductor photo-detectorInfo
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- JPH01169976A JPH01169976A JP62333860A JP33386087A JPH01169976A JP H01169976 A JPH01169976 A JP H01169976A JP 62333860 A JP62333860 A JP 62333860A JP 33386087 A JP33386087 A JP 33386087A JP H01169976 A JPH01169976 A JP H01169976A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 AlGaSb系APDの構造に関し。[Detailed description of the invention] 〔overview〕 Regarding the structure of AlGaSb-based APD.
強固なガードリング効果が得られるとともに。In addition to providing a strong guard ring effect.
ウィンド効果により量子効率を増加できる構造を得るこ
とを目的とし。The aim is to obtain a structure that can increase quantum efficiency through the wind effect.
基板上に受光領域を含んで順に積層されたn型GaSb
光吸収層と。N-type GaSb layered in order including the light-receiving region on the substrate
with a light absorption layer.
受光領域界面で側面が露出し、イオン化率比がピーク値
を示す組成の
n型へ1.Gal−xSb(0<x< 1)増倍層と。1. To an n-type composition with a side surface exposed at the light-receiving region interface and a peak ionization rate ratio. Gal-xSb (0<x<1) multiplication layer.
該増倍層より低不純物濃度であって、該増倍層よリバン
ドギャップの大きい
n型A1.Gal−xSb(0< x< 1)ウィンド
層と。An n-type A1. Gal-xSb (0<x<1) wind layer.
該増倍層よリバンドギャップの大きい
^lXGa I−xsb (0< x < 1)からな
るp型領域とを有し、該ウィンド層は受光領域より延長
して該p型領域の側面および該増倍層の側面に接してガ
ードリングを構成する。The window layer has a p-type region made of ^lXGa I-xsb (0<x<1) with a larger reband gap than the multiplication layer, and the window layer extends from the light-receiving region to the side surface of the p-type region and the multiplication layer. A guard ring is formed in contact with the side surface of the double layer.
本発明はAlGaSb系APD (Avalanche
Phtodiode)の構造に関する。The present invention relates to AlGaSb-based APD (Avalanche
Regarding the structure of Phtodiode).
光通信システムの長距離化、大容量化に伴い。With the increasing distance and capacity of optical communication systems.
AlGaSb系APDは、 A1.Ga、−、Sbがx
=0.065で共鳴的にイオン化率比が増加してピーク
値を示す性質1)を利用して1.超低雑音、超高速の受
光素子として期待されている。The AlGaSb-based APD is A1. Ga, -, Sb is x
Utilizing property 1) that the ionization rate ratio increases resonantly and shows a peak value at =0.065, 1. It is expected to be used as an ultra-low-noise, ultra-high-speed photodetector.
1) 0.Hildebrand et al、。1) 0. Hildebrand et al.
IEEE Journal of Quantun+
Electronics、’VOL、 Qt!−17,
No、2. p、284〜288゜February
1981゜
〔従来の技術〕
一般に、 APDにおいては、受光領域で効率よくpn
接合のブレークダウンを起こしてキャリアを増倍するた
めに、受光領域の周りのpn接合の耐圧を高くする強固
なガードリングが要求される。IEEE Journal of Quantun+
Electronics, 'VOL, Qt! -17,
No, 2. p, 284-288°February
1981゜[Prior art] Generally, in APD, pn is efficiently transmitted in the light receiving area.
In order to cause junction breakdown and multiply carriers, a strong guard ring is required to increase the withstand voltage of the pn junction around the light receiving region.
AlGaSbを用いてプレーナ型APDを実現した例は
極めて少(、ガードリング耐圧に関する情報も少ない。There are very few examples of realizing planar APDs using AlGaSb (and there is also little information regarding guard ring breakdown voltage).
第3図は従来例によるAlGaSb系APDの断面図で
ある。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional AlGaSb-based APD.
図において、 n”−GaSb基板1上に順にn−G
aSb光吸収層2 、 n−A1.Ga1−xSb(x
=0.065)増倍層3゜n−Al、Ga1−X5b(
x=0.3)ウィンド層4Aを成長し。In the figure, n-G
aSb light absorption layer 2, n-A1. Ga1−xSb(x
=0.065) Multiplier layer 3゜n-Al, Ga1-X5b (
x=0.3) Grow the wind layer 4A.
ウィンド層4A内に厚さの一部を残してZnを拡散し。Zn is diffused in the window layer 4A leaving a part of the thickness.
高濃度のp型領域5を形成する。A highly doped p-type region 5 is formed.
6はリング状のp側電極、7は基板側のn側電極である
。6 is a ring-shaped p-side electrode, and 7 is a substrate-side n-side electrode.
この例では、1回のエピタキシャル成長ですべての層が
形成できるが、p型領域5の周辺縁部では電界が集中し
やすく、従って接合はここでブレークダウンを起こしや
すくなり、受光領域で十分な増倍が得られない欠点があ
る。In this example, all the layers can be formed in one epitaxial growth, but the electric field tends to concentrate at the peripheral edge of the p-type region 5, so the junction is likely to break down here, and the light-receiving region is not sufficiently increased. There is a drawback that you cannot get double the amount.
そこで、接合周辺部でのブレークダウンを防止するため
にガードリングを付加した構造を第4図に示す。Therefore, FIG. 4 shows a structure in which a guard ring is added to prevent breakdown at the periphery of the bond.
第4図は他の従来例によるAlGaSb系APDの断面
図である。FIG. 4 is a sectional view of another conventional AlGaSb APD.
図において、 n”−GaSb基板1上に順にn−G
aSb光吸収層2.n−^lXGa+−xSb(x=0
.065)増倍層3を成長し、受光領域を残してメサ状
にエツチングする。In the figure, n-G
aSb light absorption layer 2. n-^lXGa+-xSb (x=0
.. 065) Multiplier layer 3 is grown and etched into a mesa shape leaving a light receiving area.
次に、メサ形成用のエツチングマスクをそのまま残して
、メサの周辺を低濃度の
n−−A1.Ga+−xsb(x=0.3)で埋め込み
成長し。Next, leaving the etching mask for forming the mesa as it is, the area around the mesa is etched with a low concentration of n--A1. Buried growth with Ga+-xsb (x=0.3).
ガードリング4Bを形成する。A guard ring 4B is formed.
次に、受光領域の増倍層3およびこれに隣接するガード
リング4Bの一部に表面よりZnを拡散し。Next, Zn is diffused from the surface into the multiplication layer 3 in the light receiving region and a part of the guard ring 4B adjacent thereto.
高濃度のp型領域5を形成する。A highly doped p-type region 5 is formed.
6はリング状のp側電極、7は基板側のn側電極である
。6 is a ring-shaped p-side electrode, and 7 is a substrate-side n-side electrode.
この例では接合周辺縁部は、低濃度の
n−^1XGa+−xSb(x=0.3)ガードリング
4B内に形成され、また、ガードリングのA1.Ga、
□5b(x=0.3)は増倍層の八1xGa + −X
Sb (x = 0 、065)よりイオン化率が小さ
く、ブレークダウン電圧が大きい。In this example, the junction peripheral edge is formed within the low concentration n-^1XGa+-xSb (x=0.3) guard ring 4B, and the A1. Ga,
□5b (x=0.3) is the multiplier layer 81xGa + -X
The ionization rate is lower than that of Sb (x = 0, 065), and the breakdown voltage is higher.
この理由に基づくガードリング効果により、接合周辺で
のブレークダウンを防止することができる。Due to the guard ring effect based on this reason, breakdown around the bond can be prevented.
しかしながら、第2図に示されるA1.Ga+−、Sb
の分光感度特性より、波長1.55μmの光を素子表面
から入射した場合でも、増倍層は小さいながらも感度を
有し、従って、p型領域5および増倍層3中で光が吸収
されてしまうという不都合を生ずる。However, A1. shown in FIG. Ga+-, Sb
According to the spectral sensitivity characteristics, even when light with a wavelength of 1.55 μm is incident from the element surface, the multiplication layer has sensitivity, although it is small. Therefore, the light is absorbed in the p-type region 5 and the multiplication layer 3. This causes the inconvenience of
このような状態では、増倍層への電子、正孔の混合注入
の効果が大きくなり共鳴イオン化減少による高イオン化
率比を持つAlXGa1−xSb(x=0.065)の
特徴を十分に生かすことができず。In such a state, the effect of mixed injection of electrons and holes into the multiplication layer becomes large, making full use of the characteristics of AlXGa1-xSb (x = 0.065), which has a high ionization rate ratio due to resonance ionization reduction. I can't do it.
雑音が増加する。Noise increases.
また、p型領域5に吸収された光は、接合に逆バイアス
をかけて発生した空乏層に拡散によって達した電子3ま
たは正孔しか光電流として寄与しないため、量子効率を
低下させる。In addition, the light absorbed by the p-type region 5 contributes as a photocurrent only to the electrons 3 or holes that have diffused into the depletion layer generated by applying a reverse bias to the junction, thereby reducing the quantum efficiency.
上記問題点の解決は、基板上に受光領域を含んで順に積
層された
n型GaSb光吸収層と。The solution to the above problem is to use an n-type GaSb light absorbing layer that includes a light receiving region and is laminated in order on a substrate.
受光領域界面で側面が露出し、イオン化率比がピーク値
を示す組成の
n型A 1.Ga I −xsb (0< x 〈1)
増倍層と。N-type A with a composition in which the side surface is exposed at the interface of the light-receiving region and the ionization rate ratio exhibits a peak value 1. Ga I −xsb (0< x 〈1)
With multiplication layer.
該増倍層より低不純物濃度であって、該増倍層よリバン
ドギャップの大きい
n型へl Ja + −xSb (0< x <1)ウ
ィンド層と。an n-type l Ja + -xSb (0<x<1) wind layer having a lower impurity concentration than the multiplication layer and a larger band gap than the multiplication layer;
該増倍層よリバンドギャップの大きい
A1.Ga+−xSb(0<x <1)からなるp型領
域とを有し、該ウィンド層は受光領域より延長して該p
型領域の側面および該増倍層の側面に接してガードリン
グを構成している半導体受光素子により達成される。A1. has a larger reband gap than the multiplication layer. a p-type region consisting of Ga+-xSb (0<x<1), and the window layer extends from the light-receiving region to form the p-type region.
This is achieved by a semiconductor light receiving element forming a guard ring in contact with the side surface of the mold region and the side surface of the multiplication layer.
本発明は、ガードリング効果を持つAlGaSb系AP
Dにウィンド効果を与えるようにしたものである。即ち
、第2図に示されるように1.55μm光を完全に透過
するように増倍層よリバンドギャップの大きいA lX
Ga 、 、、 XSb (X = 0.3)で受光領
域を覆い。The present invention is an AlGaSb-based AP with a guard ring effect.
This gives D a wind effect. That is, as shown in FIG. 2, Al
Cover the light receiving area with Ga, , , XSb (X = 0.3).
ここにp型領域とガードリングを形成するようにしたも
のである。A p-type region and a guard ring are formed here.
この結果、 1.55μmの光はp型領域5で吸収され
ることなく、空乏層に達することができる。As a result, light of 1.55 μm can reach the depletion layer without being absorbed by the p-type region 5.
第1図は本発明の一実施例によるAlGaSb系APD
の断面図である。FIG. 1 shows an AlGaSb-based APD according to an embodiment of the present invention.
FIG.
次に、製造プロセス順にその構造を説明する。Next, the structure will be explained in order of the manufacturing process.
図において、 n”−GaSb基板1上に順にn−G
aSb光吸収層2.n−八1XGa + −、Sb (
x = 0.065)増倍層3を成長し、受光領域を残
してメサ状にエツチングする。In the figure, n-G
aSb light absorption layer 2. n-81XGa + -, Sb (
x = 0.065) The multiplication layer 3 is grown and etched into a mesa shape, leaving a light receiving area.
次に、メサ形成用のエツチングマスクを除去し。Next, the etching mask for mesa formation was removed.
メサを覆って低濃度のn−A1.Ga+−xSb(x=
0.3)ウィンド層4を成長する。Low concentrations of n-A1 cover the mesa. Ga+−xSb(x=
0.3) Grow the wind layer 4.
この層は埋め込み部においてガードリングとなる。This layer becomes a guard ring in the buried portion.
次に、受光領域を含んだ領域に、ウィンド層4に表面よ
りZnを拡散し、高濃度のp型領域5を形成する。Next, Zn is diffused into the window layer 4 from the surface to form a highly concentrated p-type region 5 in a region including the light-receiving region.
以上の各部の諸元は9例えば次のようである。The specifications of each part mentioned above are as follows.
図番 各部 F−バントトープ濃度 厚さ(c
m−3) (μm)
5 p”″−八へGasb Zn
IE19 14 n−−AlG
aSb Te 2E15 2/1.23
n−−AlGaSb Te 5E15
110.22 n−GaSb Te 5
E15 11 n”−GaSb
Te IE18 3506はリング状のp
側電極で、厚さ360/60/100人のAu/Zn/
Au層上に厚さ2700/300人のAu/Ti層を形
成したもの、7は基板側のn側電極で厚さ2700/3
00人のAll/AllGe層である。Drawing number Each part F-Vanthope concentration Thickness (c
m-3) (μm) 5 p””-8 to Gasb Zn
IE19 14 n--AlG
aSb Te 2E15 2/1.23
n--AlGaSbTe 5E15
110.22 n-GaSbTe5
E15 11 n”-GaSb
Te IE18 3506 is a ring-shaped p
side electrode, thickness 360/60/100 Au/Zn/
An Au/Ti layer with a thickness of 2700/300 is formed on the Au layer, and 7 is the n-side electrode on the substrate side with a thickness of 2700/3.
00 All/AllGe layers.
なお実施例においては、接合をウィンド層中に形成した
が、増倍層に少し入り込んで形成しても多少量子効率が
落ちるだけで大きな問題にはならない。In the embodiment, the junction was formed in the window layer, but even if the junction is formed a little into the multiplication layer, the quantum efficiency will only decrease to some extent and there will be no major problem.
また、 A1.Ga+−、Sb系結晶ではXを増加させ
ると僅かに格子定数が増加する程度であるが、さらに格
子整合を良くするために1 この結晶系にAsを入れて
4元結晶として格子整合の制御を行ってもよい。Also, A1. In Ga+-, Sb-based crystals, increasing X only slightly increases the lattice constant, but in order to further improve lattice matching, 1 As is added to this crystal system to control lattice matching as a quaternary crystal. You may go.
以上説明したように本発明によれば、 AlGaSb系
APDにおいて1強固なガードリング効果が得られると
ともに、ウィンド効果により量子効率を増加できる。As explained above, according to the present invention, a strong guard ring effect can be obtained in an AlGaSb-based APD, and quantum efficiency can be increased due to the wind effect.
また、接合がバンドギャップの大きいウィンド層兼ガー
ドリング中に形成されているため、増倍に寄与しない接
合のトンネル電流を抑制することができる。Furthermore, since the junction is formed in the wind layer/guard ring with a large band gap, tunnel current in the junction that does not contribute to multiplication can be suppressed.
第1図は本発明の一実施例によるAlGaSb系APD
の断面図。
第2図はるAlXGa+−xSbの分光感度特性図。
第3図は従来例によるAlGaSb系APDの断面図。
第4図は他の従来例によるAlGaSb系APDの断面
図である。
図において。
1はn”−GaSb基板。
2はn−GaSb光吸収層。
3はn−AtXGa+−xSb(x=0.065)増倍
層。
4はn−AlxGa+−xsb(x=0.3)ウィンド
層。
5はp型領域。
6はp側電極で、 Au/Ti層/Au/Zn/Au層
。
7はn側電極Au/AuGe層
Aixl:rαI−x S))
/ 72 /、4 1.6 /、8
2.0仮長 い。少
分り鳥渡特・服
昂2 図
第 3 図
子tf)fliイ9・jq I!117 f5第4 図FIG. 1 shows an AlGaSb-based APD according to an embodiment of the present invention.
Cross-sectional view. FIG. 2 is a spectral sensitivity characteristic diagram of Haru AlXGa+-xSb. FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional AlGaSb-based APD. FIG. 4 is a sectional view of another conventional AlGaSb APD. In fig. 1 is an n"-GaSb substrate. 2 is an n-GaSb light absorption layer. 3 is an n-AtXGa+-xSb (x=0.065) multiplication layer. 4 is an n-AlxGa+-xsb (x=0.3) window 5 is the p-type region. 6 is the p-side electrode, Au/Ti layer/Au/Zn/Au layer. 7 is the n-side electrode Au/AuGe layer Aixl: rαI-x S)) / 72 /, 4 1 .6 /, 8
2.0 temporary length. Showari Tokuwatoku・Fukuro 2 Figure 3 Figure tf) fli I9・jq I! 117 f5 Fig. 4
Claims (1)
を示す組成の n型Al_xGa_1_−_xSb(0<x<1)増倍
層と、該増倍層より低不純物濃度であって、該増倍層よ
リバンドギャップの大きい n型Al_xGa_1_−_xSb(0<x<1)ウイ
ンド層と、該増倍層よりバンドギャップの大きい AlxGa_1_−_xSb(0<x<1)からなるp
型領域とを有し、 該ウインド層は受光領域より延長して該p型領域の側面
および該増倍層の側面に接してガードリングを構成して
いることを特徴とする半導体受光素子。[Scope of Claims] An n-type GaSb light absorption layer laminated in order including a light-receiving region on a substrate, and an n-type Al_xGa_1_-_xSb whose side surface is exposed at the interface of the light-receiving region and whose ionization rate ratio exhibits a peak value. (0<x<1) multiplication layer, an n-type Al_xGa_1_-_xSb (0<x<1) window layer which has a lower impurity concentration than the multiplication layer and has a larger reband gap than the multiplication layer; A p layer made of AlxGa_1_-_xSb (0<x<1) with a larger band gap than the multiplication layer
type region, and the window layer extends from the light-receiving region and forms a guard ring in contact with a side surface of the p-type region and a side surface of the multiplication layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62333860A JPH01169976A (en) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | Semiconductor photo-detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62333860A JPH01169976A (en) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | Semiconductor photo-detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01169976A true JPH01169976A (en) | 1989-07-05 |
Family
ID=18270754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62333860A Pending JPH01169976A (en) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | Semiconductor photo-detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01169976A (en) |
-
1987
- 1987-12-24 JP JP62333860A patent/JPH01169976A/en active Pending
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