JPH02214171A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
- Publication number
- JPH02214171A JPH02214171A JP1035414A JP3541489A JPH02214171A JP H02214171 A JPH02214171 A JP H02214171A JP 1035414 A JP1035414 A JP 1035414A JP 3541489 A JP3541489 A JP 3541489A JP H02214171 A JPH02214171 A JP H02214171A
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- Japan
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- inversion region
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、高速応答が可能な半導体受光装置、特にフ
ォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＰＤ
と略す）に関するものである。
ォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＰＤ
と略す）に関するものである。
第２図（ａ）、（ｂ）は例えば、昭和６１年度電子”１
４４Ｍ 学会総合全国大会子Ｗｓ＄９７８ （４−１４
９ページ）に記載されている従来のＩｎＧａＡＳプレー
ナ型ＰＤの代表的な構造を示す図であり、第２図（ａ）
は平面図、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）のＢ−Ｂ’線
におけるＰＤ動作中の断面図である。
４４Ｍ 学会総合全国大会子Ｗｓ＄９７８ （４−１４
９ページ）に記載されている従来のＩｎＧａＡＳプレー
ナ型ＰＤの代表的な構造を示す図であり、第２図（ａ）
は平面図、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）のＢ−Ｂ’線
におけるＰＤ動作中の断面図である。
これらの図において、１はｎ”−ＩｎＰ基板、２はｎ
−Ｉ ｎ Ｐバッファ層、３はｎ−−ＩｎＰ光吸収層、
３ａは空乏層、４はｒｌ−−１ｎＰ窓層、５はＺｎなど
の不純物が拡散されて、導電型が反転して形成されたｐ
＋領領域７は電子、８はホール、９はプラズマＣＶＤな
どの方法で電流通路用の窓部分を除いて形成された、例
えばシリコン窒化膜などの表面保１１ｙＡ（光に対して
透明） １０はｎ電極（以下、カソードと略す）、１
１はｐ電極（以下、アノードと略す） １２は入射光
、１３はアノードワイヤである。
−Ｉ ｎ Ｐバッファ層、３はｎ−−ＩｎＰ光吸収層、
３ａは空乏層、４はｒｌ−−１ｎＰ窓層、５はＺｎなど
の不純物が拡散されて、導電型が反転して形成されたｐ
＋領領域７は電子、８はホール、９はプラズマＣＶＤな
どの方法で電流通路用の窓部分を除いて形成された、例
えばシリコン窒化膜などの表面保１１ｙＡ（光に対して
透明） １０はｎ電極（以下、カソードと略す）、１
１はｐ電極（以下、アノードと略す） １２は入射光
、１３はアノードワイヤである。
次に動作について説明する。
一般的にＩｎＰ基板上に結晶成長され、格子定数がＩｎ
Ｐに合ったＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップ波長λ、は
、λ８≧１．６７μｍであり、方ＩｎＰではλ、≧０．
９２μｍであるので、第２図（ａ）、（ｂ）のＩｎＧａ
Ａｓ−ＰＤの波長感度はλ≧１．０〜１．６μｍ帯にあ
る。
Ｐに合ったＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップ波長λ、は
、λ８≧１．６７μｍであり、方ＩｎＰではλ、≧０．
９２μｍであるので、第２図（ａ）、（ｂ）のＩｎＧａ
Ａｓ−ＰＤの波長感度はλ≧１．０〜１．６μｍ帯にあ
る。
そこで、入射光１２の波長が１．３μｍの場合について
動作を説明する。
動作を説明する。
ＰＤは一般的に無バイアスまたは逆バイアス状態で１史
用されるので、アノード１１はカソード１０に対して印
加電圧ゼロまたは負電圧（−５〜１０ｖ）が印加される
。ｎ”’−ＩｎＰ窓層４のキャリア濃度はｌＸｌ０”ａ
ｍ””程度、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア
濃度は５ Ｘ １０ ”ｃｍ−３程度であり、ｎ−−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア濃度の方が小さいので
、逆バイアス状態では特に、空乏層３ａは主にｎ−−１
ｎＧａＡｓ光吸収７１１３内に広がる。受光面にλ≧１
．３μｍの入射光１２が入射すると、この光はλ、≧０
．９２のｎ−−ＩｎＰ窓層４には吸収されず、ｎ−−１
ｎＧ ａＡｓＡｓ光吸収化３収され、電子７．ホール８
のペアが発生する。ｎ”’−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３内
の空乏Ｊ１３ａ内で発生したキャリアは、空乏層３ａ内
の電界によるドリフト電流として外部回路により観測さ
れる。また、空乏層３ａ外のホール８のうち拡散により
空乏層３ａに達したものはドリフト電流に寄与する。す
なわち、ｎ−−■ｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア濃度
を下げ、空乏層３ａの幅を広くすることにより、ドリフ
ト電流に寄与するキャリアの割合を大きくして光電流の
値を太き（シ（すなわち感度を良くシ）、ブレイクダウ
ン電圧を大きくすることが可能になっていしかしながら
、上記のような従来の１ｎＧａＡｓプレーナ型ＰＤは、
アノード１１以外の受光面全体が１．３μｍの光に対し
て透明な表面保護膜９で覆われているので、入射光束が
ＰＤチップ全体に広がっている場合には、第２図（ｂ）
に示したように、空乏層３ａから離れた所でも電子７．
ホール８のペアが発生する。このうち拡散により空乏層
３ａに達するホール８は光電流に寄与するが、拡散が遅
いため、空乏層３ａ内またはその近傍で発生したキャリ
アに比べて光電流に寄与する時間が遅れる。したがって
、入射光１２がパルス状の場合、入射光１２の波形に比
べて受光電流波形にすそ引きが生ずる。第３図（ａ）、
（ｂ）はこの状態を説明するための図であり、第３図（
ａ）は入射光強度の時間的変化を示すパルス波形、第３
図（ｂ）は光電流の応答波形を示しているが、第３図（
ｂ）から明らかなように、光電流の立下がり時間１１１
が入射光１２の本来の立下がり時間ｔ１ｍに比べて長く
なっていた。すなわち、ｔｆニーｔｆ１１の時間だけ遅
くなっており、高速で変化する入射光１２に応答できな
いという問題があった。
用されるので、アノード１１はカソード１０に対して印
加電圧ゼロまたは負電圧（−５〜１０ｖ）が印加される
。ｎ”’−ＩｎＰ窓層４のキャリア濃度はｌＸｌ０”ａ
ｍ””程度、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア
濃度は５ Ｘ １０ ”ｃｍ−３程度であり、ｎ−−Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア濃度の方が小さいので
、逆バイアス状態では特に、空乏層３ａは主にｎ−−１
ｎＧａＡｓ光吸収７１１３内に広がる。受光面にλ≧１
．３μｍの入射光１２が入射すると、この光はλ、≧０
．９２のｎ−−ＩｎＰ窓層４には吸収されず、ｎ−−１
ｎＧ ａＡｓＡｓ光吸収化３収され、電子７．ホール８
のペアが発生する。ｎ”’−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３内
の空乏Ｊ１３ａ内で発生したキャリアは、空乏層３ａ内
の電界によるドリフト電流として外部回路により観測さ
れる。また、空乏層３ａ外のホール８のうち拡散により
空乏層３ａに達したものはドリフト電流に寄与する。す
なわち、ｎ−−■ｎＧａＡｓ光吸収層３のキャリア濃度
を下げ、空乏層３ａの幅を広くすることにより、ドリフ
ト電流に寄与するキャリアの割合を大きくして光電流の
値を太き（シ（すなわち感度を良くシ）、ブレイクダウ
ン電圧を大きくすることが可能になっていしかしながら
、上記のような従来の１ｎＧａＡｓプレーナ型ＰＤは、
アノード１１以外の受光面全体が１．３μｍの光に対し
て透明な表面保護膜９で覆われているので、入射光束が
ＰＤチップ全体に広がっている場合には、第２図（ｂ）
に示したように、空乏層３ａから離れた所でも電子７．
ホール８のペアが発生する。このうち拡散により空乏層
３ａに達するホール８は光電流に寄与するが、拡散が遅
いため、空乏層３ａ内またはその近傍で発生したキャリ
アに比べて光電流に寄与する時間が遅れる。したがって
、入射光１２がパルス状の場合、入射光１２の波形に比
べて受光電流波形にすそ引きが生ずる。第３図（ａ）、
（ｂ）はこの状態を説明するための図であり、第３図（
ａ）は入射光強度の時間的変化を示すパルス波形、第３
図（ｂ）は光電流の応答波形を示しているが、第３図（
ｂ）から明らかなように、光電流の立下がり時間１１１
が入射光１２の本来の立下がり時間ｔ１ｍに比べて長く
なっていた。すなわち、ｔｆニーｔｆ１１の時間だけ遅
くなっており、高速で変化する入射光１２に応答できな
いという問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたものであり、空間的に広がっており、かつ高速で変
動する入射光に対しても十分応答可乙の発明に係る半導
体受光装置は、第１の導電型を有する基板と、この基板
上に直接、もしくは第１の導電型を有するバッファ層を
介して積層された第１の導電型を有する光吸収層と、こ
の光吸収層上に積層された第１の導電型を有する窓（Ｍ
と、この窓層の一部から光吸収層まで形成された第２の
導電型を有する第１の反転領域と、この第１の反転領域
を取り囲むように、窓層の一部から光吸収層まで形成さ
れた第２の反転領域と、窓ＩＩ上に第１の反転領域の電
流通路用の窓部分を除いて形成された表面保護膜と、第
１の反転領域のみに直接もしくは第２の導電型を有する
オーミックコンタクト層を介して電気的に導通する第１
の電極と、基板にオーミック接触する第２の電極とから
構成したものである。
れたものであり、空間的に広がっており、かつ高速で変
動する入射光に対しても十分応答可乙の発明に係る半導
体受光装置は、第１の導電型を有する基板と、この基板
上に直接、もしくは第１の導電型を有するバッファ層を
介して積層された第１の導電型を有する光吸収層と、こ
の光吸収層上に積層された第１の導電型を有する窓（Ｍ
と、この窓層の一部から光吸収層まで形成された第２の
導電型を有する第１の反転領域と、この第１の反転領域
を取り囲むように、窓層の一部から光吸収層まで形成さ
れた第２の反転領域と、窓ＩＩ上に第１の反転領域の電
流通路用の窓部分を除いて形成された表面保護膜と、第
１の反転領域のみに直接もしくは第２の導電型を有する
オーミックコンタクト層を介して電気的に導通する第１
の電極と、基板にオーミック接触する第２の電極とから
構成したものである。
この発明においては、第１の反転領域による空２層から
十分離れた所で発生し、従来時間的に遅れて光電流に寄
与していたキャリアの成分が、第２の反転領域により新
たに形成された空乏層の電界によって遮断されて、第１
の反転領域による空乏層に収集されなくなる。
十分離れた所で発生し、従来時間的に遅れて光電流に寄
与していたキャリアの成分が、第２の反転領域により新
たに形成された空乏層の電界によって遮断されて、第１
の反転領域による空乏層に収集されなくなる。
第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の半導体受光装置の一
実施例の構造を示す図であり、第１図（ａ）は平面図、
第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ’線におけるＰ
Ｄ動作中の断面図である。これらの図において、第２図
（ａ）、（ｂ）と同一符号は同一のものを示し、３ｂは
新たに形成された空乏層、６は前記空乏層３ｂを形成す
るためにｐ１領域５を取り囲むように形成された第２の
反転領域としてのリング状のｐ＋領領域、第１の反転領
域としてのｐ＋領域５を形成する時にＺｎ拡散等によっ
て同時に形成している。また、このリング状のｐ＋領域
６ば電気的にフローティングとなっている。
実施例の構造を示す図であり、第１図（ａ）は平面図、
第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ’線におけるＰ
Ｄ動作中の断面図である。これらの図において、第２図
（ａ）、（ｂ）と同一符号は同一のものを示し、３ｂは
新たに形成された空乏層、６は前記空乏層３ｂを形成す
るためにｐ１領域５を取り囲むように形成された第２の
反転領域としてのリング状のｐ＋領領域、第１の反転領
域としてのｐ＋領域５を形成する時にＺｎ拡散等によっ
て同時に形成している。また、このリング状のｐ＋領域
６ば電気的にフローティングとなっている。
従来のＰＤの動作の説明で述べたように、この実施例の
場合においても第１の電極としてのアノード１１には、
第２の電極としてのカソード１０に対して負電圧が印加
される。この状態でＰＤチップ全体に広がった１、３μ
ｍの波長を持つ光が入射すると、従来のものと同様に、
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３内で吸収され、電子７．
ホール８のペアが発生し、空乏層３ａ内の電界によって
ドリフト電流となって外部回路により観測されるが、従
来のＰＤの高速応答を阻害する要因であった受光部であ
るｐ＋領域５から比較的速くで発生した時間的に遅れる
キャリアの成分は、この発明において新たに形成された
リング状のｐ＋領域６による空乏層３ｂの電界によって
移動を阻止されろ。
場合においても第１の電極としてのアノード１１には、
第２の電極としてのカソード１０に対して負電圧が印加
される。この状態でＰＤチップ全体に広がった１、３μ
ｍの波長を持つ光が入射すると、従来のものと同様に、
ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３内で吸収され、電子７．
ホール８のペアが発生し、空乏層３ａ内の電界によって
ドリフト電流となって外部回路により観測されるが、従
来のＰＤの高速応答を阻害する要因であった受光部であ
るｐ＋領域５から比較的速くで発生した時間的に遅れる
キャリアの成分は、この発明において新たに形成された
リング状のｐ＋領域６による空乏層３ｂの電界によって
移動を阻止されろ。
すなわち、リング状のｐ＋領域６の内側で発生したキャ
リアは従来のＰＤの場合と同じように光電流となり、外
部回路により観測されるが、リング状のｐ＋領域６の外
側で発生したキャリアは光電流となりにりく、時間的に
遅れる成分の割合は小さくなる。このことによって、第
３図（ｂ）における立下がり時間１１１は従来のＰＤの
値に比べて飛躍的に小さくなり、パルス応答波形のすそ
引きが改善され、ＰＤの高速性が向上する。また、リン
グ状のｐ＋領域６は、ｐ″″領域５と同時に形成するこ
とが可能で、工程数を増やすこともなく、加工費も変わ
らない。
リアは従来のＰＤの場合と同じように光電流となり、外
部回路により観測されるが、リング状のｐ＋領域６の外
側で発生したキャリアは光電流となりにりく、時間的に
遅れる成分の割合は小さくなる。このことによって、第
３図（ｂ）における立下がり時間１１１は従来のＰＤの
値に比べて飛躍的に小さくなり、パルス応答波形のすそ
引きが改善され、ＰＤの高速性が向上する。また、リン
グ状のｐ＋領域６は、ｐ″″領域５と同時に形成するこ
とが可能で、工程数を増やすこともなく、加工費も変わ
らない。
なお、上記実施例では、ｎ”−ＩｎＰ基板１を有するプ
レーナ型ＰＤに対して、＾速性向上のためにリング状の
ｐ＋領域６を形成する場合について述べたが、ｐ÷−１
ｎＰ基板を用いてｐｐ ｎの導電型が上記実施例とは遊
点しているＰＤを作成し、リング状のｎ１領域を設ける
ことも可能である。
レーナ型ＰＤに対して、＾速性向上のためにリング状の
ｐ＋領域６を形成する場合について述べたが、ｐ÷−１
ｎＰ基板を用いてｐｐ ｎの導電型が上記実施例とは遊
点しているＰＤを作成し、リング状のｎ１領域を設ける
ことも可能である。
また、上記実施例ではＩｎＰ系のＰＤについて説明した
が、これ以外の材料を用いたＰＤについても同様に適用
できることは言うまでもない。
が、これ以外の材料を用いたＰＤについても同様に適用
できることは言うまでもない。
また、上記実施例ではｐ＋領域５上に直接アノード１１
を形成しているが、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の
オーミックコンタクト層を介してもよい。
を形成しているが、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の
オーミックコンタクト層を介してもよい。
この発明は以上説明したとおり、第１の導電型を有する
基板と、この基板上に直接、もしくは第１の導電型を有
するバッファ層を介して積層され′た第１の導電型を有
する光吸収層と、この光吸収層上に積層された第１の導
電型を有する窓層と、この窓層の一部から光吸収層まで
形成された第２の導電型を有する第１の反転領域と、こ
の第１の反転領域を取り囲むように、窓層の一部から光
吸収層まで形成された第２の反転領域と、窓層上に第１
の反転領域の電流通路用の窓部分を除いて形成された表
面保護膜と、第１の反転領域のみに直接もしくは第２の
導電型を有するオーミックコンタクト層を介して電気的
に導通する第１の電極と、基板にオーミック接触する第
２の電極とから構成したので、第１の反転領域による空
乏層から十分離れた所で発生し、従来時間的に遅れて光
電流に寄与していたキャリアの成分が、第２の反転領域
により新たに形成された空乏層の電界によって遮断され
て収集されなくなり、チップ全体に広がったパルス状の
入射光に対してもすそ引き現象を解消でき、高速応答さ
せることが可能になるという効果がある。また、第２の
反転領域は、第１の反転領域と同時に形成できるため、
加工費を従来のものに比べ増やすこともない。
基板と、この基板上に直接、もしくは第１の導電型を有
するバッファ層を介して積層され′た第１の導電型を有
する光吸収層と、この光吸収層上に積層された第１の導
電型を有する窓層と、この窓層の一部から光吸収層まで
形成された第２の導電型を有する第１の反転領域と、こ
の第１の反転領域を取り囲むように、窓層の一部から光
吸収層まで形成された第２の反転領域と、窓層上に第１
の反転領域の電流通路用の窓部分を除いて形成された表
面保護膜と、第１の反転領域のみに直接もしくは第２の
導電型を有するオーミックコンタクト層を介して電気的
に導通する第１の電極と、基板にオーミック接触する第
２の電極とから構成したので、第１の反転領域による空
乏層から十分離れた所で発生し、従来時間的に遅れて光
電流に寄与していたキャリアの成分が、第２の反転領域
により新たに形成された空乏層の電界によって遮断され
て収集されなくなり、チップ全体に広がったパルス状の
入射光に対してもすそ引き現象を解消でき、高速応答さ
せることが可能になるという効果がある。また、第２の
反転領域は、第１の反転領域と同時に形成できるため、
加工費を従来のものに比べ増やすこともない。
第１図はこの発明の半導体受光装置の一実施例の構造を
示す図、第２図は従来のＰＩ）の構造を示す図、第３図
は入射光と光電流のパルス応答波形を示す特性図である
。 図において、１はｎ”−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバ
ッファ層、３はｎ −−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収
層、３ａ、３ｂは空乏層、４はｎ−−ＩｎＰ窓層、５は
ｐ＋領領域６はリング状のｐ＋領領域７は電子、８はホ
ール、９は表面保護膜、１０はカソード、１１は１ノー
ド、１２は入射光である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 （外２名）第 図 リンク１ア＼□のｐ中や頁壜
示す図、第２図は従来のＰＩ）の構造を示す図、第３図
は入射光と光電流のパルス応答波形を示す特性図である
。 図において、１はｎ”−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバ
ッファ層、３はｎ −−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収
層、３ａ、３ｂは空乏層、４はｎ−−ＩｎＰ窓層、５は
ｐ＋領領域６はリング状のｐ＋領領域７は電子、８はホ
ール、９は表面保護膜、１０はカソード、１１は１ノー
ド、１２は入射光である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 （外２名）第 図 リンク１ア＼□のｐ中や頁壜
Claims (1)
- 第１の導電型を有する基板と、この基板上に直接、も
しくは第１の導電型を有するバッファ層を介して積層さ
れた第１の導電型を有する光吸収層と、この光吸収層上
に積層された第１の導電型を有する窓層と、この窓層の
一部から前記光吸収層まで形成された第２の導電型を有
する第１の反転領域と、この第１の反転領域を取り囲む
ように、前記窓層の一部から前記光吸収層まで形成され
た第２の反転領域と、前記窓層上に前記第１の反転領域
の電流通路用の窓部分を除いて形成された表面保護膜と
、前記第１の反転領域のみに直接もしくは第２の導電型
を有するオーミックコンタクト層を介して電気的に導通
する第１の電極と、前記基板にオーミック接触する第２
の電極とから構成したことを特徴とする半導体受光装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035414A JPH02214171A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035414A JPH02214171A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02214171A true JPH02214171A (ja) | 1990-08-27 |
Family
ID=12441217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1035414A Pending JPH02214171A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02214171A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272364A (en) * | 1991-07-01 | 1993-12-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor photodetector device with short lifetime region |
| US5542018A (en) * | 1990-08-31 | 1996-07-30 | Kuhara; Yoshiki | Semiconductor laser device making use of photodiode chip |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63224268A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光装置 |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP1035414A patent/JPH02214171A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63224268A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5542018A (en) * | 1990-08-31 | 1996-07-30 | Kuhara; Yoshiki | Semiconductor laser device making use of photodiode chip |
| US5272364A (en) * | 1991-07-01 | 1993-12-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor photodetector device with short lifetime region |
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