JPH0231509B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0231509B2 JPH0231509B2 JP56084000A JP8400081A JPH0231509B2 JP H0231509 B2 JPH0231509 B2 JP H0231509B2 JP 56084000 A JP56084000 A JP 56084000A JP 8400081 A JP8400081 A JP 8400081A JP H0231509 B2 JPH0231509 B2 JP H0231509B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- layer
- semiconductor layer
- type
- guard ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H10F30/2255—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers form heterostructures, e.g. SAM structures
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は受光素子に関する。
1μｍ帯光通信用受光素子は、Ge−APD（アパ
ランシエ・フオト・ダイオード）或いはInP系
APDが用いられる。Ga−APDは実用化されてい
るが、暗電流が高い、光波長1.55μｍよりも長波
長で全く光感度がなくなると言う欠点がある。そ
の為、現在ではInP系APDの開発が盛んである。
この理由はInP半導体はGe半導体に較べて、ダイ
オード暗電流密度が約５桁小さいと言う点と、
InPと格子整合したInGaAsP半導体は光波長1.7μ
ｍまで光感光を有すると言う点にある。
ランシエ・フオト・ダイオード）或いはInP系
APDが用いられる。Ga−APDは実用化されてい
るが、暗電流が高い、光波長1.55μｍよりも長波
長で全く光感度がなくなると言う欠点がある。そ
の為、現在ではInP系APDの開発が盛んである。
この理由はInP半導体はGe半導体に較べて、ダイ
オード暗電流密度が約５桁小さいと言う点と、
InPと格子整合したInGaAsP半導体は光波長1.7μ
ｍまで光感光を有すると言う点にある。
InP系APDの基本構造は第１図に示す如くであ
る。即ち上層から順番にｎ型InP層（ウインドー
層１、ｎ型InGaAsP層（光吸収層）２、ｎ型InP
層（バツフアー層）３、n+型InP層（基板）４で
ある。これらの各層がLPE（液相エピタキシヤ
ル）成長で作成される。この後、ウインドー層１
にダイオードが形成される。その典型的な構造を
第２図に示す。ウインドー層１へのＰ層形成は、
熱拡散法或いはイオン注入法でＰ型不純物を添加
することによつて行なわれる。不純物はCdが最
も一般的である。第２図で５の領域は受光部の
P+領域、６の領域はガードリング部のＰ領域で
ある。
る。即ち上層から順番にｎ型InP層（ウインドー
層１、ｎ型InGaAsP層（光吸収層）２、ｎ型InP
層（バツフアー層）３、n+型InP層（基板）４で
ある。これらの各層がLPE（液相エピタキシヤ
ル）成長で作成される。この後、ウインドー層１
にダイオードが形成される。その典型的な構造を
第２図に示す。ウインドー層１へのＰ層形成は、
熱拡散法或いはイオン注入法でＰ型不純物を添加
することによつて行なわれる。不純物はCdが最
も一般的である。第２図で５の領域は受光部の
P+領域、６の領域はガードリング部のＰ領域で
ある。
現在のウインドー層１の層厚は数μｍである。
LPE成長技術から見て、ウインドー層厚を10μｍ
以上とすることは困難であるし、仮りにこれが可
能となつても、４元層に電界が発生するように素
子として動作させるためにウインドー層１の電子
キヤリア濃度を低減させることは不純物制御技術
上困難である。従つて数μｍの層厚のウインドー
層１に受光部５とガードリング部６を設けること
になるが、この点に関して現在問題がある。これ
について次に説明する。
LPE成長技術から見て、ウインドー層厚を10μｍ
以上とすることは困難であるし、仮りにこれが可
能となつても、４元層に電界が発生するように素
子として動作させるためにウインドー層１の電子
キヤリア濃度を低減させることは不純物制御技術
上困難である。従つて数μｍの層厚のウインドー
層１に受光部５とガードリング部６を設けること
になるが、この点に関して現在問題がある。これ
について次に説明する。
素子設計上、意図するところは、第２図に於
て、受光部５とウインドー層１が接する接合部を
片側接合として、ガードリング部６とウインドー
層１とが接する接合部を両側接合とすることであ
る。これによつて前者のブレークダウン電圧VB
１、後者のブレークダウン電圧VB2との間にVB1＜
VB2の関係が成り立つ。且つVB1とVB2との差が大
きい。ところが上記のことを実現することはプロ
セス上から見て容易ではない。即ち、選択ドーピ
ングを行なうに当つて、受光部５に於ては深さ方
向に急勾配の不純物布を得させて、ガードリング
部６に於ては深さ方向にゆるやかな勾配の不純物
分布を得させることは容易ではない。
て、受光部５とウインドー層１が接する接合部を
片側接合として、ガードリング部６とウインドー
層１とが接する接合部を両側接合とすることであ
る。これによつて前者のブレークダウン電圧VB
１、後者のブレークダウン電圧VB2との間にVB1＜
VB2の関係が成り立つ。且つVB1とVB2との差が大
きい。ところが上記のことを実現することはプロ
セス上から見て容易ではない。即ち、選択ドーピ
ングを行なうに当つて、受光部５に於ては深さ方
向に急勾配の不純物布を得させて、ガードリング
部６に於ては深さ方向にゆるやかな勾配の不純物
分布を得させることは容易ではない。
本発明の目的は、従来のこのような欠点を解決
し、ガードリングの効果が充分に期待される構造
の受光素子を提供することにある。
し、ガードリングの効果が充分に期待される構造
の受光素子を提供することにある。
このような本発明の特徴は、−族２元半導
体層表面に受光部とガードリングが形成されてな
る受光素子において、該−族２元半導体層内
に、これより禁制帯幅が狭くかつキヤリア濃度の
高い−族多元半導体層を、該受光部の直下の
該受光部とは離隔された領域に選択的に設けたこ
とにある。
体層表面に受光部とガードリングが形成されてな
る受光素子において、該−族２元半導体層内
に、これより禁制帯幅が狭くかつキヤリア濃度の
高い−族多元半導体層を、該受光部の直下の
該受光部とは離隔された領域に選択的に設けたこ
とにある。
以下本発明の一実施例を、その製造工程順を追
つて説明する。
つて説明する。
まず、第３図ａのように、n+型InP基板４上に
ｎ型InPバツフア層３をLPE成長して更にｎ型
InGaAsP層２をLPE成長する。この時点で一旦、
半導体を成長炉から取り出す。そして、第３図ｂ
ように素子形状から見て典型的には直径100μｍ
程度の受光部に相当するInGaAsP２の部分を残
して、それ以外のInGaAsPをエツチング処理に
よつて除去される。次にこの半導体を再び成長炉
内部に納めて、LPE成長を継続して第３図ｃの
如くにウインドー層１を形成する。次にこの半導
体に熱拡散法或いはイオン注入法によつてＰ型不
純物の選択ドーピングを施し、第３図ｄに示す如
くに受光部５とガードリング部６を形成する。こ
の際に、受光部５の大きさは、光吸収層２を上方
から充分に被うことが出来るように光吸収相２の
大きさよりも広く形成する。そして、ガードリン
グ部６は受光部５の外周部に形成される。
ｎ型InPバツフア層３をLPE成長して更にｎ型
InGaAsP層２をLPE成長する。この時点で一旦、
半導体を成長炉から取り出す。そして、第３図ｂ
ように素子形状から見て典型的には直径100μｍ
程度の受光部に相当するInGaAsP２の部分を残
して、それ以外のInGaAsPをエツチング処理に
よつて除去される。次にこの半導体を再び成長炉
内部に納めて、LPE成長を継続して第３図ｃの
如くにウインドー層１を形成する。次にこの半導
体に熱拡散法或いはイオン注入法によつてＰ型不
純物の選択ドーピングを施し、第３図ｄに示す如
くに受光部５とガードリング部６を形成する。こ
の際に、受光部５の大きさは、光吸収層２を上方
から充分に被うことが出来るように光吸収相２の
大きさよりも広く形成する。そして、ガードリン
グ部６は受光部５の外周部に形成される。
第３図に於て、ｎ型InP層１，３は、通常不純
物濃度を低減させた公称不純物無添加の成長層で
ある。この２層の電子濃度を各々n1、n3とする。
他方、光吸収層２も同様に通常、不純物無添加の
成長層でありこの電子濃度をn2とする。各層の電
子濃度の関係に関して次の条件が成立することが
必要である。
物濃度を低減させた公称不純物無添加の成長層で
ある。この２層の電子濃度を各々n1、n3とする。
他方、光吸収層２も同様に通常、不純物無添加の
成長層でありこの電子濃度をn2とする。各層の電
子濃度の関係に関して次の条件が成立することが
必要である。
n1、n3＜n2
上記の条件が成立すると、受光部５とウインド
ー層１、ガードリング部６とウインドー層１の接
合が、各々明確に片側接合、両側接合になつてい
なくても、第３図ｄの光吸収層２の上部の受光部
５とウインドー層１の接合部でのみ（高逆電圧印
加時に）優先的にブレークダウンを発生する。従
つてガードリング部６は結果的にガードリングと
しての役割を充分に果すことになる。この理由は
n1、n3＜n2である為に光吸収層２の上方の受光部
５−ウインドー層１間の接合部で（高逆電圧印加
時に）優先的に高電界に達するからである。
ー層１、ガードリング部６とウインドー層１の接
合が、各々明確に片側接合、両側接合になつてい
なくても、第３図ｄの光吸収層２の上部の受光部
５とウインドー層１の接合部でのみ（高逆電圧印
加時に）優先的にブレークダウンを発生する。従
つてガードリング部６は結果的にガードリングと
しての役割を充分に果すことになる。この理由は
n1、n3＜n2である為に光吸収層２の上方の受光部
５−ウインドー層１間の接合部で（高逆電圧印加
時に）優先的に高電界に達するからである。
さらに本発明の構造は雑音レベルを低減させる
結果を得る点でも非常に有効である。以下にこの
点を説明する。一般的に、第４図に示した如く、
Ｐ型領域７とｎ型領域８を有するPn接合ダイオ
ードに於て逆方向電圧加時に発生する暗電流は表
面暗電流Isと半導体内部から発生するバルク暗電
流Ibに類別できる。通常Isはパシベーシヨン技術
によつて改善される。他方Ibは半導体の種類と品
質に依存する。InP半導体とInGaAsP半導体を比
較した場合、後者がより狭い禁制帯幅を持つ為に
本質的により高い暗電流を発生することは知られ
ている。従つて第５図のInP(3)／InGaAsP(2)／
InP(1)多層半導体に於て、InGaAsPの４元領域２
を経由するパルク暗電流Ibqを減らして、４元領
域を経由しないパルク暗電流Ibbの割合を増して
やる方が暗電流低減の為には良いことが判かる。
ただし、ここで Ib＝Ibq＋Ibb とする。故に第５図ｂに示したようなInP１中に
InGaAsP２を埋込んだ構造の且つInGaAsP２の
存在を必要最小限に小さく抑えることが良いこと
が判る。
結果を得る点でも非常に有効である。以下にこの
点を説明する。一般的に、第４図に示した如く、
Ｐ型領域７とｎ型領域８を有するPn接合ダイオ
ードに於て逆方向電圧加時に発生する暗電流は表
面暗電流Isと半導体内部から発生するバルク暗電
流Ibに類別できる。通常Isはパシベーシヨン技術
によつて改善される。他方Ibは半導体の種類と品
質に依存する。InP半導体とInGaAsP半導体を比
較した場合、後者がより狭い禁制帯幅を持つ為に
本質的により高い暗電流を発生することは知られ
ている。従つて第５図のInP(3)／InGaAsP(2)／
InP(1)多層半導体に於て、InGaAsPの４元領域２
を経由するパルク暗電流Ibqを減らして、４元領
域を経由しないパルク暗電流Ibbの割合を増して
やる方が暗電流低減の為には良いことが判かる。
ただし、ここで Ib＝Ibq＋Ibb とする。故に第５図ｂに示したようなInP１中に
InGaAsP２を埋込んだ構造の且つInGaAsP２の
存在を必要最小限に小さく抑えることが良いこと
が判る。
本実施例の説明は、LPE成長したInP／
InGaAsP／InP半導体について行なつたが、VPE
（気相エピタキシヤル）成長した半導体について
も同じ構造が形成できれば、同じ効果が得られ
る。更に−半導体に於て格子整合した任意の
材料の組合せを用いても成立する。更にPn型を
反転させてＰ型半導体にｎ型領域を形成して同様
の構造を作成することもできる。
InGaAsP／InP半導体について行なつたが、VPE
（気相エピタキシヤル）成長した半導体について
も同じ構造が形成できれば、同じ効果が得られ
る。更に−半導体に於て格子整合した任意の
材料の組合せを用いても成立する。更にPn型を
反転させてＰ型半導体にｎ型領域を形成して同様
の構造を作成することもできる。
以上説明したように、本発明によれば、ガード
リング効果を充分に発揮し、しかも雑音レベルの
低い受光素子が実現される。
リング効果を充分に発揮し、しかも雑音レベルの
低い受光素子が実現される。
第１図および第２図はそれぞれ従来の受光素子
を示す断面図、第３図は本発明の一実施例を説明
するための製造工程順断面図、第４図および第５
図は本発明の効果を説明するための断面図であ
る。 １：−族２元半導体層（ウインドー層）、
２：−族多元半導体層（InGaAsP層）、５：
受光部、６：ガードリング部。
を示す断面図、第３図は本発明の一実施例を説明
するための製造工程順断面図、第４図および第５
図は本発明の効果を説明するための断面図であ
る。 １：−族２元半導体層（ウインドー層）、
２：−族多元半導体層（InGaAsP層）、５：
受光部、６：ガードリング部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一導電型−族２元半導体層表面に反対導
電型の受光部とガードリングが形成されてなる受
光素子において、 該−族２元半導体層より禁制帯幅が狭くか
つキヤリア濃度の高い一導電型−族多元半導
体層を、 該受光部直下であつて、且つそのPN接合と離
隔した領域に、周囲が該一導電型−族２元半
導体層に包含された状態の島状に設けたことを特
徴とする受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56084000A JPS57198668A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56084000A JPS57198668A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57198668A JPS57198668A (en) | 1982-12-06 |
| JPH0231509B2 true JPH0231509B2 (ja) | 1990-07-13 |
Family
ID=13818254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56084000A Granted JPS57198668A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Light receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57198668A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285832A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光学式温度計 |
| JPS63224252A (ja) * | 1987-02-06 | 1988-09-19 | シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 導波路−ホトダイオードアレー |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2311408A1 (fr) * | 1975-05-16 | 1976-12-10 | Thomson Csf | Photodiode a avalanche |
| JPS5513990A (en) * | 1978-07-18 | 1980-01-31 | Nec Corp | Semiconductor device |
| JPS5572084A (en) * | 1978-11-27 | 1980-05-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor photo-detector |
-
1981
- 1981-06-01 JP JP56084000A patent/JPS57198668A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57198668A (en) | 1982-12-06 |
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