JPH0258791B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0258791B2 JPH0258791B2 JP55136284A JP13628480A JPH0258791B2 JP H0258791 B2 JPH0258791 B2 JP H0258791B2 JP 55136284 A JP55136284 A JP 55136284A JP 13628480 A JP13628480 A JP 13628480A JP H0258791 B2 JPH0258791 B2 JP H0258791B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- junction
- layer
- concentration
- guard ring
- impurity concentration
- 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
Links
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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は逆方向バイアスで使用する半導体装置
に関し特にアバランシ・フオトダイオードに係る
ものである。
に関し特にアバランシ・フオトダイオードに係る
ものである。
プレナー形pn接合は結晶表面に保護膜を形成
しこれに設けた開孔部から不純物を拡散法やイオ
ン注入法でドープして作られる。このようなpn
接合で逆方向バイアスを印加するとpn接合端の
曲率のある部分から降伏が始まる、エツジブレー
クダウン現象が生じることはよく知られている。
このような局部降伏が生じると逆方向耐圧が低下
するし、またなだれ増倍現象を利用するアバラン
シ・フオトダイオードにおいては一様な電子なだ
れが起らず平均増倍率は著しく低下する。このた
め、このようなプレナー形pn接合ではガーード
リングと称する不純物ドープした環状領域をpn
接合周辺部に設けて耐圧を改善する方法がとられ
ている。このガードリングはO.Leistiko他著，
“Solid State Electronics”，1966年，９巻847―
852頁に記載されているように中央部のpn接合よ
り充分深くガードリングを形成してpn接合端の
曲率を緩和し、電界集中度を減らすことにより耐
圧を向上する方法が一般的に用いられている。
しこれに設けた開孔部から不純物を拡散法やイオ
ン注入法でドープして作られる。このようなpn
接合で逆方向バイアスを印加するとpn接合端の
曲率のある部分から降伏が始まる、エツジブレー
クダウン現象が生じることはよく知られている。
このような局部降伏が生じると逆方向耐圧が低下
するし、またなだれ増倍現象を利用するアバラン
シ・フオトダイオードにおいては一様な電子なだ
れが起らず平均増倍率は著しく低下する。このた
め、このようなプレナー形pn接合ではガーード
リングと称する不純物ドープした環状領域をpn
接合周辺部に設けて耐圧を改善する方法がとられ
ている。このガードリングはO.Leistiko他著，
“Solid State Electronics”，1966年，９巻847―
852頁に記載されているように中央部のpn接合よ
り充分深くガードリングを形成してpn接合端の
曲率を緩和し、電界集中度を減らすことにより耐
圧を向上する方法が一般的に用いられている。
しかし禁制帯幅の小なる光吸収層が内部に存在
するようなヘテロ形アバランシ・フオトダイオー
ドで、このような深いガードリングを形成すると
ガードリング部が小禁制帯幅半導体層に侵入する
おそれが生じる。降伏電圧は禁制帯幅が小さくな
る程、小さくなる傾向を持つため、ガードリング
が小禁制帯幅半導体層に接近したり、侵入するこ
とになれば逆に耐圧を下げることになりガードリ
ングの用をなさなくなる。
するようなヘテロ形アバランシ・フオトダイオー
ドで、このような深いガードリングを形成すると
ガードリング部が小禁制帯幅半導体層に侵入する
おそれが生じる。降伏電圧は禁制帯幅が小さくな
る程、小さくなる傾向を持つため、ガードリング
が小禁制帯幅半導体層に接近したり、侵入するこ
とになれば逆に耐圧を下げることになりガードリ
ングの用をなさなくなる。
また別のガードリングの構造としてY.C.Kao他
著，“Proceedings of the IEEE”，1967年，55
巻，８号1409―1414頁に記載されているように複
数個のp+形ガードリングをそれぞれ0.007〜0.009
インチの間隔を置いてp+n接合周辺に設けるもの
もある。この場合は最外周のガードリングを含む
面積は中央の動作領域のpn接合の面積の数倍か
ら数10倍となる。このことは整流器のようなデバ
イスでは問題とならないがアバランシ・フオトダ
イオードでは接合容量の増大と暗電流の増大を招
き光受信性能を著しく劣化させることになること
は明らかである。
著，“Proceedings of the IEEE”，1967年，55
巻，８号1409―1414頁に記載されているように複
数個のp+形ガードリングをそれぞれ0.007〜0.009
インチの間隔を置いてp+n接合周辺に設けるもの
もある。この場合は最外周のガードリングを含む
面積は中央の動作領域のpn接合の面積の数倍か
ら数10倍となる。このことは整流器のようなデバ
イスでは問題とならないがアバランシ・フオトダ
イオードでは接合容量の増大と暗電流の増大を招
き光受信性能を著しく劣化させることになること
は明らかである。
本発明はこのような欠点を除去し、耐圧電圧が
高いプレナーダイオードや光検出特性の優れたア
バランシ・フオトダイオードを提供することを目
的とする。すなわち、プレナー形pn接合の周辺
部が複数の不純物領域からなり、外側に位置する
領域程、不純物濃度が低くかつ表面からの深さが
同じかあるいは外側に位置するものほど深くなつ
ていることを特徴とするpn接合構造により、エ
ツジ・ブレークダウンを阻止し、かつ高い増倍率
を有するアバランシ・フオトダイオードを実現す
るものである。
高いプレナーダイオードや光検出特性の優れたア
バランシ・フオトダイオードを提供することを目
的とする。すなわち、プレナー形pn接合の周辺
部が複数の不純物領域からなり、外側に位置する
領域程、不純物濃度が低くかつ表面からの深さが
同じかあるいは外側に位置するものほど深くなつ
ていることを特徴とするpn接合構造により、エ
ツジ・ブレークダウンを阻止し、かつ高い増倍率
を有するアバランシ・フオトダイオードを実現す
るものである。
“Applied Physics Letters”，1974年，25巻，
11号，669―670頁に掲載されているように、本発
明者等によつてプレナー形pn接合を形成する際
に横方向拡散現象を利用してpn接合周辺の濃度
を外側に向う程、次第に低下せしめることによ
り、深いガードリングを設けることなく耐圧が改
善されることが見い出されている。しかしこのよ
うな構造は特定の不純物と特定の半導体材料の組
み合わせでのみ実現可能であり、一般的でない欠
点があつた。本発明はこの横方向拡散領域を複数
個の不純物領域に分割し、それぞれ濃度差をつけ
て不純物のイオン注入もしくは熱拡散法によりど
のような場合にも形成できる構造としたものであ
る。
11号，669―670頁に掲載されているように、本発
明者等によつてプレナー形pn接合を形成する際
に横方向拡散現象を利用してpn接合周辺の濃度
を外側に向う程、次第に低下せしめることによ
り、深いガードリングを設けることなく耐圧が改
善されることが見い出されている。しかしこのよ
うな構造は特定の不純物と特定の半導体材料の組
み合わせでのみ実現可能であり、一般的でない欠
点があつた。本発明はこの横方向拡散領域を複数
個の不純物領域に分割し、それぞれ濃度差をつけ
て不純物のイオン注入もしくは熱拡散法によりど
のような場合にも形成できる構造としたものであ
る。
第１図は本発明の一実施例を示し、ｎ形InP基
板１の上にｎ形InGaAsエピタキシヤル層２と、
ｎ形InPエピタキシヤル層３が形成されているウ
エハにpn接合を形成したもので、動作領域４は
Znを1018/c.c.以上の濃度で拡散して形成したもの
であり、５および６はZnの濃度をそれぞれ約101
７／c.c.，1016/c.c.に低下させた不純物領域を示す。
このような低濃度不純物層は熱拡散法により形成
することも可能であるがイオン注入法を用いて容
易に濃度を制御することができる。第３層の不純
物濃度が約1016/c.c.のとき５および６の低不純物
濃度領域を設けることにより耐圧は約40Vから約
70Vに改善される。また禁制帯幅の狭いInGaAs
層２が存在するため従来のような深いガードリン
グを形成したときは逆に耐圧が低下したが、本実
施例の場合には周辺不純物濃度領域の深さは中心
部のpn接合位置とほぼ同じであるため逆方向バ
イアスを増大したとき空乏層が周辺部で先に
InGaAs層に達することはないためこのような問
題が生じない。また７に逆バイアス下でのｐ層側
の空乏層境界を示すごとく、周辺領域に空乏層が
伸び電界集中が軽減される。
板１の上にｎ形InGaAsエピタキシヤル層２と、
ｎ形InPエピタキシヤル層３が形成されているウ
エハにpn接合を形成したもので、動作領域４は
Znを1018/c.c.以上の濃度で拡散して形成したもの
であり、５および６はZnの濃度をそれぞれ約101
７／c.c.，1016/c.c.に低下させた不純物領域を示す。
このような低濃度不純物層は熱拡散法により形成
することも可能であるがイオン注入法を用いて容
易に濃度を制御することができる。第３層の不純
物濃度が約1016/c.c.のとき５および６の低不純物
濃度領域を設けることにより耐圧は約40Vから約
70Vに改善される。また禁制帯幅の狭いInGaAs
層２が存在するため従来のような深いガードリン
グを形成したときは逆に耐圧が低下したが、本実
施例の場合には周辺不純物濃度領域の深さは中心
部のpn接合位置とほぼ同じであるため逆方向バ
イアスを増大したとき空乏層が周辺部で先に
InGaAs層に達することはないためこのような問
題が生じない。また７に逆バイアス下でのｐ層側
の空乏層境界を示すごとく、周辺領域に空乏層が
伸び電界集中が軽減される。
第２図は本発明の他の実施例を示し、周辺不純
物領域１５，１６の深さをそれぞれ外側程、深く
した例を示す。中心のp+領域４の深さを1μｍと
したとき１５，１６の深さをそれぞれ約2μｍ，
約3μｍに形成することにより１７に示す空乏層
境界は４と１５の層で平坦となり、耐圧改善上よ
り好ましい結果が得られる。
物領域１５，１６の深さをそれぞれ外側程、深く
した例を示す。中心のp+領域４の深さを1μｍと
したとき１５，１６の深さをそれぞれ約2μｍ，
約3μｍに形成することにより１７に示す空乏層
境界は４と１５の層で平坦となり、耐圧改善上よ
り好ましい結果が得られる。
なお、周辺低不純物領域が一重のときは完全に
エツジ降伏を防ぐのは困難であり、10％前後耐圧
低下が生じる。この低下量はアバランシ・フオト
ダイオードでは甚大であり、最大増倍率が著しく
低下する。
エツジ降伏を防ぐのは困難であり、10％前後耐圧
低下が生じる。この低下量はアバランシ・フオト
ダイオードでは甚大であり、最大増倍率が著しく
低下する。
本実施例では二重の周辺不純物領域の例を示し
たが実用的にはこれでも充分であるが、さらに細
分化し濃度を段階的に変化させればより完全な降
伏特性が得られる。また本発明はホモエピタキシ
ヤルウエハにも適用できることは勿論であり、よ
り複雑な多層のヘテロエピタキシヤルウエハにも
適用できることは言うまでもない。
たが実用的にはこれでも充分であるが、さらに細
分化し濃度を段階的に変化させればより完全な降
伏特性が得られる。また本発明はホモエピタキシ
ヤルウエハにも適用できることは勿論であり、よ
り複雑な多層のヘテロエピタキシヤルウエハにも
適用できることは言うまでもない。
第１図と第２図は本発明の実施例を説明するた
めに基本的な要素のみを表現した素子構造を示
し、 １は半導体基板、２は小禁制帯幅半導体層、３
はエピタキシヤル層、４，５，６は不純物ドープ
層、７，１７は空乏層境界を示す。
めに基本的な要素のみを表現した素子構造を示
し、 １は半導体基板、２は小禁制帯幅半導体層、３
はエピタキシヤル層、４，５，６は不純物ドープ
層、７，１７は空乏層境界を示す。
Claims (1)
- １ プレーナ形pn接合が形成されている半導体
層が、その層より禁制帯幅の狭い半導体層の上に
接して積層された構造を有し、該pn接合の周辺
部が複数個の低不純物濃度領域に分かれ外側に位
置するもの程低不純物濃度であり、該複数個の低
不純物濃度領域が形成するpn接合深さが、前記
pn接合と同じかあるいは外側に位置するものほ
ど深くなつていることを特徴とするアバランシ・
フオトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55136284A JPS5760876A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Avalanche photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55136284A JPS5760876A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Avalanche photodiode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5760876A JPS5760876A (en) | 1982-04-13 |
| JPH0258791B2 true JPH0258791B2 (ja) | 1990-12-10 |
Family
ID=15171573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55136284A Granted JPS5760876A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Avalanche photodiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5760876A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60196979A (ja) * | 1984-03-21 | 1985-10-05 | Nec Corp | 半導体装置 |
| US5446308A (en) * | 1994-04-04 | 1995-08-29 | General Electric Company | Deep-diffused planar avalanche photodiode |
| US5438217A (en) * | 1994-04-29 | 1995-08-01 | General Electric Company | Planar avalanche photodiode array with sidewall segment |
-
1980
- 1980-09-30 JP JP55136284A patent/JPS5760876A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPLIED PHYSICS LETTER * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5760876A (en) | 1982-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4083062A (en) | Avalanche photodiode with reduced avalanche breakdown voltage | |
| US7348608B2 (en) | Planar avalanche photodiode | |
| EP0156156A1 (en) | Avalanche photodiodes | |
| US4638551A (en) | Schottky barrier device and method of manufacture | |
| US3534231A (en) | Low bulk leakage current avalanche photodiode | |
| US3978511A (en) | Semiconductor diode and method of manufacturing same | |
| JPH0734479B2 (ja) | 半導体デバイス | |
| KR850008558A (ko) | 애벌란시 광전 다이오우드의 제조방법 및 애벌란시 광전 다이오우드 | |
| JP2020107901A (ja) | 平面のアバランシェ・フォトダイオード | |
| US4517582A (en) | Asymmetrical thyristor with highly doped anode base layer region for optimized blocking and forward voltages | |
| KR910009357B1 (ko) | 반도체 포토-다이오드 | |
| US4129878A (en) | Multi-element avalanche photodiode having reduced electrical noise | |
| US4079403A (en) | Thyristor device with self-protection against breakover turn-on failure | |
| US3514846A (en) | Method of fabricating a planar avalanche photodiode | |
| JPH0258791B2 (ja) | ||
| CN115621352B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| EP1741127A1 (en) | Planar avalanche photodiode | |
| US5336924A (en) | Zener diode having a reference diode and a protective diode | |
| JPS5913378A (ja) | ツエナ−ダイオ−ド | |
| JPH0157509B2 (ja) | ||
| KR970054557A (ko) | 초고속 애벌랜치 포토다이오드 및 제조방법 | |
| JP2763352B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3074574B2 (ja) | 半導体受光素子の製造方法 | |
| JPS6222545B2 (ja) | ||
| JPH0231509B2 (ja) |