JPH0281480A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH0281480A JPH0281480A JP63232213A JP23221388A JPH0281480A JP H0281480 A JPH0281480 A JP H0281480A JP 63232213 A JP63232213 A JP 63232213A JP 23221388 A JP23221388 A JP 23221388A JP H0281480 A JPH0281480 A JP H0281480A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- concentration
- buffer layer
- impurity concentration
- inp
- Prior art date
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- Pending
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、アバランシェφフォトダイオド（Ａ Ｐ
Ｄ）に関する。
Ｄ）に関する。
（従来の技術）
従来のＡＰＤの濃度構成、および動作状態での電界分市
を第６図（ａ） 、（ｂ）に示す。例えば、ＩｎＰ層内
に形成されたＰＮ接合に逆バイアスを印加すると、空乏
層はＩｎＰ層からＩｎＧａＡｓＰ層を経てＩｎ Ｇａ
Ａｓ層にまで伸びる。空乏化されたＩｎＧａＡｓ層で光
が吸収されると、電子ホール対が発生する。このホール
は、空乏層内の電界に加速されてＩｎＰ層に注入される
、注入されたホールはＩｎＰ結晶内の格子に衝突し、新
たな電子−ホール対を発生する。ＩｎＰ層内の電界が充
分に高いとき、このホールの加速と新たな電子−ホール
対の発生が連鎖的に起こり、キャリアの増倍がなされる
。これがＡＰＤの動作原理である。
を第６図（ａ） 、（ｂ）に示す。例えば、ＩｎＰ層内
に形成されたＰＮ接合に逆バイアスを印加すると、空乏
層はＩｎＰ層からＩｎＧａＡｓＰ層を経てＩｎ Ｇａ
Ａｓ層にまで伸びる。空乏化されたＩｎＧａＡｓ層で光
が吸収されると、電子ホール対が発生する。このホール
は、空乏層内の電界に加速されてＩｎＰ層に注入される
、注入されたホールはＩｎＰ結晶内の格子に衝突し、新
たな電子−ホール対を発生する。ＩｎＰ層内の電界が充
分に高いとき、このホールの加速と新たな電子−ホール
対の発生が連鎖的に起こり、キャリアの増倍がなされる
。これがＡＰＤの動作原理である。
典型的なＡＰＤのＩ−Ｖ特性を、第７図に示す。
低バイアス時には、暗電流および光電流は、バイアス電
圧の増加によって徐々に増加していく。降伏電圧（ｖｂ
）近傍になると、増倍層内の増倍層内の電界値が上昇し
てくるためにキャリアの発生も指数関数的に増加し、そ
の結果電流も急激に増加して、降伏に至る。
圧の増加によって徐々に増加していく。降伏電圧（ｖｂ
）近傍になると、増倍層内の増倍層内の電界値が上昇し
てくるためにキャリアの発生も指数関数的に増加し、そ
の結果電流も急激に増加して、降伏に至る。
ＡＰＤの増倍率は、低電圧での光電流と動作電圧での光
電流との比で表わされ、信号は動作電圧での光電流と暗
電流の差として出力される。従っ”Ｃ，ＡＰＤの動作電
圧は、０．９〜０．９５Ｖ ｂの値が選ばれる。
電流との比で表わされ、信号は動作電圧での光電流と暗
電流の差として出力される。従っ”Ｃ，ＡＰＤの動作電
圧は、０．９〜０．９５Ｖ ｂの値が選ばれる。
ここでＡＰＤの動作電圧は、わずかな電圧の変動によっ
て電流値か急変する領域にあることに問題がある。即ち
、バイアス電圧がわずかに変動するだけで増倍率などが
急激に変動する。またｖｂ値は温度によっても変動する
ため、環境温度の変動などによっても増倍率などが変動
する。従って、ＡＰＤの増倍率を任意の値に設定し、こ
れを維持するためには、バイアス電圧を随時細かく調整
せねばならず、そのためＡＰＤの周辺の回路構成は大変
複雑なものになってしまうという問題があった。
て電流値か急変する領域にあることに問題がある。即ち
、バイアス電圧がわずかに変動するだけで増倍率などが
急激に変動する。またｖｂ値は温度によっても変動する
ため、環境温度の変動などによっても増倍率などが変動
する。従って、ＡＰＤの増倍率を任意の値に設定し、こ
れを維持するためには、バイアス電圧を随時細かく調整
せねばならず、そのためＡＰＤの周辺の回路構成は大変
複雑なものになってしまうという問題があった。
（発明が解決しようとする課８）
この様に通常のＡＰＤは、動作電圧近傍のバイアス電圧
の僅かな変動によっても電流値が急変するという課題を
解決しようとするものである。
の僅かな変動によっても電流値が急変するという課題を
解決しようとするものである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、バイアス電圧の変動による空乏層幅の変動を
吸収する層を設けて、多少の電圧の変動があっても増倍
層内の電界値はあまり変わらない様にすることにより、
上の課題を解決する。その１つの方法は、光吸収層に隣
接して、不純物濃度の低い低濃度層を設け、この層にま
で空乏層を延ばすことである。この層の不純物濃度は、
ＰＮ接合から離れるに従って徐々に低下するよう設定し
た方が効果が大きい、この低濃度層を設ける方法は、光
吸収層内の不純物濃度を徐々に低下させることによって
も実現できる。
吸収する層を設けて、多少の電圧の変動があっても増倍
層内の電界値はあまり変わらない様にすることにより、
上の課題を解決する。その１つの方法は、光吸収層に隣
接して、不純物濃度の低い低濃度層を設け、この層にま
で空乏層を延ばすことである。この層の不純物濃度は、
ＰＮ接合から離れるに従って徐々に低下するよう設定し
た方が効果が大きい、この低濃度層を設ける方法は、光
吸収層内の不純物濃度を徐々に低下させることによって
も実現できる。
また、ＰＮ接合を形成する第２導電形領域の不純物濃度
を、ＰＮ接合から離れるに従って徐々に低ドさせること
によっても実現可能である。
を、ＰＮ接合から離れるに従って徐々に低ドさせること
によっても実現可能である。
（作 用）
電圧は電界の積分で表される。層内の不純物ａ度が一定
のとき、不純物濃度が低い程空乏層が伸びるため、最大
電界値は低くなる。従って、空乏層の末端が達する領域
の不純物濃度を低下させれば、空乏層を延ばすためによ
り大きな電圧を要するため、多少のバイアス電圧の変動
によっては、増倍層能の電界値は大きく変動はしない。
のとき、不純物濃度が低い程空乏層が伸びるため、最大
電界値は低くなる。従って、空乏層の末端が達する領域
の不純物濃度を低下させれば、空乏層を延ばすためによ
り大きな電圧を要するため、多少のバイアス電圧の変動
によっては、増倍層能の電界値は大きく変動はしない。
一方、あまりの低ｌＩｓ度化は動作電圧自体が大きくな
ってしまい、実用上使用し難い。そこで低濃度層の不純
物濃度を、ＰＮ接合に近い部分ではやや高くし、遠ざか
るに従って漸次低下するようにしておく、こうすること
により、動作電圧自体をあまり高くすることなく、空乏
層の延びを吸収することができる。
ってしまい、実用上使用し難い。そこで低濃度層の不純
物濃度を、ＰＮ接合に近い部分ではやや高くし、遠ざか
るに従って漸次低下するようにしておく、こうすること
により、動作電圧自体をあまり高くすることなく、空乏
層の延びを吸収することができる。
（実施例）
本発明の第１の実施例の、濃度構成図および電界分布図
を第１図（ａ） 、 （ｂ）に示す。構造的には従来の
ＡＰＤと同様であるが、光吸収層の厚さを従来よりもや
や薄くして空乏層をバッファ層まで延ばしやすくすると
同時に、初めにＩｎＰ基板上に成長させるＩｎＰバッフ
ァ層の不純物濃度を、ＰＮ接合から離れるに従って徐々
に低下させている。この様なＩｎＰバッファ層の濃度分
布は、ＶＰＥやＭＯＣＶＤなど、によるエビキタシャル
成長中に、ドーパントガスの量を徐々に増していくこと
により、容易に達成できる。このときのＩ−Ｖ特性を第
２図に示す。従来のＡＰＤの様な、ｖｂ近傍での電流の
急激な増加は見られず、緩やかな降伏特性を示している
。
を第１図（ａ） 、 （ｂ）に示す。構造的には従来の
ＡＰＤと同様であるが、光吸収層の厚さを従来よりもや
や薄くして空乏層をバッファ層まで延ばしやすくすると
同時に、初めにＩｎＰ基板上に成長させるＩｎＰバッフ
ァ層の不純物濃度を、ＰＮ接合から離れるに従って徐々
に低下させている。この様なＩｎＰバッファ層の濃度分
布は、ＶＰＥやＭＯＣＶＤなど、によるエビキタシャル
成長中に、ドーパントガスの量を徐々に増していくこと
により、容易に達成できる。このときのＩ−Ｖ特性を第
２図に示す。従来のＡＰＤの様な、ｖｂ近傍での電流の
急激な増加は見られず、緩やかな降伏特性を示している
。
ｌｎＰバッファ層の不純物濃度は、この様に連続的に変
化するのではなく一定の低濃度であってもよい。この場
合、バッファ層の濃度は１×１０１６ｃｎＩ−３以下で
なければ、空乏層の延びを吸収する効果は期待できない
。
化するのではなく一定の低濃度であってもよい。この場
合、バッファ層の濃度は１×１０１６ｃｎＩ−３以下で
なければ、空乏層の延びを吸収する効果は期待できない
。
ＩｎＰバッファ層の不純物濃度の低下は、第３図（ａ）
、 （ｂ）の様に段階的であってもよい。ＬＰＥ成長
に於いて、不純物の量が異なるＩｎＰメルトをいくつか
用意し、不純物の少ないものから順次成長させていくこ
とにより、この様な構造が形成される。
、 （ｂ）の様に段階的であってもよい。ＬＰＥ成長
に於いて、不純物の量が異なるＩｎＰメルトをいくつか
用意し、不純物の少ないものから順次成長させていくこ
とにより、この様な構造が形成される。
また、不純物濃度が徐々に低下して空乏層の伸びを吸収
する領域は、ＩｎＰバッファ層に限らずＩｎ Ｇａ Ａ
ｓ光吸収層に掛かってもよいし、光吸収層のみで空乏層
の伸びを吸収することも可能である。その様子を第４図
（ａ） 、（ｂ）に示す。
する領域は、ＩｎＰバッファ層に限らずＩｎ Ｇａ Ａ
ｓ光吸収層に掛かってもよいし、光吸収層のみで空乏層
の伸びを吸収することも可能である。その様子を第４図
（ａ） 、（ｂ）に示す。
以上は空乏層の伸びをｎ形層で吸収する例を示してきた
が、第５図（ａ） 、 （ｂ）の様にｐ形層で空乏層の
伸びを吸収することも可能である。この様な構造は、８
１などのｎ形となる不純物を、例えば１５０ＫｅＶでイ
オン注入し、７００〜７５０℃でアニールした後、従来
のＡＰＤと同様にＣｄやＺｎなどを拡散することにより
形成することができる。もちろん、上で示したｎ形層で
吸収する方法と、ここで示したｐ形層で空乏層の伸びを
吸収する方法とを組み合わせることも可能である。
が、第５図（ａ） 、 （ｂ）の様にｐ形層で空乏層の
伸びを吸収することも可能である。この様な構造は、８
１などのｎ形となる不純物を、例えば１５０ＫｅＶでイ
オン注入し、７００〜７５０℃でアニールした後、従来
のＡＰＤと同様にＣｄやＺｎなどを拡散することにより
形成することができる。もちろん、上で示したｎ形層で
吸収する方法と、ここで示したｐ形層で空乏層の伸びを
吸収する方法とを組み合わせることも可能である。
以上、発明では、（ｉ）低濃度層の不純物温度を、ＰＮ
接合部から離れるに従って、段階的若しくは連続的に低
減する、（ｉｉ）光吸収層内の不純物温度をＰＮ接合部
から離れるに従って、段階的若しくは連続的に低減する
（ ｊｉ ）から離れるに従って、段階的若しくは連続
的に低減するといういずれかの手法を組合せて実施する
ことができる。
接合部から離れるに従って、段階的若しくは連続的に低
減する、（ｉｉ）光吸収層内の不純物温度をＰＮ接合部
から離れるに従って、段階的若しくは連続的に低減する
（ ｊｉ ）から離れるに従って、段階的若しくは連続
的に低減するといういずれかの手法を組合せて実施する
ことができる。
また、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ＡＰＤに限らず、Ｓｌや
Ｇｅ、その他Ｇａ Ａｓ系やＧａ Ｓｂ系などのあらゆ
る半導体系に於いて、本発明の精神を逸脱すること無く
応用することも可能であろう。
Ｇｅ、その他Ｇａ Ａｓ系やＧａ Ｓｂ系などのあらゆ
る半導体系に於いて、本発明の精神を逸脱すること無く
応用することも可能であろう。
［発明の効果］
この発明によって、ＡＰＤの降伏電圧近傍での電流の増
加は緩やかなものとなるため、バイアス電圧の調整が容
品となり、周辺回路も簡略化できる。
加は緩やかなものとなるため、バイアス電圧の調整が容
品となり、周辺回路も簡略化できる。
第１図及び第３図乃至第５図は、本発明の実施例である
ＡＰＤの濃度分布および電界分布を示す図、第２図は本
発明の実施例であるＡＰＤの■Ｖ特性を示す図、第６図
は従来のＡＰＤの濃度分布および電界分布を示す図、第
７図は従来のＡＰＤのＩ−Ｖ特性を示す図である。
ＡＰＤの濃度分布および電界分布を示す図、第２図は本
発明の実施例であるＡＰＤの■Ｖ特性を示す図、第６図
は従来のＡＰＤの濃度分布および電界分布を示す図、第
７図は従来のＡＰＤのＩ−Ｖ特性を示す図である。
Claims (2)
- （１）第１の導電形の光吸収層と、第１の導電形のキャ
リア増倍層と、該キャリア増倍層に接してＰＮ接合を形
成する第２の導電形の半導体層とを有する半導体受光素
子に於いて、前記光吸収層の前記ＰＮ接合とは反対側の
面に隣接して、その不純物濃度が１×１０＾１＾６ｃｍ
＾−＾３以下である低濃度層を有し、かつ素子の動作状
態に於いて前記ＰＮ接合から延びる空乏層が該低濃度層
に侵入する構造であることを特徴とする半導体受光素子
。 - （２）前記半導体受光素子に於いて、前記光吸収層の不
純物濃度は１×１０＾１＾６ｃｍ＾−＾３以下であり、
かつ厚さは１．５μｍ以下であることを特徴とする、請
求項１記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232213A JPH0281480A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232213A JPH0281480A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281480A true JPH0281480A (ja) | 1990-03-22 |
Family
ID=16935760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63232213A Pending JPH0281480A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0281480A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04352371A (ja) * | 1991-05-29 | 1992-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
| AT14141U1 (de) * | 2014-04-09 | 2015-05-15 | Kraiburg Austria Gmbh & Co Kg | Gummimatte |
-
1988
- 1988-09-19 JP JP63232213A patent/JPH0281480A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04352371A (ja) * | 1991-05-29 | 1992-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
| AT14141U1 (de) * | 2014-04-09 | 2015-05-15 | Kraiburg Austria Gmbh & Co Kg | Gummimatte |
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