JPH0332072A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH0332072A JPH0332072A JP1167472A JP16747289A JPH0332072A JP H0332072 A JPH0332072 A JP H0332072A JP 1167472 A JP1167472 A JP 1167472A JP 16747289 A JP16747289 A JP 16747289A JP H0332072 A JPH0332072 A JP H0332072A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
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- Light Receiving Elements (AREA)
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）
本発明は半導体受光素子に関し、特に低ｌＳ音・高速応
答を呈する半導体受光素子に関する。
答を呈する半導体受光素子に関する。
〈従来の技術）
現在、光通信用半導体受光素子としてＩｎｏ、５ｉＧａ
、、、Ａ５を用いたアバランシェ・フォトダイオード（
以下ＡＰＤと略す）の研究開発が進められており、従来
、低雑音特性を実現するために、第３図に示すような半
導体層構造が採用されている。
、、、Ａ５を用いたアバランシェ・フォトダイオード（
以下ＡＰＤと略す）の研究開発が進められており、従来
、低雑音特性を実現するために、第３図に示すような半
導体層構造が採用されている。
第３図において、１はｎ”−ＩｎＰｌに板、２はｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層、３はｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層、
４はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層、５はｎ−ＩｎＰアバラ
ンシェ増倍層、５′はアバランシェ増倍層１ｎＰ中に選
択的に設けられたｐ型導電領域である。かかる補遺にお
いて、逆バイアス電圧をｐｎ接合に印加し、ｐｎ接合下
のＩｎＰアバランシェ層５およびＩ ｎＧａＡｓ光吸収
層３を空乏化することにより、Ｉ ｎＧａＡｓ層で発生
した光励起キャリアのうちの正孔キャリアはＩｎＰアバ
ランシェ増倍層５へ注入される。ここで、正孔のイオン
化率（β）の方が電子のそれ（α）よりも大きいＩｎＰ
に正孔が注入されるので低雑音特性が得られる。
ｎＰバッファ層、３はｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層、
４はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ中間層、５はｎ−ＩｎＰアバラ
ンシェ増倍層、５′はアバランシェ増倍層１ｎＰ中に選
択的に設けられたｐ型導電領域である。かかる補遺にお
いて、逆バイアス電圧をｐｎ接合に印加し、ｐｎ接合下
のＩｎＰアバランシェ層５およびＩ ｎＧａＡｓ光吸収
層３を空乏化することにより、Ｉ ｎＧａＡｓ層で発生
した光励起キャリアのうちの正孔キャリアはＩｎＰアバ
ランシェ増倍層５へ注入される。ここで、正孔のイオン
化率（β）の方が電子のそれ（α）よりも大きいＩｎＰ
に正孔が注入されるので低雑音特性が得られる。
更に、高速応答を得るためにはＩｎＰアバランシェ増倍
領域のキャリア濃度を高くしてアバランシェ増倍領域を
薄くすることによってアバランシェ増倍立ち上がり時間
を短縮することが有効である。第４図にＩｎＰｎＰアバ
ランシエ増倍層領域ャリア濃度に対する真性アバランシ
ェ増倍立ち上がり時間（増倍率〜１における立ち上がり
時間で定義される）の実験データを示す。
領域のキャリア濃度を高くしてアバランシェ増倍領域を
薄くすることによってアバランシェ増倍立ち上がり時間
を短縮することが有効である。第４図にＩｎＰｎＰアバ
ランシエ増倍層領域ャリア濃度に対する真性アバランシ
ェ増倍立ち上がり時間（増倍率〜１における立ち上がり
時間で定義される）の実験データを示す。
（発明が解決しようとする課題）
第４図から明らかなように、キャリア濃度がｌＸｌ０”
〜４ Ｘ １０ ”ｃｓ−’程度においてはほぼキャリ
ア濃度に反比例して増倍立ち上がり時間が短縮されるが
、それ以上のキャリア濃度においては増倍立ち上がり時
間は有効には減少していがない、これは高速応答を実現
する上で障害となる。
〜４ Ｘ １０ ”ｃｓ−’程度においてはほぼキャリ
ア濃度に反比例して増倍立ち上がり時間が短縮されるが
、それ以上のキャリア濃度においては増倍立ち上がり時
間は有効には減少していがない、これは高速応答を実現
する上で障害となる。
このようにキャリア濃度を上げても増倍立ち上がり時間
が有効に減少しないのは、急峻なｐ＋ ｎ接合が形成さ
れないために、空乏層がｎ側尋Ｚ頭域のみならずｐｌＩ
！ｌＦ＃を領域にも広がり、従ってアバランシェ増倍領
域がｎ側のみならずｐｆｆｌにも形成されるためである
。即ち、アバランシェ増倍領域幅がキャリア濃度を上げ
ても予想通りに短縮されないのである。
が有効に減少しないのは、急峻なｐ＋ ｎ接合が形成さ
れないために、空乏層がｎ側尋Ｚ頭域のみならずｐｌＩ
！ｌＦ＃を領域にも広がり、従ってアバランシェ増倍領
域がｎ側のみならずｐｆｆｌにも形成されるためである
。即ち、アバランシェ増倍領域幅がキャリア濃度を上げ
ても予想通りに短縮されないのである。
そこで、本発明の目的は、急峻なｐ＋ ｎ接合をアバラ
ンシェ増倍層に形成し、キャリア濃度を上げれば予想通
りにアバランシェ増倍時間を短縮、即ち、高速応答を可
能にする半導体受光素子を提供することにある。
ンシェ増倍層に形成し、キャリア濃度を上げれば予想通
りにアバランシェ増倍時間を短縮、即ち、高速応答を可
能にする半導体受光素子を提供することにある。
（課題を解決するための手段〉
前述の課題を解決するため本発明の半導体受光素子は、
光吸収層と該光吸収層よりも広い禁制帝幅を有するアバ
ランシェ増倍層中に選択的にｐｎ接合が設けられた半導
体受光素子において、前記アバランシェ増倍層が少なく
とも互いに異なる２種の半導体層によって構成されてい
る。
光吸収層と該光吸収層よりも広い禁制帝幅を有するアバ
ランシェ増倍層中に選択的にｐｎ接合が設けられた半導
体受光素子において、前記アバランシェ増倍層が少なく
とも互いに異なる２種の半導体層によって構成されてい
る。
（実施例）
次に本発明について図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す構造図である。
本実膣例による半導体受光素子（アバランシェ７、ｔト
ダイオード：ＡＰＤ）は、ｎ”−ＩｎＰ基板１の上に有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次積層した
ｎ−−１ｎＰバッファ層（〜１μｍ厚） ２ 、３〜５
ｘ １０ ”ａｍ−’キャリア濃度のｎ−１ｎ Ｏ，
ＳＡＧ ａ （１，４７Ａ Ｓ光吸収層（〜２μｍ厚）
３．禁制帯幅０．９２ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ（〜０．３
μｍ厚） ４ 、 ６〜８Ｘ １０”ｃｍ−’キャリア
濃度の第１のｎ−ＩｎＰアバアバランシエ増倍層、およ
び２〜３ Ｘ １０ ”ａｍ−ｓ？ｒ？キヤリア濃度２
のｎ Ａ １１１．４７１ ｎｏ、ｓｉＡ Ｓアバラ
ンシェ増倍層５２を含む。
ダイオード：ＡＰＤ）は、ｎ”−ＩｎＰ基板１の上に有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次積層した
ｎ−−１ｎＰバッファ層（〜１μｍ厚） ２ 、３〜５
ｘ １０ ”ａｍ−’キャリア濃度のｎ−１ｎ Ｏ，
ＳＡＧ ａ （１，４７Ａ Ｓ光吸収層（〜２μｍ厚）
３．禁制帯幅０．９２ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ（〜０．３
μｍ厚） ４ 、 ６〜８Ｘ １０”ｃｍ−’キャリア
濃度の第１のｎ−ＩｎＰアバアバランシエ増倍層、およ
び２〜３ Ｘ １０ ”ａｍ−ｓ？ｒ？キヤリア濃度２
のｎ Ａ １１１．４７１ ｎｏ、ｓｉＡ Ｓアバラ
ンシェ増倍層５２を含む。
ｎ−Ａ１１ｎＡｓ５２には、表面がらみて円形もしくは
卵形に選択的に設けられたｐ＋型導電領域５′、ｐ＋領
域５′の周縁部にリング状に設けられたＰ−型導電領域
であるガードリング５°′を含む。
卵形に選択的に設けられたｐ＋型導電領域５′、ｐ＋領
域５′の周縁部にリング状に設けられたＰ−型導電領域
であるガードリング５°′を含む。
ｐｆｌＩＩ電極７は、ρ“型導電領域５′内に選択的に
窓あけされた反射防止ｒｆ！６を通してリング状に設け
られ、ｎ１ｌＷ電極８は基板１の裏面全面に形成されて
いる。各層は７００℃でのエピタキシャル成長によるエ
ピタキシャル層が形成された後、ベリリウムイオン注入
によってガードリング５゛°を形成し、しかる後、Ｚｎ
の熱拡散によりＰ＋型領域５′を設けている＊ Ｐ ”
ｎ接合はＡｌＩｎＡｓ中にあるが、はぼＡｌＩｎＡｓ
／ＩｎＰ界面に近接している０反射防止膜６はプラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉＮｘＭを堆積している。ｐｆｆｌお
よびｎＩＩ］！Ｉ電極は各々、Ｔ ｉ ／ Ｐ ｔ ／
Ａ ｕおよびＡｕＧｅ／Ｎｉである。
窓あけされた反射防止ｒｆ！６を通してリング状に設け
られ、ｎ１ｌＷ電極８は基板１の裏面全面に形成されて
いる。各層は７００℃でのエピタキシャル成長によるエ
ピタキシャル層が形成された後、ベリリウムイオン注入
によってガードリング５゛°を形成し、しかる後、Ｚｎ
の熱拡散によりＰ＋型領域５′を設けている＊ Ｐ ”
ｎ接合はＡｌＩｎＡｓ中にあるが、はぼＡｌＩｎＡｓ
／ＩｎＰ界面に近接している０反射防止膜６はプラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉＮｘＭを堆積している。ｐｆｆｌお
よびｎＩＩ］！Ｉ電極は各々、Ｔ ｉ ／ Ｐ ｔ ／
Ａ ｕおよびＡｕＧｅ／Ｎｉである。
第２図には従来のＩｎＰアバアバランシエ増倍層型不純
物であるＺｎを熱拡散した際のＺｎプロファイルおよび
、本発明のアバランシェ増倍層の一部に使用しようとす
るＩｎＰに格子整合するＡ １ ｏ、４＊Ｉ ｎｏ、ｓ
ｔＡ ＳへＺｎを熱拡散した際のＺｎプロファイルを示
している。ここで、ＺｎはＺｎｓ Ｐｔを拡散源として
拡散されている０図から明らかように、ＩｎＰ中のＺｎ
はなだらかに減少しているのに対して、ＡｌＩｎＡｓ中
のＺｎはある位置で急激に減少している。このことは急
峻なｐ＋ ｎ接合を形成する上で非常に好都合である。
物であるＺｎを熱拡散した際のＺｎプロファイルおよび
、本発明のアバランシェ増倍層の一部に使用しようとす
るＩｎＰに格子整合するＡ １ ｏ、４＊Ｉ ｎｏ、ｓ
ｔＡ ＳへＺｎを熱拡散した際のＺｎプロファイルを示
している。ここで、ＺｎはＺｎｓ Ｐｔを拡散源として
拡散されている０図から明らかように、ＩｎＰ中のＺｎ
はなだらかに減少しているのに対して、ＡｌＩｎＡｓ中
のＺｎはある位置で急激に減少している。このことは急
峻なｐ＋ ｎ接合を形成する上で非常に好都合である。
そこでｐ” ｎ１合位置にＩｎＰに格子整合するＡｌＩ
ｎＡｓ、もしくはＡｌＧａ１ｎＡｓを用いれば急峻なｐ
＋ ｎ接合が可能となり、従ってアバランシェ増倍立ち
上がり時間の短縮されたＡＰＤが形成できる。
ｎＡｓ、もしくはＡｌＧａ１ｎＡｓを用いれば急峻なｐ
＋ ｎ接合が可能となり、従ってアバランシェ増倍立ち
上がり時間の短縮されたＡＰＤが形成できる。
前記実施例によって作製した本発明のＡＰＤの真性アバ
ランシェ増倍立ち上がり時間を調べたところ１〜１．５
ｐｓ （ピコ秒）であった、従来の同程度の６〜８Ｘ１
０”Ｃ１１−３キャリア濃度のＩｎＰアバランシェ増Ｉ
ＲＮ！Ｊの場合、第４図から２〜２．５ｐｓであったの
に対し、大きく短縮されている。これにより高速化が図
られ、工業的価値は高い。
ランシェ増倍立ち上がり時間を調べたところ１〜１．５
ｐｓ （ピコ秒）であった、従来の同程度の６〜８Ｘ１
０”Ｃ１１−３キャリア濃度のＩｎＰアバランシェ増Ｉ
ＲＮ！Ｊの場合、第４図から２〜２．５ｐｓであったの
に対し、大きく短縮されている。これにより高速化が図
られ、工業的価値は高い。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明ではアバランシェ増１Δ層
が少なくとも互いに異なる２！Ｉ！類の半導体層により
構成されているので低雑音、高速応答特性が得られる。
が少なくとも互いに異なる２！Ｉ！類の半導体層により
構成されているので低雑音、高速応答特性が得られる。
第１図は本発明のＡＰＤの一実施例を示す断面図、第２
図はＺｎの熱拡散プロファイル図、第３図は従来のＡＰ
Ｄの断面図、第４図は従来のＡＰＤに対するＩｎＰ−ｑ
ヤリア潰度と真性アバランシェ増倍立ち上がり時間との
関係を示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・半導体基板１と同種の半
導体バッファ層、３・・・光吸収層、４・・・半導体中
間層、５．５１・・・第１のアバランシェ増倍層、５２
・・・第２のアバランシェ増倍層、５′・・・ｐ＋型導
電領域、５°゛・・・ガードリング、６・・・反射防止
膜、７・・・ｐ（１！Ｉ電極、８・・・ｎ側電極。
図はＺｎの熱拡散プロファイル図、第３図は従来のＡＰ
Ｄの断面図、第４図は従来のＡＰＤに対するＩｎＰ−ｑ
ヤリア潰度と真性アバランシェ増倍立ち上がり時間との
関係を示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・半導体基板１と同種の半
導体バッファ層、３・・・光吸収層、４・・・半導体中
間層、５．５１・・・第１のアバランシェ増倍層、５２
・・・第２のアバランシェ増倍層、５′・・・ｐ＋型導
電領域、５°゛・・・ガードリング、６・・・反射防止
膜、７・・・ｐ（１！Ｉ電極、８・・・ｎ側電極。
Claims (1)
- 光吸収層と該光吸収層よりも広い禁制帯幅を有するアバ
ランシェ増倍層中に選択的にｐｎ接合が設けられた半導
体受光素子において、前記アバランシェ増倍層が少なく
とも互いに異なる２種の半導体層によって構成されてい
ることを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167472A JP2995751B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167472A JP2995751B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332072A true JPH0332072A (ja) | 1991-02-12 |
| JP2995751B2 JP2995751B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=15850312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167472A Expired - Fee Related JP2995751B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995751B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP1167472A patent/JP2995751B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2995751B2 (ja) | 1999-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |