JPH04111479A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH04111479A JPH04111479A JP2230208A JP23020890A JPH04111479A JP H04111479 A JPH04111479 A JP H04111479A JP 2230208 A JP2230208 A JP 2230208A JP 23020890 A JP23020890 A JP 23020890A JP H04111479 A JPH04111479 A JP H04111479A
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- 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
- H10F30/223—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 being a PIN barrier
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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〕
本発明は、光通信用システムの受光器等に用いられる受
光素子に関するものである。
光素子に関するものである。
第４図は、従来の受光素子の構造を示したものであり、
同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面
図である。図示されている様に従来の受光素子では、検
出しようとする光に対して透明な第１導電型の半導体基
板１の裏面に、中央部に光を入射させるための開口部を
有した電極８が形成されており、その開口部には反射防
止膜９が設けられている。この半導体基板１の表面上に
は、入射光を吸収するための第１導電型半導体結晶層２
が形成されている。なお、この半導体結晶層２は、バッ
ファ層２ ａ ｓ受光層２ｂ、キャップ層２ｃが順次積
層されたものである。この様な半導体結晶層２には不純
物が選択拡散されて、第２導電型である第１の領域３が
形成される。この部分が、半導体基板１をＮ層（または
Ｐ層）、半導体結晶層２を１層、第１の領域３をＰ層（
またはＮ層）とするＰＩＮフォトダイオード構造となり
、ここに受光領域１０が形成される。第１の領域３上に
は、光電流を取り出すための電極５が形成され、電極５
の周囲の半導体結晶層２の表面は保護膜７で覆われてい
る。
同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面
図である。図示されている様に従来の受光素子では、検
出しようとする光に対して透明な第１導電型の半導体基
板１の裏面に、中央部に光を入射させるための開口部を
有した電極８が形成されており、その開口部には反射防
止膜９が設けられている。この半導体基板１の表面上に
は、入射光を吸収するための第１導電型半導体結晶層２
が形成されている。なお、この半導体結晶層２は、バッ
ファ層２ ａ ｓ受光層２ｂ、キャップ層２ｃが順次積
層されたものである。この様な半導体結晶層２には不純
物が選択拡散されて、第２導電型である第１の領域３が
形成される。この部分が、半導体基板１をＮ層（または
Ｐ層）、半導体結晶層２を１層、第１の領域３をＰ層（
またはＮ層）とするＰＩＮフォトダイオード構造となり
、ここに受光領域１０が形成される。第１の領域３上に
は、光電流を取り出すための電極５が形成され、電極５
の周囲の半導体結晶層２の表面は保護膜７で覆われてい
る。
上述の構造を有する半導体装置に逆バイアスを印加する
ことによって半導体結晶層２中のｐｎ接合部分に空乏層
が生じる。すると、空乏層中に電界が生じ、受光領域１
０に入射した光によって生じた電子、正孔の各々は、互
いに導電型が異なる半導体基板１と第１の領域３に振り
分けられて加速される。このため光電流を外部に取り出
すことができ、光信号を検出することができる。
ことによって半導体結晶層２中のｐｎ接合部分に空乏層
が生じる。すると、空乏層中に電界が生じ、受光領域１
０に入射した光によって生じた電子、正孔の各々は、互
いに導電型が異なる半導体基板１と第１の領域３に振り
分けられて加速される。このため光電流を外部に取り出
すことができ、光信号を検出することができる。
上述した受光素子と同様の構造が、例えば米国特許Ｎｏ
、６０９３１７ （’ ８４．０５．１１）に示されて
いる。
、６０９３１７ （’ ８４．０５．１１）に示されて
いる。
第４図に示す従来構造では、受光領域１０内に光が入射
した場合は、光生成キャリアは空乏層に捕捉されて高速
応答特性を示すが、受光領域１０の外側に光が入射した
場合には、その光によって発生したキャリアが密度勾配
により拡散してｐｎ接合に達し、光電流として取り出さ
れるため、高速応答特性を阻害する。即ち、拡散による
キャリアの移動は遅いので、光パルスに対する応答波形
は第３図（ａ）に示される様に終端に尾を引いた波形と
なる。
した場合は、光生成キャリアは空乏層に捕捉されて高速
応答特性を示すが、受光領域１０の外側に光が入射した
場合には、その光によって発生したキャリアが密度勾配
により拡散してｐｎ接合に達し、光電流として取り出さ
れるため、高速応答特性を阻害する。即ち、拡散による
キャリアの移動は遅いので、光パルスに対する応答波形
は第３図（ａ）に示される様に終端に尾を引いた波形と
なる。
この様な受光素子を光通信に用いる場合、光ファイバか
ら出射した光は受光領域１０に入射するように集光され
る。しかし、一部の光が受光領域１０の外に漏れた場合
、前述した理由により受光素子の応答速度の低下に繋が
る。特に、高速の受光素子では接合容量を下げるために
受光領域の面積を小さくしているので、受光領域１０の
外側に入射する光の割合が増加して応答速度の遅い拡散
成分が増加し、応答速度の劣化に繋がる。
ら出射した光は受光領域１０に入射するように集光され
る。しかし、一部の光が受光領域１０の外に漏れた場合
、前述した理由により受光素子の応答速度の低下に繋が
る。特に、高速の受光素子では接合容量を下げるために
受光領域の面積を小さくしているので、受光領域１０の
外側に入射する光の割合が増加して応答速度の遅い拡散
成分が増加し、応答速度の劣化に繋がる。
特に第４図の様な裏面入射構造においては、接合面積を
特に小さくできることから高速応答用の素子に適してい
るが、シングルモードファイバ（コア径１０μｌ）と結
合した場合でも、光軸ずれやレンズ系の収差などから受
光領域１０の外に入射光の一部が漏れる場合がある。キ
ャリアの拡散長は数１０μｍ程度（インジウム・リン
キャップ層のついたｎ型インジウム・ガリウム・ヒ素層
では４０μＷ程度）あり、ｐｎ接合部分から離れた部分
で発生したキャリアも、拡散により光電流に寄与するた
め応答速度の低下に繋がる。
特に小さくできることから高速応答用の素子に適してい
るが、シングルモードファイバ（コア径１０μｌ）と結
合した場合でも、光軸ずれやレンズ系の収差などから受
光領域１０の外に入射光の一部が漏れる場合がある。キ
ャリアの拡散長は数１０μｍ程度（インジウム・リン
キャップ層のついたｎ型インジウム・ガリウム・ヒ素層
では４０μＷ程度）あり、ｐｎ接合部分から離れた部分
で発生したキャリアも、拡散により光電流に寄与するた
め応答速度の低下に繋がる。
本発明は、第１導電型の半導体層の一部に、第２導電型
である第１の領域を選択的に設ける事によって形成され
るｐｎ接合部分を受光領域とした裏面入射構造の受光素
子において、第１の領域が、半導体層に設けられた第２
導電型である第２の領域によって、所定の間隔を保って
取り囲まれていることを特徴とする。
である第１の領域を選択的に設ける事によって形成され
るｐｎ接合部分を受光領域とした裏面入射構造の受光素
子において、第１の領域が、半導体層に設けられた第２
導電型である第２の領域によって、所定の間隔を保って
取り囲まれていることを特徴とする。
本発明によれば、受光領域内に入射するべき光が受光領
域の外部に入射して電荷を発生させた場合でも、この電
荷は第２の領域内に集められ、受光領域への流入を防ぐ
ことができる。従って、必要な光電流のみを外部回路に
取り出すことができる。
域の外部に入射して電荷を発生させた場合でも、この電
荷は第２の領域内に集められ、受光領域への流入を防ぐ
ことができる。従って、必要な光電流のみを外部回路に
取り出すことができる。
本発明の実施例の構造について、以下、図に基づいて説
明する。
明する。
第１図は、本発明に係る受光素子の第１の実施例の構造
を示した図であり、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ
）はそのＸ−Ｘ断面図である。図示されている様にｎ＋
型ＩｎＰ （インジウム・リン）基板１の裏面には、中
央部に光を入射させるための開口部を有しているｎ側電
極８が形成され、その開口部は、光の反射損を無くすた
めの反射防止膜９で覆われている。このＩｎＰ基板１の
表面上には、ノンドープＩｎＧａＡｓ （インジウム・
ガリウム・ヒ素）受光層２（キャリア濃度；ｎ−一３１
Ｘ１０．厚さ４μＩｌ）が形成されている。
を示した図であり、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ
）はそのＸ−Ｘ断面図である。図示されている様にｎ＋
型ＩｎＰ （インジウム・リン）基板１の裏面には、中
央部に光を入射させるための開口部を有しているｎ側電
極８が形成され、その開口部は、光の反射損を無くすた
めの反射防止膜９で覆われている。このＩｎＰ基板１の
表面上には、ノンドープＩｎＧａＡｓ （インジウム・
ガリウム・ヒ素）受光層２（キャリア濃度；ｎ−一３１
Ｘ１０．厚さ４μＩｌ）が形成されている。
さらに、受光層２の表面側の上記開口部に対応する位置
には、ｐ型である第１の領域３が、封管法によるＺｎ（
亜鉛）の選択拡散によって形成され、その周囲には第１
の領域３から５μｍの間隔をあけて第２の領域４が同様
の方法で形成されている。
には、ｐ型である第１の領域３が、封管法によるＺｎ（
亜鉛）の選択拡散によって形成され、その周囲には第１
の領域３から５μｍの間隔をあけて第２の領域４が同様
の方法で形成されている。
この様な構造である受光層２の表面には、第１の領域３
上にｐ側電極５が、そして第２の領域４上に一部には、
領域４に集められた電荷を取り出すために、逆方向電圧
が印加される補助電極６が設けられており、その周囲は
素子保護膜７で覆われている。
上にｐ側電極５が、そして第２の領域４上に一部には、
領域４に集められた電荷を取り出すために、逆方向電圧
が印加される補助電極６が設けられており、その周囲は
素子保護膜７で覆われている。
なお、受光層２の厚さは入射光を効率よく吸収するため
１μＩＩ〜７μｍの範囲にあることが望ましいが、特に
この範囲に限定するものではない。
１μＩＩ〜７μｍの範囲にあることが望ましいが、特に
この範囲に限定するものではない。
また、第１の領域３と第２の領域４との間にあるｎ型領
域の幅は、応答特性と電気特性を良好に保つためには５
μｍ〜３０μｍの間にあることが望ましいが、特にこの
範囲に限定されるものではない。
域の幅は、応答特性と電気特性を良好に保つためには５
μｍ〜３０μｍの間にあることが望ましいが、特にこの
範囲に限定されるものではない。
上述の構造を有する受光素子において、受光領域１０の
外側に入射した光によって生成された電荷は、第２の領
域４によって生じた空乏層に集められる。従って、光信
号の検出に必要な光電流のみを取り出すことができる。
外側に入射した光によって生成された電荷は、第２の領
域４によって生じた空乏層に集められる。従って、光信
号の検出に必要な光電流のみを取り出すことができる。
この構造の受光素子について応答速度を測定した結果、
第３図（ｂ）で示される様に、波形の終端は尾を引かず
、受光領域１０の外側に入射した迷光による応答速度の
劣化がないことが確認できた。
第３図（ｂ）で示される様に、波形の終端は尾を引かず
、受光領域１０の外側に入射した迷光による応答速度の
劣化がないことが確認できた。
なお、不純物層によって不要電荷を吸収する構造は、例
えば特開昭５３−９６７１９に示されている。この記載
内容によれば、イメージセンサに・おいて受光素子部と
走査回路部の干渉を防ぐために不純物層が設けられてい
るが、各受光素子の周囲には不要電荷吸収領域が形成さ
れておらず、応答速度の改善効果は期待できない。
えば特開昭５３−９６７１９に示されている。この記載
内容によれば、イメージセンサに・おいて受光素子部と
走査回路部の干渉を防ぐために不純物層が設けられてい
るが、各受光素子の周囲には不要電荷吸収領域が形成さ
れておらず、応答速度の改善効果は期待できない。
次に、本発明に係る第２の実施例について、第２図を用
いて説明する。同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）は
そのＸ−Ｘ断面図である。ｎ＋型ＩｎＰ基板１ （ｎ＝
２Ｘ１０■８ａｍ−”） ノ裏面ニハ、第１の実施例と
同様に光入射用の開口を有する電極８が設けられ、その
開口部は反射防止膜９で覆われている。ｎ＋型１ｎＰ基
板１上には半導体結晶層２として、ノンドープＩｎＰバ
ッファ層２ａ（ｎ −２Ｘ １０１５ｃＩ１１−３、厚
さ２μｍ）、ノンドープＩ ｎＧａＡｓ受光層２ ｂ
（ｎ ＝ ２ ｘ １０”’ｃｍ−３厚さ３．５μｍ）
、ノンドープＩｎＰキヤ・ツブ層２ｃ （ｎ−２Ｘ１０
１６ｃｍ−３、厚さ１μｍｍ）が順次積層されている。
いて説明する。同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）は
そのＸ−Ｘ断面図である。ｎ＋型ＩｎＰ基板１ （ｎ＝
２Ｘ１０■８ａｍ−”） ノ裏面ニハ、第１の実施例と
同様に光入射用の開口を有する電極８が設けられ、その
開口部は反射防止膜９で覆われている。ｎ＋型１ｎＰ基
板１上には半導体結晶層２として、ノンドープＩｎＰバ
ッファ層２ａ（ｎ −２Ｘ １０１５ｃＩ１１−３、厚
さ２μｍ）、ノンドープＩ ｎＧａＡｓ受光層２ ｂ
（ｎ ＝ ２ ｘ １０”’ｃｍ−３厚さ３．５μｍ）
、ノンドープＩｎＰキヤ・ツブ層２ｃ （ｎ−２Ｘ１０
１６ｃｍ−３、厚さ１μｍｍ）が順次積層されている。
さらに、Ｚｎの選択拡散によって、ｐ型である第１の領
域３、及び第２の領域４が形成されている。この第１の
領域３の直径は１００μ印であり、その領域３と周囲の
領域４との間にあるｎ型領域の幅は１０μ謹である。半
導体結晶層２上には、領域３上にｐ側電極５が、そして
第２の領域４上に一部には、領域４に集められた電荷を
取り出すための補助電極６が設けられており、その周囲
は素子保護膜７で覆われている。
域３、及び第２の領域４が形成されている。この第１の
領域３の直径は１００μ印であり、その領域３と周囲の
領域４との間にあるｎ型領域の幅は１０μ謹である。半
導体結晶層２上には、領域３上にｐ側電極５が、そして
第２の領域４上に一部には、領域４に集められた電荷を
取り出すための補助電極６が設けられており、その周囲
は素子保護膜７で覆われている。
この構造においては、キャップ層２Ｃが受光層２ｂより
も広いバンドギャップを持つ材料で形成されているため
、表面漏れ電流を少なくすることができる。同時に、領
域４によって不要な電荷が吸収されるため、光信号の検
出に必要な電流のみを取り出すことができる。
も広いバンドギャップを持つ材料で形成されているため
、表面漏れ電流を少なくすることができる。同時に、領
域４によって不要な電荷が吸収されるため、光信号の検
出に必要な電流のみを取り出すことができる。
ここに記載した半導体材料並びにその寸法などはあくま
でも一例であり、用途・対象とする波長等により異なる
。例えば、半導体材料についてはＧａＡｓ （ガリウム
拳ヒ素） 、ＡｌＧａＡｓ （アルミニウム・ガリウム
・ヒ素）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）、ＨｇＣｄ
Ｔｅ（水銀・カドミウム・テルル）、ＩｎＳｂ （イン
ジウム・アンチモン）等の化合物半導体や、Ｓｉ（ケイ
素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等でも良く、選択拡散する
不純物にはＢｅ（ベリリウム）、Ｃｄ（カドミウム）等
の材料を用いても良い。また、第１及び第２の領域３．
４を形成するための不純物拡散にはイオン打ち込み等の
方法を用いても良い。
でも一例であり、用途・対象とする波長等により異なる
。例えば、半導体材料についてはＧａＡｓ （ガリウム
拳ヒ素） 、ＡｌＧａＡｓ （アルミニウム・ガリウム
・ヒ素）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）、ＨｇＣｄ
Ｔｅ（水銀・カドミウム・テルル）、ＩｎＳｂ （イン
ジウム・アンチモン）等の化合物半導体や、Ｓｉ（ケイ
素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等でも良く、選択拡散する
不純物にはＢｅ（ベリリウム）、Ｃｄ（カドミウム）等
の材料を用いても良い。また、第１及び第２の領域３．
４を形成するための不純物拡散にはイオン打ち込み等の
方法を用いても良い。
以上説明した様に、裏面入射構造の受光素子に受光領域
を取り囲む様に第２導電型領域を形成させるという簡単
な構造を用いる事により、受光領域の外側に入射した光
によって発生した電荷を収集して、応答速度の劣化を防
止することができる。
を取り囲む様に第２導電型領域を形成させるという簡単
な構造を用いる事により、受光領域の外側に入射した光
によって発生した電荷を収集して、応答速度の劣化を防
止することができる。
第１図は本発明の第１の実施例に係る受光素子構造を示
す図、第２図は本発明の第２の実施例に係る受光素子の
構造を示す図、第３図は従来及び本発明の受光素子の光
パルス応答特性を示す図、第４図は従来の受光素子構造
を示す図である。 １・・・第１導電型半導体基板、２・・・半導体結晶層
、２ａ・・・バッファ層、２ｂ・・・受光層、２Ｃ・・
・キャップ層、３・・・第２導電型である第１領域、４
・・・第２導電型である第２領域、５・・・ｎ側電極、
６・・・補助電極、７・・・素子保護膜、８・・・ｎ側
電極、９・・・反射防止膜、１０・・・受光領域。
す図、第２図は本発明の第２の実施例に係る受光素子の
構造を示す図、第３図は従来及び本発明の受光素子の光
パルス応答特性を示す図、第４図は従来の受光素子構造
を示す図である。 １・・・第１導電型半導体基板、２・・・半導体結晶層
、２ａ・・・バッファ層、２ｂ・・・受光層、２Ｃ・・
・キャップ層、３・・・第２導電型である第１領域、４
・・・第２導電型である第２領域、５・・・ｎ側電極、
６・・・補助電極、７・・・素子保護膜、８・・・ｎ側
電極、９・・・反射防止膜、１０・・・受光領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体層の一部に、第２導電型である
第１の領域を選択的に設ける事によって形成されるｐｎ
接合部分を受光領域とした裏面入射構造の受光素子にお
いて、 前記第１の領域は、前記半導体層に設けられた第２導電
型である第２の領域によって、所定の間隔を保って取り
囲まれていることを特徴とする受光素子。 ２、前記第２の領域と前記半導体層との間に逆方向電圧
を印加できる構造が形成されていることを特徴とする、
請求項１記載の受光素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230208A JPH04111479A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 受光素子 |
| CA002050362A CA2050362C (en) | 1990-08-31 | 1991-08-30 | Photo-sensing device |
| KR91015190A KR960004146B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-08-31 | Photo-sensing device |
| DE69128750T DE69128750T2 (de) | 1990-08-31 | 1991-09-02 | Lichtempfindliches Bauelement |
| EP91114759A EP0473197B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-09-02 | Photo-sensing device |
| US08/093,707 US5365101A (en) | 1990-08-31 | 1993-07-20 | Photo-sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230208A JPH04111479A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04111479A true JPH04111479A (ja) | 1992-04-13 |
Family
ID=16904268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2230208A Pending JPH04111479A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 受光素子 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5365101A (ja) |
| EP (1) | EP0473197B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04111479A (ja) |
| KR (1) | KR960004146B1 (ja) |
| CA (1) | CA2050362C (ja) |
| DE (1) | DE69128750T2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0723301A3 (en) * | 1995-01-23 | 1997-05-14 | Sumitomo Electric Industries | Compound semiconductor photodetector and method of manufacturing the same |
| US6043550A (en) * | 1997-09-03 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| JP2002511656A (ja) * | 1998-04-13 | 2002-04-16 | インテル・コーポレーション | 集積回路において光学的クロックを分散する方法および装置 |
| CN1103500C (zh) * | 1999-09-03 | 2003-03-19 | 北京大学 | 内场助金属超微粒子/介质复合光电发射薄膜 |
| JP2008047580A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
| JP2009099907A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子アレイおよび撮像装置 |
| JP2016152272A (ja) * | 2015-02-16 | 2016-08-22 | エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 | 受光素子を有する光検出半導体装置 |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3047385B2 (ja) * | 1991-10-25 | 2000-05-29 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子 |
| JPH05235396A (ja) * | 1992-02-24 | 1993-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光装置 |
| FR2719159B1 (fr) * | 1994-04-26 | 1996-06-14 | Adrien Bruno | Dispositif optoélectronique intégrant un photodétecteur à deux diodes. |
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