JPH06188447A - ＧａＩｎＡｓフォトダイオード - Google Patents
ＧａＩｎＡｓフォトダイオードInfo
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- JPH06188447A JPH06188447A JP4337410A JP33741092A JPH06188447A JP H06188447 A JPH06188447 A JP H06188447A JP 4337410 A JP4337410 A JP 4337410A JP 33741092 A JP33741092 A JP 33741092A JP H06188447 A JPH06188447 A JP H06188447A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １μｍより短波長側から２μｍ近傍まで、高
い分光感度を有する信頼性の高いフォトダイオードを実
現する。 【構成】 ＩｎＰに対する格子不整合率が０．５％以上
のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡｓY
Ｐ1-Yの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入したバ
ッファー層上に形成して、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格
子不整合を緩和し、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子定数
と−０．５〜０．５％で一致するようにした格子定数の
ＩｎＡｓＰ窓層を０．１μｍ以下の膜厚で前記ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層上に形成した構成としたことを特徴とする。
い分光感度を有する信頼性の高いフォトダイオードを実
現する。 【構成】 ＩｎＰに対する格子不整合率が０．５％以上
のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡｓY
Ｐ1-Yの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入したバ
ッファー層上に形成して、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格
子不整合を緩和し、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子定数
と−０．５〜０．５％で一致するようにした格子定数の
ＩｎＡｓＰ窓層を０．１μｍ以下の膜厚で前記ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層上に形成した構成としたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いたフォトダイオードの分光感度特性の改善に関するも
のである。
いたフォトダイオードの分光感度特性の改善に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、波長１．５μｍ帯のフォトダイオ
ードとして、Ｇｅ（ゲルマニウム）およびＧａＩｎＡｓ
（ゲルマニウム・インジウム・ヒ素）のフォトダイオー
ドが知られている。Ｇｅフォトダイオードと比べてＧａ
ＩｎＡｓフォトダイオードの方が、暗電流が１桁以上小
さく、１〜１．５μｍの波長範囲で分光感度が高く優れ
ている。光計測や光通信などに用いられるＧａＩｎＡｓ
フォトダイオードは、ＩｎＰ（インジウム・リン）基板
上に膜厚１〜３μｍのＧａＩｎＡｓ吸収層とこの吸収層
上にＩｎＰ窓層を形成し、ｐｎ接合をＩｎＰ窓層／Ｇａ
ＩｎＡｓ吸収層の界面付近のＧａＩｎＡｓ吸収層内に形
成した構成である。この時、ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子
定数は、ＩｎＰの格子定数に合うように、ＧａとＩｎの
組成（３族組成）を制御して形成する。したがって、Ｉ
ｎＰに対するＧａＩｎＡｓの格子定数の違い（格子不整
合率Δａ／ａ）は、ほぼ±０．３％以内である。このよ
うなＧａＩｎＡｓフォトダイオードの長波長側の分光感
度限界は、ＧａＩｎＡｓの吸収端波長によって決定さ
れ、室温でほぼ１．７μｍより短波長である。
ードとして、Ｇｅ（ゲルマニウム）およびＧａＩｎＡｓ
（ゲルマニウム・インジウム・ヒ素）のフォトダイオー
ドが知られている。Ｇｅフォトダイオードと比べてＧａ
ＩｎＡｓフォトダイオードの方が、暗電流が１桁以上小
さく、１〜１．５μｍの波長範囲で分光感度が高く優れ
ている。光計測や光通信などに用いられるＧａＩｎＡｓ
フォトダイオードは、ＩｎＰ（インジウム・リン）基板
上に膜厚１〜３μｍのＧａＩｎＡｓ吸収層とこの吸収層
上にＩｎＰ窓層を形成し、ｐｎ接合をＩｎＰ窓層／Ｇａ
ＩｎＡｓ吸収層の界面付近のＧａＩｎＡｓ吸収層内に形
成した構成である。この時、ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子
定数は、ＩｎＰの格子定数に合うように、ＧａとＩｎの
組成（３族組成）を制御して形成する。したがって、Ｉ
ｎＰに対するＧａＩｎＡｓの格子定数の違い（格子不整
合率Δａ／ａ）は、ほぼ±０．３％以内である。このよ
うなＧａＩｎＡｓフォトダイオードの長波長側の分光感
度限界は、ＧａＩｎＡｓの吸収端波長によって決定さ
れ、室温でほぼ１．７μｍより短波長である。
【０００３】しかし、１．７μｍから２μｍ付近までの
近赤外波長帯域には、Ｃ−Ｈ、Ｈ−Ｎ、Ｈ−Ｏなどの結
合基の振動モードによる光吸収があり、これらの光吸収
強度を測定するための近赤外分析計にとって、１．７μ
ｍ以上の長波長側の受光素子が特に重要である。
近赤外波長帯域には、Ｃ−Ｈ、Ｈ−Ｎ、Ｈ−Ｏなどの結
合基の振動モードによる光吸収があり、これらの光吸収
強度を測定するための近赤外分析計にとって、１．７μ
ｍ以上の長波長側の受光素子が特に重要である。
【０００４】２μｍ帯の受光素子としてＰｂＳ（鉛・イ
オウ）光導電素子が知られているが、感度に経時変化が
あり、その温度依存性も大きく、応答速度が遅いなどの
問題があった。
オウ）光導電素子が知られているが、感度に経時変化が
あり、その温度依存性も大きく、応答速度が遅いなどの
問題があった。
【０００５】また、分光感度を長波長側に１．８μｍ付
近まで広げたフォトダイオードが格子不整合率０．５％
のＧａＩｎＡｓ吸収層を用いて製作されている（和田
他、「光学」１９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２
９）。この時に用いられた格子不整合の緩和層は、Ｇａ
ＩｎＡｓ／ＩｎＰ歪格子層であり、その厚さは、約３μ
ｍと比較的薄い。しかし、分光感度を２μｍより長波長
側に広げる場合、ＧａＩｎＡｓ吸収層のＩｎＰに対する
格子不整合率は、１％を越える大きさとなる。このよう
に大きい格子不整合に対する緩和層は、ＧａＩｎＡｓ／
ＩｎＰ歪格子層ではまだ実現されていない。
近まで広げたフォトダイオードが格子不整合率０．５％
のＧａＩｎＡｓ吸収層を用いて製作されている（和田
他、「光学」１９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２
９）。この時に用いられた格子不整合の緩和層は、Ｇａ
ＩｎＡｓ／ＩｎＰ歪格子層であり、その厚さは、約３μ
ｍと比較的薄い。しかし、分光感度を２μｍより長波長
側に広げる場合、ＧａＩｎＡｓ吸収層のＩｎＰに対する
格子不整合率は、１％を越える大きさとなる。このよう
に大きい格子不整合に対する緩和層は、ＧａＩｎＡｓ／
ＩｎＰ歪格子層ではまだ実現されていない。
【０００６】一方、ＩｎＡｓＰを格子不整合緩和層に用
いて、波長２μｍ以上に分光感度のあるＧａＩｎＡｓ吸
収層を持つフォトダイオードが製作されている（K.Maki
ta et al., Electronic Letters, vol.24, p.379, 198
8.およびK.R.Ringa, et al.,J.Lightwave Technology,
vol.10, p.1050, 1992.）。ここで用いられた格子不整
合緩和層は、ＩｎＰ基板側からＩｎＡｓYＰ1-Yの組成ｙ
を徐々に０から増加して成長したバッファー層（graded
composition ＩｎＡｓYＰ1-Y buffer layer）である。
図５に示すこれらのバッファー層の構造は、格子不整合
成長層の転位密度を減少するのには効果的であるが、こ
の組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファー層の厚さは、１５〜２
０μｍと非常に厚い。このため、結晶成長時間を短くす
る必要があり、結晶成長速度の速いハイドライド（hydr
ide）気相成長法（ＶＰＥ：vaporphase epitaxy）が用
いられた。
いて、波長２μｍ以上に分光感度のあるＧａＩｎＡｓ吸
収層を持つフォトダイオードが製作されている（K.Maki
ta et al., Electronic Letters, vol.24, p.379, 198
8.およびK.R.Ringa, et al.,J.Lightwave Technology,
vol.10, p.1050, 1992.）。ここで用いられた格子不整
合緩和層は、ＩｎＰ基板側からＩｎＡｓYＰ1-Yの組成ｙ
を徐々に０から増加して成長したバッファー層（graded
composition ＩｎＡｓYＰ1-Y buffer layer）である。
図５に示すこれらのバッファー層の構造は、格子不整合
成長層の転位密度を減少するのには効果的であるが、こ
の組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファー層の厚さは、１５〜２
０μｍと非常に厚い。このため、結晶成長時間を短くす
る必要があり、結晶成長速度の速いハイドライド（hydr
ide）気相成長法（ＶＰＥ：vaporphase epitaxy）が用
いられた。
【０００７】しかし、ハイドライドＶＰＥ法では、結晶
成長速度が速い反面、１μｍより薄いサブミクロンの膜
厚制御性は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：metalo
rganic vapor phase epitaxy）に比較して非常に劣って
いる。したがって、このような厚い組成傾斜ＩｎＡｓＰ
バッファー層とサブミクロンの膜厚の層を含む構成のフ
ォトダイオードを製作することは基本的に困難であっ
た。また、フォトダイオード製作のために、このように
厚いバッファー層を形成することは、フォトダイオード
以外の素子を一つの基板上に集積化するときには、製作
プロセスの大きな制約と成っていた。
成長速度が速い反面、１μｍより薄いサブミクロンの膜
厚制御性は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：metalo
rganic vapor phase epitaxy）に比較して非常に劣って
いる。したがって、このような厚い組成傾斜ＩｎＡｓＰ
バッファー層とサブミクロンの膜厚の層を含む構成のフ
ォトダイオードを製作することは基本的に困難であっ
た。また、フォトダイオード製作のために、このように
厚いバッファー層を形成することは、フォトダイオード
以外の素子を一つの基板上に集積化するときには、製作
プロセスの大きな制約と成っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＩｎＡｓフォトダ
イオードのＧａＩｎＡｓの３族組成を変えて、ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層の吸収端波長を長波長側に変化させて、分光
感度を波長２μｍ近傍にまで延ばしたときに、ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層の格子定数がＩｎＰより大きくなり、格子不
整合が生じる。
イオードのＧａＩｎＡｓの３族組成を変えて、ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層の吸収端波長を長波長側に変化させて、分光
感度を波長２μｍ近傍にまで延ばしたときに、ＧａＩｎ
Ａｓ吸収層の格子定数がＩｎＰより大きくなり、格子不
整合が生じる。
【０００９】本発明は、このＧａＩｎＡｓ吸収層の格子
不整合をＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡｓ YＰ1-Yの組み合わせ
の歪超格子層を多段階に挿入して、従来用いられていた
バッファー層に比べ、１／３以下の膜厚で緩和する層を
形成し、ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子定数と−０．５〜
０．５％で一致するようにした格子定数のＩｎＡｓＰ窓
層を０．１μｍ以下の膜厚で形成することにより、１μ
ｍより短波長側から２μｍ近傍まで、高い分光感度を有
する信頼性の高いフォトダイオードを提供することを目
的とするものである。
不整合をＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡｓ YＰ1-Yの組み合わせ
の歪超格子層を多段階に挿入して、従来用いられていた
バッファー層に比べ、１／３以下の膜厚で緩和する層を
形成し、ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子定数と−０．５〜
０．５％で一致するようにした格子定数のＩｎＡｓＰ窓
層を０．１μｍ以下の膜厚で形成することにより、１μ
ｍより短波長側から２μｍ近傍まで、高い分光感度を有
する信頼性の高いフォトダイオードを提供することを目
的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、ＩｎＰに対する格子不整合率が０．
５％以上のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓXＰ1-X／Ｉ
ｎＡｓYＰ1-Yの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入
したバッファー層上に形成して、前記ＧａＩｎＡｓ吸収
層の格子不整合を緩和し、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格
子定数と−０．５〜０．５％で一致するようにした格子
定数のＩｎＡｓＰ窓層を０．１μｍ以下の膜厚で前記Ｇ
ａＩｎＡｓ吸収層上に形成した構成としたことを特徴と
する。
の本発明の構成は、ＩｎＰに対する格子不整合率が０．
５％以上のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓXＰ1-X／Ｉ
ｎＡｓYＰ1-Yの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入
したバッファー層上に形成して、前記ＧａＩｎＡｓ吸収
層の格子不整合を緩和し、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格
子定数と−０．５〜０．５％で一致するようにした格子
定数のＩｎＡｓＰ窓層を０．１μｍ以下の膜厚で前記Ｇ
ａＩｎＡｓ吸収層上に形成した構成としたことを特徴と
する。
【００１１】
【作用】ＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡｓYＰ1-Yの組み合わせ
の歪超格子層を多段階に挿入する格子不整合緩和層は、
ＭＯＶＰＥ法のような比較的成長速度の遅い成長法が適
用でき、このため、膜厚０．１μｍ以下の非常に薄いＩ
ｎＡｓＰ窓層の厚さを正確に制御して形成できる。
の歪超格子層を多段階に挿入する格子不整合緩和層は、
ＭＯＶＰＥ法のような比較的成長速度の遅い成長法が適
用でき、このため、膜厚０．１μｍ以下の非常に薄いＩ
ｎＡｓＰ窓層の厚さを正確に制御して形成できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードの一実施例
を示す構成図である。図１に示すように、本実施例の構
成のＧａＩｎＡｓフォトダイオードは、ｎ+−（１０
０）ＩｎＰ基盤上に、ｎ+ −ＩｎＰ層、ＩｎＡｓYＰ1-Y
／ＩｎＡｓZＰ1 -Z歪超格子バッファー層、ｎ−Ｇａ1-X
ＩｎXＡｓ吸収層、ｎ−ＩｎＡｓX'Ｐ1-X'窓層を順次Ｍ
ＯＶＰＥ法により成長し、Ｚｎの選択拡散により、ｐ+
領域を吸収層内、吸収層／窓層界面近傍にｐ+ −ｎ接合
が形成されるように製作し、このｐ + 側と基盤裏面ｎ+
側に電極（例えば、それぞれＡｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｓｎ合
金電極）を形成し、反射防止膜を受光面に設けてある構
造である。なお、図２には、膜成長方向（縦軸）に変化
させたＩｎＰに対する格子不整合率（横軸）を示してあ
る。
１は本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードの一実施例
を示す構成図である。図１に示すように、本実施例の構
成のＧａＩｎＡｓフォトダイオードは、ｎ+−（１０
０）ＩｎＰ基盤上に、ｎ+ −ＩｎＰ層、ＩｎＡｓYＰ1-Y
／ＩｎＡｓZＰ1 -Z歪超格子バッファー層、ｎ−Ｇａ1-X
ＩｎXＡｓ吸収層、ｎ−ＩｎＡｓX'Ｐ1-X'窓層を順次Ｍ
ＯＶＰＥ法により成長し、Ｚｎの選択拡散により、ｐ+
領域を吸収層内、吸収層／窓層界面近傍にｐ+ −ｎ接合
が形成されるように製作し、このｐ + 側と基盤裏面ｎ+
側に電極（例えば、それぞれＡｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｓｎ合
金電極）を形成し、反射防止膜を受光面に設けてある構
造である。なお、図２には、膜成長方向（縦軸）に変化
させたＩｎＰに対する格子不整合率（横軸）を示してあ
る。
【００１３】ここで、ＭＯＶＰＥ法で成長したＩｎＡｓ
Y'Ｐ1-Y'のＡｓＨ3 （アルシン）流量とＰＨ3 （フォス
フィン）流量（濃度１００％に換算）比： Ａｓ／（Ａｓ＋Ｐ）≡ＡｓＨ3 流量／（ＡｓＨ3 流量＋
ＰＨ3 流量） とＩｎＰに対する格子不整合率： Δａ／ａ≡（ＩｎＡｓY'Ｐ1-Y'格子定数−ＩｎＰ格子定
数）／ＩｎＰ格子定数×１００ （％） との関係を実験で求めた結果を図２に示す。ＴＭＩ（ト
リメチルインジュウム）をＩｎ源として、（１００）Ｉ
ｎＰ基板上にエピタキシャル成長した。ＩｎＡｓ Y'Ｐ
1-Y'エピタキシャル膜の成長速度は、１０〜２０（ｎｍ
／分）程度で、ＴＭＩ流量を変化させて正確に制御され
る。図２に示すように、格子不整合率２％近くまで格子
定数の再現性ある制御が行える。また、Ｖ族組成Y'が変
化するときのＩｎＡｓY'Ｐ1-Y'の吸収端波長の変化は、
（永井 他、「３−Ｖ族半導体混晶」コロナ社、第２
章、ｐｐ．２７−４７）などで計算できる。
Y'Ｐ1-Y'のＡｓＨ3 （アルシン）流量とＰＨ3 （フォス
フィン）流量（濃度１００％に換算）比： Ａｓ／（Ａｓ＋Ｐ）≡ＡｓＨ3 流量／（ＡｓＨ3 流量＋
ＰＨ3 流量） とＩｎＰに対する格子不整合率： Δａ／ａ≡（ＩｎＡｓY'Ｐ1-Y'格子定数−ＩｎＰ格子定
数）／ＩｎＰ格子定数×１００ （％） との関係を実験で求めた結果を図２に示す。ＴＭＩ（ト
リメチルインジュウム）をＩｎ源として、（１００）Ｉ
ｎＰ基板上にエピタキシャル成長した。ＩｎＡｓ Y'Ｐ
1-Y'エピタキシャル膜の成長速度は、１０〜２０（ｎｍ
／分）程度で、ＴＭＩ流量を変化させて正確に制御され
る。図２に示すように、格子不整合率２％近くまで格子
定数の再現性ある制御が行える。また、Ｖ族組成Y'が変
化するときのＩｎＡｓY'Ｐ1-Y'の吸収端波長の変化は、
（永井 他、「３−Ｖ族半導体混晶」コロナ社、第２
章、ｐｐ．２７−４７）などで計算できる。
【００１４】一方、ＧａXＩｎ1-XＡｓの３族組成X を変
えて、その吸収端波長λg を変化させたとき、λg ＝
１．８μｍの時に、ＩｎＰに対するＧａXＩｎ1-XＡｓの
格子不整合率Δａ／ａは、約０．５％、λg ＝２．２μ
ｍの時に、Δａ／ａは、約１．４％となる（和田 他、
「光学」１９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２
９）。ＧａXＩｎ1-XＡｓエピタキシャル膜の成長速度
は、１５〜２５（ｎｍ／分）程度で、３族有機金属材料
の供給量により正確に制御される。これらのエピタキシ
ャル膜のＭＯＶＰＥ成長における膜厚は、１ｎｍ以下ま
で再現性よく制御できることが既に示されている（M.Wa
da et al.,Japanese Journal of Applied Physics, vo
l.29,p.2342,1990）。
えて、その吸収端波長λg を変化させたとき、λg ＝
１．８μｍの時に、ＩｎＰに対するＧａXＩｎ1-XＡｓの
格子不整合率Δａ／ａは、約０．５％、λg ＝２．２μ
ｍの時に、Δａ／ａは、約１．４％となる（和田 他、
「光学」１９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２
９）。ＧａXＩｎ1-XＡｓエピタキシャル膜の成長速度
は、１５〜２５（ｎｍ／分）程度で、３族有機金属材料
の供給量により正確に制御される。これらのエピタキシ
ャル膜のＭＯＶＰＥ成長における膜厚は、１ｎｍ以下ま
で再現性よく制御できることが既に示されている（M.Wa
da et al.,Japanese Journal of Applied Physics, vo
l.29,p.2342,1990）。
【００１５】図３は、ｎ+ −（１００）ＩｎＰ基板上
に、ｎ+ −ＩｎＰ層、ｎ形（Ｓ添加）ＩｎＡｓYＰ1-Y／
ＩｎＡｓZＰ1-Z歪超格子バッファー層を多段階にＭＯＶ
ＰＥ法で成長し、その後、格子不整合率１．７％のＩｎ
ＡｓX'Ｐ1-X'を６５０ｎｍ成長したときの成長層の断面
２次電子顕微鏡像を示している。ここでは、４段階に成
長した各歪超格子層の句切りが分かるように、ＧａＩｎ
Ａｓ層５ｎｍをマーカーとして挿入し、断面像では硫酸
と過酸化水素水と水とを混合したエッチング液でＧａＩ
ｎＡｓ層をエッチングしている。各歪超格子層内のＩｎ
ＡｓＰの膜厚は８０ｎｍである。このエピタキシャルウ
ェハには反りはなく、ＩｎＰに対する格子不整合率Δａ
／ａが、１．７％まで平坦な成長を実現し、上記ＧａX
Ｉｎ1-XＡｓ吸収層（Δａ／ａ＞１％）を成長するため
のバッファー層が形成されている。
に、ｎ+ −ＩｎＰ層、ｎ形（Ｓ添加）ＩｎＡｓYＰ1-Y／
ＩｎＡｓZＰ1-Z歪超格子バッファー層を多段階にＭＯＶ
ＰＥ法で成長し、その後、格子不整合率１．７％のＩｎ
ＡｓX'Ｐ1-X'を６５０ｎｍ成長したときの成長層の断面
２次電子顕微鏡像を示している。ここでは、４段階に成
長した各歪超格子層の句切りが分かるように、ＧａＩｎ
Ａｓ層５ｎｍをマーカーとして挿入し、断面像では硫酸
と過酸化水素水と水とを混合したエッチング液でＧａＩ
ｎＡｓ層をエッチングしている。各歪超格子層内のＩｎ
ＡｓＰの膜厚は８０ｎｍである。このエピタキシャルウ
ェハには反りはなく、ＩｎＰに対する格子不整合率Δａ
／ａが、１．７％まで平坦な成長を実現し、上記ＧａX
Ｉｎ1-XＡｓ吸収層（Δａ／ａ＞１％）を成長するため
のバッファー層が形成されている。
【００１６】このように、上記実施例では、格子不整合
緩和のためのバッファー層の厚さは、従来の１／３以下
（５μｍ以下）と非常に薄くできる。なお、図１に示し
た本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードでは、ＧａＩ
ｎＡｓマーカー層は特に挿入する必要はない。
緩和のためのバッファー層の厚さは、従来の１／３以下
（５μｍ以下）と非常に薄くできる。なお、図１に示し
た本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードでは、ＧａＩ
ｎＡｓマーカー層は特に挿入する必要はない。
【００１７】また、格子不整合緩和のためのバッファー
層の最上部のＩｎＡｓX'Ｐ1-X'層の格子定数にほぼ等し
い格子定数をもつｎ−ＧａXＩｎ1-XＡｓ吸収層を厚さ２
〜３μｍ成長後、ｎ−ＩｎＡｓX'Ｐ1-X'窓層を、この窓
層と吸収層との間の格子定数の違いが、ほぼ−０．５〜
０．５％以内、膜厚が０．１μｍ以下となるように形成
する。特に、窓層厚が臨界膜厚（J.W.Matthews and A.
E.Blakeslee, Journalof Crystal Growth vol.27, p.11
1, 1974）を越えないように形成できるので、結晶欠陥
は吸収層と窓層間の格子不整合により発生することはな
く、信頼性が高い。
層の最上部のＩｎＡｓX'Ｐ1-X'層の格子定数にほぼ等し
い格子定数をもつｎ−ＧａXＩｎ1-XＡｓ吸収層を厚さ２
〜３μｍ成長後、ｎ−ＩｎＡｓX'Ｐ1-X'窓層を、この窓
層と吸収層との間の格子定数の違いが、ほぼ−０．５〜
０．５％以内、膜厚が０．１μｍ以下となるように形成
する。特に、窓層厚が臨界膜厚（J.W.Matthews and A.
E.Blakeslee, Journalof Crystal Growth vol.27, p.11
1, 1974）を越えないように形成できるので、結晶欠陥
は吸収層と窓層間の格子不整合により発生することはな
く、信頼性が高い。
【００１８】このような構造において、ＧａＩｎＡｓフ
ォトダイオードの分光感度は、（和田 他、「光学」１
９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２９）のモデルを
用いて詳細に計算することができる。図１に示した本発
明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードにおいて、反射防止
膜をＳｉＯ2 （厚さ０．１８μｍ）／Ｓｉ3 Ｎ4 （同
０．１７μｍ）の２層膜とし、λg ＝２．２μｍのＧａ
ＩｎＡｓ吸収層（厚さ２μｍ）、このＧａＩｎＡｓの格
子不整合率Δａ／ａ＝１．４％と同じΔａ／ａのＩｎＡ
ｓＰ窓層とすると、図４に示す分光感度計算結果とな
る。図４では、ＩｎＡｓＰ窓層厚：０．１、０．５、１
μｍの３つについて計算した。
ォトダイオードの分光感度は、（和田 他、「光学」１
９９２年７月、第２１巻第７号 ｐ．２９）のモデルを
用いて詳細に計算することができる。図１に示した本発
明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードにおいて、反射防止
膜をＳｉＯ2 （厚さ０．１８μｍ）／Ｓｉ3 Ｎ4 （同
０．１７μｍ）の２層膜とし、λg ＝２．２μｍのＧａ
ＩｎＡｓ吸収層（厚さ２μｍ）、このＧａＩｎＡｓの格
子不整合率Δａ／ａ＝１．４％と同じΔａ／ａのＩｎＡ
ｓＰ窓層とすると、図４に示す分光感度計算結果とな
る。図４では、ＩｎＡｓＰ窓層厚：０．１、０．５、１
μｍの３つについて計算した。
【００１９】ＩｎＡｓＰ窓層の膜厚が厚い場合は、この
窓層の吸収端波長の約１．３μｍから短波長側で窓層に
よる光吸収が大きくなると共に、この窓層による光吸収
が小さくなる長波長側での光の干渉による分光感度の凸
凹も大きくなる。したがって、ＩｎＡｓＰ窓層が薄い場
合は、０．６〜２μｍ以上の広い波長範囲にわたって、
高い分光感度を有するＧａＩｎＡｓフォトダイオード
が、従来より非常に薄いバッファー層の構成で実現でき
る。
窓層の吸収端波長の約１．３μｍから短波長側で窓層に
よる光吸収が大きくなると共に、この窓層による光吸収
が小さくなる長波長側での光の干渉による分光感度の凸
凹も大きくなる。したがって、ＩｎＡｓＰ窓層が薄い場
合は、０．６〜２μｍ以上の広い波長範囲にわたって、
高い分光感度を有するＧａＩｎＡｓフォトダイオード
が、従来より非常に薄いバッファー層の構成で実現でき
る。
【００２０】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、多段階にＩｎＡｓＰの歪超格子
構造を挿入した構成の薄いバッファー層を使用して、Ｉ
ｎＰとの格子不整合が１％以上も大きいＧａＩｎＡｓ吸
収層を形成し、窓層を０．１μｍ以下の厚さのＩｎＡｓ
Ｐで構成することにより、０．６〜２μｍより大きい波
長範囲で、高い分光感度を有するＧａＩｎＡｓフォトダ
イオードを実現することができる。また、本発明のＧａ
ＩｎＡｓフォトダイオードに用いられるバッファー層の
厚さは、５μｍ以下であり、成長膜厚制御性に優れたＭ
ＯＶＰＥ成長法が適用でき、さらに他の素子を同一基板
上に集積化するときには、エッチング深さを浅くできる
こと、ポリイミドによる溝の埋め込みなどの平坦化技術
など、製作プロセスの制約が大きく緩和されるなどの効
果を有するＧａＩｎＡｓフォトダイオードを実現でき
る。
うに、本発明によれば、多段階にＩｎＡｓＰの歪超格子
構造を挿入した構成の薄いバッファー層を使用して、Ｉ
ｎＰとの格子不整合が１％以上も大きいＧａＩｎＡｓ吸
収層を形成し、窓層を０．１μｍ以下の厚さのＩｎＡｓ
Ｐで構成することにより、０．６〜２μｍより大きい波
長範囲で、高い分光感度を有するＧａＩｎＡｓフォトダ
イオードを実現することができる。また、本発明のＧａ
ＩｎＡｓフォトダイオードに用いられるバッファー層の
厚さは、５μｍ以下であり、成長膜厚制御性に優れたＭ
ＯＶＰＥ成長法が適用でき、さらに他の素子を同一基板
上に集積化するときには、エッチング深さを浅くできる
こと、ポリイミドによる溝の埋め込みなどの平坦化技術
など、製作プロセスの制約が大きく緩和されるなどの効
果を有するＧａＩｎＡｓフォトダイオードを実現でき
る。
【図１】本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードの一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図２】Ｖ族モル流量比と格子不整合率の関係を示す図
である。
である。
【図３】本発明に係わるＧａＩｎＡｓフォトダイオード
の成長層の断面２次電子顕微鏡像である。
の成長層の断面２次電子顕微鏡像である。
【図４】本発明のＧａＩｎＡｓフォトダイオードの分光
感度計算結果例である。
感度計算結果例である。
【図５】従来例の構成図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＩｎＰに対する格子不整合率が０．５％
以上のＧａＩｎＡｓ吸収層を、ＩｎＡｓXＰ1-X／ＩｎＡ
ｓYＰ1-Yの組み合わせの歪超格子層を多段階に挿入した
バッファー層上に形成して、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の
格子不整合を緩和し、前記ＧａＩｎＡｓ吸収層の格子定
数と−０．５〜０．５％で一致するようにした格子定数
のＩｎＡｓＰ窓層を０．１μｍ以下の膜厚で前記ＧａＩ
ｎＡｓ吸収層上に形成した構成としたことを特徴とする
ＧａＩｎＡｓフォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33741092A JP3218582B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | ＧａＩｎＡｓフォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33741092A JP3218582B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | ＧａＩｎＡｓフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188447A true JPH06188447A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3218582B2 JP3218582B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18308376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33741092A Expired - Fee Related JP3218582B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | ＧａＩｎＡｓフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218582B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7538367B2 (en) * | 2005-09-12 | 2009-05-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Avalanche photodiode |
| US9099586B2 (en) | 2011-11-25 | 2015-08-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light-emitting element and method for producing nitride semiconductor light-emitting element |
| JP2025076344A (ja) * | 2023-10-31 | 2025-05-15 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | エピタキシャル成長用基板、光半導体素子の製造方法、及び光半導体素子 |
-
1992
- 1992-12-17 JP JP33741092A patent/JP3218582B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7538367B2 (en) * | 2005-09-12 | 2009-05-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Avalanche photodiode |
| US9099586B2 (en) | 2011-11-25 | 2015-08-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light-emitting element and method for producing nitride semiconductor light-emitting element |
| JP2025076344A (ja) * | 2023-10-31 | 2025-05-15 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | エピタキシャル成長用基板、光半導体素子の製造方法、及び光半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3218582B2 (ja) | 2001-10-15 |
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