JPS5853867A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS5853867A JPS5853867A JP56152610A JP15261081A JPS5853867A JP S5853867 A JPS5853867 A JP S5853867A JP 56152610 A JP56152610 A JP 56152610A JP 15261081 A JP15261081 A JP 15261081A JP S5853867 A JPS5853867 A JP S5853867A
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- 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
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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】
本発明は、1〔μ寓〕帯の波長を有する光を使用して通
信を行なうのに好適なInP /In GaAzP系の
受光素子に関する。
信を行なうのに好適なInP /In GaAzP系の
受光素子に関する。
一般に、アバランシ・フォト・ダイオード(APD)は
、p−n8合にブレイク・ダウン近くの逆バイアスを印
加し、光に依って生じたキャリヤをなだれ増倍させるよ
うにしている。InP/I%GaAzP (若しくはI
%GaAz )系API)においては、受光用p−n接
合に逆バイアスを印加し大ときに生じる漏れ電流を小さ
くするために、p−’n接合をIルGaAaP (若し
くはInGaAz)光吸収層上に成長したInPウィン
ド層内に形成するのが普通fある。即ち、p−n接合か
らの空乏層を光吸収層内へ十分拡げて所要の受光波長に
対する感度を得る一方で、p−n接合逆バイアス特性は
1%2層で定める訳である。
、p−n8合にブレイク・ダウン近くの逆バイアスを印
加し、光に依って生じたキャリヤをなだれ増倍させるよ
うにしている。InP/I%GaAzP (若しくはI
%GaAz )系API)においては、受光用p−n接
合に逆バイアスを印加し大ときに生じる漏れ電流を小さ
くするために、p−’n接合をIルGaAaP (若し
くはInGaAz)光吸収層上に成長したInPウィン
ド層内に形成するのが普通fある。即ち、p−n接合か
らの空乏層を光吸収層内へ十分拡げて所要の受光波長に
対する感度を得る一方で、p−n接合逆バイアス特性は
1%2層で定める訳である。
このよりなAPDでは1通常IMF基板上の光吸収層上
のs il InP層内flcpWi不純物拡散領域を
形成して前記p−5la合を得ている。そして、ブレイ
ク・ダウンはp−%接合の中央部分で生じることが望ま
しいのであるが、電界集中の関係でp−n接合の周辺部
分で生じ易いことが知られている。
のs il InP層内flcpWi不純物拡散領域を
形成して前記p−5la合を得ている。そして、ブレイ
ク・ダウンはp−%接合の中央部分で生じることが望ま
しいのであるが、電界集中の関係でp−n接合の周辺部
分で生じ易いことが知られている。
そこで、従来、p−偲接合周辺部分の耐圧を高める為に
ガード・リングを設けることが行なわれ、種々の構造の
ものが提案されている。次に、その若干を例示して説明
する。
ガード・リングを設けることが行なわれ、種々の構造の
ものが提案されている。次に、その若干を例示して説明
する。
第1図に於いて、1は舊−型I%Pウィンド層、2は%
型領域、3はp中型領域であって、領域2と領域5は二
重イオン注入に依って形成する。
型領域、3はp中型領域であって、領域2と領域5は二
重イオン注入に依って形成する。
第2図に於いて、4はn−型I−ウィンド層、5は外型
I%P半導体層、6はp+型不純物拡散領域であって、
基板4上に半導体層5を形成してからその半導体層5を
メサ状にエツチングし、その後でp型不純物の拡散を行
なう。
I%P半導体層、6はp+型不純物拡散領域であって、
基板4上に半導体層5を形成してからその半導体層5を
メサ状にエツチングし、その後でp型不純物の拡散を行
なう。
これ等両従来例とも、中央部分ではp”−5−s−の構
成になっているのでなだれ増倍を起し易く、そして、周
辺部分ではp+−「の構成になっているのでブレイク・
ダウンを起し難いものであ−る。
成になっているのでなだれ増倍を起し易く、そして、周
辺部分ではp+−「の構成になっているのでブレイク・
ダウンを起し難いものであ−る。
しかしながら、第1図従来例では、通常、詔型領域2を
形成するのにシリコン(Si)をイオン注入しているが
、シリコンは原子量が大である為、受光部のしかも高電
界が加わる領域に多数の注入ダメージが残シ、特性に悪
影響を及はす可能性が大である。また、第2図従来例で
は、パッシベーションを行なって素子安定化をすること
が困難でおる。
形成するのにシリコン(Si)をイオン注入しているが
、シリコンは原子量が大である為、受光部のしかも高電
界が加わる領域に多数の注入ダメージが残シ、特性に悪
影響を及はす可能性が大である。また、第2図従来例で
は、パッシベーションを行なって素子安定化をすること
が困難でおる。
また、前記各従来例とは逆の発想で、第3図に見られる
ように、基板側のI%Pウィンド層7を外型とし、その
上に「型I%P半導体層8を形成し、その半導体層8に
p型不純物拡散領域9を基板側1%1層7との界面に近
接させるか届くように形成したものも知られている。
ように、基板側のI%Pウィンド層7を外型とし、その
上に「型I%P半導体層8を形成し、その半導体層8に
p型不純物拡散領域9を基板側1%1層7との界面に近
接させるか届くように形成したものも知られている。
この従来例では、領域9を形成するのにはカドミウム(
cd)を拡散するのであるが、この場合、5−型半導体
層8が成る程度以上の厚さ、例えば2〜5〔μm3以上
でないと周辺部分での接合の曲率に基因する耐圧の低下
が大となシ、周辺部においてブレイク・ダウンしてしま
う。
cd)を拡散するのであるが、この場合、5−型半導体
層8が成る程度以上の厚さ、例えば2〜5〔μm3以上
でないと周辺部分での接合の曲率に基因する耐圧の低下
が大となシ、周辺部においてブレイク・ダウンしてしま
う。
InPAliJ元化合物系APDの増倍領域を形成する
為に第3図に示した構造をI%Pのウィンド層内に形成
する場合、四元化合物半導体層上のエピタキシャル成長
I%P半導体層の厚さは4〜5〔μ罵〕程度必要となる
。現在のLPII (Liq#Litl Phaza
Epitgzy)法では、四元化合物半導体層上に1%
2層を3〔μ寓〕以上成長させるとずスフイツト転位が
発生し易いので、この面からエピタキシャル成長層の厚
さを大にすることについては制限を受け、従って、前記
構造でガード・リング効果を得るのは困難である。
為に第3図に示した構造をI%Pのウィンド層内に形成
する場合、四元化合物半導体層上のエピタキシャル成長
I%P半導体層の厚さは4〜5〔μ罵〕程度必要となる
。現在のLPII (Liq#Litl Phaza
Epitgzy)法では、四元化合物半導体層上に1%
2層を3〔μ寓〕以上成長させるとずスフイツト転位が
発生し易いので、この面からエピタキシャル成長層の厚
さを大にすることについては制限を受け、従って、前記
構造でガード・リング効果を得るのは困難である。
本発明は、p−謡接合を単純な選択拡散で形成した場合
に周辺部分で起p易い電界集中を緩和するためのガード
・リングを形成した受光素子であって、結晶がダメージ
を受けたシ、層厚が制限を受けたシすることのない、特
性良好なものを提供できるようにする。以下これを詳細
に観明する。
に周辺部分で起p易い電界集中を緩和するためのガード
・リングを形成した受光素子であって、結晶がダメージ
を受けたシ、層厚が制限を受けたシすることのない、特
性良好なものを提供できるようにする。以下これを詳細
に観明する。
第4図は本発明一実施例の要部断面図である。
図に於いて、11はI昏P/I%GaAaP (若しく
はInGa+Az)基板でラシ、実際には5+型1nP
基根上にn型1nGaAzP (若しくはInGmAi
p )光吸収層をエピタキシャル成長させたものである
が、本発明の目的とするガードリング効果には関与しな
いので、図では省略しである。 12は外型In1層、
16は「型1nP層、15はpmガード・リング領域、
17はp中型不純物拡散領域(受光領域)、18は絶縁
膜、19はp側電極、20は%側電極をそれぞれ示して
いる。
はInGa+Az)基板でラシ、実際には5+型1nP
基根上にn型1nGaAzP (若しくはInGmAi
p )光吸収層をエピタキシャル成長させたものである
が、本発明の目的とするガードリング効果には関与しな
いので、図では省略しである。 12は外型In1層、
16は「型1nP層、15はpmガード・リング領域、
17はp中型不純物拡散領域(受光領域)、18は絶縁
膜、19はp側電極、20は%側電極をそれぞれ示して
いる。
本実施例に於けるガード・リング領域15は、ベリリウ
ム(B−)をイオン注入することに依って形成する。
ム(B−)をイオン注入することに依って形成する。
本発明者の実験に依れけ、爲型ImP中にベリリウムを
イオン注入することに依って形成されfcp・詔接合は
、第5図に曲線1B、Cとして表わしであるように傾斜
形接合になる。
イオン注入することに依って形成されfcp・詔接合は
、第5図に曲線1B、Cとして表わしであるように傾斜
形接合になる。
第5図では、縦軸に不純物濃度、横軸に表面からの深さ
をそれぞれ採夛、 Aは、 注入エネルギ: 1<OCxgr〕 ドーズ量: s、ox 10”(e講−2〕アニ一ル温
度=750〔℃〕 アニール時間=20〔分〕 アニール雰囲気二N諺 活性化率:6O(−) xj : 2.4(μ稈i〕 Bは、 ドーズ量: 5.2 X 10”CIIJIB−”:]
アニール温度: 700[’C) xj : 2.2[p貢1〕 その他:Aと同じ Cは、 ドーズ量: 9.6 X 10” (#+@−”)アニ
ール温度: 6501:tl:) Xj : 2.1(μり その他二Aと同じ の条件で得たものである。また、LSSで指示した曲線
はLSS理論で計算した不純物分布を表わしている。
をそれぞれ採夛、 Aは、 注入エネルギ: 1<OCxgr〕 ドーズ量: s、ox 10”(e講−2〕アニ一ル温
度=750〔℃〕 アニール時間=20〔分〕 アニール雰囲気二N諺 活性化率:6O(−) xj : 2.4(μ稈i〕 Bは、 ドーズ量: 5.2 X 10”CIIJIB−”:]
アニール温度: 700[’C) xj : 2.2[p貢1〕 その他:Aと同じ Cは、 ドーズ量: 9.6 X 10” (#+@−”)アニ
ール温度: 6501:tl:) Xj : 2.1(μり その他二Aと同じ の条件で得たものである。また、LSSで指示した曲線
はLSS理論で計算した不純物分布を表わしている。
この第5図から明らかであるが、n−1%Pの中にベリ
リウムをイオン注入してアニールすると、理論上の分布
からかなシ移動することが判る−0さて、n−1%Pの
中にカドミウムを熱拡散した場合の不純物濃度プロファ
イルはベリリウムの場合と全く異なシ、第6図に見られ
るように階段形接合に近いものとなる。
リウムをイオン注入してアニールすると、理論上の分布
からかなシ移動することが判る−0さて、n−1%Pの
中にカドミウムを熱拡散した場合の不純物濃度プロファ
イルはベリリウムの場合と全く異なシ、第6図に見られ
るように階段形接合に近いものとなる。
第6図に見られるデータは、カドミウム・燐(CtlP
l)を拡散源として閉管法によって熱拡散を550℃、
5時間行った場合におゆるカドミウムの濃度プロファイ
ルを表わしている。
l)を拡散源として閉管法によって熱拡散を550℃、
5時間行った場合におゆるカドミウムの濃度プロファイ
ルを表わしている。
一般に、傾斜形接合と階段形接合の場合とではp型領域
への空乏層の広がシの差に依ってブレイク・ダウン電圧
V、にも差を生ずる。従って、VIIが大でおる傾斜形
の接合でガード・リングを形成すれば周辺部分のブレイ
ク・ダウンを防ぐことができる。
への空乏層の広がシの差に依ってブレイク・ダウン電圧
V、にも差を生ずる。従って、VIIが大でおる傾斜形
の接合でガード・リングを形成すれば周辺部分のブレイ
ク・ダウンを防ぐことができる。
ところで、イオン注入で不純物領域を形成した場合、横
方向の接合は、イオン注入方向のような傾斜形接合には
ならず、むしろ階段形に近いものであると考えられる。
方向の接合は、イオン注入方向のような傾斜形接合には
ならず、むしろ階段形に近いものであると考えられる。
従って横方向の耐圧が小さくなシ更に接合の曲シの効果
も加わるので受光領域との耐圧差を得ることが困難であ
る。本発明では、この点の問題を解消する為、%−fJ
Id’層13を設けることに依シ、横方向の耐圧差を
不純物濃度差で生成させているものである。
も加わるので受光領域との耐圧差を得ることが困難であ
る。本発明では、この点の問題を解消する為、%−fJ
Id’層13を設けることに依シ、横方向の耐圧差を
不純物濃度差で生成させているものである。
次に、第7図乃至第11図を参照しつつ第4図実施例を
製造する場合について説明する。
製造する場合について説明する。
第7図参照
(1) %+型hゲIw&GmAaP (・若しくは
Inl;aAz )基板11上に液相エピタキシャル成
長法にてs !I!l ISP層12、詐″″WI%P
層16をそれぞれ厚さ1〔μ旭〕、2〔μl〕程度に成
長させる。伺、この場合、s=I X IQ” 〔e+
s−’)、%″″=1〜5 X 10” 〔ewr″″
1〕である。これらのエピタキシャル成長層はバッファ
層や光吸収層と共に全てを連続成長させるのが実際的で
ある。
Inl;aAz )基板11上に液相エピタキシャル成
長法にてs !I!l ISP層12、詐″″WI%P
層16をそれぞれ厚さ1〔μ旭〕、2〔μl〕程度に成
長させる。伺、この場合、s=I X IQ” 〔e+
s−’)、%″″=1〜5 X 10” 〔ewr″″
1〕である。これらのエピタキシャル成長層はバッファ
層や光吸収層と共に全てを連続成長させるのが実際的で
ある。
第8図参照
(2) スパッタ法に依シ二酸化シリコン膜14を厚さ
例えば5000 (:、2)程度形成する。
例えば5000 (:、2)程度形成する。
(3) フォト・レジスト膜14′を厚さ例えば2〔
μm〕程度に形成する。
μm〕程度に形成する。
(4)フォト・レジスト膜14′及び二酸化シリコン膜
14をパターニングしてガード・リング領域形成用窓1
4,4を設ける。
14をパターニングしてガード・リング領域形成用窓1
4,4を設ける。
(5) フォト・レジスト膜14′等をマスクとして
ベリリウムをイオン注入し、p型ガード・リング領域1
5を形成する。この際の注入エネルギは150 〔Kg
す、ドーズ量は1 x 10” (am−”)である。
ベリリウムをイオン注入し、p型ガード・リング領域1
5を形成する。この際の注入エネルギは150 〔Kg
す、ドーズ量は1 x 10” (am−”)である。
第9図参照
(6)フォト・レジスト膜14′及び二酸化シリコン膜
14を除去してから化学気相成長法にて燐硅酸ガラスの
キャップ層16′を形成し、温度750〔℃〕で20〔
分〕 のアニールを行なう。
14を除去してから化学気相成長法にて燐硅酸ガラスの
キャップ層16′を形成し、温度750〔℃〕で20〔
分〕 のアニールを行なう。
第10図参照
(7)燐硅酸ガラスのキャップ層16′を除去してから
化学気相成長法にて窒化シリコン膜16を形成し、それ
をパターニングしてから受光領域形成用窓16Aを形成
する。
化学気相成長法にて窒化シリコン膜16を形成し、それ
をパターニングしてから受光領域形成用窓16Aを形成
する。
(8) カドミウムを熱拡散し、p+型型光光領域1
7形成する。このときの拡散条件は550[C]、1時
間である。
7形成する。このときの拡散条件は550[C]、1時
間である。
第11図参照
(9) この稜窒化シリコン膜16を除去してから、
通常の技法を適用して無反射コーティング或いはパッシ
ベーション用の絶縁l[18や電極を形成して第4図に
見られる受光素子を完成する。
通常の技法を適用して無反射コーティング或いはパッシ
ベーション用の絶縁l[18や電極を形成して第4図に
見られる受光素子を完成する。
以上の説明で判るように、本発明に依れば、ベリリウム
をI%P中にイオン注入すると注入方向に傾斜形接合が
得られること、また、横方向に対しては階段形接合にな
って耐圧が低下するが、これは欝−型I%P層を設ける
ことに依ル周辺部の耐圧を大きくすること等を利用し、
特性曳好なガード・リング構造を有する半導体受光素子
を得ることができ、骸素子はイオン注入に依る結晶損傷
が受光領域に残ることもなく、結晶層の厚さに制約を受
けることもないので、特性良好であるとともに設計・製
造が容易である。
をI%P中にイオン注入すると注入方向に傾斜形接合が
得られること、また、横方向に対しては階段形接合にな
って耐圧が低下するが、これは欝−型I%P層を設ける
ことに依ル周辺部の耐圧を大きくすること等を利用し、
特性曳好なガード・リング構造を有する半導体受光素子
を得ることができ、骸素子はイオン注入に依る結晶損傷
が受光領域に残ることもなく、結晶層の厚さに制約を受
けることもないので、特性良好であるとともに設計・製
造が容易である。
第1図乃至第3図は従来例の要部断面図、第4図は本発
明一実施例の要部断面図、第5図及び第6図は不純物濃
度分布を表わす線図、第7図乃至第11図は第4図実施
例を製造する場合を説明する為の工程要所に於ける素子
の要部断面図である。 図に於いて、11は基板、12はsW1%P層、13は
n″″型InP層、15はガード・リング領域、17は
受光領域、18は絶縁膜である。 特許出願人 富士通株式会社 代理人 弁理士玉蟲久五部(外3名) 第5図 0 0.4 0.8
+、2 1.6!1面からの深さ Cp
m) 第6図 1m面からの深さ しml 第10面 第11 図
明一実施例の要部断面図、第5図及び第6図は不純物濃
度分布を表わす線図、第7図乃至第11図は第4図実施
例を製造する場合を説明する為の工程要所に於ける素子
の要部断面図である。 図に於いて、11は基板、12はsW1%P層、13は
n″″型InP層、15はガード・リング領域、17は
受光領域、18は絶縁膜である。 特許出願人 富士通株式会社 代理人 弁理士玉蟲久五部(外3名) 第5図 0 0.4 0.8
+、2 1.6!1面からの深さ Cp
m) 第6図 1m面からの深さ しml 第10面 第11 図
Claims (1)
- 基板上に形成されたn型1nGaAaPまたはInGa
Az光吸収層、その上に形成された%WIf&P半導体
層、さらにその上に形成され九%−fJI%P半導体層
、該「型1nP半導体層に形成されたp+型型光光領域
囲むようにベリリウムをイオン注入して形成されたp型
ガード・リング領域を備えてな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 |
|---|---|---|---|
| JP56152610A JPS5853867A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56152610A JPS5853867A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5853867A true JPS5853867A (ja) | 1983-03-30 |
| JPS6244869B2 JPS6244869B2 (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=15544156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56152610A Granted JPS5853867A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5853867A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4949144A (en) * | 1985-09-24 | 1990-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor photo-detector having a two-stepped impurity profile |
-
1981
- 1981-09-26 JP JP56152610A patent/JPS5853867A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4949144A (en) * | 1985-09-24 | 1990-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor photo-detector having a two-stepped impurity profile |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6244869B2 (ja) | 1987-09-22 |
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