JPS5936437B2 - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
- Publication number
- JPS5936437B2 JPS5936437B2 JP49060439A JP6043974A JPS5936437B2 JP S5936437 B2 JPS5936437 B2 JP S5936437B2 JP 49060439 A JP49060439 A JP 49060439A JP 6043974 A JP6043974 A JP 6043974A JP S5936437 B2 JPS5936437 B2 JP S5936437B2
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- JP
- Japan
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- impurity concentration
- semiconductor
- layer
- region
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- Expired
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば光通信における光検知素子として好適
な半導体受光装置に関する。
な半導体受光装置に関する。
従来、従えは、電子計算機における光学読取器、各種の
自動制御系、警報装置の光検知素子として光ダイオード
が使用されている。
自動制御系、警報装置の光検知素子として光ダイオード
が使用されている。
光ダイオードは、良く知られているように、光信号によ
つて半導体中に励起されたキャリアを各種の障壁によつ
て捕え、光電流、光電圧の信号として取り出す素子であ
り、例えば障壁として逆バイ「ス電圧を印加したＰＮ接
合を用いる場合、半導体内で光励起された少数キャリア
は拡散により移動し、空乏層内に吸収されて光電流とな
るものである。
つて半導体中に励起されたキャリアを各種の障壁によつ
て捕え、光電流、光電圧の信号として取り出す素子であ
り、例えば障壁として逆バイ「ス電圧を印加したＰＮ接
合を用いる場合、半導体内で光励起された少数キャリア
は拡散により移動し、空乏層内に吸収されて光電流とな
るものである。
ところで、通常の光ダイオードは素子内部に増幅作用を
持たない。
持たない。
そこで、半導体中のアバランシエ増倍効果を利用して光
電流を増幅するアバランシエ光ダイオード（以下ＡＰＤ
とする）が開発された。このＡＰＤは、通常の光ダイオ
ードと比較すると極めて高感度且つ高速性に富んでいる
ので、光通信における光検知素子として有望視されてい
る。さて、一般に、光ダイオードに光を照射した場合、
光の波長が例えば６３２３入では、半導体表面から４Ｉ
Ａ程度入り込み、また、例えば波長が８５００入程度の
長いものになると半導体表面から１５０程度入り込むこ
とになる。
電流を増幅するアバランシエ光ダイオード（以下ＡＰＤ
とする）が開発された。このＡＰＤは、通常の光ダイオ
ードと比較すると極めて高感度且つ高速性に富んでいる
ので、光通信における光検知素子として有望視されてい
る。さて、一般に、光ダイオードに光を照射した場合、
光の波長が例えば６３２３入では、半導体表面から４Ｉ
Ａ程度入り込み、また、例えば波長が８５００入程度の
長いものになると半導体表面から１５０程度入り込むこ
とになる。
前記したように、光ダイオードは、半導体内で光励起さ
れたキャリアを空乏層で光電流に変換するものであるか
ら、その空乏層は光の波長に応じて適当に拡がつている
必要がある。即ち、波長が短かい、例えば前記６３２８
の程度であれば通常の光ダイオードの如く空乏層が浅い
位置にしか存在しノＩい素子であつても良好な動作を期
待できるが、例えば前記Ｊ８５００入の如く長波長の光
の場合には最早や通常の光ダイオードは使用することが
できない。これはＡＰＤであつても全く同様である。即
ち、通常のＡＰＤは第１図に見られる如く、Ｐ形半導体
基板１の感光領域とする部分にＮ゛形層２を拡丁散によ
り形成してある。そして基板１とＮ゛形層２との間のＰ
Ｎ接合に逆バイアス電圧を印加して、そのＰＮ接合から
Ｐ形半導体基板１の方向に拡がる空乏層を利用するもの
である。この空乏層は逆バイアスの電圧の値を大きくす
ればする程拡げることができる。しかしながら、第１図
に見られる如きＡＰＤにおいては、Ｐ形半導体基板１の
不純物濃度が高いため、逆バイアス電圧の値を大きくし
た割には空乏層の拡がりは小さい。しかも、逆バイアス
電圧の値を大きくすることは暗電流の増加を招来し、ま
た、電流の飽和効果により増倍率が制限されてしまうの
で、空乏層を拡大した効果は減殺される。従つて、通常
のＡＰＤにおける量子効率は余り大きく採ることができ
なかつた。そこで、前記ＡＰＤの欠点を解消する素子と
し第２図に見られる構造のリーチ・スルー形ＡＰＤが開
発されたれ図において、２１はＰ−形即ちπ形半導体基
板、２２はＰｆ形コンタクト層、２３はＰ形領域、２４
はＮ゛形領域をそれぞれ示す。
れたキャリアを空乏層で光電流に変換するものであるか
ら、その空乏層は光の波長に応じて適当に拡がつている
必要がある。即ち、波長が短かい、例えば前記６３２８
の程度であれば通常の光ダイオードの如く空乏層が浅い
位置にしか存在しノＩい素子であつても良好な動作を期
待できるが、例えば前記Ｊ８５００入の如く長波長の光
の場合には最早や通常の光ダイオードは使用することが
できない。これはＡＰＤであつても全く同様である。即
ち、通常のＡＰＤは第１図に見られる如く、Ｐ形半導体
基板１の感光領域とする部分にＮ゛形層２を拡丁散によ
り形成してある。そして基板１とＮ゛形層２との間のＰ
Ｎ接合に逆バイアス電圧を印加して、そのＰＮ接合から
Ｐ形半導体基板１の方向に拡がる空乏層を利用するもの
である。この空乏層は逆バイアスの電圧の値を大きくす
ればする程拡げることができる。しかしながら、第１図
に見られる如きＡＰＤにおいては、Ｐ形半導体基板１の
不純物濃度が高いため、逆バイアス電圧の値を大きくし
た割には空乏層の拡がりは小さい。しかも、逆バイアス
電圧の値を大きくすることは暗電流の増加を招来し、ま
た、電流の飽和効果により増倍率が制限されてしまうの
で、空乏層を拡大した効果は減殺される。従つて、通常
のＡＰＤにおける量子効率は余り大きく採ることができ
なかつた。そこで、前記ＡＰＤの欠点を解消する素子と
し第２図に見られる構造のリーチ・スルー形ＡＰＤが開
発されたれ図において、２１はＰ−形即ちπ形半導体基
板、２２はＰｆ形コンタクト層、２３はＰ形領域、２４
はＮ゛形領域をそれぞれ示す。
この構造のＡＰＤにおける深さ方向の不純物濃度分布は
第３図に見られる通りであり、基板２１における不純物
濃度は極めて低いので、コンタクト層２２とＮ゛形領域
２４との間に逆バイアス電圧を印加した場合、Ｐ形領域
２３とＮ゛形領域２４とで形成されるＰＮ接合で発生す
る空乏層は容易に基板２１中に拡がり、コンタクト層２
２に迄到達する。
第３図に見られる通りであり、基板２１における不純物
濃度は極めて低いので、コンタクト層２２とＮ゛形領域
２４との間に逆バイアス電圧を印加した場合、Ｐ形領域
２３とＮ゛形領域２４とで形成されるＰＮ接合で発生す
る空乏層は容易に基板２１中に拡がり、コンタクト層２
２に迄到達する。
従つて、空乏層はＰ形領域２３と基板２１との広い範囲
にわたり拡大されて感光領域となるため、量子効率は大
きく向上する。このようなＡＰＤにおける深さ方向の電
界分布は第４図に見られる通りであつて、図のＹ軸はＰ
Ｎ接合面を表わしている。
にわたり拡大されて感光領域となるため、量子効率は大
きく向上する。このようなＡＰＤにおける深さ方向の電
界分布は第４図に見られる通りであつて、図のＹ軸はＰ
Ｎ接合面を表わしている。
図で判る通り、Ｐ形領域２３における電界は高く、また
π形半導体基板２１における電界は低い。尚、Ｐ形領域
２３、即ち高電界領域が光増倍に関連を持ち、π形半導
体基板２１，即ち低電界領域が光吸収、従つて量子効率
に関連する。このリーチ・スルー形ＡＰＤは通常（：１
５ＡＰＤに比較して優れた特性を有しているが、尚欠点
が存在する。
π形半導体基板２１における電界は低い。尚、Ｐ形領域
２３、即ち高電界領域が光増倍に関連を持ち、π形半導
体基板２１，即ち低電界領域が光吸収、従つて量子効率
に関連する。このリーチ・スルー形ＡＰＤは通常（：１
５ＡＰＤに比較して優れた特性を有しているが、尚欠点
が存在する。
即ち、第２図に見られるＡＰＤのＰＮ接合を形成するに
は、基板１にＰ形領域２３の拡散を行ない、次いでＮ゛
形層２４の拡散を行なうが、Ｎ”形層２４の底面は例え
ば異常拡散現象、その他により均一にならず、従つて、
ＰＮ接合面は不均一な凹凸をもつて形成される。このよ
うに不均一なＰＮ接合面に直圧が加わつた場合、そのＰ
Ｎ接合面における電界分布もまた不均一になる。即ち、
ＰＮ接合面における光増倍率が部分的に変化し、従つて
、半導体受光装置として感光度に部分的変化が生ずるこ
とになる。現在、リーチ・スルー形ＡＰＤにおける感光
領域面となるＮ゛形層２４の頁面は例えば３００。
は、基板１にＰ形領域２３の拡散を行ない、次いでＮ゛
形層２４の拡散を行なうが、Ｎ”形層２４の底面は例え
ば異常拡散現象、その他により均一にならず、従つて、
ＰＮ接合面は不均一な凹凸をもつて形成される。このよ
うに不均一なＰＮ接合面に直圧が加わつた場合、そのＰ
Ｎ接合面における電界分布もまた不均一になる。即ち、
ＰＮ接合面における光増倍率が部分的に変化し、従つて
、半導体受光装置として感光度に部分的変化が生ずるこ
とになる。現在、リーチ・スルー形ＡＰＤにおける感光
領域面となるＮ゛形層２４の頁面は例えば３００。
φであり、一方、光通信に使用するガラス・フアイバは
２０ＣＩｉ）φであるから、従来のリーチ・スルー形Ａ
ＰＤではＮ″′形層２４にガラス・フアイバを当接した
場合、その場所によつて感度が相違することになる。ま
た、一般に、半導体基板に不純物拡散を行なつた場合、
その拡散深さはロッド毎に若干のバラツキが発生するこ
とは常識である。
２０ＣＩｉ）φであるから、従来のリーチ・スルー形Ａ
ＰＤではＮ″′形層２４にガラス・フアイバを当接した
場合、その場所によつて感度が相違することになる。ま
た、一般に、半導体基板に不純物拡散を行なつた場合、
その拡散深さはロッド毎に若干のバラツキが発生するこ
とは常識である。
従つて、前記の如きＡＰＤではＰＮ接合における電界分
布ロッド毎に不同となり、降伏電圧が相違することにな
る。本発明は、半導体受光装置において、不純物拡散の
深さが不均一であつても、ＰＮ接合面の電界が直ちに影
響を受けないようにして、感度或いは降伏電圧等の不同
が生じないようにすることを目的とし、一導電形の低不
純物濃度半導体基板（或いは半導体層）と、該一導電形
の低不純物濃度半導体層中に埋没形成された一導電形中
不純物濃度領域と、前記一導電形の低不純物濃度半導体
層表面から深さ方向に形成され前記埋没形成されている
一導電形の中不純物濃度半導体領域と深さ方向に所定距
離をおいて対向し感光領域を構成する反対導電形の高濃
度不純物半導体層とを備えてなることを特徴とする半導
体受光装置、を提供するもので、以下これを詳細に説明
する。
布ロッド毎に不同となり、降伏電圧が相違することにな
る。本発明は、半導体受光装置において、不純物拡散の
深さが不均一であつても、ＰＮ接合面の電界が直ちに影
響を受けないようにして、感度或いは降伏電圧等の不同
が生じないようにすることを目的とし、一導電形の低不
純物濃度半導体基板（或いは半導体層）と、該一導電形
の低不純物濃度半導体層中に埋没形成された一導電形中
不純物濃度領域と、前記一導電形の低不純物濃度半導体
層表面から深さ方向に形成され前記埋没形成されている
一導電形の中不純物濃度半導体領域と深さ方向に所定距
離をおいて対向し感光領域を構成する反対導電形の高濃
度不純物半導体層とを備えてなることを特徴とする半導
体受光装置、を提供するもので、以下これを詳細に説明
する。
本発明においては、従来のリーチ・スルー形ＡＰＤ（：
Ｉ）ＰＮ接合面における電界分布が敏感に変動するのは
Ｐ形領域２３における不純物濃度の高さが原因である旨
の知見ば基礎になつている。
Ｉ）ＰＮ接合面における電界分布が敏感に変動するのは
Ｐ形領域２３における不純物濃度の高さが原因である旨
の知見ば基礎になつている。
即ち、ＰＮ接合面における電界Ｅは、Ｑ：空乏層の単位
面積当りのイオン化された電荷量εｓ：シリコンの比誘
電率 εｏ：真空中の誘電率 である。
面積当りのイオン化された電荷量εｓ：シリコンの比誘
電率 εｏ：真空中の誘電率 である。
この式（１）におけるＱはＰ形領域２３の不純物濃度の
影響を受けることは明らかであり、従つて、ＰＮ接合面
における電界ＥはＰ形領域２３の不純物濃度が高ければ
高い程大きな影響を受け、感光領域を形成するＮ＋体層
２４の拡散深さが僅か不均一になるだけで、大きく変動
することになる。
影響を受けることは明らかであり、従つて、ＰＮ接合面
における電界ＥはＰ形領域２３の不純物濃度が高ければ
高い程大きな影響を受け、感光領域を形成するＮ＋体層
２４の拡散深さが僅か不均一になるだけで、大きく変動
することになる。
従つて、前記従来のリーチ・スルー形ＡＰＤの欠点を除
去するには、Ｎ＋形層と高不純物濃度のＰ形領域とが当
接しないようにすれば良い。第５図は本発明一実施例の
要部説明図である。図に於いて、５１はπ形即ちＰ一形
半導体基板（一導電形の低不純物濃度半導体基板或いは
半導体層）、５２はＰ＋形コンタクト層、５３はＰ形領
域（一導電形中不純物濃度半導体領域）、５４は基板５
１の一部であるＰ一形半導体層、５５は感光面を形成す
るＮ＋形層（反対導電形の高濃度不純物半導体層）をそ
れぞれ示す。この構成におけるＰ形領域５３を形成する
には、イオン打込み法を使用し、その打込みエネルギを
適当に調整すれば極めて容易に行なうことができる。
去するには、Ｎ＋形層と高不純物濃度のＰ形領域とが当
接しないようにすれば良い。第５図は本発明一実施例の
要部説明図である。図に於いて、５１はπ形即ちＰ一形
半導体基板（一導電形の低不純物濃度半導体基板或いは
半導体層）、５２はＰ＋形コンタクト層、５３はＰ形領
域（一導電形中不純物濃度半導体領域）、５４は基板５
１の一部であるＰ一形半導体層、５５は感光面を形成す
るＮ＋形層（反対導電形の高濃度不純物半導体層）をそ
れぞれ示す。この構成におけるＰ形領域５３を形成する
には、イオン打込み法を使用し、その打込みエネルギを
適当に調整すれば極めて容易に行なうことができる。
勿論、他の技法、例えば工程を適当に変えてエピタキシ
ャル法を採用することもできる。第６図は第５図に示し
た実施例の不純物濃度分布を表わすものである。第５図
及び第６図から判るように、Ｎ＋形層５５はイオン化さ
れた電荷が殆んど存在することのないＰ一形半導体層５
４を介してＰ形領域５３と対向しているので、その拡散
深さに変動があつても前記式（１）のＱが変らないから
電界分布は全く影響を受けず、殆んど均一である。拡散
深さの変動による悪影響を除去するためには、Ｐ一形半
導体層５４の厚さは約１０００八以上とするのがよい。
このような厚さの制闘はＰ形領域５３の形成をイオン打
込み法で行なつても、十分の精度で行ない得る。以上の
説明で判るように、本発明によれば、感光領域を形成す
る反対導電形の高不純物濃度半導体層の拡散深さが不均
一であつても電界分布の不均一は発生しないので、感光
度の部分的変化がなく、細い光通信用ガラス・フアイバ
から光信号を入射させる場合に好適であり、また、ロッ
ド毎に降伏電圧が相違することもない。
ャル法を採用することもできる。第６図は第５図に示し
た実施例の不純物濃度分布を表わすものである。第５図
及び第６図から判るように、Ｎ＋形層５５はイオン化さ
れた電荷が殆んど存在することのないＰ一形半導体層５
４を介してＰ形領域５３と対向しているので、その拡散
深さに変動があつても前記式（１）のＱが変らないから
電界分布は全く影響を受けず、殆んど均一である。拡散
深さの変動による悪影響を除去するためには、Ｐ一形半
導体層５４の厚さは約１０００八以上とするのがよい。
このような厚さの制闘はＰ形領域５３の形成をイオン打
込み法で行なつても、十分の精度で行ない得る。以上の
説明で判るように、本発明によれば、感光領域を形成す
る反対導電形の高不純物濃度半導体層の拡散深さが不均
一であつても電界分布の不均一は発生しないので、感光
度の部分的変化がなく、細い光通信用ガラス・フアイバ
から光信号を入射させる場合に好適であり、また、ロッ
ド毎に降伏電圧が相違することもない。
第１図は従来例の説明図、第２図も従来例の説明図、第
３図は第２図従来例の不純物濃度分布を示す線図、第４
図は第２図従来例における電界分布を示す線図、第５図
は本発明一実施例の要部説明図、第６図は第５図実施例
の不純物濃度分布を示す線図をそれぞれ表わす。 図において、５１はＰ一形半導体基板、５２はＰ＋形コ
ンタクト層、５３はＰ形領域、５４はＰ−形半導体層、
５５はＮ＋形層をそれぞれ示す。
３図は第２図従来例の不純物濃度分布を示す線図、第４
図は第２図従来例における電界分布を示す線図、第５図
は本発明一実施例の要部説明図、第６図は第５図実施例
の不純物濃度分布を示す線図をそれぞれ表わす。 図において、５１はＰ一形半導体基板、５２はＰ＋形コ
ンタクト層、５３はＰ形領域、５４はＰ−形半導体層、
５５はＮ＋形層をそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ 一導電形の低不純物濃度半導体基板（或いは半導体
層）と、該一導電形の低不純物濃度半導体層中に埋没形
成された一導電形中不純物濃度半導体領域と、前記一導
電形の低不純物濃度半導体層表面から深さ方向に形成さ
れ前記埋没形成されている一導電形の中不純物濃度半導
体領域と深さ方向に所定距離をおいて対向し感光領域を
構成する反対導電形の高濃度不純物半導体層とを備えて
なることを特徴とする半導体受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49060439A JPS5936437B2 (ja) | 1974-05-29 | 1974-05-29 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49060439A JPS5936437B2 (ja) | 1974-05-29 | 1974-05-29 | 半導体受光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS50153595A JPS50153595A (ja) | 1975-12-10 |
| JPS5936437B2 true JPS5936437B2 (ja) | 1984-09-04 |
Family
ID=13142294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49060439A Expired JPS5936437B2 (ja) | 1974-05-29 | 1974-05-29 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5936437B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721876A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-04 | Canon Inc | Photosensor |
| JP6090060B2 (ja) * | 2013-08-23 | 2017-03-08 | 株式会社豊田中央研究所 | シングルフォトンアバランシェダイオード |
| JP2017005276A (ja) * | 2016-09-30 | 2017-01-05 | 株式会社豊田中央研究所 | シングルフォトンアバランシェダイオード |
| JP7169071B2 (ja) * | 2018-02-06 | 2022-11-10 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 画素構造、撮像素子、撮像装置、および電子機器 |
| JP7242234B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2023-03-20 | キヤノン株式会社 | 光検出装置、光検出システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4939237A (ja) * | 1972-08-22 | 1974-04-12 |
-
1974
- 1974-05-29 JP JP49060439A patent/JPS5936437B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS50153595A (ja) | 1975-12-10 |
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