JPS6025280A - Ａｄｐ型受光素子 - Google Patents
Ａｄｐ型受光素子Info
- Publication number
- JPS6025280A JPS6025280A JP58133749A JP13374983A JPS6025280A JP S6025280 A JPS6025280 A JP S6025280A JP 58133749 A JP58133749 A JP 58133749A JP 13374983 A JP13374983 A JP 13374983A JP S6025280 A JPS6025280 A JP S6025280A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- receiving element
- light
- type light
- ingaas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H10F30/225—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 working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H10F30/2255—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 working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers form heterostructures, e.g. SAM structures
Landscapes
- 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】
＋ａ＋発明の技術分野
本発明は光通信用受光素子に係り、とくにへ叶型受光素
子におけるガードリング効果の増強に関する。
子におけるガードリング効果の増強に関する。
（ｂｌ技術の背景
光ファイバを用いる光通信において、とくに長距離通信
用の高感度受光素子としてアバランシェフナ１−ダイオ
ード（ＡＤＰ ）型の受光素子が用いられている。該へ
叶においては、一般に受光面の高濃度不純物拡散領域の
周囲にこれと同導電型の低濃度不純物の拡散領域、すな
わちガードリングが設けられる。これによって該受光面
の下の半導体層に一様ななだれ増倍が発生し、量子効率
を高（することができる。
用の高感度受光素子としてアバランシェフナ１−ダイオ
ード（ＡＤＰ ）型の受光素子が用いられている。該へ
叶においては、一般に受光面の高濃度不純物拡散領域の
周囲にこれと同導電型の低濃度不純物の拡散領域、すな
わちガードリングが設けられる。これによって該受光面
の下の半導体層に一様ななだれ増倍が発生し、量子効率
を高（することができる。
（Ｃ１従来技術と問題点
しかしながら、従来のＡＤＰにおいては、印加する逆方
向電圧を上げると、該ガードリングの周囲の角でブレー
クダウンが生じやすくなる。このブレークダウンは極め
て不規則的に発生し、ノイズの原因となる。すなわち、
ガードリングは、上記受光面の高濃度拡散領域の角にお
けるブレークダウンの発生をなくし、一様ななだれ増倍
を発生させるのに効果があるが、それ自身のブレークダ
ウン電圧（Ｖｇ）は、受光面の下の半導体層に充分大き
ななだれ増倍率が得られるようなブレークダウン電圧（
νａ）と比べて大きな差がなく、その結果、ＡＤＰにデ
ータＶａを印加すると、ガードリング部でもブレークダ
ウンが一部で始まり、雑音が発生する。このために、Ａ
ＤＰに特有の高感度特性を充分に利用できない欠点があ
った。
向電圧を上げると、該ガードリングの周囲の角でブレー
クダウンが生じやすくなる。このブレークダウンは極め
て不規則的に発生し、ノイズの原因となる。すなわち、
ガードリングは、上記受光面の高濃度拡散領域の角にお
けるブレークダウンの発生をなくし、一様ななだれ増倍
を発生させるのに効果があるが、それ自身のブレークダ
ウン電圧（Ｖｇ）は、受光面の下の半導体層に充分大き
ななだれ増倍率が得られるようなブレークダウン電圧（
νａ）と比べて大きな差がなく、その結果、ＡＤＰにデ
ータＶａを印加すると、ガードリング部でもブレークダ
ウンが一部で始まり、雑音が発生する。このために、Ａ
ＤＰに特有の高感度特性を充分に利用できない欠点があ
った。
（ｄ１発明の目的
本発明は、へ〇Ｐ型受光素子において、受光面の下の半
導体層におけるブレークダウン電圧Ｖａをガードリング
部におけるブレークダウン電圧Ｖｇより小さくすること
によって、充分な増倍率を得ることを可能とし、長距離
光４信に適した高感度受光素子を提供することを目的と
する。
導体層におけるブレークダウン電圧Ｖａをガードリング
部におけるブレークダウン電圧Ｖｇより小さくすること
によって、充分な増倍率を得ることを可能とし、長距離
光４信に適した高感度受光素子を提供することを目的と
する。
ｔｅ１発明の構成
本発明は、４叶型の受光素子において、光吸収層の層厚
方向における不純物濃度を２段階に変化させたことを特
徴とし、具体的には、受光面に近い部分を高濃度に、受
光面から遠い部分を低濃度にしたことを特徴とする。
方向における不純物濃度を２段階に変化させたことを特
徴とし、具体的には、受光面に近い部分を高濃度に、受
光面から遠い部分を低濃度にしたことを特徴とする。
（「）発明の実施例
以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。以下
においては、１μｍ帯の光通信用を対象とするＩｎ Ｐ
／ ＩｎＧａＡｓ１ ＩｎＧａＡｓ Ｐ系のへテロ接
合型受光素子を例に採り上げたが、５ｉＡＤＰ等におい
ても同様である。
においては、１μｍ帯の光通信用を対象とするＩｎ Ｐ
／ ＩｎＧａＡｓ１ ＩｎＧａＡｓ Ｐ系のへテロ接
合型受光素子を例に採り上げたが、５ｉＡＤＰ等におい
ても同様である。
第１図は本発明の一実施例であるＩｎ Ｐ ／ ＩｎＧ
ａＡｓ／１ｎＧａＡｓＰ系受光素子の断面の模式図であ
って、例えばｒ＋’−Ｉｎ Ｐ基板１ （ｌＥｇ ＃
１．３５ｅＶ）の上には、ＩｎＧａＡｓ層２ （Ｅｇ
’ ０．７５ｅＶ、厚さ１．５〜３μｍ）、ＩｎＧａＡ
ｓ Ｐ層３ （Ｅｇ＝０．９０ｅＶ、厚さ０．５〜０．
８ μｍ） 、ｎ−ＩｎＰ層４ （Ｅｇ″ｊ１．３５ｅ
Ｖ）が順次積層されており、さらにｎ−１ｎＰ層４の上
表面層には、Ｚｎ等を拡散してｙ−１ｎＰ層５とガード
リング６＋（ｐ型）が形成されている。
ａＡｓ／１ｎＧａＡｓＰ系受光素子の断面の模式図であ
って、例えばｒ＋’−Ｉｎ Ｐ基板１ （ｌＥｇ ＃
１．３５ｅＶ）の上には、ＩｎＧａＡｓ層２ （Ｅｇ
’ ０．７５ｅＶ、厚さ１．５〜３μｍ）、ＩｎＧａＡ
ｓ Ｐ層３ （Ｅｇ＝０．９０ｅＶ、厚さ０．５〜０．
８ μｍ） 、ｎ−ＩｎＰ層４ （Ｅｇ″ｊ１．３５ｅ
Ｖ）が順次積層されており、さらにｎ−１ｎＰ層４の上
表面層には、Ｚｎ等を拡散してｙ−１ｎＰ層５とガード
リング６＋（ｐ型）が形成されている。
ここで、ＩｎＧａＡｓ層２が１μｍ帯の光吸収層として
、また、ｐ□−１ｎＰ層５が光入射窓として作用する。
、また、ｐ□−１ｎＰ層５が光入射窓として作用する。
したがって、ＩｎＧａＡｓ Ｐ Ｐｉ ３とｎ−ＩｎＰ
Ｉ’ｔｉ４およびｐ”−ＩｎＰ層５はいずれもＩｎＧａ
Ａｓ層２よりエネルギーギャップの小さい材料が用いら
れている。ＩｎＧａＡｓ Ｐ層３はＩｎＧａＡｓ層２と
ｎ−ＩｎＰ層４と間の障壁を段階的にして正孔の移動を
容易にし、素子の応答速度を高くする目的で設けられて
いる。
Ｉ’ｔｉ４およびｐ”−ＩｎＰ層５はいずれもＩｎＧａ
Ａｓ層２よりエネルギーギャップの小さい材料が用いら
れている。ＩｎＧａＡｓ Ｐ層３はＩｎＧａＡｓ層２と
ｎ−ＩｎＰ層４と間の障壁を段階的にして正孔の移動を
容易にし、素子の応答速度を高くする目的で設けられて
いる。
ところで、本発明の素子においては、ＩｎＧａＡｓＦｍ
２の厚さ方向における不純物濃度が第２図のように２段
階に変化させられている。第２図は縦軸にＩｎＧａＡｓ
層２−１ｎＧａＡｓ Ｐ層３界面から計った深さくｘ）
、横軸に不純物濃度をとっである。すなわち、ＩｎＧａ
Ａｓ層２の前記界面からＸｌまでの深さでは、不純物濃
度は約５×１０１６ｃｍ−３と高濃度とし、×１から全
深さｘ２までは、通常のＡＤＰにおけると同様にＩＸ
ＩＱ” ｃｍ’程度の低濃度とする。このような濃度分
布を付与することは、ＩｎＧａＡｓ１Ｍ ２のエピタキ
シアル成長時に容易に可能である。
２の厚さ方向における不純物濃度が第２図のように２段
階に変化させられている。第２図は縦軸にＩｎＧａＡｓ
層２−１ｎＧａＡｓ Ｐ層３界面から計った深さくｘ）
、横軸に不純物濃度をとっである。すなわち、ＩｎＧａ
Ａｓ層２の前記界面からＸｌまでの深さでは、不純物濃
度は約５×１０１６ｃｍ−３と高濃度とし、×１から全
深さｘ２までは、通常のＡＤＰにおけると同様にＩＸ
ＩＱ” ｃｍ’程度の低濃度とする。このような濃度分
布を付与することは、ＩｎＧａＡｓ１Ｍ ２のエピタキ
シアル成長時に容易に可能である。
第１図において、ＩｎＧ、ａＡｓ層２が上記のような不
純物濃度分布をしている場合、ｒ−１ｎＰＦｔＳ側を負
極としてｒ＋’−ＩｎＰ基板１との間に逆方向電圧を印
加すると、Ｖ−１ｎＰ層５から伸びる空乏層は、ＩｎＧ
ａＡｓ Ｐ ＩＮ ３とＩｎＧａＡｓ層２の界面までで
阻止される。、これは、ＩｎＧａＡｓ層２の前記ＸがＯ
からｘｌまでの領域を高不純物濃度にしたためである。
純物濃度分布をしている場合、ｒ−１ｎＰＦｔＳ側を負
極としてｒ＋’−ＩｎＰ基板１との間に逆方向電圧を印
加すると、Ｖ−１ｎＰ層５から伸びる空乏層は、ＩｎＧ
ａＡｓ Ｐ ＩＮ ３とＩｎＧａＡｓ層２の界面までで
阻止される。、これは、ＩｎＧａＡｓ層２の前記ＸがＯ
からｘｌまでの領域を高不純物濃度にしたためである。
一般に、空乏層の厚さく１）と電界強度（Ｆ）とは第３
図に示すようなほぼ関係となり、前記ブレークダウン電
圧（Ｖａ）はＦ軸とｔ軸と曲線Ｃとで囲まれる面積に比
例する。従来の＾口ＰにおいてはＩｎＧａＡｓ層２の全
体にわたって一様にＩ Ｘｌ０１６ｃｍ−３であり、空
乏層はＩｎＧａＡｓｆｉｉ ２の厚さ方向の全領域に広
がっている。この場合の空乏層の電界強度分布が曲線Ｃ
であるとすると、本発明の素子については曲線Ｃ１のよ
うになり、前記ブレークダウン電圧（Ｖａ）は斜線部分
の面積に相当するΔνａだけ低減されることになる。
図に示すようなほぼ関係となり、前記ブレークダウン電
圧（Ｖａ）はＦ軸とｔ軸と曲線Ｃとで囲まれる面積に比
例する。従来の＾口ＰにおいてはＩｎＧａＡｓ層２の全
体にわたって一様にＩ Ｘｌ０１６ｃｍ−３であり、空
乏層はＩｎＧａＡｓｆｉｉ ２の厚さ方向の全領域に広
がっている。この場合の空乏層の電界強度分布が曲線Ｃ
であるとすると、本発明の素子については曲線Ｃ１のよ
うになり、前記ブレークダウン電圧（Ｖａ）は斜線部分
の面積に相当するΔνａだけ低減されることになる。
なお、ＩｎＧａＡｓ１ｉ ２において、前記ｘ１からｘ
２までの領域はなだれ増倍には直接寄与しないが、光吸
収層として作用するので素子の量子効率は変わらない。
２までの領域はなだれ増倍には直接寄与しないが、光吸
収層として作用するので素子の量子効率は変わらない。
また、一般に不純物濃度が高くなるとキャリアの拡散速
度が低下するが、この領域は低不純物濃度に保たれてい
るので、素子の周波数特性を損なうこともない。
度が低下するが、この領域は低不純物濃度に保たれてい
るので、素子の周波数特性を損なうこともない。
以上のように、本発明に係る受光素子においては受光面
のブレークダウン電圧が低減され、その結果、ガードリ
ング効果が正常に発揮される。すなわち、該受光面の下
の半導体層において安定かつ大きな増倍率のなだれ増倍
が行われ、該受光素子を高感度、低ノイズとする゛こと
が可能となるのである。
のブレークダウン電圧が低減され、その結果、ガードリ
ング効果が正常に発揮される。すなわち、該受光面の下
の半導体層において安定かつ大きな増倍率のなだれ増倍
が行われ、該受光素子を高感度、低ノイズとする゛こと
が可能となるのである。
なお、前述のように、本発明は上記実施例に示したＩｎ
Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓ１ ＩｎＧａＡｓ Ｐ系の受光
素子に留まらず、他の単一組成の半導体を用いたへＤＰ
型素子、あるいはその他の半導体の組合せから成るＡＤ
Ｐ型素子に対しても適用可能であることは明らかである
。
Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓ１ ＩｎＧａＡｓ Ｐ系の受光
素子に留まらず、他の単一組成の半導体を用いたへＤＰ
型素子、あるいはその他の半導体の組合せから成るＡＤ
Ｐ型素子に対しても適用可能であることは明らかである
。
（ｇ＋発明の効果
本発明によれば、へ〇Ｐ型の受光素子における受光面の
ブレークダウン電圧を低減することによってガードリン
グ効果が増強され、高感度、低ノイズの受光素子を提供
可能とする効果がある。
ブレークダウン電圧を低減することによってガードリン
グ効果が増強され、高感度、低ノイズの受光素子を提供
可能とする効果がある。
第１図は本発明の詳細な説明した受光素子の断面構造を
示す模式図、第１図は該受光素子の光吸収層における不
純物濃度分布を示す図、第３図は本発明の受光素子にお
いて受光面のブレークダウン電圧の低減を説明するため
の図である。 図において、１は０”−ＩｎＰ基板、２はＩｎＧａＡｓ
層、３はＩｎＧａＡｓ Ｐ Ｎ、４はｎ−ＩｎＰＪｉ、
５はｐｓ−１ｎＰＪ”＃、６はガードリングである。
示す模式図、第１図は該受光素子の光吸収層における不
純物濃度分布を示す図、第３図は本発明の受光素子にお
いて受光面のブレークダウン電圧の低減を説明するため
の図である。 図において、１は０”−ＩｎＰ基板、２はＩｎＧａＡｓ
層、３はＩｎＧａＡｓ Ｐ Ｎ、４はｎ−ＩｎＰＪｉ、
５はｐｓ−１ｎＰＪ”＃、６はガードリングである。
Claims (1)
- 光吸収層の層厚方向における不純物濃度を、受光面に近
い部分を高濃度に、受光面から遠い部分を低濃度にした
ことを特徴とするＡＤＰ型受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58133749A JPS6025280A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | Ａｄｐ型受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58133749A JPS6025280A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | Ａｄｐ型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6025280A true JPS6025280A (ja) | 1985-02-08 |
Family
ID=15112031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58133749A Pending JPS6025280A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | Ａｄｐ型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6025280A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62282997A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-08 | カルプ工業株式会社 | 模様形成方法 |
| JPH04352371A (ja) * | 1991-05-29 | 1992-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
-
1983
- 1983-07-22 JP JP58133749A patent/JPS6025280A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62282997A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-08 | カルプ工業株式会社 | 模様形成方法 |
| JPH04352371A (ja) * | 1991-05-29 | 1992-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
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