JPS611064A - 半導体受光装置 - Google Patents

半導体受光装置

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JPS611064A
JPS611064A JP59109433A JP10943384A JPS611064A JP S611064 A JPS611064 A JP S611064A JP 59109433 A JP59109433 A JP 59109433A JP 10943384 A JP10943384 A JP 10943384A JP S611064 A JPS611064 A JP S611064A
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avalanche
semiconductor layer
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Masahiro Kobayashi
正宏 小林
Susumu Yamazaki
進 山崎
Takashi Mikawa
孝 三川
Kazuo Nakajima
一雄 中嶋
Takao Kaneda
隆夫 金田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10F77/147—Shapes of bodies
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光通信などに用いられ、アバランシェ
・フォト・ダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ　　ｐｈｏ
ｔｏ　　ｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）と呼ばれている半導体受
光装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
一般に、光通信などで１　〔μｍ〕波長帯の光を検出す
るのに、ＩｎＧａＡｓ　　（Ｐ）系ＡＰＤを用いている
。
斯かるＡＰ、Ｄでは、低暗電流化及び低増倍雑音化の為
、ＩｎＧａＡｓ　　（Ｐ）光吸収層とＩｎＰなだれ増倍
層からなる吸収層・増倍層分離型構造となし、また、信
転性を向上させる為、プレーナ構造にしてあり、更にま
た、前記プレーナ構造を採っていることから、所望の部
分でのみ確実になだれ増倍を発生させる為のガード・リ
ングを形成する必要があり、そして、確実なガード・リ
ング効果を得る為、選択成長法を適用することに依り、
所謂、埋め込み構造を形成し、この構造中にｐｎ接合を
形成することが有効である。
第２図は従来技術に依って製造されたＡＰＤの要部切断
側面図である。
図に於いて、１はＩｎＰ基板、２はｎ型ｒ　ｎＧａＡＳ
光吸収層、３はｎ型ＴｎＰなだれ増倍層、４はｎ−型ｒ
ｎＰガード・リング用半専体層、５はｐ型受光領域、６
はｐ側電極、７はｎ側電極、８は拡散の浅いフロント、
ＡＢはなだれ増倍部、ＧＲはガード・リング部をそれぞ
れ示している。尚、このＡＰＤで、なだれ増倍層３とガ
ード・リング用半導体層４とは、図示のように、なだれ
増倍層３のキャリヤ濃度を高く、そして、ガード・リン
グ用半導体層４のそれを低くするか、或いは、なだれ増
倍層３を構成する半導体の禁制帯幅を狭く、そして、ガ
ード・リング用半導体層４のそれを広くするかの何れか
の手段を採って、なだれ増倍部ＡＢとガード・リング部
ＧＲに於ける耐圧差を持たせるようにする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
さて、前記のようなヘテロ接合を有する化合物半導体Ａ
ＰＤでは、なだれ増倍部ＡＢとガード・リング部ＧＲの
耐圧差を充分に維持しつつ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
２とｎ型１ｎＰなだれ増倍層との間のへテロ接合に於け
る電界値を、トンネル電流を抑制し得る程度に低く、ま
た、キャリヤのパイル・アンプを防止し得る程度に高く
なるように、所定範囲内に規制しなければならない。
ところで、図示のＡＰＤでは、高濃度の被埋め込み層で
あるなだれ増倍層３と低濃度の埋め込み層であるガード
・リング用半導体層４に同時に不純物を拡散してｐｎ接
合を形成している。
ここで、ｐｎ接合を得る為のｐ型受光領域５の形成は、
不純物拡散法、イオン注入法、エピタキシャル成長法の
何れを採用しても高温の熱処理工程を必要とすることは
明らかであり、この為、導入された不純物は該熱処理で
拡散されることになるが、その場合の不純物拡散の速さ
は、同じ格子定数を有する半導体であれば禁制帯幅が大
である半導体に於ける方が速く、且つ、この拡散に依り
形成される実際のｐｎ接合の位置は同一の半導体中であ
ってもキャリヤ濃度が低いものの力が深くなる。
即ち、第２図に見られるように、ガード・リング部ＧＲ
に於けるｐｎ接合は、なだれ増倍部ＡＢに於けるｐｎ接
合よりも、光吸収層２となだれ増倍層３との間のへテロ
接合に接近する。
従って、ガード・リング部ＧＲに於けるヘテロ接合での
電界値はなだれ増倍部ＡＢに於けるヘテロ接合での電界
値より大きくなる。
前記したように、ヘテロ接合での電界値は、トンネル電
流の抑制とキャリヤのパイル・アンプ防止の為、限られ
た、しかも、狭い範囲の値を選択しなければならず、従
って、前記のように構造に由来する制約を受ける場合に
は、その設計は非常に厳しいものとなる。
本発明は、なだれ増倍部ＡＢとガード・リング部ＧＲと
の表面構造に簡単な改良を施すことに依り、なだれ増倍
層３中のｐｎ接合とガード・リング用半導体層４中のｐ
ｎ接合とが略同一面上に在るようにすることを可能とし
、しかも、確実なガード・リング効果が得られるように
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体受光装置では、なだれ増倍部を構成する
高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層と、該半導体層
の表面より高いそれを有してガード・リング部を構成す
る低濃度或いは広禁制帯幅である半導体層と、前記表面
に高低差が付されたことに依り略同一面上に在るように
調整された前記なだれ増倍部を構成する半導体層中のｐ
ｎ接合及び前記ガード・リング部を構成する半導体層中
のｐｎ接合とを備えてなる構成になっている。
〔作用〕
前記構成に依ると、なだれ増倍部を構成する半導体層の
表面とガート・リング部を構成する半導体層の表面との
間には高低差が付与してあり、従って、その表面から、
ｐｎ接合を形成する為の受光領域を形成すると、該ｐｎ
接合の位置は、前記表面の高低差に依存して調節され、
従って、なだれ増倍部に於けるそれと、ガード・リング
部に於けるそれとが略同一面上に在るようにすることが
可能である。
〔実施例〕
第１図は本発明一実施例を表す要部切断側面図であり、
第２図に関して説明した部分と同部分は同記号で指示し
である。
図に於いて、９はなだれ増倍層３の表面とガード・リン
グ用半導体層４の表面との間に高低差を付与したことに
依って生成された段差部を示している。
この実施例に依れば、なだれ増倍部ＡＢを構成するなだ
れ増倍層３とガード・リング部ＧＲを構成するガード・
リング用半導体層４とに於けるｐｎ接合は略同−面に存
在している。尚、この実施例では、なだれ増倍層３には
ｎ型１ｎＰを、また、ガード・リング用半導体層４には
ｎ−型１ｎＰをそれぞれ用い、キャリヤ濃度の相違を利
用する形式を採っているが、これは、例えば゛、なだれ
増倍層３としてｎ型１ｎＰを、ガート・リング用半導体
層４にｎ型Ａ／ＩｎＡｓを用い、禁制帯幅の狭広を利用
する形式を採っても同効である。
ところで、本発明に於いては、なだれ増倍層３とガード
・リング用半導体層４との表面に高低差を伺与すること
が重要であるが、次に、第１図に示した半導体受光装置
を製造する場合について説明する。
ｆａｌ　　液相エピタキシャル（Ｉ　１ｑｕｉｄ　　ｐ
ｈａｓｅ　　ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法を適用するこ
とに依り、ｒｎＰ基板１上にｎ型ＪｎＧａＡｓ（或いは
ＩｎＧａＡｓＰ）光吸収層２、ｎ型ＩｎＰなだれ増倍層
３を成長させる。
このときの各部のデータは次の通りである。
（１１１ｎ　Ｐ基板１について キャリヤ濃度：　２　Ｘ　Ｉ　ＯＩ８（ｃｍ−３３面指
数：（１１１）Ａ （２）ｎ型１ｎＧａＡｓ　　（Ｐ）光吸収層２について
キャリヤ濃度：　Ｉ　Ｘ　１０”　（ｃｍ−３）厚さ：
１．５Ｃμｍ〕 （３）ｎ型１ｎＰなだれ増倍層３についてキャリヤ濃度
’　１．５　Ｘ　１０”　（ｃｍ−３）厚さ：３　〔μ
ｍ〕 尚、ＩｎＧａＡｓ　　（Ｐ）及びＩｈＰは（１１１）Ａ
面を有するｌｎＰ基板１と格子定数が整合するような条
件で成長させる。
（ｂｌ　　スパッタリング法、化学気相堆積（ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　　ｖａｐｏｕｒ　　ｄｅｐｏｓｉｔｉ。
ｎ　：　ＣＶＤ）法、プラズマ励起ＣＶＤ法などを適宜
選択して適用することに依り、二酸化シリコン（ＳｉＯ
ｚ）或いは窒化シリコン（Ｓ　ｉ　３Ｎ　４　）などか
らなる保護膜を６００　〔人〕以上２０００　（人〕以
下の範囲で適宜選択された厚さに形成する。
ＦＣ＋　　通常のフォト・リソグラフィ技術を適用する
ことに依り、保護膜を直径が例えば約１００〔μｍ〕で
ある円形にバターニングする。
（ｄｉ　　メルト・ハック法を適用することに依り、ｎ
型ｒｎＰなだれ増倍層３を選択的に除去する。
この場合、メルトとして未飽和度が２〔℃〕であるＩｎ
−Ｐを用い、メルト・ハックする深さは２〔μｍ〕程度
とする。
＋８１　　メルト・ハックで形成された欠如部分にｎ−
型ＩｎＰガード・リング用半導体層４を成長させる。
この際、ｎ−型ＩｎＰガード・リング用半導体層４の表
面がｎ型１ｎＰなだれ増倍層３の表面よりも高くなるよ
うに成長させることは容易である。尚、前記のように、
なだれ増倍層３にメルト・ハックで欠如部分を形成し、
そこにガード・リング用半導体層４を成長すると、両者
の界面は図示のような緩斜面となり、これは、ｐｎ接合
を形成した際、急激な段差を生しないから、局所降伏を
防止する上で非常に好ましいことである。
（ｒｌ　　ＨＮＯ３＋ＨＦ　（重量比で１＝１）溶液を
用いて保護膜を除去する。
＋ｇ＋　　適当なマスクを形成した後、表面からカドミ
ウム（Ｃｄ）を熱拡散してｐ型骨光領域５を形成してｐ
ｎ接合を生成させる。
このＣｄ拡散では、ソースとしてＣ６Ｆ６を用い、閉管
法を適用することに依り実施し、拡散温度は５００（’
ｃ）乃至５５０（’Ｃ）程度であり、拡散深さはｎ型ｒ
ｎＰなだれ増倍層３中で１．５　Ｃμｍ）　、また、ｎ
−型ＴｎＰガート・リング用半導体層４中で１．８　〔
μｍ〕となるようにした。
拡散が完全に終了した後に於いては、なだれ増倍層３に
存在するｐｎ接合とガード・リング用半導体層４に存在
するｐｎ接合とが略同一面上に在る。
（ｈｌ　　通常の技法を適用することに依り、ｐ側に例
えばＡｕ　−Ｚｎからなるオーミック性の電極６を、ま
た、ｎ側に例えばＡｕ−Ｇｅからなるオーミック性の電
極７をそれぞれ形成する。
前記のようにして製造した半導体受光装置は、なだれ増
倍部ＡＢに於けるヘテロ接合面での電界値と、ガード・
リング部ＧＲに於けるヘテロ接合面での電界値は略等し
いか、或いは、ガード・リングＧＲに於けるヘテロ接合
面でのそれを小さくすることができた。
〔発明の効果〕
本発明の半導体受光装置では、なだれ増倍部を構成する
高濃度或いは狭禁制帯幅である半導体層と、該半導体層
の表面より高いそれを有してガード・リング部を構成す
る低濃度或いは広禁制帯幅である半導体層と、前記表面
に高低差が付されたことに依り略同一面上に在るように
調整された前記なだれ増倍部を構成する半導体層中のｐ
ｎ接合及び前記ガード・リング部を構成する半導体層中
のｐｎ接合を備えてなる構成になっている。
このような構造を採っていることから、ガート・リング
部のへテロ接合面に於ける電界値は、なだれ増倍部のへ
テロ接合面に於ける電界値と等しいか、或いは、それ以
下にすることができ、その結果、この種の半導体受光装
置の設計に於ける自由度は大きくなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図は従
来例の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、■はＩｎＰ基板、２はｎ型１　ｎＧａＡｓ
光吸収層、３はｎ型１ｎＰなだれ増倍層、４はｎ−型１
ｎＰガード・リング用半導体層、５はｐ型受光領域、６
はｐ側電極、７はｎ側電極、８は拡散の浅いフロント、
ＡＢはなだれ増倍部、ＧＲはガード・リング部をそれぞ
れ示している。 第１図 第２図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. なだれ増倍部を構成する高濃度或いは狭禁制帯幅である
    半導体層と、該半導体層の表面より高いそれを有してガ
    ード・リング部を構成する低濃度或いは広禁制帯幅であ
    る半導体層と、前記表面に高低差が付されたことに依り
    略同一面上に在るように調整された前記なだれ増倍部を
    構成する半導体層中のｐｎ接合及び前記ガード・リング
    部を構成する半導体層中のｐｎ接合とを備えてなること
    を特徴とする半導体受光装置。
JP59109433A 1984-05-31 1984-05-31 半導体受光装置 Pending JPS611064A (ja)

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