JPS616876A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS616876A
JPS616876A JP59127775A JP12777584A JPS616876A JP S616876 A JPS616876 A JP S616876A JP 59127775 A JP59127775 A JP 59127775A JP 12777584 A JP12777584 A JP 12777584A JP S616876 A JPS616876 A JP S616876A
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Yoshinari Matsumoto
松本 良成
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual 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
    • H10F30/21Individual 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
    • H10F30/22Individual 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
    • H10F30/225Individual 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
    • H10F30/2255Individual 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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は逆バイアス動作の半導体装置に関するもので、
特に光検出器として高速、高感度、低雑音で信頼性の萬
いフォト・ダイオード(以下FDと呼ぶ)あるいはアバ
ランシェ・フォトダイオード(以下APDと呼ぶ)の構
造に関するものである。
(従来技術とその問題点) 半導体光検出器の中でPDあるいはAPDは高速かつ高
感度で光通信システムにおける光検出器として重要なも
のであシ、光源である半導体レーザと共にその開発が活
発に進められている。
半導体レーザの発振波長は可視域から赤外域に至る広い
波長域のものが得られつつあシ、轟然のことなからm−
v化合物半導体によって広い波長域に渡ってのFDある
いはAPDの実用化が待望される。特に暗電流が低く過
剰雑音が小さなPDあるいはAPDはSiやGeに依存
していただけでは半導体レーザの広い発振波長域をカバ
ーできない。ここにm−v化合物半導体APDが要求さ
れる理由がある。しかし化合物半導体材料では結晶成長
、あるいはプロセス技術や表面安定化技術の発達が未熟
であシ、高い逆バイアス印加によ多安定したアバランシ
ェ動作を行なわしめることは困離である。
こうした中で画期的に低雑音で高い逆バイアス動作を行
なうことのできるAPD構造が提案された。
その第1は特願昭53−87856号の明細書あるいは
特願昭53−87358号の明細書に示されるように、
光吸収層の上に光透過用の窓を形成したベテロ構造によ
るものであり、 その第2は光吸収層とはすくなくも離れだ増倍域をもつ
もので特願昭54−39169号において提案された。
第1図は特願昭54−39169号の「半導体装置」に
示された構造の断面図であF) 、InP −InGa
AsP系材料を用いて製作した一例である。まずn+−
InP基板11の上に液相エピタキシャル(LPE)法
等によシ数μmの厚さのn+InP層12を層成2、次
に膜厚5μm1不純物濃度2 X 10”儒−3のn形
InO,79GaO,l!I As(1,47po、l
ls層13(以下InGaAsPと略記する。)さらに
不純物濃度I X 1016ffi−3のn形InP層
14をエピタキシャル成長する。次にS i 3 N4
%S ioz等の選択拡散マスク15をつけ、Cd拡散
を行ないP影領域16とp−n接合面17がえられる。
さらに再び絶縁用8 i 3 N4・あるいは5i02
膜151を形成し、電極域シ出し窓をパターニングした
後p形電極19を形成、さらにn形電極20をInP基
板11の裏面に形成する。21はリード線を示している
こうして作られたAPDの構造上の特徴はp−n接合1
7がInP層1層中4中り、かつ、逆バイアス印加時に
おいてはじめてInGaAsP層13中に空乏層が広が
る程に位置していることにある。
こうするととによりすぐれたブレーク・ダウン特性を有
するAPDが得られることは前記特願昭54−3916
9号に詳しいが、要約すればInPがInGaAsPに
較べ禁制帯幅が太きくp−n接合170周辺部における
逆バイアス印加時における空乏層の曲率を有した広がり
が主にInP層1層内4内こり、ブレーク・ダウン電圧
を高める一方、p−n接合17の周辺部をのぞいた部分
ではInGaAsP13に空乏層が達し、禁制帯幅が小
さいだけ低電圧でのブレーク・ダウンが生じるという理
由、すなわちガードリング効果が第1図の構造によシ得
られるためである。
しかし、第1図に示した構造のAPDの製造歩留シはき
わめて悪い。なぜならば第1図中dで示したp−n接合
面17とInP層14とInGaAsP層13のへテロ
界面18の距離にブレーク・ダウン特性が大きく依存す
るからであり、APD動作時に103倍をこえる高い増
倍率をえるにはdは約0.8μmから約0.4μmとし
なければならない。これはdが0.8μm以上はなれる
とp−n接合面17の周辺部でのブレーク・ダウンが中
心部に先立ち生じるし、dが0.3μm以下では該周辺
部においてもInGaAsP層13中に空乏層が重大に
広がり、ガードリング効果をもたせられないためである
。従ってとのAPDが優れた特性を示すためにはp−n
接合の深さ制御がきわめて強く要求される。
(発明の目的) 本発明の目的はきわめて安定な動作を可能とする製造歩
留9の大幅な向上をもたらすP D 、 A、 PDの
構造を提供することにある。p−n接合深さの制御が重
要でないことは以下に示すものである。
(発明の構成) 本発明によれば第1の半導体層上の所望の場所に、実効
的禁制帯幅、び該第1の半導体層の禁制帯幅に較べ大き
くかつ給1の半導体層と同じ導電形を示す半導体超格子
層が設けられ、この半導体超格子層の周囲にこの超格子
層とほぼ同一の組成の混晶層が設けられ、第1の半導体
層および前記半導体超格子層とは逆導電形の領域が、第
1の半導体層と前記超格子層との界面には達しない深さ
で、しかも前記超格子層を含みpn接合が周囲の混晶層
表面で終端するように形成されていることを特徴とする
半導体装置が得られる。
(構成の詳細な説明) 次に本発明を一実施例にもとづいて説明する。
第2図は本発明の基本的構造を示すAPDの横断面図で
ある。1 n+GaA、s基板221の上にrl+ Q a A 
s層222、n−形QaAs ffj 223さらにn
−形を示すGaAs /AlAs超格子層224を形成
する。実施例でのGaAs/AlAs超格子層224は
G a A s層20XとA】As 131が交互に積
層した900層から滅シ全層厚約1.5μmとした。
次に5i02あるいはSi3N、膜等をGaAs/Al
As超格子層2240表面に300 ’C程度の低温で
プラズマCVD法を用い形成した。この後、ウェーハ面
内500μmピッチで互盤目状に200μm直径島状領
域を除いた周辺領域全域をスポット径5μmK集束した
アルゴン・レーザ・ビームを走査した。アルゴンレーザ
の出力は4wであり、走査線ノ間隔は5μmとし走査は
プログラマブルな自動走査機構を用いる。次に前記し7
tSiO2膜あるいはSi3N4膜上にフォトレジスト
をぬシ、前記200μm直径の島状領域を同心円状に含
むように250μm径の拡散用の窓をあける。さらにこ
の250μmの拡散用窓よりGaAs : Zn擬二元
拡散(第25回応用物理学関係連合講演会予稿集27a
−8−9、P419.1978年)により530℃でZ
nを表面より1μmの深さ棟で拡散してp領域225を
得た。さて前記したアルゴンレーザ走査部は超格子構造
がくずれた混晶部2241と変化しており、このことは
GaAs/AlAs超格子層224のホトルミネッセン
スピーク波長が7000 Xであったのに対し混晶部2
241で6500 Xとなっていることから確認された
。p−n接合226の表面への露出部227は従って混
晶部2241にあシ超格子層であるところの島状超格子
層2242の実効的禁制帯幅に較べ広い禁制帯幅をもっ
た混晶部2241に終端している。
従って今、混晶部2241、島状超格子層224、さら
にn −GaAs層223の順番で禁制帯幅は大から小
に変化しておシかつp−n接合は結晶ウェーハの内部で
は中間の禁制帯幅をもつ島状超格子層224内に表面で
は最も禁制帯幅の大なる混晶部2241に形成された構
造をもつことになる。n−GaAs / AlAs超格
子層224の電子濃度を10σ−3とした例では島状超
格子層2242の中につくられたp−n接合の逆方向ブ
レークダウン電圧90Vに対し、混晶部2241表面に
終端したp−n接合のブレークダウン電圧は105■と
見つもることかできた。したがって混晶部2241はき
わめて安定したガードリング構造を与えたことになり、
鋭い逆方向ブレークダウン特性とこれに裏付けられる安
定したアバランシェ動作を示す素子が得られる。
以上本発明はGaAs / AlAs系を材料とする半
導体装置の実施例について述べたが本発明は逆バイアス
動作するペテロ接合を有した半導体装置全てに対しブレ
ーク・ダウン特性の改善に有効であることは明らかでI
nP −InGaAs等の化合物半導体結晶に対しても
適用することができる。
さらに上記発明においてp領域とある所をnに0とある
ところをpに変換しても同様の効果はあることも明らか
である。
寸だ前記実施例ではレーザアニールを用いたが、電子ビ
ームアニールでもよいし、HeyHjO等のイオンビー
ムラ中性粒子例えば原子(例えば最初イオンとして発生
させ、途中で電荷を与えて中性粒子にして照射する)や
中性子を照射してもよい。
また混晶化の工程においてレーザの出力変動等によって
、超格子層224が下層のn −GaAs層223に届
くように混晶化しなかったり、逆にnGaAs層223
の一部を混晶化したシすることがあるが、それでも本発
明の目的は達成できる。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によればp−n接合面全面に
わたシ均一なブレーク・ダウンを生じ暗電流が小さく逆
方向特性、増倍特性の優れた半導体装置を再現性と歩留
りの著しい向上を達成しうる構造かえられた。これは禁
制帯幅の最も広い層でp−n接合の表面露出端が終るこ
とによるガードリング効果に基ずくものである。しかも
製造プロセスとしては構成の詳細な説明に述べた如くビ
ームアニール工程を付加すればよく、大きな工程の変化
もないので、製作再現性にもすぐれている。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ従来のAPD。 本発明のA、 F Dの構造を示す断面図である。各図
で、 11はn十形InP基板 12はn十形InP層 13はn−形InoaAsP層 14はn−形TnP層 15は5i02又はSi3N4膜 151はS i 3 N4又ii、 S i 02膜1
6はp影領域 17はp−n接合 18けTnPとInGaAsP層の界面19はp形電極 20はn形’d’i、 4KI 21はリード線 221はn+GaAs基板 222はn+(3a A s層 223はn−GaAs層 224はn−GaAs / AlAs超格子層2241
は超格子層の混晶化部 2242は島状超格子層 225はZn拡散p形領域 226はp−n接合 227はp−n接合表面露出部 を表わす。 オ 1 図 I 71′2  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の半導体層上の所望の場所に、実効的禁制帯幅が該
    第1の半導体層の禁制帯幅に較べ大きくかつ第1の半導
    体層と同じ導電形を示す半導体超格子層が設けられ、こ
    の半導体超格子層の周囲にこの超格子層とほぼ同一の組
    成の混晶層が設けられ、第1の半導体層および前記半導
    体超格子層とは逆導電形の領域が、第1の半導体層と前
    記超格子層との界面には達しない深さで、しかも前記超
    格子層を含みpn接合が周囲の前記混晶層表面で終端す
    るように形成されていることを特徴とする半導体装置。
JP59127775A 1984-06-21 1984-06-21 半導体装置 Expired - Lifetime JPH065786B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0274918A (ja) * 1988-09-12 1990-03-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導波路付光デバイス装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0274918A (ja) * 1988-09-12 1990-03-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導波路付光デバイス装置の製造方法

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JPH065786B2 (ja) 1994-01-19

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