JPS631079A - 半導体受光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体受光素子およびその製造方法Info
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- JPS631079A JPS631079A JP61143000A JP14300086A JPS631079A JP S631079 A JPS631079 A JP S631079A JP 61143000 A JP61143000 A JP 61143000A JP 14300086 A JP14300086 A JP 14300086A JP S631079 A JPS631079 A JP S631079A
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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
- H10F30/223—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 being a PIN barrier
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体受光素子に係わり、特に低バイアス電圧
、ひいてはゼロバイアス電圧で感度を有し、暗電流の小
さいものに関する。
、ひいてはゼロバイアス電圧で感度を有し、暗電流の小
さいものに関する。
一般にホトダイオードでは、高感度で高速度応答を実現
するため、ＰＩＮ型構造が採用される６本構造では、低
バイアス電圧で動作することが望ましいため、１層は高
抵抗化（高純度化）され、低い電圧で空乏層化するよう
に設計される。ところで、Ｉｎｐ系やＧａＳｂ系などの
化合物半導体を利用したホトダイオードでは、光を吸収
する１層に禁止帯幅（Ｅｌｌ ）の狭い半導体を利用し
て感度を有する波長限界を長波長側に伸ばすと共に、選
択的な不純物の導入によって形成される接合を、禁止帯
幅（Ｅ＃ ）の大きい物質内、あるいはそれを介して禁
止帯幅の小さい物質との界面近傍に形成して暗電流を小
さくする方策が取られている（特開昭５３−１６５９３
） 、ところが、この様に禁止帯幅の異なる物質から
なるヘテロ界面を持つと共に１両物質共に不純物濃度が
低い化合物半導体ＰＩＮ型ホトダイオードでは、以下に
述べる様な問題がある。
するため、ＰＩＮ型構造が採用される６本構造では、低
バイアス電圧で動作することが望ましいため、１層は高
抵抗化（高純度化）され、低い電圧で空乏層化するよう
に設計される。ところで、Ｉｎｐ系やＧａＳｂ系などの
化合物半導体を利用したホトダイオードでは、光を吸収
する１層に禁止帯幅（Ｅｌｌ ）の狭い半導体を利用し
て感度を有する波長限界を長波長側に伸ばすと共に、選
択的な不純物の導入によって形成される接合を、禁止帯
幅（Ｅ＃ ）の大きい物質内、あるいはそれを介して禁
止帯幅の小さい物質との界面近傍に形成して暗電流を小
さくする方策が取られている（特開昭５３−１６５９３
） 、ところが、この様に禁止帯幅の異なる物質から
なるヘテロ界面を持つと共に１両物質共に不純物濃度が
低い化合物半導体ＰＩＮ型ホトダイオードでは、以下に
述べる様な問題がある。
低バイアス電圧で高速動作をするには、少なくとも１層
ＣＥｘ小の物質）の不純物濃度を１０ｔａａｗ−’オー
ダ以下にし、全体が空乏層化するように設計される。従
来の手法では、逆方向の耐電圧を上げ、安定な動作を得
る目的から、接合が形成されるＥｗの大きい物質の不純
物濃度も１層と同じ程度に設計される。ところが、アプ
ライド フィジクス レター４３．６ （１９８３年）
５９４頁から５９６頁（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ
、４３ 、６ （１９８３）ｐｐ５９４〜５９６）にお
いて論じられているように、不純物′ａ度が１０ｚａ■
−３になると極めて拡散速度が異常に速い拡散が起り、
接合の制御が困難になってくること、及びヘテロ界面の
格子の不整合に依存して界面に沿ったラテラル拡散が起
り、実質的な接合が大きくなってしまう問題が生じた。
ＣＥｘ小の物質）の不純物濃度を１０ｔａａｗ−’オー
ダ以下にし、全体が空乏層化するように設計される。従
来の手法では、逆方向の耐電圧を上げ、安定な動作を得
る目的から、接合が形成されるＥｗの大きい物質の不純
物濃度も１層と同じ程度に設計される。ところが、アプ
ライド フィジクス レター４３．６ （１９８３年）
５９４頁から５９６頁（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ
、４３ 、６ （１９８３）ｐｐ５９４〜５９６）にお
いて論じられているように、不純物′ａ度が１０ｚａ■
−３になると極めて拡散速度が異常に速い拡散が起り、
接合の制御が困難になってくること、及びヘテロ界面の
格子の不整合に依存して界面に沿ったラテラル拡散が起
り、実質的な接合が大きくなってしまう問題が生じた。
こうした現象は、接合が実質的に広がる結果として、素
子の容量を大きくして高速応答性を劣化させると共に、
暗電流を増大させＳ／Ｎ比の劣化を起す。また、拡散の
制御性が悪くなるため、接合がＥ□の小さい物質から離
れた所に形成された場合には、逆バイアス電圧を大きく
しないと空乏層は８層小の１層に届かず、感度は低下す
る。特に、ヘテロ界面を有する化合物半導体では、ヘテ
ロ層間でエネルギギャップがあること及びキャリアの寿
命が短いため、接合から伸びる空乏層が光吸収層となる
１層（８層小の物質）に届かない場合、感度は著しく低
下する。また、逆に接合がＥ、小の物質内深くに形成さ
れた場合には、化合物半導体の吸収係数は大きい（直接
遷移型電子構造が多い）ため、光励起されたキャリアの
一部は接合に到達する前に再結合を起し、感度を低下さ
せる。
子の容量を大きくして高速応答性を劣化させると共に、
暗電流を増大させＳ／Ｎ比の劣化を起す。また、拡散の
制御性が悪くなるため、接合がＥ□の小さい物質から離
れた所に形成された場合には、逆バイアス電圧を大きく
しないと空乏層は８層小の１層に届かず、感度は低下す
る。特に、ヘテロ界面を有する化合物半導体では、ヘテ
ロ層間でエネルギギャップがあること及びキャリアの寿
命が短いため、接合から伸びる空乏層が光吸収層となる
１層（８層小の物質）に届かない場合、感度は著しく低
下する。また、逆に接合がＥ、小の物質内深くに形成さ
れた場合には、化合物半導体の吸収係数は大きい（直接
遷移型電子構造が多い）ため、光励起されたキャリアの
一部は接合に到達する前に再結合を起し、感度を低下さ
せる。
従って、低バイアス電圧で、高感度、高速応答の素子の
実現は困難になる。
実現は困難になる。
また、従来のＩｎＧａＡｓ ＰＩＮホトダイオードに
おいてはトムソンＣ３ＦのＰＯＵＬＡＩＮから行ったよ
うに不純物濃度の低いＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層
内に選択拡散技術を用いてｐｎ接合を形成して、デバイ
スのバイアス電圧Ｏボルトでの動作を実現していた（エ
レクトロニクス レター 第２１巻第４４１〜２頁、１
９８５年（ＥｌａｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、
ＶｏＱ、２１（１９８５） ４４１〜４４２）参照）。
おいてはトムソンＣ３ＦのＰＯＵＬＡＩＮから行ったよ
うに不純物濃度の低いＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層
内に選択拡散技術を用いてｐｎ接合を形成して、デバイ
スのバイアス電圧Ｏボルトでの動作を実現していた（エ
レクトロニクス レター 第２１巻第４４１〜２頁、１
９８５年（ＥｌａｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、
ＶｏＱ、２１（１９８５） ４４１〜４４２）参照）。
さらに、窓層にＩｎＧａＡｓを用いた光知例としてはＢ
ｅ１ｌ研究所のＦ、Ｃａｐａｓｓｏ らによるアバラン
シュホトダイオードが唯一の例であるにの場合、Ｉ ｎ
ＧａＡｓとＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓとの価電子帯のエネ
ルギー差が０．２ｅＶと小さいことを利用して、光励起
キャリアがアバランシェ増倍領域へ効果的に移動するこ
とを狙って、Ｐｉｌｅ−ｕρの軽減を目的としたもので
、暗電流低減に積極的に利用したものではなかった。
ｅ１ｌ研究所のＦ、Ｃａｐａｓｓｏ らによるアバラン
シュホトダイオードが唯一の例であるにの場合、Ｉ ｎ
ＧａＡｓとＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓとの価電子帯のエネ
ルギー差が０．２ｅＶと小さいことを利用して、光励起
キャリアがアバランシェ増倍領域へ効果的に移動するこ
とを狙って、Ｐｉｌｅ−ｕρの軽減を目的としたもので
、暗電流低減に積極的に利用したものではなかった。
また、近年１〜１．６μｍ帯の波長の光を利用した光通
信、情報処理技術の発展がめざましい。
信、情報処理技術の発展がめざましい。
この際の受光素子として、Ｉｎｐ＋ ＩｎＧａＡｓを主
体とした化合物半導体素子が期待されている。
体とした化合物半導体素子が期待されている。
特に、半導体レーザの発掘状態をモニターする受光素子
としては、バイアス電圧なしで動作する。
としては、バイアス電圧なしで動作する。
低暗電流、低容量の素子が望ましい、従来、このような
素子は、エレクトロニクス レター、２１（１９８５年
）第４４１から４４２頁 （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌａｔｔｅｒｓ ２上（１
９８５） ｐｐ４４１〜４４２）において論じられ、第
５図で示したようにＩｎＰ基板上にＩｎＰとＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓをダブルへテロ構造に成長させた後、上部
ＩｎＰ層上より、上部ＩｎＰＭを経て、Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ層内までに不純物を拡散させて、Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ層内にＰＮ接合面に位置させることによって
得られることが知られていた。しかし、いかにして、再
現性良く、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ７７）の所定の位
置にＰＮ接合を位置させるかについては配慮されていな
かった。
素子は、エレクトロニクス レター、２１（１９８５年
）第４４１から４４２頁 （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌａｔｔｅｒｓ ２上（１
９８５） ｐｐ４４１〜４４２）において論じられ、第
５図で示したようにＩｎＰ基板上にＩｎＰとＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓをダブルへテロ構造に成長させた後、上部
ＩｎＰ層上より、上部ＩｎＰＭを経て、Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ層内までに不純物を拡散させて、Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ層内にＰＮ接合面に位置させることによって
得られることが知られていた。しかし、いかにして、再
現性良く、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ７７）の所定の位
置にＰＮ接合を位置させるかについては配慮されていな
かった。
さらに、不純物濃度の比較的低いＩｎＰＭとＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ層のへテロ接合に、垂直方向から不純物の
熱拡散が行われると、ヘテロ接合面に達した時、接合面
に沿った横方向拡散が発生する現象が存在した。このた
め、拡散マスクを用いた選択性熱拡散によるプレーナ型
ＰＩＮホトダイオードでは、ヘテロ接合面での横方向拡
散による静電容量の増大、暗電流の増大が問題となって
いた。上記文献ではメサ型構造を採用して、この問題を
回避しているが、生産性の優れたプレーナ型での対応策
はこれまで知られていなかった。
ａ Ａ ｓ層のへテロ接合に、垂直方向から不純物の
熱拡散が行われると、ヘテロ接合面に達した時、接合面
に沿った横方向拡散が発生する現象が存在した。このた
め、拡散マスクを用いた選択性熱拡散によるプレーナ型
ＰＩＮホトダイオードでは、ヘテロ接合面での横方向拡
散による静電容量の増大、暗電流の増大が問題となって
いた。上記文献ではメサ型構造を採用して、この問題を
回避しているが、生産性の優れたプレーナ型での対応策
はこれまで知られていなかった。
上記従来技術は低不純物濃度の物質量のへテロ界面を考
慮した接合形成の制御及び界面に依存する望ましくない
拡散について配慮がされておらず。
慮した接合形成の制御及び界面に依存する望ましくない
拡散について配慮がされておらず。
感度の低下、応答速度の劣化、適切な動作バイアス電圧
の変動など素子性能低下をきたす問題があった。
の変動など素子性能低下をきたす問題があった。
また、−般に不純物濃度がｌＸｌ０”ｃｍ−３まで低減
されると拡散速度が増大し、ｐｎ接合フロントの制御が
難しくなることが知られている選択拡散技術でｐｎ接合
をＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層内に形成する場合、
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層内の２層が厚くなること入射
光が吸収されてしまうため量子効率が低下する。上記従
来技術ではＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ内での拡散フロント
の制御性が悪く、２層が厚くなり過ぎ量子効率が低下し
てしまう問題点があった。
されると拡散速度が増大し、ｐｎ接合フロントの制御が
難しくなることが知られている選択拡散技術でｐｎ接合
をＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層内に形成する場合、
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層内の２層が厚くなること入射
光が吸収されてしまうため量子効率が低下する。上記従
来技術ではＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ内での拡散フロント
の制御性が悪く、２層が厚くなり過ぎ量子効率が低下し
てしまう問題点があった。
さらに、従来の長波長ホトダイオードは、結晶の高純度
化が可能な気相成長法を用い、窓層／光吸収層としてＩ
ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ構造を採用して
いた。しかし、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の成長からＩ
ｎＰＭの成長へ移るとき残留ヒ素ガスの影響で、Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ層とＩｎＰＭの間に組成が定まらない
変性層が生じ易いという問題点があった。この変性層は
発生電流として、ホトダイオードのｒ６電流を増大させ
る。
化が可能な気相成長法を用い、窓層／光吸収層としてＩ
ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ構造を採用して
いた。しかし、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の成長からＩ
ｎＰＭの成長へ移るとき残留ヒ素ガスの影響で、Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ層とＩｎＰＭの間に組成が定まらない
変性層が生じ易いという問題点があった。この変性層は
発生電流として、ホトダイオードのｒ６電流を増大させ
る。
また、上記従来技術においては、ＰＮ接合面の位置制御
性、ヘテロ接合面での横方向拡散の抑止について配慮さ
れておらず、Ｉ ｎＧａＡｓ層深くまでＰＮ接合が達し
てしまうことにより起る量子効率の低下やヘテロ接合面
での接合面積の異常増加により起る静電容量、暗電流の
増大などの問題があった６ 本発明の目的は、不純物濃度、界面層、主接合の位置を
配慮することによって、低バイアス電圧、ひいてはゼロ
バイアス電圧で、高感度、高速で、また暗電流の小さい
安定な半導体受光素子を実現することにある。
性、ヘテロ接合面での横方向拡散の抑止について配慮さ
れておらず、Ｉ ｎＧａＡｓ層深くまでＰＮ接合が達し
てしまうことにより起る量子効率の低下やヘテロ接合面
での接合面積の異常増加により起る静電容量、暗電流の
増大などの問題があった６ 本発明の目的は、不純物濃度、界面層、主接合の位置を
配慮することによって、低バイアス電圧、ひいてはゼロ
バイアス電圧で、高感度、高速で、また暗電流の小さい
安定な半導体受光素子を実現することにある。
Ｃ問題点を解決するための手段〕
上記目的は、第１〜４図によって示す様に、ホトダイオ
ードを構成する不純物濃度分布を工夫し。
ードを構成する不純物濃度分布を工夫し。
それによって接合位置を制御し、高性能を達成する。
即ち、選択的に不純物を導入して接合が形成されるＥｇ
の大きい物質４は、不純物濃度の小さい領域４′と不純
物濃度の比較的大きい薄い領域４′からなる。光吸収層
として作用する不純物濃度が小さく、かつＥｌの小さい
物質３は領域４′と接している０本不純物濃度構造にお
いて、領域４′の表面から他方の導電形の不純物を導入
すると、接合は拡散係数の速い４１領域を越え、拡散速
度の遅い不純物濃度の大きい領域４′内に形成される。
の大きい物質４は、不純物濃度の小さい領域４′と不純
物濃度の比較的大きい薄い領域４′からなる。光吸収層
として作用する不純物濃度が小さく、かつＥｌの小さい
物質３は領域４′と接している０本不純物濃度構造にお
いて、領域４′の表面から他方の導電形の不純物を導入
すると、接合は拡散係数の速い４１領域を越え、拡散速
度の遅い不純物濃度の大きい領域４′内に形成される。
本状態において低バイアス電圧で動作するためには、少
なくとも拡散電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ［圧）によって
、接合から伸びる空乏層は領域４′と３の境界に達して
いることが必要とされる。この場合には零バイアス電圧
で感度が得られ、外部印加電圧は領域３を空乏層化する
ために有効に使われる。
なくとも拡散電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ［圧）によって
、接合から伸びる空乏層は領域４′と３の境界に達して
いることが必要とされる。この場合には零バイアス電圧
で感度が得られ、外部印加電圧は領域３を空乏層化する
ために有効に使われる。
−方、空乏層が境界に達していない場合には、外部から
の印加電圧によって初めて空乏層が境界に伸びた時、領
域３内で発生した光励起キャリアは接合に集められ、光
電流に寄与するようになる。
の印加電圧によって初めて空乏層が境界に伸びた時、領
域３内で発生した光励起キャリアは接合に集められ、光
電流に寄与するようになる。
ＩｎＰ系やＧ ａ Ａ ｓ系などの比較的Ｅオの大きい
化合物半導体の拡散電位は約１ｖと考えることができ、
拡散電位で少なくとも４ａが空乏層化するには領域４′
の不純物濃度Ｎと厚さｄの関係は次式で与えられる。
化合物半導体の拡散電位は約１ｖと考えることができ、
拡散電位で少なくとも４ａが空乏層化するには領域４′
の不純物濃度Ｎと厚さｄの関係は次式で与えられる。
Ｅ
Ｎ−ｄ２＜□ ・・・・・・ （１）こ
こで、ｑ：電子電荷素置、Ｅ：誘電率例えばＩｎＰの場
合には、上式は次の様になる。
こで、ｑ：電子電荷素置、Ｅ：誘電率例えばＩｎＰの場
合には、上式は次の様になる。
Ｎ＜１．４ Ｘ １ ０ 五６／ｄ２
・・・・・・ （２）上述した文献や実験から、
接合位置の制御やヘテロ界面のラテラル拡散の防止には
、不純物濃度は少なくともＩ Ｘ １０１８ｃｘｒ−”
以上が効果的であることが分かった（これ以下の濃度で
は拡散などに対して顕著な効果がない）、このためには
、（２）式より厚さは約０．３μｍ以下であることが必
要となる。領域４′による接合の位置の制御精度を考え
ると厚さは０．１μｍが必要となる。この場合、不純物
濃度は（２）式より約Ｉ Ｘ １０１７ｔｙｍ−３以下
となる。こうした結果は実験的にも実証され、４′層ノ
不純物′ａ度ヲＩ Ｘ １０１Ｂ−Ｉ Ｘ １０１７個
−８，厚さが０．１〜０．３μｍとすることが、適切で
あることが分かった。（１）式から分かる様に誘電率は
半導体間で大した違いはないため、本関係は他生導体に
も適用できる。
・・・・・・ （２）上述した文献や実験から、
接合位置の制御やヘテロ界面のラテラル拡散の防止には
、不純物濃度は少なくともＩ Ｘ １０１８ｃｘｒ−”
以上が効果的であることが分かった（これ以下の濃度で
は拡散などに対して顕著な効果がない）、このためには
、（２）式より厚さは約０．３μｍ以下であることが必
要となる。領域４′による接合の位置の制御精度を考え
ると厚さは０．１μｍが必要となる。この場合、不純物
濃度は（２）式より約Ｉ Ｘ １０１７ｔｙｍ−３以下
となる。こうした結果は実験的にも実証され、４′層ノ
不純物′ａ度ヲＩ Ｘ １０１Ｂ−Ｉ Ｘ １０１７個
−８，厚さが０．１〜０．３μｍとすることが、適切で
あることが分かった。（１）式から分かる様に誘電率は
半導体間で大した違いはないため、本関係は他生導体に
も適用できる。
さらに、上記目的はＩ ｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＰ窓
層の間にＴ ｎＡＱＡｓ層を挿入し、ＩｎＡｌ２Ａｓ５
内にｐｎ接合を形成することによっても達成される。
層の間にＴ ｎＡＱＡｓ層を挿入し、ＩｎＡｌ２Ａｓ５
内にｐｎ接合を形成することによっても達成される。
また、上記目的はＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層を比
較的不純物濃度の高い層と不純物９度の低い層の二層で
構成し、ｐｎ接合を比較的不純物濃度の高い光吸収層内
に形成することによって達成される。
較的不純物濃度の高い層と不純物９度の低い層の二層で
構成し、ｐｎ接合を比較的不純物濃度の高い光吸収層内
に形成することによって達成される。
また、上記目的は、上部ＩｎＰ層の下部に、不純物濃度
が若干高いＩｎＰ層をもうけるとともに、Ｉ ｎ Ｇ
ＦＩ Ａ ｓ層上部に、不純物濃度が、比較的筋いＩ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ！？４をもうけ、不純物拡散をこ
の不純物濃度が高いＴｎＧａＡｓ層上端または内部に形
成することによって達成される。
が若干高いＩｎＰ層をもうけるとともに、Ｉ ｎ Ｇ
ＦＩ Ａ ｓ層上部に、不純物濃度が、比較的筋いＩ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ！？４をもうけ、不純物拡散をこ
の不純物濃度が高いＴｎＧａＡｓ層上端または内部に形
成することによって達成される。
第１図において、Ｅｘの大きい物質からなる比較的不純
物濃度の大きい領域４′は、ｐｎ接合の位置を４′内に
位置させるように動作する。また、４′内に接合が形成
されるため、領域４と領域３の間のへテロ界面に沿って
異常な拡散が防止できる。
物濃度の大きい領域４′は、ｐｎ接合の位置を４′内に
位置させるように動作する。また、４′内に接合が形成
されるため、領域４と領域３の間のへテロ界面に沿って
異常な拡散が防止できる。
これら技術的手段により、接合の位置を安定に制御でき
るようになると共に、ヘテロ界面に沿う異常な拡散の広
がりを防止できるため、再現性良く特性の均一かつ優れ
たホトダイオードを得ることができる。
るようになると共に、ヘテロ界面に沿う異常な拡散の広
がりを防止できるため、再現性良く特性の均一かつ優れ
たホトダイオードを得ることができる。
比較的不純物濃度が高いＩｎＧａＡｓ層においては拡散
速度は遅く、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層内に制御性よ＜
ｐｎ接合を形成することができる。したがってｐ −Ｉ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の厚さを薄くすることができる
ため、量子効率を低下させることなく、バイアス電圧Ｏ
■で動作可能となる。また、バイアス電圧を印加すると
空乏層は不純物濃度の低いＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓへ伸
び、低バイアス電圧でも空乏層を大きく伸ばすことがで
きる。したがって、低バイアス電圧で容量を小さく抑え
ることが可能になり、ＣＲ時定数で制限される高速応答
も実現可能となる。
速度は遅く、Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層内に制御性よ＜
ｐｎ接合を形成することができる。したがってｐ −Ｉ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の厚さを薄くすることができる
ため、量子効率を低下させることなく、バイアス電圧Ｏ
■で動作可能となる。また、バイアス電圧を印加すると
空乏層は不純物濃度の低いＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓへ伸
び、低バイアス電圧でも空乏層を大きく伸ばすことがで
きる。したがって、低バイアス電圧で容量を小さく抑え
ることが可能になり、ＣＲ時定数で制限される高速応答
も実現可能となる。
気相成長法においては、ＩｎＧａＡｓ層の成長からＩ
ｎＡｌ２Ａｓ＃の成長に移るときに、ヒ素ガスを切らな
いため残留ヒ素ガスによる変性層は生じない、ＩｎＡρ
Ａ ｓ 、Ｑの成長からＩｎＰ層へ移るときには残留ヒ
素の影響は残るが、ｐｎ接合がＩｎＡＲＡｓ層内に形成
されるためにＩｎＧａＡｓ層 Ｉ ｎ Ｐのへテロ界面
は、ホトダイオードとしての暗電流の劣化に影響を与え
ない、したがって。
ｎＡｌ２Ａｓ＃の成長に移るときに、ヒ素ガスを切らな
いため残留ヒ素ガスによる変性層は生じない、ＩｎＡρ
Ａ ｓ 、Ｑの成長からＩｎＰ層へ移るときには残留ヒ
素の影響は残るが、ｐｎ接合がＩｎＡＲＡｓ層内に形成
されるためにＩｎＧａＡｓ層 Ｉ ｎ Ｐのへテロ界面
は、ホトダイオードとしての暗電流の劣化に影響を与え
ない、したがって。
本発明では低暗電流のホトダイオードを実現できる。
また、結晶成長層の不純物濃度が低いため、容量は低く
抑えることができ、ＣＲ時定数で制御される高速応答も
実現できる。
抑えることができ、ＣＲ時定数で制御される高速応答も
実現できる。
また、半導体としてＩｎＰ系を用いた場合、上部ＩｎＰ
層の下部にもうける不純物濃度が若干高いＩｎＰ層は、
上部ＩｎＰ層とＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層間での界面で
のストレスなどに由来する横方向異常拡散を緩和し、防
止する役目をする６−方。
層の下部にもうける不純物濃度が若干高いＩｎＰ層は、
上部ＩｎＰ層とＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層間での界面で
のストレスなどに由来する横方向異常拡散を緩和し、防
止する役目をする６−方。
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の比較的上部に形成される不
純物濃度が比較的高いｒ ｎＧａＡｓＭでは拡散速度が
遅いため、その層の上端または内部でＰＮ接合面を停止
することが容易である。
純物濃度が比較的高いｒ ｎＧａＡｓＭでは拡散速度が
遅いため、その層の上端または内部でＰＮ接合面を停止
することが容易である。
以下１本発明の一実施例を図を用いて説明する。
実施例１
本実施例ではＩｎＰ系の材料を用いた場合について説明
するが、本発明の本質は他のＧａＳｂ系など他の化合物
半導体を用いた場合においても変るものではない。
するが、本発明の本質は他のＧａＳｂ系など他の化合物
半導体を用いた場合においても変るものではない。
高不純物濃度のｎ＋−■ｎＰ基板１上に、気相成長技術
（例えばＭ ｏ −ＣＶ Ｄ法、ハライド系あるいはハ
ライド系のＶＰＥ法）により、連続的に低濃度のｎ−−
ＩｎＰバッファ層２．低不純物濃度のｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層３．窓層として働ら＜ｎ−ＩｎＰＨ４’及び
低濃度のｎ−−１ｎＰ層４′を成長させる。領域３は不
純物濃度が１×１０”Ｑｌ−８，厚さ２．５ｐｍである
。また、４′層及び４′層は各々不純物濃度が２ Ｘ
Ｉ Ｑ ”ｃｘｓ−”。
（例えばＭ ｏ −ＣＶ Ｄ法、ハライド系あるいはハ
ライド系のＶＰＥ法）により、連続的に低濃度のｎ−−
ＩｎＰバッファ層２．低不純物濃度のｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓ光吸収層３．窓層として働ら＜ｎ−ＩｎＰＨ４’及び
低濃度のｎ−−１ｎＰ層４′を成長させる。領域３は不
純物濃度が１×１０”Ｑｌ−８，厚さ２．５ｐｍである
。また、４′層及び４′層は各々不純物濃度が２ Ｘ
Ｉ Ｑ ”ｃｘｓ−”。
Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−”、 ７ｍ［さは０．２μｍ、
１．８μｍである。プラズマＣＶＤによって形成したＳ
ｘ Ｎえ膜をマスクとして、選択的に不純物を導入し
、ｐ型頭域５を形成する。領域５の光端は領域４′に接
するかあるいは４′の内部に存在する。ｐ形不純物領域
の形成においては、ＺｎやＣｄなどの熱拡散、あるいは
ＢｅやＭｇなどのイオン打込み法が取られる。ｐｎ接合
の先端を１０で示す。次にパッシベーション膜としてＳ
ｘ Ｎ ｘ ／ Ｐ Ｓ Ｇ ／Ｓｉ○２三層膜６全
層膜６、反射防止膜としてＳｉＮう７を使用した。ｐ形
電極にはＴ ｉ ／ Ｐ ｄ／ Ａ ｕ蒸着膜８．ｎＪ
Ｔ１６１！極にはＡｕＧｅＮｉ／Ｐ ｄ ／ Ａ ｕ蒸
着膜９を形成した。
１．８μｍである。プラズマＣＶＤによって形成したＳ
ｘ Ｎえ膜をマスクとして、選択的に不純物を導入し
、ｐ型頭域５を形成する。領域５の光端は領域４′に接
するかあるいは４′の内部に存在する。ｐ形不純物領域
の形成においては、ＺｎやＣｄなどの熱拡散、あるいは
ＢｅやＭｇなどのイオン打込み法が取られる。ｐｎ接合
の先端を１０で示す。次にパッシベーション膜としてＳ
ｘ Ｎ ｘ ／ Ｐ Ｓ Ｇ ／Ｓｉ○２三層膜６全
層膜６、反射防止膜としてＳｉＮう７を使用した。ｐ形
電極にはＴ ｉ ／ Ｐ ｄ／ Ａ ｕ蒸着膜８．ｎＪ
Ｔ１６１！極にはＡｕＧｅＮｉ／Ｐ ｄ ／ Ａ ｕ蒸
着膜９を形成した。
本発明では拡散電位により、接合からの空乏層端はＩｎ
ＧａＡｓ領域３に達しており、バイアス電圧を印加する
ことによって空乏層は領域３の全領域に伸びる。領域３
の不純物濃度が低いため。
ＧａＡｓ領域３に達しており、バイアス電圧を印加する
ことによって空乏層は領域３の全領域に伸びる。領域３
の不純物濃度が低いため。
逆バイアス５ｖで全領域が空乏層化する。本素子に光が
入射した場合、入射光は領域３内でほとんど吸収され、
光励起キャリアはドリフト電界によって、接合１０に集
められる。このため、光励起キャリアはほとんど再結合
なく集められるので量子効率が高く、かつドリフトによ
って移行するため高速応答が可能になる。１．５５μｍ
の半導体レーザを用いた実験により、量子効率９０％、
パルス立上り、立下り時間ｉｎｓ以下を得た。
入射した場合、入射光は領域３内でほとんど吸収され、
光励起キャリアはドリフト電界によって、接合１０に集
められる。このため、光励起キャリアはほとんど再結合
なく集められるので量子効率が高く、かつドリフトによ
って移行するため高速応答が可能になる。１．５５μｍ
の半導体レーザを用いた実験により、量子効率９０％、
パルス立上り、立下り時間ｉｎｓ以下を得た。
本実施例によれば、接合は比較的不純物濃度の高い薄い
領域に形成され、かつ、ヘテロ界面の影響を軽減できる
ため、暗電流が小さくなる。また、無バイアス電圧で空
乏層は光吸収領域に達するため、零バイアスでも高い感
度を持つ。更に、低バイアス電圧で光吸収領域は空乏層
化するため、ＴＴＬなどのＩＣ電源と両立できる電圧（
例えば５Ｖ）で、高速応答を実現できる。更に、表面に
は不純物濃度が低く、Ｅ＋ｔの大きい物質が形成される
（領域４′）ため、逆方向の耐電圧が大きくなる。
領域に形成され、かつ、ヘテロ界面の影響を軽減できる
ため、暗電流が小さくなる。また、無バイアス電圧で空
乏層は光吸収領域に達するため、零バイアスでも高い感
度を持つ。更に、低バイアス電圧で光吸収領域は空乏層
化するため、ＴＴＬなどのＩＣ電源と両立できる電圧（
例えば５Ｖ）で、高速応答を実現できる。更に、表面に
は不純物濃度が低く、Ｅ＋ｔの大きい物質が形成される
（領域４′）ため、逆方向の耐電圧が大きくなる。
実施例２
第２図によって説明する。
第２図は、ＩｎＧａＡｓ ＰＩＮホトダイオードの縦
断面図である。
断面図である。
ｎ型１ｎＰ基板（Ｓドープ）１上にｎ−−ＩｎＰバッフ
ァ層２．ｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収層ｎＧａ
Ａｓ層１４．ｎ−−ＩｎＰ窓層１５をＭＯＣＶＤ法（ま
たは、クロライドＶＰＥ法。
ァ層２．ｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収層ｎＧａ
Ａｓ層１４．ｎ−−ＩｎＰ窓層１５をＭＯＣＶＤ法（ま
たは、クロライドＶＰＥ法。
ハイドライドＶＰＥ法、ＭＢＥ法）により連続成長させ
る。ｐｎ接合１６はＺｎまたはＣｄの選択熱拡散または
Ｂｅ、Ｍｇのイオン注入によりｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層内に形成する。拡散定数が大はくならないようにｎ
−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の不純物濃度をＩＸＩＯ
ｌＧａｍ−８に設定し、ｐｎ接合の拡散フロントの制御
性を±０．１μｍにしている。
る。ｐｎ接合１６はＺｎまたはＣｄの選択熱拡散または
Ｂｅ、Ｍｇのイオン注入によりｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層内に形成する。拡散定数が大はくならないようにｎ
−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の不純物濃度をＩＸＩＯ
ｌＧａｍ−８に設定し、ｐｎ接合の拡散フロントの制御
性を±０．１μｍにしている。
パッシベーション膜１７は、Ｓｉ○ｘ／ＰＳＧ／ Ｓ
ｉ Ｎ ｘの三Ｍｍ造を採用し、Ｓ ｉ Ｎ、 ／ Ｉ
ｎＰの界面準位を５ Ｘ １０ ”国−１以下に抑え、
表面リーク電流による暗電流の劣化を防止している。
ｉ Ｎ ｘの三Ｍｍ造を採用し、Ｓ ｉ Ｎ、 ／ Ｉ
ｎＰの界面準位を５ Ｘ １０ ”国−１以下に抑え、
表面リーク電流による暗電流の劣化を防止している。
反射防止膜１８はパッシベーション膜に用いたＳ ｉ
Ｎｘ膜を採用し、膜厚を１．５μｍ帯に最適化した結果
、反射率をｚ以上に抑えである。
Ｎｘ膜を採用し、膜厚を１．５μｍ帯に最適化した結果
、反射率をｚ以上に抑えである。
ｐ型オーミック電極はＡ ｕ ／ Ｐ ｔ ／ Ｔ ｉ
１９、ｎ型オーミック電極はＡ ｕ ／ Ｐ ｄ ／
Ａ ｕ Ｇ ｓ Ｎ １１１０を用い、良好なオーミ
ック特性を実現している。
１９、ｎ型オーミック電極はＡ ｕ ／ Ｐ ｄ ／
Ａ ｕ Ｇ ｓ Ｎ １１１０を用い、良好なオーミ
ック特性を実現している。
入射した光はＩ ｎＧａＡｓ光吸収層によって吸収され
る。ｐ−ＩｎＧａＡｓ層での光吸収は損失となるａ Ｉ
ｎＧａＡｓの吸収係数が１０’ａｙ＋−’であるので、
厚さを０．１μｍ以内にすれば１０％程度の損失となり
、その他の損失の要因はほとんど存在しないため、９０
％以上の量子効率を期待できる。また、Ｉ ｎＧａＡｓ
の禁止帯幅がｏ、７５ｅＶとＩｎＰ （１，３５ｅｖ）
に比べて小さいため、暗電流はＩｎＰ層にｐｎ接合
にある場合より若干大きくなるが、バイアス電圧１０Ｖ
で１ｎＡ程度の実用的レベルに低く抑えることができる
。
る。ｐ−ＩｎＧａＡｓ層での光吸収は損失となるａ Ｉ
ｎＧａＡｓの吸収係数が１０’ａｙ＋−’であるので、
厚さを０．１μｍ以内にすれば１０％程度の損失となり
、その他の損失の要因はほとんど存在しないため、９０
％以上の量子効率を期待できる。また、Ｉ ｎＧａＡｓ
の禁止帯幅がｏ、７５ｅＶとＩｎＰ （１，３５ｅｖ）
に比べて小さいため、暗電流はＩｎＰ層にｐｎ接合
にある場合より若干大きくなるが、バイアス電圧１０Ｖ
で１ｎＡ程度の実用的レベルに低く抑えることができる
。
ｎ −Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層の不純物濃度が低いた
め、低−バイアス電圧で空乏層が大きく伸び、１ｏ■で
０．５ Ｐ Ｆ 程度の容量を期待できる。
め、低−バイアス電圧で空乏層が大きく伸び、１ｏ■で
０．５ Ｐ Ｆ 程度の容量を期待できる。
ホトダイオードの高速応答性はＣＲ時定数で制限される
ため、負荷抵抗を５０Ωとすると、ＣＲ時定数は２５Ｐ
Ｓとなり、１０ Ｇ Ｈｚ以上の高速応答が期待できる
。
ため、負荷抵抗を５０Ωとすると、ＣＲ時定数は２５Ｐ
Ｓとなり、１０ Ｇ Ｈｚ以上の高速応答が期待できる
。
実施例３
第３図により説明する。
第３図はＩ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ａ ｎ Ａ ｓ ／
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ５ＰＩＮホトダイオードの縦断
面図である。
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ５ＰＩＮホトダイオードの縦断
面図である。
ｎ型ＩｎＰ基板１ （ＳまたはＳｎドープ）上に、ＭＯ
ＣＶＤ法（またはＶＰＥ法、ＭＢＥ法）により、ｎ−−
ＩｎＰバッファ層２．ｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層ｎＡＱＡｓ窓層２４．ＩｎＢ”窓層２５を連続成
長させる。ｎ−層の不純物濃度はｌＸｌ０Ｉ”■−８で
ある。次にプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＮ、膜
を拡散マスクとしてＺｎの選択熱拡散を行ない、ｐ＋
−ＩｎＢ層。
ＣＶＤ法（またはＶＰＥ法、ＭＢＥ法）により、ｎ−−
ＩｎＰバッファ層２．ｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層ｎＡＱＡｓ窓層２４．ＩｎＢ”窓層２５を連続成
長させる。ｎ−層の不純物濃度はｌＸｌ０Ｉ”■−８で
ある。次にプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＮ、膜
を拡散マスクとしてＺｎの選択熱拡散を行ない、ｐ＋
−ＩｎＢ層。
ｐ＋ ＩｎＡａＡｓ層２６を形成する。次に、プラズ
マＣＶＤ法によるＳｉＮｘ、熱ＣＶＤ法にょるＳｉＯｘ
／ Ｐ Ｓ Ｇの三層構造７によりパッシベーション
を施した後、５ｉＯｚ／ＰＳＧを除去しＳ ｉ Ｎ ｘ
の反射防止膜８を形成する。
マＣＶＤ法によるＳｉＮｘ、熱ＣＶＤ法にょるＳｉＯｘ
／ Ｐ Ｓ Ｇの三層構造７によりパッシベーション
を施した後、５ｉＯｚ／ＰＳＧを除去しＳ ｉ Ｎ ｘ
の反射防止膜８を形成する。
最後にｐ型オーミック電極（Ａ ｕ ／ Ｐ ｔ ／
Ｔ ｉ ）２９、ｎ型オーミック電極（Ａｕ／Ｐｄ／Ａ
ｕＧｅＮ１）２１０を形成する。
Ｔ ｉ ）２９、ｎ型オーミック電極（Ａｕ／Ｐｄ／Ａ
ｕＧｅＮ１）２１０を形成する。
ホトダイオードに入射した光は、バイアスされて空乏層
化しているＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層で吸収され、キャ
リアを発生する。発生したキャリアは空乏層内をドリフ
トして進行し、ｐｎ接合に倒達し、電極から光電流とし
て外部回路に取り出される。
化しているＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層で吸収され、キャ
リアを発生する。発生したキャリアは空乏層内をドリフ
トして進行し、ｐｎ接合に倒達し、電極から光電流とし
て外部回路に取り出される。
本実施例のホトダイオードは、低暗電流の良好な特性が
得られる。ＩｎＧａＡｓ５３μｍ程度にとれば内部量子
効率は１００％近くなる。またＳｉＮｘ膜の無反射コー
ティングにより表面反射も１％以下に抑えることができ
るため、外部量子効率は９０％を期待できる。また、結
晶成長層の不純物濃度がｌＸ１０１３０−３と低いため
、ＩＯＶで０．５ｐＦの低容量を実現できる。また、暗
電流もＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ へテロ界面での暗電流の劣化を防ぐことが可能
になるため、１０Ｖで１ｎＡ以下に抑えることができる
。また、高周波特性についても通常ＣＲの時定数で帯域
制御され、容量が低いため１０ Ｇ Ｈｚ以上の高速動
作が可能である。
得られる。ＩｎＧａＡｓ５３μｍ程度にとれば内部量子
効率は１００％近くなる。またＳｉＮｘ膜の無反射コー
ティングにより表面反射も１％以下に抑えることができ
るため、外部量子効率は９０％を期待できる。また、結
晶成長層の不純物濃度がｌＸ１０１３０−３と低いため
、ＩＯＶで０．５ｐＦの低容量を実現できる。また、暗
電流もＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ へテロ界面での暗電流の劣化を防ぐことが可能
になるため、１０Ｖで１ｎＡ以下に抑えることができる
。また、高周波特性についても通常ＣＲの時定数で帯域
制御され、容量が低いため１０ Ｇ Ｈｚ以上の高速動
作が可能である。
以上、本実施例では低電圧動作で良好な電気、光学特性
を示すことが分かる。
を示すことが分かる。
また、Ａ Ｑ Ｉ ｎ Ａ ｓ層の不純物′ａ度が比較
的高いため、ｐｎ接合を±０．２μｍの精度で形成でき
、ホトダイオードを工業的に生産する場合も高歩留りが
期待できる。
的高いため、ｐｎ接合を±０．２μｍの精度で形成でき
、ホトダイオードを工業的に生産する場合も高歩留りが
期待できる。
実施例４
第４図により説明する。第３図は、ＩｎＰ／Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓプレーナ型ＰＩＮホトダイオードの縦断面
図である。
ａ Ａ ｓプレーナ型ＰＩＮホトダイオードの縦断面
図である。
（１＋ ＩｎＰ基板（Ｓドープ）１上にｎ−−Ｉｎ
ＰバッファＭ２．ｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層３．ｎ
−ＩｎＧａＡｓ層３４．ｎ−１ｎＰ窓層３５．ｎ−−Ｉ
ｎＰ窓層３６をＭＯＣＶＤ法により連続成長した。各層
の厚さと、不純物濃度は２ ； ０．５ ｐｍ、 Ｉ
Ｘ １０”ａｍ−８，３；２μｍ。
ＰバッファＭ２．ｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層３．ｎ
−ＩｎＧａＡｓ層３４．ｎ−１ｎＰ窓層３５．ｎ−−Ｉ
ｎＰ窓層３６をＭＯＣＶＤ法により連続成長した。各層
の厚さと、不純物濃度は２ ； ０．５ ｐｍ、 Ｉ
Ｘ １０”ａｍ−８，３；２μｍ。
ｌＸｌ０”ｍ−’、３４ ； ０．４ｐｍ、２ｘｌＯ１
６ｃｔｓ−”、３５ ； ０．２μｍ、２Ｘ１０１６ａ
ｎ−”、３６ ；３ ｐｍ、 Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−’
である。つぎに、３６の上に５ｉＯｚ／ＰＳＧ膜をＣｖ
Ｄで付着し、フォトリングラフィで拡散マスクパターン
を形成した。
６ｃｔｓ−”、３５ ； ０．２μｍ、２Ｘ１０１６ａ
ｎ−”、３６ ；３ ｐｍ、 Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−’
である。つぎに、３６の上に５ｉＯｚ／ＰＳＧ膜をＣｖ
Ｄで付着し、フォトリングラフィで拡散マスクパターン
を形成した。
拡散径は１００μｍφである。次にＺｎＰｚを閉管法を
用いて、５５０℃で熱拡散し、ＰＮ接合面を３２０ｔ
ｐ型１ ｎ Ｐ ７ ｌ ｐ ｐ型ＩｎＧａＡｓ７−
２を形成した。パッシベーション膜３８はＳｉＯｘ ／
ＰＳＧ／ＳｉＮｘ三層構造膜２反射防止膜３９はＳｉＮ
ｘである。ｐ型電極３１０にはＡ ｕ ／ Ｐ ｔ ／
Ｔ ｉを、ｎ型電極３１１にはＡｕ／Ｐ ｄ ／ Ａ
ｕ Ｇ ｅ Ｎ ｉを用いた。
用いて、５５０℃で熱拡散し、ＰＮ接合面を３２０ｔ
ｐ型１ ｎ Ｐ ７ ｌ ｐ ｐ型ＩｎＧａＡｓ７−
２を形成した。パッシベーション膜３８はＳｉＯｘ ／
ＰＳＧ／ＳｉＮｘ三層構造膜２反射防止膜３９はＳｉＮ
ｘである。ｐ型電極３１０にはＡ ｕ ／ Ｐ ｔ ／
Ｔ ｉを、ｎ型電極３１１にはＡｕ／Ｐ ｄ ／ Ａ
ｕ Ｇ ｅ Ｎ ｉを用いた。
素子作成後、ＥＢ ＩＣ法およびスティンエッチ法でＰ
Ｎ接合位置を調べたところ、ＰＮＮ接合フロン８置置ｎ
−ＩｎＧａＡｓ層３４の上端または内部に再現性良く位
置しており、かつ３６と３５゜３５と３４各層間の接合
面に沿った横方向異常拡散は全く認められなかった。
Ｎ接合位置を調べたところ、ＰＮＮ接合フロン８置置ｎ
−ＩｎＧａＡｓ層３４の上端または内部に再現性良く位
置しており、かつ３６と３５゜３５と３４各層間の接合
面に沿った横方向異常拡散は全く認められなかった。
得られた素子はバイアス電圧なしで、量子効率８０％を
示し、接合容量は約２ｐＦと高性能であつた。
示し、接合容量は約２ｐＦと高性能であつた。
本発明によれば、比較的不純物濃度の高い禁止帯幅の大
きい物質と不純物ｔＡ度の低い禁止帯幅の小さい物質が
接した構造になっており、禁止帯幅の大きい領域内に形
成された接合から拡散電位で空乏層は禁止帯幅の小さい
領域に伸びているので、以下の様な効果がある。
きい物質と不純物ｔＡ度の低い禁止帯幅の小さい物質が
接した構造になっており、禁止帯幅の大きい領域内に形
成された接合から拡散電位で空乏層は禁止帯幅の小さい
領域に伸びているので、以下の様な効果がある。
（１）接合位置を光吸収頭域近くに再現性良く形成でき
る。
る。
（２）ヘテロ界面の影響による異常な不純物拡散の影響
を軽減できる。
を軽減できる。
（３） ！！バイアス、あるいは低バイアスで高鈍感を
達成できる。
達成できる。
（４）接合はＥ５の大きい領域にあり、ヘテロ界面の影
響がなくなるため、暗電流が小さくなる。
響がなくなるため、暗電流が小さくなる。
また、本発明によれば、光吸収層と窓層のへテロ界面の
残留ヒ素ガスによる変性層を取り除くことができるため
、格子欠陥に基づく暗電流の劣化を低く抑えることがで
きる効果がある。
残留ヒ素ガスによる変性層を取り除くことができるため
、格子欠陥に基づく暗電流の劣化を低く抑えることがで
きる効果がある。
さらに、本発明によれば、零バイアス電圧で感度を持つ
高性能（低静電容量、低暗電流、高量子効率）なプレー
ナＰＩＮホトダイオードを、再現性良く生産できる効果
がある。
高性能（低静電容量、低暗電流、高量子効率）なプレー
ナＰＩＮホトダイオードを、再現性良く生産できる効果
がある。
第１図は実施例１を示す素子の縦断面図、第２図は実施
例２のＩｎＰ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ断面図、第
３図は実施例３のＩｎＧａ’Ａｓを用いた素子の断面図
、第４図は実施例４に示す素子の断面図、および第５図
は従来の受光素子の断面図である。 １−ｎ＋ −Ｉ ｎＰ基板、２−ｎ−−Ｉ ｎＰバッフ
ァ層、３−ｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層、４’・・・
ｎ−ＩｎＰ薄層、４’ −ｎ−−Ｉ ｎＰ窓層、５・・
・ｐ−ＩｎＰ拡散層、６・・・パッシベーション層、７
・・・反射防止膜、８・・・ｐ側電極、９・・・ｎ側電
極、１０− ｐ ｎ接合、１４−ｎ−−Ｉ ｎＡｆｆＡ
ｓｇ層、１５−ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ窓層、１６− ｐ −
Ｉ ｎ Ｐ層。 ｐ −Ｉ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ Ｍ（Ｚ ｎ拡散） 、
１ ’７−３ ｉＯｚ／ＰＳＧ／ＳｉＮｘ （２０００
人７２０００人／２０００人）、１８−８ｉＮｘ （
１９００人）、１９・・・ｐ型オーミック電極Ａ ｕ
／ Ｐ ｔ ／ Ｔ ｉ（１，０μｍ１０．１ μｍ１
０．１ μｍ） 、 １１０”’ｎｎ型オーミック
電極Ａｕ ／ Ｐ ｄ ／ Ａ ｕ Ｇ ｅ Ｎ ｉ（
１，０μｍ１０．ｔ ｕｍｌｏ、１ μｍ） 、
２４ ・・・ｎ−１ｎＧａＡｓ光吸収層、２５−ｎ−−
ＩｎＰ窓層、２６−ｐ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＧ、ａＡｓ層
（ＺｎまたはＣｄの選択熱拡散）、２７・・・パッシベ
ーション膜Ｓｉ○ｚ ／ Ｐ Ｓ Ｇ ／ Ｓ ｘ Ｎ
ｘ、 ２８・・・反射防止膜（Ｓ ｘ Ｎ ｘ ｔ
１９００人）、２９・・・Ｐ型オーミック電極（Ａｕ／
Ｐｔ／Ｔｉ）、２１０”・ｎ型オーミック電極（Ａ ｕ
／ Ｐ ｄ ／ ＡｕＧｅＮ１）、３４ ＝−ｎ −
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、３５− ｎ −Ｉｎ
Ｐ窓層、３６−ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ窓層、３７・ ｐ−Ｉ
ｎＰ、３７−ｐ −Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ、３８ ・
・・パッシベーション膜、３９・・・反射防止膜、３１
０・・・ｐ型電極、３１１・・・ｎ型電極、３２０・・
・ＰＮ接合面。 ”＼
例２のＩｎＰ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ断面図、第
３図は実施例３のＩｎＧａ’Ａｓを用いた素子の断面図
、第４図は実施例４に示す素子の断面図、および第５図
は従来の受光素子の断面図である。 １−ｎ＋ −Ｉ ｎＰ基板、２−ｎ−−Ｉ ｎＰバッフ
ァ層、３−ｎ−−Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層、４’・・・
ｎ−ＩｎＰ薄層、４’ −ｎ−−Ｉ ｎＰ窓層、５・・
・ｐ−ＩｎＰ拡散層、６・・・パッシベーション層、７
・・・反射防止膜、８・・・ｐ側電極、９・・・ｎ側電
極、１０− ｐ ｎ接合、１４−ｎ−−Ｉ ｎＡｆｆＡ
ｓｇ層、１５−ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ窓層、１６− ｐ −
Ｉ ｎ Ｐ層。 ｐ −Ｉ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ Ｍ（Ｚ ｎ拡散） 、
１ ’７−３ ｉＯｚ／ＰＳＧ／ＳｉＮｘ （２０００
人７２０００人／２０００人）、１８−８ｉＮｘ （
１９００人）、１９・・・ｐ型オーミック電極Ａ ｕ
／ Ｐ ｔ ／ Ｔ ｉ（１，０μｍ１０．１ μｍ１
０．１ μｍ） 、 １１０”’ｎｎ型オーミック
電極Ａｕ ／ Ｐ ｄ ／ Ａ ｕ Ｇ ｅ Ｎ ｉ（
１，０μｍ１０．ｔ ｕｍｌｏ、１ μｍ） 、
２４ ・・・ｎ−１ｎＧａＡｓ光吸収層、２５−ｎ−−
ＩｎＰ窓層、２６−ｐ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＧ、ａＡｓ層
（ＺｎまたはＣｄの選択熱拡散）、２７・・・パッシベ
ーション膜Ｓｉ○ｚ ／ Ｐ Ｓ Ｇ ／ Ｓ ｘ Ｎ
ｘ、 ２８・・・反射防止膜（Ｓ ｘ Ｎ ｘ ｔ
１９００人）、２９・・・Ｐ型オーミック電極（Ａｕ／
Ｐｔ／Ｔｉ）、２１０”・ｎ型オーミック電極（Ａ ｕ
／ Ｐ ｄ ／ ＡｕＧｅＮ１）、３４ ＝−ｎ −
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層、３５− ｎ −Ｉｎ
Ｐ窓層、３６−ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ窓層、３７・ ｐ−Ｉ
ｎＰ、３７−ｐ −Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ、３８ ・
・・パッシベーション膜、３９・・・反射防止膜、３１
０・・・ｐ型電極、３１１・・・ｎ型電極、３２０・・
・ＰＮ接合面。 ”＼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に、受光素子機能を有する主接合を含む半導
体積層構造体を設けてなる半導体受光素子において、一
の導電形を有し、禁止帯幅が大きく、光を吸収する半導
体層（光吸収層）と、禁止帯幅が小さい光を透過する半
導体層（窓層）の間に、不純物濃度が当該光吸収層およ
び当該窓層のそれより大きい中間層を１以上有し、該中
間層を有することを特徴とする半導体受光素子。 ２、前記中間層が、前記窓層の前記光吸収層側部分の不
純物濃度を高くした領域、および前記吸収層の前記窓層
側部分の不純物濃度を高くした領域の両者もしくはいず
れかである特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子
。 ３、前記窓層および前記光吸収層がＩｎＰであつて前記
中間層がＩｎＡｌＡｓである特許請求の範囲第１項記載
の半導体受光素子。 ４、前記窓層がＩｎＰであつて、前記中間層がＩｎＡｌ
Ａｓである特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子
。 ５、前記窓層をＩｎＰ、前記光吸収層をＩｎＧａＡｓと
し、前記中間層が当該光吸収層の不純物濃度の高い領域
であつて、前記接合が当該中間層内にある特許請求の範
囲第１項記載の半導体受光素子。 ６、前記主接合が前記中間層内に形成されてなる特許請
求の範囲第１項記載の半導体受光素子。 ７、前記中間層の不純物濃度が１×１０＾１＾６〜１×
１０＾１＾７ｃｍ＾３で、この厚さが０．１〜０．３μ
ｍである特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子。 ８、前記中間層の不純物濃度が１×１０＾１＾６ｃｍ＾
−＾３以上であり、前記窓層および光吸収層の不純物濃
度が１０＾１＾６ｃｍ＾−＾１以下である特許請求の範
囲第１項記載の半導体受光素子。 ９、前記中間層の不純物濃度が５×１０＾１＾６〜５×
１０＾１＾６ｃｍ＾−＾３で、厚さが０．５μｍ以下で
ある特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子。 １０、基板上に、受光素子機能を有する主接合を含む半
導体層構造体を形成する諸工程でなる半導体受光素子の
製造方法において、一の導電形を有し、禁止帯幅が大き
く、光を吸収する半導体層（光吸収層）を形成する工程
と、禁止帯幅が小さく、光を透過する半導体層（窓層）
を形成する工程の間に、中間層を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体受光素子の製造方法。 １１、前記主接合を中間層内に形成する特許請求の範囲
第１０項記載の半導体受光素子の製造方法。 １２、前記主接合がＺｎの熱拡散により形成することを
特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の半導体受光素
子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP61143000A JP2708409B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体受光素子およびその製造方法 |
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