JPS63199467A - フオトダイオ−ド - Google Patents

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、逆バイアス動作で使用するフォトダイオード
に関し、特に低容量化に優れたフォトダイオードに関す
る。

（従来技術とその問題点） 半導体光検出器としてアバランシ降伏近傍で使用し内部
増倍効果を利用するアバランシ・フォトダイオード及び
増倍効果は伴なわないが、低バイアスで使用するフォト
ダイオードがよく知られており、光通信システムの受光
素子としてその研究・開発が、光源である半導体レーザ
、発光ダイオードと共に進められている。

現在の光通信システムは、光の伝送媒体である光ファイ
バーの低損失領域が１，３〜１．６ｇｍ波長域にありこ
れに対応して、１．３１Ｊｍあるいは１．５ｈｍで特徴
づけられる波長での光伝送が主流となっている。この波
長域での光源としてはＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡ
ｓＰ混晶を用いたレーザタイオードが、また光検出器と
してはＩｎＧａＡｓＰ混晶の全ての波長域をカバーでき
るＩｎＰに格子整合したＩ　ｎＧａＡｓ三元混晶材料で
のフォトタイオードあるいはアバランシ・フォトタイオ
ードか中心的である。また当然のことながら、経済性を
考えて、長距離、大容量の可能性を追及しており、超高
速な光検出器の開発が待たれている。

現在実用化か進められているアバランシ・フォトタイオ
ードは内部増倍作用を利用しているから高感度化が期待
できるが、一方この内部増倍作用を有するか故に、高増
倍域での応答劣化を伴なうという特徴がある。そこで、
超高速を目的とした光検出器としてのフォトダイオード
の研究開発か行なわれており、例えば、エレクトロニク
ス・レターズ、２１巻、　２６２−２６３ページにその
一例が報告されている。第２図はそのフォトダイオード
の概略を示す断面図である。このフォトダイオードでは
、ｎ十−Ｉ’ｎＰ基板１１上にｎ　　−ＩｎＧａＡｓ層
１３を結晶成長し、その主表面を不純物拡散手法を用い
てｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層１５とすることによりその基本
形を得ている。ここでｎ　　−ＩｎＧａＡｓ層１３を最
終的に１．５ｐｍ程度と薄くすることが特徴であり、こ
の領域において、逆バイアスが印加されているときにお
ける光励起キャリアの走行時間を短くすることにより３
ｄＢ降下遮断周波数として約２０　ＧＨｚという高速変
調特性を得ている。この様な高速性は、ｎ　　−ＩｎＧ
ａＡｓ層１３を薄くして光励起により発生したキャリア
の走行時間が短くしであると共に第２図に示すようにメ
サ構造にすることによりｐｎ接合の容量が低減しである
ことによる。

しかしながら、この様なメサ構造は、信頼性。

実用性、実装上などから必ずしも望ましい構造ではなく
、プレーナ構造での高速フォトダイオードが望まれてい
る。プレーナ構造のフォトダイオードの例としては、第
３図に示すような構造かある。

本図のフォトダイオードでは、ｎ→−ＩｎＰ基板１１上
にｎ”−ＩｎＰ層１２．ｎ−−Ｉ　ｎＧａＡｓ光吸収層
１３．ｎ−１ｎＰキャップ層１４を有する結晶を用いて
選択的にｐ（領域１５を形成した後に、絶縁ａｉ７．　
ｎ型電極１８及びｎ型電極１９により構成されている。

ここで特徴は、プレーナ構造である点から取扱いやすい
、高信頼であるなどの利点は多いが、本図の例では、ｎ
型電極として大きな面積を有する領域をバイアス印加用
リード線との接触用に設けておく必要があり、低容量化
が困難であるという難点かある。

そこで、本発明の目的は、構造を工夫することにより、
プレーナ構造でしかも低容量化が容易で、ひいては高速
性能に優れたフォトダイオードを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、半絶縁性基板の−１表面上に第１の導電型を示す第１
の半導体層を有し、該第１の半導体層の一領域を選択的
に第２の導電型の領域に転換することによりｐｎ接合が
形成してあり、このｐｎ接合に入射する光の信号を電気
の信号に変換するフォトタイオードであって、前記光の
入射に関与しない前記第２の導電型領域の少なくとも一
部分が前記半絶縁性基板にまで達していることを特徴と
する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照にして説明
する。

第１図は本発明のフォトダイオードの一実施例を示す概
略横断面図である。この実施例の製造においては、まず
（ｉｏｏ）面を有する鉄ドープ半絶縁ＩｎＰ基板１０上
に、例えば気相成長法によりｉ厚０．５１Ｉｍ、不純物
濃度５　Ｘ　１０”ｃｎ−３のｎ”−１ｎＰ層１２を成
長後、膜厚１，５μｍ、不純物濃度Ｉ　Ｘ　１０”■−
３のｎ　　−ＩｎＧａＡｓ層１３を成長する。次に膜厚
１４＋ｍ、不純物濃度８Ｘ　１０”　ａｎ−３のｎ−Ｉ
ｎＰ層１４を形成する。このようにして得られたウェー
ハの表面に、例えば５ｉ０２Ｊｌ（を形成した後、フォ
トレジスト工程により選択的に一領域を除去する。次に
、この５ｉ０２膜を不純物拡散用のマスクとして、例え
ばＺｎ５Ｐ’２を拡散源として高真空排気した閉管中に
上記ウェーハを配して封管後、５２０℃前後で数分の熱
処理を施すことによりＺｎの選択拡散ｐ＋領領域５を形
成する。ここでｐ十領域１５の先端がｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓ層１３に達するように熱処理時間を調整する。次に再
度５１０２Ｍを形成した後、上記ｐ十領域１５の一領域
に重なる５ｉ０２の一領域を上記と同様にフォトレジス
ト工程により除去しな後、上記と同様に５ｉ０２を拡散
マスクとして例えばＺｎの拡散を行なう。

ここで上記ウェーハを使用した場合、例えば、５２０°
Ｃで４５分程度の熱処理により半絶縁性基板１０に達す
るように深いｐ＋領域１６を形成する。この様な工程を
経たウェーハに絶縁膜として、例えば、Ｓｉ３Ｎ４膜１
７を形成する。この絶縁膜にフオトレジスｌ−目合せ工
程により電極取り出し窓を上記深いｐ十領域１６上に設
け、ｎ型電極１８を設ける。

最後に、ｎ型電極を取り出すなめに、受光領域を形成す
るｐ十領域１５に近接する領域のｎ−ＩｎＰ層１４及び
ｎ〜−Ｉ　ｎＧａＡｓ層１３を選択的に除去した後、ｎ
”−１ｎＰ１２上にｎ型電極１９を設けることにより本
実施例のフォトダイオードが得られる。

上述しな、本発明の一実施例により得られた素子により
、次のような特性が得られた。即ち、光電変換に関与す
る有効ｐ＋拡散径（これは、深いｐ十領域１６と重なっ
ていないＰ十領域１５の有効径に相当する）２５ｐｍφ
の素子の一５■バイアス下での素子容量は０．０８ｐＦ
程度ときわめて低容量であり、波長１．３μｍの光パル
スに対する３ｄＢ降下の遮断周波数が２０ＧＨｚ以上で
あるという高速性能が得られた。第１図の実施例では、
プレーナ構造での電極領域下のｐｎ接合容容量るいは絶
縁膜を介しての寄生容量が素子容量を大きく限定してい
た従来例と較べて、電極形成域下のｐｎ接合域が半絶縁
基板と接することにより大巾に低減されて低容量化が達
成でき、さらにこの低容量化により光パルスに対する応
答が光励起キャリアの走行時間、即ち、ｎ−−Ｉ　ｎＧ
ａＡｓ層１３中での走行時間にのみ限定される限界特性
に近い高速性能が得られたものと理解できる。

（発明の効果） 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、プレー
ナ構造であってしかも低容量化が容易であり、ひいては
高速性能に優れたフォトダイオードが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフォトダイオードの一実施例を示
す断面図、第２図は従来の高速フォトダイオードを示す
断面図、第３図は従来のプレーナ型フォトダイオードを
示す断面図である。 １０・・・半絶縁ＩｎＰ基板、１１・・・ｎ”−ＩｎＰ
基板、１２・・・ｎ十−Ｉ　ｎＰ層、１３・・・ｎ−−
ＩｎＧａＡｓ屑、１４−・−ｎ−ＩｎＰ層、１５−ｐ＋
領領域１６−・・深いｐ十領域、１７・・・絶縁膜、１
８・・・ｎ型電極、１９・・・ｎ型電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半絶縁性基板の一主表面上に第１の導電型を示す第１の
   半導体層を有し、該第１の半導体層の一領域を選択的に
   第２の導電型の領域に転換することによりｐｎ接合が形
   成してあり、このｐｎ接合に入射する光の信号を電気の
   信号に変換するフォトダイオードにおいて、前記光の入
   射に関与しない前記第２の導電型領域の少なくとも一部
   分が前記半絶縁性基板にまで達していることを特徴とす
   るフォトダイオード。