JPH038117B2 - - Google Patents
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- JPH038117B2 JPH038117B2 JP57104077A JP10407782A JPH038117B2 JP H038117 B2 JPH038117 B2 JP H038117B2 JP 57104077 A JP57104077 A JP 57104077A JP 10407782 A JP10407782 A JP 10407782A JP H038117 B2 JPH038117 B2 JP H038117B2
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- gallium arsenide
- indium phosphide
- semiconductor device
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はｐ形インジウムリンの第１の領域、ｎ
形インジウムリンの層及びｎ形インジウム・ガリ
ウムヒ素の層をこの順に含む結晶から成るなだれ
光検知器として有用な半導体デバイスに係る。
形インジウムリンの層及びｎ形インジウム・ガリ
ウムヒ素の層をこの順に含む結晶から成るなだれ
光検知器として有用な半導体デバイスに係る。
低損失光フアイバの減衰が1.3ないし1.6ミクロ
ンの波長領域で特に低いという事実は、そのよう
な波長において効率のよい光検出器の必要性を生
み出した。特に関心のあるものは、それらが固有
の利得をもつためなだれ光検出器である。これま
でに1.25ミクロンより長波長で有用な感度の高い
光検出器を実現することは、困難であることがわ
かつている。特に、そのような長波長で使用する
ために設計された従来技術によるデバイスにおい
ては、光電流利得が実現される電圧において、ト
ンネル電流及びその結果生じるシヨツト雑音は大
きくなる傾向があり、そのような検出器を用いる
受信機の感度の改善を制限してきた。
ンの波長領域で特に低いという事実は、そのよう
な波長において効率のよい光検出器の必要性を生
み出した。特に関心のあるものは、それらが固有
の利得をもつためなだれ光検出器である。これま
でに1.25ミクロンより長波長で有用な感度の高い
光検出器を実現することは、困難であることがわ
かつている。特に、そのような長波長で使用する
ために設計された従来技術によるデバイスにおい
ては、光電流利得が実現される電圧において、ト
ンネル電流及びその結果生じるシヨツト雑音は大
きくなる傾向があり、そのような検出器を用いる
受信機の感度の改善を制限してきた。
この問題は本発明に従い、上に述べたように、
なだれ光検出器として有用な半導体デバイスにお
いて克服される。本発明の半導体デバイスは、ｎ
形インジウムの層が単位面積当りの固定電荷数が
２×1012ないし３×1012／cm2となるような厚さ及
びドーピングを有することを特徴とする。
なだれ光検出器として有用な半導体デバイスにお
いて克服される。本発明の半導体デバイスは、ｎ
形インジウムの層が単位面積当りの固定電荷数が
２×1012ないし３×1012／cm2となるような厚さ及
びドーピングを有することを特徴とする。
一視点において、本発明は大きなトンネル漏れ
電流を伴うことなく、1.7ミクロンもの長波長で
有用ななだれ光検出器を実現する。
電流を伴うことなく、1.7ミクロンもの長波長で
有用ななだれ光検出器を実現する。
以下に、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。尚、便宜上、図面の各部の比率
は実際のものとは異なる。
ついて説明する。尚、便宜上、図面の各部の比率
は実際のものとは異なる。
具体的には、大きなトンネル漏れ電流を伴わな
い高利得In0.53Ga0.47As／InPなだれフオトダイオ
ードが実現される。好ましい実施例において、こ
のダイオードは順次ｐ形インジウムリンの電極層
１０、インジウムリンのｎ形領域１３及びｎ形イ
ンジウム・ガリウムヒ素の電極領域１４を含む結
晶から成る。
い高利得In0.53Ga0.47As／InPなだれフオトダイオ
ードが実現される。好ましい実施例において、こ
のダイオードは順次ｐ形インジウムリンの電極層
１０、インジウムリンのｎ形領域１３及びｎ形イ
ンジウム・ガリウムヒ素の電極領域１４を含む結
晶から成る。
トンネル電流を大きくなく保つためには、ｐ形
InP電極領域及びｎ形InP層間にｐ形InPバツフア
層１２を配置し、ｐ−ｎ接合を形成し高電界ｐ−
ｎ接合領域中の深いレベルを通してのトンネルを
減すことが重要である。加えて、トンネルが始ま
る前に、最適降伏条件を実現するために、ｎ形
InP層１３中の実効全電荷を制御することが重要
である。特に、好ましい実施例において、この層
中の単位面積当りの固定電荷は２×1012／cm2ない
し３×1012／cm2にすることが重要である。
InP電極領域及びｎ形InP層間にｐ形InPバツフア
層１２を配置し、ｐ−ｎ接合を形成し高電界ｐ−
ｎ接合領域中の深いレベルを通してのトンネルを
減すことが重要である。加えて、トンネルが始ま
る前に、最適降伏条件を実現するために、ｎ形
InP層１３中の実効全電荷を制御することが重要
である。特に、好ましい実施例において、この層
中の単位面積当りの固定電荷は２×1012／cm2ない
し３×1012／cm2にすることが重要である。
加えて、より広く応用できると確信される本発
明の別の視点において、ここで述べた種類のヘテ
ロ接合光検出器の応答速度は、ｎ形InP層１３及
びｎ形InGaAs吸収電極層１４間の障壁層によ
り、著しく影響を受けることが見出された。特
に、実効的にこの接合の障壁高さを低くするた
め、このヘテロ界面の禁制帯幅に傾斜をもたせる
ことが、高速応答に重要である。これは電荷蓄積
効果を最小にし、それによつて応答速度を増す。
特に、好ましい実施例において、成長条件はInP
及びInGaAs領域間の界面における組成に傾斜を
もたすように調整された。
明の別の視点において、ここで述べた種類のヘテ
ロ接合光検出器の応答速度は、ｎ形InP層１３及
びｎ形InGaAs吸収電極層１４間の障壁層によ
り、著しく影響を受けることが見出された。特
に、実効的にこの接合の障壁高さを低くするた
め、このヘテロ界面の禁制帯幅に傾斜をもたせる
ことが、高速応答に重要である。これは電荷蓄積
効果を最小にし、それによつて応答速度を増す。
特に、好ましい実施例において、成長条件はInP
及びInGaAs領域間の界面における組成に傾斜を
もたすように調整された。
第１図を参照すると、基板として主表面１１が
＜100＞面に対応するように切り出された亜鉛を
約1018／cm3の濃度に一様にドープされたｐ形InP
の結晶１０が用いられるように示されている。
＜100＞面に対応するように切り出された亜鉛を
約1018／cm3の濃度に一様にドープされたｐ形InP
の結晶１０が用いられるように示されている。
この表面上の周知の液相技術により、約0.5な
いし5.0ミクロンの厚さ、好ましくは亜鉛を１立
方センチメートル当り1017ないし1018原子の濃度
で含むｐ形エピタキシヤルバツフア層が成長され
る。
いし5.0ミクロンの厚さ、好ましくは亜鉛を１立
方センチメートル当り1017ないし1018原子の濃度
で含むｐ形エピタキシヤルバツフア層が成長され
る。
これにすぐ続いて、InP層１３の同じ表面に液
相成長が行なわれる。それは故意にはドープされ
ず、そのためそれは第３図に示されるようにｎ形
に成長する。このｎ形層の厚さ及び固定電荷量
は、なだれ降伏におけるヘテロ界面での電界を決
定し、従つてこれらパラメータの制御は重要であ
る。適当な値については以下でより詳細に述べ
る。
相成長が行なわれる。それは故意にはドープされ
ず、そのためそれは第３図に示されるようにｎ形
に成長する。このｎ形層の厚さ及び固定電荷量
は、なだれ降伏におけるヘテロ界面での電界を決
定し、従つてこれらパラメータの制御は重要であ
る。適当な値については以下でより詳細に述べ
る。
次に、第４図に示されるように、In.53Ga.47As
のエピタキシヤル層１４を成長させるために周知
の液相技術が用いられる。この層は故意にはドー
プされず、従つてそれは１立方センチメートル当
り５×1015の濃度以下のドナを有するｎ形に成長
する。この層は約５ミクロンの厚さが有利であ
る。
のエピタキシヤル層１４を成長させるために周知
の液相技術が用いられる。この層は故意にはドー
プされず、従つてそれは１立方センチメートル当
り５×1015の濃度以下のドナを有するｎ形に成長
する。この層は約５ミクロンの厚さが有利であ
る。
当業者には周知のように、吸収層１４は効率を
制御する結晶の不完全性を避けるために、適切に
格子整合がとれる限り、他の広い組成範囲をもた
すこともできる。具体的には、インジウム、ガリ
ウム、ヒ素及びリンを、得られる禁制帯が吸収す
べきフオトンのエネルギーより小さい限り、比率
を変えて使用できる。
制御する結晶の不完全性を避けるために、適切に
格子整合がとれる限り、他の広い組成範囲をもた
すこともできる。具体的には、インジウム、ガリ
ウム、ヒ素及びリンを、得られる禁制帯が吸収す
べきフオトンのエネルギーより小さい限り、比率
を変えて使用できる。
ある種の例では、低ドープ・インジウムガリウ
ムヒ素に対して容易に得られるより低抵抗の接触
を作ること及び電気接続を容易にするために、層
１４上により高濃度ドープの層をつけ加えるのが
望ましいことが明らかになつている。そのような
層は本質的に電極の一部と見なせる。そのような
層は電極の形成を容易にするように選択すべきで
あるが、その中ではほとんど光を吸収しないよう
な十分大きな禁制帯となる組成をもたす必要があ
る。
ムヒ素に対して容易に得られるより低抵抗の接触
を作ること及び電気接続を容易にするために、層
１４上により高濃度ドープの層をつけ加えるのが
望ましいことが明らかになつている。そのような
層は本質的に電極の一部と見なせる。そのような
層は電極の形成を容易にするように選択すべきで
あるが、その中ではほとんど光を吸収しないよう
な十分大きな禁制帯となる組成をもたす必要があ
る。
しかし、上で述べたように、高速応答のために
は層１３及び１４間のヘテロ界面における急激な
障壁は避けるべきことを見出している。特に、急
激な遷移ではポテンシヤル井戸ができ、そこに電
荷が蓄積される傾向がある。このことはそのよう
な構造をメモリーとして用いるある程度の可能性
を作つているが、光検出器としての速い応答に対
しては害となる。従つて、界面で傾斜をもたせる
ためには、層１４の成長条件は層１３及び１４間
の界面で、成分のある程度の相互拡散を起し、障
壁高さによりゆるやかな変化をもたせるように選
ばれる。この目的のためには各種の技術が知られ
ており、その中で恐らく最も容易なものは、典型
的には0.1℃の過飽和といつた過飽和度の低い条
件で最初層１４を成長させ、その成長中InPと
InGaAs間での界面の傾斜を作ることである。あ
るいは、中間組成の薄い層を、周知の液相エピタ
キシヤル技術により、層１３及び１４間に成長さ
せることもできる。条件は、80ボルトないし150
ボルトの逆バイアスが印加された時、検出器が確
実になだれ増倍を起すように、約500−1000オン
グストロームの厚さの傾斜領域ができるよう調整
される。
は層１３及び１４間のヘテロ界面における急激な
障壁は避けるべきことを見出している。特に、急
激な遷移ではポテンシヤル井戸ができ、そこに電
荷が蓄積される傾向がある。このことはそのよう
な構造をメモリーとして用いるある程度の可能性
を作つているが、光検出器としての速い応答に対
しては害となる。従つて、界面で傾斜をもたせる
ためには、層１４の成長条件は層１３及び１４間
の界面で、成分のある程度の相互拡散を起し、障
壁高さによりゆるやかな変化をもたせるように選
ばれる。この目的のためには各種の技術が知られ
ており、その中で恐らく最も容易なものは、典型
的には0.1℃の過飽和といつた過飽和度の低い条
件で最初層１４を成長させ、その成長中InPと
InGaAs間での界面の傾斜を作ることである。あ
るいは、中間組成の薄い層を、周知の液相エピタ
キシヤル技術により、層１３及び１４間に成長さ
せることもできる。条件は、80ボルトないし150
ボルトの逆バイアスが印加された時、検出器が確
実になだれ増倍を起すように、約500−1000オン
グストロームの厚さの傾斜領域ができるよう調整
される。
上に述べたように、層１３の厚さとドーピング
はなだれ降伏における層１３及び１５間のヘテロ
接合界面の電界を、大きく支配する。従つて、こ
れらのパラメータの制御は重要である。
はなだれ降伏における層１３及び１５間のヘテロ
接合界面の電界を、大きく支配する。従つて、こ
れらのパラメータの制御は重要である。
この界面における電界Ｅは
Ｅ＝ｑ／ｅ∫W X1Ｎ（Ｘ）dX＝ｑ／ｅσで与えられ、
こ こでＮ（Ｘ）はｐ−ｎ接合から距離Ｘにおける固
定電荷密度であり、X1はｐ−ｎ接合から界面ま
での距離、ｑは電子の電荷、e1は1.04pF／cmで層
１４の誘電率である。従つて、σは層１４中から
掃き出される単位面積当りの全電荷である。降伏
電圧においてヘテロ界面でトンネルが本質的にな
いようにするためには、Ｅ1.5×105V／cmであ
ることが示される。このことはσ1.0×1012cm-2
を意味する。
こ こでＮ（Ｘ）はｐ−ｎ接合から距離Ｘにおける固
定電荷密度であり、X1はｐ−ｎ接合から界面ま
での距離、ｑは電子の電荷、e1は1.04pF／cmで層
１４の誘電率である。従つて、σは層１４中から
掃き出される単位面積当りの全電荷である。降伏
電圧においてヘテロ界面でトンネルが本質的にな
いようにするためには、Ｅ1.5×105V／cmであ
ることが示される。このことはσ1.0×1012cm-2
を意味する。
ｐ−ｎ接合における電界は降伏において大きな
電流利得が得られるように、十分大きくすべきこ
とも重要である。出願人らの解析により、最もも
感度の高いなだれフオトダイオードは、層１３が
約２×1012／cm2に等しいかそれより大きい全固定
電荷量の値σをもつ時に得られることが示されて
いる。しかし、約３×1012／cm2より大きなσの場
合、層１３は降伏において完全には空乏化してお
らず、非常に低い量子効率が生じる。従つて、σ
の値は最適の結果を得るためには、約２×1012cm
-2ないし３×1012cm-2の範囲にすべきである。
電流利得が得られるように、十分大きくすべきこ
とも重要である。出願人らの解析により、最もも
感度の高いなだれフオトダイオードは、層１３が
約２×1012／cm2に等しいかそれより大きい全固定
電荷量の値σをもつ時に得られることが示されて
いる。しかし、約３×1012／cm2より大きなσの場
合、層１３は降伏において完全には空乏化してお
らず、非常に低い量子効率が生じる。従つて、σ
の値は最適の結果を得るためには、約２×1012cm
-2ないし３×1012cm-2の範囲にすべきである。
一実施例において、層１３は約２ミクロンの厚
さに作られ、この層中のドナ濃度は約1016cm-3
で、約２×1012cm-2のσを生じた。
さに作られ、この層中のドナ濃度は約1016cm-3
で、約２×1012cm-2のσを生じた。
容量及び端部電解効果を減すためには、得られ
るダイオードを第５図に示されるようにメサ構造
に整形するのが望ましい。典型的な場合、メサは
標準的なフオトリソグラフイ技術により規定さ
れ、１パーセントの臭素−メタノール溶液でエツ
チされる。約1.3×10-4cm2の円状領域がより小さ
な最上表面には典型的である。合金電極により低
抵抗接続１５，１６がそれぞれ電極層１０及び１
４に作られる。本発明の具体的な実施例におい
て、金−亜鉛が層１０に対する電極として用いら
れ、金−スズが層１４に対する電極として用いら
れる。
るダイオードを第５図に示されるようにメサ構造
に整形するのが望ましい。典型的な場合、メサは
標準的なフオトリソグラフイ技術により規定さ
れ、１パーセントの臭素−メタノール溶液でエツ
チされる。約1.3×10-4cm2の円状領域がより小さ
な最上表面には典型的である。合金電極により低
抵抗接続１５，１６がそれぞれ電極層１０及び１
４に作られる。本発明の具体的な実施例におい
て、金−亜鉛が層１０に対する電極として用いら
れ、金−スズが層１４に対する電極として用いら
れる。
用いる場合、所望のなだれ動作を起させるため
に、そのような電極間には逆バイアスが印加され
るであろう。
に、そのような電極間には逆バイアスが印加され
るであろう。
もちろん、たとえば分子ビームエピタキシーあ
るいは化学気相成長を含む他の技術及び形状も製
作に使用できる。同様に、ｎ形インジウムリン基
板から始めて、ｎ形インジウム・ガリウムヒ素
層、ｎ形インジウムリン層及びｐ形インジウムリ
ン層をそれに続けてもよい。ここで述べた設計に
対する考え方は、同様に適用できる。同様に、メ
サ構造について具体的に述べたが、プレーナ形状
も場合によつては好ましいこともある。
るいは化学気相成長を含む他の技術及び形状も製
作に使用できる。同様に、ｎ形インジウムリン基
板から始めて、ｎ形インジウム・ガリウムヒ素
層、ｎ形インジウムリン層及びｐ形インジウムリ
ン層をそれに続けてもよい。ここで述べた設計に
対する考え方は、同様に適用できる。同様に、メ
サ構造について具体的に述べたが、プレーナ形状
も場合によつては好ましいこともある。
第１図ないし第５図は、典型的な製作プロセス
で順次行なわれる工程における本発明の実施例を
示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、第１の領域……１
２、ｎ形インジウム・リンの層……１３、ｎ形イ
ンジウム・ガリウム・ヒ素の層……１４。
で順次行なわれる工程における本発明の実施例を
示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、第１の領域……１
２、ｎ形インジウム・リンの層……１３、ｎ形イ
ンジウム・ガリウム・ヒ素の層……１４。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｐ形インジウムリンの第１の領域（例えば１
２）、ｎ形インジウムリンの層（例えば１３）及
びｎ形インジウムガリウムヒ素の層（例えば１
４）を含む結晶からなるなだれ光検知器として有
用な半導体デバイスにおいて、 該ｎ形インジウムリンの層は有意な暗電流を伴
うことなくデバイスの応答速度を最大にするため
に、単位面積当りの固定電荷の数が２×1012乃至
３×1012／cm2の範囲になるような厚さとドーピン
グを有し、該ｎ形インジウムリンの層と該インジ
ウム・ガリウムヒ素の層との間のヘテロ界面はイ
ンジウム・ガリウムヒ素とインジウムリンとの間
の界面における組成勾配から生じる傾斜禁制帯領
域からなることを特徴とする半導体デバイス。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の半導体デバイ
スにおいて、 該インジウムリンとインジウム・ガリウムヒ素
との間のヘテロ界面は、傾斜した禁制帯の領域を
形成するため約500乃至1000オングストロームの
勾配領域を含むことを特徴とする半導体デバイ
ス。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の半導体デバイ
スにおいて、 該結晶は更に該ｎ形インジウム・ガリウムヒ素
の層に隣接したｎ形インジウムリンの層を含むこ
とを特徴とする半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US275346 | 1981-06-19 | ||
| US06/275,346 US4473835A (en) | 1981-06-19 | 1981-06-19 | Long wavelength avalanche photodetector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS582077A JPS582077A (ja) | 1983-01-07 |
| JPH038117B2 true JPH038117B2 (ja) | 1991-02-05 |
Family
ID=23051901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57104077A Granted JPS582077A (ja) | 1981-06-19 | 1982-06-18 | 半導体デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4473835A (ja) |
| JP (1) | JPS582077A (ja) |
| DE (1) | DE3222848A1 (ja) |
| FR (1) | FR2508235B1 (ja) |
| GB (1) | GB2100928B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5736878A (en) * | 1980-08-18 | 1982-02-27 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Semiconductor photodetector |
| JPS5861679A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 量子井戸層付アバランシ・ホトダイオ−ド |
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| US3995303A (en) * | 1975-06-05 | 1976-11-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Growth and operation of a step-graded ternary III-V heterojunction p-n diode photodetector |
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1981
- 1981-06-19 US US06/275,346 patent/US4473835A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-06-11 FR FR8210219A patent/FR2508235B1/fr not_active Expired
- 1982-06-18 DE DE19823222848 patent/DE3222848A1/de active Granted
- 1982-06-18 GB GB08217777A patent/GB2100928B/en not_active Expired
- 1982-06-18 JP JP57104077A patent/JPS582077A/ja active Granted
Patent Citations (1)
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Also Published As
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| DE3222848A1 (de) | 1982-12-30 |
| JPS582077A (ja) | 1983-01-07 |
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| FR2508235B1 (fr) | 1985-12-13 |
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