JPH05102517A - アバランシエフオトダイオードとその製造方法 - Google Patents
アバランシエフオトダイオードとその製造方法Info
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- JPH05102517A JPH05102517A JP3127764A JP12776491A JPH05102517A JP H05102517 A JPH05102517 A JP H05102517A JP 3127764 A JP3127764 A JP 3127764A JP 12776491 A JP12776491 A JP 12776491A JP H05102517 A JPH05102517 A JP H05102517A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、超高速光ファイバー通信用に適す
るアバランシェフォトダイオードおよびその製造方法に
関し、高速動作特性とガードリング効果およびパッシベ
ーション効果の優れたフォトダイオードを提供すること
を目的とする。 【構成】 光吸収層１とアバランシェ増倍層２と高不純
物濃度の受光側コンタクト層４を含む積層構造を有し、
このコンタクト層４だけがその層厚だけ周囲よりメサ状
に突出して受光領域に設けられているように構成した。
また、上記の構造を有するアバランシェフォトダイオー
ドの製造方法であって、コンタクト層４を全面に成長し
た後、コンタクト層４の受光領域の周囲に延在する部分
を、コンタクト層４の直下に設けた、キャリアの平均自
由行程より薄くコンタクト層とは反対導電型のスペーサ
層３をエッチングストップ層として選択的にエッチング
除去するように構成した。
るアバランシェフォトダイオードおよびその製造方法に
関し、高速動作特性とガードリング効果およびパッシベ
ーション効果の優れたフォトダイオードを提供すること
を目的とする。 【構成】 光吸収層１とアバランシェ増倍層２と高不純
物濃度の受光側コンタクト層４を含む積層構造を有し、
このコンタクト層４だけがその層厚だけ周囲よりメサ状
に突出して受光領域に設けられているように構成した。
また、上記の構造を有するアバランシェフォトダイオー
ドの製造方法であって、コンタクト層４を全面に成長し
た後、コンタクト層４の受光領域の周囲に延在する部分
を、コンタクト層４の直下に設けた、キャリアの平均自
由行程より薄くコンタクト層とは反対導電型のスペーサ
層３をエッチングストップ層として選択的にエッチング
除去するように構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光ファイバー通
信用に適する高感度、高信頼性を有するアバランシェフ
ォトダイオード（ＡＰＤ）およびその製造方法に関す
る。
信用に適する高感度、高信頼性を有するアバランシェフ
ォトダイオード（ＡＰＤ）およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信等の光通信におい
て送受信の超高速化がすすみ、その上限は１０Ｇｂ／ｓ
レンジに達している。そして、このような光通信の超高
速化に対応するため、高速動作可能でゲイン・バンド幅
積（ＧＢ積）が大きく信頼性が高いアバランシェフォト
ダイオードが要求されている。
て送受信の超高速化がすすみ、その上限は１０Ｇｂ／ｓ
レンジに達している。そして、このような光通信の超高
速化に対応するため、高速動作可能でゲイン・バンド幅
積（ＧＢ積）が大きく信頼性が高いアバランシェフォト
ダイオードが要求されている。
【０００３】上記のような高速動作を可能にするために
は、０．１〜０．５μｍ程度の薄いアバランシェ増倍層
をもつアバランシェフォトダイオードを実現することが
必要である。さらに、このようなアバランシェフォトダ
イオードを実用に供するためには、高信頼性を有するプ
レーナ型構造にすることが必須であり、その場合、強固
なガードリングとパッシベーション構造を採ることが必
要である。従来のアバランシェフォトダイオードの製造
方法としては、半導体基板あるいは半導体層中に導電型
を決定するＣｄ、Ｚｎ等の不純物を熱拡散あるいはイオ
ン注入によって導入して所望の導電型の領域を形成する
工程を用いていた。
は、０．１〜０．５μｍ程度の薄いアバランシェ増倍層
をもつアバランシェフォトダイオードを実現することが
必要である。さらに、このようなアバランシェフォトダ
イオードを実用に供するためには、高信頼性を有するプ
レーナ型構造にすることが必須であり、その場合、強固
なガードリングとパッシベーション構造を採ることが必
要である。従来のアバランシェフォトダイオードの製造
方法としては、半導体基板あるいは半導体層中に導電型
を決定するＣｄ、Ｚｎ等の不純物を熱拡散あるいはイオ
ン注入によって導入して所望の導電型の領域を形成する
工程を用いていた。
【０００４】図３は、従来のアバランシェフォトダイオ
ードの構成説明図である。この図において、３１はｎ+
−ＩｎＰ基板、３２はＩｎＧａＡｓ光吸収層、３３はＩ
ｎＰアバランシェ増倍層、３４はｐ+ −ＩｎＰコンタク
ト層、３５はｐ型ガードリング、３６はｎ+ チャネルス
トッパー、３７は反射防止膜、３８はｐ電極、３９はｎ
電極である。
ードの構成説明図である。この図において、３１はｎ+
−ＩｎＰ基板、３２はＩｎＧａＡｓ光吸収層、３３はＩ
ｎＰアバランシェ増倍層、３４はｐ+ −ＩｎＰコンタク
ト層、３５はｐ型ガードリング、３６はｎ+ チャネルス
トッパー、３７は反射防止膜、３８はｐ電極、３９はｎ
電極である。
【０００５】従来のアバランシェフォトダイオードは図
３に示されるように、ｎ+ −ＩｎＰ基板３１上にν（ま
たはｎ- ）のＩｎＧａＡｓ光吸収層３２、ｎ−ＩｎＰア
バランシェ増倍層３３を形成し、アバランシェ増倍層３
３の上にｐ+ −ＩｎＰコンタクト層３４、耐圧を向上す
るためのｐ型ガードリング３５を形成し、受光領域に量
子効率を向上するための反射防止膜３７を形成し、この
反射防止膜３７に形成された開口をとおしてｎ電極３８
を設け、底面にｎ電極３９を形成して製造されていた。
なお、この図の３６は表面リーク電流を低減するために
形成されたｎ+ チャネルストッパーである。
３に示されるように、ｎ+ −ＩｎＰ基板３１上にν（ま
たはｎ- ）のＩｎＧａＡｓ光吸収層３２、ｎ−ＩｎＰア
バランシェ増倍層３３を形成し、アバランシェ増倍層３
３の上にｐ+ −ＩｎＰコンタクト層３４、耐圧を向上す
るためのｐ型ガードリング３５を形成し、受光領域に量
子効率を向上するための反射防止膜３７を形成し、この
反射防止膜３７に形成された開口をとおしてｎ電極３８
を設け、底面にｎ電極３９を形成して製造されていた。
なお、この図の３６は表面リーク電流を低減するために
形成されたｎ+ チャネルストッパーである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
アバランシェフォトダイオードにおいては、不純物を熱
拡散あるいはイオン注入によって導入していたため、そ
の拡散フロントの制御性は高々±０．１μｍ程度であ
り、目的とする高いＧＢ積を得るための薄いアバランシ
ェ増倍領域を再現性よく実現する上で問題があった。し
たがって、本発明は、高速動作特性が優れ、しかも、ガ
ードリング効果およびパッシベーション効果の優れたア
バランシェフォトダイオード、およびそれを再現性よく
実現する製造方法を提供することを目的とする。
アバランシェフォトダイオードにおいては、不純物を熱
拡散あるいはイオン注入によって導入していたため、そ
の拡散フロントの制御性は高々±０．１μｍ程度であ
り、目的とする高いＧＢ積を得るための薄いアバランシ
ェ増倍領域を再現性よく実現する上で問題があった。し
たがって、本発明は、高速動作特性が優れ、しかも、ガ
ードリング効果およびパッシベーション効果の優れたア
バランシェフォトダイオード、およびそれを再現性よく
実現する製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるアバラン
シェフォトダイオードにおいては、光吸収層とアバラン
シェ増倍層と高不純物濃度の受光側コンタクト層を含む
積層構造を有し、該コンタクト層だけがその層厚だけ周
囲よりメサ状に突出して受光領域も設けられている構成
を採用した。またこの場合、高不純物濃度の受光側コン
タクト層の直下とその周囲に、キャリアの平均自由行程
より薄く該コンタクト層とは反対導電型のスペーサ層を
備える構成を採用した。
シェフォトダイオードにおいては、光吸収層とアバラン
シェ増倍層と高不純物濃度の受光側コンタクト層を含む
積層構造を有し、該コンタクト層だけがその層厚だけ周
囲よりメサ状に突出して受光領域も設けられている構成
を採用した。またこの場合、高不純物濃度の受光側コン
タクト層の直下とその周囲に、キャリアの平均自由行程
より薄く該コンタクト層とは反対導電型のスペーサ層を
備える構成を採用した。
【０００８】またこの場合、高不純物濃度の受光側コン
タクト層がＩｎＰ、アバランシェ増倍層がＩｎＰ、スペ
ーサ層がＡｌＩｎＡｓまたはＩｎＧａＡｓである構成を
採用した。そしてまた、この場合、高不純物濃度の受光
側コンタクト層の周縁の段差部を完全に包含するように
ガードリング層が形成された構成を採用した。本発明に
かかる、光吸収層とアバランシェ増倍層と高不純物濃度
の受光側コンタクト層を含む積層構造を有するアバラン
シェフォトダイオードの製造方法においては、該コンタ
クト層を、該コンタクト層内の不純物の拡散が無視でき
る程度の低温において成長する工程を採用した。
タクト層がＩｎＰ、アバランシェ増倍層がＩｎＰ、スペ
ーサ層がＡｌＩｎＡｓまたはＩｎＧａＡｓである構成を
採用した。そしてまた、この場合、高不純物濃度の受光
側コンタクト層の周縁の段差部を完全に包含するように
ガードリング層が形成された構成を採用した。本発明に
かかる、光吸収層とアバランシェ増倍層と高不純物濃度
の受光側コンタクト層を含む積層構造を有するアバラン
シェフォトダイオードの製造方法においては、該コンタ
クト層を、該コンタクト層内の不純物の拡散が無視でき
る程度の低温において成長する工程を採用した。
【０００９】また、本発明にかかる、光吸収層とアバラ
ンシェ増倍層と高不純物濃度の受光側コンタクト層を含
む積層構造を有するアバランシェフォトダイオードの製
造方法においては、該コンタクト層を全面に成長し、該
コンタクト層の受光領域の周囲に延在する部分を、該コ
ンタクト層の直下に設けた、キャリアの平均自由行程よ
り薄く該コンタクト層とは反対導電型のスペーサ層をエ
ッチングストップ層として選択的にエッチング除去し、
その厚さだけ周囲よりメサ状に突出した構造を形成する
工程を採用した。
ンシェ増倍層と高不純物濃度の受光側コンタクト層を含
む積層構造を有するアバランシェフォトダイオードの製
造方法においては、該コンタクト層を全面に成長し、該
コンタクト層の受光領域の周囲に延在する部分を、該コ
ンタクト層の直下に設けた、キャリアの平均自由行程よ
り薄く該コンタクト層とは反対導電型のスペーサ層をエ
ッチングストップ層として選択的にエッチング除去し、
その厚さだけ周囲よりメサ状に突出した構造を形成する
工程を採用した。
【００１０】
【作用】本発明によって奏される作用は下記のとおりで
ある。 １．高速動作させることを目的とするアバランシェフォ
トダイオードにおいては、容量と暗電流を低減するた
め、受光領域の直径を１０〜２０μｍ程度に微細化して
いるが、製造工程において取り扱いを容易にするために
一辺１００μ程度のチップ上に形成することが多い。
ある。 １．高速動作させることを目的とするアバランシェフォ
トダイオードにおいては、容量と暗電流を低減するた
め、受光領域の直径を１０〜２０μｍ程度に微細化して
いるが、製造工程において取り扱いを容易にするために
一辺１００μ程度のチップ上に形成することが多い。
【００１１】したがって、高不純物濃度の受光側コンタ
クト層をチップの全面に形成すると、必要な受光領域が
もつ容量の１００倍程度の容量をもつことになり、ま
た、暗電流もその面積の割合で増加することになる。と
ころが、本発明のように、高不純物濃度の受光側コンタ
クト層を受光領域のみに形成すると、上記の付加的容量
を除くことができて高速動作特性を向上することがで
き、また同時に、上記の付加的暗電流を除くことができ
る。
クト層をチップの全面に形成すると、必要な受光領域が
もつ容量の１００倍程度の容量をもつことになり、ま
た、暗電流もその面積の割合で増加することになる。と
ころが、本発明のように、高不純物濃度の受光側コンタ
クト層を受光領域のみに形成すると、上記の付加的容量
を除くことができて高速動作特性を向上することがで
き、また同時に、上記の付加的暗電流を除くことができ
る。
【００１２】２．上記１に記載した容量や暗電流の増大
を防ぐために高不純物濃度の受光側コンタクト層をエッ
チングによって除去する場合、エッチングが充分でない
と、このコンタクト層が残るため目的を達成することが
できず、エッチングが過剰になると、下層のバンドギャ
ップが小さい光吸収層を露出しリーク電流を増大させる
恐れを生じる。
を防ぐために高不純物濃度の受光側コンタクト層をエッ
チングによって除去する場合、エッチングが充分でない
と、このコンタクト層が残るため目的を達成することが
できず、エッチングが過剰になると、下層のバンドギャ
ップが小さい光吸収層を露出しリーク電流を増大させる
恐れを生じる。
【００１３】ところが、本発明のように、高不純物濃度
の受光側コンタクト層の直下とその周囲に、キャリアの
平均自由行程より薄く、コンタクト層とは反対導電型の
スペーサ層を形成すると、このスペーサ層がエッチング
ストップ層として機能し、格別厳格なエッチング量の制
御を行わなくても下層のアバランシェ増倍層等をエッチ
ングすることなく、所望の領域のコンタクト層だけを完
全に除去することができる。
の受光側コンタクト層の直下とその周囲に、キャリアの
平均自由行程より薄く、コンタクト層とは反対導電型の
スペーサ層を形成すると、このスペーサ層がエッチング
ストップ層として機能し、格別厳格なエッチング量の制
御を行わなくても下層のアバランシェ増倍層等をエッチ
ングすることなく、所望の領域のコンタクト層だけを完
全に除去することができる。
【００１４】この場合、スペーサ層としてキャリアの平
均自由行程より薄い層を用いる理由はつぎのとおりであ
る。一般に、アバランシェフォトダイオードのアバラン
シェ増倍層として用いられる半導体材料と、このアバラ
ンシェ増倍層とエッチングレートが異なり、スペーサ層
として用いることができる半導体材料において、双方の
イオン化率の大きいキャリアが一致するとは限らない。
例えば、アバランシェ増倍層として用いられるＩｎＰに
おいては、ホールのイオン化率βが電子のイオン化率α
より大きく、スペーサ層として用いることができるＡｌ
ＩｎＡｓにおいては、電子のイオン化率αがホールのイ
オン化率βより大きい。
均自由行程より薄い層を用いる理由はつぎのとおりであ
る。一般に、アバランシェフォトダイオードのアバラン
シェ増倍層として用いられる半導体材料と、このアバラ
ンシェ増倍層とエッチングレートが異なり、スペーサ層
として用いることができる半導体材料において、双方の
イオン化率の大きいキャリアが一致するとは限らない。
例えば、アバランシェ増倍層として用いられるＩｎＰに
おいては、ホールのイオン化率βが電子のイオン化率α
より大きく、スペーサ層として用いることができるＡｌ
ＩｎＡｓにおいては、電子のイオン化率αがホールのイ
オン化率βより大きい。
【００１５】したがって、この例の場合、ＡｌＩｎＡｓ
からなるスペーサ層をキャリアの平均自由行程より厚く
形成すると、ＩｎＰアバランシェ増倍層内では主として
ホールが増倍され、ＡｌＩｎＡｓスペーサ層内では主と
して電子が増倍されることになり、雑音特性、高速性と
もに劣化することになる。
からなるスペーサ層をキャリアの平均自由行程より厚く
形成すると、ＩｎＰアバランシェ増倍層内では主として
ホールが増倍され、ＡｌＩｎＡｓスペーサ層内では主と
して電子が増倍されることになり、雑音特性、高速性と
もに劣化することになる。
【００１６】また、スペーサ層をコンタクト層とは反対
導電型にしたのは、基板側との間にｐｎ接合あるいはｐ
ｉｎ接合を形成することを目的とするためである。アバ
ランシェ増倍層としてＩｎＰ系化合物半導体を用いるア
バランシェフォトダイオードにおいては、スペーサ層と
して上記のＡｌＩｎＡｓの他ＩｎＧａＡｓが適してい
る。
導電型にしたのは、基板側との間にｐｎ接合あるいはｐ
ｉｎ接合を形成することを目的とするためである。アバ
ランシェ増倍層としてＩｎＰ系化合物半導体を用いるア
バランシェフォトダイオードにおいては、スペーサ層と
して上記のＡｌＩｎＡｓの他ＩｎＧａＡｓが適してい
る。
【００１７】３．本発明のように、高不純物濃度の受光
側コンタクト層の周縁の段差部を完全に包含するように
ガードリング層を形成すると、ブレイクダウンが生じや
すいｐｎ接合がガードリング層に埋め込まれ、経年劣化
を防ぐことができる。 ４．本発明のように、高不純物濃度の受光側コンタクト
層を、このコンタクト層内の不純物の拡散を無視できる
程度の低温で成長すると、薄く形成されているアバラン
シェ増倍層の厚さが、コンタクト層から移動する不純物
によって変動するのを防止することがてきる。
側コンタクト層の周縁の段差部を完全に包含するように
ガードリング層を形成すると、ブレイクダウンが生じや
すいｐｎ接合がガードリング層に埋め込まれ、経年劣化
を防ぐことができる。 ４．本発明のように、高不純物濃度の受光側コンタクト
層を、このコンタクト層内の不純物の拡散を無視できる
程度の低温で成長すると、薄く形成されているアバラン
シェ増倍層の厚さが、コンタクト層から移動する不純物
によって変動するのを防止することがてきる。
【００１８】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のアバラン
シェフォトダイオードの原理説明図である。この図にお
いて、１はｎ型基板およびｎ型基板上に形成された光吸
収層、２はｎ型アバランシェ増倍層、３はｎ型エッチン
グストップ層兼スペーサ層、４はｐ + 型コンタクト層、
５はガードリング層である。この図によって、本発明の
原理をその製造方法を中心にして説明する。
シェフォトダイオードの原理説明図である。この図にお
いて、１はｎ型基板およびｎ型基板上に形成された光吸
収層、２はｎ型アバランシェ増倍層、３はｎ型エッチン
グストップ層兼スペーサ層、４はｐ + 型コンタクト層、
５はガードリング層である。この図によって、本発明の
原理をその製造方法を中心にして説明する。
【００１９】第１工程（図１（Ａ）参照） ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層および基板１の上に、厚さ２
０００〜５０００Å程度のｎ−ＩｎＰアバランシェ増倍
層２、厚さ１００〜２００Å程度のｎ−ＡｌＩｎＡｓエ
ッチングストップ層兼スペーサ層３、厚さ０．１〜０．
２μｍ程度のｐ + −ＩｎＰコンタクト層４を、ｐ+ −Ｉ
ｎＰコンタクト層４中の不純物が移動しない程度の低温
における結晶成長法によって形成する。ｎ−ＡｌＩｎＡ
ｓエッチングストップ層兼スペーサ層３の厚さを１００
〜２００Å程度にする理由は、この範囲の層厚にすると
充分にエッチングストップ層として機能し、かつ、キャ
リアの平均自由行程より薄くする条件を満たすからであ
る。
０００〜５０００Å程度のｎ−ＩｎＰアバランシェ増倍
層２、厚さ１００〜２００Å程度のｎ−ＡｌＩｎＡｓエ
ッチングストップ層兼スペーサ層３、厚さ０．１〜０．
２μｍ程度のｐ + −ＩｎＰコンタクト層４を、ｐ+ −Ｉ
ｎＰコンタクト層４中の不純物が移動しない程度の低温
における結晶成長法によって形成する。ｎ−ＡｌＩｎＡ
ｓエッチングストップ層兼スペーサ層３の厚さを１００
〜２００Å程度にする理由は、この範囲の層厚にすると
充分にエッチングストップ層として機能し、かつ、キャ
リアの平均自由行程より薄くする条件を満たすからであ
る。
【００２０】第２工程（図１（Ｂ）参照） 受光領域に形成したレジスト膜をマスクにし、ＩｎＰと
ＡｌＩｎＡｓに対するエッチングレートが著しく異なる
選択エッチャント（例えば、ＨＢｒ−Ｈ3 ＰＯ 4 −Ｈ2
Ｏ混合液）を用いて、受光領域以外のｐ+ −ＩｎＰコン
タクト層４を、ｎ−ＡｌＩｎＡｓエッチングストップ層
兼スペーサ層３の表面までエッチングして、高濃度ｐ+
コンタクト層４のメサを形成する。
ＡｌＩｎＡｓに対するエッチングレートが著しく異なる
選択エッチャント（例えば、ＨＢｒ−Ｈ3 ＰＯ 4 −Ｈ2
Ｏ混合液）を用いて、受光領域以外のｐ+ −ＩｎＰコン
タクト層４を、ｎ−ＡｌＩｎＡｓエッチングストップ層
兼スペーサ層３の表面までエッチングして、高濃度ｐ+
コンタクト層４のメサを形成する。
【００２１】第３工程（図１（Ｃ）参照） ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層４の周縁部の領域にｐ型不純
物をイオン注入することによってｐ型ガードリング層５
を形成する。
物をイオン注入することによってｐ型ガードリング層５
を形成する。
【００２２】上記の製造方法によって得られるアバラン
シェフォトダイオードは、ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層４
が、このコンタクト層４の中の不純物が移動しない程度
の低温において、ｎ型アバランシェ増倍層２との間にエ
ッチングストップ層兼スペーサ層３を介して結晶成長さ
れるため、ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層４中の不純物によ
って、ｎ型アバランシェ増倍層２の厚さが変動すること
がなく、所望の高速動作特性を制御性よく実現すること
ができる。
シェフォトダイオードは、ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層４
が、このコンタクト層４の中の不純物が移動しない程度
の低温において、ｎ型アバランシェ増倍層２との間にエ
ッチングストップ層兼スペーサ層３を介して結晶成長さ
れるため、ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層４中の不純物によ
って、ｎ型アバランシェ増倍層２の厚さが変動すること
がなく、所望の高速動作特性を制御性よく実現すること
ができる。
【００２３】また、ｐ+ 型コンタクト層４、ｎ型エッチ
ングストップ層兼スペーサ層３、ｎ型アバランシェ増倍
層２を足し合わせた合計の厚さは高々０．２〜０．４μ
ｍ程度と薄いため、ｎ型エッチングストップ層兼スペー
サ層３にエッチングストップ機能がない場合は、ｐ+ 型
コンタクト層４のメサ形成時に過剰にエッチングされ
て、バンドギャップの小さいｎ型光吸収層が露呈し、リ
ーク電流が増大する恐れがあるが、上記のように本発明
では、ｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層３にエッ
チングストップ機能があるため、ｐ+ 型コンタクト層４
の周縁部を除去するためのエッチングは確実にバンドギ
ャップの大きなアバランシェ増倍層２で止まるため上記
の問題は回避される。
ングストップ層兼スペーサ層３、ｎ型アバランシェ増倍
層２を足し合わせた合計の厚さは高々０．２〜０．４μ
ｍ程度と薄いため、ｎ型エッチングストップ層兼スペー
サ層３にエッチングストップ機能がない場合は、ｐ+ 型
コンタクト層４のメサ形成時に過剰にエッチングされ
て、バンドギャップの小さいｎ型光吸収層が露呈し、リ
ーク電流が増大する恐れがあるが、上記のように本発明
では、ｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層３にエッ
チングストップ機能があるため、ｐ+ 型コンタクト層４
の周縁部を除去するためのエッチングは確実にバンドギ
ャップの大きなアバランシェ増倍層２で止まるため上記
の問題は回避される。
【００２４】また、本発明では、各半導体層を通常の不
純物の拡散温度（５００〜５５０℃）より１００℃程度
低い温度で成長法によって形成するため、成長時のｐ型
不純物の固相拡散が少なく、薄いアバランシェ増倍層が
制御性よく形成できる。また、エッチングストップ層を
用いることにより過剰エッチングを防ぎ、ｐ+ 型コンタ
クト層４とｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層３の
表面の段差を必要最小限度にできるため、ガードリング
層５の接合フロントが均一となり、良好なガードリング
効果が得られる。さらに、チップ表面がバンドギャップ
の大きいＡｌＩｎＡｓｎ型エッチングストップ層兼スペ
ーサ層（キャップ層）３で覆われることになるためパッ
シベーション効果が大きく、低暗電流化が達成される。
純物の拡散温度（５００〜５５０℃）より１００℃程度
低い温度で成長法によって形成するため、成長時のｐ型
不純物の固相拡散が少なく、薄いアバランシェ増倍層が
制御性よく形成できる。また、エッチングストップ層を
用いることにより過剰エッチングを防ぎ、ｐ+ 型コンタ
クト層４とｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層３の
表面の段差を必要最小限度にできるため、ガードリング
層５の接合フロントが均一となり、良好なガードリング
効果が得られる。さらに、チップ表面がバンドギャップ
の大きいＡｌＩｎＡｓｎ型エッチングストップ層兼スペ
ーサ層（キャップ層）３で覆われることになるためパッ
シベーション効果が大きく、低暗電流化が達成される。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例を説明する。 （第１実施例）図２は、本発明の実施例の構成説明図で
ある。この図において、１１はｎ+ ＩｎＰ基板、１２は
ｎ+ ＩｎＧａＡｓバッファ層、１３はｎ- ＩｎＧａＡｓ
光吸収層、１４はｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層、
１５はｎ+ ＩｎＰ電界降下層、１６はｎ- ＩｎＰアバラ
ンシェ増倍層、１７はｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層、１
８はｐ+ ＩｎＰコンタクト層、１９はガードリング、２
０はＳｉＮ膜である。
ある。この図において、１１はｎ+ ＩｎＰ基板、１２は
ｎ+ ＩｎＧａＡｓバッファ層、１３はｎ- ＩｎＧａＡｓ
光吸収層、１４はｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層、
１５はｎ+ ＩｎＰ電界降下層、１６はｎ- ＩｎＰアバラ
ンシェ増倍層、１７はｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層、１
８はｐ+ ＩｎＰコンタクト層、１９はガードリング、２
０はＳｉＮ膜である。
【００２６】このアバランシェフォトダイオードにおい
ては、ｎ+ ＩｎＰ基板１１の上に、厚さ０．１〜０．５
μｍで不純物濃度が〜１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＡｓ
バッファ層１２、厚さ１〜２μｍで不純物濃度が５×１
０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３、厚さ
〜０．０５μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3以下の
ｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層１４、厚さ０．０５
μｍで不純物濃度が６×１０17ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＰ電界
降下層１５、厚さ０．１〜０．５μｍで不純物濃度が５
×１０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＰアバランシェ増倍層１
６、厚さ０．０２μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3
以下のｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７が形成され、さ
らにその上に受光領域のみに厚さが０．１〜０．２μｍ
でＣｄ、Ｚｎ等の不純物を５×１０18ｃｍ-3以上導入し
たｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８が周囲よりメサ状に突出
して形成されており、このメサ状の段差部を完全に包含
するようにガードリング層１９が形成され、上面全体を
覆うＳｉＮ膜２０が形成されている。
ては、ｎ+ ＩｎＰ基板１１の上に、厚さ０．１〜０．５
μｍで不純物濃度が〜１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＡｓ
バッファ層１２、厚さ１〜２μｍで不純物濃度が５×１
０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３、厚さ
〜０．０５μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3以下の
ｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層１４、厚さ０．０５
μｍで不純物濃度が６×１０17ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＰ電界
降下層１５、厚さ０．１〜０．５μｍで不純物濃度が５
×１０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＰアバランシェ増倍層１
６、厚さ０．０２μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3
以下のｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７が形成され、さ
らにその上に受光領域のみに厚さが０．１〜０．２μｍ
でＣｄ、Ｚｎ等の不純物を５×１０18ｃｍ-3以上導入し
たｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８が周囲よりメサ状に突出
して形成されており、このメサ状の段差部を完全に包含
するようにガードリング層１９が形成され、上面全体を
覆うＳｉＮ膜２０が形成されている。
【００２７】なお、このスペーサ層は上記のＡｌＩｎＡ
ｓのほかＩｎＧａＡｓ等の半導体材料で形成することが
できる。ｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７の厚さは前記
のように０．０２μｍであり、キャリアの平均自由行程
より薄くして、この層内でキャリアが結晶格子に衝突す
る機会を低く抑えている。
ｓのほかＩｎＧａＡｓ等の半導体材料で形成することが
できる。ｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７の厚さは前記
のように０．０２μｍであり、キャリアの平均自由行程
より薄くして、この層内でキャリアが結晶格子に衝突す
る機会を低く抑えている。
【００２８】その理由は、ｎ- ＩｎＰアバランシェ増倍
層１６の電子のイオン化率αよりホールのイオン化率β
が大きく、ｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７の電子のイ
オン化率αがホールのイオン化率より大きいから、ｎ-
ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７内でキャリアの衝突が生じ
て増倍が起こると、ノイズレベルが高くなり、さらに高
速性が阻害されるからである。
層１６の電子のイオン化率αよりホールのイオン化率β
が大きく、ｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７の電子のイ
オン化率αがホールのイオン化率より大きいから、ｎ-
ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７内でキャリアの衝突が生じ
て増倍が起こると、ノイズレベルが高くなり、さらに高
速性が阻害されるからである。
【００２９】（第２実施例）上記図２を参照して、本発
明の製造方法を説明する。 第１工程 ｎ+ ＩｎＰ基板１１の上に、厚さが０．１〜０．５μｍ
で不純物濃度が〜１０ 18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＡｓバッ
ファ層１２、厚さが１〜２μｍで不純物濃度が５×１０
15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３、厚さが
〜０．０５μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3以下の
ｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層１４、厚さ０．０５
μｍで不純物濃度が６×１０17ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＰ電界
降下層１５、厚さ０．１〜０．５μｍで不純物濃度が５
×１０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＰアバランシェ増倍層１
６、厚さ０．０２μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3
以下のｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７、厚さが０．１
〜０．２μｍでＣｄ、Ｚｎ等の不純物が５×１０18ｃｍ
-3以上のｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８をＭＢＥ（Ｍｏｌ
ｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＭＯＣＶ
Ｄ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＢＥ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等により、
４００〜５００℃程度の低温で順次成長する。このよう
に各半導体層を４００〜５００℃程度の低温で成長する
ため、各半導体層内の不純物の拡散が無視できる程度に
小さく、設計値に近い不純物分布が実現できる。
明の製造方法を説明する。 第１工程 ｎ+ ＩｎＰ基板１１の上に、厚さが０．１〜０．５μｍ
で不純物濃度が〜１０ 18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＡｓバッ
ファ層１２、厚さが１〜２μｍで不純物濃度が５×１０
15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３、厚さが
〜０．０５μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3以下の
ｎ- ＩｎＧａＡｓＰキャリア加速層１４、厚さ０．０５
μｍで不純物濃度が６×１０17ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＰ電界
降下層１５、厚さ０．１〜０．５μｍで不純物濃度が５
×１０15ｃｍ-3以下のｎ- ＩｎＰアバランシェ増倍層１
６、厚さ０．０２μｍで不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3
以下のｎ- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７、厚さが０．１
〜０．２μｍでＣｄ、Ｚｎ等の不純物が５×１０18ｃｍ
-3以上のｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８をＭＢＥ（Ｍｏｌ
ｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＭＯＣＶ
Ｄ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＢＥ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等により、
４００〜５００℃程度の低温で順次成長する。このよう
に各半導体層を４００〜５００℃程度の低温で成長する
ため、各半導体層内の不純物の拡散が無視できる程度に
小さく、設計値に近い不純物分布が実現できる。
【００３０】第２工程 前工程で成長されたｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８の受光
領域に相当する部分をエッチングレジストによって覆
い、露出している部分をＨＢｒ／Ｈ3 ＰＯ4 ／Ｈ 2 Ｏ等
の選択性エッチャントによってエッチング除去する。ｎ
- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７はこのエッチャントによ
ってエッチングされないから、ｐ+ ＩｎＰコンタクト層
１８が完全にエッチングされ、このエッチングはｎ- Ａ
ｌＩｎＡｓスペーサ層１７の表面で停止する。
領域に相当する部分をエッチングレジストによって覆
い、露出している部分をＨＢｒ／Ｈ3 ＰＯ4 ／Ｈ 2 Ｏ等
の選択性エッチャントによってエッチング除去する。ｎ
- ＡｌＩｎＡｓスペーサ層１７はこのエッチャントによ
ってエッチングされないから、ｐ+ ＩｎＰコンタクト層
１８が完全にエッチングされ、このエッチングはｎ- Ａ
ｌＩｎＡｓスペーサ層１７の表面で停止する。
【００３１】第３工程 ｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８の段差部分に開口を有する
マスクを形成した後、この開口を通してＢｅイオンを注
入する。次いで、ｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８中の不純
物が動かないように、瞬時にフラッシュランプ・アニー
ル等を行うことによって、この開口部にｐ型層を形成し
ガードリング層１９を形成する。このイオン注入におけ
るＢｅイオンの加速エネルギは１００ＫｅＶであり、ド
ーズ量は１×１０14ｃｍ-2である。
マスクを形成した後、この開口を通してＢｅイオンを注
入する。次いで、ｐ+ ＩｎＰコンタクト層１８中の不純
物が動かないように、瞬時にフラッシュランプ・アニー
ル等を行うことによって、この開口部にｐ型層を形成し
ガードリング層１９を形成する。このイオン注入におけ
るＢｅイオンの加速エネルギは１００ＫｅＶであり、ド
ーズ量は１×１０14ｃｍ-2である。
【００３２】第４工程 アバランシェフォトダイオードの表面にＳｉＮ膜２０を
形成してパッシベーションする。このＳｉＮ膜２０には
パッシベーションとしての機能をもたせるほか、その厚
さを調節して反射防止膜としての機能を持たせるこたと
ができる。
形成してパッシベーションする。このＳｉＮ膜２０には
パッシベーションとしての機能をもたせるほか、その厚
さを調節して反射防止膜としての機能を持たせるこたと
ができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、狭いアバランシェ増倍
層幅を制御性よく形成することができるためＧＢ積を再
現性よく向上でき、ガードリング効果とパッシベーショ
ン効果を均一、かつ、確実にすることができるため、暗
電流が低く、信頼性が高いプレーナ型アバランシェフォ
トダイオードを実現することができ、超高速の光ファイ
バー通信等の技術分野において寄与するところが大き
い。
層幅を制御性よく形成することができるためＧＢ積を再
現性よく向上でき、ガードリング効果とパッシベーショ
ン効果を均一、かつ、確実にすることができるため、暗
電流が低く、信頼性が高いプレーナ型アバランシェフォ
トダイオードを実現することができ、超高速の光ファイ
バー通信等の技術分野において寄与するところが大き
い。
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のアバランシェフォ
トダイオードの原理説明図である。
トダイオードの原理説明図である。
【図２】本発明の実施例の構成説明図である。
【図３】従来のアバランシェフォトダイオードの構成説
明図である。
明図である。
１ ｎ型基板およびｎ型基板上に形成されたｎ型光吸収
層 ２ ｎ型アバランシェ増倍層 ３ ｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層 ４ ｐ+ 型コンタクト層 ５ ガードリング層
層 ２ ｎ型アバランシェ増倍層 ３ ｎ型エッチングストップ層兼スペーサ層 ４ ｐ+ 型コンタクト層 ５ ガードリング層
Claims (6)
- 【請求項１】 光吸収層とアバランシェ増倍層と高不純
物濃度の受光側コンタクト層を含む積層構造を有し、該
コンタクト層だけがその層厚だけ周囲よりメサ状に突出
して受光領域に設けられていることを特徴とするアバラ
ンシェフォトダイオード。 - 【請求項２】 高不純物濃度の受光側コンタクト層の直
下とその周囲に、キャリアの平均自由行程より薄く該コ
ンタクト層とは反対導電型のスペーサ層を有することを
特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオー
ド。 - 【請求項３】 高不純物濃度の受光側コンタクト層がＩ
ｎＰ、アバランシェ増倍層がＩｎＰ、スペーサ層がＡｌ
ＩｎＡｓまたはＩｎＧａＡｓで形成されていることを特
徴とする請求項２記載のアバランシェフォトダイオー
ド。 - 【請求項４】 高不純物濃度の受光側コンタクト層の周
縁の段差部を完全に包含してガードリング層が形成され
ていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか一つに記載のアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項５】 光吸収層とアバランシェ増倍層と高不純
物濃度の受光側コンタクト層を含む積層構造を有するア
バランシェフォトダイオードの製造方法であって、該コ
ンタクト層を、該コンタクト層内の不純物の拡散が無視
できる程度の低温において成長することを特徴とするア
バランシェフォトダイオードの製造方法。 - 【請求項６】 光吸収層とアバランシェ増倍層と高不純
物濃度の受光側コンタクト層を含む積層構造を有するア
バランシェフォトダイオードの製造方法であって、該コ
ンタクト層を全面に成長した後、該コンタクト層の受光
領域の周囲に延在する部分を、該コンタクト層の直下に
設けた、キャリアの平均自由行程より薄く該コンタクト
層とは反対導電型のスペーサ層をエッチングストップ層
として選択的にエッチング除去し、その厚さだけ周囲よ
りメサ状に突出した構造を形成することを特徴とするア
バランシェフォトダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127764A JPH05102517A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | アバランシエフオトダイオードとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127764A JPH05102517A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | アバランシエフオトダイオードとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102517A true JPH05102517A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=14968121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3127764A Withdrawn JPH05102517A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | アバランシエフオトダイオードとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05102517A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5552629A (en) * | 1994-03-22 | 1996-09-03 | Nec Corporation | Superlattice avalance photodiode |
| WO2005078809A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nec Corporation | 半導体受光素子 |
| WO2018212175A1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光電変換素子および撮像素子 |
| JP2021034644A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子 |
| JP2022524628A (ja) * | 2019-03-12 | 2022-05-09 | デファン リミテッド ライアビリティ カンパニー | アバランシェ光検出器（変形形態）およびこれを製造するための方法（変形形態） |
-
1991
- 1991-05-30 JP JP3127764A patent/JPH05102517A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5552629A (en) * | 1994-03-22 | 1996-09-03 | Nec Corporation | Superlattice avalance photodiode |
| WO2005078809A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nec Corporation | 半導体受光素子 |
| US7560751B2 (en) | 2004-02-13 | 2009-07-14 | Nec Corporation | Semiconductor photo-detecting element |
| WO2018212175A1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光電変換素子および撮像素子 |
| CN110546766A (zh) * | 2017-05-15 | 2019-12-06 | 索尼半导体解决方案公司 | 光电转换器件和摄像器件 |
| JPWO2018212175A1 (ja) * | 2017-05-15 | 2020-03-19 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光電変換素子および撮像素子 |
| US10964737B2 (en) | 2017-05-15 | 2021-03-30 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Photoelectric conversion device and imaging device |
| CN110546766B (zh) * | 2017-05-15 | 2023-11-14 | 索尼半导体解决方案公司 | 光电转换器件和摄像器件 |
| JP2022524628A (ja) * | 2019-03-12 | 2022-05-09 | デファン リミテッド ライアビリティ カンパニー | アバランシェ光検出器（変形形態）およびこれを製造するための方法（変形形態） |
| JP2021034644A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |