JPH065786B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH065786B2 JPH065786B2 JP59127775A JP12777584A JPH065786B2 JP H065786 B2 JPH065786 B2 JP H065786B2 JP 59127775 A JP59127775 A JP 59127775A JP 12777584 A JP12777584 A JP 12777584A JP H065786 B2 JPH065786 B2 JP H065786B2
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- 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
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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、低雑音で信頼性の高
いフォト・ダイオード（以下ＰＤと呼ぶ）あるいはアバ
ランシエ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと呼び）の構
造に関するものである。
特に光検出器として高速、高感度、低雑音で信頼性の高
いフォト・ダイオード（以下ＰＤと呼ぶ）あるいはアバ
ランシエ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと呼び）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
のであり、高原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。
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
のであり、高原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り、当然のことながらIII
−Ｖ化合物半導体によって広い波長域に渡ってのＰＤ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III−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
熟であり、高い逆バイアス印加により安定したアバラン
シェ動作を行なわしめることは困難である。
波長域のものが得られつつあり、当然のことながらIII
−Ｖ化合物半導体によって広い波長域に渡ってのＰＤ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III−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
熟であり、高い逆バイアス印加により安定したアバラン
シェ動作を行なわしめることは困難である。
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。
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53−87850号の明細書あるいは特開昭5
3−87358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ヘテロ小僧によるものであり、 その第２は光吸収層とはすくなくも離れた増倍域をもつ
もので特願昭54−39169号において提案された。
3−87358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ヘテロ小僧によるものであり、 その第２は光吸収層とはすくなくも離れた増倍域をもつ
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り、InP−InGaAsP系材料を用いて製
作した一例である。まずn+-InP基盤１１の上に液相エピ
タキシャル（ＬＰＥ）法等により数μｍの厚さのn+InP
層１２を形成し、次に膜厚５μｍ、不純物濃度２×１０
１６cm-3のｎ形In0.79Ga0.21As0.47Po0.53層１３（以下
InGaAsPと略記する。）さらに不純物濃度１×１０１６c
m-3のｎ形Inp層１４をエピタキシャル成長する。次にSi
3N4、SiO2等の選択拡散マスク１５をつけ、Cd拡散を行
ないＰ形領域１６とｐ−ｎ接合面１７がえられる。さら
に再び絶縁用Si3N4あるいはSiO2膜１５１を形成し、電
極取り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。
た構造の断面図であり、InP−InGaAsP系材料を用いて製
作した一例である。まずn+-InP基盤１１の上に液相エピ
タキシャル（ＬＰＥ）法等により数μｍの厚さのn+InP
層１２を形成し、次に膜厚５μｍ、不純物濃度２×１０
１６cm-3のｎ形In0.79Ga0.21As0.47Po0.53層１３（以下
InGaAsPと略記する。）さらに不純物濃度１×１０１６c
m-3のｎ形Inp層１４をエピタキシャル成長する。次にSi
3N4、SiO2等の選択拡散マスク１５をつけ、Cd拡散を行
ないＰ形領域１６とｐ−ｎ接合面１７がえられる。さら
に再び絶縁用Si3N4あるいはSiO2膜１５１を形成し、電
極取り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１７
がＩｎｐ層１４中にあり、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。
がＩｎｐ層１４中にあり、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。
こうするこ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54−39169号に
詳しいが、要約すればＩｎｐがInGaAsPに較べ禁制帯幅
が大きくｐ−ｎ接合１７の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１４内でおこり、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InGaAs
P１３に空乏層が達し、禁制帯幅が小さいだけ低電圧の
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図の構造により得られるためである。
するＡＰＤが得られることは前記特願昭54−39169号に
詳しいが、要約すればＩｎｐがInGaAsPに較べ禁制帯幅
が大きくｐ−ｎ接合１７の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１４内でおこり、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InGaAs
P１３に空乏層が達し、禁制帯幅が小さいだけ低電圧の
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図の構造により得られるためである。
しかし、第１図に示した構造のＡＰＤの製造歩留りはき
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のヘテロ界面１
８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InGaA
sP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。従ってこの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。
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のヘテロ界面１
８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InGaA
sP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。従ってこの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
留りの大幅な向上をもたらすＰＤ，ＡＰＤ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。
留りの大幅な向上をもたらすＰＤ，ＡＰＤ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
とほぼ同一の組成を有し、しかも禁制帯幅が前記超格子
層の実効的禁制帯幅よりも大きい混晶層が設けられ、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。
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
とほぼ同一の組成を有し、しかも禁制帯幅が前記超格子
層の実効的禁制帯幅よりも大きい混晶層が設けられ、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の構造断面図である。
本発明の基本的構造を示すＡＰＤの構造断面図である。
n+GaAs基板２２１の上にn+GaAs層２２２、ｎ−形GaAs層
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GaAs層
２０ÅとAlAs１３Åが交互に積層した９００層から成り
全層厚約1.5μｍとした。
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GaAs層
２０ÅとAlAs１３Åが交互に積層した９００層から成り
全層厚約1.5μｍとした。
次にSiO2あるいはSi3N4膜等をGaAS／AlAs超格子層２２
４の表面に３００℃程度の低温でプラズマＣＶＤ法用い
を形成した。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５μｍに集束したアルゴン・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、
走査線の間隔は５μｍとし走査はプログラマブルな自動
走査機構を用いる。次に前記したSiO2膜あるいはSi3N4
膜上にフォトレジストをぬり、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２
７ａ−Ｓ−９、P419、1978年）により５３０℃でZnを表
面より１μｍの深さまで拡散して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７０
００Åであったのに対し混晶部2241で6500Å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にあり超格子層であると
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。
４の表面に３００℃程度の低温でプラズマＣＶＤ法用い
を形成した。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５μｍに集束したアルゴン・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、
走査線の間隔は５μｍとし走査はプログラマブルな自動
走査機構を用いる。次に前記したSiO2膜あるいはSi3N4
膜上にフォトレジストをぬり、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２
７ａ−Ｓ−９、P419、1978年）により５３０℃でZnを表
面より１μｍの深さまで拡散して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７０
００Åであったのに対し混晶部2241で6500Å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にあり超格子層であると
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
りかつ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１０
cm-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１０５Ｖと見つもることができた。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。
GaAs層２２３の順番で禁制帯幅は大から小に変化してお
りかつ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１０
cm-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１０５Ｖと見つもることができた。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。
以下本発明は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ヘテ
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InP−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。
施例について述べたが本発明は逆バイアス動作するヘテ
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InP−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ｎとある
ところをｐを変換しても同様の効果はあることも明らか
である。
ところをｐを変換しても同様の効果はあることも明らか
である。
また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、He，Ｈ，Ｏ等のイオンビー
ム，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。
ームアニールでもよいし、He，Ｈ，Ｏ等のイオンビー
ム，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n--GaAs層２２３の一部を
混晶化したりすることがあるが、それでも本発明の目的
は達成できる。
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n--GaAs層２２３の一部を
混晶化したりすることがあるが、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
わたり均一なブレーク・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がえられた。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。
わたり均一なブレーク・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がえられた。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。
第１図および第２図はそれぞれ従来のＡＰＤ、本発明の
ＡＰＤの構造を示す断面図である。各図で、 １１はn+形Inp基板 １２はn+形InP層 １３はn-形InGaAsP層 １４はn-形InP層 １５はSiO2又はSi3N4膜 151はSi3N4又はSiO2膜 １６はｐ形領域 １７はｐ−ｎ接合 １８はInPとInGaAsP層の界面 １９はｐ形電極 ２０はｎ形電極 ２１はリード線 221はn+GaAs基板 222はn+GaAs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。
ＡＰＤの構造を示す断面図である。各図で、 １１はn+形Inp基板 １２はn+形InP層 １３はn-形InGaAsP層 １４はn-形InP層 １５はSiO2又はSi3N4膜 151はSi3N4又はSiO2膜 １６はｐ形領域 １７はｐ−ｎ接合 １８はInPとInGaAsP層の界面 １９はｐ形電極 ２０はｎ形電極 ２１はリード線 221はn+GaAs基板 222はn+GaAs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。
Claims (1)
- 【請求項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
ほぼ同一の組成を有し、しかも禁制帯幅が前記超格子層
の実効的禁制帯幅よりも大きい混晶層が設けられ、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59127775A JPH065786B2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59127775A JPH065786B2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS616876A JPS616876A (ja) | 1986-01-13 |
| JPH065786B2 true JPH065786B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=14968380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59127775A Expired - Lifetime JPH065786B2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065786B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2633921B2 (ja) * | 1988-09-12 | 1997-07-23 | 日本電信電話株式会社 | 導波路付光デバイス装置の製造方法 |
-
1984
- 1984-06-21 JP JP59127775A patent/JPH065786B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS616876A (ja) | 1986-01-13 |
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