JP2001308369A - Photodiode - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光吸収層を透過し
た光を反射させる分布反射層を備えたフォトダイオード
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodiode having a distributed reflection layer for reflecting light transmitted through a light absorption layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は,特開昭61−2229371号
公報に示された従来例のフォトダイオードの構成を示す
断面図である。図3の従来例のフォトダイオードは、n
+−InP半導体基板1の上に、分布反射器19を介し
て、n+−InPバッファー層、n--GaInAs光吸収
層3、n-−InP層5が積層され、そのn-−InP層
5の一部に拡散あるいはイオン注入によるp導電領域9
が形成されて構成される。また、従来例のフォトダイオ
ードにおいて、p導電領域9の周りには、電界の集中を
緩和するための、例えばBeが拡散又はイオン注入され
てなるガードリング10が形成され、p導電領域9の表
面の受光部分にはSiN無反射コーティング膜7が形成
され、さらにそのSiN無反射コーティング膜7の周り
にはp電極17が形成されている。尚、n電極18はn
+−InP半導体基板1の下面に形成される。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional photodiode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2229371. The conventional photodiode shown in FIG.
An n + -InP buffer layer, an n -- GaInAs light absorbing layer 3 and an n -- InP layer 5 are stacked on a + -InP semiconductor substrate 1 via a distributed reflector 19, and the n -- InP layer is formed. P-type conductive region 9 by diffusion or ion implantation in part of 5
Is formed. In the conventional photodiode, a guard ring 10 formed by, for example, diffusion or ion implantation of Be is formed around the p-conductive region 9 to alleviate the concentration of the electric field. The SiN anti-reflection coating film 7 is formed on the light-receiving portion of, and a p-electrode 17 is formed around the SiN anti-reflection coating film 7. The n electrode 18 is n
+ -Formed on the lower surface of the InP semiconductor substrate 1.
【0003】以上のように構成された従来例のフォトダ
イオードにおいて、被検出光6は、無反射コーティング
膜7を介してフォトダイオードに入射され、その入射さ
れた被検出光の一部が光吸収層3で吸収されて、電子−
正孔対すなわち光キャリアに変換される。この時、光吸
収層3で吸収されずにその層3を透過した光は分布反射
器19に到達する。ここで、分布反射器19は、入射光
を効率良く反射するように、例えば、InP/GaIn
AsPからなり、この分布反射器19により一部の光は
反射され,再度光吸収層3に入射されて吸収される。In the conventional photodiode configured as described above, the light to be detected 6 is incident on the photodiode via the anti-reflection coating film 7, and a part of the light to be detected is absorbed by light. The electrons absorbed in layer 3
It is converted into a hole pair, ie, a photocarrier. At this time, light transmitted through the light absorption layer 3 without being absorbed by the light absorption layer 3 reaches the distribution reflector 19. Here, the distribution reflector 19 is, for example, InP / GaIn so as to efficiently reflect incident light.
Part of the light is reflected by the distributed reflector 19, and is again incident on the light absorbing layer 3 and absorbed.
【0004】この光吸収層3で生成された正孔は、n-
−InP層5の高電界領域でアバランシェ増倍を受け,
高利得で外部電流として取り出される。図3のフォトダ
イオードでは、このようにして入射される光に対応した
電流が出力されて光が検出される。被検出光6が、光吸
収層3にて吸収される割合(光吸収率)ηは、光吸収層
3の厚みをW、吸収係数をα、分布反射器19の反射率
をRとして次の式(1)で与えられる。The holes generated in the light absorbing layer 3 are n −
Avalanche multiplication in the high electric field region of the InP layer 5;
It is extracted as an external current with high gain. In the photodiode of FIG. 3, a current corresponding to the incident light is output and light is detected. The ratio (light absorptance) η of the light to be detected 6 absorbed by the light absorbing layer 3 is represented by the following equation, where W is the thickness of the light absorbing layer 3, α is the absorption coefficient, and R is the reflectance of the distributed reflector 19. It is given by equation (1).
【0005】 η=(1−Exp[-αW])(1+R Exp[-αW]) 式(1)Η = (1−Exp [−αW]) (1 + R Exp [−αW]) Equation (1)
【0006】この式(1)によれば、被検出光の波長λ
を1.55μmとし,吸収係数αを6800cm-1とす
ると、η=0.9を得るためには、R=0の時で、光吸
収層3は、およそ3.4μmの厚みWを必要とし、R=
0.8の時で、およそ2.0μmの厚みWを必要とす
る。このように、光吸収層3における光吸収率ηは、光
吸収層3の厚さWを厚くすれば大きくでき受光感度を高
くできるが、光吸収層3の厚さWを厚くすると、印加す
る電圧(使用電圧)を高くする必要があり、また高速応
答性が劣化するという問題が生じる。したがって、印加
する電圧(使用電圧)を低く抑え、かつ高速応答性を確
保するためには、光吸収層3の厚さを薄くしてかつ光吸
収率ηを大きくする必要があるので、分布反射層19に
おける反射率Rを大きくする必要がある。According to equation (1), the wavelength λ of the light to be detected is
Is 1.55 μm and the absorption coefficient α is 6800 cm −1 , in order to obtain η = 0.9, the light absorption layer 3 needs a thickness W of about 3.4 μm when R = 0. , R =
At the time of 0.8, a thickness W of about 2.0 μm is required. As described above, the light absorption rate η in the light absorbing layer 3 can be increased by increasing the thickness W of the light absorbing layer 3 and the light receiving sensitivity can be increased. However, when the thickness W of the light absorbing layer 3 is increased, the light absorption rate η is increased. It is necessary to increase the voltage (operating voltage), and the high-speed response deteriorates. Therefore, in order to keep the applied voltage (operating voltage) low and to ensure high-speed response, it is necessary to reduce the thickness of the light absorption layer 3 and increase the light absorption rate η. It is necessary to increase the reflectance R in the layer 19.
【0007】この分布反射層19はλ/4厚の多重周期
構造よりなる分布反射器により構成されるが、その反射
率Rは,垂直入射の場合,周期数をq,低屈折率層の屈
折率をn1,高屈折率層の屈折率をn2,入射側および通
過側に位置する層の屈折率をそれぞれn0,n3とすると
次の式(2)で与えられる。The distributed reflection layer 19 is composed of a distributed reflector having a λ / 4 thick multi-periodic structure. Assuming that the refractive index is n 1 , the refractive index of the high refractive index layer is n 2 , and the refractive indexes of the layers located on the incident side and the passing side are n 0 and n 3 , respectively, are given by the following equation (2).
【0008】 R=(n0 n2 p −n3 n1 p )/(n0 n2 p + n3 n1 p ) 式(2)[0008] R = (n 0 n 2 p -n 3 n 1 p) / (n 0 n 2 p + n 3 n 1 p) Equation (2)
【0009】分布反射器19をInP/GaInAsP
で構成した場合、InPの屈折率を3.15、InGa
AsPの屈折率を3.43とすると、R>0.9を達成
するためには,35周期必要であり,分布反射器の総厚
は,8.26μmとなる。この層厚を減少させるために
は、屈折率差の高い周期構造とする事が有効であるが、
使用可能な半導体は格子整合させることができる半導体
に限定される。すなわち、この格子整合が可能な半導体
の屈折率は3〜4の範囲にあるため、屈折率差の高い周
期構造とする事には限界があり、大きな改善は見込めな
い。The distributed reflector 19 is made of InP / GaInAsP.
, The refractive index of InP is 3.15 and InGa
Assuming that the refractive index of AsP is 3.43, 35 cycles are required to achieve R> 0.9, and the total thickness of the distributed reflector is 8.26 μm. In order to reduce this layer thickness, it is effective to use a periodic structure having a high refractive index difference,
Usable semiconductors are limited to those that can be lattice-matched. That is, since the refractive index of the semiconductor capable of lattice matching is in the range of 3 to 4, there is a limit to a periodic structure having a high refractive index difference, and no significant improvement can be expected.
【0010】したがって、従来のフォトダイオードにお
いて、フォトダイオードの感度を低下させる事なく動作
電圧の減少させかつ応答の高速化を実現するためには、
光吸収層を薄膜化して、光吸収層3の膜厚の減少分の5
倍強の厚みの分布反射器を設ける必要があった。Therefore, in the conventional photodiode, in order to reduce the operating voltage without decreasing the sensitivity of the photodiode and to realize a high-speed response,
By reducing the thickness of the light absorbing layer, the thickness of the light absorbing layer 3 is reduced by 5
It was necessary to provide a distribution reflector of twice the thickness.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のように、光吸収層を薄膜化して、光吸収層3の膜厚の
減少分の5倍強の厚みの分布反射器を設ける方法では、
成長に時間がかかり、さらに、厚膜の増加に伴い歪み、
欠陥などが生じやすくなり素子全体の結晶品質が下がっ
て素子特性に悪影響を及ぼすなどの問題点があった。ま
た,金属膜を反射膜として用いる方法もあるが、その方
法によっても、通常金属反射膜では、50〜60%程度
の反射率しか得られないため,吸収層をあまり薄くでき
ないなどの問題点があった。したがって、感度を低下さ
せることなく、動作電圧を低くしかつ応答の高速化を実
現することは困難であった。However, as in the prior art, the method of thinning the light absorbing layer and providing a distributed reflector having a thickness more than five times the thickness of the light absorbing layer 3 is as follows.
It takes a long time to grow, and furthermore, the strain increases as the thickness increases,
Defects and the like are likely to occur, and the crystal quality of the entire device is reduced, which has a problem of adversely affecting device characteristics. There is also a method in which a metal film is used as a reflection film. However, even with this method, a metal reflection film usually has a reflectance of only about 50 to 60%, so that there is a problem that the absorption layer cannot be made very thin. there were. Therefore, it has been difficult to reduce the operating voltage and increase the response speed without lowering the sensitivity.
【0012】そこで、本発明は、感度が高く、かつ動作
電圧を低くできしかも高速応答が可能なフォトダイオー
ドを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photodiode having high sensitivity, low operating voltage, and high-speed response.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係るフォトダイオードは、光吸収層を含
む複数の半導体と、該光吸収層を透過した光を上記光吸
収層に向けて反射させる分布反射層とを備えたフォトダ
イオードであって、上記分布反射層は、上記半導体とは
格子整合しない材料からなりかつ一方の面で上記複数の
半導体のうちの1つの半導体のみと接していることを特
徴とする。このように構成すると、上記半導体とは格子
整合しない種々の材料を選択して分布反射層を形成する
ことができる。ここで、上記分布反射層は、2種又は2
種以上の誘電体層を用いて構成されていてもよい。In order to achieve the above object, a photodiode according to the present invention comprises a plurality of semiconductors including a light absorbing layer and a light transmitted through the light absorbing layer. A distributed reflection layer for reflecting light toward the semiconductor, wherein the distributed reflection layer is made of a material that is not lattice-matched with the semiconductor and has only one semiconductor of the plurality of semiconductors on one surface. Is characterized by being in contact with. With this configuration, the distributed reflection layer can be formed by selecting various materials that are not lattice-matched with the semiconductor. Here, the distributed reflection layer is composed of two types or two types.
It may be configured using at least one kind of dielectric layer.
【0014】また、本発明のフォトダイオードにおい
て、上記分布反射層は、互いに屈折率が異なりかつそれ
ぞれ誘電体からなる第1の層と第2の層とを交互に積層
することにより構成してもよい。Further, in the photodiode of the present invention, the distributed reflection layer may be formed by alternately stacking first and second layers each having a different refractive index from each other and made of a dielectric material. Good.
【0015】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記分布反射層は、ZnSe層とMgF2層とを
交互に積層することにより構成することが好ましい。In the photodiode according to the present invention, it is preferable that the distributed reflection layer is formed by alternately stacking ZnSe layers and MgF 2 layers.
【0016】さらに、本発明のフォトダイオードにおい
て、上記光吸収層は、半導体基板上にエピタキシャル成
長させることにより形成し、上記分布反射層はエピタキ
シャル成長以外の方法で形成することができる。Further, in the photodiode of the present invention, the light absorption layer can be formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate, and the distributed reflection layer can be formed by a method other than epitaxial growth.
【0017】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記分布反射層を上記複数の半導体層を介して半
導体基板の上面に形成して、上記半導体基板の下面から
光を入射させるように構成することができる。Further, in the photodiode according to the present invention, the distributed reflection layer is formed on the upper surface of the semiconductor substrate via the plurality of semiconductor layers, and light is incident from the lower surface of the semiconductor substrate. Can be.
【0018】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記光吸収層を含む半導体層は、半導体基板の一
方の面に形成し、上記分布反射層は上記半導体基板の他
方の面に形成するように構成してもよい。また、この場
合、上記分布反射層は、上記半導体基板の他方の面に半
導体基板の一部を除去することにより形成された凹部に
形成することが好ましい。In the photodiode according to the present invention, the semiconductor layer including the light absorbing layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, and the distributed reflection layer is formed on the other surface of the semiconductor substrate. You may comprise. In this case, it is preferable that the distributed reflection layer is formed in a concave portion formed by removing a part of the semiconductor substrate on the other surface of the semiconductor substrate.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態のフォトダイオードについて説明す
る。 実施の形態1.図1は、本発明に係る実施の形態1の半
導体アバランシェフォトダイオードの構成を示す断面図
である。この実施の形態1のフォトダイオードは、基板
の裏面から入射される1.3〜1.6μm帯の光に対し
て動作する裏面入射型のフリップチップ構造素子であっ
て、以下のような特徴を有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A photodiode according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of the semiconductor avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention. The photodiode according to the first embodiment is a back-illuminated flip-chip structure element that operates with respect to light in the 1.3 to 1.6 μm band incident from the back surface of the substrate, and has the following features. Have.
【0020】すなわち、実施の形態1の半導体アバラン
シェフォトダイオードは、(1)分布反射器8をその一
方の面でp導電領域9と接し、分布反射器8の他方の面
は他の半導体層と接しないように形成することが可能な
構造とすることにより、分布反射器8をp導電領域9等
の半導体層と格子整合しない材料を用いかつエピタキシ
ャル成長方法以外の方法で形成することを可能にしたこ
とを第1の特徴とし、(2)その第1の特徴を生かし
て、分布反射器8をp導電領域9等と格子整合しない材
料であるZnSe層とMgF2層とを交互に積層するこ
とにより形成することにより、高い反射率を有する分布
反射器8を形成したことを第2の特徴としている。That is, in the semiconductor avalanche photodiode of the first embodiment, (1) the distributed reflector 8 is in contact with the p conductive region 9 on one surface, and the other surface of the distributed reflector 8 is in contact with the other semiconductor layer. By adopting a structure that can be formed so as not to contact, the distributed reflector 8 can be formed using a material that does not lattice match with the semiconductor layer such as the p conductive region 9 and by a method other than the epitaxial growth method. (2) By taking advantage of the first feature, the distributed reflector 8 is formed by alternately stacking a ZnSe layer and a MgF 2 layer, which are materials that are not lattice-matched with the p conductive region 9 and the like. The second characteristic is that the distributed reflector 8 having a high reflectance is formed by forming the reflector.
【0021】詳細に説明すると、実施の形態1の半導体
アバランシェフォトダイオードでは、裏面にSiN無反
射コーティング膜7が形成されたn+−InP半導体基
板1の上(表面)にn+−InPバッファー層2を介し
てn-−GaInAs光吸収層3、GaxIn1-xAsyP
1-y 単層あるいは複数層よりなる遷移層4、n-−In
P層5が順次積層され、そのn+−InPバッファー層
2、n-−GaInAs光吸収層3、遷移層4及びn-−
InP層5からなる積層部分が光検出部20とn電極形
成部21に分離される。More specifically, in the semiconductor avalanche photodiode according to the first embodiment, an n + -InP buffer layer is formed on (front surface) an n + -InP semiconductor substrate 1 having a SiN anti-reflection coating film 7 formed on the back surface. through 2 n - -GaInAs light absorbing layer 3, Ga x in 1-x As y P
Transition layer 4 composed of 1-y single layer or plural layers, n − −In
P layer 5 are sequentially stacked, the n + -InP buffer layer 2, n - -GaInAs light absorbing layer 3, a transition layer 4 and the n - -
The layered portion composed of the InP layer 5 is separated into a photodetection section 20 and an n-electrode formation section 21.
【0022】そして、光検出部20におけるn-−In
P層5の一部分にp型不純物を拡散あるいはイオン注入
することによりp導電領域9が形成され、そのp導電領
域9の中央部に分布反射器8が形成されその分布反射器
8の周りでp導電領域9に接触するようにpコンタクト
電極11が形成される。尚、p導電領域9の周りには、
電界の集中を緩和するための、例えばBeが拡散又はイ
オン注入されてなるガードリング10が形成される。さ
らに、光検出部20には、p導電領域9の表面を露出さ
せるように開口部を有するSiN膜14が形成され、分
布反射器8及びpコンタクト電極11はその開口部にお
いてp導電領域9に接するように形成される。そして、
本実施の形態1のフォトダイオードにおいては、分布反
射器8を覆いかつpコンタクト電極11と電気的に導通
するように、例えばAuSnからなるバンプ電極13が
形成される。The n --In in the photodetector 20 is
A p-type impurity is diffused or ion-implanted into a part of the P layer 5 to form a p-type conductive region 9, and a distributed reflector 8 is formed in the center of the p-type conductive region 9. P contact electrode 11 is formed so as to be in contact with conductive region 9. Incidentally, around the p conductive region 9,
A guard ring 10 formed by, for example, diffusing or ion-implanting Be to reduce the concentration of the electric field is formed. Further, a SiN film 14 having an opening so as to expose the surface of the p-conductive region 9 is formed in the light detection unit 20, and the distributed reflector 8 and the p-contact electrode 11 are connected to the p-conductive region 9 at the opening. It is formed so that it may contact. And
In the photodiode of the first embodiment, a bump electrode 13 made of, for example, AuSn is formed so as to cover the distributed reflector 8 and be electrically connected to the p-contact electrode 11.
【0023】また、実施の形態1のフォトダイオードに
おいて、n電極形成部21にはn-−GaInAs光吸
収層3、遷移層4及びn-−InP層5に接するよう
に、例えば、AuGeからなるnコンタクト電極12が
形成される。そして、n電極形成部21には、n電極形
成部21の上面のnコンタクト電極12上に開口部を有
しかつ光検出部20のSiN膜14と連続したSiN膜
14が形成され、その開口部でnコンタクト電極12に
電気的に導通するバンプ電極13が形成される。In the photodiode of the first embodiment, the n-electrode forming portion 21 is made of, for example, AuGe so as to be in contact with the n − -GaInAs light absorbing layer 3, the transition layer 4 and the n − -InP layer 5. An n-contact electrode 12 is formed. Then, in the n-electrode forming portion 21, an SiN film 14 having an opening on the n-contact electrode 12 on the upper surface of the n-electrode forming portion 21 and continuous with the SiN film 14 of the photodetecting portion 20 is formed. The bump electrode 13 electrically connected to the n-contact electrode 12 is formed at the portion.
【0024】ここで、特に本実施の形態1において、上
述したように、分布反射器8を、所望の波長に対して高
い反射率を有するように、ZnSe層とMgF2層とを
交互に所定の周期構造で積層することにより形成したこ
とを特徴とし、これにより、反射特性に優れた分布反射
器を構成することができる。具体的には、ZnSeの屈
折率は、2.46であり、MgF2 の屈折率は1.38
でありその屈折率差が大きいので、4周期、層厚1.7
5μmの膜により、1.3〜1.6μm帯の光に対して反
射率90%の反射特性に優れた分布反射器を構成するこ
とができる。Here, in particular, in the first embodiment, as described above, the distributed reflector 8 is formed by alternately forming the ZnSe layer and the MgF 2 layer so as to have a high reflectance for a desired wavelength. Thus, a distributed reflector having excellent reflection characteristics can be formed. Specifically, the refractive index of ZnSe is 2.46, and the refractive index of MgF 2 is 1.38.
Since the refractive index difference is large, four periods and a layer thickness of 1.7
With a film having a thickness of 5 μm, a distributed reflector excellent in reflection characteristics with a reflectivity of 90% for light in the 1.3 to 1.6 μm band can be formed.
【0025】以上のように構成された実施の形態1のフ
ォトダイオードにおいて、被検出光6はSiN無反射コ
ーティング膜7を通して入射し、その一部は光吸収層3
によって吸収されて電子−正孔対、すなわち光キャリア
を発生する。また、光吸収層3において吸収されずに透
過した光は,高い反射率を有する分布反射器8により反
射され、再び光吸収層3に入射されて電子−正孔対を発
生する。In the photodiode according to the first embodiment configured as described above, the light to be detected 6 enters through the SiN anti-reflection coating film 7, and a part of the light 6 enters the light absorption layer 3.
To generate electron-hole pairs, that is, photocarriers. The light transmitted through the light absorption layer 3 without being absorbed is reflected by the distributed reflector 8 having a high reflectance, and is again incident on the light absorption layer 3 to generate an electron-hole pair.
【0026】以上のように、本実施の形態1のフォトダ
イオードは、上述の高い反射率を有する分布反射器8を
備えているので、従来例のフォトダイオードより薄い光
吸収層3により、従来例と同等の感度が得られる。この
ように、従来例より薄い光吸収層により従来例と同等の
感度が得られるので、必要な感度を保ったまま、動作電
圧を低くできしかも高速応答を可能にできる。As described above, the photodiode according to the first embodiment is provided with the above-mentioned distributed reflector 8 having a high reflectivity. The same sensitivity is obtained. As described above, the sensitivity equivalent to that of the conventional example can be obtained by the light absorbing layer thinner than that of the conventional example, so that the operating voltage can be reduced and the high-speed response can be achieved while maintaining the required sensitivity.
【0027】以上の実施の形態1のフォトダイオードで
は、分布反射器8をInP層5上に形成するようにした
が、本発明はこれに限られるものではなく、InP層5
の一部を除去してその除去した部分に形成するようにし
てもよい。この場合、制御性よくInP層5を除去する
ために、薄い半導体層からなるエッチングストッパー
層、例えばGaInAsエッチングストップ層を設け
て、InP層5を選択的に溶解するようなエッチング液
を用いることもできる。In the photodiode of the first embodiment, the distributed reflector 8 is formed on the InP layer 5, but the present invention is not limited to this.
May be removed and formed on the removed portion. In this case, in order to remove the InP layer 5 with good controllability, it is also possible to provide an etching stopper layer made of a thin semiconductor layer, for example, a GaInAs etching stop layer, and use an etching solution that selectively dissolves the InP layer 5. it can.
【0028】また、実施の形態1では、アバランシェフ
ォトダイオードについて説明したが、本発明はこれに限
らず、pnあるいはpin型のフォトダイオードであっ
てもよく、他の型のフォトダイオードであっても実施の
形態1と同様の作用効果が得られる。また、実施の形態
1では、1.3〜1.6μm帯のアバランシェフォトダ
イオードについて説明したが,その他の波長帯のフォト
ダイオードであってもよく、他の波長のフォトダイオー
ドであっても、実施の形態1と同様の作用効果が得られ
る。In the first embodiment, the avalanche photodiode has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be a pn or pin type photodiode, or may be another type of photodiode. The same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. In the first embodiment, the avalanche photodiode in the 1.3 to 1.6 μm band has been described. However, the present invention may be applied to a photodiode of another wavelength band or a photodiode of another wavelength. The same function and effect as those of the first embodiment can be obtained.
【0029】また、上記実施の形態1では,ZnSeと
MgF2よりなる分布反射器8を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、他の誘電体を用いて構成し
てもよい。本発明において分布反射器8の材料として用
いることができる誘電体材料は、使用する光の波長帯に
おいて吸収が低く他方の材料との屈折率差を大きくする
ことが可能な誘電体であり、好ましい例を挙げれば、例
えば、SiO2、SiN等であり、好ましい組み合わせ
としては、(1)ZnSeとSiO2、(2)ZnSe
とSiN、(3)MgF2とSiO2、(4)MgF2と
SiN等が挙げられる。Further, in the first embodiment, the distributed reflector 8 made of ZnSe and MgF 2 is used. However, the present invention is not limited to this, and it may be configured using another dielectric. . The dielectric material that can be used as the material of the distributed reflector 8 in the present invention is a dielectric material that has low absorption in the wavelength band of light to be used and can increase the refractive index difference from the other material, and is preferable. Examples include, for example, SiO 2 , SiN, and the like. Preferred combinations are (1) ZnSe and SiO 2 , and (2) ZnSe.
And SiN, (3) MgF 2 and SiO 2 , and (4) MgF 2 and SiN.
【0030】実施の形態2.次に、図2を参照しなが
ら、本発明に係る実施の形態2の半導体アバランシェフ
ォトダイオードについて説明する。ここで、図2におい
て、図1と同一の符号を付したものは、同一またはこれ
に相当するものである。Embodiment 2 FIG. Next, a semiconductor avalanche photodiode according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 2, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or corresponding components.
【0031】この実施の形態2の半導体アバランシェフ
ォトダイオードは、InP基板1上面にエピタキシャル
成長により成膜する必要がある各半導体層を順次成長さ
せて光検出部分を構成し、その光検出部分の反対側のI
nP基板1の下面に分布反射器8形成するようにしたこ
とにより、分布反射器8を上記半導体層と格子整合しな
い材料を用いかつエピタキシャル成長方法以外の方法で
形成することを可能にしたことを特徴としている。尚、
本実施の形態2のフォトダイオードでは、その特徴を生
かして、分布反射器8をp導電領域9等と格子整合しな
い材料であるZnSe層とMgF2層とを交互に積層す
ることにより形成することにより、高い反射率を有する
分布反射器8を形成している。The semiconductor avalanche photodiode according to the second embodiment forms a light detecting portion by sequentially growing each semiconductor layer which needs to be formed by epitaxial growth on the upper surface of the InP substrate 1, and forms a light detecting portion on the opposite side of the light detecting portion. I
By forming the distributed reflector 8 on the lower surface of the nP substrate 1, the distributed reflector 8 can be formed using a material that does not lattice match with the semiconductor layer and by a method other than the epitaxial growth method. And still,
In the photodiode of the second embodiment, taking advantage of the characteristics, the distributed reflector 8 is formed by alternately laminating a ZnSe layer and a MgF 2 layer, which are materials that are not lattice-matched with the p conductive region 9 and the like. Thus, the distributed reflector 8 having a high reflectance is formed.
【0032】詳細に説明すると、実施の形態2の半導体
アバランシェフォトダイオードでは、n+−InP半導
体基板1の上面にn+−InPバッファー層2を介して
n-−GaInAs光吸収層3、GaxIn1-xAsyP
1-y 単層あるいは複数層よりなる遷移層4、n-−In
P層5が順次積層され、そのn-−InP層5の一部分
にp型不純物を拡散あるいはイオン注入することにより
p導電領域9が形成されて、光電変換部分が構成され
る。ここで、pコンタクト電極17はp導電領域9の周
辺部上にp+−GaInAsコンタクト層16を介して
形成される。また、p導電領域9の表面を含むn-−I
nP層5の表面にはSiN無反射膜7が形成され、Si
N無反射膜7とpコンタクト電極17との間にはpコン
タクト電極17と導通する電極パッド15が形成され
る。尚、p導電領域9の周りには、電界の集中を緩和す
るための、例えばBeが拡散又はイオン注入されてなる
ガードリング10が形成される。[0032] In detail, the semiconductor avalanche photodiode embodiment 2, n via the n + -InP n + -InP buffer layer 2 on the upper surface of the semiconductor substrate 1 - -GaInAs light absorbing layer 3, Ga x In 1-x As y P
Transition layer 4 composed of 1-y single layer or plural layers, n − −In
The P layer 5 is sequentially stacked, and a p-type impurity is diffused or ion-implanted into a part of the n − -InP layer 5 to form a p-conductive region 9, thereby forming a photoelectric conversion portion. Here, the p-contact electrode 17 is formed on the periphery of the p-conductive region 9 via the p + -GaInAs contact layer 16. Also, n − −I including the surface of p conductive region 9
On the surface of the nP layer 5, a SiN anti-reflection film 7 is formed.
An electrode pad 15 electrically connected to the p-contact electrode 17 is formed between the N anti-reflection film 7 and the p-contact electrode 17. Around the p-conductive region 9, a guard ring 10 formed by diffusing or ion-implanting Be, for example, to reduce the concentration of the electric field is formed.
【0033】実施の形態2のフォトダイオードにおい
て、n+−InP半導体基板1の下面のp導電領域9と
対向する部分に凹部30が形成され、その凹部30に実
施の形態1と同様、ZnSe及びMgF2とからなる分
布反射器8が形成される。また、n+−InP半導体基
板1の下面の凹部30の外側にnコンタクト電極18が
が形成される。In the photodiode according to the second embodiment, a recess 30 is formed in a portion of the lower surface of the n + -InP semiconductor substrate 1 facing the p conductive region 9, and ZnSe and ZnSe are formed in the recess 30 as in the first embodiment. A distributed reflector 8 made of MgF2 is formed. Further, an n-contact electrode 18 is formed outside the concave portion 30 on the lower surface of the n + -InP semiconductor substrate 1.
【0034】以上のように構成された実施の形態2のフ
ォトダイオードは、実施の形態1と同様、高い反射率を
有する分布反射器8を備えているので、実施の形態1と
同様の作用効果を有する。したがって、本実施の形態2
のフォトダイオードは、従来例のフォトダイオードより
薄い光吸収層3により、従来例と同等の感度が得られる
ので、必要な感度を保ったまま、動作電圧を低くできし
かも高速応答を可能にできる。The photodiode according to the second embodiment configured as described above includes the distributed reflector 8 having a high reflectance similarly to the first embodiment, and therefore has the same operation and effect as the first embodiment. Having. Therefore, Embodiment 2
In the photodiode, the same sensitivity as that of the conventional example can be obtained by the light absorbing layer 3 which is thinner than the photodiode of the conventional example, so that the operating voltage can be reduced while maintaining the required sensitivity, and high-speed response can be achieved.
【0035】また、実施の形態2では、アバランシェフ
ォトダイオードについて説明したが、本発明はこれに限
らず、pnあるいはpin型のフォトダイオードであっ
ても実施の形態2と同様の作用効果が得られる。また、
実施の形態1では、1.3〜1.6μm帯のアバランシ
ェフォトダイオードについて説明したが、本願はその波
長のフォトダイオードに限定されるものではない。In the second embodiment, the avalanche photodiode has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same operation and effect as those of the second embodiment can be obtained even with a pn or pin type photodiode. . Also,
In the first embodiment, the avalanche photodiode in the 1.3 to 1.6 μm band has been described, but the present invention is not limited to the photodiode having the wavelength.
【0036】また、上記実施の形態1では,ZnSeと
MgF2よりなる分布反射器8を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、実施の形態1と同様に他の
誘電体を用いて構成してもよい。In the first embodiment, the distributed reflector 8 made of ZnSe and MgF 2 is used. However, the present invention is not limited to this, and other dielectrics may be used as in the first embodiment. You may comprise using it.
【0037】以上のように、実施の形態1及び2のフォ
トダイオードは、いずれも反射分布器8の上に、半導体
層をエピタキシャル成長させる必要が無い構造であり、
例えば、スパッタリング装置等のエピタキシャル成長装
置以外の薄膜形成装置を用いて反射分布器8を形成する
ことができるように構成している。これにより、分布反
射器8の材料として種々の半導体又は誘電体を用いるこ
とができ、反射率の大きい分布反射器を形成することが
可能となる。As described above, each of the photodiodes of Embodiments 1 and 2 has a structure in which it is not necessary to epitaxially grow a semiconductor layer on the reflection distributor 8.
For example, the reflection distributor 8 can be formed using a thin film forming apparatus other than the epitaxial growth apparatus such as a sputtering apparatus. Thereby, various semiconductors or dielectrics can be used as the material of the distributed reflector 8, and a distributed reflector having a high reflectance can be formed.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係るフォトダイオードは、上記半導体とは格子整合しな
い材料からなりかつ一方の面で上記複数の半導体のうち
の1つの半導体のみと接している分布反射層を備えてい
るので、反射層に適した種々の材料を選択して高い反射
率を有する分布反射層を形成することができる。これに
より従来例に比較して薄い光吸収層により従来例と同等
の感度を得ることができるので、感度が高くかつ動作電
圧を低くできしかも応答速度の速いフォトダイオードを
提供することができる。また、本発明に係るフォトダイ
オードは、分布反射膜の上には半導体層を成長させない
ようにできるので、光吸収層等の半導体結晶の品質を向
上させる事ができるので、高歩留まりで製造することが
できかつ高品質が得られる。As described above in detail, the photodiode according to the present invention is made of a material that does not lattice match with the above-mentioned semiconductor, and has one surface in contact with only one of the plurality of semiconductors. Since the distributed reflection layer is provided, various materials suitable for the reflection layer can be selected to form a distributed reflection layer having a high reflectance. As a result, sensitivity equivalent to that of the conventional example can be obtained with a light absorbing layer thinner than that of the conventional example, so that it is possible to provide a photodiode having high sensitivity, low operating voltage, and high response speed. Further, the photodiode according to the present invention can be manufactured at a high yield because the semiconductor layer can be prevented from growing on the distributed reflection film, so that the quality of the semiconductor crystal such as the light absorption layer can be improved. And high quality can be obtained.
【0039】また、本発明のフォトダイオードにおい
て、上記分布反射層を互いに屈折率が異なりかつそれぞ
れ誘電体からなる第1の層と第2の層とを交互に積層す
ることにより、より反射率の高い分布反射膜を形成する
ことができる。ので、より動作電圧を低くできかつ応答
速度をより速くすることが可能である。In the photodiode of the present invention, the distributed reflection layers have different refractive indices and are alternately laminated with first and second layers made of a dielectric material. A high distributed reflection film can be formed. Therefore, the operating voltage can be further reduced and the response speed can be further increased.
【0040】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記分布反射層をZnSe層とMgF2層とを交
互に積層することにより構成することにより、より反射
率の高い分布反射膜を形成することができるので、より
動作電圧を低くできかつ応答速度をより速くすることが
できる。Further, in the photodiode according to the present invention, by forming the distributed reflection layer by alternately stacking ZnSe layers and MgF 2 layers, a distributed reflection film having a higher reflectance can be formed. Therefore, the operating voltage can be further reduced and the response speed can be further increased.
【0041】さらに、本発明のフォトダイオードにおい
て、上記光吸収層を半導体基板上にエピタキシャル成長
させることにより形成し、上記分布反射層をエピタキシ
ャル成長以外の方法で形成することができるので、簡便
な方法で分布反射膜を形成することができ、安価に製造
することが可能なフォトダイオードを提供できる。Further, in the photodiode of the present invention, the light absorption layer can be formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate, and the distributed reflection layer can be formed by a method other than epitaxial growth. A photodiode which can form a reflective film and can be manufactured at low cost can be provided.
【0042】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記分布反射層を上記複数の半導体層を介して半
導体基板の上面に形成して、上記半導体基板の下面から
光を入射させるように構成することができる。Further, in the photodiode according to the present invention, the distributed reflection layer is formed on the upper surface of the semiconductor substrate via the plurality of semiconductor layers, and light is incident from the lower surface of the semiconductor substrate. Can be.
【0043】また、本発明に係るフォトダイオードにお
いて、上記光吸収層を含む半導体層は、半導体基板の一
方の面に形成し、上記分布反射層は上記半導体基板の他
方の面に形成することにより、半導体層側から光を入射
させるように構成できる。In the photodiode according to the present invention, the semiconductor layer including the light absorbing layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, and the distributed reflection layer is formed on the other surface of the semiconductor substrate. Alternatively, light can be incident from the semiconductor layer side.
【0044】また、半導体層側から光を入射させるよう
に構成する場合、上記分布反射層を上記半導体基板の他
方の面の一部を除去することにより形成された凹部に形
成することにより、吸収層と反射層を接近させることが
できるので、効率良く光を反射させることができる。In the case where light is incident from the side of the semiconductor layer, the distributed reflection layer is formed in a concave portion formed by removing a part of the other surface of the semiconductor substrate, thereby absorbing light. Since the layer and the reflective layer can be brought close to each other, light can be efficiently reflected.
【図1】 本発明に係る実施の形態1のフォトダイオー
ドの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a photodiode according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明に係る実施の形態2のフォトダイオー
ドの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a photodiode according to a second embodiment of the present invention.
【図3】 従来例のフォトダイオードの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional photodiode.
1 n+−InP半導体基板,2 n+−InPバッファ
ー層,3 n--GaInAs光吸収層,4 GaxIn
1-xAsyP1-y 単層あるいは複数層よりなる遷移層,5
InP層,6 被検出光,7 SiN無反射コーティ
ング膜,8 分布反射層,9 拡散あるいはイオン注入
によるp導電領域,10 ガードリング,11,17
pコンタクト電極,12,18 nコンタクト電極,1
3 バンプ電極,14 SiN保護膜,15 電極パッ
ド,16 p+−GaInAsコンタクト層。1 n + -InP semiconductor substrate, 2 n + -InP buffer layer, 3 n -- GaInAs light absorption layer, 4 Ga x In
1-x As y P 1- y single layer or plural layers than it made the transition layer, 5
InP layer, 6 light to be detected, 7 non-reflective coating film of SiN, 8 distributed reflection layer, 9 p conductive region by diffusion or ion implantation, 10 guard ring, 11, 17
p contact electrode, 12, 18 n contact electrode, 1
3 bump electrode, 14 SiN protective film, 15 electrode pad, 16 p + -GaInAs contact layer.
Claims (7)
収層を透過した光を上記光吸収層に向けて反射させる分
布反射層とを備えたフォトダイオードであって、 上記分布反射層は、上記半導体とは格子整合しない材料
からなりかつ一方の面で上記複数の半導体のうちの1つ
の半導体のみと接していることを特徴とするフォトダイ
オード。1. A photodiode comprising: a plurality of semiconductors including a light absorption layer; and a distributed reflection layer configured to reflect light transmitted through the light absorption layer toward the light absorption layer. Is a photodiode made of a material that does not lattice match with the semiconductor, and is in contact with only one of the plurality of semiconductors on one surface.
りかつそれぞれ誘電体からなる第1の層と第2の層とが
交互に積層されてなる請求項1記載のフォトダイオー
ド。2. The photodiode according to claim 1, wherein said distributed reflection layer has a refractive index different from each other and a first layer and a second layer each made of a dielectric are alternately laminated.
2層とが交互に積層されてなる請求項1記載のフォトダ
イオード。3. The distributed reflection layer comprises a ZnSe layer and a MgF
2. The photodiode according to claim 1, wherein two layers are alternately stacked.
キシャル成長させることにより形成され、上記分布反射
層はエピタキシャル成長以外の方法で形成されている請
求項1〜3のうちのいずれか1項に記載のフォトダイオ
ード。4. The method according to claim 1, wherein the light absorption layer is formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate, and the distributed reflection layer is formed by a method other than epitaxial growth. Photodiode.
介して半導体基板の上面に形成され、該半導体基板の下
面から光を入射させる請求項1〜4のうちのいずれか1
項に記載のフォトダイオード。5. The distributed reflection layer is formed on an upper surface of a semiconductor substrate via the plurality of semiconductor layers, and allows light to enter from a lower surface of the semiconductor substrate.
A photodiode according to the item.
基板の一方の面に形成され、上記分布反射層は上記半導
体基板の他方の面に形成されている請求項1〜4のうち
のいずれか1項に記載のフォトダイオード。6. The semiconductor layer according to claim 1, wherein the semiconductor layer including the light absorbing layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, and the distributed reflection layer is formed on the other surface of the semiconductor substrate. A photodiode according to any one of the preceding claims.
方の面に半導体基板の一部を除去することにより形成さ
れた凹部に設けられた請求項6記載のフォトダイオー
ド。7. The photodiode according to claim 6, wherein the distributed reflection layer is provided in a recess formed by removing a part of the semiconductor substrate on the other surface of the semiconductor substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000125689A JP2001308369A (en) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | Photodiode |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011071252A (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor light receiving element |
-
2000
- 2000-04-26 JP JP2000125689A patent/JP2001308369A/en active Pending
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JP2011071252A (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor light receiving element |
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