(57)【要約】  半導体受光素子（５０）は、半導体基板（１）に増倍層（２）、電界制御層（３）、光吸収層（４）、窓層（５）が順次形成されており、窓層（５）にｐ型領域（６）が形成されている半導体受光素子である。ｐ型領域（６）は、第一ｐ型部（１４）と第一ｐ型部（１４）よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部（１５）とを有している。第一ｐ型部（１４）はｐ型領域（６）における半導体基板（１）に垂直な中心軸（２１ｃ）を包含する中央部に形成されており、第二ｐ型部（１５）は中心軸（２１ｃ）に対する径方向における中央部の外周に形成されている。
2020202557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に増倍層、電界制御層、光吸収層、窓層が順次形成されており、前記窓層にｐ型領域が形成されている半導体受光素子であって、
前記ｐ型領域は、第一ｐ型部と前記第一ｐ型部よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部とを有しており、
前記第一ｐ型部は、前記ｐ型領域における前記半導体基板に垂直な中心軸を包含する中央部に形成されており、
前記第二ｐ型部は、前記中心軸に対する径方向における前記中央部の外周に形成されている、半導体受光素子。
【請求項２】
前記第二ｐ型部は、前記第一ｐ型部よりも前記半導体基板側に延伸している、請求項１記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記第二ｐ型部は、前記光吸収層の内部に延伸して形成されている、請求項１または２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記第二ｐ型部は、前記ｐ型領域の前記径方向の最外周部に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記第一ｐ型部は、前記第二ｐ型部の前記径方向の外周にも形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記第二ｐ型部は、前記ｐ型領域の前記径方向の最外周部よりも前記中心軸側に形成されており、かつ前記最外周部よりも前記半導体基板側に延伸している、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項７】
前記増倍層は、アルミニウムを含んでいる、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項８】
前記ｐ型領域は、亜鉛を含んでいる、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項９】
前記ｐ型領域は、亜鉛が拡散された領域である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項１０】
前記第一ｐ型部における前記半導体基板に最も近い先端部と前記第二ｐ型部における前記半導体基板に最も近い先端部との前記中心軸方向の差分距離は、１００ｎｍ以上である、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項１１】
前記ｐ型領域の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体受光素子を製造する半導体受光素子製造方法であって、
前記半導体基板に前記増倍層、前記電界制御層、前記光吸収層、前記窓層を順次形成する工程と、
前記ｐ型領域の前記第一ｐ型部を形成する第一ｐ型部形成工程と、
前記第一ｐ型部形成工程の後に、前記ｐ型領域の前記第二ｐ型部を形成する第二ｐ型部形成工程と、を含む半導体受光素子製造方法。
【請求項１３】
半導体基板、増倍層、電界制御層、光吸収層、窓層を備え、前記窓層に第一ｐ型部及び前記第一ｐ型部よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部を有するｐ型領域が形成された半導体受光素子を製造する半導体受光素子製造方法であって、
前記半導体基板に前記増倍層、前記電界制御層、前記光吸収層、前記窓層を順次積層させて積層体を形成する工程と、
前記ｐ型領域の前記第一ｐ型部を形成する第一ｐ型部形成工程と、
前記第一ｐ型部形成工程の後に、前記ｐ型領域の前記第二ｐ型部を形成する第二ｐ型部形成工程と、を含む半導体受光素子製造方法。
【請求項１４】
前記第一ｐ型部形成工程及び前記第二ｐ型部形成工程は、亜鉛を前記積層体に拡散させる、請求項１３記載の半導体受光素子製造方法。
【請求項１５】
前記第二ｐ型部は、前記光吸収層の内部に延伸して形成されている、請求項１３または１４に記載の半導体受光素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体受光素子及び半導体受光素子製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に用いられる半導体受光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）の一種であるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）がよく用いられる。適宜、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードを、それぞれＰＤ、ＡＰＤと表記する。ＡＰＤでは、電圧を印加し増倍層内の電界強度を増加させることでアバランシェ増倍が発生し、キャリアを増幅することができる。つまり、入射光により光吸収層内で発生したキャリアの内増倍層に到達したものを増幅させることができるため、受信機としてのＳ／Ｎ比を向上させることができるという特徴がある。これにより、ＡＰＤは特に長距離通信用途で用いられることが多い。【０００３】
光通信用途のＡＰＤは、増倍層に用いる材料によって大きく２種類に分類できる。特許文献１の図３には、増倍層にＩｎＰを用いたＡＰＤ（第一のＡＰＤ）が開示されており、特許文献１の図１には、増倍層にＩｎＡｌＡｓ等のＡｌ（アルミニウム）を含む材料を用いたＡＰＤ（第二のＡＰＤ）が開示されている。なお、ＩｎＡｌＡｓはＡｌＩｎＡｓとも記載される。特許文献１の図３に開示された第一のＡＰＤは、ｎ型のＩｎＰ基板に、ｎ型のＩｎＰ層、ｎ型の光吸収層、ｎ型の増倍層、ｎ型のＩｎＰ層が順次積層され、表面側（ＩｎＰ基板と反対側）のＩｎＰ層にｐ＋領域が形成され、ｐ＋領域の外周にｐ−領域であるガードリング部（ガードリング）が形成されている。増倍層がＩｎＰのＡＰＤは、増倍層の電界強度が増加すると、光吸収層から増倍層に到達した正孔を増倍させることができる。すなわち、増倍層がＩｎＰのＡＰＤは、正孔増倍型である。ガードリングは、ｐ＋領域の外周側である端部で急激に増倍するというエッジブレイクダウンを防ぐため、又は瞬間的に入力光が増えたときにｐ＋領域の中心よりも先にｐ＋領域の端部でリーチスルーが発生した際に電流パスとして機能させてｐ＋領域への電流集中による破壊を防ぐためである。【０００４】
特許文献１の図１に開示された第二のＡＰＤは、ｎ型のＩｎＰ基板に、ｎ型のＩｎＰ層、ｎ型の増倍層、ｎ型の光吸収層、ｎ型のＩｎＰ層が順次積層され、表面側のＩｎＰ層にｐ＋領域が形成され、ｐ＋領域の外周にｐ−領域であるガードリング部（ガードリング）が形成されている。増倍層がＡｌ系のＡＰＤは電子増倍型である。電子は正孔より有効質量が小さく移動速度が速いため、電子増倍型のＡＰＤは正孔増倍型のＡＰＤよりも高速及び低雑音動作化が見込める。このため、電子増倍型のＡＰＤは光通信用の半導体受光素子に要求されるビットレートの増加と共に広く用いられるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−０１０７８０号公報（図１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の図１に開示された電子増倍型のＡＰＤ（第二のＡＰＤ）では、増倍層が光吸収層の下部（半導体基板側）にあり、増倍層が光吸収層の上部（半導体基板と反対側）にある正孔増倍型のＡＰＤ（第一のＡＰＤ）と異なる構造になっている。特許文献１の図１に開示された電子増倍型のＡＰＤは、増倍層が半導体基板と光吸収層との間に位置しており、ｐ−領域であるガードリング部の深さは入射光が通過する受光領域に形成されたｐ＋領域（ｐ型領域）の深さと同じであり、ガードリング部が増倍層に到達していない。また、特許文献１では、電子増倍型のＡＰＤ（第二のＡＰＤ）におけるガードリング部の機能について言及がない。電子増倍型のＡＰＤ（第二のＡＰＤ）におけるガードリング部は、構造が異なる正孔増倍型のＡＰＤ（第一のＡＰＤ）のガードリング部と同じ機能を発揮できない。【０００７】
特許文献１の図１に開示された電子増倍型のＡＰＤは、ｐ＋領域（ｐ型領域）がｐ−領域に囲まれており、ｐ＋領域（ｐ型領域）の中心部付近の光入射による増倍率が高くなる。一般的にＡＰＤの受光領域に入射する光は受光領域の中心部で最も密度が高くなるように、光を伝搬する光ファイバとＡＰＤとの位置が調整されている。このため、特許文献１の図１に開示された電子増倍型のＡＰＤは、強い光が受光領域のｐ型領域に急に入った場合、増倍層が半導体基板と光吸収層との間に位置していること及びｐ型領域の中心部の増倍率が高いことの相乗効果により、ｐ型領域の中心部で発生したキャリアが多く増倍され、ｐ型領域の中心部を流れる光過電流が増える。特許文献１の図１に開示された電子増倍型のＡＰＤは、強い光が受光領域のｐ型領域に入射する場合には、ｐ型領域の中心部に光過電流が増加することで、ＡＰＤが発熱し特性が劣化しやすいという問題があった。【０００８】
本願明細書に開示される技術は、光が入射する受光領域に形成されたｐ型領域に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる半導体受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願明細書に開示される一例の半導体受光素子は、半導体基板に増倍層、電界制御層、光吸収層、窓層が順次形成されており、窓層にｐ型領域が形成されている。ｐ型領域は、第一ｐ型部と第一ｐ型部よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部とを有している。第一ｐ型部はｐ型領域における半導体基板に垂直な中心軸を包含する中央部に形成されており、第二ｐ型部は中心軸に対する径方向における中央部の外周に形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本願明細書に開示される一例の半導体受光素子は、ｐ型領域が中央部に形成されている第一ｐ型部と、中央部の外周に第一ｐ型部よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部とを有しているので、光が入射する受光領域に形成されたｐ型領域に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る第１の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図２】図１の半導体受光素子のブレイクダウン電圧及びリーチスルー電圧の計算結果を示す図である。
【図３】図１の半導体受光素子の電流特性を示す図である。
【図４】比較例の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図５】図４の半導体受光素子の電流特性を示す図である。
【図６】図１のｐ型領域を形成する拡散工程を説明する図である。
【図７】図１のｐ型領域を形成する拡散工程を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る第２の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図９】実施の形態１に係る第３の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１に係る第４の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１４】実施の形態３に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１５】実施の形態４に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１６】実施の形態４に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１７】実施の形態５に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１８】実施の形態５に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１の半導体受光素子５０について、図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。図１は、実施の形態１に係る第１の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。図２は図１の半導体受光素子のブレイクダウン電圧及びリーチスルー電圧の計算結果を示す図であり、図３は図１の半導体受光素子の電流特性を示す図である。図４は比較例の半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図５は図４の半導体受光素子の電流特性を示す図である。図６、図７は、図１のｐ型領域を形成する拡散工程を説明する図である。図８は実施の形態１に係る第２の半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図９は実施の形態１に係る第３の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。図１０は、実施の形態１に係る第４の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板である半導体基板１の表面に、Ａｌ（アルミニウム）を含んでいるｎ型ＡｌＩｎＡｓの増倍層２、ｐ型ＩｎＰの電界制御層３、ｎ型ＩｎＧａＡｓの光吸収層４、ｎ型ＩｎＰの窓層５が順次積層されている。窓層５の一部には、ｐ型領域６が形成され、ｐ型領域６を包含する縦構造の領域を受光領域２２としている。図１において、受光領域２２は破線２１ａ〜２１ｅまでの領域であり、ｐ型領域６の表面形状は例えば円形である。
【００１３】
窓層５の表面（半導体基板１と反対側の面）はＳｉＮ、ＳｉＯ２等のパッシベーション膜８が形成されており、ｐ型領域６の表面はアノード電極７が形成されている。ｐ型領域６とアノード電極７とは導通している。半導体基板１の裏面にはカソード電極９、反射防止膜１０が形成されている。半導体基板１の裏面とカソード電極９とは導通している。カソード電極９を半導体受光素子５０の裏面から見た形状（裏面形状）は、例えば長方形であり、円形の開口２０が形成されており、その開口２０の内側における半導体基板１の裏面に反射防止膜１０が形成されている。反射防止膜１０の裏面形状は、円形である。図１では、ｐ型領域６の中心軸２１ｃに対する径方向における外周と、反射防止膜１０の径方向の外周とが一致している例を示した。図１に示した半導体受光素子５０は、半導体基板１の裏面から光が入射する裏面入射型のアバランシェフォトダイオードである。
【００１４】
増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、窓層５は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置等を用いて形成されたエピタキシャル層である。パッシベーション膜８は、蒸着装置、スパッタ装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等を用いて成膜され、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて形成される。アノード電極７、カソード電極９は蒸着装置、スパッタ装置等を用いて成膜され、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて形成される。反射防止膜１０は、スパッタ装置、蒸着装置、ＣＶＤ装置、ＭＢＥ装置等を用いて形成される。
【００１５】
ｐ型領域６は光吸収層４と窓層５の界面より上の部分に、すなわち界面から離れた窓層５の内部に形成される。ｐ型領域６はエピタキシャル層の積層方向の深さが浅い第一ｐ型部１４と、第一ｐ型部１４よりもエピタキシャル層の積層方向の深さが深い第二ｐ型部１５を有している。第二ｐ型部１５は、第一ｐ型部１４よりも半導体基板１側に延伸している。また、第二ｐ型部１５は、ｐ型領域６の径方向の最外周部に形成されている。第一ｐ型部１４、第二ｐ型部１５の拡散フロントは、ともに光吸収層４と窓層５の界面より上にあり、光吸収層４と窓層５の界面から離れた窓層５の内部に形成されている。なお、拡散フロントとは、エピタキシャル層の表面（ドーパントを含む拡散源が侵入する面）からドーパントを拡散させたときの、ドーパントが拡散されている部分と拡散されていない部分の深さ方向の境界を表すものとする。
【００１６】
第一ｐ型部１４は表面形状が円形であり、第二ｐ型部１５の表面形状は第一ｐ型部１４の外周を囲んだリング形状である。第二ｐ型部１５は、破線２１ｂ、２１ｄで示した位置で拡散フロントが最も深くなっている。破線２１ｃは、ｐ型領域６の中心軸であり、受光領域２２の中心軸を示している。中心軸２１ｃは半導体基板１に垂直であり、光は例えば中心軸２１ｃに平行に半導体受光素子５０に入射する。第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差ｄ１は、差があればよく、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）は、例えば約５×１０１７ｃｍ−３である。なお、拡散フロント差ｄ１は、第一ｐ型部１４における半導体基板１に最も近い先端部と第二ｐ型部１５における半導体基板１に最も近い先端部との中心軸２１ｃの方向の差分距離ということもできる。
【００１７】
中心軸２１ｃを包含するｐ型領域６の中心部すなわち第一ｐ型部１４の拡散フロントよりも第二ｐ型部１５の拡散フロントを深くすることにより、ｐ型領域６の中心部と外周部すなわち受光領域２２の中心部と外周部におけるＡＰＤのブレイクダウン電圧（Ｖｂｒ）とリーチスルー電圧（Ｖｒｅ）に差をつけることができる。図２、図３を用いて、第一ｐ型部１４、第二ｐ型部１５の特性を説明する。図２では、ブレイクダウン電圧（Ｖｂｒ）、リーチスルー電圧（Ｖｒｅ）、増倍率の計算結果が示されている。図３には、半導体受光素子５０の電流特性を模式的に示している。図３において、横軸、縦軸はそれぞれ電圧、電流である。図２に示すように、第一ｐ型部１４のブレイクダウン電圧（Ｖｂｒ）、リーチスルー電圧（Ｖｒｅ）、増倍率は、それぞれ３５．１６Ｖ、１５．７８Ｖ、６．７である。第二ｐ型部１５のブレイクダウン電圧（Ｖｂｒ）、リーチスルー電圧（Ｖｒｅ）、増倍率は、それぞれ３３．４６Ｖ、１４．６０Ｖ、９．６である。光入射による増倍率は、アバランシェ増倍が発生する前の電流Ｉ０とアバランシェ増倍が発生している状態の電流Ｉ１との比率であり、Ｉ１／Ｉ０で表される。図２に示した増倍率の値は、アノード電極７、カソード電極９間に３０Ｖの逆バイアスを印加した場合の数値である。図３に示したＶ１は半導体受光素子５０の動作電圧であり、例えば３０Ｖである。
【００１８】
図３の電流特性２５は第一ｐ型部１４の中心部における電流特性であり、図３の電流特性２６は第二ｐ型部１５の電流特性である。図３に示すように、受光領域２２の中心部と受光領域２２の外周部で電流電圧特性が異なっており、同じ電圧を印加した際の増倍率も変わっている。したがって、実施の形態１の半導体受光素子５０は、アノード電極７、カソード電極９間の印加電圧が同じでも、受光領域２２の中心部と受光領域２２の外周部で増倍率を変えることができる。具体的には、アノード電極７、カソード電極９間に一定の印加電圧を印加した場合、受光領域２２の中心部すなわち第一ｐ型部１４の方が受光領域２２の外周部すなわち第二ｐ型部１５よりも増倍率が低い状態になる。増倍率は、前述したように光の入力によって発生する電流の増加割合すなわちキャリアが何倍になって出力されるかを表している。増倍率が大きい方が、同じ光入力でも流れる光電流が大きいことを表している。
【００１９】
前述したように、一般的にＡＰＤの受光領域２２に入射する光は受光領域２２の中心部で最も密度が高くなるように、光を伝搬する光ファイバとＡＰＤとの位置が調整されている。したがって、光が入力される際は受光領域２２の中心部、特に破線２１ｃで示した中心の光密度が高いため、受光領域２２の中心部でキャリアが多く発生し、結果として受光領域２２の中心部を流れる電流が多くなる。この現象は、特に破線２１ｃで示した中心において顕著である。そのため、光が過度に入力される場合には受光領域２２の中心部を流れる光電流が増加し、光電流の増加に伴って発熱し特性が劣化することがある。しかし、実施の形態１の半導体受光素子５０は、受光領域２２の外周部すなわち第二ｐ型部１５よりも受光領域２２の中心部すなわち第一ｐ型部１４の増倍率が低くなっているので、受光領域２２の第二ｐ型部１５を流れる光電流が増え、かつ受光領域２２の第一ｐ型部１４を流れる光電流が減り、過電流が発生しても光電流が受光領域２２の第一ｐ型部１４に集中しにくくなり、発熱による特性劣化を抑制することができる。
【００２０】
ガードリング６４が形成された比較例の半導体受光素子６０の電流特性を説明する。図４に示した半導体受光素子６０は、光吸収層４の表面に電界制御層３が形成され、電界制御層３の表面に増倍層６２、窓層５が形成され、ガードリング６４が第一ｐ型部１４の外周に形成されている点で、図１の半導体受光素子５０と異なる。第一ｐ型部１４の裏面側（半導体基板１側）はｎ型の増倍層６２に接触している。破線２１ｂ、２１ｄで示した位置でガードリング６４の拡散フロントが最も深くなっている。比較例の半導体受光素子６０の増倍層６２はＩｎＰであり、ガードリング６４は第一ｐ型部１４の不純物濃度が薄くなっている。比較例の半導体受光素子６０のガードリング６４直下では光が入射してもアバランシェ増倍しないので、ガードリング６４直下ではアバランシェ増倍のないＰＤのように動作する。
【００２１】
図５には、比較例の半導体受光素子６０の電流特性を模式的に示している。図５において、横軸、縦軸はそれぞれ電圧、電流である。図５の電流特性２７は第一ｐ型部１４の中心部における電流特性であり、図３の電流特性２８はガードリング６４の電流特性である。図５に示すように、比較例の半導体受光素子６０は、受光領域２２の中心部の光電流よりも受光領域２２の外周部であるガードリング６４の光電流が少なくなっており、受光領域２２の中心部の増倍率よりも受光領域２２の外周部であるガードリング６４の増倍率が低くなる構造である。なお、ガードリング６４直下ではアバランシェ増倍が発生しないので、受光領域２２の外周部の増倍率は１である。このため、比較例の半導体受光素子６０における受光領域２２の中心部及び外周部の電流特性は、実施の形態１の半導体受光素子５０における受光領域２２の中心部及び外周部の電流特性と反対の分布となっている。このように、増倍層６２がＩｎＰである比較例の半導体受光素子６０におけるガードリング６４は、実施の形態１の半導体受光素子５０における受光領域２２の外周部である第二ｐ型部１５と作用が異なっている。
【００２２】
したがって、比較例の半導体受光素子６０は、受光領域２２に強い光が入射して過電流が発生しても、受光領域２２の第二ｐ型部１５を流れる光電流が受光領域２２の第一ｐ型部１４を流れる光電流よりも増加することで、受光領域２２の第一ｐ型部１４に集中しにくくなり、発熱による特性劣化を抑制することができるという実施の形態１の半導体受光素子５０の効果を奏さない。比較例の半導体受光素子６０は、受光領域２２に強い光が入射して過電流が発生した場合には、実施の形態１の半導体受光素子５０と異なり、受光領域２２の第一ｐ型部１４に光電流が集中するので、光電流の増加に伴って発熱し、特性が劣化することがある。比較例の半導体受光素子６０は、実施の形態１の半導体受光素子５０よりも駆動電圧を下げたり、入射光の強度を低下させたりすることが必要になる。
【００２３】
実施の形態１の半導体受光素子５０は、光密度の高い受光領域２２の中心部（第一ｐ型部１４）の増倍率を受光領域２２の外周部（第二ｐ型部１５）よりも下げることができ、光過入力時の受光領域２２の中心部（第一ｐ型部１４）での過度な増倍を抑制することができ、発熱による特性劣化を抑制できる。実施の形態１の半導体受光素子５０は、受光領域２２に強い光が入射して過電流が発生しても特性が劣化しない、すなわち過電流耐性或いは光過入力耐性が高いので、比較例の半導体受光素子６０よりも長寿命である。また、実施の形態１の半導体受光素子５０は、過電流耐性或いは光過入力耐性が高いので、比較例の半導体受光素子６０よりも動作電圧Ｖ１を上げて高感度で動作させることができる。
【００２４】
なお、動作電圧Ｖ１を下げて全体の増倍率を下げても発熱による特性劣化を抑制できる。しかし、この場合は受光領域２２全体の光電流が減り、受信感度が悪化する問題がある。これに対して、実施の形態１の半導体受光素子５０は、受光領域２２の外周部の増倍率が高いため、動作電圧Ｖ１を下げても受光領域２２全体を流れる光電流の総量はあまり減らず、光電流減少による特性悪化は発生しにくい。すなわち、実施の形態１の半導体受光素子５０は、動作電圧Ｖ１を下げても比較例の半導体受光素子６０に比べて、光電流減少による特性悪化を抑制することができる。
【００２５】
ｐ型領域６の形成方法の一例を図６、図７を用いて説明する。ｐ型領域６は、例えば２回の拡散工程で形成する。ｐ型領域６は、Ｚｎ（亜鉛）、Ｂｅ（ベリリウム）等のｐ型ドーパントが拡散された領域である。ｐ型領域６に用いるｐ型ドーパントは、Ｚｎ、Ｂｅ以外でも構わない。しかし、ｐ型領域６に用いるｐ型ドーパントはＺｎが好ましい。ｐ型ドーパントがＺｎの場合、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）を上げやすく、また拡散フロントの制御性がよいので、実施の形態１のｐ型領域６の構造、すなわち第一ｐ型部１４の拡散フロントよりも第二ｐ型部１５の拡散フロントが深くなっている構造を形成するのに好適である。ｐ型ドーパントがＺｎ（亜鉛）の場合、ｐ型領域６はＺｎ（亜鉛）が拡散された領域である。
【００２６】
図６は、半導体基板１の表面に、増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、ＩｎＰの窓層５が順次積層させて積層体を形成した後（積層体形成工程の後）に、拡散防止マスク２４が形成され、拡散防止マスク２４の開口２９からｐ型ドーパントを拡散させて第二ｐ型部１５を形成している状態を示している。拡散防止マスク２４の開口２９は、リング形状に形成されている。窓層５に第二ｐ型部１５が形成された後に、図６に示した拡散防止マスク２４を除去して、図７に示すように新たに拡散防止マスク２４を形成する。図７に示した拡散防止マスク２４は、開口２９が第二ｐ型部１５の外周と一致するように形成されている。拡散防止マスク２４の開口２９からｐ型ドーパントを拡散させて第一ｐ型部１４を形成する。図６はｐ型領域の第一ｐ型部１４を形成する第一ｐ型部形成工程を示しており、図７は第一ｐ型部形成工程の後に、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５を形成する第二ｐ型部形成工程を示している。なお、第二ｐ型部１５の表面側はｐ型ドーパントの濃度が高くなっている。なお、断面を記載した各図において、第二ｐ型部１５の水平方向（半導体基板１と平行な方向）の拡散による広がりは省略した。図４のガードリング６４の水平方向（半導体基板１と平行な方向）の拡散による広がりも省略した。
【００２７】
ｐ型領域６とアノード電極７の間には、図８に示すように、コンタクト抵抗を下げるためのＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ等、またはそれらの組み合わせのコンタクト層１８が介在されてもよい。また、各エピタキシャル層の界面部分には、バンド不連続を緩和するため、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等を用いたバンド不連続緩和層１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが介在されてもよい。バンド不連続緩和層１７ａは半導体基板１と増倍層２との間に形成されており、バンド不連続緩和層１７ｂは増倍層２と電界制御層３との間に形成されている。バンド不連続緩和層１７ｃは電界制御層３と光吸収層４との間に形成されており、バンド不連続緩和層１７ｄは光吸収層４と窓層５との間に形成されている。
【００２８】
カソード電極９は、図９に示すように、半導体基板１の裏面ではなくアノード電極７と同様に窓層５の表面側に配置してもよい。図９に示した実施の形態１の第３の半導体受光素子５０は、窓層５、光吸収層４、電界制御層３、増倍層２を貫通し、半導体基板１に達する溝部１３と、半導体基板１に接続されたカソード電極９と、カソード電極９と窓層５、光吸収層４、電界制御層３、増倍層２の各層とを絶縁する絶縁膜１２を備えている。図９では、受光領域２２の半導体基板１の裏面に反射防止膜１０が形成されておらず、窓層５における受光領域２２の外側でカソード電極９が形成されていない領域にパッシベーション膜８が形成されていない例を示した。図１、図８の半導体受光素子５０でも、パッシベーション膜８、反射防止膜１０が無くても構わない。なお、半導体受光素子５０は、エピタキシャル層の側面に、パッシベーション膜８が形成されてもよい。
【００２９】
半導体受光素子５０は、裏面入射型に限らず、図１０に示すように、表面入射型のアバランシェフォトダイオードでもよい。図１０に示した実施の形態１の第４の半導体受光素子５０は、図１の実施の形態１の第１の半導体受光素子５０とは、以下の点で異なっている。第４の半導体受光素子５０は、カソード電極９が半導体基板１の裏面に形成されており、アノード電極７がリング形状であり、窓層５におけるアノード電極７が形成されていない表面領域に反射防止膜１６が形成されている。第４の半導体受光素子５０は、アノード電極７の開口３０の領域すなわち開口領域が受光領域２２になっている。図１０では、受光領域２２は破線２３ａ〜２３ｂの範囲である。第４の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の構造が第１の半導体受光素子５０と同様なので、第１の半導体受光素子５０と同様の効果を奏する。
【００３０】
なお、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が約５×１０１７ｃｍ−３である例を示したが、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。光吸収層４のキャリア濃度は一般的に１×１０１６ｃｍ−３以下であり、ｐ型領域６のキャリア濃度が低いと空乏層幅が不安定になるため、第二ｐ型部１５の増倍率と第一ｐ型部１４の増倍率との差を精度よく実現できない。しかし、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が約５×１０１７ｃｍ−３の場合には、第二ｐ型部１５の増倍率と第一ｐ型部１４の増倍率との差を精度よく実現できる。また、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が１×１０１８ｃｍ−３以上であれば、第二ｐ型部１５の増倍率と第一ｐ型部１４の増倍率との差をさらに高精度に実現できる。
【００３１】
実施の形態１の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が約５×１０１７ｃｍ−３なので、バイアス印加時の空乏層幅を精度よく定めることができ、第１の半導体受光素子５０の効果が安定して得られる。また、実施の形態１の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６のキャリア濃度（不純物濃度）が１×１０１８ｃｍ−３以上である場合には、バイアス印加時の空乏層幅をさらに精度よく定めることができ、第１の半導体受光素子５０の効果がさらに安定して得られる。
【００３２】
ｐ型領域６を２回の拡散工程で形成する例を説明したが、１回の拡散工程であってもよい。例えば、図６の拡散防止マスク２４における中央部分すなわち第一ｐ型部１４の形成を防止している部分をｐ型ドーパントの拡散速度が遅い拡散制御マスクに変更することで、第二ｐ型部１５と同時に第一ｐ型部１４を形成してもよい。
【００３３】
なお、光吸収層４は、光を入射した場合にキャリアが発生する材料、つまり入射光に対してバンドギャップの小さい材料であればＩｎＧａＡｓに限らずＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＳｂ等、またはそれらの組み合わせでもよい。窓層５は、光を入射した場合にキャリアが発生しない材料、つまり入射光に対してバンドギャップの大きい材料であればＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。電界制御層３は、ＩｎＰに限らずＡｌＩｎＡｓを用いて形成してもよい。また、ＡＰＤとして動作に必要な特性が得られるなら、各エピタキシャル層にどの材料を使用してもよく、各エピタキシャル層の材料は説明に用いた材料に限定するものではない。
【００３４】
以上のように、実施の形態１の半導体受光素子５０は、半導体基板１に増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、窓層５が順次形成されており、窓層５にｐ型領域６が形成されている半導体受光素子である。ｐ型領域６は、第一ｐ型部１４と第一ｐ型部１４よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部１５とを有している。第一ｐ型部１４はｐ型領域６における半導体基板１に垂直な中心軸２１ｃを包含する中央部に形成されており、第二ｐ型部１５は中心軸２１ｃに対する径方向における中央部の外周に形成されている。実施の形態１の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６が中央部に形成されている第一ｐ型部１４と、中央部の外周に第一ｐ型部１４よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部１５とを有しているので、光が入射する受光領域２２に形成されたｐ型領域６に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる。
【００３５】
実施の形態１の半導体受光素子製造方法は、半導体基板１、増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、窓層５を備え、窓層５に第一ｐ型部１４及び第一ｐ型部１４よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部１５を有するｐ型領域６が形成された半導体受光素子５０を製造する半導体受光素子製造方法である。実施の形態１の半導体受光素子製造方法は、半導体基板１に増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、窓層５を順次形成する工程と、ｐ型領域６の第一ｐ型部１４を形成する第一ｐ型部形成工程と、第一ｐ型部形成工程の後に、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５を形成する第二ｐ型部形成工程と、を含んでいる。実施の形態１の半導体受光素子製造方法は、ｐ型領域６が中央部に形成されている第一ｐ型部１４と、中央部の外周に第一ｐ型部１４よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部１５とを有している半導体受光素子５０を製造できるので、光が入射する受光領域２２に形成されたｐ型領域６に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる半導体受光素子５０を製造できる。
【００３６】
また、実施の形態１の半導体受光素子製造方法は、半導体基板１に増倍層２、電界制御層３、光吸収層４、窓層５を順次積層させて積層体を形成する工程と、ｐ型領域６の第一ｐ型部１４を形成する第一ｐ型部形成工程と、第一ｐ型部形成工程の後に、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５を形成する第二ｐ型部形成工程と、を含んでいる。実施の形態１の半導体受光素子製造方法は、ｐ型領域６が中央部に形成されている第一ｐ型部１４と、中央部の外周に第一ｐ型部１４よりも光入射による電流の増倍率が大きい第二ｐ型部１５とを有している半導体受光素子５０を製造できるので、光が入射する受光領域２２に形成されたｐ型領域６に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる半導体受光素子５０を製造できる。
【００３７】
実施の形態２．
図１１は実施の形態２に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図１２は実施の形態２に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。実施の形態２の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５の拡散フロントが光吸収層４の内部に形成されている、すなわち第二ｐ型部１５が光吸収層４の内部に延伸して形成されている点で、実施の形態１の半導体受光素子５０と異なる。その他の構造は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様である。実施の形態２の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６の第一ｐ型部１４の拡散フロントが光吸収層４と窓層５の界面から離れた窓層５の内部に形成されている。図１１に示した半導体受光素子５０は裏面入射型のアバランシェフォトダイオードであり、図１２に示した半導体受光素子５０は表面入射型のアバランシェフォトダイオードである。
【００３８】
実施の形態２の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に光吸収層４と窓層５の間にはバンドギャップに差があるため、アノード電極７、カソード電極９間に逆バイアスを印加した場合に、そのバンドギャップの差は光吸収層４で発生した正孔にとって障壁としてはたらく。すなわち、光吸収層４で発生した正孔は、光吸収層４と窓層５の間のバンドギャップの差のため第一ｐ型部１４へは流れ難い。第二ｐ型部１５が光吸収層４と窓層５の界面より光吸収層４の内側まで形成されている場合、第二ｐ型部１５と光吸収層４とが接続されている部分においては、光吸収層４と窓層５との接続部分がなく、第二ｐ型部１５と光吸収層４との間のバンドギャップは第一ｐ型部１４の下部の光吸収層４と窓層５の間のバンドギャップよりも低くなっている。この場合、光吸収層４で発生した正孔は、光吸収層４を移動して正孔にとって多数キャリアとなっている第二ｐ型部１５へ移動する方が、光吸収層４から窓層５へ移動するよりも障壁が小さく容易である。このため、光吸収層４で発生した正孔は、障壁の小さい光吸収層４の内部にまで形成されている第二ｐ型部１５へ流れ易い。つまり、光吸収層４で発生した正孔は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５を通って流れるようになる。これは、受光領域２２の第一ｐ型部１４を流れる光電流が減ることを表しており、すなわち受光領域２２の中心部を流れる光電流が減ることを表している。
【００３９】
実施の形態２の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５が光吸収層４と窓層５の界面より光吸収層４の内側まで形成されているので、実施の形態１の半導体受光素子５０よりも、受光領域２２に形成されたｐ型領域６に過度の光が入射しても特性劣化を抑制できる。さらに詳しく述べる。実施の形態２の半導体受光素子５０は、受光領域２２に形成されたｐ型領域６に光が入射した場合に、常に光電流は第一ｐ型部１４よりも第二ｐ型部１５に多く流れており、ｐ型領域６に過度の光が入射した場合にも、受光領域２２の第二ｐ型部１５を流れる光電流が増えるので、実施の形態１の半導体受光素子５０よりも、過電流が発生しても光電流が受光領域２２の第一ｐ型部１４に集中しにくくなり、発熱による特性劣化を抑制することができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６は第一ｐ型部１４と拡散フロントが第一ｐ型部１４よりも深い第二ｐ型部１５を有しているので、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様の効果を奏する。また、実施の形態２の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５が光吸収層４と窓層５の界面より光吸収層４の内側まで形成されているので、過電流が発生しても実施の形態１の半導体受光素子５０よりもさらに光電流が受光領域２２の第一ｐ型部１４に集中しにくくなり、発熱による特性劣化を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態３．
図１３は実施の形態３に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図１４は実施の形態３に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。実施の形態３の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５がｐ型領域６の径方向の外周と中心（中心軸２１ｃ）との間にリング形状に形成されている点で、実施の形態１の半導体受光素子５０と異なる。また、実施の形態３の半導体受光素子５０は、第一ｐ型部１４が第二ｐ型部１５の径方向の外周にも形成されているということもでき、第二ｐ型部１５がｐ型領域６の径方向の最外周部よりも中心軸２１ｃの側に形成されているということもできる。その他の構造は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様である。ｐ型領域６の外周は破線２１ａが通過する部分と破線２１ｅが通過する部分であり、ｐ型領域６の中心は破線２１ｃが通過する部分である。図１３に示した半導体受光素子５０は裏面入射型のアバランシェフォトダイオードであり、図１４に示した半導体受光素子５０は表面入射型のアバランシェフォトダイオードである。
【００４２】
実施の形態３の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６は第一ｐ型部１４と拡散フロントが第一ｐ型部１４よりも深い第二ｐ型部１５を有しているので、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様の効果を奏する。
【００４３】
また、実施の形態３の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の外周である第一ｐ型部１４の外周と第二ｐ型部１５の外周が離れており、ｐ型領域６の外周を通過する破線２１ａと第二ｐ型部１５の最も深い拡散フロントを通過する破線２１ｂとの距離である最深部距離ｌ１が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも長くなっている。同様に、実施の形態３の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の外周を通過する破線２１ｅと第二ｐ型部１５の最も深い拡散フロントを通過する破線２１ｄとの距離である最深部距離ｌ１が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも長くなっている。実施の形態３の半導体受光素子５０は、最深部距離ｌ１が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも長くなっているので、ｐ型領域６の外周部すなわち破線２１ａ〜破線２１ｂの領域及び破線２１ｄ〜破線２１ｅの領域における形状が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも緩やかにでき、ｐ型領域６の外周部の電界集中を実施の形態１の半導体受光素子５０よりも低減することができる。ｐ型領域６の外周部の形状を曲率で考えれば、実施の形態３の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０よりもｐ型領域６の外周部の曲率が小さくできることになる。
【００４４】
実施の形態３の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０よりもｐ型領域６の外周部の形状が緩やかになっているので、受光領域２２の端部でのエッジブレイクダウンを実施の形態１の半導体受光素子５０よりも抑制することができる。
【００４５】
実施の形態４．
図１５は実施の形態４に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図１６は実施の形態４に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。実施の形態４の半導体受光素子５０は、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５の拡散フロントが光吸収層４の内部に形成されている点で、実施の形態３の半導体受光素子５０と異なる。その他の構造は、実施の形態３の半導体受光素子５０と同様である。図１５に示した半導体受光素子５０は裏面入射型のアバランシェフォトダイオードであり、図１６に示した半導体受光素子５０は表面入射型のアバランシェフォトダイオードである。なお、実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態３の半導体受光素子５０の構造と実施の形態２の半導体受光素子５０の構造とを組み合わせたものである。
【００４６】
実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６は第一ｐ型部１４と拡散フロントが第一ｐ型部１４よりも深い第二ｐ型部１５を有しているので、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様の効果を奏する。また、実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態３の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６の外周である第一ｐ型部１４の外周と第二ｐ型部１５の外周が離れており、最深部距離ｌ１が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも長くなっているので、ｐ型領域６の外周部の形状が実施の形態１の半導体受光素子５０よりも緩やかにでき、ｐ型領域６の外周部の電界集中を実施の形態１の半導体受光素子５０よりも低減することができる。
【００４７】
さらに、実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態２の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６の第二ｐ型部１５の拡散フロントが光吸収層４の内部に形成されているので、受光領域２２の中心でない部分に光電流の流れやすい経路を形成することができる。したがって、実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態３の半導体受光素子５０よりも受光領域２２の中心部（第二ｐ型部１５よりも内側の第一ｐ型部１４）の増倍率が下がり、過電流が発生しても実施の形態３の半導体受光素子５０よりもさらに光電流が受光領域２２の第一ｐ型部１４に集中しにくくなり、発熱による特性劣化を抑制することができる。
【００４８】
実施の形態４の半導体受光素子５０は、実施の形態３の半導体受光素子５０の構造と実施の形態２の半導体受光素子５０の構造とを組み合わせたものなので、ｐ型領域６に過度の光が入射した場合にも、発熱による特性劣化を抑制しつつ、受光領域２２の端部でのエッジブレイクダウンを抑制することができる。
【００４９】
実施の形態５．
図１７は実施の形態５に係る半導体受光素子の概略構造を示す断面図であり、図１８は実施の形態５に係る他の半導体受光素子の概略構造を示す断面図である。実施の形態５の半導体受光素子５０は、第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上の拡散フロント差ｄ２である点で、実施の形態１の半導体受光素子５０と異なる。その他の構造は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様である。図１７に示した半導体受光素子５０は裏面入射型のアバランシェフォトダイオードであり、図１８に示した半導体受光素子５０は表面入射型のアバランシェフォトダイオードである。第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上の場合には、計算の一例では受光領域２２の中心部（第二ｐ型部１５よりも内側の第一ｐ型部１４）の増倍率を９．６から６．７に下げることができ、受光領域２２の中心部を流れる光電流を約３０％減少させることができる。
【００５０】
実施の形態５の半導体受光素子５０は、第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上なので、実施の形態１の半導体受光素子５０に比べて、受光領域２２における中心部の増倍率と外周部の増倍率との差を安定して実現することができる。第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上とする構造は、実施の形態３の半導体受光素子５０に適用すれば、実施の形態３の半導体受光素子５０に比べて、受光領域２２における中心部の増倍率と外周部の増倍率との差を安定して実現することができる。
【００５１】
また、第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上とする構造は、実施の形態２の半導体受光素子５０、実施の形態４の半導体受光素子５０に適用してもよい。この場合も、受光領域２２における中心部の増倍率と外周部の増倍率との差を安定して実現することができる。
【００５２】
実施の形態５の半導体受光素子５０は、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様に、ｐ型領域６は第一ｐ型部１４と拡散フロントが第一ｐ型部１４よりも深い第二ｐ型部１５を有しているので、実施の形態１の半導体受光素子５０と同様の効果を奏する。さらに、実施の形態５の半導体受光素子５０は、第一ｐ型部１４の拡散フロントと第二ｐ型部１５の拡散フロントとの距離である拡散フロント差が１００ｎｍ以上なので、実施の形態１の半導体受光素子５０に比べて、受光領域２２における中心部の増倍率と外周部の増倍率との差を安定して実現することができる。
【００５３】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５４】
１…半導体基板、２…増倍層、３…電界制御層、４…光吸収層、５…窓層、６…ｐ型領域、１４…第一ｐ型部、１５…第二ｐ型部、２１ｃ…破線（中心軸）、５０…半導体受光素子、ｄ１…拡散フロント差（差分距離）、ｄ２…拡散フロント差（差分距離）
【図１】
2020202557.tif 000003
【図２】
2020202557.tif 000004
【図３】
2020202557.tif 000005
【図４】
2020202557.tif 000006
【図５】
2020202557.tif 000007
【図６】
2020202557.tif 000008
【図７】
2020202557.tif 000009
【図８】
2020202557.tif 000010
【図９】
2020202557.tif 000011
【図１０】
2020202557.tif 000012
【図１１】
2020202557.tif 000013
【図１２】
2020202557.tif 000014
【図１３】
2020202557.tif 000015
【図１４】
2020202557.tif 000016
【図１５】
2020202557.tif 000017
【図１６】
2020202557.tif 000018
【図１７】
2020202557.tif 000019
【図１８】
2020202557.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月30日(2021.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ガードリング６４が形成された比較例の半導体受光素子６０の電流特性を説明する。図４に示した半導体受光素子６０は、光吸収層４の表面に電界制御層３が形成され、電界制御層３の表面に増倍層６２、窓層５が形成され、ガードリング６４が第一ｐ型部１４の外周に形成されている点で、図１の半導体受光素子５０と異なる。第一ｐ型部１４の裏面側（半導体基板１側）はｎ型の増倍層６２に接触している。破線２１ｂ、２１ｄで示した位置でガードリング６４の拡散フロントが最も深くなっている。比較例の半導体受光素子６０の増倍層６２はＩｎＰであり、ガードリング６４は第一ｐ型部１４の不純物濃度より薄くなっている。比較例の半導体受光素子６０のガードリング６４直下では光が入射してもアバランシェ増倍しないので、ガードリング６４直下ではアバランシェ増倍のないＰＤのように動作する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図５には、比較例の半導体受光素子６０の電流特性を模式的に示している。図５において、横軸、縦軸はそれぞれ電圧、電流である。図５の電流特性２７は第一ｐ型部１４の中心部における電流特性であり、図５の電流特性２８はガードリング６４の電流特性である。図５に示すように、比較例の半導体受光素子６０は、受光領域２２の中心部の光電流よりも受光領域２２の外周部であるガードリング６４の光電流が少なくなっており、受光領域２２の中心部の増倍率よりも受光領域２２の外周部であるガードリング６４の増倍率が低くなる構造である。なお、ガードリング６４直下ではアバランシェ増倍が発生しないので、受光領域２２の外周部の増倍率は１である。このため、比較例の半導体受光素子６０における受光領域２２の中心部及び外周部の電流特性は、実施の形態１の半導体受光素子５０における受光領域２２の中心部及び外周部の電流特性と反対の分布となっている。このように、増倍層６２がＩｎＰである比較例の半導体受光素子６０におけるガードリング６４は、実施の形態１の半導体受光素子５０における受光領域２２の外周部である第二ｐ型部１５と作用が異なっている。
【国際調査報告】
2020202557.tif 000021
2020202557.tif 000022
2020202557.tif 000023
2020202557.tif 000024