JP2000124495A - キャリア閉込層を有した半導体素子 - Google Patents
キャリア閉込層を有した半導体素子Info
- Publication number
- JP2000124495A JP2000124495A JP10299507A JP29950798A JP2000124495A JP 2000124495 A JP2000124495 A JP 2000124495A JP 10299507 A JP10299507 A JP 10299507A JP 29950798 A JP29950798 A JP 29950798A JP 2000124495 A JP2000124495 A JP 2000124495A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- layers
- electrons
- semiconductor device
- period
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000000171 gas-source molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
-
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
- H01L31/035254—Superlattices; Multiple quantum well structures including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table, e.g. Si-SiGe superlattices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体素子の新規構造を提供すること。
【解決手段】第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２
層とを多重周期で積層した多重周期層を複数組有する半
導体素子において、第１層よりもバンド幅の広いキャリ
ア閉込層を介在させて多重周期層を複数配設した第１の
半導体素子構造とした。逆に、第１層と第１層よりもバ
ンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期層
を複数組有する半導体素子において、第２層よりもバン
ド幅の狭いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を複
数配設した第２の半導体素子構造とした。第１の半導体
素子構造はｐｉｎ型の光ダイオード、電圧可変容量素子
に有効であり、また、第２の半導体素子構造は受光素子
に有効である。
層とを多重周期で積層した多重周期層を複数組有する半
導体素子において、第１層よりもバンド幅の広いキャリ
ア閉込層を介在させて多重周期層を複数配設した第１の
半導体素子構造とした。逆に、第１層と第１層よりもバ
ンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期層
を複数組有する半導体素子において、第２層よりもバン
ド幅の狭いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を複
数配設した第２の半導体素子構造とした。第１の半導体
素子構造はｐｉｎ型の光ダイオード、電圧可変容量素子
に有効であり、また、第２の半導体素子構造は受光素子
に有効である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新規構造の半導体素
子に関する。本発明の新規構造は光電気変換素子、即
ち、受光素子、及びその他のｐｉｎダイオード、ｎｉｎ
又はｐｉｐ或いはｐｎ-ｎ、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ接合
構造の可変容量素子に有効である。
子に関する。本発明の新規構造は光電気変換素子、即
ち、受光素子、及びその他のｐｉｎダイオード、ｎｉｎ
又はｐｉｐ或いはｐｎ-ｎ、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ接合
構造の可変容量素子に有効である。
【０００２】
【従来の技術】例えばダイオードについて、従来、ｐｉ
ｎ接合のダイオードが知られており、通常のｐｎ接合ダ
イオードと同様に整流特性がある。ダイオードに逆バイ
アス電圧を印加させて動作させるタイプにアバランシ
ェ、ツエナー、インパット等のダイオードがある。
ｎ接合のダイオードが知られており、通常のｐｎ接合ダ
イオードと同様に整流特性がある。ダイオードに逆バイ
アス電圧を印加させて動作させるタイプにアバランシ
ェ、ツエナー、インパット等のダイオードがある。
【０００３】また、受光素子については、従来、ｐｉｎ
接合を有した受光素子が知られている。この構造の受光
素子では、ｐｉｎに逆バイアス電圧が印加されており、
通常、ｐ層側から入力した光がｉ層で吸収されて、電子
正孔対が生成される。このｉ層で励起された電子正孔対
がｉ層中の逆バイアス電圧で加速されて、電子はｎ層
へ、正孔はｐ層へと移動する。これにより、光強度に応
じた強さの光電流を出力させることができる。
接合を有した受光素子が知られている。この構造の受光
素子では、ｐｉｎに逆バイアス電圧が印加されており、
通常、ｐ層側から入力した光がｉ層で吸収されて、電子
正孔対が生成される。このｉ層で励起された電子正孔対
がｉ層中の逆バイアス電圧で加速されて、電子はｎ層
へ、正孔はｐ層へと移動する。これにより、光強度に応
じた強さの光電流を出力させることができる。
【０００４】一方、可変容量素子については、従来、ｐ
ｎ接合を利用した電圧可変容量素子が知られている。こ
の容量素子は、高不純物濃度のｐ層と低不純物濃度のｎ
層とを接合させ、ｎ層のｐ層に対する境界領域に空乏層
を形成して容量素子とするものである。この容量素子で
は、ｐｎ接合に逆バイアス電圧が印加されると、空乏層
幅が拡大され、容量が小さくなる。このように、逆バイ
アス電圧の大きさにより容量値を可変させることができ
る。
ｎ接合を利用した電圧可変容量素子が知られている。こ
の容量素子は、高不純物濃度のｐ層と低不純物濃度のｎ
層とを接合させ、ｎ層のｐ層に対する境界領域に空乏層
を形成して容量素子とするものである。この容量素子で
は、ｐｎ接合に逆バイアス電圧が印加されると、空乏層
幅が拡大され、容量が小さくなる。このように、逆バイ
アス電圧の大きさにより容量値を可変させることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの半導
体素子はそれぞれ以下のような問題があった。上記ダイ
オードではＶ−Ｉ特性はそのダイオードを構成する半導
体材料の物性で決定され、人為的に特性を変更すること
は困難である。
体素子はそれぞれ以下のような問題があった。上記ダイ
オードではＶ−Ｉ特性はそのダイオードを構成する半導
体材料の物性で決定され、人為的に特性を変更すること
は困難である。
【０００６】また、上記受光素子において、光／電気の
変換効率を向上させるためには、光が吸収されるｉ層を
厚くすれば良い。しかし、このｉ層を厚くすればする
程、キャリアをｎ層、ｐ層へ引き出すための時間が長く
なり、光／電気変換の応答速度が低下する。この応答速
度を向上させるためには、逆バイアス電圧を大きくし
て、ｉ層における電界を大きくすれば良い。しかし、逆
バイアス電圧を大きくすると、素子分離が困難となり、
漏れ電流を生じる原因となる。この結果、光が入力して
いない時に流れる電流、即ち、暗電流が大きくなるとい
う問題がある。よって、従来の受光素子では、受光感
度、検出速度、雑音電流との間に相互関連があり、受光
素子の性能に制限があった。
変換効率を向上させるためには、光が吸収されるｉ層を
厚くすれば良い。しかし、このｉ層を厚くすればする
程、キャリアをｎ層、ｐ層へ引き出すための時間が長く
なり、光／電気変換の応答速度が低下する。この応答速
度を向上させるためには、逆バイアス電圧を大きくし
て、ｉ層における電界を大きくすれば良い。しかし、逆
バイアス電圧を大きくすると、素子分離が困難となり、
漏れ電流を生じる原因となる。この結果、光が入力して
いない時に流れる電流、即ち、暗電流が大きくなるとい
う問題がある。よって、従来の受光素子では、受光感
度、検出速度、雑音電流との間に相互関連があり、受光
素子の性能に制限があった。
【０００７】一方、上記電圧可変容量素子においては、
印加電圧に対する容量値の変化率を大きくすることが要
請されている。このことを実現するために、上記のｐｎ
接合構造を有した可変容量素子において、低不純物濃度
のｎ層において、ｐ層との境界からの不純物濃度に空間
分布を設けることが考慮されている。そして、容量の電
圧変化率を大きくするには、この不純物濃度の分布を非
線型に変化させる必要がある。しかし、この非線型な不
純物分布を得るためには、加速度電圧を変化させたイオ
ン注入、結晶成長過程における変調ドーピング等の手法
が用いられるが、不純物の熱拡散があり、正確に設計し
た通りの非線形分布を得ることは困難である。よって、
容量の電圧変化率の向上にも限界がある。
印加電圧に対する容量値の変化率を大きくすることが要
請されている。このことを実現するために、上記のｐｎ
接合構造を有した可変容量素子において、低不純物濃度
のｎ層において、ｐ層との境界からの不純物濃度に空間
分布を設けることが考慮されている。そして、容量の電
圧変化率を大きくするには、この不純物濃度の分布を非
線型に変化させる必要がある。しかし、この非線型な不
純物分布を得るためには、加速度電圧を変化させたイオ
ン注入、結晶成長過程における変調ドーピング等の手法
が用いられるが、不純物の熱拡散があり、正確に設計し
た通りの非線形分布を得ることは困難である。よって、
容量の電圧変化率の向上にも限界がある。
【０００８】そこで、本発明は、半導体素子の新規構造
を提案することにより、これらの問題を解決することを
目的とする。即ち、ｐｉｎダイオードについては、逆バ
イアス電圧を印加して使用する場合に、そのＶ−Ｉ特性
を変化させることを目的とする。また、受光素子につい
ては、全く新規なｐｉｎ接合構造に順バイアス電圧を印
加して使用することにより、受光感度、応答速度を改善
することを目的とする。一方、可変容量素子について
は、空乏層の電圧による変化を不純物分布で実現するの
ではなく、全く新規な構造により実現することを目的と
する。更に、容量の電圧変化率の大きい電圧可変容量素
子を実現することを目的とする。又、電圧制御できる容
量の値の精度を向上させることをも目的とする。
を提案することにより、これらの問題を解決することを
目的とする。即ち、ｐｉｎダイオードについては、逆バ
イアス電圧を印加して使用する場合に、そのＶ−Ｉ特性
を変化させることを目的とする。また、受光素子につい
ては、全く新規なｐｉｎ接合構造に順バイアス電圧を印
加して使用することにより、受光感度、応答速度を改善
することを目的とする。一方、可変容量素子について
は、空乏層の電圧による変化を不純物分布で実現するの
ではなく、全く新規な構造により実現することを目的と
する。更に、容量の電圧変化率の大きい電圧可変容量素
子を実現することを目的とする。又、電圧制御できる容
量の値の精度を向上させることをも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第１
層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とを多重周期で
積層した多重周期層を複数組有する半導体素子におい
て、第１層よりもバンド幅の広いキャリア閉込層を介在
させて多重周期層を複数配設したことを特徴とする。
層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とを多重周期で
積層した多重周期層を複数組有する半導体素子におい
て、第１層よりもバンド幅の広いキャリア閉込層を介在
させて多重周期層を複数配設したことを特徴とする。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の半導体素子
を、ｐｉｎ型のダイオードとし、キャリア閉込層及び多
重周期層をｉ層に形成したことを特徴とする。請求項３
の発明は、請求項２の半導体素子において、ｐ層又はｎ
層に、ｉ層に注入させるキャリアを生起させる受光部が
形成されていることを特徴とする。
を、ｐｉｎ型のダイオードとし、キャリア閉込層及び多
重周期層をｉ層に形成したことを特徴とする。請求項３
の発明は、請求項２の半導体素子において、ｐ層又はｎ
層に、ｉ層に注入させるキャリアを生起させる受光部が
形成されていることを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明は、第１層と第１層よりも
バンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期
層を複数組有する半導体素子において、第２層よりもバ
ンド幅の狭いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を
複数配設したことを特徴とする。
バンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期
層を複数組有する半導体素子において、第２層よりもバ
ンド幅の狭いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を
複数配設したことを特徴とする。
【００１２】請求項５の発明は、請求項４の半導体素子
を、ｐｉｎ接合構造を有する受光素子とし、キャリア閉
込層及び多重周期層を、ｉ層に形成したことを特徴とす
る。請求項６の発明は、請求項４の半導体素子を、受光
素子とし、キャリア閉込層及び多重周期層を、ｎ層又は
ｐ層に形成したことを特徴とする。請求項７の発明は、
請求項６の半導体素子を、ｐｎ接合構造を有するものと
したことを特徴とする。
を、ｐｉｎ接合構造を有する受光素子とし、キャリア閉
込層及び多重周期層を、ｉ層に形成したことを特徴とす
る。請求項６の発明は、請求項４の半導体素子を、受光
素子とし、キャリア閉込層及び多重周期層を、ｎ層又は
ｐ層に形成したことを特徴とする。請求項７の発明は、
請求項６の半導体素子を、ｐｎ接合構造を有するものと
したことを特徴とする。
【００１３】請求項８の発明は、請求項１又は請求項４
乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体素子におい
て、キャリア閉込層のバンド幅を、第１層のバンド幅に
等しくしたことを特徴とする。
乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体素子におい
て、キャリア閉込層のバンド幅を、第１層のバンド幅に
等しくしたことを特徴とする。
【００１４】請求項９の発明は、請求項１の半導体素子
を、ｎｉｎ又はｐｉｐ接合を有した可変容量素子とし、
キャリア閉込層及び多重周期層を、ｉ層に形成したこと
を特徴とする。請求項１０の発明は、請求項１の半導体
素子を、ｐｎ-ｎ、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ合を有した可
変容量素子とし、キャリア閉込層及び多重周期層を、ｎ
-層、ｐ-層、又は、ｉ層に形成したことを特徴とする。
を、ｎｉｎ又はｐｉｐ接合を有した可変容量素子とし、
キャリア閉込層及び多重周期層を、ｉ層に形成したこと
を特徴とする。請求項１０の発明は、請求項１の半導体
素子を、ｐｎ-ｎ、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ合を有した可
変容量素子とし、キャリア閉込層及び多重周期層を、ｎ
-層、ｐ-層、又は、ｉ層に形成したことを特徴とする。
【００１５】請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項
３のいずれか１項、請求項９、又は請求項１０に記載の
半導体素子において、キャリア閉込層のバンド幅を、第
２層のバンド幅に等しくしたことを特徴とする。
３のいずれか１項、請求項９、又は請求項１０に記載の
半導体素子において、キャリア閉込層のバンド幅を、第
２層のバンド幅に等しくしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の作用及び効果】〔請求項１、２、３の発明〕本
発明にかかる多重周期層の原理を次に説明する。図１
（ａ）は、ｉ層に形成された多重周期層の伝導帯を示し
ている。少数キャリアである電子がｉ層へ注入、即ち、
図上左から右方向に伝導するとする。伝導に寄与する電
子は、第２層Ｂの伝導帯の底付近に存在する電子と考え
られる。この電子の運動エネルギをＥとする。すると、
第２層Ｂから第１層Ｗに伝導する電子は第２層Ｂから第
１層Ｗへのバンド電位差Ｖにより加速されて、第１層Ｗ
における運動エネルギはＥ＋Ｖとなる。又、第１層Ｗか
ら第２層Ｂへ伝導する電子は第１層Ｗから第２層Ｂへの
バンド電位差Ｖにより減速されて、第２層Ｂにおける電
子の運動エネルギはＥに戻る。伝導電子の運動エネルギ
は、多重層構造のポテンシャルエネルギによりこのよう
な変調を受ける。
発明にかかる多重周期層の原理を次に説明する。図１
（ａ）は、ｉ層に形成された多重周期層の伝導帯を示し
ている。少数キャリアである電子がｉ層へ注入、即ち、
図上左から右方向に伝導するとする。伝導に寄与する電
子は、第２層Ｂの伝導帯の底付近に存在する電子と考え
られる。この電子の運動エネルギをＥとする。すると、
第２層Ｂから第１層Ｗに伝導する電子は第２層Ｂから第
１層Ｗへのバンド電位差Ｖにより加速されて、第１層Ｗ
における運動エネルギはＥ＋Ｖとなる。又、第１層Ｗか
ら第２層Ｂへ伝導する電子は第１層Ｗから第２層Ｂへの
バンド電位差Ｖにより減速されて、第２層Ｂにおける電
子の運動エネルギはＥに戻る。伝導電子の運動エネルギ
は、多重層構造のポテンシャルエネルギによりこのよう
な変調を受ける。
【００１７】一方、第１層Ｗと第２層Ｂの厚さが電子の
量子波の波長と同程度となると、電子は波動として振る
舞う。すると電子の量子波の干渉効果を期待することが
できるようになる。この電子の波動としての性質から、
ＪＪＡＰ Letters Vol.29,No.11(1990年) L1977-L1980
によれば、下記の条件で第１層Ｗと第２層Ｂを積層して
なる多重周期層は、電子の反射層として作用するとされ
ている。なお、Ｌ1，Ｌ2；ｍ1 *，ｍ2 *；Ｅ1，Ｅ2は、そ
れぞれ第１層Ｗ，第２層Ｂにおける層の厚さ；電子の有
効質量；電子のエネルギである。また、ｈはプランクの
定数であり、ｍ及びｎは任意の自然数である。
量子波の波長と同程度となると、電子は波動として振る
舞う。すると電子の量子波の干渉効果を期待することが
できるようになる。この電子の波動としての性質から、
ＪＪＡＰ Letters Vol.29,No.11(1990年) L1977-L1980
によれば、下記の条件で第１層Ｗと第２層Ｂを積層して
なる多重周期層は、電子の反射層として作用するとされ
ている。なお、Ｌ1，Ｌ2；ｍ1 *，ｍ2 *；Ｅ1，Ｅ2は、そ
れぞれ第１層Ｗ，第２層Ｂにおける層の厚さ；電子の有
効質量；電子のエネルギである。また、ｈはプランクの
定数であり、ｍ及びｎは任意の自然数である。
【数１】 ２Ｌ1(２ｍ1 *Ｅ1)1/2２π／ｈ＝(２ｍ−１)π …（１） ２Ｌ2(２ｍ2 *Ｅ2)1/2２π／ｈ＝(２ｎ−１)π …（２）
【００１８】これは、ある状態の伝導電子の量子波に対
し、各層の厚さを該量子波の各層における波長の４分の
１の奇数倍に設定することを意味する。上記文献では各
層のバンドギャップエネルギをＥ1，Ｅ2としたが、本願
発明者はそれよりも小さなエネルギで反射層として作用
する多重周期層を提案している。よって、電子のエネル
ギとしては、第２層Ｂの最低エネルギレベル付近にある
電子の、各層でのエネルギとして（１）、（２）を用い
ることが望ましいと考えている。しかし、本願発明は、
多重周期層が電子の反射層として作用するものであれ
ば、上述したような条件を満たす多重周期層に限定され
ない。
し、各層の厚さを該量子波の各層における波長の４分の
１の奇数倍に設定することを意味する。上記文献では各
層のバンドギャップエネルギをＥ1，Ｅ2としたが、本願
発明者はそれよりも小さなエネルギで反射層として作用
する多重周期層を提案している。よって、電子のエネル
ギとしては、第２層Ｂの最低エネルギレベル付近にある
電子の、各層でのエネルギとして（１）、（２）を用い
ることが望ましいと考えている。しかし、本願発明は、
多重周期層が電子の反射層として作用するものであれ
ば、上述したような条件を満たす多重周期層に限定され
ない。
【００１９】このように電子の反射層として作用する、
第１層Ｗと第２層Ｂを積層してなる多重周期層をｉ層に
形成したダイオードにおいて、逆方向に電圧を印加する
と、多重周期層のバンドのエネルギレベルは外部電圧に
より図１（ｂ）のように傾斜する。このようにバンドが
傾斜すると、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける電子の運動エ
ネルギＥ＋Ｖ，Ｅは、量子波が進行するにつれて増加
し、次第に第１層Ｗと第２層Ｂの厚さは、反射率が大き
くなる最適条件を満たさなくなる。この結果、印加電圧
の大きさが、電子の運動エネルギを上記の多重周期層の
厚さの設計に用いられた運動エネルギを越えさせない範
囲では、電子の反射が起こり電子による電流は流れな
い。しかし、印加電圧の大きさが、注入される電子の運
動エネルギを設定された運動エネルギを越えさせる程度
に増加すると、反射していた電子が急激に流れるように
なる。この結果、ダイオードのＶ−Ｉ特性が急峻とな
る。即ち、動作抵抗が低下する。
第１層Ｗと第２層Ｂを積層してなる多重周期層をｉ層に
形成したダイオードにおいて、逆方向に電圧を印加する
と、多重周期層のバンドのエネルギレベルは外部電圧に
より図１（ｂ）のように傾斜する。このようにバンドが
傾斜すると、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける電子の運動エ
ネルギＥ＋Ｖ，Ｅは、量子波が進行するにつれて増加
し、次第に第１層Ｗと第２層Ｂの厚さは、反射率が大き
くなる最適条件を満たさなくなる。この結果、印加電圧
の大きさが、電子の運動エネルギを上記の多重周期層の
厚さの設計に用いられた運動エネルギを越えさせない範
囲では、電子の反射が起こり電子による電流は流れな
い。しかし、印加電圧の大きさが、注入される電子の運
動エネルギを設定された運動エネルギを越えさせる程度
に増加すると、反射していた電子が急激に流れるように
なる。この結果、ダイオードのＶ−Ｉ特性が急峻とな
る。即ち、動作抵抗が低下する。
【００２０】又、価電子帯においても、エネルギレベル
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なり、さらに、第１層Ｗ、第２層Ｂにおけ
る正孔の有効質量が電子の有効質量と異なるため、電子
に対して反射率を高くするように設定された第１層Ｗと
第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得られ
る条件にはならない。よって、上記の構造の多重周期層
は、電子だけを反射させ正孔を反射させないようにする
ことができる。
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なり、さらに、第１層Ｗ、第２層Ｂにおけ
る正孔の有効質量が電子の有効質量と異なるため、電子
に対して反射率を高くするように設定された第１層Ｗと
第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得られ
る条件にはならない。よって、上記の構造の多重周期層
は、電子だけを反射させ正孔を反射させないようにする
ことができる。
【００２１】又、逆に、価電子帯のバンド電位差、正孔
の有効質量を用いて、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計
することで、多重周期層をｎ層に設け正孔を反射させ電
子を透過させる層とすることもできる。上記のような電
子の多重周期層をｐ層に設け、正孔の多重周期層をｎ層
に設けることで、このダイオードのＶ−Ｉ特性をさらに
急峻とすることができ、動作抵抗を低下させることがで
きる。
の有効質量を用いて、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計
することで、多重周期層をｎ層に設け正孔を反射させ電
子を透過させる層とすることもできる。上記のような電
子の多重周期層をｐ層に設け、正孔の多重周期層をｎ層
に設けることで、このダイオードのＶ−Ｉ特性をさらに
急峻とすることができ、動作抵抗を低下させることがで
きる。
【００２２】さて、このような多重層周期層を、所定間
隔隔てて複数従続に配設し、各多重層周期層の間にキャ
リアを蓄積する、第１層Ｗよりもバンド幅の広いキャリ
ア閉込層を形成する。これにより、各多重層周期層のＶ
−Ｉ特性がキャリア閉込層に蓄積されたキャリアの量に
より変化する。これはフォトダイオード等、外的要因に
よりキャリアの発生を検知する半導体素子として利用で
きることを意味する。
隔隔てて複数従続に配設し、各多重層周期層の間にキャ
リアを蓄積する、第１層Ｗよりもバンド幅の広いキャリ
ア閉込層を形成する。これにより、各多重層周期層のＶ
−Ｉ特性がキャリア閉込層に蓄積されたキャリアの量に
より変化する。これはフォトダイオード等、外的要因に
よりキャリアの発生を検知する半導体素子として利用で
きることを意味する。
【００２３】また、このようなキャリア閉込層及び多重
層周期層を、ｉ層において形成することで、Ｖ−Ｉ特性
を階段状に変化させることができる。
層周期層を、ｉ層において形成することで、Ｖ−Ｉ特性
を階段状に変化させることができる。
【００２４】また、ｐ層又はｎ層に、ｉ層に注入させる
キャリアを生起させる受光部を形成することで、本ダイ
オードを光検出器等のフォトダイオードに用いることが
できる。
キャリアを生起させる受光部を形成することで、本ダイ
オードを光検出器等のフォトダイオードに用いることが
できる。
【００２５】〔請求項４、５、６、７の発明〕本発明に
かかる多重周期層の原理を図２に基づいて説明する。図
２は、ｐ層とｎ層との間に順方向に外部電圧が印加され
た状態を示している。即ち、外部電圧によりｉ層のバン
ドは平坦となっている。図２では、ｉ層に４つの多重周
期層Ｑ 1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4が形成されており、各多重周期
層の間には、第２層Ｂよりもバンド幅の狭いキャリア閉
込層Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が形成されている。又、１つの多重
周期層Ｑiの伝導帯のバンド構造は図１の（ａ）と同様
である。
かかる多重周期層の原理を図２に基づいて説明する。図
２は、ｐ層とｎ層との間に順方向に外部電圧が印加され
た状態を示している。即ち、外部電圧によりｉ層のバン
ドは平坦となっている。図２では、ｉ層に４つの多重周
期層Ｑ 1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4が形成されており、各多重周期
層の間には、第２層Ｂよりもバンド幅の狭いキャリア閉
込層Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が形成されている。又、１つの多重
周期層Ｑiの伝導帯のバンド構造は図１の（ａ）と同様
である。
【００２６】請求項１、２、３の発明での説明と同様
に、伝導電子の運動エネルギは、多重層構造のポテンシ
ャルエネルギにより変調を受ける。一方、第１層Ｗと第
２層Ｂの厚さが電子の量子波長と同程度となると、電子
は波動として振る舞う。よって式（１）、（２）の条件
を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設定して多
重周期層とすれば、この多重周期層はやはり電子反射層
として作用する。
に、伝導電子の運動エネルギは、多重層構造のポテンシ
ャルエネルギにより変調を受ける。一方、第１層Ｗと第
２層Ｂの厚さが電子の量子波長と同程度となると、電子
は波動として振る舞う。よって式（１）、（２）の条件
を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設定して多
重周期層とすれば、この多重周期層はやはり電子反射層
として作用する。
【００２７】この状態において、ｉ層に光が入射する
と、バンド幅の狭いキャリア閉込層Ｃ 1，Ｃ2，Ｃ3の伝
導帯に光励起された電子が閉込される。この光励起され
た電子は、印加された順方向電圧によりｐ層側に流れよ
うとするが、その光励起電子は閉込られたキャリア閉込
層に対してｐ層側に存在する多重周期層による反射条件
が満たされているので、電子は移動しない。
と、バンド幅の狭いキャリア閉込層Ｃ 1，Ｃ2，Ｃ3の伝
導帯に光励起された電子が閉込される。この光励起され
た電子は、印加された順方向電圧によりｐ層側に流れよ
うとするが、その光励起電子は閉込られたキャリア閉込
層に対してｐ層側に存在する多重周期層による反射条件
が満たされているので、電子は移動しない。
【００２８】ところが、このキャリア閉込層Ｃ1，Ｃ2，
Ｃ3の電子が多くなると、より高レベルに電子が存在す
るようになる。この高レベルに存在する電子の運動エネ
ルギが増加するため、上記の多重周期層による反射条件
を満たさなくなる。この結果、電子は多重周期層Ｑ2，
Ｑ3，Ｑ4を透過してｐ層に流れる。これが光電流とな
る。
Ｃ3の電子が多くなると、より高レベルに電子が存在す
るようになる。この高レベルに存在する電子の運動エネ
ルギが増加するため、上記の多重周期層による反射条件
を満たさなくなる。この結果、電子は多重周期層Ｑ2，
Ｑ3，Ｑ4を透過してｐ層に流れる。これが光電流とな
る。
【００２９】この受光素子には順方向電圧が印加される
ことから、低電圧駆動が可能となり、素子間の絶縁分離
が容易となる。又、光が入力されない状態では、電子は
多重周期層で効果的に反射されるために、電流は流れ
ず、暗電流を極めて小さくすることができる。又、電子
の移動は、多重周期層を波動として伝搬すると考えられ
るので、応答速度が高速となる。
ことから、低電圧駆動が可能となり、素子間の絶縁分離
が容易となる。又、光が入力されない状態では、電子は
多重周期層で効果的に反射されるために、電流は流れ
ず、暗電流を極めて小さくすることができる。又、電子
の移動は、多重周期層を波動として伝搬すると考えられ
るので、応答速度が高速となる。
【００３０】尚、多重周期層の価電子帯における正孔の
挙動についても、請求項１、２、３の発明と同様の議論
が成り立つ。よって、上記の構造の多重周期層は、電子
だけを反射させ正孔を反射させないようにすることがで
き、逆に、価電子帯のバンド電位差、正孔の有効質量を
用いて、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計することで、
多重周期層をｎ層に設け正孔を反射させ電子を透過させ
る層とすることもできる。よって、正孔に対して反射層
として機能する正孔反射の多重周期層を上記の電子を反
射する各多重周期層に従属接続して設けても良い。
挙動についても、請求項１、２、３の発明と同様の議論
が成り立つ。よって、上記の構造の多重周期層は、電子
だけを反射させ正孔を反射させないようにすることがで
き、逆に、価電子帯のバンド電位差、正孔の有効質量を
用いて、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計することで、
多重周期層をｎ層に設け正孔を反射させ電子を透過させ
る層とすることもできる。よって、正孔に対して反射層
として機能する正孔反射の多重周期層を上記の電子を反
射する各多重周期層に従属接続して設けても良い。
【００３１】上記のキャリアの反射機能を有する多重周
期層は、０Ｖから所定のバイアス電圧までキャリアを反
射させ、電流が流れない状態を形成できるので、光受光
素子をｎ層だけ、又は、ｐ層だけで形成し、上記の多重
周期層とキャリア閉込層を、ｎ層又はｐ層に形成しても
良い。同様に、ｐｎ接合の受光素子を形成し、そのｎ
層、ｐ層に形成しても良い。
期層は、０Ｖから所定のバイアス電圧までキャリアを反
射させ、電流が流れない状態を形成できるので、光受光
素子をｎ層だけ、又は、ｐ層だけで形成し、上記の多重
周期層とキャリア閉込層を、ｎ層又はｐ層に形成しても
良い。同様に、ｐｎ接合の受光素子を形成し、そのｎ
層、ｐ層に形成しても良い。
【００３２】〔請求項８の発明〕請求項８は、キャリア
閉込層のバンド幅を第１層Ｗのバンド幅に等しくしてい
る。よって、光照射により、発生した電子・正孔対がそ
れぞれキャリア閉込層の伝導帯・価電子帯にも容易に蓄
積される。また、キャリア閉込層のバンド幅は第１層Ｗ
のバンド幅に等しいので、多重周期層との境界でのキャ
リアの挙動は多重周期層の中のキャリアの挙動と同じも
のとなる。これにより、受光素子としての性能が向上す
る。
閉込層のバンド幅を第１層Ｗのバンド幅に等しくしてい
る。よって、光照射により、発生した電子・正孔対がそ
れぞれキャリア閉込層の伝導帯・価電子帯にも容易に蓄
積される。また、キャリア閉込層のバンド幅は第１層Ｗ
のバンド幅に等しいので、多重周期層との境界でのキャ
リアの挙動は多重周期層の中のキャリアの挙動と同じも
のとなる。これにより、受光素子としての性能が向上す
る。
【００３３】〔請求項９の発明〕本発明にかかるキャリ
ア閉込層及び多重周期層の原理を図３に示すｎｉｎ構造
を例として次に説明する。請求項１、２、３の発明での
説明と同様に、伝導電子の運動エネルギは、多重層構造
のポテンシャルエネルギにより変調を受ける。一方、第
１層Ｗと第２層Ｂの厚さが電子の量子波長と同程度とな
ると、電子は波動として振る舞う。よって式（１）、
（２）の条件を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さ
を設定して多重周期層とすれば、この多重周期層はやは
り電子反射層として作用する。
ア閉込層及び多重周期層の原理を図３に示すｎｉｎ構造
を例として次に説明する。請求項１、２、３の発明での
説明と同様に、伝導電子の運動エネルギは、多重層構造
のポテンシャルエネルギにより変調を受ける。一方、第
１層Ｗと第２層Ｂの厚さが電子の量子波長と同程度とな
ると、電子は波動として振る舞う。よって式（１）、
（２）の条件を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さ
を設定して多重周期層とすれば、この多重周期層はやは
り電子反射層として作用する。
【００３４】ｉ層に印加する電圧を徐々に大きくして行
くとき、多重周期層の反射効果が機能しｉ層に存在する
キャリアが流れない間は、ｉ層に存在する電子によりｉ
層の実効的な厚さ、即ち、空乏層の厚さが薄くなり、容
量は大きい。印加電圧を大きくして行くと、多重周期層
のバンドのエネルギレベルは外部電圧により図１
（ｂ）、図３（ｂ）のように傾斜する。このようにバン
ドが傾斜すると、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける電子の運
動エネルギＥ＋Ｖ，Ｅは、量子波が進行するにつれて増
加し、次第に第１層Ｗと第２層Ｂの厚さは、反射率が大
きくなる最適条件を満たさなくなる。この結果、印加電
圧の大きさが、電子の運動エネルギを上記の量子波干渉
層の厚さの設計に用いられた運動エネルギを越えさせな
い範囲では、電子の反射が起こり電子による電流は流れ
ない。しかし、印加電圧の大きさが、ｉ層の電子の運動
エネルギを設定された運動エネルギを越えさせる程度に
増加すると、ｉ層中に存在していた電子が、ｉ層の電界
で加速されて移動するようになる。この結果、ｉ層の電
子密度が低下し、ｉ層の実効的な厚さ、即ち、空乏層の
厚さが厚くなり、容量が小さくなる。
くとき、多重周期層の反射効果が機能しｉ層に存在する
キャリアが流れない間は、ｉ層に存在する電子によりｉ
層の実効的な厚さ、即ち、空乏層の厚さが薄くなり、容
量は大きい。印加電圧を大きくして行くと、多重周期層
のバンドのエネルギレベルは外部電圧により図１
（ｂ）、図３（ｂ）のように傾斜する。このようにバン
ドが傾斜すると、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける電子の運
動エネルギＥ＋Ｖ，Ｅは、量子波が進行するにつれて増
加し、次第に第１層Ｗと第２層Ｂの厚さは、反射率が大
きくなる最適条件を満たさなくなる。この結果、印加電
圧の大きさが、電子の運動エネルギを上記の量子波干渉
層の厚さの設計に用いられた運動エネルギを越えさせな
い範囲では、電子の反射が起こり電子による電流は流れ
ない。しかし、印加電圧の大きさが、ｉ層の電子の運動
エネルギを設定された運動エネルギを越えさせる程度に
増加すると、ｉ層中に存在していた電子が、ｉ層の電界
で加速されて移動するようになる。この結果、ｉ層の電
子密度が低下し、ｉ層の実効的な厚さ、即ち、空乏層の
厚さが厚くなり、容量が小さくなる。
【００３５】又、価電子帯においても、エネルギレベル
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なり、さらに、第１層Ｗ、第２層Ｂにおけ
る正孔の有効質量が電子の有効質量と異なるため、電子
に対して反射率を高くするように設定された第１層Ｗと
第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得られ
る条件にはならない。よって、上記の構造の多重周期層
は、電子だけを反射させ正孔を反射させないようにする
ことができる。よって、正孔は、印加電圧の小さい値に
おいて、ｉ層には存在せず、ｉ層は完全に空乏層化して
いる。
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なり、さらに、第１層Ｗ、第２層Ｂにおけ
る正孔の有効質量が電子の有効質量と異なるため、電子
に対して反射率を高くするように設定された第１層Ｗと
第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得られ
る条件にはならない。よって、上記の構造の多重周期層
は、電子だけを反射させ正孔を反射させないようにする
ことができる。よって、正孔は、印加電圧の小さい値に
おいて、ｉ層には存在せず、ｉ層は完全に空乏層化して
いる。
【００３６】このような多重周期層を、キャリアを閉じ
込めるキャリア閉込層を介在させて複数従続に配設する
ことで、容量の増大を効果的に実現することができる。
この構成が図４に示されている。各多重周期層Ａ1〜Ａ4
が所定の間隔を隔てて設けられており、その各多重周期
層Ａ1〜Ａ4間の領域がキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3である。
ｉ層に存在する電子がこのキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3で効
果的に閉じ込められ、素子の容量を増加させることがで
きる。印加電圧を増加させると、各多重周期層Ａ1〜Ａ4
における電子の量子波長が反射条件を満たされなくな
り、ｉ層の電界で加速されて流れる。これにより、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3での電子濃度が低下する結果、容
量が小さくなる。このように、外部電圧により容量を制
御することが可能となる。
込めるキャリア閉込層を介在させて複数従続に配設する
ことで、容量の増大を効果的に実現することができる。
この構成が図４に示されている。各多重周期層Ａ1〜Ａ4
が所定の間隔を隔てて設けられており、その各多重周期
層Ａ1〜Ａ4間の領域がキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3である。
ｉ層に存在する電子がこのキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3で効
果的に閉じ込められ、素子の容量を増加させることがで
きる。印加電圧を増加させると、各多重周期層Ａ1〜Ａ4
における電子の量子波長が反射条件を満たされなくな
り、ｉ層の電界で加速されて流れる。これにより、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3での電子濃度が低下する結果、容
量が小さくなる。このように、外部電圧により容量を制
御することが可能となる。
【００３７】尚、上記の説明において、ｎｉｎ型におい
て、キャリアを電子で説明したが、ｐｉｐ型でキャリア
を正孔としても同様に成立し、同様な効果を奏する。
て、キャリアを電子で説明したが、ｐｉｐ型でキャリア
を正孔としても同様に成立し、同様な効果を奏する。
【００３８】〔請求項１１の発明〕又、請求項１１は、
キャリア閉込層のバンド幅を第２層Ｂのバンド幅に等し
くしている。よって、キャリア閉込層のバンド幅は第２
層Ｂのバンド幅に等しいので、多重周期層との境界での
キャリアの挙動は多重周期層の中のキャリアの挙動と同
じものとなる。これにより、可変容量素子としての性能
が向上する。
キャリア閉込層のバンド幅を第２層Ｂのバンド幅に等し
くしている。よって、キャリア閉込層のバンド幅は第２
層Ｂのバンド幅に等しいので、多重周期層との境界での
キャリアの挙動は多重周期層の中のキャリアの挙動と同
じものとなる。これにより、可変容量素子としての性能
が向上する。
【００３９】〔請求項１０の発明〕本発明にかかるキャ
リア閉込層及び多重周期層の原理を図５に示すｐｎ-ｎ
構造を例として次に説明する。図１（ａ）は、ｎ-層に
形成された多重周期層の伝導帯を示していると考える。
請求項９の発明での説明と同様に、式（１）、（２）の
条件を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設定し
て多重周期層とすれば、この多重周期層はやはり電子反
射層として作用する。
リア閉込層及び多重周期層の原理を図５に示すｐｎ-ｎ
構造を例として次に説明する。図１（ａ）は、ｎ-層に
形成された多重周期層の伝導帯を示していると考える。
請求項９の発明での説明と同様に、式（１）、（２）の
条件を満たすよう、第１層Ｗ、第２層Ｂの厚さを設定し
て多重周期層とすれば、この多重周期層はやはり電子反
射層として作用する。
【００４０】ｎ-層に印加する電圧を徐々に大きくして
行くとき、ｎ-層での電子の挙動は図４に示したｎｉｎ
型の可変容量素子におけるｉ層での電子の挙動と全く同
様である。この様子を図６に示す。この結果、ｎ-層の
電子密度が低下し、ｎ-層の実効的な厚さ、即ち、空乏
層の厚さが厚くなり、容量が小さくなる。
行くとき、ｎ-層での電子の挙動は図４に示したｎｉｎ
型の可変容量素子におけるｉ層での電子の挙動と全く同
様である。この様子を図６に示す。この結果、ｎ-層の
電子密度が低下し、ｎ-層の実効的な厚さ、即ち、空乏
層の厚さが厚くなり、容量が小さくなる。
【００４１】又、価電子帯における議論も、ｎｉｎ型の
可変容量素子におけるｉ層での正孔の挙動と全く同様で
ある。よって、正孔は、印加電圧の小さい値において、
ｎ-層には存在せず、ｎ-層は完全に空乏層化している。
このような多重周期層を、キャリアを閉じ込めるキャリ
ア閉込層を介在させて複数従続に配設することで、容量
の増大を効果的に実現することができる。
可変容量素子におけるｉ層での正孔の挙動と全く同様で
ある。よって、正孔は、印加電圧の小さい値において、
ｎ-層には存在せず、ｎ-層は完全に空乏層化している。
このような多重周期層を、キャリアを閉じ込めるキャリ
ア閉込層を介在させて複数従続に配設することで、容量
の増大を効果的に実現することができる。
【００４２】上記では、ｐｎ-ｎ構造についてのみ説明
したが、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ構造についても同様に
作用し、同様な効果を奏する。
したが、ｐｐ-ｎ、又は、ｐｉｎ構造についても同様に
作用し、同様な効果を奏する。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
【００４４】〔第１実施例〕図７は多重周期層をｉ層に
形成したｐｉｎ型ダイオードの断面図である。GaAsから
成る基板１０の上に、n-GaAsから成る厚さ0.3μm、電子
濃度2×1018/cm3のバッファ層１２が形成され、その上
にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度2×1
018/cm3のｎ形コンタクト層１４が形成されている。ｎ
形コンタクト層１４の上には、n-Al0.51In0.49Pから成
る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ層１６が形成
されている。そのｎ層１６の上に不純物無添加のｉ層１
８を形成した。そのｉ層１８の上にはAl0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.2μm、正孔濃度1×10 18/cm3のｐ層２０が
形成されている。さらに、そのｐ層２０の上にp-Ga0.51
In0. 49Pから成る厚さ0.13μm、正孔濃度2×1018/cm3の
第２ｐ形コンタクト層２２とp-GaAsから成る厚さ0.06μ
m、正孔濃度2×1018/cm3の第１ｐ形コンタクト層２４が
形成されている。さらに、基板１０の裏面には厚さ0.2
μmのAu/Geから成る電極２６が形成され、第１ｐ形コン
タクト層２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極
２８が形成されている。
形成したｐｉｎ型ダイオードの断面図である。GaAsから
成る基板１０の上に、n-GaAsから成る厚さ0.3μm、電子
濃度2×1018/cm3のバッファ層１２が形成され、その上
にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度2×1
018/cm3のｎ形コンタクト層１４が形成されている。ｎ
形コンタクト層１４の上には、n-Al0.51In0.49Pから成
る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ層１６が形成
されている。そのｎ層１６の上に不純物無添加のｉ層１
８を形成した。そのｉ層１８の上にはAl0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.2μm、正孔濃度1×10 18/cm3のｐ層２０が
形成されている。さらに、そのｐ層２０の上にp-Ga0.51
In0. 49Pから成る厚さ0.13μm、正孔濃度2×1018/cm3の
第２ｐ形コンタクト層２２とp-GaAsから成る厚さ0.06μ
m、正孔濃度2×1018/cm3の第１ｐ形コンタクト層２４が
形成されている。さらに、基板１０の裏面には厚さ0.2
μmのAu/Geから成る電極２６が形成され、第１ｐ形コン
タクト層２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極
２８が形成されている。
【００４５】上記のｉ層１８の中に、不純物無添加のGa
0.51In0.49Pから成る第１層Ｗと不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成る第２層Ｂを１０周期多重化した多重周期
層Ａ1、これと同様な構成の多重周期層Ａ2、…、Ａ7が
全体で７組設けられている。第１層Ｗの厚さは5nm、第
２層Ｂの厚さは7nmであり、第２層Ｂと第１層Ｗとの間
には厚さ1.3nmの不純物無添加のAl0.33Ga0.33In0.33Pか
ら成るδ層が形成されている。又、各多重周期層Ａi、
Ａi+1間には厚さ14nm、不純物無添加のAl0.51In 0.49Pか
ら成るキャリア閉込層Ｃが形成されている。１つの多重
周期層Ａ1の詳細なバンド構造が図８（ａ）に示されて
いる。
0.51In0.49Pから成る第１層Ｗと不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成る第２層Ｂを１０周期多重化した多重周期
層Ａ1、これと同様な構成の多重周期層Ａ2、…、Ａ7が
全体で７組設けられている。第１層Ｗの厚さは5nm、第
２層Ｂの厚さは7nmであり、第２層Ｂと第１層Ｗとの間
には厚さ1.3nmの不純物無添加のAl0.33Ga0.33In0.33Pか
ら成るδ層が形成されている。又、各多重周期層Ａi、
Ａi+1間には厚さ14nm、不純物無添加のAl0.51In 0.49Pか
ら成るキャリア閉込層Ｃが形成されている。１つの多重
周期層Ａ1の詳細なバンド構造が図８（ａ）に示されて
いる。
【００４６】尚、ｐ層２０又はｎ層１６に接合する第２
層Ｂは0.05μmとした。このように最初の第２層Ｂを厚
くしたのは、ｎ層１６又はｐ層２０からキャリアが第１
層Ｗにトンネル伝導することを防止するためである。
又、基板１０は、２インチ径の大きさであり、基板の主
面は面方位(100)に対して15°方位[011]方向にオフセッ
トしている。
層Ｂは0.05μmとした。このように最初の第２層Ｂを厚
くしたのは、ｎ層１６又はｐ層２０からキャリアが第１
層Ｗにトンネル伝導することを防止するためである。
又、基板１０は、２インチ径の大きさであり、基板の主
面は面方位(100)に対して15°方位[011]方向にオフセッ
トしている。
【００４７】このダイオードは、ガスソースＭＢＥ法に
より製造された。ガスソースＭＢＥ法は、結晶のエレメ
ント材料全てを固体ソースから供給する従来形のＭＢＥ
法とは異なり、Ｖ族元素(As,P)等をガス状原料(AsH3,PH
3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,Al)
は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶成長
法である。なお、有機金属ガス気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ）を用いることもできる。
より製造された。ガスソースＭＢＥ法は、結晶のエレメ
ント材料全てを固体ソースから供給する従来形のＭＢＥ
法とは異なり、Ｖ族元素(As,P)等をガス状原料(AsH3,PH
3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,Al)
は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶成長
法である。なお、有機金属ガス気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ）を用いることもできる。
【００４８】上記の構成のｐｉｎダイオードにおいて、
ｐ層２０とｎ層１６との間に逆電圧を印加すると、ｉ層
１８が絶縁性であるので、図９（ａ）に示すように、ｉ
層１８に電位傾斜を生じる。尚、図８においてはδ層は
明示されていないが、実際には、図８（ａ）に示すよう
に、δ層が存在する。この状態では各多重周期層Ａ1〜
Ａ7は電子を反射するために、ｐ層２０において励起さ
れた少数キャリアである電子はｉ層１８を伝導しない。
しかし、多重周期層Ａ1に逆電圧が印加されているた
め、電子の反射率が少し小さくなっているので、僅かな
漏れ電流として、ｐ層２０において励起された少数キャ
リアが最初の多重周期層Ａ1を伝導して、最初のキャリ
ア閉込層Ｃ1に達する。すると、このキャリア閉込層Ｃ1
における電子の蓄積により多重周期層Ａ1の電位傾斜が
急になり、隣の多重周期層Ａ2の電位傾斜は逆に緩やか
となる。この結果、多重周期層Ａ1に注入される電子の
運動エネルギが多重周期層の各層の幅の設計に用いた運
動エネルギよりも大きくなるため、多重周期層Ａ1の反
射率が益々小さくなり、電子はこの多重周期層Ａ1を益
々多く通過しキャリア閉込層Ｃ1に蓄積される。する
と、第２の多重周期層Ａ2の電位傾斜が益々緩やかとな
り、逆に、この層の反射率は向上して、電子はキャリア
閉込層Ｃ1に効率良く蓄積される。
ｐ層２０とｎ層１６との間に逆電圧を印加すると、ｉ層
１８が絶縁性であるので、図９（ａ）に示すように、ｉ
層１８に電位傾斜を生じる。尚、図８においてはδ層は
明示されていないが、実際には、図８（ａ）に示すよう
に、δ層が存在する。この状態では各多重周期層Ａ1〜
Ａ7は電子を反射するために、ｐ層２０において励起さ
れた少数キャリアである電子はｉ層１８を伝導しない。
しかし、多重周期層Ａ1に逆電圧が印加されているた
め、電子の反射率が少し小さくなっているので、僅かな
漏れ電流として、ｐ層２０において励起された少数キャ
リアが最初の多重周期層Ａ1を伝導して、最初のキャリ
ア閉込層Ｃ1に達する。すると、このキャリア閉込層Ｃ1
における電子の蓄積により多重周期層Ａ1の電位傾斜が
急になり、隣の多重周期層Ａ2の電位傾斜は逆に緩やか
となる。この結果、多重周期層Ａ1に注入される電子の
運動エネルギが多重周期層の各層の幅の設計に用いた運
動エネルギよりも大きくなるため、多重周期層Ａ1の反
射率が益々小さくなり、電子はこの多重周期層Ａ1を益
々多く通過しキャリア閉込層Ｃ1に蓄積される。する
と、第２の多重周期層Ａ2の電位傾斜が益々緩やかとな
り、逆に、この層の反射率は向上して、電子はキャリア
閉込層Ｃ1に効率良く蓄積される。
【００４９】次に、第２の多重周期層Ａ2と第３の多重
周期層Ａ3との間でも、同様なことが起こり、電子は第
１のキャリア閉込層Ｃ1から第２のキャリア閉込層Ｃ2へ
僅かづつ漏れる。これにより、第２の多重周期層Ａ2の
電位傾斜が増加し、逆に、第１の多重周期層Ａ1と第３
の多重周期層Ａ3の電位傾斜が緩やかとなり、それらの
層の反射率が大きくなる。このような作用により、第１
のキャリア閉込層Ｃ1に蓄積された電子は、第２のキャ
リア閉込層Ｃ2へ伝搬することになる。このような動作
が順次繰替えされることで、蓄積電子が順次、ｐ層２０
からｎ層１６へと伝搬して行くことになる。
周期層Ａ3との間でも、同様なことが起こり、電子は第
１のキャリア閉込層Ｃ1から第２のキャリア閉込層Ｃ2へ
僅かづつ漏れる。これにより、第２の多重周期層Ａ2の
電位傾斜が増加し、逆に、第１の多重周期層Ａ1と第３
の多重周期層Ａ3の電位傾斜が緩やかとなり、それらの
層の反射率が大きくなる。このような作用により、第１
のキャリア閉込層Ｃ1に蓄積された電子は、第２のキャ
リア閉込層Ｃ2へ伝搬することになる。このような動作
が順次繰替えされることで、蓄積電子が順次、ｐ層２０
からｎ層１６へと伝搬して行くことになる。
【００５０】上記のｐｉｎダイオードにおいて、逆電圧
を印加した時のＶ−Ｉ特性を測定した。その結果を図１
０に示す。この結果から次のことが理解される。逆電圧
がある大きさ（-27.6V)になるまでは、流れる電流は非
常に小さい（10-5Ａの程度）。その後は、複数の特定な
電圧値において、電流がステップ的に増加している。
を印加した時のＶ−Ｉ特性を測定した。その結果を図１
０に示す。この結果から次のことが理解される。逆電圧
がある大きさ（-27.6V)になるまでは、流れる電流は非
常に小さい（10-5Ａの程度）。その後は、複数の特定な
電圧値において、電流がステップ的に増加している。
【００５１】上記構造のｐｉｎダイオードにおいて、図
７に示すように、ｐ層２０の上面に窓を形成して、ｐ層
２０に、光を受光して電子を生成する受光部を形成し
た。このｐｉｎダイオードに逆電圧を印加した時のＶ−
Ｉ特性を測定した。その結果を図１１に示す。ｐ層２０
において光励起された電子が、上述した機構によりｉ層
１８を伝搬する。図１１に示すように、光励起して電子
を生成しているので、小さい逆電圧から電流が立ち上が
り、複数の特定の逆電圧において電流はステップ的に増
加しているのが理解される。
７に示すように、ｐ層２０の上面に窓を形成して、ｐ層
２０に、光を受光して電子を生成する受光部を形成し
た。このｐｉｎダイオードに逆電圧を印加した時のＶ−
Ｉ特性を測定した。その結果を図１１に示す。ｐ層２０
において光励起された電子が、上述した機構によりｉ層
１８を伝搬する。図１１に示すように、光励起して電子
を生成しているので、小さい逆電圧から電流が立ち上が
り、複数の特定の逆電圧において電流はステップ的に増
加しているのが理解される。
【００５２】図１１において、約-26.2V〜-27.6Vの間に
おいては、光照射時の電流は暗電流に比べて１０倍大き
く、光検出器として用いることができる。又、この素子
の動作電圧は、従来のアバランシェホォトダイオードに
比べて可なり低い値である。
おいては、光照射時の電流は暗電流に比べて１０倍大き
く、光検出器として用いることができる。又、この素子
の動作電圧は、従来のアバランシェホォトダイオードに
比べて可なり低い値である。
【００５３】〔第２実施例〕図１２のように、下記の部
分のみ変更して、第１実施例と同様の半導体素子を形成
した。ｉ層１８には、Ga0.51In0.49Pから成る厚さ5nmの
第１層ＷとAl0.51In0.49Pから成る厚さ7nmの第２層Ｂと
第１層Ｗの両側に形成された厚さ1.3nmの不純物無添加
のAl0.33Ga0.33In0.33Pから成るδ層とを１組として１
０周期繰り返された多重周期層Ｑ1と、これと同一構造
の多重周期層Ｑ2、…、Ｑ4とを合わせて、全体で４組設
けられている。１つの多重周期層Ｑ1の詳細なバンド構
造は図７（ａ）に示すものである。又、各多重周期層Ｑ
i、Ｑi+1間には厚さ20nm、不純物無添加のGa0.51In0.49
Pから成るキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が形成されている。
分のみ変更して、第１実施例と同様の半導体素子を形成
した。ｉ層１８には、Ga0.51In0.49Pから成る厚さ5nmの
第１層ＷとAl0.51In0.49Pから成る厚さ7nmの第２層Ｂと
第１層Ｗの両側に形成された厚さ1.3nmの不純物無添加
のAl0.33Ga0.33In0.33Pから成るδ層とを１組として１
０周期繰り返された多重周期層Ｑ1と、これと同一構造
の多重周期層Ｑ2、…、Ｑ4とを合わせて、全体で４組設
けられている。１つの多重周期層Ｑ1の詳細なバンド構
造は図７（ａ）に示すものである。又、各多重周期層Ｑ
i、Ｑi+1間には厚さ20nm、不純物無添加のGa0.51In0.49
Pから成るキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が形成されている。
【００５４】尚、ｎ層１６又はｐ層２０に接合する第２
層Ｂは0.05μmとし、基板１０が２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同じとした。この受光素
子は、第１実施例と同様、ガスソースＭＢＥ法により製
造されたが、ＭＯＣＶＤを用いることもできる。
層Ｂは0.05μmとし、基板１０が２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同じとした。この受光素
子は、第１実施例と同様、ガスソースＭＢＥ法により製
造されたが、ＭＯＣＶＤを用いることもできる。
【００５５】上記の構成の受光素子において、ｐ層２０
とｎ層１６との間に順方向に電圧Ｖを増加させて行く
と、図２に示すように、ｉ層１８のバンドの傾斜が平坦
となる電位が存在する。この状態では、多重周期層Ｑ1
〜Ｑ4において電子に対して反射条件が設立するので、
電子は流れない。
とｎ層１６との間に順方向に電圧Ｖを増加させて行く
と、図２に示すように、ｉ層１８のバンドの傾斜が平坦
となる電位が存在する。この状態では、多重周期層Ｑ1
〜Ｑ4において電子に対して反射条件が設立するので、
電子は流れない。
【００５６】次に、キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3のバンド幅
に共鳴したエネルギの光が入射すると、このキャリア閉
込層Ｃ1〜Ｃ3に電子が励起される。このキャリア閉込層
Ｃ1〜Ｃ3における電子濃度が高くなり、第２層Ｂの伝導
帯の底付近以上の電子が多く存在するようになると、ｎ
層１６の電子が隣のキャリア閉込層Ｃ1に伝導し、キャ
リア閉込層Ｃ1の電子は隣のキャリア閉込層Ｃ2に伝導す
る。このようにして、電子は各キャリア閉込層Ｃ1を介
在させて、各多重周期層中は電子の波としての性質によ
り高速に伝導すると考えられる。このようにして、光励
起により電子は高速にｎ層１６からｐ層２０へと伝導す
ると考えられる。
に共鳴したエネルギの光が入射すると、このキャリア閉
込層Ｃ1〜Ｃ3に電子が励起される。このキャリア閉込層
Ｃ1〜Ｃ3における電子濃度が高くなり、第２層Ｂの伝導
帯の底付近以上の電子が多く存在するようになると、ｎ
層１６の電子が隣のキャリア閉込層Ｃ1に伝導し、キャ
リア閉込層Ｃ1の電子は隣のキャリア閉込層Ｃ2に伝導す
る。このようにして、電子は各キャリア閉込層Ｃ1を介
在させて、各多重周期層中は電子の波としての性質によ
り高速に伝導すると考えられる。このようにして、光励
起により電子は高速にｎ層１６からｐ層２０へと伝導す
ると考えられる。
【００５７】尚、この光受光素子は、キャリア閉込層Ｃ
1〜Ｃ3に励起される電子がｎ層１６からｐ層２０への電
子の伝導に対してゲートスイッチの機能を有しているの
で、光電気変換効率が高い。さらに、キャリア閉込層Ｃ
1〜Ｃ3に電子が励起されていない場合には、多重周期層
Ｑ1〜Ｑ4は電子に対して反射条件が満たされているが、
キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3に電子が励起された場合にの
み、電子の反射条件が満たされなくなり、多重周期層Ｑ
1〜Ｑ4を電子は量子波として伝導すると考えられるた
め、スイッチング速度も高速になると思われる。
1〜Ｃ3に励起される電子がｎ層１６からｐ層２０への電
子の伝導に対してゲートスイッチの機能を有しているの
で、光電気変換効率が高い。さらに、キャリア閉込層Ｃ
1〜Ｃ3に電子が励起されていない場合には、多重周期層
Ｑ1〜Ｑ4は電子に対して反射条件が満たされているが、
キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3に電子が励起された場合にの
み、電子の反射条件が満たされなくなり、多重周期層Ｑ
1〜Ｑ4を電子は量子波として伝導すると考えられるた
め、スイッチング速度も高速になると思われる。
【００５８】この光受光素子のＶ−Ｉ特性を測定した。
図１３に示す。光を照射した場合には、0.2Vの順方向電
圧により、電流は４桁程急峻に増加しているのが分か
る。それに対して、暗電流は多重周期層による電子の反
射作用により順方向電圧を印加しても小さい値に抑制さ
れている。尚、光電流の暗電流に対する比は1000倍程度
あることが理解される。尚、ｉ層１８の電位を平坦にす
る順方向電圧は1Vと考えられるが、この1Vの電圧で、光
電流は5×10-6A以上となっているのが分かる。
図１３に示す。光を照射した場合には、0.2Vの順方向電
圧により、電流は４桁程急峻に増加しているのが分か
る。それに対して、暗電流は多重周期層による電子の反
射作用により順方向電圧を印加しても小さい値に抑制さ
れている。尚、光電流の暗電流に対する比は1000倍程度
あることが理解される。尚、ｉ層１８の電位を平坦にす
る順方向電圧は1Vと考えられるが、この1Vの電圧で、光
電流は5×10-6A以上となっているのが分かる。
【００５９】又、別の実施例として、図１４に示すｎｉ
ｐｉｎ構造の受光素子を製造した。領域ａ１、ａ２、ａ
３は、上記実施例のｎｉｐ構造の光受光素子と同一であ
り、ｉ層１８に多重周期層とキャリア閉込層とが形成さ
れている。領域ａ４、ａ５はｐ領域ａ３に流入した光電
流を逆バイアス電圧により引き抜くためのものである。
この型の受光素子について、光を照射してＶ−Ｉ特性を
測定した。その結果を図１５に示す。光電流の暗電流に
対する比は約1000倍以上が得られている。
ｐｉｎ構造の受光素子を製造した。領域ａ１、ａ２、ａ
３は、上記実施例のｎｉｐ構造の光受光素子と同一であ
り、ｉ層１８に多重周期層とキャリア閉込層とが形成さ
れている。領域ａ４、ａ５はｐ領域ａ３に流入した光電
流を逆バイアス電圧により引き抜くためのものである。
この型の受光素子について、光を照射してＶ−Ｉ特性を
測定した。その結果を図１５に示す。光電流の暗電流に
対する比は約1000倍以上が得られている。
【００６０】次に、他の実施例として、図１６に示す構
造のSiとGeとの化合物半導体系の受光素子を形成した。
この素子では、第１層Ｗは厚さ５nmのSi0.8Ge0.2で形成
し、第２層Ｂは厚さ７nmのSiで形成した。又、キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ3は、厚さ20nmのSi0.8Ge0.2で形成した。
但し、本実施例では、δ層を設けなかった。
造のSiとGeとの化合物半導体系の受光素子を形成した。
この素子では、第１層Ｗは厚さ５nmのSi0.8Ge0.2で形成
し、第２層Ｂは厚さ７nmのSiで形成した。又、キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ3は、厚さ20nmのSi0.8Ge0.2で形成した。
但し、本実施例では、δ層を設けなかった。
【００６１】このような構造の光受光素子を製造して、
受光特性を測定した。その結果を図１７に示す。この場
合にも光電流の暗電流に対する比は約1000倍以上となっ
ていることが分かる。又、順方向の電圧0.9V位で光電流
は急峻に立ち上がっていることが分かる。この実施例に
おいて、更に、δ層を設けることで、更に特性が向上す
るものと思われる。
受光特性を測定した。その結果を図１７に示す。この場
合にも光電流の暗電流に対する比は約1000倍以上となっ
ていることが分かる。又、順方向の電圧0.9V位で光電流
は急峻に立ち上がっていることが分かる。この実施例に
おいて、更に、δ層を設けることで、更に特性が向上す
るものと思われる。
【００６２】このように、本発明の構造の光受光素子に
より、従来の光受光素子に比べて、Ｓ／Ｎ比の大きい光
受光素子を得ることができる。
より、従来の光受光素子に比べて、Ｓ／Ｎ比の大きい光
受光素子を得ることができる。
【００６３】〔第３実施例〕図１８は多重周期層をｉ層
に形成したｎｉｎ型可変容量素子の断面図である。GaAs
から成る基板１０の上に、n-GaAsから成る厚さ0.3μm、
電子濃度2×1018/cm 3のバッファ層１２が形成され、そ
の上にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度
2×1018/cm3のｎ形コンタクト層１４が形成されてい
る。ｎ形コンタクト層１４の上には、n-Al0.51In0.49P
から成る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ層１６
が形成されている。そのｎ層１６の上には、不純物無添
加のｉ層１８が形成され、そのｉ層１８の上にはAl0.51
In0.49Pから成る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ
層２０が形成されている。さらに、そのｎ層２０の上に
n-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度2×10
18/cm3の第２ｎ形コンタクト層２２とn-GaAsから成る厚
さ0.06μm、電子濃度2×1018/cm3の第１ｎ形コンタクト
層２４が形成されている。さらに、基板１０の裏面には
厚さ0.2μmのAu/Geから成る電極２６が形成され、第１
ｎ形コンタクト層２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから
成る電極２８が形成されている。
に形成したｎｉｎ型可変容量素子の断面図である。GaAs
から成る基板１０の上に、n-GaAsから成る厚さ0.3μm、
電子濃度2×1018/cm 3のバッファ層１２が形成され、そ
の上にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度
2×1018/cm3のｎ形コンタクト層１４が形成されてい
る。ｎ形コンタクト層１４の上には、n-Al0.51In0.49P
から成る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ層１６
が形成されている。そのｎ層１６の上には、不純物無添
加のｉ層１８が形成され、そのｉ層１８の上にはAl0.51
In0.49Pから成る厚さ0.2μm、電子濃度1×1018/cm3のｎ
層２０が形成されている。さらに、そのｎ層２０の上に
n-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.13μm、電子濃度2×10
18/cm3の第２ｎ形コンタクト層２２とn-GaAsから成る厚
さ0.06μm、電子濃度2×1018/cm3の第１ｎ形コンタクト
層２４が形成されている。さらに、基板１０の裏面には
厚さ0.2μmのAu/Geから成る電極２６が形成され、第１
ｎ形コンタクト層２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから
成る電極２８が形成されている。
【００６４】上記のｉ層１８の中に、不純物無添加のGa
0.51In0.49Pから成る第１層Ｗと不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成る第２層Ｂを１０周期多重化した多重周期
層Ａ1、これと同様な構成の多重周期層Ａ2、…、Ａ4が
全体で４組設けられている。１つの多重周期層Ａ1の詳
細なバンド構造が図８に示されている。第１層Ｗの厚さ
は5nm、第２層Ｂの厚さは7nmであり、第２層Ｂと第１層
Ｗとの間には厚さ1.3nmの不純物無添加のAl0.33Ga0.33I
n0.33Pから成るδ層が形成されている。又、各多重周期
層Ａi、Ａi+1間には厚さ177nm、不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成るキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が形成されてい
る。
0.51In0.49Pから成る第１層Ｗと不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成る第２層Ｂを１０周期多重化した多重周期
層Ａ1、これと同様な構成の多重周期層Ａ2、…、Ａ4が
全体で４組設けられている。１つの多重周期層Ａ1の詳
細なバンド構造が図８に示されている。第１層Ｗの厚さ
は5nm、第２層Ｂの厚さは7nmであり、第２層Ｂと第１層
Ｗとの間には厚さ1.3nmの不純物無添加のAl0.33Ga0.33I
n0.33Pから成るδ層が形成されている。又、各多重周期
層Ａi、Ａi+1間には厚さ177nm、不純物無添加のAl0.51I
n0.49Pから成るキャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が形成されてい
る。
【００６５】尚、ｎ層２０又はｎ層１６に接合する第２
層Ｂは0.05μmとし、基板１０は２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同様である。また、この
電圧可変容量素子は、第１実施例の受光素子同様、ガス
ソースＭＢＥ法により製造されたが、ＭＯＣＶＤを用い
ることもできる。
層Ｂは0.05μmとし、基板１０は２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同様である。また、この
電圧可変容量素子は、第１実施例の受光素子同様、ガス
ソースＭＢＥ法により製造されたが、ＭＯＣＶＤを用い
ることもできる。
【００６６】上記の構成の可変容量素子において、ｎ層
２０とｎ層１６との間に電圧Ｖを印加すると、ｉ層１８
が絶縁性であるので、図４（ａ）に示すように、ｉ層１
８に電位傾斜を生じる。尚、図４においてはδ層は明示
されていないが、実際には、図７（ａ）に示すように、
δ層が存在する。外部電圧が０Ｖから図４（ａ）に示す
Ｖ1までは、各多重周期層Ａ1〜Ａ4は電子を反射するた
めに、ｉ層１８に存在する電子はｉ層を伝導しない。即
ち、電子は各キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3に閉じ込められ
る。この結果、実効的な空乏層の幅が短くなり、電極２
６、２８間の静電容量は大きい。
２０とｎ層１６との間に電圧Ｖを印加すると、ｉ層１８
が絶縁性であるので、図４（ａ）に示すように、ｉ層１
８に電位傾斜を生じる。尚、図４においてはδ層は明示
されていないが、実際には、図７（ａ）に示すように、
δ層が存在する。外部電圧が０Ｖから図４（ａ）に示す
Ｖ1までは、各多重周期層Ａ1〜Ａ4は電子を反射するた
めに、ｉ層１８に存在する電子はｉ層を伝導しない。即
ち、電子は各キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3に閉じ込められ
る。この結果、実効的な空乏層の幅が短くなり、電極２
６、２８間の静電容量は大きい。
【００６７】電極２６、２８間の印加電圧Ｖが次第に大
きくなると、電子の運動エネルギーが大きくなり、量子
波長は短くなる。この結果、各多重周期層Ａ1〜Ａ4の反
射条件が満たされなくなり、電子が伝導し、各キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ3の電子濃度が減少する。この結果、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が空乏層化するため、等価的にｉ
層の空乏層の幅が大きくなったことになり、容量が低下
する。このように、印加電圧Ｖを増大させるに従って、
容量を小さくすることができる。
きくなると、電子の運動エネルギーが大きくなり、量子
波長は短くなる。この結果、各多重周期層Ａ1〜Ａ4の反
射条件が満たされなくなり、電子が伝導し、各キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ3の電子濃度が減少する。この結果、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ3が空乏層化するため、等価的にｉ
層の空乏層の幅が大きくなったことになり、容量が低下
する。このように、印加電圧Ｖを増大させるに従って、
容量を小さくすることができる。
【００６８】上記の可変容量素子において、電圧Ｖをバ
イアス電圧として与えた時の交流の容量値を、電圧Ｖを
変化させて測定した。測定結果を図１９に示す。交流信
号は100kHzと1MHzである。特性Ｘが1MHzの時の特性であ
り、印加電圧Ｖが0.6V以上となると、容量が急激に小さ
くなっていることが分かる。又、特性Ｙは100kHzの時の
特性であり、0.7Vで最大となっていることが分かる。
又、特性Ｚは従来のｐｎ接合型の電圧可変容量素子の特
性を示している。本実施例素子の特性Ｘ，Ｙからも明白
なように、0.8Vより大きい領域での容量の電圧変化率
が、従来素子よりも大きくなっていることが理解され
る。
イアス電圧として与えた時の交流の容量値を、電圧Ｖを
変化させて測定した。測定結果を図１９に示す。交流信
号は100kHzと1MHzである。特性Ｘが1MHzの時の特性であ
り、印加電圧Ｖが0.6V以上となると、容量が急激に小さ
くなっていることが分かる。又、特性Ｙは100kHzの時の
特性であり、0.7Vで最大となっていることが分かる。
又、特性Ｚは従来のｐｎ接合型の電圧可変容量素子の特
性を示している。本実施例素子の特性Ｘ，Ｙからも明白
なように、0.8Vより大きい領域での容量の電圧変化率
が、従来素子よりも大きくなっていることが理解され
る。
【００６９】〔第４実施例〕図２０は多重周期層をｎ-
層に形成したｐｎ-ｎ可変容量素子の断面図である。図
２０の可変容量素子は、第３実施例にかかる図１８の可
変容量素子と、GaAsから成る基板１０、n-GaAsから成る
バッファ層１２、n-Ga0.51In0.49Pから成る厚さｎ形コ
ンタクト層１４、n-Al0.51In0.49Pから成るｎ層１６の
形成は全く同様である。そのｎ層１６の上には、ｐ層に
近づくに連れて電子濃度が漸減するｎ-層１８を形成し
た。そのｎ-層１８の上にはAl0.51In0.49Pから成る厚さ
0.2μm、正孔濃度1×1018/cm3のｐ層２０が形成されて
いる。さらに、そのｐ層２０の上にp-Ga0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.13μm、正孔濃度2×1018/cm3の第２ｐ形コ
ンタクト層２２とp-GaAsから成る厚さ0.06μm、正孔濃
度2×1018/cm3の第１ｐ形コンタクト層２４が形成され
ている。さらに、基板１０の裏面には厚さ0.2μmのAu/G
eから成る電極２６が形成され、第１ｐ形コンタクト層
２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極２８が形
成されている。
層に形成したｐｎ-ｎ可変容量素子の断面図である。図
２０の可変容量素子は、第３実施例にかかる図１８の可
変容量素子と、GaAsから成る基板１０、n-GaAsから成る
バッファ層１２、n-Ga0.51In0.49Pから成る厚さｎ形コ
ンタクト層１４、n-Al0.51In0.49Pから成るｎ層１６の
形成は全く同様である。そのｎ層１６の上には、ｐ層に
近づくに連れて電子濃度が漸減するｎ-層１８を形成し
た。そのｎ-層１８の上にはAl0.51In0.49Pから成る厚さ
0.2μm、正孔濃度1×1018/cm3のｐ層２０が形成されて
いる。さらに、そのｐ層２０の上にp-Ga0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.13μm、正孔濃度2×1018/cm3の第２ｐ形コ
ンタクト層２２とp-GaAsから成る厚さ0.06μm、正孔濃
度2×1018/cm3の第１ｐ形コンタクト層２４が形成され
ている。さらに、基板１０の裏面には厚さ0.2μmのAu/G
eから成る電極２６が形成され、第１ｐ形コンタクト層
２４の上には厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極２８が形
成されている。
【００７０】上記のｎ-層１８の電子濃度は３×１０16
／cm3である。ｎ-層１８は、Ga0.51In0.49Pから成る第
１層ＷとAl0.51In0.49Pから成る第２層Ｂを１２周期多
重化した多重周期層Ａ1、これと同様な構成の多重周期
層Ａ2、…、Ａ5が全体で５組設けられている。１つの多
重周期層Ａ1の詳細なバンド構造が図７（ａ）に示され
ている。第１層Ｗの厚さは5nm、第２層Ｂの厚さは7nmで
あり、第２層Ｂと第１層Ｗとの間には厚さ1.3nmの不純
物無添加のAl0.33Ga0.33In0.33Pから成るδ層が形成さ
れている。又、各多重周期層Ａi、Ａi+1間には厚さ14n
m、不純物無添加のAl 0.51In0.49Pから成るキャリア閉込
層Ｃ1〜Ｃ4が形成されている。
／cm3である。ｎ-層１８は、Ga0.51In0.49Pから成る第
１層ＷとAl0.51In0.49Pから成る第２層Ｂを１２周期多
重化した多重周期層Ａ1、これと同様な構成の多重周期
層Ａ2、…、Ａ5が全体で５組設けられている。１つの多
重周期層Ａ1の詳細なバンド構造が図７（ａ）に示され
ている。第１層Ｗの厚さは5nm、第２層Ｂの厚さは7nmで
あり、第２層Ｂと第１層Ｗとの間には厚さ1.3nmの不純
物無添加のAl0.33Ga0.33In0.33Pから成るδ層が形成さ
れている。又、各多重周期層Ａi、Ａi+1間には厚さ14n
m、不純物無添加のAl 0.51In0.49Pから成るキャリア閉込
層Ｃ1〜Ｃ4が形成されている。
【００７１】尚、ｎ層２０又はｎ層１６に接合する第２
層Ｂは0.05μmとし、基板１０は２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同様である。この可変容
量素子は、第１実施例と同様、ガスソースＭＢＥ法によ
り製造されたが、ＭＯＣＶＤを用いることもできる。
層Ｂは0.05μmとし、基板１０は２インチ径、基板の主
面のオフセットも第１実施例と同様である。この可変容
量素子は、第１実施例と同様、ガスソースＭＢＥ法によ
り製造されたが、ＭＯＣＶＤを用いることもできる。
【００７２】上記の構成の可変容量素子において、ｎ層
２０とｎ層１６との間に電圧Ｖを印加すると、ｎ-層１
８が絶縁性であるので、図６（ａ）に示すように、ｎ-
層１８に電位傾斜を生じる。尚、図６においてはδ層は
明示されていないが、実際には、図７（ａ）に示すよう
に、δ層が存在する。又、キャリア閉込層Ｃ1，Ｃ2の２
つしか示されていないが、実際には上述したように４つ
設けられている。又、各多重周期層の周期数も５周期し
か表示されていないが、実際には１２周期設けられてい
る。外部電圧が０Ｖから図６（ａ）に示すＶ1までは、
各多重周期層Ａ1〜Ａ5は電子を反射するために、ｎ-層
１８に存在する電子はｎ-層を伝導しない。即ち、電子
は各キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ4に閉じ込められる。この結
果、実効的な空乏層の幅が短くなり、電極２６、２８間
の静電容量は大きい。
２０とｎ層１６との間に電圧Ｖを印加すると、ｎ-層１
８が絶縁性であるので、図６（ａ）に示すように、ｎ-
層１８に電位傾斜を生じる。尚、図６においてはδ層は
明示されていないが、実際には、図７（ａ）に示すよう
に、δ層が存在する。又、キャリア閉込層Ｃ1，Ｃ2の２
つしか示されていないが、実際には上述したように４つ
設けられている。又、各多重周期層の周期数も５周期し
か表示されていないが、実際には１２周期設けられてい
る。外部電圧が０Ｖから図６（ａ）に示すＶ1までは、
各多重周期層Ａ1〜Ａ5は電子を反射するために、ｎ-層
１８に存在する電子はｎ-層を伝導しない。即ち、電子
は各キャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ4に閉じ込められる。この結
果、実効的な空乏層の幅が短くなり、電極２６、２８間
の静電容量は大きい。
【００７３】電極２６、２８間の印加電圧Ｖが次第に大
きくなると、電子の運動エネルギーが大きくなり、量子
波長は短くなる。この結果、各多重周期層Ａ1〜Ａ7の反
射条件が満たされなくなり、電子が伝導し、各キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の電子濃度が減少する。この結果、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ4が空乏層化するため、等価的にｎ
-層の空乏層の幅が大きくなったことになり、容量が低
下する。このように、印加電圧Ｖを増大させるに従っ
て、容量を小さくすることができる。
きくなると、電子の運動エネルギーが大きくなり、量子
波長は短くなる。この結果、各多重周期層Ａ1〜Ａ7の反
射条件が満たされなくなり、電子が伝導し、各キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の電子濃度が減少する。この結果、各キ
ャリア閉込層Ｃ1〜Ｃ4が空乏層化するため、等価的にｎ
-層の空乏層の幅が大きくなったことになり、容量が低
下する。このように、印加電圧Ｖを増大させるに従っ
て、容量を小さくすることができる。
【００７４】上記の可変容量素子において、電圧Ｖをバ
イアス電圧として与えた時の交流の容量値を、電圧Ｖを
変化させて測定した。測定結果を図２１に示す。交流信
号は100kHzと1MHzである。特性Ｘが1MHzの時の特性であ
り、特性Ｙは100kHzの時の特性であり、特性Ｚが従来の
可変容量素子の特性である。従来素子では、逆電圧が1V
より大きくなると、容量の減少が飽和する。しかし、本
実施例素子では、容量の電圧変化率は小さくなるが、可
変範囲が広いことが理解される。
イアス電圧として与えた時の交流の容量値を、電圧Ｖを
変化させて測定した。測定結果を図２１に示す。交流信
号は100kHzと1MHzである。特性Ｘが1MHzの時の特性であ
り、特性Ｙは100kHzの時の特性であり、特性Ｚが従来の
可変容量素子の特性である。従来素子では、逆電圧が1V
より大きくなると、容量の減少が飽和する。しかし、本
実施例素子では、容量の電圧変化率は小さくなるが、可
変範囲が広いことが理解される。
【００７５】次に、上記実施例素子において、キャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の厚さを２倍の28nmとして、他の構成を
同様とした素子を製造した。その特性を図２２に示す。
図９、図１０とを比較すると、容量の変化率はキャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の厚さが厚い程小さくなってくるのが分
かる。しかし、両者共に容量の可変範囲は従来素子より
も広いことが理解される。
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の厚さを２倍の28nmとして、他の構成を
同様とした素子を製造した。その特性を図２２に示す。
図９、図１０とを比較すると、容量の変化率はキャリア
閉込層Ｃ1〜Ｃ4の厚さが厚い程小さくなってくるのが分
かる。しかし、両者共に容量の可変範囲は従来素子より
も広いことが理解される。
【００７６】以上の通り、第１層と第１層よりもバンド
幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期層を複
数組有する半導体素子において、第１層よりもバンド幅
の広いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を複数配
設し、或いは、第２層よりもバンド幅の狭いキャリア閉
込層を介在させて多重周期層を複数配設することで、多
重周期層のキャリアの量子波の干渉効果を高めることが
できた。本発明の要部は、キャリアの量子波の干渉効果
を有する多重周期層を複数配設する際、その各隣接する
多重周期層の間にキャリア閉込層を介在させることであ
る。よって多重周期層の作用はキャリアの反射に限定さ
れない。
幅の広い第２層とを多重周期で積層した多重周期層を複
数組有する半導体素子において、第１層よりもバンド幅
の広いキャリア閉込層を介在させて多重周期層を複数配
設し、或いは、第２層よりもバンド幅の狭いキャリア閉
込層を介在させて多重周期層を複数配設することで、多
重周期層のキャリアの量子波の干渉効果を高めることが
できた。本発明の要部は、キャリアの量子波の干渉効果
を有する多重周期層を複数配設する際、その各隣接する
多重周期層の間にキャリア閉込層を介在させることであ
る。よって多重周期層の作用はキャリアの反射に限定さ
れない。
【００７７】以上の実施例では、δ層を形成すること
で、反射率を向上させたが、δ層がなくとも多重周期層
による反射の効果は見られるので、δ層はなくとも良
い。
で、反射率を向上させたが、δ層がなくとも多重周期層
による反射の効果は見られるので、δ層はなくとも良
い。
【００７８】又、上記実施例では、多重周期層をキャリ
ア閉込層を介在させて直列に接続したが、多重周期層を
形成する第１層、第２層の多重化される数、及び、多重
周期層とキャリア閉込層の繰り返しの数は任意である。
ア閉込層を介在させて直列に接続したが、多重周期層を
形成する第１層、第２層の多重化される数、及び、多重
周期層とキャリア閉込層の繰り返しの数は任意である。
【００７９】又、上記実施例では、多重周期層をGa0.51
In0.49PとAl0.51In0.49Pとの多重層で構成したが、４元
系のAlxGayIn1-x-yP或いはAlxGayIn1-x-yAs(0≦x,y,x+y
≦1の任意の値)で組成比を異にして形成しても良い。さ
らに、多重周期層は、他のIII族-V族化合物半導体、II
族-VI族化合物半導体、Si/Ge、その他の異種半導体の多
重接合で構成することが可能である。具体的には下記の
ような組み合わせが望ましい。尚、バンド幅の広い層／
狭い層／基板を意味し、x、yは明記していない場合は、
それぞれ0＜x,y＜1の任意の値である。 ＜1＞ AlxIn1-xP／GayIn1-yP／／GaAs ＜2＞ AlxGa1-xAs／GaAs／／GaAs ＜3＞ GaxIn1-xP／InP／／InP ＜4＞ GaxIn1-xP／GayIn1-yAs／／GaAs ＜5＞ AlAs／AlxGa1-xAs／／GaAs 0.8≦x≦0.9 ＜6＞ InP／GaxIn1-xAsyP1-y／／GaAs ＜7＞ Si／SiGex／／任意 0.1≦x≦0.3 ＜8＞ Si／SiGexCy／／任意 0.1≦x≦0.3, 0＜y≦0.1 ＜9＞ Alx1Gay1In1-x1-y1N／Alx2Gay2In1-x2-y2N／／Si, SiC, GaN, サファイア 0≦x1,x2,y1,y2,x1+y1,x2+y2≦1
In0.49PとAl0.51In0.49Pとの多重層で構成したが、４元
系のAlxGayIn1-x-yP或いはAlxGayIn1-x-yAs(0≦x,y,x+y
≦1の任意の値)で組成比を異にして形成しても良い。さ
らに、多重周期層は、他のIII族-V族化合物半導体、II
族-VI族化合物半導体、Si/Ge、その他の異種半導体の多
重接合で構成することが可能である。具体的には下記の
ような組み合わせが望ましい。尚、バンド幅の広い層／
狭い層／基板を意味し、x、yは明記していない場合は、
それぞれ0＜x,y＜1の任意の値である。 ＜1＞ AlxIn1-xP／GayIn1-yP／／GaAs ＜2＞ AlxGa1-xAs／GaAs／／GaAs ＜3＞ GaxIn1-xP／InP／／InP ＜4＞ GaxIn1-xP／GayIn1-yAs／／GaAs ＜5＞ AlAs／AlxGa1-xAs／／GaAs 0.8≦x≦0.9 ＜6＞ InP／GaxIn1-xAsyP1-y／／GaAs ＜7＞ Si／SiGex／／任意 0.1≦x≦0.3 ＜8＞ Si／SiGexCy／／任意 0.1≦x≦0.3, 0＜y≦0.1 ＜9＞ Alx1Gay1In1-x1-y1N／Alx2Gay2In1-x2-y2N／／Si, SiC, GaN, サファイア 0≦x1,x2,y1,y2,x1+y1,x2+y2≦1
【図１】本発明の多重周期層の概念を説明するための説
明図。
明図。
【図２】本発明の受光素子の概念を説明するための説明
図。
図。
【図３】本発明のｎｉｎ型半導体素子の概念を説明する
ための説明図。
ための説明図。
【図４】本発明のｎｉｎ型半導体素子の概念を説明する
ための説明図。
ための説明図。
【図５】本発明のｐｎ-ｎ型半導体素子の概念を説明す
るための説明図。
るための説明図。
【図６】本発明のｐｎ-ｎ型半導体素子の概念を説明す
るための説明図。
るための説明図。
【図７】本発明の実施例に係るｐｉｎ型ダイオードの構
造を示した断面図。
造を示した断面図。
【図８】本発明の多重周期層の概念を説明するための説
明図。
明図。
【図９】そのｐｉｎ型ダイオードに逆電圧を印加したと
きのｉ層のエネルギダイアグラム。
きのｉ層のエネルギダイアグラム。
【図１０】そのｐｉｎ型ダイオードに逆電圧を印加した
ときのＶ−Ｉ特性の測定図。
ときのＶ−Ｉ特性の測定図。
【図１１】そのｐｉｎ型ダイオードに光励起して電子を
生成し、逆電圧を印加したときのＶ−Ｉ特性の測定図。
生成し、逆電圧を印加したときのＶ−Ｉ特性の測定図。
【図１２】本発明の実施例に係る受光素子の構造を示し
た断面図。
た断面図。
【図１３】同実施例素子における光の非照射時、照射時
のＶ−Ｉ特性の測定図。
のＶ−Ｉ特性の測定図。
【図１４】本発明の他の実施例に係る受光素子の構造を
示した説明図。
示した説明図。
【図１５】その実施例素子における光の非照射時、照射
時のＶ−Ｉ特性の測定図。
時のＶ−Ｉ特性の測定図。
【図１６】他の実施例に係る受光素子の構造を示した断
面図。
面図。
【図１７】その受光素子における光の非照射時、照射時
のＶ−Ｉ特性の測定図。
のＶ−Ｉ特性の測定図。
【図１８】本発明の実施例に係るｎｉｎ型可変容量素子
の構造を示した断面図。
の構造を示した断面図。
【図１９】その実施例素子の交流容量の電圧特性を示し
た測定図。
た測定図。
【図２０】本発明の実施例に係るｐｎ-ｎ型可変容量素
子の構造を示した断面図。
子の構造を示した断面図。
【図２１】その実施例素子の交流容量の電圧特性を示し
た測定図。
た測定図。
【図２２】他の実施例素子の交流容量の電圧特性を示し
た測定図。
た測定図。
【図２３】ｐｉｎ型可変容量素子におけるｉ層のエネル
ギダイアグラム。
ギダイアグラム。
１０…基板 １２…バッファ層 １４…ｎ形コンタクト層 １６…ｎ層 １８…キャリア閉込層及び多重周期層からなるｉ層又は
ｎ-層 ２０…ｐ層又はｎ層 ２２…第２ｐ形コンタクト層又は第２ｎ形コンタクト層 ２４…第１ｐ形コンタクト層又は第１ｎ形コンタクト層 ２６、２８…電極 Ａi、Ｑi…多重周期層 Ｂ…第２層 Ｗ…第１層 Ｃ、Ｃi…キャリア閉込層
ｎ-層 ２０…ｐ層又はｎ層 ２２…第２ｐ形コンタクト層又は第２ｎ形コンタクト層 ２４…第１ｐ形コンタクト層又は第１ｎ形コンタクト層 ２６、２８…電極 Ａi、Ｑi…多重周期層 Ｂ…第２層 Ｗ…第１層 Ｃ、Ｃi…キャリア閉込層
Claims (11)
- 【請求項１】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した多重周期層を複数組有する
半導体素子において、 前記第１層よりもバンド幅の広いキャリア閉込層を介在
させて前記多重周期層を複数配設したことを特徴とする
半導体素子。 - 【請求項２】 前記半導体素子は、ｐ層とｎ層とその２
つの層に挟まれたｉ層とを有するダイオードであり、前
記キャリア閉込層及び前記多重周期層は、ｉ層に形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素
子。 - 【請求項３】 前記ｐ層又は前記ｎ層には前記ｉ層に注
入させるキャリアを生起させる受光部が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のダイオード。 - 【請求項４】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した多重周期層を複数組有する
半導体素子において、 前記第２層よりもバンド幅の狭いキャリア閉込層を介在
させて前記多重周期層を複数配設したことを特徴とする
半導体素子。 - 【請求項５】 前記半導体素子は、ｐｉｎ接合構造を有
する受光素子であり、 前記キャリア閉込層及び前記多重周期層は、ｉ層に形成
されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体素
子。 - 【請求項６】 前記半導体素子は受光素子であり、前記
キャリア閉込層及び前記多重周期層は、ｎ層、又は、ｐ
層に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の
半導体素子。 - 【請求項７】 前記半導体素子は、ｐｎ接合構造を有す
ることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。 - 【請求項８】 前記キャリア閉込層のバンド幅は、前記
第１層のバンド幅に等しいことを特徴とする請求項４乃
至請求項７のいずれか１項に記載の半導体素子。 - 【請求項９】 前記半導体素子は、ｎｉｎ又はｐｉｐ接
合を有した可変容量素子であり、前記キャリア閉込層及
び前記多重周期層は、ｉ層に形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項１０】 前記半導体素子はｐｎ-ｎ、ｐｐ-ｎ、
又は、ｐｉｎ接合を有した可変容量素子であり、前記キ
ャリア閉込層及び前記多重周期層は、ｎ-層、ｐ-層、又
は、ｉ層に形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の半導体素子。 - 【請求項１１】 前記キャリア閉込層のバンド幅は前記
第２層のバンド幅に等しいことを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１項、請求項９、又は請求項１０
に記載の半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10299507A JP2000124495A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | キャリア閉込層を有した半導体素子 |
| EP19990120752 EP0996169A2 (en) | 1998-10-21 | 1999-10-20 | Semiconductor device with a carrier confinement layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10299507A JP2000124495A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | キャリア閉込層を有した半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000124495A true JP2000124495A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17873486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10299507A Pending JP2000124495A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | キャリア閉込層を有した半導体素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0996169A2 (ja) |
| JP (1) | JP2000124495A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102157596A (zh) * | 2011-03-18 | 2011-08-17 | 江苏大学 | 一种势垒型硅基薄膜半叠层太阳电池 |
-
1998
- 1998-10-21 JP JP10299507A patent/JP2000124495A/ja active Pending
-
1999
- 1999-10-20 EP EP19990120752 patent/EP0996169A2/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102157596A (zh) * | 2011-03-18 | 2011-08-17 | 江苏大学 | 一种势垒型硅基薄膜半叠层太阳电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0996169A2 (en) | 2000-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alaie et al. | Recent advances in ultraviolet photodetectors | |
| US7282777B1 (en) | Interband cascade detectors | |
| US6894267B2 (en) | Photodetector device having stacked structure with improved response rate | |
| EP0206117B1 (en) | A photodetector | |
| US6265727B1 (en) | Solar blind photodiode having an active region with a larger bandgap than one or both if its surrounding doped regions | |
| US20100258164A1 (en) | Photovoltaic force device | |
| JP3014339B2 (ja) | 量子波干渉層を有した半導体素子 | |
| KR20110010646A (ko) | 전자기 방사 변환기 및 배터리 | |
| CN107403848A (zh) | 一种背照式级联倍增雪崩光电二极管 | |
| US6664561B2 (en) | Light-receiving device with quantum-wave interference layers | |
| JP3014341B2 (ja) | 量子波干渉層を有したダイオード | |
| JP2000124495A (ja) | キャリア閉込層を有した半導体素子 | |
| KR100436019B1 (ko) | 저온성장 화합물반도체를 이용한 ｈｅｍｔ 구조의 ｍｓｍ광검출기 제조방법 | |
| Bansal et al. | Photodetectors for security application | |
| US5132763A (en) | InAs hole-immobilized doping superlattice long-wave-infrared detector | |
| JP3014389B2 (ja) | 量子波干渉層を有した受光素子 | |
| JP3014364B2 (ja) | 量子波干渉層を有した半導体素子 | |
| US20120318337A1 (en) | Solar Cell | |
| JP3544160B2 (ja) | 量子波干渉層を有した受光素子 | |
| CN115101612B (zh) | 一种硅基双重多量子阱的高速pin探测器 | |
| KR101520804B1 (ko) | 광대역 파장 흡수 및 에너지변환을 이용한 고효율 태양전지 | |
| JPH05175527A (ja) | 光電変換素子及びこれを含むタンデム型太陽電池 | |
| JP7059771B2 (ja) | 受光素子 | |
| RU2404487C1 (ru) | Лавинный фотодиод | |
| JP2000133798A (ja) | 量子波干渉層を有した電界効果トランジスタ |