JP2002222984A - 光電気変換素子 - Google Patents
光電気変換素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＵＴＣ−ＰＤのセルフバイアス効果の不均一な
発生による出力飽和電流の低下を改善する。 【解決手段】順次積層されたｐ形拡散ブロック層１１、
ｐ形拡散ブロック層１１よりも光吸収端エネルギーが小
さいｐ形光吸収層１２、ｐ形光吸収層１２よりも光吸収
端エネルギーが大きい低濃度ｎ形キャリア走行層１３、
ｐ形光吸収層１２よりも光吸収端エネルギーが大きいｎ
形コンタクト層１４がｐｎ接合ダイオードを構成し、当
該ｐｎ接合ダイオードのｐ形拡散ブロック層１１にｐ形
金属電極１５が接続され、ｎ形コンタクト層１４にｎ形
金属電極１６が接続され、ｐ形光吸収層１２の不純物濃
度が、中心から周辺部に向かって低くなる面内分布１を
持つ。
発生による出力飽和電流の低下を改善する。 【解決手段】順次積層されたｐ形拡散ブロック層１１、
ｐ形拡散ブロック層１１よりも光吸収端エネルギーが小
さいｐ形光吸収層１２、ｐ形光吸収層１２よりも光吸収
端エネルギーが大きい低濃度ｎ形キャリア走行層１３、
ｐ形光吸収層１２よりも光吸収端エネルギーが大きいｎ
形コンタクト層１４がｐｎ接合ダイオードを構成し、当
該ｐｎ接合ダイオードのｐ形拡散ブロック層１１にｐ形
金属電極１５が接続され、ｎ形コンタクト層１４にｎ形
金属電極１６が接続され、ｐ形光吸収層１２の不純物濃
度が、中心から周辺部に向かって低くなる面内分布１を
持つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電気変換素子に係
り、特に超高速半導体フォトダイオード技術に関する。
り、特に超高速半導体フォトダイオード技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信をはじめとする種々の光
システムにおいて、超高速フォトダイオードは光信号を
電気信号に変換する不可欠のデバイスである。扱う信号
処理速度が高くなるほど、それに応じた光応答速度が要
求される。最近、デジタル応用における４０Ｇｂｉｔ／
ｓないしはそれを越える速度領域において、飽和出力の
高い「単一走行キャリア・フォトダイオード」(Ｕni-Ｔ
raveling-Ｃarrier Ｐhotodiode：ＵＴＣ−ＰＤ)が注目
されている(特開平９−２７５２２４号公報参照)。これ
は、電気増幅を光増幅に置き換えることにより、応答速
度を向上させると共に装置構成を簡易化できるという利
点があることによる。
システムにおいて、超高速フォトダイオードは光信号を
電気信号に変換する不可欠のデバイスである。扱う信号
処理速度が高くなるほど、それに応じた光応答速度が要
求される。最近、デジタル応用における４０Ｇｂｉｔ／
ｓないしはそれを越える速度領域において、飽和出力の
高い「単一走行キャリア・フォトダイオード」(Ｕni-Ｔ
raveling-Ｃarrier Ｐhotodiode：ＵＴＣ−ＰＤ)が注目
されている(特開平９−２７５２２４号公報参照)。これ
は、電気増幅を光増幅に置き換えることにより、応答速
度を向上させると共に装置構成を簡易化できるという利
点があることによる。
【０００３】図４(ａ)は、この従来のＵＴＣ−ＰＤの構
成断面図、(ｂ)は(ａ)の光吸収層の斜視図である。
成断面図、(ｂ)は(ａ)の光吸収層の斜視図である。
【０００４】２１はｐ形拡散ブロック層、２２はｐ形光
吸収層、２３は低濃度ｎ形キャリア走行層、２４はｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、２５はｐ形金属電極、２６
はｎ形金属電極である。
吸収層、２３は低濃度ｎ形キャリア走行層、２４はｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、２５はｐ形金属電極、２６
はｎ形金属電極である。
【０００５】このＵＴＣ−ＰＤは、ｐ形拡散ブロック層
２１、ｐ形光吸収層２２、低濃度ｎ形キャリア走行層２
３、ｎ形コンタクト層２４、および金属電極２５、２６
から構成される。
２１、ｐ形光吸収層２２、低濃度ｎ形キャリア走行層２
３、ｎ形コンタクト層２４、および金属電極２５、２６
から構成される。
【０００６】このＵＴＣ−ＰＤでは、ｐ形光吸収層２２
で発生したキャリアのうち、速度の大きな電子のみをキ
ャリア走行層２３の方向に拡散／注入することで高速な
光応答を得る。応答速度は、光吸収層２２中の電子の走
行時間τＡで決まり、３ｄＢ低下帯域(ｆ３ｄＢ)は、１
／２πτＡで与えられる。電子の輸送は拡散によるもの
であるから、基本的には「電子移動度を高く保つこと」
が高速性の面で重要な要求条件となる。
で発生したキャリアのうち、速度の大きな電子のみをキ
ャリア走行層２３の方向に拡散／注入することで高速な
光応答を得る。応答速度は、光吸収層２２中の電子の走
行時間τＡで決まり、３ｄＢ低下帯域(ｆ３ｄＢ)は、１
／２πτＡで与えられる。電子の輸送は拡散によるもの
であるから、基本的には「電子移動度を高く保つこと」
が高速性の面で重要な要求条件となる。
【０００７】図５は、図４のＵＴＣ−ＰＤにおける空間
電荷効果を示す図である。
電荷効果を示す図である。
【０００８】一方、出力の飽和の直接の原因は、光電流
密度が上がるに伴い、電子電荷によってキャリア走行層
２３中の(光吸収層２２側の)電界強度が低下することに
よる(＝空間電荷効果と称される。図２参照)。この出力
飽和を助長するのが、本発明に関連するいわゆる「セル
フバイアス効果」と呼ばれる現象である。この効果は以
下のように説明されている。すなわち、光吸収で発生し
たキャリアのうち、多数キャリアであるホールはｐ形電
極２５側に吐き出されるが、そのホール電流Ｊ ｈ(ｘ)を
駆動するために電界Ｅ(ｘ)が自動的に誘起されるのであ
る。光吸収層２２のコンダクタンスをσｐとすると、そ
の関係は、
密度が上がるに伴い、電子電荷によってキャリア走行層
２３中の(光吸収層２２側の)電界強度が低下することに
よる(＝空間電荷効果と称される。図２参照)。この出力
飽和を助長するのが、本発明に関連するいわゆる「セル
フバイアス効果」と呼ばれる現象である。この効果は以
下のように説明されている。すなわち、光吸収で発生し
たキャリアのうち、多数キャリアであるホールはｐ形電
極２５側に吐き出されるが、そのホール電流Ｊ ｈ(ｘ)を
駆動するために電界Ｅ(ｘ)が自動的に誘起されるのであ
る。光吸収層２２のコンダクタンスをσｐとすると、そ
の関係は、
【０００９】
【数１】 で表される(ｘは電流の方向に取った位置座標)。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ホール電流Ｊｈ(ｘ)が
増大すると、電界Ｅ(ｘ)が増大し、図５に示すように、
光吸収層２２のバンド形状が下方に曲がる(ベンディン
グする)。一定の動作電圧下において、そのバンドベン
ディングの影響のため、ｐｎ接合にかかる電圧が低下
し、上で述べた「空間電荷効果」が起こり易い状態とな
り、その結果、ｆ３ｄＢが急激に低下するという事態を
もたらす。光吸収層２２の不純物濃度(ドーピング濃度)
を上げて、光吸収層２２のコンダクタンスσｐを下げる
と、セルフバイアス効果は弱まるが、電子移動度も下が
るため、動作速度が犠牲となる。
増大すると、電界Ｅ(ｘ)が増大し、図５に示すように、
光吸収層２２のバンド形状が下方に曲がる(ベンディン
グする)。一定の動作電圧下において、そのバンドベン
ディングの影響のため、ｐｎ接合にかかる電圧が低下
し、上で述べた「空間電荷効果」が起こり易い状態とな
り、その結果、ｆ３ｄＢが急激に低下するという事態を
もたらす。光吸収層２２の不純物濃度(ドーピング濃度)
を上げて、光吸収層２２のコンダクタンスσｐを下げる
と、セルフバイアス効果は弱まるが、電子移動度も下が
るため、動作速度が犠牲となる。
【００１１】問題は、フォトダイオードに入射する光の
強度が中心部で高くなるｐｎ接合面内分布を持つため、
セルフバイアス効果もｐｎ接合中心部で起こり易くなる
ことにある。すなわち、均一な光照射の場合よりも出力
飽和電流が低下することにある。
強度が中心部で高くなるｐｎ接合面内分布を持つため、
セルフバイアス効果もｐｎ接合中心部で起こり易くなる
ことにある。すなわち、均一な光照射の場合よりも出力
飽和電流が低下することにある。
【００１２】本発明が解決しようとする課題は、上記で
述べた様な「ＵＴＣ−ＰＤのセルフバイアス効果の不均
一な発生」による出力飽和電流の低下を改善することに
ある。
述べた様な「ＵＴＣ−ＰＤのセルフバイアス効果の不均
一な発生」による出力飽和電流の低下を改善することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＵＴＣ−ＰＤ
のセルフバイアス効果をｐｎ接合面内で均一化し、３ｄ
Ｂ帯域を高く保ちながら飽和出力を上げるための設計方
法である。そのために、本発明では、順次積層されたｐ
形の第１の半導体層、前記第１の半導体層よりも光吸収
端エネルギーが小さいｐ形の第２の半導体層、前記第２
の半導体層よりも光吸収端エネルギーが大きいｎ形の第
３の半導体層、前記第２の半導体層よりも光吸収端エネ
ルギーが大きいｎ形の第４の半導体層がｐｎ接合ダイオ
ードを構成し、当該ｐｎ接合ダイオードの前記第１の半
導体層にｐ形電極が接続され、前記第４の半導体層にｎ
形電極が接続された半導体素子であって、前記第２の半
導体層の不純物濃度が、中心から周辺部に向かって低く
なる面内分布を持つことを特徴とする光電気変換素子
(ＵＴＣ−ＰＤ)とする。
のセルフバイアス効果をｐｎ接合面内で均一化し、３ｄ
Ｂ帯域を高く保ちながら飽和出力を上げるための設計方
法である。そのために、本発明では、順次積層されたｐ
形の第１の半導体層、前記第１の半導体層よりも光吸収
端エネルギーが小さいｐ形の第２の半導体層、前記第２
の半導体層よりも光吸収端エネルギーが大きいｎ形の第
３の半導体層、前記第２の半導体層よりも光吸収端エネ
ルギーが大きいｎ形の第４の半導体層がｐｎ接合ダイオ
ードを構成し、当該ｐｎ接合ダイオードの前記第１の半
導体層にｐ形電極が接続され、前記第４の半導体層にｎ
形電極が接続された半導体素子であって、前記第２の半
導体層の不純物濃度が、中心から周辺部に向かって低く
なる面内分布を持つことを特徴とする光電気変換素子
(ＵＴＣ−ＰＤ)とする。
【００１４】また、前記第２の半導体層の前記中心から
の距離ｒに関する不純物濃度プロファイルｐ(ｒ)が、 ｐ(ｒ)＝ｐ０ｅｘｐ［−(ｒ／ｓ)２］(／ｃｍ３) のガウス分布(ｓは定数、ｐ０はｒ＝０におけるｐの値)
であることを特徴とする。
の距離ｒに関する不純物濃度プロファイルｐ(ｒ)が、 ｐ(ｒ)＝ｐ０ｅｘｐ［−(ｒ／ｓ)２］(／ｃｍ３) のガウス分布(ｓは定数、ｐ０はｒ＝０におけるｐの値)
であることを特徴とする。
【００１５】光吸収層のコンダクタンスσｐが面内で均
一である従来の光吸収層では、電流値を上昇させた際
に、上記のようにセルフバイアス効果により発生する電
界強度が中心部で高くなるが、本発明による「光吸収層
の不純物濃度に所望の分布を持たせる構造」により、そ
の不均一性を補正することが可能となる。不純物濃度
(ドーピング量)を上げることになるので、中心部の電子
移動度は低下する。しかしながら、「セルフバイアス効
果」の程度を調整することにより、３ｄＢ帯域の低下を
避けることが可能である。
一である従来の光吸収層では、電流値を上昇させた際
に、上記のようにセルフバイアス効果により発生する電
界強度が中心部で高くなるが、本発明による「光吸収層
の不純物濃度に所望の分布を持たせる構造」により、そ
の不均一性を補正することが可能となる。不純物濃度
(ドーピング量)を上げることになるので、中心部の電子
移動度は低下する。しかしながら、「セルフバイアス効
果」の程度を調整することにより、３ｄＢ帯域の低下を
避けることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
【００１７】図１(ａ)は、本発明の実施の形態のＵＴＣ
−ＰＤの構成断面図、(ｂ)は(ａ)の光吸収層の斜視図で
ある。
−ＰＤの構成断面図、(ｂ)は(ａ)の光吸収層の斜視図で
ある。
【００１８】１１はｐ形拡散ブロック層、１２はｐ形光
吸収層、１３は低濃度ｎ形キャリア走行層、１４はｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、１５はｐ形金属電極、１６
はｎ形金属電極、１は中心から周辺部に向かって低くな
る不純物濃度の面内分布である。
吸収層、１３は低濃度ｎ形キャリア走行層、１４はｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、１５はｐ形金属電極、１６
はｎ形金属電極、１は中心から周辺部に向かって低くな
る不純物濃度の面内分布である。
【００１９】ＵＴＣ−ＰＤは、ｐ形拡散ブロック層１
１、ｐ形光吸収層１２、低濃度ｎ形キャリア走行層１
３、ｎ形コンタクト層１４、および金属電極１５、１６
から構成される。
１、ｐ形光吸収層１２、低濃度ｎ形キャリア走行層１
３、ｎ形コンタクト層１４、および金属電極１５、１６
から構成される。
【００２０】例えば、拡散ブロック層１１はｐ形ＩｎＧ
ａＡｓＰ層、光吸収層１２はｐ形ＩｎＧａＡｓ層、キャ
リア走行層１３はｎ形ＩｎＰ層、コンタクト層１４はｎ
形ＩｎＰ層で構成される。なお、以下の計算では、ｐ形
ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２の厚さは０．４μｍとしてい
る。
ａＡｓＰ層、光吸収層１２はｐ形ＩｎＧａＡｓ層、キャ
リア走行層１３はｎ形ＩｎＰ層、コンタクト層１４はｎ
形ＩｎＰ層で構成される。なお、以下の計算では、ｐ形
ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２の厚さは０．４μｍとしてい
る。
【００２１】順次積層されたｐ形の第１の半導体層(ｐ
形拡散ブロック層１１)、前記第１の半導体層(ｐ形拡散
ブロック層１１)よりも光吸収端エネルギーが小さいｐ
形の第２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)、前記第２の半
導体層(ｐ形光吸収層１２)よりも光吸収端エネルギーが
大きいｎ形の第３の半導体層(低濃度ｎ形キャリア走行
層１３)、前記第２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)より
も光吸収端エネルギーが大きいｎ形の第４の半導体層
(ｎ形コンタクト層１４)がｐｎ接合ダイオードを構成
し、当該ｐｎ接合ダイオードの前記第１の半導体層(ｐ
形拡散ブロック層１１)にｐ形金属電極１５が接続さ
れ、前記第４の半導体層(ｎ形コンタクト層１４)にｎ形
金属電極１６が接続された半導体素子であって、前記第
２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)の不純物濃度が、図１
(ｂ)に示すように、中心から周辺部に向かって低くなる
面内分布１を持っている。
形拡散ブロック層１１)、前記第１の半導体層(ｐ形拡散
ブロック層１１)よりも光吸収端エネルギーが小さいｐ
形の第２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)、前記第２の半
導体層(ｐ形光吸収層１２)よりも光吸収端エネルギーが
大きいｎ形の第３の半導体層(低濃度ｎ形キャリア走行
層１３)、前記第２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)より
も光吸収端エネルギーが大きいｎ形の第４の半導体層
(ｎ形コンタクト層１４)がｐｎ接合ダイオードを構成
し、当該ｐｎ接合ダイオードの前記第１の半導体層(ｐ
形拡散ブロック層１１)にｐ形金属電極１５が接続さ
れ、前記第４の半導体層(ｎ形コンタクト層１４)にｎ形
金属電極１６が接続された半導体素子であって、前記第
２の半導体層(ｐ形光吸収層１２)の不純物濃度が、図１
(ｂ)に示すように、中心から周辺部に向かって低くなる
面内分布１を持っている。
【００２２】図２は、本実施の形態における電流密度分
布を示す図、図３は、本実施の形態におけるバンドベン
ディングのプロファイルを示す図である。
布を示す図、図３は、本実施の形態におけるバンドベン
ディングのプロファイルを示す図である。
【００２３】まず、全光照射量をＩ０、入射光強度分布
をＪ(ｒ)とするとき、
をＪ(ｒ)とするとき、
【００２４】
【数２】 を仮定する。ｒは中心からの距離、ｓは定数（すなわ
ち、不純物の面内分布が１／ｅに落ちるときのｒの値）
である。
ち、不純物の面内分布が１／ｅに落ちるときのｒの値）
である。
【００２５】光ビーム径２ｓ＝６μｍとして、ｐｎ接合
径１０μｍの素子に光照射されると、集光の効率は９４
％となり、また、全光照射量Ｉ０＝４０ｍＡとしたとき
の電流密度分布は図２に示すようになる(この０．９４
×Ｉ０は、ＵＴＣ−ＰＤを整合抵抗付きで動作させた際
の１Ｖ出力時の値にほぼ相当する)。集光効率を一定以
上に確保しようとすると電流密度の不均一性が大きくな
り、中心部ではＪ(ｒ＝０)＝１５０ｋＡ／ｃｍ２程度に
も達することがわかる。
径１０μｍの素子に光照射されると、集光の効率は９４
％となり、また、全光照射量Ｉ０＝４０ｍＡとしたとき
の電流密度分布は図２に示すようになる(この０．９４
×Ｉ０は、ＵＴＣ−ＰＤを整合抵抗付きで動作させた際
の１Ｖ出力時の値にほぼ相当する)。集光効率を一定以
上に確保しようとすると電流密度の不均一性が大きくな
り、中心部ではＪ(ｒ＝０)＝１５０ｋＡ／ｃｍ２程度に
も達することがわかる。
【００２６】セルフバイアス電圧Ｖｓｂ(ｒ)の位置変化
は、上記(１)式の電界Ｅ(ｘ)を光吸収層１２の厚さ方向
に積分することにより求められる。
は、上記(１)式の電界Ｅ(ｘ)を光吸収層１２の厚さ方向
に積分することにより求められる。
【００２７】
【数３】 ここで、光吸収層１２内の中心からの距離ｒについての
ドーピング・プロファイルｐ(ｒ)は、一例として、中心
から周辺部に向かって低くなるようなガウス分布：
ドーピング・プロファイルｐ(ｒ)は、一例として、中心
から周辺部に向かって低くなるようなガウス分布：
【００２８】
【数４】 (ｐ０＝２×１０１８／ｃｍ３、２ｓ＝６μｍ)を考え
る。ｐ０はｒ＝０におけるｐの値である。
る。ｐ０はｒ＝０におけるｐの値である。
【００２９】計算したバンドベンディングのプロファイ
ルを図３中の黒丸●で結んだ曲線(Ｉ)に示す。比較のた
めに、従来の均一ドーピングの場合(ｐｕｎｉｆ＝４×
１０ １７／ｃｍ３)の一例を図３中の白丸○で結んだ曲
線(II)に示す。従来の均一ドーピングの場合、バンドベ
ンディングは、図３に示すように、−０．０２(端)〜−
０．３２Ｖ(中心)と変化するのに対して、本発明による
分布プロファイル構造では、−０．０５５(端)〜−０．
０８２Ｖ(中心)となり、本発明の構造によれば、ベンデ
ィング電圧に関する特性が大幅に改善できることがわか
る。
ルを図３中の黒丸●で結んだ曲線(Ｉ)に示す。比較のた
めに、従来の均一ドーピングの場合(ｐｕｎｉｆ＝４×
１０ １７／ｃｍ３)の一例を図３中の白丸○で結んだ曲
線(II)に示す。従来の均一ドーピングの場合、バンドベ
ンディングは、図３に示すように、−０．０２(端)〜−
０．３２Ｖ(中心)と変化するのに対して、本発明による
分布プロファイル構造では、−０．０５５(端)〜−０．
０８２Ｖ(中心)となり、本発明の構造によれば、ベンデ
ィング電圧に関する特性が大幅に改善できることがわか
る。
【００３０】動作速度の点からも、セルフバイアス電圧
Ｖｓｂ(ｒ)が大き過ぎるのは問題となる。すなわち、光
吸収層１２内で電子のエネルギーが緩和することなく、
走行層１３に電子が注入されるので、走行層１３内での
過剰エネルギーのために「電子速度オーバーシュート」
が抑制され、キャリア走行時間が増大するからである。
例えば、ＩｎＰのΓ谷／Ｌ谷間エネルギー差は△Ｅ
Γ−Ｌ＝０．５５ｅＶであるが、上で述べた均一ドーピ
ングの場合の値(０．３２ｅＶ)は、このΓ谷／Ｌ谷間エ
ネルギー差△ＥΓ−Ｌの５０％を越える。
Ｖｓｂ(ｒ)が大き過ぎるのは問題となる。すなわち、光
吸収層１２内で電子のエネルギーが緩和することなく、
走行層１３に電子が注入されるので、走行層１３内での
過剰エネルギーのために「電子速度オーバーシュート」
が抑制され、キャリア走行時間が増大するからである。
例えば、ＩｎＰのΓ谷／Ｌ谷間エネルギー差は△Ｅ
Γ−Ｌ＝０．５５ｅＶであるが、上で述べた均一ドーピ
ングの場合の値(０．３２ｅＶ)は、このΓ谷／Ｌ谷間エ
ネルギー差△ＥΓ−Ｌの５０％を越える。
【００３１】以上のように、本実施の形態のＵＴＣ−Ｐ
Ｄでは、一定の動作電流において素子のｐｎ接合面内の
電流密度が不均一な場合に、セルフバイアス効果に伴う
バンドベンディングを平坦にすることができる。したが
って、空間電荷による出力飽和(＝電流飽和)の発生点を
上げると共に、ベンディング電圧を小さくすることがで
き、動作速度を高く保つことができる。
Ｄでは、一定の動作電流において素子のｐｎ接合面内の
電流密度が不均一な場合に、セルフバイアス効果に伴う
バンドベンディングを平坦にすることができる。したが
って、空間電荷による出力飽和(＝電流飽和)の発生点を
上げると共に、ベンディング電圧を小さくすることがで
き、動作速度を高く保つことができる。
【００３２】具体的にドーピングプロファイルｐ(ｒ)を
正確に入射光ビーム分布に合わせるのは難しい。しか
し、ドーピングプロファイルｐ(ｒ)を擬似的に形成して
も十分な効果が得られる。また、光電気変換素子に照射
される光ビームの中心と不純物濃度プロファイルの中心
とが一致するのが理想であるが、多少ずれてもよい。
正確に入射光ビーム分布に合わせるのは難しい。しか
し、ドーピングプロファイルｐ(ｒ)を擬似的に形成して
も十分な効果が得られる。また、光電気変換素子に照射
される光ビームの中心と不純物濃度プロファイルの中心
とが一致するのが理想であるが、多少ずれてもよい。
【００３３】本発明による分布は、例えば、マスクを施
してＢｅ等のイオン注入を多段に行い、アニール処理を
行うことにより実現することができる。
してＢｅ等のイオン注入を多段に行い、アニール処理を
行うことにより実現することができる。
【００３４】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形
態では、図１(ａ)に示したように、素子が円形で、光吸
収層１２の不純物濃度が円形の中心から周辺部に向かっ
て低くなる面内分布を持つ例を示したが、必ずしも円形
でなくても楕円形や矩形等でも適用可能であり、これら
の場合も同様に光吸収層１２の不純物濃度が中心から周
辺部に向かって低くなる面内分布を持つように形成すれ
ばよい。
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形
態では、図１(ａ)に示したように、素子が円形で、光吸
収層１２の不純物濃度が円形の中心から周辺部に向かっ
て低くなる面内分布を持つ例を示したが、必ずしも円形
でなくても楕円形や矩形等でも適用可能であり、これら
の場合も同様に光吸収層１２の不純物濃度が中心から周
辺部に向かって低くなる面内分布を持つように形成すれ
ばよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電気変
換素子によれば、一定の動作電流において素子のｐｎ接
合面内の電流密度が不均一な場合に、セルフバイアス効
果に伴うバンドベンディングを平坦にするという効果が
ある。これは、空間電荷による出力飽和(＝電流飽和)の
発生点を上げると共に、ベンディング電圧を小さくする
ことにより動作速度を高く保つ効果がある。
換素子によれば、一定の動作電流において素子のｐｎ接
合面内の電流密度が不均一な場合に、セルフバイアス効
果に伴うバンドベンディングを平坦にするという効果が
ある。これは、空間電荷による出力飽和(＝電流飽和)の
発生点を上げると共に、ベンディング電圧を小さくする
ことにより動作速度を高く保つ効果がある。
【図１】(ａ)は本発明の実施の形態のＵＴＣ−ＰＤの構
成断面図、(ｂ)は光吸収層の斜視図である。
成断面図、(ｂ)は光吸収層の斜視図である。
【図２】本実施の形態における電流密度分布を示す図で
ある。
ある。
【図３】本実施の形態におけるバンドベンディングのプ
ロファイルを示す図である。
ロファイルを示す図である。
【図４】(ａ)は従来のＵＴＣ−ＰＤの構成断面図、(ｂ)
は光吸収層の斜視図である。
は光吸収層の斜視図である。
【図５】図４のＵＴＣ−ＰＤにおける空間電荷効果を示
す図である。
す図である。
１…中心から周辺部に向かって低くなる不純物濃度の面
内分布、１１…ｐ形拡散ブロック層、１２…ｐ形光吸収
層、１３…低濃度ｎ形キャリア走行層、１４…ｎ形コン
タクト層(ｎ形電極層)、１５…ｐ形金属電極、１６…ｎ
形金属電極、２１…ｐ形拡散ブロック層、２２…ｐ形光
吸収層、２３…低濃度ｎ形キャリア走行層、２４…ｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、２５…ｐ形金属電極、２６
…ｎ形金属電極。
内分布、１１…ｐ形拡散ブロック層、１２…ｐ形光吸収
層、１３…低濃度ｎ形キャリア走行層、１４…ｎ形コン
タクト層(ｎ形電極層)、１５…ｐ形金属電極、１６…ｎ
形金属電極、２１…ｐ形拡散ブロック層、２２…ｐ形光
吸収層、２３…低濃度ｎ形キャリア走行層、２４…ｎ形
コンタクト層(ｎ形電極層)、２５…ｐ形金属電極、２６
…ｎ形金属電極。
Claims (2)
- 【請求項１】順次積層されたｐ形の第１の半導体層、前
記第１の半導体層よりも光吸収端エネルギーが小さいｐ
形の第２の半導体層、前記第２の半導体層よりも光吸収
端エネルギーが大きいｎ形の第３の半導体層、前記第２
の半導体層よりも光吸収端エネルギーが大きいｎ形の第
４の半導体層がｐｎ接合ダイオードを構成し、当該ｐｎ
接合ダイオードの前記第１の半導体層にｐ形金属電極が
接続され、前記第４の半導体層にｎ形金属電極が接続さ
れた半導体素子であって、前記第２の半導体層の不純物
濃度が、中心から周辺部に向かって低くなる面内分布を
持つことを特徴とする光電気変換素子。 - 【請求項２】前記第２の半導体層の前記中心からの距離
ｒに関する不純物濃度プロファイルｐ(ｒ)が、 ｐ(ｒ)＝ｐ０ｅｘｐ［−(ｒ／ｓ)２］(／ｃｍ３) のガウス分布(ｓは定数、ｐ０はｒ＝０におけるｐの値)
であることを特徴とする請求項１記載の光電気変換素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001020116A JP2002222984A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 光電気変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001020116A JP2002222984A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 光電気変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002222984A true JP2002222984A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18885879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001020116A Pending JP2002222984A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 光電気変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002222984A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363485A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Japan Science & Technology Agency | 光−磁束変換型入力インターフェース回路 |
| JP2007311455A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
-
2001
- 2001-01-29 JP JP2001020116A patent/JP2002222984A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363485A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Japan Science & Technology Agency | 光−磁束変換型入力インターフェース回路 |
| JP2007311455A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
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