JP2637962B2 - 光導電性半導体受光素子 - Google Patents

光導電性半導体受光素子

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JP2637962B2
JP2637962B2 JP61243639A JP24363986A JP2637962B2 JP 2637962 B2 JP2637962 B2 JP 2637962B2 JP 61243639 A JP61243639 A JP 61243639A JP 24363986 A JP24363986 A JP 24363986A JP 2637962 B2 JP2637962 B2 JP 2637962B2
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俊敬 鳥飼
和之 廣瀬
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光通信用半導体受光素子に関する。
(従来技術とその問題点) 長波長帯(λ>1μm)光通信用受光素子の1つとし
て、光導電性半導体受光素子があげられる。光導電性受
光素子は、キャリア走行領域に空乏層をもたない為、容
量をもたず従ってCR時定数によるパルス応答劣化を受け
ない。
第2図に、従来例として知られる光導電性受光素子を
示す。これは、アプライド・フィジクス・レター第44巻
1142ページにおいてチェン(C.Y.Chen)らが報告してい
る素子と同型である。InP半絶縁性基板1の上にInGaAs
導電層6を積層し、対向するくし型電極5,5′を形成し
た構造となっている。かかる構造において、光は導電層
6で吸収され、発生した電子、正孔キャリアは電極5,
5′間に印加されている電界によって走行する。しかし
ながら、光励起によって生じる正孔キャリアの走行速度
が遅いために第3図(a)に示すようにパルス応答にお
いて数nsenの遅いすそ引きが生じ、これによって素子の
周波数帯域が制限されていた。
(発明の目的) そこで本発明は上記の従来の欠点を除去せしめ、高速
応答を示す光導電性半導体受光素子を提供することにあ
る。
(発明の構成) 本発明は、半絶縁性半導体基板上に、該半導体基板に
対して圧縮応力をもつ第1の半導体層、及び該半導体基
板に対して引っ張り応力をもつ第2の半導体層が交互に
少なくとも1対以上の層数をもつ周期構造で積層されて
成る積層構造を少なくとも備え、前記第1の半導体層は
前記第2の半導体層より禁制帯幅が小さく、かつ第1の
半導体層に平行に電界を印加する手段を有することを特
徴とする光導電性半導体受光素子である。上記周期構造
の上に更に、入射光に対して透明なバンドギャップを有
する半導体ウィンドウ層が積層されている構成とすると
さらに良い効果のある半導体受光素子となる。
(発明の作用・原理) 本発明は上述の構成により従来の欠点を解決した。す
なわち、アプライド・フィジックス・レター(Appl.Phy
s.Lett.,)第48巻1678ページ(1986年)のフリッツ(I.
J.Fritz)らの論文によれば、圧縮応力の生じている半
導体薄膜は価電子帯構造の応力による変形のおかけで、
正孔の有効質量がバルクの場合のそれよりも小さくなる
事を報告している。従って電界の印加されている場合、
この時の正孔の易動度はバルクの場合のそれよりも1桁
程度高くなる。それにより、圧縮圧力下の正孔の走行速
度は圧力のない場合に比べて大きくなる。本発明は、光
励起によって生じる電子−正孔キャリア対のうち、応答
速度を支配する正孔キャリアのドリフト速度を高める為
に、正孔キャリアを圧縮応力下の半導体薄膜中を走行さ
せる事を提案している。圧縮応力膜と引っ張り応力膜と
の周期構造の採用は、全体の応力を緩和して素子の特性
に影響を与える欠陥、転位の発生を抑制するためのもの
である。更に、入射光に対し透明なバンドギャップをも
つ半導体ウィンドウ層の積層は、光励起キャリアの表面
再結合損を低減するためのものである。
(実施例) 以下、本発明の光導電性半導体検出器の実施例を示
す。第1図において、Feドープ半絶縁性InP基板1の上
に、ハイドライド気相成長法により、n型InPバッファ
層2,In0.2Ga0.8As31とInAs0.80.232とを交互に積層し
た周期構造3を積層した後、InPウィンドウ層4を積層
して層構造を完成させた。In0.2Ga0.8As31は格子定数
(バルク値)が5.74ÅとInPの5.87Åよりも小さく従っ
て引っ張り応力を持ち、InAs0.80.232は格子定数(バ
ルク値)が6.02ÅでInPのそれよりも大きく従って圧縮
応力をもつ。バンドギャップはIn0.2Ga0.8Asで1.15eV
(吸収カットオフ波長〜1.1μm),InAs0.80.2で0.54
eV(吸収カットオフ波長〜2.5μm)である。InGaAs,In
AsPの各々の単一層厚は〜100Åであり、20周期積層し
た。
しかる後、対向するAuGe電極5,5′を蒸着によって形
成し、アロイ化によってコンタクト領域を形成した。
(発明の効果) 第1図の構造において、光をInPウィンドウ層4の上
よりInGaAs/InAsP歪超格子構造へ入射した。第3図
(b)はこの時のインパルス応答波形を示していて、正
孔キャリア走行速度の改善により、100psec以下の立下
り時間が得られた。これは、第3図(a)に示したInGa
AsあるいはInAsP単一層の場合の数100psec立下り時間に
比べて大きく改善された。
以上、本発明によれば高速の光導電性半導体受光素子
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光導電性半導体受光素子、第2図は従
来の光導電性半導体受光素子、第3図(a)は従来の素
子のインパルス応答波形、第3図(b)は本発明素子の
インパルス応答波形をそれぞれ示している図である。 図において、1は半絶縁性半導体基板、2は1と同種の
半導体バッファ層、3は歪超格子構造でそのうち31は引
っ張り応力、32は圧縮応力を有する半導体薄膜、4は3
よりも大きいバンドギャップをもつ半導体ウィンドウ
層、5,5′は対向する電極である。6は導電層である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−66878(JP,A) Applied Physics L etters,48(16)P.1096−1097 (1986年4月) Applied Physics L etters,48(23)P.1606−1608 (1986年6月) Applied Physics L etters,48(24)P.1678−1680 (1986年6月) Journal of Vacuum Science and Techn ology A,3(3)P.826−828 (1985)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性半導体基板上に、該半導体基板に
    対して圧縮応力をもつ第1の半導体層、及び該半導体基
    板に対して引っ張り応力をもつ第2の半導体層が交互に
    少なくとも1対以上の層数をもつ周期構造で積層されて
    成る積層構造を少なくとも備え、前記第1の半導体層は
    前記第2の半導体層より禁制帯幅が小さく、かつ第1の
    半導体層に平行に電界を印加する手段を有することを特
    徴とする光導電性半導体受光素子。
JP61243639A 1986-10-13 1986-10-13 光導電性半導体受光素子 Expired - Lifetime JP2637962B2 (ja)

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Applied Physics Letters,48(23)P.1606−1608(1986年6月)
Applied Physics Letters,48(24)P.1678−1680(1986年6月)
Journal of Vacuum Science and Technology A,3(3)P.826−828(1985)

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