JP2671569B2 - アバランシェフォトダイオード - Google Patents
アバランシェフォトダイオードInfo
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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、高速・低雑音特性を有するアバランシェ・
フォトダイオード（APD）に関する。
フォトダイオード（APD）に関する。
（従来の技術） 高速大容量光通信システムを構成にするには、超高速
かつ、低雑音・高感度特性を有する半導体受光素子が不
可欠である。このため、近年シリカ系ファイバの低損失
波長域1.0〜1.6μｍに適応できるInP/InGaAs系アバラン
シェ・フォトダイオード（APD）の高速化・高感度化に
対する研究が活発となっている。このInP/InGaAs系APD
では現在、小受光径化による低容量化、層厚最適化によ
るキャリア光時間の低減、ヘテロ界面への中間層導入に
よるキャリア・トラップの抑制により、利得帯域幅（G
B）積75GHzの高速化が実現されている。しかしながら、
この素子構造では、アバランシェ増倍層であるInPのイ
オン化率比β／αが〜２と小さいため（α：電子のイオ
ン化率、β：正孔のイオン化率）過剰雑音指数ｘ（イオ
ン化率比が小さいほど大きくなる）が〜0.7と大きくな
り、低雑音化・高感度化には限界がある。これは、他の
バルクのIII−Ｖ族化合物半導体をアバランシェ増倍層
に用いた場合も同様であり、低雑音化・高GB積化（高速
応答特性）を達成するにはイオン化率比α／βを人工的
に増大させる必要がある。
かつ、低雑音・高感度特性を有する半導体受光素子が不
可欠である。このため、近年シリカ系ファイバの低損失
波長域1.0〜1.6μｍに適応できるInP/InGaAs系アバラン
シェ・フォトダイオード（APD）の高速化・高感度化に
対する研究が活発となっている。このInP/InGaAs系APD
では現在、小受光径化による低容量化、層厚最適化によ
るキャリア光時間の低減、ヘテロ界面への中間層導入に
よるキャリア・トラップの抑制により、利得帯域幅（G
B）積75GHzの高速化が実現されている。しかしながら、
この素子構造では、アバランシェ増倍層であるInPのイ
オン化率比β／αが〜２と小さいため（α：電子のイオ
ン化率、β：正孔のイオン化率）過剰雑音指数ｘ（イオ
ン化率比が小さいほど大きくなる）が〜0.7と大きくな
り、低雑音化・高感度化には限界がある。これは、他の
バルクのIII−Ｖ族化合物半導体をアバランシェ増倍層
に用いた場合も同様であり、低雑音化・高GB積化（高速
応答特性）を達成するにはイオン化率比α／βを人工的
に増大させる必要がある。
そこで、カパッソ（F.Capasso）等はアプライド・フ
ィジックス・レター（Appl.Phys.Lett）、40（１）巻、
p38〜80、1982年で、超格子による伝導帯エネルギー不
連続量ΔEcを電子の衝突イオン化に利用してイオン化率
化α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にGa
As/GaAlAs系超格子でイオン化率比α／βの増大（バル
クGaAsの〜２に対して超格子層で〜８）を確認した。さ
らに、香川らは、アプライド・フィジックス・レター
（Appl.Phys.Lett.）、P.993−959、55（10）巻、1989
年で長距離光通信に用いられる波長1.0〜1.6μｍ帯に受
光感度を有するInGaAs/InAlAs系超格子を用いて同様の
構造を形成し、やはりイオン化率比α／βの増大（バル
クInGaAsの〜２に対して超格子層で〜10）を確認した。
そのアバランシェ増倍層のバイアス印加時のエネルギー
バンド図を第４図に示す。41はｎ−型In0.52Al0.48As障
壁層、42はｎ−型In0.53Ga0.47As井戸層であり、障壁層
41と井戸層42の繰り返しが超格子アバランシェ増倍層を
構成している。また、43,44はそれぞれ伝導帯不連続ΔE
c、価電子帯不連続量ΔEvである。また、45,46はそれぞ
れ電子と正孔である。この構造では伝導帯不連続量ΔEC
が0.2eVと価電子帯不連続量ΔEVの0.2eVより大きく、井
戸層に入ったときバンド不連続により獲得するエネルギ
ーが電子の方が大きく、これによって電子イオン化しき
い値エネルギーに達しやすくすることで電子がイオン化
率を増大させ、イオン化率比α／βの増大を図ってい
る。
ィジックス・レター（Appl.Phys.Lett）、40（１）巻、
p38〜80、1982年で、超格子による伝導帯エネルギー不
連続量ΔEcを電子の衝突イオン化に利用してイオン化率
化α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にGa
As/GaAlAs系超格子でイオン化率比α／βの増大（バル
クGaAsの〜２に対して超格子層で〜８）を確認した。さ
らに、香川らは、アプライド・フィジックス・レター
（Appl.Phys.Lett.）、P.993−959、55（10）巻、1989
年で長距離光通信に用いられる波長1.0〜1.6μｍ帯に受
光感度を有するInGaAs/InAlAs系超格子を用いて同様の
構造を形成し、やはりイオン化率比α／βの増大（バル
クInGaAsの〜２に対して超格子層で〜10）を確認した。
そのアバランシェ増倍層のバイアス印加時のエネルギー
バンド図を第４図に示す。41はｎ−型In0.52Al0.48As障
壁層、42はｎ−型In0.53Ga0.47As井戸層であり、障壁層
41と井戸層42の繰り返しが超格子アバランシェ増倍層を
構成している。また、43,44はそれぞれ伝導帯不連続ΔE
c、価電子帯不連続量ΔEvである。また、45,46はそれぞ
れ電子と正孔である。この構造では伝導帯不連続量ΔEC
が0.2eVと価電子帯不連続量ΔEVの0.2eVより大きく、井
戸層に入ったときバンド不連続により獲得するエネルギ
ーが電子の方が大きく、これによって電子イオン化しき
い値エネルギーに達しやすくすることで電子がイオン化
率を増大させ、イオン化率比α／βの増大を図ってい
る。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この構造の受光素子は、超格子アバラ
ンシェ増倍層内に多数のバンド不連続ΔEc,ΔEvによる
エネルギー障壁が混在するため、高増倍時に超格子中で
発生した増倍キャリア（主に正孔）はこの障壁にトラッ
プされて２〜3Gb/s以上の周波数応答特性が劣化してし
まうという欠点を有する。そこで、本発明は、波長1.0
〜1.6μｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率化α／β
で低雑音と同時に高速応答特性のアバランシェ・フォト
ダイオードを実現することを目的とする。
ンシェ増倍層内に多数のバンド不連続ΔEc,ΔEvによる
エネルギー障壁が混在するため、高増倍時に超格子中で
発生した増倍キャリア（主に正孔）はこの障壁にトラッ
プされて２〜3Gb/s以上の周波数応答特性が劣化してし
まうという欠点を有する。そこで、本発明は、波長1.0
〜1.6μｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率化α／β
で低雑音と同時に高速応答特性のアバランシェ・フォト
ダイオードを実現することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明のアバランシェフォトダイオードは半導体超格
子層をアバランシェ増倍層とし、該半導体超格子のポテ
ンシャル井戸層の一部が半導体歪層で構成されているこ
とを特徴とする。
子層をアバランシェ増倍層とし、該半導体超格子のポテ
ンシャル井戸層の一部が半導体歪層で構成されているこ
とを特徴とする。
（作用） 本発明は上述の構成により従来の課題を解決した。第
２図を用いて本発明の作用について説明する。第２図
（ａ）は本発明の、（ｂ）（ｃ）は従来の、超格子アバ
ランシェ増倍層の作用を説明する図で、増倍層のエネル
ギーバンド図であり、図の方にマイナス、右にプラスバ
イアス印加する。各図において第１種半導体の伝導帯端
をC1、価電子帯端をV1とする。第２種半導体、第３種半
導体、第４種半導体についても同様に定義する。ここで
第１種、第２種、第４種半導体では価電子帯の重い正孔
のバンドと軽い正孔のバンドは縮退している。しかし第
３種半導帯は歪層で、縮退が解けているので、V3Hを第
３種半導体の重い正孔の価電子帯端、V3Lを軽い正孔の
価電子帯端とする。
２図を用いて本発明の作用について説明する。第２図
（ａ）は本発明の、（ｂ）（ｃ）は従来の、超格子アバ
ランシェ増倍層の作用を説明する図で、増倍層のエネル
ギーバンド図であり、図の方にマイナス、右にプラスバ
イアス印加する。各図において第１種半導体の伝導帯端
をC1、価電子帯端をV1とする。第２種半導体、第３種半
導体、第４種半導体についても同様に定義する。ここで
第１種、第２種、第４種半導体では価電子帯の重い正孔
のバンドと軽い正孔のバンドは縮退している。しかし第
３種半導帯は歪層で、縮退が解けているので、V3Hを第
３種半導体の重い正孔の価電子帯端、V3Lを軽い正孔の
価電子帯端とする。
第２図（ｂ）に示す従来構造では、第１種半導体と第
２種半導体の価電子帯端の不連続量が、波長1.0〜1.6μ
ｍに感度を有する材料系であるIn0.52Al0.48As（第１種
半導体）/In0.53Ga0.48As（第２種半導体）超格子を例
にとると0.2eVあり、このエネルギー障壁が多数存在す
る超格子中をアバランシェ増倍により生成した正孔が走
行するときにこの障壁にトラップされて応答速度が3GHz
程度以下に劣化する。このような応答劣化を回避するに
は、第２図（ｃ）のように価電子帯不連続量を第１種半
導体と第２種半導体の中間の値となる（格子整合した）
組成の第４種半導体層を挿入することが考えられる。し
かし、このIn0.52Al0.48As/In0.52Ga0.47As系では、こ
のような価電子帯不連続0.1eVとなるInAlGaAsでは伝導
帯不連続量が0.25eVと小さくなってしまうので、伝導帯
不連続量が大きいほど電子の選択的イオン化に有利とな
る超格子アバランシェ増倍層には用いることができな
い。即ち、最適な第４種半導体を得ることは難しい。
２種半導体の価電子帯端の不連続量が、波長1.0〜1.6μ
ｍに感度を有する材料系であるIn0.52Al0.48As（第１種
半導体）/In0.53Ga0.48As（第２種半導体）超格子を例
にとると0.2eVあり、このエネルギー障壁が多数存在す
る超格子中をアバランシェ増倍により生成した正孔が走
行するときにこの障壁にトラップされて応答速度が3GHz
程度以下に劣化する。このような応答劣化を回避するに
は、第２図（ｃ）のように価電子帯不連続量を第１種半
導体と第２種半導体の中間の値となる（格子整合した）
組成の第４種半導体層を挿入することが考えられる。し
かし、このIn0.52Al0.48As/In0.52Ga0.47As系では、こ
のような価電子帯不連続0.1eVとなるInAlGaAsでは伝導
帯不連続量が0.25eVと小さくなってしまうので、伝導帯
不連続量が大きいほど電子の選択的イオン化に有利とな
る超格子アバランシェ増倍層には用いることができな
い。即ち、最適な第４種半導体を得ることは難しい。
これに対して、第２図（ａ）に示す本発明は、上記の
ような伝導帯不連続量の大きな低下をもたらすことなし
に価電子帯不連続量を小さくできる。この理由を以下に
説明する。
ような伝導帯不連続量の大きな低下をもたらすことなし
に価電子帯不連続量を小さくできる。この理由を以下に
説明する。
第３図に示すIn0.52Al0.48Asに格子定数を合わせた時
（すなわち、InPにも格子定数が合っている時）のInXGa
1-XAsのIn0.52Al0.48Asに対する伝導帯端Ｃ、価電子帯
端（重い正孔のバンドVH、軽い正孔のバンドVL）のIn組
成比Ｘ依存性を示す図をみると、InXGa1-XAsの組成Ｘ＝
0.7の歪層では、価電子帯の二つのバンドはIn0.53Ga
0.47Asの時の縮退状態が解かれて、軽い正孔のバンドの
価電子帯不連続量ΔEvがちょうどIn0.53Ga0.47AsとIn
0.52Al0.48Asの場合の0.2eVの中間の値0.1eVとなるよう
にエネルギーが上がっている（正孔のエネルギーは価電
子帯端から図の下に向かって高エネルギーになる）。一
方、重い正孔のバンドのIn0.53Ga0.47Asに対する価電子
帯不連続量ΔEvは0.25eVであり、わずか0.05eV低下して
いるにすぎない。一般に、価電子帯における正孔のエネ
ルギー分布は、衝突イオン化が発生するような強電界
（＞200kV/cm）では、主に、重い正孔のバンド内の散
乱、軽い正孔のバンド内の散乱、重い正孔のバンド
と軽い正孔のバンドの間のバンド間散乱、により決定さ
れる。このため、本発明の歪によるバンド縮退の解離
と、軽い正孔のバンド端のエネルギー上昇は、前述の
との散乱によりこのような半導体中での正孔のエネル
ギー分布を全体に高エネルギー側にシフトさせる効果を
もたらし、価電子帯不連続量が分割されて小さくなって
いることとあわせて、正孔のヘテロ障壁へのトラップを
抑制する効果をもたらすのである。
（すなわち、InPにも格子定数が合っている時）のInXGa
1-XAsのIn0.52Al0.48Asに対する伝導帯端Ｃ、価電子帯
端（重い正孔のバンドVH、軽い正孔のバンドVL）のIn組
成比Ｘ依存性を示す図をみると、InXGa1-XAsの組成Ｘ＝
0.7の歪層では、価電子帯の二つのバンドはIn0.53Ga
0.47Asの時の縮退状態が解かれて、軽い正孔のバンドの
価電子帯不連続量ΔEvがちょうどIn0.53Ga0.47AsとIn
0.52Al0.48Asの場合の0.2eVの中間の値0.1eVとなるよう
にエネルギーが上がっている（正孔のエネルギーは価電
子帯端から図の下に向かって高エネルギーになる）。一
方、重い正孔のバンドのIn0.53Ga0.47Asに対する価電子
帯不連続量ΔEvは0.25eVであり、わずか0.05eV低下して
いるにすぎない。一般に、価電子帯における正孔のエネ
ルギー分布は、衝突イオン化が発生するような強電界
（＞200kV/cm）では、主に、重い正孔のバンド内の散
乱、軽い正孔のバンド内の散乱、重い正孔のバンド
と軽い正孔のバンドの間のバンド間散乱、により決定さ
れる。このため、本発明の歪によるバンド縮退の解離
と、軽い正孔のバンド端のエネルギー上昇は、前述の
との散乱によりこのような半導体中での正孔のエネル
ギー分布を全体に高エネルギー側にシフトさせる効果を
もたらし、価電子帯不連続量が分割されて小さくなって
いることとあわせて、正孔のヘテロ障壁へのトラップを
抑制する効果をもたらすのである。
さらに、伝導帯端Ｃは、In組成の増加とともに低下す
るが、組成Ｘ＝0.7の時にはその低下量が0.1eVであり、
伝導帯不連続量は0.6eVと増加する。超格子アバランシ
ェ増倍層では、伝導帯不連続量が大きいほど電子の選択
的イオン化に有利なので本構造ではこの性質に適してい
る。こうして伝導帯不連続量が大きく、価電子帯不連続
量の小さい第２図（ａ）の構造が得られる。第３種半導
体が歪層である。
るが、組成Ｘ＝0.7の時にはその低下量が0.1eVであり、
伝導帯不連続量は0.6eVと増加する。超格子アバランシ
ェ増倍層では、伝導帯不連続量が大きいほど電子の選択
的イオン化に有利なので本構造ではこの性質に適してい
る。こうして伝導帯不連続量が大きく、価電子帯不連続
量の小さい第２図（ａ）の構造が得られる。第３種半導
体が歪層である。
このような歪層の層厚は、歪による転位発生を防ぐた
めに臨界膜厚以下にすることが望ましい。実施例のIn
0.52Al0.48As/InXGa1-XAs（Ｘ＝0.7）ヘテロ構造では、
InXGa1-XAs歪層（Ｘ＝0.7）の臨界膜厚は70−100Åであ
る。一方、ドリフト・キャリアのエネルギー分布が緩和
するのに要する時間中に走行する距離は〜100Åである
ので、この様な臨界膜厚程度の歪層は、上述の効果を十
分実現しうる。
めに臨界膜厚以下にすることが望ましい。実施例のIn
0.52Al0.48As/InXGa1-XAs（Ｘ＝0.7）ヘテロ構造では、
InXGa1-XAs歪層（Ｘ＝0.7）の臨界膜厚は70−100Åであ
る。一方、ドリフト・キャリアのエネルギー分布が緩和
するのに要する時間中に走行する距離は〜100Åである
ので、この様な臨界膜厚程度の歪層は、上述の効果を十
分実現しうる。
臨界膜厚以下というような比較的薄い層厚の歪層のみ
で超格子井戸層を形成すると、量子化によるエネルギー
準位によりバンドギャップエネルギーが増大し、バンド
ギャップ・エネルギー値にほぼ比例するイオン化しきい
値エネルギーの上昇をもたらすので、電子のイオン化率
増大化を目指す超格子増倍層には不利であるが、本構造
では、超格子井戸部における正孔の出口側とは反対の側
に無歪のIn0.53Ga0.47As層を80−100Å程度以上挿入し
ているのでその量子効果は無視できる。
で超格子井戸層を形成すると、量子化によるエネルギー
準位によりバンドギャップエネルギーが増大し、バンド
ギャップ・エネルギー値にほぼ比例するイオン化しきい
値エネルギーの上昇をもたらすので、電子のイオン化率
増大化を目指す超格子増倍層には不利であるが、本構造
では、超格子井戸部における正孔の出口側とは反対の側
に無歪のIn0.53Ga0.47As層を80−100Å程度以上挿入し
ているのでその量子効果は無視できる。
以上の作用と効果により、第２図（ａ）で示すような
本発明の構造により伝導帯不連続の低下による電子イオ
ン化率増大効果を損なうことなしに、正孔の価電子帯障
壁によるトラップ・応答速度劣化を回避できる。尚、歪
層を超格子井戸部の正孔の出口側に配置した方が有効で
ある。
本発明の構造により伝導帯不連続の低下による電子イオ
ン化率増大効果を損なうことなしに、正孔の価電子帯障
壁によるトラップ・応答速度劣化を回避できる。尚、歪
層を超格子井戸部の正孔の出口側に配置した方が有効で
ある。
なお、本発明は、歪層（第３種半導体）による価電子
帯の縮退の分離によるバンド端シフトが第１種半導体と
第２種半導体の価電子帯不連続量の中間の値をとるよう
にした構造である点が特徴であり、格子整合した中間バ
ンドギャップの層を歪層の替わりとして用いる場合と
は、価電子帯の縮退の有無の点で全く異なる。
帯の縮退の分離によるバンド端シフトが第１種半導体と
第２種半導体の価電子帯不連続量の中間の値をとるよう
にした構造である点が特徴であり、格子整合した中間バ
ンドギャップの層を歪層の替わりとして用いる場合と
は、価電子帯の縮退の有無の点で全く異なる。
以上、実施例に示す半導体を用いれば、波長1.0〜1.6
μｍ帯に受光感度を有し、イオン化率比α／β改善と高
速応答特性が同時に実現でき、低雑音特性のアバランシ
ェ・フォトダイオードが実現できる。
μｍ帯に受光感度を有し、イオン化率比α／β改善と高
速応答特性が同時に実現でき、低雑音特性のアバランシ
ェ・フォトダイオードが実現できる。
（実施例） 以下、本発明の実施例として、InPに格子整合するIn
0.52Ga0.48As/InXGa1-XAs/In0.52Ga0.48As系アバランシ
ェ・フォトダイオードを用いて説明する。
0.52Ga0.48As/InXGa1-XAs/In0.52Ga0.48As系アバランシ
ェ・フォトダイオードを用いて説明する。
第１図、第２図（ａ）に示す本発明のアバランシェフ
ォトダイオードを以下の工程によって製作した。
ォトダイオードを以下の工程によって製作した。
ｎ＋型InP基板１上に、ｎ型InPバッファ層２を１μｍ
厚にキャリア濃度〜１×1015cm-3のn-型In0.53Ga0.47As
5/InXGa1-XAs6/In0.52Al0.48As4（ｘ＝0.7としたが、0.
53＜ｘ＜1.0の範囲であればよい、ただしｘに応じて層
厚は、転位の生じない臨界膜厚以下の値に変更する）よ
りなる超格子n-型アバランシェ増倍層３を１μｍ厚に、
キャリア濃度〜１×1017cm-3のｐ型In0.52Al0.48As電界
降下層７を0.2μｍ、キャリア濃度〜２×1015cm-3のp-
型In0.53Ga0.47As光吸収層８を〜1.7μｍ厚に、キャリ
ア濃度〜５×1018cm-3のp+型InPキャップ層９を１μｍ
厚に順次、有機金属気相成長法（MOVPE）を用いて成長
する。この超格子層３は、厚さ200ÅのIn0.53Ga0.47As5
と厚さ70ÅのInXAl1-XAs（Ｘ＝0.7）６、厚さ300ÅのIn
0.52Al0.48As4を交互に18周期積層した構造である。InX
Ga1-XAs6の組成Ｘは、正孔のヘテロ界面へのトラップを
抑制するために、第３図に示すIn0.52Ga0.48Asに格子定
数を合わせた時のInXGa1-XAsの、InAlAsの価電子帯の頂
上を基準にした、伝導帯端、価電子帯端のエネルギー値
のIn組成比Ｘ依存性を示す図より、価電子帯不連続量Δ
EvがIn0.53Ga0.47AsとIn0.52Al0.48Asの場合の0.2eVの
中間の値となる組成領域により決定し、その層厚は転位
の発生しない臨界膜厚以下の範囲でできるだけ大きくと
った。
厚にキャリア濃度〜１×1015cm-3のn-型In0.53Ga0.47As
5/InXGa1-XAs6/In0.52Al0.48As4（ｘ＝0.7としたが、0.
53＜ｘ＜1.0の範囲であればよい、ただしｘに応じて層
厚は、転位の生じない臨界膜厚以下の値に変更する）よ
りなる超格子n-型アバランシェ増倍層３を１μｍ厚に、
キャリア濃度〜１×1017cm-3のｐ型In0.52Al0.48As電界
降下層７を0.2μｍ、キャリア濃度〜２×1015cm-3のp-
型In0.53Ga0.47As光吸収層８を〜1.7μｍ厚に、キャリ
ア濃度〜５×1018cm-3のp+型InPキャップ層９を１μｍ
厚に順次、有機金属気相成長法（MOVPE）を用いて成長
する。この超格子層３は、厚さ200ÅのIn0.53Ga0.47As5
と厚さ70ÅのInXAl1-XAs（Ｘ＝0.7）６、厚さ300ÅのIn
0.52Al0.48As4を交互に18周期積層した構造である。InX
Ga1-XAs6の組成Ｘは、正孔のヘテロ界面へのトラップを
抑制するために、第３図に示すIn0.52Ga0.48Asに格子定
数を合わせた時のInXGa1-XAsの、InAlAsの価電子帯の頂
上を基準にした、伝導帯端、価電子帯端のエネルギー値
のIn組成比Ｘ依存性を示す図より、価電子帯不連続量Δ
EvがIn0.53Ga0.47AsとIn0.52Al0.48Asの場合の0.2eVの
中間の値となる組成領域により決定し、その層厚は転位
の発生しない臨界膜厚以下の範囲でできるだけ大きくと
った。
次に、通常のフォトリソグラフィーとウェットエッチ
ングの技術を用いて直径50μｍの円形メサを形成し、絶
縁保護膜12を形成する。ｐ型電極11をAuZnで形成した
後、裏面研磨を行ってからｎ型電極10をAuGeで形成し
た。
ングの技術を用いて直径50μｍの円形メサを形成し、絶
縁保護膜12を形成する。ｐ型電極11をAuZnで形成した
後、裏面研磨を行ってからｎ型電極10をAuGeで形成し
た。
上記の実施例の構造では、電子のイオン化率はバルク
InGaAsの約1.5倍程度に増大したのに対して、正孔のイ
オン化率はバルクInGaAsの約1/4〜1/6倍程度に小さくな
り、イオン化率比は〜15程度とバルクInGaAsの２に比較
して増大され、過剰雑音指数も〜0.3と低雑音化がなさ
れた。しかも、周波数応答特性は、InXGa1-XAs歪層がな
い以外は実施例と同一の超格子層を用いた構造の従来例
と比較した場合、波長1.55μｍ入射時の増倍率が10の
時、従来例では正孔の超格子ヘテロ障壁へのトラップ3b
B劣化帯域が3GHz程度と小さいのに対して（増倍率が1.5
程度の時は従来例、本実施例ともに3bB劣化帯域は7GHz
程度であった）、本発明の構造では7GHz程度を維持し応
答速度の顕著な劣化は見られなかった。
InGaAsの約1.5倍程度に増大したのに対して、正孔のイ
オン化率はバルクInGaAsの約1/4〜1/6倍程度に小さくな
り、イオン化率比は〜15程度とバルクInGaAsの２に比較
して増大され、過剰雑音指数も〜0.3と低雑音化がなさ
れた。しかも、周波数応答特性は、InXGa1-XAs歪層がな
い以外は実施例と同一の超格子層を用いた構造の従来例
と比較した場合、波長1.55μｍ入射時の増倍率が10の
時、従来例では正孔の超格子ヘテロ障壁へのトラップ3b
B劣化帯域が3GHz程度と小さいのに対して（増倍率が1.5
程度の時は従来例、本実施例ともに3bB劣化帯域は7GHz
程度であった）、本発明の構造では7GHz程度を維持し応
答速度の顕著な劣化は見られなかった。
本実施例ではInGaAs/InAlAs系を例に説明したが、InG
aAs/InP系等にも効果がある。
aAs/InP系等にも効果がある。
（発明の効果） 本発明によって、波長1.0〜1.6μｍ帯に受光感度を有
し、高イオン化率比α／βで低雑音と同時に高速応答特
性のアバランシェ・フォトダイオードを実現することが
でき、その効果は大きい。
し、高イオン化率比α／βで低雑音と同時に高速応答特
性のアバランシェ・フォトダイオードを実現することが
でき、その効果は大きい。
第１図は本発明の一実施例のアバランシェ・フォトダイ
オードの構造断面図。第２図（ａ）は本発明にかかわる
超格子アバランシェ増倍層のエネルギーバンド図。第２
図（ｂ），（ｃ）は従来例の場合のエネルギーバンド
図。第３図はInXGa1-XAsのエネルギーバンド端のIn組成
Ｘ依存性を示す図。第４図は従来例の超格子アバランシ
ェ増倍層のバイアス印加時のエネルギーバンド図。 各図において、 １……n+型半導体基板、２……ｎ型バッファー層、 ３……n-型超格子アバランシェ増倍層、 ４……第１種半導体、５……第２種半導体、 ６……第３種半導体（歪層）、７……ｐ型電界降下層、 ８……p-型光吸収層、９……p+型キャップ層、 10……ｎ型電極、11……ｐ型電極、12……絶縁保護膜、 41……n-型障壁層、42……n-型井戸層、 43……伝導帯不連続量ΔEc、 44……価電子帯不連続量ΔEv、21,45……電子、 22,46……正孔
オードの構造断面図。第２図（ａ）は本発明にかかわる
超格子アバランシェ増倍層のエネルギーバンド図。第２
図（ｂ），（ｃ）は従来例の場合のエネルギーバンド
図。第３図はInXGa1-XAsのエネルギーバンド端のIn組成
Ｘ依存性を示す図。第４図は従来例の超格子アバランシ
ェ増倍層のバイアス印加時のエネルギーバンド図。 各図において、 １……n+型半導体基板、２……ｎ型バッファー層、 ３……n-型超格子アバランシェ増倍層、 ４……第１種半導体、５……第２種半導体、 ６……第３種半導体（歪層）、７……ｐ型電界降下層、 ８……p-型光吸収層、９……p+型キャップ層、 10……ｎ型電極、11……ｐ型電極、12……絶縁保護膜、 41……n-型障壁層、42……n-型井戸層、 43……伝導帯不連続量ΔEc、 44……価電子帯不連続量ΔEv、21,45……電子、 22,46……正孔
Claims (6)
- 【請求項１】アバランシェ増倍層に半導体超格子層を有
し、該半導体超格子のポテンシャル井戸層の一部が半導
体歪層で構成されていることを特徴とするアバランシェ
フォトダイオード。 - 【請求項２】アバランシェ増倍層に半導体超格子層を有
し、該半導体超格子のポテンシャル井戸層の一部が障壁
層と井戸層の伝導帯不連続量を大きくし、かつ、価電子
帯不連続量を小さくする半導体歪層で構成されているこ
とを特徴とするアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項３】アバランシェ増倍層に半導体超格子層を有
し、該半導体超格子のポテンシャル井戸層の一部が半導
体歪層で構成され該半導体歪層の伝導帯エネルギーは該
井戸層の伝導帯エネルギーより小さく、該半導体歪層の
価電子帯のバンド端シフトは該井戸層と障壁層の価電子
帯不連続量の間の値であることを特徴とするアバランシ
ェフォトダイオード。 - 【請求項４】前記半導体超格子層はInGaAs/InAlAs系あ
るいはInGaAs/InP系であることを特徴とする請求項１又
は２又は３記載のアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項５】アバランシェ増倍層にIn0.53Ga0.47As/In
0.52Al0.48As半導体超格子層を有し、該半導体超格子の
ポテンシャル井戸層の一部がInXGa1-XAs半導体歪層（0.
53＜Ｘ＜1.0）で構成されていることを特徴とするアバ
ランシェフォトダイオード。 - 【請求項６】アバランシェ増倍層にIn0.53Ga0.47As/In
0.52Al0.48As半導体超格子層を有し、該半導体超格子の
ポテンシャル井戸層の一部がIn0.7Ga0.3As半導体歪層で
構成されていることを特徴とするアバランシェフォトダ
イオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164401A JP2671569B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アバランシェフォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164401A JP2671569B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0461174A JPH0461174A (ja) | 1992-02-27 |
| JP2671569B2 true JP2671569B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=15792432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2164401A Expired - Lifetime JP2671569B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671569B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960001467B1 (ko) * | 1992-12-22 | 1996-01-30 | 한국 전기통신공사 | 초격자구조(superlattice)의 증폭층을 갖는 애벌란체 포토다이오드(APD:Avalanche Photodiode) |
| KR100233839B1 (ko) * | 1996-11-07 | 1999-12-01 | 정선종 | 반도체 광 증폭기 |
| JP2012174977A (ja) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0282658A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JP2852361B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1999-02-03 | 日本電信電話株式会社 | 超格子光電変換素子 |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP2164401A patent/JP2671569B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0461174A (ja) | 1992-02-27 |
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